二次电池用负极材料及二次电池制造技术

一种二次电池用负极材料，其包含负极活性物质和碳纳米管，负极活性物质包含石墨和含硅元素的材料，碳纳米管的平均纤维径为0.5～6nm，平均纤维长为1.2～8μm，一种二次电池，其具有：包含该二次电池用负极材料的负极、正极、配置于正极与负极之间的分隔件、和电解液。配置于正极与负极之间的分隔件、和电解液。配置于正极与负极之间的分隔件、和电解液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池用负极材料及二次电池


[0001]本专利技术涉及一种二次电池，特别是涉及用于二次电池的负极的改良。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池等非水电解质二次电池具有高输出且高能量密度。因此，非水电解质二次电池被用作为小型民生用途、电力储藏装置及电动汽车的电源。
[0003]一直以来，对于非水电解质二次电池的负极活性物质，提出了各种各样的物质。作为能量密度高的负极活性物质，一直以来提出了使用与锂合金化的硅化合物(例如氧化硅)、硅颗粒(例如参照专利文献1)。
[0004]专利文献2中公开了一种导电性复合体，其包含外径为1nm～6nm的碳纳米管、1000μm以下的微粒及分散剂，通过分散剂分散的碳纳米管覆盖微粒的表面。提出了：使用将微粒例如为平均粒径20μm的石墨颗粒的导电性复合体用于锂离子二次电池的负极。
[0005]专利文献3提出了：将含有电极活性物质、单层碳纳米管制成的平均径为10nm～20μm的纤维状碳纳米管集合体的电极活性物质与碳纳米管的复合体用于锂离子二次电池的负极。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开2010
‑
212228号公报
[0009]专利文献2：日本特开2011
‑
076948号公报
[0010]专利文献3：日本特开2017
‑
084759号公报

技术实现思路

[0011]专利技术要解决的问题
[0012]对于负极中碳纳米管所占的含量，专利文献2中记载了导电性复合体中的碳纳米管的比例为0.1～20质量％，专利文献3中记载了相对于碳纳米管的活性物质的质量比为1～500，在负极中包含了大量的碳纳米管。
[0013]另外，专利文献2中形成了碳纳米管将活性物质颗粒表面覆盖的复合体，专利文献3中形成了碳纳米管集合体中包埋有活性物质颗粒的复合体。为了形成这样的复合体，有时需要特殊的制造工序，在通常进行的采用对将各种构成材料加入分散介质并混合而成的浆料进行涂布的工序时，有时浆料高粘度化而使均匀的涂布变得困难。进而，由于需要在负极中大量包含比较高价的碳纳米管，因此制造成本变高。
[0014]用于解决问题的方案
[0015]鉴于以上，本专利技术的一个方面涉及一种二次电池用负极材料，其包含负极活性物质和碳纳米管，前述负极活性物质包含石墨和含硅元素的材料，前述碳纳米管的平均纤维径为0.5～6nm，平均纤维长为1.2～8μm。
[0016]本专利技术的其他方面涉及一种二次电池，其具有：包含上述二次电池用负极材料的
负极、正极、配置于前述正极与前述负极之间的分隔件、和电解液。
[0017]专利技术的效果
[0018]根据本专利技术，可以实现具有低成本且优异的特性的二次电池。
[0019]将本专利技术的新型特征记载于附属的权利要求，但能够根据本专利技术的其他目的及特征，并通过参照附图的以下的详细说明更进一步深入理解本专利技术的构成及内容这两者。
附图说明
[0020]图1为将本专利技术的一个实施方式的二次电池的一部分切开的示意立体图。
[0021]图2为本专利技术的一个实施方式的二次电池中，以平均纤维长3.23μm时的劣化率为基准的比率表示相对于碳纳米管平均纤维长的变化的劣化率的变化的图。
[0022]图3为本专利技术的一个实施方式的二次电池中，表示相对于碳纳米管平均纤维径的变化的劣化率的变化的图。
具体实施方式
[0023][二次电池用负极材料][0024]本专利技术的实施方式的二次电池用负极材料(以下有时称为“负极材料”)包含负极活性物质和碳纳米管。负极活性物质包含石墨和含硅元素的材料。碳纳米管的平均纤维径为0.5～6nm，平均纤维长为1.2～8μm。由此，即使将充放电伴随的体积变化大的含硅元素的材料用于负极活性物质时，也可以使体积变化伴随的负极活性物质(石墨及含硅元素的材料)的集电不良得到抑制，可以维持高的容量维持率。
[0025](碳纳米管)
[0026]碳纳米管为纤维径低至纳米大小，其长径比(相对于纤维的外径的纤维长的比)极大的碳纤维。对于长径比大的碳纤维，活性物质之间的接触及活性物质与集电体的接触并非点接触，而是线状的接触。导电性优异的碳纤维介于活性物质颗粒之间，形成颗粒与线状的接触部。由此，导电性优异的碳纳米管通过形成活性物质之间及活性物质与集电体之间的线状的导电通路，且形成与集电体的线状的接触部，从而提高集电性。
[0027]碳纳米管的平均纤维长为1.2μm以上。在该情况下，即使在充放电导致的负极活性物质体积发生大的变化时，追随体积变化而与碳纳米管的纤维的线状接触能够得到维持，与负极活性物质的电连接能够得到维持。碳纳米管的平均纤维长若为1.2μm以上，则集电不良显著地得到抑制。平均纤维长可以为1.5μm以上，优选2μm以上。
[0028]另一方面，随着碳纳米管的平均纤维长变长，碳纳米管彼此变得容易聚集，浆料制作时由于碳纳米管的聚集变得容易产生分散不良、浆料的粘度上升。另外，平均纤维长越变长，确保必要的根数的碳纳米管时负极材料中碳纳米管所占的含量越变多，变得难以实现高容量。为了实现高容量，以及为了在负极材料的制造时容易制作碳纳米管与负极活性物质一起分散的浆料及抑制浆料的粘度上升，碳纳米管的平均纤维长设为8μm以下。平均纤维长可以为6μm以下，优选为4μm以下。碳纳米管的平均纤维长若为4μm以下，则碳纳米管的聚集得到抑制，容易得到良好的分散状态的浆料。
[0029]碳纳米管的平均纤维长为1.2μm～8μm，可以为1.2μm～6μm或1.2μm～4μm，或者为1.5μm～4μm，优选2μm～4μm的范围。
[0030]出于可以没有困难地制造的观点，碳纳米管的平均纤维径为0.5nm以上即可，优选为1nm以上。另一方面，碳纳米管的平均纤维径越大，碳纳米管的含量相同的情况下负极材料中包含的碳纳米管的根数越变少，抑制集电不良变得困难。为了抑制集电不良，碳纳米管的含量越多越好，但浆料中碳纳米管所占的含量越多，浆料中碳纳米管彼此变得越容易聚集，越难以均一地分散，另外浆料的粘度也变得越容易上升。因此，负极材料的制造时，为了容易制作碳纳米管与负极活性物质一起分散的浆料及抑制浆料的粘度上升，碳纳米管的平均纤维径设为6nm以下。通过将平均纤维径设为6nm以下，集电不良得到显著地抑制，并且能得到容易制造的负极材料。碳纳米管的平均纤维径优选为4nm以下，更优选为3nm以下。
[0031]碳纳米管的平均纤维径为0.5nm～6nm，可以为1nm～6nm，优选1nm～4nm或1nm～3nm的范围。
[0032]此处，碳纳米管的平均纤维长通过使用扫描电子显微镜(SEM)的图像分析而求出。对于平均纤维长，例如任意选出多根(例如100～1000根)左右的碳纳米管测定纤维长，将其平均化而求出。纤维长是指设为直线状时的长度。纤维径是指与纤维长方向垂直的方向的长度，指碳纳米管的外径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二次电池用负极材料，其包含负极活性物质和碳纳米管，所述负极活性物质包含石墨和含硅元素的材料，所述碳纳米管的平均纤维径为0.5～6nm，平均纤维长为1.2～8μm。2.根据权利要求1所述的二次电池用负极材料，其中，所述石墨的平均粒径为10～30μm，所述含硅元素的材料的平均粒径为1～20μm。3.根据权利要求1或2所述的二次电池用负极材料，其中，所述碳纳米管的平均纤维径为1～4nm。4.根据权利要求1～3中的任一项所述的二次电池用负极材料，其中，所述碳纳米管的平均纤维长为2～4μm。5.根据权利要求1～4中的任一项所述的二次电池用负极材料，其中，相对于所述负极活性物质的全体，所述碳纳米管的含有率为0.005质量％～0.1质量％。6.根据权利要求5所述的二次电池用负极材料，其中，相对于所述负极活性物质的全体，所述碳纳米管的含有率为0.005质量％～0.07质量％。7.根据权利要求1～6中的任一项所述的二次电池用负极材料，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川正树，山本格久，渡边公士，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：