锂离子二次电池用负极材料的制作方法_2

文档序号:9493869阅读:来源:国知局
包含Si元素的物质,可以举出:通式:ManiSi所示的物质。该物质为以相对于1 摩尔Si成为m摩尔的比包含元素『的化合物、混合体、共熔体或固溶体。Ma为除了 Li之外 的元素。具体而言,作为 Ma,可以举出:Si、B、C、N、0、S、P、Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、 Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ru、Rh、Pd、Pt、Be、Nb、Nd、Ce、W、Ta、Ag、Au、Cd、Ga、In、Sb、Ba 等。需 要说明的是,MaS Si时,表示Si单质。式中,m优选为0.01以上、更优选为0.1以上、进一 步优选为〇. 3以上。
[0048] 作为包含Si元素的物质的具体例,可以举出:Si单质、Si和碱土金属的合金;Si 和过渡金属的合金;31和半金属的合金;31和86、4831、411、0(1、6&、111、313或211的固溶性 合金或共熔性合金;CaSi、CaSi 2、Mg2Si、BaSi2、Cu5Si、FeSi、FeSi 2、CoSi2、Ni2Si、NiSi2、MnSi、 MnSi2、MoSi2、CrSi2、Cr3Si、TiSi 2、Ti5Si3、NbSi2、NdSi2、CeSi 2、WSi2、W5Si3、TaSi2、Ta 5Si3、 PtSi、V3Si、VSi2、PdSi、RuSi、RhSi 等硅化物;Si02、SiC、Si3N4等。
[0049] 作为包含Sn元素的物质,可以举出:锡单质、锡合金、氧化锡、硫化锡、卤代锡、锡 化物等。作为包含Sn元素的物质的具体例,可以举出:Sn和Zn的合金、Sn和Cd的合金、Sn 和In的合金、Sn和Pb的合金;SnO、Sn02、Mb4SnO4(M b表示除了 Sn之外的金属元素。)等氧 化锡;31^、31^2、]^23113 3(]^表示除了311之外的金属元素。)等硫化锡;31^2、31^4、]\^1^ 4(]^ 表示除了 Sn之外的金属元素。X表示齒原子。)等卤代锡;MgSn、Mg2Sn、FeSn、FeSn2、MoSn、 MoSn2等锡化物。
[0050] 颗粒(B)优选其表层被氧化。该氧化可以为自然氧化,也可以为人为的氧化。通 过该氧化,颗粒(B)用薄的氧化物覆膜所覆盖。
[0051] 颗粒(B)的一次颗粒的数均粒径的下限优选为5nm、更优选为10nm、进一步优选为 30nm,一次颗粒的数均粒径的上限优选为lOOOnm、更优选为500nm、进一步优选为100nm。
[0052] 原料状态下的颗粒(B)通常为一次颗粒和该一次颗粒的聚集块(即,二次颗粒) 的混合物。原料状态下的颗粒(B)也有时在其个数基准粒度分布中在0. 1 μ m~1 μ m的范 围和ΙΟμπι~100μπι的范围分别具有峰。另外,原料状态下的颗粒⑶的个数基准累积粒 度分布的50 %粒径(DJ相对于原料状态的碳颗粒(A)的体积基准粒度分布的50 %粒径优 选为1/200~1/10、更优选为1/100~1/20。需要说明的是,50%粒径是由不区分一次颗 粒和二次颗粒地测定而得到的累积粒度分布算出的值。
[0053] 本发明的负极材料中,颗粒(B)优选以数均粒径IOnm以上且IOOnm以下的一次颗 粒的状态或数均粒径IOnm以上且1000 nm以下的二次颗粒的状态分散在后述的碳纳米管 (C)的软聚集体中。进而,优选负极材料中的颗粒⑶的95% (个数基准)以上具有IOnm 以上且400nm以下的粒径。需要说明的是,颗粒(B)的粒度分布是不区分一次颗粒和二次 颗粒地测定而得到的。
[0054] 颗粒(B)的量相对于碳颗粒(A) 100质量份优选为1质量份以上且100质量份以 下、更优选为3质量份以上且50质量份以下、进一步优选为5质量份以上且30质量份以下。
[0055] (碳纳米管(C))
[0056] 本发明中使用的碳纳米管(C)的95%以上(个数基准)具有5nm以上且40nm以 下、优选具有5nm以上且40nm以下、更优选具有7nm以上且20nm以下、进一步优选具有9nm 以上且15nm以下的纤维直径。纤维直径小的碳纳米管有难以解开一根一根使其分散的倾 向。纤维直径大的碳纳米管(C)有难以通过负载催化剂法制作的倾向。
[0057] 本发明中使用的碳纳米管(C)有:由碳六元环形成的单层石墨片与纤维轴成平行 卷绕的管状结构的碳纳米管、与纤维轴成垂直地排列的pra tread(7°-U卜U y卜)结构 的碳纳米管、与纤维轴具有倾斜的角度而卷绕的人字形结构的碳纳米管。其中,管状结构的 碳纳米管从导电性、机械强度的方面出发优选。
[0058] 作为原料的碳纳米管(C)的长径比优选为100以上且1000以下、更优选为400以 上且1000以下。长径比小时,有纤维彼此的缠绕程度变弱,难以形成有效的导电网络的倾 向。长径比大时,有纤维彼此的缠绕程度变强,难以分散的倾向。
[0059] 另外,锂离子二次电池用负极材料中的碳纳米管(C)的长径比优选为100以上、更 优选为200以上、进一步优选为400以上。需要说明的是,锂离子二次电池用负极材料中的 碳纳米管的长径比的上限没有特别限定,从分散效率等方面出发,优选为1000以下。此处, 长径比为碳纳米管的平均纤维长度相对于碳纳米管的平均纤维直径的比。
[0060] 碳纳米管(C)的BET比表面积优选为150m2/g以上且300m2/g以下、更优选为 240m2/g以上且280m2/g以下、进一步优选为250m2/g以上且270m 2/g以下。
[0061] 另外,碳纳米管的C。值优选为0· 680nm以上且0· 690nm以下。碳纳米管的C。值变 小时,有碳纳米管的柔软性消失,聚集块难以分解的倾向。C。为晶格常数。使由X射线衍射 算出的面间隔d为2倍的值相当于晶格常数。
[0062] 碳纳米管(C)的氧化开始温度优选为400°C以上且550°C以下。此处,氧化开始温 度是指,热天平中,在空气流通下,以l〇°C /分钟升温至1000 tC时,相对于初始的重量(投 料量),0. 1 %的重量减少时的温度。有氧化开始温度越低,碳晶体中具有越多缺陷的倾向。
[0063] 碳纳米管(C)的压缩密度0.8g/cm3下的压密比电阻优选为0.014 Qcm以上且 0.020Qcm以下。压密比电阻小的碳纳米管有柔软性低的倾向。压密比电阻大的碳纳米管 有导电赋予效果低的倾向。
[0064] 本发明中使用的多层碳纳米管(C)的合成法没有特别限制,优选通过气相法合 成。优选以气相法中的负载催化剂法合成。
[0065] 负载催化剂法是使用在无机载体上负载催化剂金属而成的催化剂、使碳源在气相 中反应制造碳纤维的方法。
[0066] 作为无机载体,可以举出:氧化铝、氧化镁、二氧化硅二氧化钛、碳酸钙等。无机载 体优选为粉粒状。作为催化剂金属,可以举出:铁、钴、镍、钼、钒等。负载可以通过如下来进 行:使包含催化剂金属元素的化合物的溶液含浸于载体,从而进行;通过使包含催化剂金 属元素的化合物和包含构成无机载体的元素的化合物的溶液共沉,从而进行;或通过其他 公知的负载方法来进行。
[0067] 作为碳源,可以举出:甲烷、乙烯、乙炔等。反应可以在流动层、移动层、固定层等反 应器中进行。反应时的温度优选设定为500°C~800°C。为了将碳源供给至反应器,可以使 用载气。作为载气,可以举出:氢气、氮气、氩气等。反应时间优选为5~120分钟。
[0068] 本发明的一个实施方式的负极材料中,形成颗粒(B)和碳纳米管(C)均匀复合 化而得到的聚集体。该聚集体无法通过单纯的干式混合得到。该聚集体优选为软聚集体 (flocculation)。软聚集体"flocculation"是成为软毛状的块的状态的聚集体、或形成轻 飘飘的聚集状态的聚集体。变为软聚集体时,包含其的液体的粘度通常变高。另外,形成遍 及液体整体的网络时,即,变为与液整体相同体积的蓬松的软毛状的块时,类似于凝胶,变 为完全没有沉降的状态。颗粒(B)的质量相对于碳纳米管(C)的质量的比优选为1以上且 6以下。
[0069] 该聚集体例如可以通过以下那样的方法得到,首先,在纯水中添加颗粒(B)和碳 纳米管(C),使其混合,得到混合液。混合液的固体成分浓度(颗粒(B)和碳纳米管(C)的 浓度)优选为5质量%以下。固体成分浓度超过5质量%时,有混合液的粘度过度上升,有 效的碳纳米管聚集块的分散难以进行的倾向。需要说明的是,混合液可以不使用分散剂。分 散剂有时对电池特性造成影响。难以一次从负极材料去除添加的分散剂。该混合液通过数 分钟的静置将颗粒(B)和碳纳米管(C)以及纯水分离。
[0070] 接着,将该混合液用栗压入高压分散装置的粉碎喷嘴中,得到糊剂或浆料。混合液 由于以超高速通过喷嘴而产生由紊流导致的强的剪切力,由于该剪切力和空穴效应而碳纳 米管(C)的聚集块分解,与颗粒(B)均匀地复合化。将前述混合液高压分散处理而成的糊剂 或浆料的粘度明显高,通过静置也不会分离。推测这是由于,在糊剂或浆料中碳纳米管(C) 形成了网络。
[0071] 作为高压分散装置,例如可以举出:吉田机械兴业株式会社制造的NanoVater、 Advanced Nano Technology Co. ,Ltd.的Nano Maker 等。向喷嘴的注入压力优选为 IOOMPa 以上且250MPa以下。另外,液体向喷嘴的注入?通过次数优选为5次以下。注入?通过次 数过多时,有容易产生碳纳米管的短纤维化、凝结的倾向。
[0072] 接着,使所得糊剂或浆料干燥并粉末化。作为干燥手法,可以举出:喷雾干燥、冷冻 干燥、滚筒
当前第2页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1