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公開番号2024090408
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-04
出願番号2022206304
出願日2022-12-23
発明の名称負極活物質、非水電解質二次電池、および負極活物質の製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H01M 4/587 20100101AFI20240627BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電池容量の劣化を軽減する負極活物質、該負極活物質を含む非水電解質二次電池、および該負極活物質の製造方法を提供する。
【解決手段】負極活物質5は、黒鉛、低結晶性炭素、および、カーボンブラックを含む。黒鉛は、二次粒子2を形成している。二次粒子2は、複数の一次粒子1を含む。二次粒子2の内部において、低結晶性炭素3は、一次粒子1の表面に付着している。カーボンブラック4は、複数の一次粒子1に取り囲まれている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
黒鉛、低結晶性炭素、および、カーボンブラックを含み、
前記黒鉛は、二次粒子を形成しており、
前記二次粒子は、複数の一次粒子を含み、
前記二次粒子の内部において、
前記低結晶性炭素は、前記一次粒子の表面に付着しており、
前記カーボンブラックは、複数の前記一次粒子に取り囲まれている、
負極活物質。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記二次粒子の断面画像において、
前記二次粒子は、中心領域と表層領域とからなり、
前記表層領域は、前記中心領域を取り囲んでおり、
前記表層領域は、前記二次粒子の表面から、前記二次粒子の深さ方向に０．２５Ｄ
max
離れた位置まで及んでおり、
前記０．２５Ｄ
max
は、最大径の０．２５倍を示し、
前記最大径は、前記二次粒子の輪郭線上の最も離れた２点間の距離を示し、
前記中心領域において、
前記低結晶性炭素は、前記一次粒子の前記表面に付着しており、
前記カーボンブラックは、複数の前記一次粒子に取り囲まれている、
請求項１に記載の負極活物質。
【請求項３】
前記中心領域および前記表層領域の少なくとも一方に、クローズドポアが形成されており、
前記クローズドポアに、前記カーボンブラックが配置されている、
請求項２に記載の負極活物質。
【請求項４】
前記二次粒子内にクローズドポアが形成されており、
前記クローズドポアに、前記カーボンブラックが配置されている、
請求項１に記載の負極活物質。
【請求項５】
質量分率で０．１～５％の前記カーボンブラックを含む、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の負極活物質。
【請求項６】
質量分率で１～５％の前記低結晶性炭素を含む、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の負極活物質。
【請求項７】
請求項１に記載の負極活物質を含む、
非水電解質二次電池。
【請求項８】
（ａ）黒鉛を含む一次粒子と、前駆体と、カーボンブラックとを混合することにより、二次粒子を形成すること、および
（ｂ）前記二次粒子に熱処理を施すことにより、前記前駆体を低結晶性炭素に変化させること、
を含む、
負極活物質の製造方法。
【請求項９】
前記（ａ）は、前記二次粒子を球形化することを含む、
請求項８に記載の負極活物質の製造方法。
【請求項１０】
前記一次粒子は、鱗片状である、
請求項８または請求項９に記載の負極活物質の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、負極活物質、非水電解質二次電池、および負極活物質の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特開２０２０－０４３０６９号公報（特許文献１）は、複数の一次粒子が組み立てられた二次粒子を含む天然黒鉛と、該一次粒子の表面に存在する非晶質カーボンと、該二次粒子を囲む非晶質カーボンを含むコーティング層と、を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－０４３０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非水電解質二次電池（以下「電池」と略記され得る。）の負極活物質として、黒鉛が普及している。電池の使用（充放電の繰り返し）により、電池容量は徐々に低下する。容量劣化の一因として、黒鉛の劣化が考えられる。黒鉛の劣化を軽減するため、非晶質炭素により黒鉛を被覆する方法が提案されている。非晶質炭素が、黒鉛と電解質との直接接触を阻害することにより、黒鉛の劣化が軽減することが期待される。
【０００５】
一般に、黒鉛は二次粒子を形成している。二次粒子は、一次粒子の集合体である。非晶質炭素は、二次粒子の外表面を被覆する。充放電に伴って、黒鉛は膨張と収縮とを繰り返す。二次粒子の体積変化により、二次粒子の内部に通じるオープンポアが形成され得る。例えば、一次粒子間の粒界剥離により、クラックが発生し得る。二次粒子の表面にクラックが生じることにより、オープンポアが形成され得る。オープンポアの内壁は、非晶質炭素により被覆されていない。オープンポアにおいて、内壁（新生面）と電解質とが接触することにより、容量劣化が進行する可能性がある。
【０００６】
ゆえに、本開示は容量劣化の軽減を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本明細書の作用メカニズムは推定を含む。作用メカニズムは、本開示の技術的範囲を限定しない。
【０００８】
１．負極活物質は、黒鉛、低結晶性炭素、および、カーボンブラックを含む。黒鉛は、二次粒子を形成している。二次粒子は、複数の一次粒子を含む。
二次粒子の内部において、低結晶性炭素は、一次粒子の表面に付着している。カーボンブラックは、複数の一次粒子に取り囲まれている。
【０００９】
上記「１」に記載の負極活物質においては、二次粒子の内部にカーボンブラックが配置されている。二次粒子の内部にカーボンブラックが配置されていることにより、二次粒子の圧縮弾性率が増加し得る。すなわち、二次粒子が硬くなり得る。二次粒子が硬くなることにより、充放電に伴う、二次粒子の体積変化が軽減され得る。二次粒子の体積変化が軽減されることにより、クラックの低減が期待される。
【００１０】
さらに、二次粒子の内部においても、一次粒子の表面に低結晶性炭素が付着している。そのため、クラック（オープンポア）が発生しても、新生面が発生し難いと考えられる。これらの作用の相乗により、容量劣化の軽減が期待される。
（【００１１】以降は省略されています）

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