JP6746526B2 - Negative electrode active material, mixed negative electrode active material, and method for producing negative electrode active material - Google Patents

Negative electrode active material, mixed negative electrode active material, and method for producing negative electrode active material Download PDF

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Description

本発明は、負極活物質、混合負極活物質材料、及び負極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a negative electrode active material, a mixed negative electrode active material, and a method for producing a negative electrode active material.

近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器が広く普及しており、さらなる小型化、軽量化及び長寿命化が強く求められている。このような市場要求に対し、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。この二次電池は、小型の電子機器に限らず、自動車などに代表される大型の電子機器、家屋などに代表される電力貯蔵システムへの適用も検討されている。 In recent years, small electronic devices typified by mobile terminals have become widespread, and there is a strong demand for further size reduction, weight reduction, and longer life. In response to such market demand, development of a secondary battery, which is particularly small and lightweight and capable of obtaining high energy density, is under way. This secondary battery is not limited to small electronic devices, but is also being considered for application to large electronic devices typified by automobiles and power storage systems typified by houses.

その中でも、リチウムイオン二次電池は小型かつ高容量化が行いやすく、また、鉛電池、ニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。 Among them, a lithium ion secondary battery is easily expected to be small in size and high in capacity, and can obtain a higher energy density than a lead battery or a nickel-cadmium battery, and thus is highly expected.

上記のリチウムイオン二次電池は、正極および負極、セパレータと共に電解液を備えており、負極は充放電反応に関わる負極活物質を含んでいる。 The lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution, and the negative electrode contains a negative electrode active material involved in a charge/discharge reaction.

この負極活物質としては、炭素系活物質が広く使用されている一方で、最近の市場要求から電池容量のさらなる向上が求められている。電池容量向上のために、負極活物質材としてケイ素を用いることが検討されている。なぜならば、ケイ素の理論容量(4199mAh/g)は黒鉛の理論容量(372mAh/g)よりも10倍以上大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。負極活物質材としてのケイ素材の開発はケイ素単体だけではなく、合金、酸化物に代表される化合物などについても検討されている。また、活物質形状は、炭素系活物質では標準的な塗布型から、集電体に直接堆積する一体型まで検討されている。 While carbon-based active materials are widely used as the negative electrode active material, recent market demands call for further improvements in battery capacity. In order to improve the battery capacity, the use of silicon as the negative electrode active material has been studied. This is because the theoretical capacity of silicon (4199 mAh/g) is 10 times or more larger than the theoretical capacity of graphite (372 mAh/g), and therefore a significant improvement in battery capacity can be expected. The development of a silicon material as a negative electrode active material is being studied not only for silicon itself, but also for alloys and compounds represented by oxides. Further, the active material shape has been studied from a standard coating type for carbon-based active materials to an integrated type directly deposited on a current collector.

しかしながら、負極活物質としてケイ素を主原料として用いると、充放電時に負極活物質が膨張収縮するため、主に負極活物質表層近傍で割れやすくなる。また、活物質内部にイオン性物質が生成し、負極活物質が割れやすい物質となる。負極活物質表層が割れると、それによって新表面が生じ、活物質の反応面積が増加する。この時、新表面において電解液の分解反応が生じるとともに、新表面に電解液の分解物である被膜が形成されるため電解液が消費される。このためサイクル特性が低下しやすくなる。 However, when silicon is used as the main raw material as the negative electrode active material, the negative electrode active material expands and contracts during charge and discharge, so that the negative electrode active material is prone to crack mainly in the vicinity of the surface layer. Further, an ionic substance is generated inside the active material, and the negative electrode active material becomes a material that is easily cracked. When the surface layer of the negative electrode active material is broken, a new surface is generated thereby, and the reaction area of the active material is increased. At this time, a decomposition reaction of the electrolytic solution occurs on the new surface, and a coating film, which is a decomposition product of the electrolytic solution, is formed on the new surface, so that the electrolytic solution is consumed. Therefore, the cycle characteristics are likely to deteriorate.

これまでに、電池初期効率やサイクル特性を向上させるために、ケイ素材を主材としたリチウムイオン二次電池用負極材料、電極構成についてさまざまな検討がなされている。 In order to improve the initial efficiency and cycle characteristics of the battery, various studies have been made so far on the negative electrode material for lithium-ion secondary batteries mainly composed of a silicon material and the electrode configuration.

具体的には、良好なサイクル特性や高い安全性を得る目的で、気相法を用いケイ素及びアモルファス二酸化ケイ素を同時に堆積させている(例えば特許文献1参照)。また、高い電池容量や安全性を得るために、ケイ素酸化物粒子の表層に炭素材(電子伝導材)を設けている(例えば特許文献2参照)。さらに、サイクル特性を改善するとともに高入出力特性を得るために、ケイ素及び酸素を含有する活物質を作製し、かつ、集電体近傍での酸素比率が高い活物質層を形成している(例えば特許文献3参照)。また、サイクル特性向上させるために、ケイ素活物質中に酸素を含有させ、平均酸素含有量が40at%以下であり、かつ集電体に近い場所で酸素含有量が多くなるように形成している(例えば特許文献4参照)。 Specifically, for the purpose of obtaining good cycle characteristics and high safety, silicon and amorphous silicon dioxide are simultaneously deposited using a vapor phase method (see Patent Document 1, for example). Further, in order to obtain high battery capacity and safety, a carbon material (electron conductive material) is provided on the surface layer of the silicon oxide particles (for example, refer to Patent Document 2). Further, in order to improve cycle characteristics and obtain high input/output characteristics, an active material containing silicon and oxygen is produced, and an active material layer having a high oxygen ratio in the vicinity of the current collector is formed ( For example, see Patent Document 3). Further, in order to improve the cycle characteristics, oxygen is contained in the silicon active material, the average oxygen content is 40 at% or less, and the oxygen content is increased in a place near the current collector. (For example, refer to Patent Document 4).

また、初回充放電効率を改善するためにSi相、SiO、MO金属酸化物を含有するナノ複合体を用いている(例えば特許文献5参照)。また、サイクル特性改善のため、SiO(0.8≦x≦1.5、粒径範囲=1μm〜50μm)と炭素材を混合して高温焼成している(例えば特許文献6参照)。また、サイクル特性改善のために、負極活物質中におけるケイ素に対する酸素のモル比を0.1〜1.2とし、活物質、集電体界面近傍におけるモル比の最大値、最小値との差が0.4以下となる範囲で活物質の制御を行っている(例えば特許文献7参照)。また、電池負荷特性を向上させるため、リチウムを含有した金属酸化物を用いている(例えば特許文献8参照)。また、サイクル特性を改善させるために、ケイ素材表層にシラン化合物などの疎水層を形成している(例えば特許文献9参照)。また、サイクル特性改善のため、酸化ケイ素を用い、その表層に黒鉛被膜を形成することで導電性を付与している(例えば特許文献10参照)。特許文献10において、黒鉛被膜に関するラマンスペクトルから得られるシフト値に関して、1330cm−1及び1580cm−1にブロードなピークが現れるとともに、それらの強度比I1330/I1580が1.5<I1330/I1580<3となっている。また、高い電池容量、サイクル特性の改善のため、二酸化ケイ素中に分散されたケイ素微結晶相を有する粒子を用いている(例えば、特許文献11参照)。また、過充電、過放電特性を向上させるために、ケイ素と酸素の原子数比を1:y(0<y<2)に制御したケイ素酸化物を用いている(例えば特許文献12参照)。 Further, Si phase, (for example, see Patent Document 5) by using a nanocomposite containing SiO 2, M y O metal oxide in order to improve the initial charge and discharge efficiency. Further, in order to improve cycle characteristics, SiO x (0.8≦x≦1.5, particle size range=1 μm to 50 μm) and a carbon material are mixed and fired at a high temperature (see, for example, Patent Document 6). In order to improve the cycle characteristics, the molar ratio of oxygen to silicon in the negative electrode active material is set to 0.1 to 1.2, and the difference between the maximum value and the minimum value of the molar ratio in the vicinity of the interface between the active material and the current collector. The active material is controlled within a range of 0.4 or less (for example, refer to Patent Document 7). Further, a metal oxide containing lithium is used to improve the battery load characteristics (see, for example, Patent Document 8). Further, in order to improve the cycle characteristics, a hydrophobic layer such as a silane compound is formed on the surface layer of the silicon material (see, for example, Patent Document 9). Further, in order to improve the cycle characteristics, silicon oxide is used, and conductivity is imparted by forming a graphite film on the surface layer thereof (see, for example, Patent Document 10). In Patent Document 10, with respect to the shift value obtained from the Raman spectra for graphite coating, with broad peaks appearing at 1330 cm -1 and 1580 cm -1, their intensity ratio I 1330 / I 1580 is 1.5 <I 1330 / I 1580 <3. In addition, particles having a silicon microcrystalline phase dispersed in silicon dioxide are used in order to improve high battery capacity and cycle characteristics (see, for example, Patent Document 11). Further, in order to improve the overcharge and overdischarge characteristics, a silicon oxide in which the atomic ratio of silicon and oxygen is controlled to 1:y (0<y<2) is used (for example, see Patent Document 12).

特開2001−185127号公報JP, 2001-185127, A 特開2002−042806号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-042806 特開2006−164954号公報JP, 2006-164954, A 特開2006−114454号公報JP, 2006-114454, A 特開2009−070825号公報JP, 2009-070825, A 特開2008−282819号公報JP, 2008-282819, A 特開2008−251369号公報JP, 2008-251369, A 特開2008−177346号公報JP, 2008-177346, A 特開2007−234255号公報JP, 2007-234255, A 特開2009−212074号公報JP, 2009-212074, A 特開2009−205950号公報JP, 2009-205950, A 特許第2997741号明細書Japanese Patent No. 2997741

上述したように、近年、電子機器に代表される小型のモバイル機器は高性能化、多機能化がすすめられており、その主電源であるリチウムイオン二次電池は電池容量の増加が求められている。この問題を解決する1つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極からなるリチウムイオン二次電池の開発が望まれている。また、ケイ素材を用いたリチウムイオン二次電池は、炭素系活物質を用いたリチウムイオン二次電池と同等に近い初回効率及びサイクル特性が望まれている。しかしながら、炭素系活物質を用いたリチウムイオン二次電池と同等の初回効率及びサイクル安定性を示す負極活物質を提案するには至っていなかった。 As described above, in recent years, small mobile devices typified by electronic devices have been improved in performance and multifunction, and the lithium-ion secondary battery, which is the main power source thereof, is required to have an increased battery capacity. There is. As one method for solving this problem, development of a lithium ion secondary battery including a negative electrode using a silicon material as a main material is desired. In addition, a lithium ion secondary battery using a silicon material is desired to have an initial efficiency and cycle characteristics that are similar to those of a lithium ion secondary battery using a carbon-based active material. However, it has not been possible to propose a negative electrode active material having the same initial efficiency and cycle stability as a lithium ion secondary battery using a carbon-based active material.

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、二次電池の負極活物質として用いた際に、初期充放電特性及びサイクル特性を向上させることが可能な負極活物質、この負極活物質を含む混合負極活物質材料、この負極活物質材料で形成した負極活物質層を有する負極電極、及び、本発明の負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。また、初期充放電特性及びサイクル特性を向上させることが可能な本発明の負極活物質を製造する方法を提供することも目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when used as a negative electrode active material of a secondary battery, a negative electrode active material capable of improving initial charge/discharge characteristics and cycle characteristics, and the negative electrode active material. An object is to provide a mixed negative electrode active material containing a substance, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed of this negative electrode active material, and a lithium ion secondary battery using the negative electrode active material of the present invention. .. Moreover, it aims at providing the method of manufacturing the negative electrode active material of this invention which can improve initial charging/discharging characteristics and cycle characteristics.

上記目的を達成するために、本発明は、負極活物質粒子を含む負極活物質であって、前記負極活物質粒子は、ケイ素化合物(SiO:0.5≦x≦1.6)を含むケイ素化合物粒子を含有し、前記ケイ素化合物粒子は、LiSiO及びLiSiOのうち少なくとも1種以上を含有し、前記負極活物質粒子は、Clイオン及びSOイオンのうち少なくともいずれか一方を表面に含み、前記Clイオンの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であること、及び、前記SOイオンの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることの少なくともいずれか一方を満たすものであることを特徴とする負極活物質を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides a negative electrode active material including negative electrode active material particles, wherein the negative electrode active material particles include a silicon compound (SiO x : 0.5≦x≦1.6). Silicon compound particles are contained, the silicon compound particles contain at least one kind of Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 , and the negative electrode active material particles contain at least one of Cl ion and SO 4 ion. One of them is contained on the surface, the content of the Cl ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles, and the content of SO 4 ions is the negative electrode active material particles. The present invention provides a negative electrode active material, which satisfies at least one of 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass.

このように、負極活物質粒子がClイオン及びSOイオンのいずれか一方又は両方を表面に含み、かつ、Clイオン及びSOイオンのいずれか一方又は両方の含有量が、負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることで、電子伝導性が良好な負極活物質となる。よって、本発明の負極活物質は、二次電池の初期効率及びサイクル特性を向上させることができる。上記含有量が5質量ppm未満であると、電子伝導性の向上効果が十分に得られない。また、上記含有量が200質量ppmを超えると、スラリーの粘性が上昇して、良好な電極作成が難しくなる。 Thus, comprises either or both of the anode active material particles Cl ions and SO 4 ions to the surface, and the content of either or both of the Cl ions and SO 4 ions, the anode active material particles When the content is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass, the negative electrode active material has good electron conductivity. Therefore, the negative electrode active material of the present invention can improve the initial efficiency and cycle characteristics of the secondary battery. When the content is less than 5 mass ppm, the effect of improving the electronic conductivity cannot be sufficiently obtained. Further, when the content exceeds 200 mass ppm, the viscosity of the slurry increases and it becomes difficult to produce a good electrode.

このとき、前記負極活物質粒子はClイオン及びSOイオンの両方を表面に含み、前記Clイオンの含有量が、前記負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であること、及び、前記SOイオンの含有量が、前記負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることの両方を満たすものであることが好ましい。 At this time, the negative electrode active material particles contain both Cl ions and SO 4 ions on the surface, and the content of the Cl ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles. And that the content of SO 4 ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles.

本発明の負極活物質はClイオン及びSOイオンの両方を表面に含み、両者の含有量が、負極活物質粒子の質量に対して、いずれも5質量ppm以上200質量ppm以下を満たすことで、二次電池の初期効率及びサイクル特性を特に向上させることができる。 The negative electrode active material of the present invention contains both Cl ions and SO 4 ions on the surface, and both contents satisfy 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles. Especially, the initial efficiency and cycle characteristics of the secondary battery can be improved.

また、前記負極活物質粒子は、LiOH及びLiCOを表面に含み、前記LiOHの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して0.01質量%以上5.00質量%以下であり、かつ、前記LiCOの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して0.01質量%以上5.00質量%以下を満たすものであることが好ましい。 In addition, the negative electrode active material particles include LiOH and Li 2 CO 3 on the surface, and the content of LiOH is 0.01% by mass or more and 5.00% by mass or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles. It is preferable that the content of Li 2 CO 3 satisfies 0.01% by mass or more and 5.00% by mass or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles.

負極活物質粒子の表面のLiCO及びLiOHの含有量が、負極活物質の質量に対してそれぞれ0.01質量%以上であれば、Liが拡散する際に媒体とするLiの量が十分に存在しているため、電子伝導性がより向上する。また、LiCO及びLiOHの含有量がそれぞれ5.00質量%以下であれば、これらのLi化合物の量が適切な量であるため、電子伝導性の向上効果を確実に得られる。このような本発明の負極活物質は、サイクル特性をより向上させることができるものとなる。 If the content of Li 2 CO 3 and LiOH on the surface of the negative electrode active material particles is 0.01% by mass or more with respect to the mass of the negative electrode active material, the amount of Li used as a medium when Li diffuses Since it is sufficiently present, the electron conductivity is further improved. Further, when the content of Li 2 CO 3 and the content of LiOH are each 5.00 mass% or less, the amount of these Li compounds is an appropriate amount, so that the effect of improving the electron conductivity can be reliably obtained. Such a negative electrode active material of the present invention can further improve cycle characteristics.

また、前記負極活物質粒子はLiCl及びLiSOのうち少なくともいずれか一方を表面に含むものであることが好ましい。 Further, it is preferable that the negative electrode active material particles have at least one of LiCl and Li 2 SO 4 on the surface.

負極活物質粒子が上記のようなものを表面に含む負極活物質は、サイクル特性をより向上させることができるものとなる。 The negative electrode active material in which the negative electrode active material particles have the above-described particles on the surface thereof can further improve the cycle characteristics.

また、前記ケイ素化合物粒子は、X線回折により得られるSi(111)結晶面に起因する回折ピークの半値幅(2θ)が1.2°以上であるとともに、その結晶面に対応する結晶子サイズは7.5nm以下であることが好ましい。 Further, the silicon compound particles have a full width at half maximum (2θ) of a diffraction peak due to a Si(111) crystal plane obtained by X-ray diffraction of 1.2° or more, and a crystallite size corresponding to the crystal plane. Is preferably 7.5 nm or less.

ケイ素化合物粒子が上記のケイ素結晶性を有する負極活物質をリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いれば、より良好なサイクル特性及び初期充放電特性が得られる。 If the negative electrode active material having silicon compound particles having the above-mentioned silicon crystallinity is used as the negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, better cycle characteristics and initial charge/discharge characteristics can be obtained.

また、本発明の負極活物質は、前記ケイ素化合物粒子において、29Si−MAS−NMR スペクトルから得られる、ケミカルシフト値として−60〜−95ppmで与えられるSi及びLiシリケート領域の最大ピーク強度値Aと、ケミカルシフト値として−96〜−150ppmで与えられるSiO領域のピーク強度値Bが、A>Bという関係を満たすものであることが好ましい。 In addition, the negative electrode active material of the present invention has a maximum peak intensity value A of Si and Li silicate regions, which is obtained from 29 Si-MAS-NMR spectrum and is given as a chemical shift value of −60 to −95 ppm in the silicon compound particles. And it is preferable that the peak intensity value B in the SiO 2 region given as a chemical shift value of −96 to −150 ppm satisfies the relationship of A>B.

ケイ素化合物粒子において、SiO成分を基準としてSi及びLiSiOの量がより多いものであれば、Liの挿入による電池特性の向上効果を十分に得られる負極活物質となる。 In the silicon compound particles, if the amounts of Si and Li 2 SiO 3 are larger than that of the SiO 2 component, the negative electrode active material can sufficiently obtain the effect of improving the battery characteristics by inserting Li.

また、前記負極活物質と炭素系活物質との混合物を含む負極電極と対極リチウムとから成る試験セルを作製し、該試験セルにおいて、前記負極活物質にリチウムを挿入するよう電流を流す充電と、前記負極活物質からリチウムを脱離するよう電流を流す放電とから成る充放電を30回実施し、各充放電における放電容量Qを前記対極リチウムを基準とする前記負極電極の電位Vで微分した微分値dQ/dVと前記電位Vとの関係を示すグラフを描いた場合に、X回目以降(1≦X≦30)の放電時における、前記負極電極の電位Vが0.40V〜0.55Vの範囲にピークを有するものであることが好ましい。 Further, a test cell composed of a negative electrode containing a mixture of the negative electrode active material and a carbon-based active material and a counter electrode lithium was prepared, and in the test cell, charging was performed by passing an electric current so as to insert lithium into the negative electrode active material. , Charging and discharging consisting of discharging a current so as to desorb lithium from the negative electrode active material is carried out 30 times, and the discharge capacity Q in each charge and discharge is differentiated with the potential V of the negative electrode with reference to the counter lithium. When a graph showing the relationship between the differentiated value dQ/dV and the potential V is drawn, the potential V of the negative electrode during the X-th discharge (1≦X≦30) and thereafter is 0.40 V to 0. It preferably has a peak in the range of 55V.

V−dQ/dV曲線における上記のピークはケイ素材のピークと類似しており、より高電位側における放電カーブが鋭く立ち上がるため、電池設計を行う際、容量発現しやすくなる。また、上記ピークが30回以内の充放電で発現するものであれば、安定したバルクが形成される負極活物質となる。 The above-mentioned peak in the V-dQ/dV curve is similar to the peak of the silicon material, and the discharge curve on the higher potential side rises sharply, which makes it easy to develop the capacity when designing the battery. In addition, if the above-mentioned peak is manifested within 30 times of charge/discharge, the negative electrode active material will have a stable bulk.

また、前記負極活物質粒子はメジアン径が1.0μm以上15μm以下であることが好ましい。 The negative electrode active material particles preferably have a median diameter of 1.0 μm or more and 15 μm or less.

メジアン径が1.0μm以上であれば、質量当たりの表面積の増加により電池不可逆容量が増加することを抑制することができる。一方で、メジアン径を15μm以下とすることで、粒子が割れ難くなるため新表面が出難くなる。 When the median diameter is 1.0 μm or more, it is possible to suppress an increase in battery irreversible capacity due to an increase in surface area per mass. On the other hand, when the median diameter is 15 μm or less, the particles are less likely to be broken, and the new surface is less likely to appear.

また、前記負極活物質粒子は、表層部に炭素材を含むことが好ましい。 Further, it is preferable that the negative electrode active material particles include a carbon material in the surface layer portion.

このように、負極活物質粒子がその表層部に炭素材を含むことで、導電性の向上が得られる。 As described above, the negative electrode active material particles include the carbon material in the surface layer portion thereof, whereby the conductivity can be improved.

また、前記炭素材の平均厚さは10nm以上5000nm以下であることが好ましい。 The average thickness of the carbon material is preferably 10 nm or more and 5000 nm or less.

炭素材の平均厚さが10nm以上であれば導電性向上が得られる。また、被覆する炭素材の平均厚さが5000nm以下であれば、このような負極活物質粒子を含む負極活物質をリチウムイオン二次電池に用いることにより、ケイ素化合物粒子を十分な量確保できるので、電池容量の低下を抑制することができる。 When the average thickness of the carbon material is 10 nm or more, improved conductivity can be obtained. If the average thickness of the carbon material to be coated is 5000 nm or less, a sufficient amount of silicon compound particles can be secured by using a negative electrode active material containing such negative electrode active material particles in a lithium ion secondary battery. It is possible to suppress a decrease in battery capacity.

上記の負極活物質と炭素系活物質とを含むことを特徴とする混合負極活物質材料を提供する。 Provided is a mixed negative electrode active material, comprising the above negative electrode active material and a carbon-based active material.

このように、負極活物質層を形成する材料として、本発明の負極活物質(ケイ素系負極活物質)とともに炭素系活物質を含むことで、負極活物質層の導電性を向上させることができるとともに、充電に伴う膨張応力を緩和することが可能となる。また、ケイ素系負極活物質を炭素系活物質に混合することで電池容量を増加させることができる。 Thus, the conductivity of the negative electrode active material layer can be improved by including the carbon active material together with the negative electrode active material (silicon negative electrode active material) of the present invention as the material for forming the negative electrode active material layer. At the same time, it becomes possible to relieve the expansion stress associated with charging. In addition, the battery capacity can be increased by mixing the silicon-based negative electrode active material with the carbon-based active material.

また、上記目的を達成するために、本発明は、上記の混合負極活物質材料を含み、前記負極活物質と前記炭素系活物質の質量の合計に対する、前記負極活物質の質量の割合が6質量%以上である非水電解質二次電池用負極を提供する。 Further, in order to achieve the above object, the present invention includes the above mixed negative electrode active material, and the ratio of the mass of the negative electrode active material to the total mass of the negative electrode active material and the carbon-based active material is 6 Provided is a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the content of which is at least mass%.

上記の負極活物質(ケイ素系負極活物質)と炭素系活物質の質量の合計に対する、負極活物質(ケイ素系負極活物質)の質量の割合が6質量%以上であれば、電池容量をより向上させることが可能となる。 If the ratio of the mass of the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) to the total mass of the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) and the carbon-based active material is 6% by mass or more, the battery capacity is further improved. It is possible to improve.

また、上記目的を達成するために、本発明は、上記の混合負極活物質材料で形成された負極活物質層と、負極集電体とを有し、前記負極活物質層は前記負極集電体上に形成されており、前記負極集電体は炭素及び硫黄を含むとともに、それらの含有量がいずれも100質量ppm以下である非水電解質二次電池用負極を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention has a negative electrode active material layer formed of the above mixed negative electrode active material, and a negative electrode current collector, wherein the negative electrode active material layer is the negative electrode current collector. Provided is a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is formed on a body, in which the negative electrode current collector contains carbon and sulfur and the content of each of them is 100 mass ppm or less.

このように、負極電極を構成する負極集電体が、炭素及び硫黄を上記のような量で含むことで、充電時の負極電極の変形を抑制することができる。 As described above, the negative electrode current collector that constitutes the negative electrode contains carbon and sulfur in the amounts described above, so that the deformation of the negative electrode during charging can be suppressed.

また、上記目的を達成するために、本発明は、上記の負極活物質を含む負極を用いたものであるリチウムイオン二次電池を提供する。 Further, to achieve the above object, the present invention provides a lithium ion secondary battery using a negative electrode containing the above negative electrode active material.

このような負極活物質を含む負極を用いたリチウムイオン二次電池であれば、高容量であるとともに良好なサイクル特性及び初期充放電特性が得られる。 A lithium-ion secondary battery using a negative electrode containing such a negative electrode active material has high capacity and good cycle characteristics and initial charge/discharge characteristics.

また、上記目的を達成するために、本発明は、ケイ素化合物粒子を含有する負極活物質粒子を含む負極活物質を製造する方法であって、ケイ素化合物(SiO:0.5≦x≦1.6)を含むケイ素化合物粒子を作製する工程と、前記ケイ素化合物粒子にリチウムを挿入し、LiSiO及びLiSiOのうち少なくとも1種以上を含有させる工程と、により負極活物質粒子を作製し、前記負極活物質粒子から、前記Clイオンの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であること、及び、前記SOイオンの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることの少なくともいずれか一方を満たすものを選別する工程とを含み、該選別した前記負極活物質粒子を用いて、負極活物質を製造することを特徴とする負極活物質の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for producing a negative electrode active material containing negative electrode active material particles containing silicon compound particles, wherein the silicon compound (SiO x : 0.5≦x≦1 Negative electrode active material particles by a step of producing silicon compound particles containing (6.6) and a step of inserting lithium into the silicon compound particles to contain at least one or more of Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4. From the negative electrode active material particles, the content of the Cl ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles, and the content of the SO 4 ions is A step of selecting at least one of 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles, and using the selected negative electrode active material particles, a negative electrode Provided is a method for producing a negative electrode active material, which comprises producing an active material.

ケイ素系活物質粒子をこのように選別して、負極活物質を製造することで、リチウムイオン二次電池の負極活物質として使用した際に高容量であるとともに良好なサイクル特性及び初期充放電特性を有する負極活物質を製造することができる。 By selecting the silicon-based active material particles in this way to produce the negative electrode active material, the high capacity and good cycle characteristics and initial charge/discharge characteristics when used as the negative electrode active material of a lithium ion secondary battery are obtained. It is possible to manufacture a negative electrode active material having

このとき、負極活物質の製造方法は、さらに、前記ケイ素化合物粒子の表面に、Clイオン及びSOイオンのうち少なくともいずれか一方を含有させる工程を含むことができる。 At this time, the method for producing the negative electrode active material may further include a step of containing at least one of Cl ions and SO 4 ions on the surface of the silicon compound particles.

このように、Clイオン及びSOイオンのうち少なくともいずれか一方をケイ素化合物粒子の表面に添加してよい。 Thus, at least one of Cl ion and SO 4 ion may be added to the surface of the silicon compound particles.

また、上記目的を達成するために、本発明は、上記の負極活物質の製造方法によって製造した負極活物質を用いて負極を作製し、該作製した負極を用いてリチウムイオン二次電池を製造するリチウムイオン二次電池の製造方法を提供する。 Further, in order to achieve the above object, the present invention is to manufacture a negative electrode using the negative electrode active material manufactured by the above-described method for manufacturing a negative electrode active material, and to manufacture a lithium ion secondary battery using the manufactured negative electrode. A method for manufacturing a lithium ion secondary battery is provided.

上記のように製造された負極活物質を用いることにより、高容量であるとともに良好なサイクル特性及び初期充放電特性を有するリチウムイオン二次電池を製造することができる。 By using the negative electrode active material manufactured as described above, it is possible to manufacture a lithium-ion secondary battery having a high capacity and good cycle characteristics and initial charge/discharge characteristics.

本発明の負極活物質は、二次電池の負極活物質として用いた際に、高容量で良好なサイクル特性及び初期充放電特性が得られる。また、この負極活物質を含む混合負極活物質材料、負極、及びリチウムイオン二次電池においても同様の効果が得られる。また、本発明の負極活物質の製造方法であれば、二次電池の負極活物質として用いた際に、良好なサイクル特性及び初期充放電特性を有する負極活物質を製造することができる。 When the negative electrode active material of the present invention is used as a negative electrode active material of a secondary battery, it has high capacity and good cycle characteristics and initial charge/discharge characteristics. Further, the same effect can be obtained in the mixed negative electrode active material containing the negative electrode active material, the negative electrode, and the lithium ion secondary battery. Further, according to the method for producing a negative electrode active material of the present invention, it is possible to produce a negative electrode active material having good cycle characteristics and initial charge/discharge characteristics when used as a negative electrode active material of a secondary battery.

本発明の非水電解質二次電池用負極の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary batteries of this invention. 酸化還元法により改質を行った場合にケイ素化合物粒子から測定される29Si−MAS−NMRスペクトルの一例である。It is an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from silicon compound particles when modified by a redox method. 熱ドープ法により改質を行った場合にケイ素化合物粒子から測定される29Si−MAS−NMRスペクトルの一例である。It is an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from silicon compound particles when modified by a thermal doping method. 本発明のリチウム二次電池の構成例(ラミネートフィルム型)を表す図である。It is a figure showing the structural example (laminate film type) of the lithium secondary battery of this invention. 負極活物質の総量に対するケイ素系活物質粒子の割合と二次電池の電池容量の増加率との関係を表すグラフである。3 is a graph showing the relationship between the ratio of silicon-based active material particles to the total amount of negative electrode active material and the rate of increase in battery capacity of the secondary battery.

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

前述のように、リチウムイオン二次電池の電池容量を増加させる1つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極をリチウムイオン二次電池の負極として用いることが検討されている。このケイ素材を用いたリチウムイオン二次電池は、炭素系活物質を用いたリチウムイオン二次電池と同等に近い初期充放電特性及びサイクル特性が望まれているが、炭素系活物質を用いたリチウムイオン二次電池と同等の初期充放電特性及びサイクル特性を有する負極活物質を提案するには至っていなかった。 As described above, as one method of increasing the battery capacity of a lithium-ion secondary battery, it has been considered to use a negative electrode using a silicon material as a main material as a negative electrode of a lithium-ion secondary battery. A lithium-ion secondary battery using this silicon material is desired to have initial charge/discharge characteristics and cycle characteristics that are similar to those of a lithium-ion secondary battery using a carbon-based active material. It has not been possible to propose a negative electrode active material having the same initial charge/discharge characteristics and cycle characteristics as those of the lithium ion secondary battery.

そこで、本発明者らは、二次電池に用いた場合、高電池容量となるとともに、サイクル特性及び初回効率が良好となる負極活物質を得るために鋭意検討を重ね、本発明に至った。 Therefore, the present inventors have conducted extensive studies to obtain a negative electrode active material which, when used in a secondary battery, has a high battery capacity and good cycle characteristics and initial efficiency, and has arrived at the present invention.

本発明の負極活物質は、負極活物質粒子を含む。そして、この負極活物質粒子は、ケイ素化合物(SiO:0.5≦x≦1.6)を含むケイ素化合物粒子を含有する。このケイ素化合物粒子は、LiSiO及びLiSiOのうち少なくとも1種以上のリチウムシリケートを含有している。そして、この負極活物質粒子はClイオン及びSOイオンのうち少なくともいずれか一方を表面に含み、Clイオンの含有量が負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であること、及び、SOイオンの含有量が負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることの少なくともいずれか一方を満たすものである。 The negative electrode active material of the present invention contains negative electrode active material particles. The negative electrode active material particles contain silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5≦x≦1.6). The silicon compound particles contain at least one lithium silicate of Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 . The negative electrode active material particles contain at least one of Cl ions and SO 4 ions on the surface, and the content of Cl ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles. And that the content of SO 4 ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles.

このような負極活物質は、ケイ素化合物粒子を含む負極活物質粒子(ケイ素系活物質粒子とも呼称する)を含むため、電池容量を向上できる。また、ケイ素化合物中の、電池の充放電時のリチウムの挿入、脱離時に不安定化するSiO成分部を予めリチウムシリケートに改質させたものであるので、充電時に発生する不可逆容量を低減することができる。さらに、このような負極活物質であれば、Clイオン及びSOイオンのいずれか一方又は両方を負極活物質粒子の表面に含み、かつ、Clイオン及びSOイオンのいずれか一方又は両方の含有量が、負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることで、電子伝導性が良好となる。よって、本発明の負極活物質は、二次電池の初期効率及びサイクル特性を向上させることができる。 Since such a negative electrode active material contains negative electrode active material particles containing silicon compound particles (also referred to as silicon-based active material particles), the battery capacity can be improved. In addition, since the SiO 2 component part, which becomes unstable when lithium is inserted and released during charge/discharge of the battery in the silicon compound, is modified in advance to lithium silicate, the irreversible capacity generated during charging is reduced. can do. Further, if such a negative electrode active material, one or both of the Cl ions and SO 4 ions include on the surface of the anode active material particles, and containing either or both of the Cl ions and SO 4 ions When the amount is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles, the electron conductivity becomes good. Therefore, the negative electrode active material of the present invention can improve the initial efficiency and cycle characteristics of the secondary battery.

また、特に、負極活物質粒子はClイオン及びSOイオンの両方を表面に含み、Clイオンの含有量が、負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であること、及び、SOイオンの含有量が、負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることの両方を満たすものであることが好ましい。このような負極活物質粒子を含む負極活物質は、二次電池の初期効率及びサイクル特性を特に向上させることができる。 In addition, in particular, the negative electrode active material particles include both Cl ions and SO 4 ions on the surface, and the content of Cl ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles, It is preferable that the content of SO 4 ions is both 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles. The negative electrode active material containing such negative electrode active material particles can particularly improve the initial efficiency and cycle characteristics of the secondary battery.

<非水電解質二次電池用負極>
まず、非水電解質二次電池用負極について説明する。図1は本発明の一実施形態における非水電解質二次電池用負極(以下、「負極」とも呼称する)の断面構成を表している。
<Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery>
First, the negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery will be described. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, also referred to as “negative electrode”) according to an embodiment of the present invention.

[負極の構成]
図1に示したように、負極10は、負極集電体11の上に負極活物質層12を有する構成になっている。この負極活物質層12は負極集電体11の両面、又は、片面だけに設けられていても良い。さらに、本発明の負極活物質が用いられたものであれば、負極集電体11はなくてもよい。
[Negative electrode configuration]
As shown in FIG. 1, the negative electrode 10 has a structure in which the negative electrode active material layer 12 is provided on the negative electrode current collector 11. The negative electrode active material layer 12 may be provided on both surfaces of the negative electrode current collector 11 or only on one surface. Further, the negative electrode current collector 11 may be omitted if the negative electrode active material of the present invention is used.

[負極集電体]
負極集電体11は、優れた導電性材料であり、かつ、機械的な強度に長けた物で構成される。負極集電体11に用いることができる導電性材料として、例えば銅(Cu)やニッケル(Ni)があげられる。この導電性材料は、リチウム(Li)と金属間化合物を形成しない材料であることが好ましい。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode current collector 11 is made of an excellent conductive material and has a high mechanical strength. Examples of the conductive material that can be used for the negative electrode current collector 11 include copper (Cu) and nickel (Ni). The conductive material is preferably a material that does not form an intermetallic compound with lithium (Li).

負極集電体11は、主元素以外に炭素(C)や硫黄(S)を含んでいることが好ましい。負極集電体の物理的強度が向上するためである。特に、充電時に膨張する活物質層を有する場合、集電体が上記の元素を含んでいれば、集電体を含む電極変形を抑制する効果があるからである。上記の含有元素の含有量は、特に限定されないが、中でも、それぞれ100質量ppm以下であることが好ましい。より高い変形抑制効果が得られるからである。このような変形抑制効果によりサイクル特性をより向上できる。 The negative electrode current collector 11 preferably contains carbon (C) and sulfur (S) in addition to the main elements. This is because the physical strength of the negative electrode current collector is improved. In particular, in the case where the active material layer which expands at the time of charging is included, if the current collector contains any of the above elements, deformation of the electrode including the current collector can be suppressed. The content of each of the above-mentioned contained elements is not particularly limited, but is preferably 100 ppm by mass or less. This is because a higher deformation suppressing effect can be obtained. The cycle characteristic can be further improved by such a deformation suppressing effect.

また、負極集電体11の表面は粗化されていてもよいし、粗化されていなくてもよい。粗化されている負極集電体は、例えば、電解処理、エンボス処理、又は、化学エッチング処理された金属箔などである。粗化されていない負極集電体は、例えば、圧延金属箔などである。 Further, the surface of the negative electrode current collector 11 may or may not be roughened. The roughened negative electrode current collector is, for example, a metal foil that has been subjected to electrolytic treatment, embossing treatment, or chemical etching treatment. The non-roughened negative electrode current collector is, for example, a rolled metal foil.

[負極活物質層]
負極活物質層12は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な本発明の負極活物質を含んでおり、電池設計上の観点から、さらに、負極結着剤(バインダ)や導電助剤など他の材料を含んでいてもよい。負極活物質は負極活物質粒子を含み、負極活物質粒子はケイ素化合物(SiO:0.5≦x≦1.6)を含有するケイ素化合物粒子を含む。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer 12 contains the negative electrode active material of the present invention capable of occluding and releasing lithium ions, and from the viewpoint of battery design, further, other materials such as a negative electrode binder (binder) and a conductive auxiliary agent. May be included. The negative electrode active material includes negative electrode active material particles, and the negative electrode active material particles include silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5≦x≦1.6).

また、負極活物質層12は、本発明の負極活物質(ケイ素系負極活物質)と炭素系活物質とを含む混合負極活物質材料を含んでいても良い。これにより、負極活物質層の電気抵抗が低下するとともに、充電に伴う膨張応力を緩和することが可能となる。炭素系活物質としては、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、カーボンブラック類などを使用できる。 In addition, the negative electrode active material layer 12 may include a mixed negative electrode active material material including the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) of the present invention and a carbon-based active material. As a result, the electric resistance of the negative electrode active material layer is reduced, and the expansion stress associated with charging can be relieved. Examples of the carbon-based active material that can be used include pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, and carbon blacks.

また、本発明の負極は、本発明の負極活物質(ケイ素系負極活物質)と炭素系活物質の質量の合計に対する、負極活物質(ケイ素系負極活物質)の質量の割合が6質量%以上であることが好ましい。本発明の負極活物質と炭素系活物質の質量の合計に対する、本発明の負極活物質の質量の割合が6質量%以上であれば、電池容量を確実に向上させることが可能となる。 In the negative electrode of the present invention, the mass ratio of the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) to the total mass of the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) and carbon-based active material of the present invention is 6% by mass. The above is preferable. When the ratio of the mass of the negative electrode active material of the present invention to the total mass of the negative electrode active material of the present invention and the carbon-based active material is 6% by mass or more, it is possible to reliably improve the battery capacity.

また、上記のように本発明の負極活物質は、ケイ素化合物粒子を含み、ケイ素化合物粒子はケイ素化合物(SiO:0.5≦x≦1.6)を含有する酸化ケイ素材であるが、その組成はxが1に近い方が好ましい。なぜならば、高いサイクル特性が得られるからである。なお、本発明におけるケイ素化合物の組成は必ずしも純度100%を意味しているわけではなく、微量の不純物元素を含んでいてもよい。 Further, as described above, the negative electrode active material of the present invention contains silicon compound particles, and the silicon compound particles are silicon oxide raw materials containing a silicon compound (SiO x : 0.5≦x≦1.6). The composition is preferably such that x is close to 1. This is because high cycle characteristics can be obtained. The composition of the silicon compound in the present invention does not necessarily mean a purity of 100%, and may contain a slight amount of impurity element.

また、本発明の負極活物質において、ケイ素化合物粒子は、LiSiO及びLiSiOのうち少なくとも1種以上を含有している。ケイ素化合物粒子のバルク内部にLiSiO、LiSiOは少なくとも1種以上存在することで電池特性が向上するが、上記2種類のリチウムシリケートを共存させる場合に電池特性がより向上する。なお、これらのリチウムシリケートは、NMR(Nuclear Magnetic Resonance:核磁気共鳴)又はXPS(X−ray photoelectron spectroscopy:X線光電子分光)で定量可能である。XPSとNMRの測定は、例えば、以下の条件により行うことができる。 In the negative electrode active material of the present invention, the silicon compound particles contain at least one kind of Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 . The battery characteristics are improved by the presence of at least one kind of Li 4 SiO 4 and Li 2 SiO 3 inside the bulk of the silicon compound particles, but the battery characteristics are further improved when the above two kinds of lithium silicate are coexisted. These lithium silicates can be quantified by NMR (Nuclear Magnetic Resonance) or XPS (X-ray photoelectron spectroscopy: X-ray photoelectron spectroscopy). The XPS and NMR measurements can be performed, for example, under the following conditions.

XPS
・装置: X線光電子分光装置、
・X線源: 単色化Al Kα線、
・X線スポット径: 100μm、
・Arイオン銃スパッタ条件: 0.5kV/2mm×2mm。
29Si MAS NMR(マジック角回転核磁気共鳴)
・装置: Bruker社製700NMR分光器、
・プローブ: 4mmHR−MASローター 50μL、
・試料回転速度: 10kHz、
・測定環境温度: 25℃。
XPS
・Device: X-ray photoelectron spectrometer,
・X-ray source: monochromatic Al Kα ray,
・X-ray spot diameter: 100 μm
-Ar ion gun sputtering conditions: 0.5 kV/2 mm x 2 mm.
29 Si MAS NMR (Magic Angle Rotation Nuclear Magnetic Resonance)
-Apparatus: 700 NMR spectrometer manufactured by Bruker,
・Probe: 4 mm HR-MAS rotor 50 μL,
・Sample rotation speed: 10 kHz,
-Measuring environment temperature: 25°C.

また、ケイ素化合物粒子は、X線回折により得られるSi(111)結晶面に起因する回折ピークの半値幅(2θ)が1.2°以上であるとともに、その結晶面に対応する結晶子サイズは7.5nm以下であることが好ましい。ケイ素化合物粒子におけるケイ素化合物のケイ素結晶性は低いほどよく、特に、Si結晶の存在量が少なければ、電池特性を向上でき、さらに、安定的なLi化合物が生成できる。 In addition, the silicon compound particles have a full width at half maximum (2θ) of the diffraction peak due to the Si(111) crystal plane obtained by X-ray diffraction of 1.2° or more, and the crystallite size corresponding to the crystal plane is It is preferably 7.5 nm or less. The lower the silicon crystallinity of the silicon compound in the silicon compound particles, the better. Particularly, if the amount of Si crystals present is small, the battery characteristics can be improved and a stable Li compound can be produced.

また、本発明の負極活物質は、ケイ素化合物粒子において、29Si−MAS−NMRスペクトルから得られる、ケミカルシフト値として−60〜−95ppmで与えられるSi及びLiシリケート領域の最大ピーク強度値Aと、ケミカルシフト値として−96〜−150ppmで与えられるSiO領域のピーク強度値Bが、A>Bという関係を満たすことが好ましい。ケイ素化合物粒子において、SiO成分を基準とした場合にケイ素成分又はLiSiOの量が比較的多いものであれば、Liの挿入による電池特性の向上効果を十分に得られる。なお、29Si−MAS−NMRの測定条件は上記と同様でよい。 Further, the negative electrode active material of the present invention has a maximum peak intensity value A of Si and Li silicate regions, which is obtained from 29 Si-MAS-NMR spectrum and is given as a chemical shift value of −60 to −95 ppm in silicon compound particles. It is preferable that the peak intensity value B in the SiO 2 region given as a chemical shift value of −96 to −150 ppm satisfies the relation of A>B. In the silicon compound particles, if the amount of the silicon component or Li 2 SiO 3 is relatively large when the SiO 2 component is used as a reference, the effect of improving the battery characteristics by inserting Li can be sufficiently obtained. The measurement conditions of 29 Si-MAS-NMR may be the same as above.

また、本発明の負極活物質において、負極活物質粒子は、表層部に炭素材を含むことが好ましい。負極活物質粒子がその表層部に炭素材を含むことで、導電性の向上が得られるため、このような負極活物質粒子を含む負極活物質を二次電池の負極活物質として用いた際に、電池特性を向上させることができる。 Further, in the negative electrode active material of the present invention, the negative electrode active material particles preferably include a carbon material in the surface layer portion. By including a carbon material in the surface layer of the negative electrode active material particles, it is possible to obtain improved conductivity, and thus when using a negative electrode active material containing such negative electrode active material particles as a negative electrode active material of a secondary battery. The battery characteristics can be improved.

また、負極活物質粒子の表層部の炭素材の平均厚さは、10nm以上5000nm以下であることが好ましい。炭素材の平均厚さが10nm以上であれば導電性向上が得られ、被覆する炭素材の平均厚さが5000nm以下であれば、このような負極活物質粒子を含む負極活物質をリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いた際に、電池容量の低下を抑制することができる。 The average thickness of the carbon material in the surface layer of the negative electrode active material particles is preferably 10 nm or more and 5000 nm or less. When the average thickness of the carbon material is 10 nm or more, the conductivity is improved, and when the average thickness of the carbon material to be coated is 5000 nm or less, the negative electrode active material containing such negative electrode active material particles is used as a lithium ion electrolyte. When used as a negative electrode active material for a secondary battery, it is possible to suppress a decrease in battery capacity.

この炭素材の平均厚さは、例えば、以下の手順により算出できる。先ず、TEM(透過型電子顕微鏡)により任意の倍率で負極活物質粒子を観察する。この倍率は、厚さを測定できるように、目視で炭素材の厚さを確認できる倍率が好ましい。続いて、任意の15点において、炭素材の厚さを測定する。この場合、できるだけ特定の場所に集中せず、広くランダムに測定位置を設定することが好ましい。最後に、上記の15点の炭素材の厚さの平均値を算出する。 The average thickness of this carbon material can be calculated, for example, by the following procedure. First, the negative electrode active material particles are observed with a TEM (transmission electron microscope) at an arbitrary magnification. This magnification is preferably such that the thickness of the carbon material can be visually confirmed so that the thickness can be measured. Then, the thickness of the carbon material is measured at arbitrary 15 points. In this case, it is preferable to set the measurement position widely and randomly without concentrating on a specific place as much as possible. Finally, the average value of the above-mentioned 15 carbon material thicknesses is calculated.

炭素材の被覆率は特に限定されないが、できるだけ高い方が望ましい。被覆率が30%以上であれば、電気伝導性がより向上するため好ましい。炭素材の被覆手法は特に限定されないが、糖炭化法、炭化水素ガスの熱分解法が好ましい。なぜならば、被覆率を向上させることができるからである。 The coverage of the carbon material is not particularly limited, but it is desirable that the coverage be as high as possible. When the coverage is 30% or more, the electrical conductivity is further improved, which is preferable. The carbon material coating method is not particularly limited, but a sugar carbonization method and a hydrocarbon gas thermal decomposition method are preferable. This is because the coverage can be improved.

また、負極活物質粒子は、LiOH及びLiCOを表面に含み、LiOHの含有量が負極活物質粒子の質量に対して0.01質量%以上5.00質量%以下であり、かつ、LiCOの含有量が負極活物質粒子の質量に対して0.01質量%以上5.00質量%以下を満たすものであることが好ましい。このような含有量で負極活物質粒子が表面にLiCO及びLiOHを含めば、電子伝導性がより向上する。その結果、二次電池のサイクル特性をより向上させることができる。 In addition, the negative electrode active material particles include LiOH and Li 2 CO 3 on the surface, and the content of LiOH is 0.01% by mass or more and 5.00% by mass or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles, and It is preferable that the content of Li 2 CO 3 satisfies 0.01 mass% or more and 5.00 mass% or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles. When the negative electrode active material particles contain Li 2 CO 3 and LiOH on the surface with such a content, the electron conductivity is further improved. As a result, the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.

また、負極活物質粒子はLiCl及びLiSOのうち少なくともいずれか一方を表面に含むものであることが好ましい。負極活物質粒子の表面のLiOHの一部が、LiCl及びLiSOに置き換わることにより、負極活物質粒子の表面のLi導電性が向上して、サイクル特性をより向上させることができるものとなる。 Further, the negative electrode active material particles preferably include at least one of LiCl and Li 2 SO 4 on the surface. By replacing part of LiOH on the surface of the negative electrode active material particles with LiCl and Li 2 SO 4 , Li conductivity on the surface of the negative electrode active material particles is improved, and cycle characteristics can be further improved. Become.

また、負極活物質粒子のメジアン径(D50:累積体積が50%となる時の粒子径)が1.0μm以上15μm以下であることが好ましい。メジアン径が上記の範囲であれば、充放電時においてリチウムイオンの吸蔵放出がされやすくなるとともに、粒子が割れにくくなるからである。メジアン径が1.0μm以上であれば、質量当たりの表面積を小さくでき、電池不可逆容量の増加を抑制することができる。一方で、メジアン径を15μm以下とすることで、粒子が割れ難くなるため新表面が出難くなる。 In addition, the median diameter (D 50 : particle diameter when the cumulative volume becomes 50%) of the negative electrode active material particles is preferably 1.0 μm or more and 15 μm or less. This is because when the median diameter is in the above range, lithium ions are likely to be absorbed and released during charging and discharging, and particles are less likely to break. When the median diameter is 1.0 μm or more, the surface area per mass can be reduced, and the increase in battery irreversible capacity can be suppressed. On the other hand, when the median diameter is 15 μm or less, the particles are less likely to be broken, and the new surface is less likely to appear.

また、本発明の負極活物質(ケイ素系活物質)は、該ケイ素系活物質と炭素系活物質との混合物を含む負極電極と対極リチウムとから成る試験セルを作製し、該試験セルにおいて、ケイ素系活物質にリチウムを挿入するよう電流を流す充電と、ケイ素系活物質からリチウムを脱離するよう電流を流す放電とから成る充放電を30回実施し、各充放電における放電容量Qを対極リチウムを基準とする負極電極の電位Vで微分した微分値dQ/dVと電位Vとの関係を示すグラフを描いた場合に、X回目以降(1≦X≦30)の放電時における、負極電極の電位Vが0.40V〜0.55Vの範囲にピークを有するものであることが好ましい。V−dQ/dV曲線における上記のピークはケイ素材のピークと類似しており、より高電位側における放電カーブが鋭く立ち上がるため、電池設計を行う際、容量発現しやすくなる。また、30回以内の充放電で上記ピークが発現する負極活物質であれば、安定したバルクが形成されるものであると判断できる。 Further, the negative electrode active material of the present invention (silicon-based active material), a test cell composed of a negative electrode and a counter electrode lithium containing a mixture of the silicon-based active material and the carbon-based active material, to prepare a test cell, Charging/discharging consisting of charging with a current for inserting lithium into the silicon-based active material and discharging with a current for desorbing lithium from the silicon-based active material was carried out 30 times, and the discharge capacity Q at each charging/discharging was measured. When a graph showing the relationship between the differential value dQ/dV obtained by differentiating with the potential V of the negative electrode with reference to the counter electrode lithium and the potential V is drawn, the negative electrode at the time of discharging after the Xth time (1≦X≦30) It is preferable that the potential V of the electrode has a peak in the range of 0.40V to 0.55V. The above-mentioned peak in the V-dQ/dV curve is similar to the peak of the silicon material, and the discharge curve on the higher potential side rises sharply, which makes it easy to develop the capacity when designing the battery. Moreover, it can be judged that a stable bulk is formed if it is a negative electrode active material in which the above-mentioned peak is developed by charging and discharging within 30 times.

また、負極活物質層に含まれる負極結着剤としては、例えば、高分子材料、合成ゴムなどのいずれか1種類以上を用いることができる。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、カルボキシメチルセルロースなどである。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、エチレンプロピレンジエンなどである。 Further, as the negative electrode binder contained in the negative electrode active material layer, for example, one or more kinds of polymer materials, synthetic rubbers and the like can be used. The polymer material is, for example, polyvinylidene fluoride, polyimide, polyamideimide, aramid, polyacrylic acid, lithium polyacrylate, carboxymethyl cellulose, or the like. The synthetic rubber is, for example, styrene-butadiene rubber, fluorine-based rubber, ethylene propylene diene, or the like.

負極導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、ケチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のいずれか1種以上を用いることができる。 As the negative electrode conduction aid, for example, one or more kinds of carbon materials such as carbon black, acetylene black, graphite, ketjen black, carbon nanotubes and carbon nanofibers can be used.

負極活物質層は、例えば、塗布法で形成される。塗布法とは、負極活物質粒子と上記の結着剤など、また、必要に応じて導電助剤、炭素材料を混合した後に、有機溶剤や水などに分散させ塗布する方法である。 The negative electrode active material layer is formed by, for example, a coating method. The coating method is a method in which the negative electrode active material particles are mixed with the above-mentioned binder, etc., and if necessary, a conductive auxiliary agent and a carbon material are mixed and then dispersed in an organic solvent or water and then coated.

[負極の製造方法]
負極は、例えば、以下の手順により製造できる。まず、負極に使用する負極活物質の製造方法を説明する。最初に、ケイ素化合物(SiO:0.5≦x≦1.6)を含むケイ素化合物粒子を作製する。次に、ケイ素化合物粒子にリチウムを挿入し、LiSiO及びLiSiOのうち少なくとも1種以上を含有させる。次に、ケイ素化合物粒子の表面に、Clイオン及びSOイオンのうち少なくともいずれか一方を含有させても良い。なお、ケイ素化合物粒子の表面に、ClイオンやSOイオンを含有させる工程は、ケイ素化合物粒子へのリチウムの挿入工程にて同時に行っても良い。これにより、負極活物質粒子を作製する。また、ケイ素化合物粒子に炭素材を被覆してからケイ素化合物粒子にリチウムを挿入しても良い。
[Negative electrode manufacturing method]
The negative electrode can be manufactured, for example, by the following procedure. First, a method for manufacturing the negative electrode active material used for the negative electrode will be described. First, silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5≦x≦1.6) are prepared. Next, lithium is inserted into the silicon compound particles to contain at least one of Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 . Next, the surface of the silicon compound particles may be made to contain at least one of Cl ion and SO 4 ion. The step of containing Cl ions or SO 4 ions on the surface of the silicon compound particles may be performed simultaneously with the step of inserting lithium into the silicon compound particles. Thereby, negative electrode active material particles are produced. Alternatively, the silicon compound particles may be coated with a carbon material and then lithium may be inserted into the silicon compound particles.

次に、負極活物質粒子から、Clイオンの含有量が負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であること、及び、SOイオンの含有量が負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることの少なくともいずれか一方を満たすものを選別する。そして、選別した負極活物質粒子を用いて、負極活物質を製造する。 Next, from the negative electrode active material particles, the content of Cl ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less based on the mass of the negative electrode active material particles, and the content of SO 4 ions of the negative electrode active material particles is A material satisfying at least one of 5 mass ppm to 200 mass ppm is selected. Then, the negative electrode active material is manufactured using the selected negative electrode active material particles.

より具体的には以下のように負極活物質を製造できる。先ず、酸化珪素ガスを発生する原料を不活性ガスの存在下、減圧下で900℃〜1600℃の温度範囲で加熱し、酸化珪素ガスを発生させる。金属珪素粉末の表面酸素及び反応炉中の微量酸素の存在を考慮すると、混合モル比が、0.8<金属珪素粉末/二酸化珪素粉末<1.3の範囲であることが望ましい。 More specifically, the negative electrode active material can be manufactured as follows. First, a raw material for generating silicon oxide gas is heated in the presence of an inert gas under reduced pressure in a temperature range of 900° C. to 1600° C. to generate silicon oxide gas. Considering the surface oxygen of the metal silicon powder and the presence of a trace amount of oxygen in the reaction furnace, it is desirable that the mixing molar ratio is in the range of 0.8<metal silicon powder/silicon dioxide powder<1.3.

発生した酸化珪素ガスは吸着板上で固体化され堆積される。次に、反応炉内温度を100℃以下に下げた状態で酸化珪素の堆積物を取出し、ボールミル、ジェットミルなどを用いて粉砕、粉末化を行う。以上のようにして、ケイ素化合物粒子を作製することができる。なお、ケイ素化合物粒子中のSi結晶子は、気化温度の変更、又は、生成後の熱処理で制御できる。 The generated silicon oxide gas is solidified and deposited on the adsorption plate. Next, a silicon oxide deposit is taken out in a state where the temperature inside the reaction furnace is lowered to 100° C. or lower, and pulverized and pulverized by using a ball mill, a jet mill or the like. Silicon compound particles can be produced as described above. The Si crystallites in the silicon compound particles can be controlled by changing the vaporization temperature or by heat treatment after generation.

ここで、ケイ素化合物粒子の表層に炭素材の層を生成しても良い。炭素材の層を生成する方法としては、熱分解CVD法が望ましい。熱分解CVD法で炭素材の層を生成する方法について説明する。 Here, a carbon material layer may be formed on the surface layer of the silicon compound particles. A pyrolysis CVD method is desirable as a method for forming the carbon material layer. A method of forming a carbon material layer by the thermal decomposition CVD method will be described.

先ず、ケイ素化合物粒子を炉内にセットする。次に、炉内に炭化水素ガスを導入し、炉内温度を昇温させる。分解温度は特に限定しないが、1200℃以下が望ましく、より望ましいのは950℃以下である。分解温度を1200℃以下にすることで、活物質粒子の意図しない不均化を抑制することができる。所定の温度まで炉内温度を昇温させた後に、ケイ素化合物粒子の表面に炭素層を生成する。また、炭素材の原料となる炭化水素ガスは、特に限定しないが、C組成においてn≦3であることが望ましい。n≦3であれは、製造コストを低くでき、また、分解生成物の物性を良好にすることができる。 First, silicon compound particles are set in a furnace. Next, a hydrocarbon gas is introduced into the furnace to raise the temperature inside the furnace. The decomposition temperature is not particularly limited, but it is preferably 1200°C or lower, and more preferably 950°C or lower. By setting the decomposition temperature to 1200° C. or lower, unintentional disproportionation of the active material particles can be suppressed. After raising the temperature in the furnace to a predetermined temperature, a carbon layer is formed on the surface of the silicon compound particles. The hydrocarbon gas used as the raw material of the carbon material is not particularly limited, but it is desirable that n≦3 in the C n H m composition. When n≦3, the production cost can be reduced and the physical properties of the decomposition product can be improved.

次に、上記のように作製したケイ素活物質粒子を含む負極活物質粒子に、Liを挿入し、LiSiO、LiSiOのうち少なくとも1種以上を含有させる。Liの挿入は、熱ドープ法により行うことが好ましい。 Next, Li is inserted into the negative electrode active material particles containing the silicon active material particles produced as described above to contain at least one or more of Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 . Li is preferably inserted by a thermal doping method.

熱ドープ法による改質では、例えば、ケイ素化合物粒子をLiHと混合し、不活性雰囲気下で加熱をすることで改質可能である。このとき、ケイ素化合物粒子(SiOx)やLiHに不純物としてClやSOが含まれていれば、負極活物質粒子の表面にClやSOを含有させることができる。不活性雰囲気としては、例えば、Ar雰囲気若しくはN雰囲気又はArとNの混合雰囲気などが使用できる。より具体的には、まず、Ar若しくはN雰囲気下でLiH粉と酸化珪素粉末を十分に混ぜ、封止を行い、封止した容器ごと撹拌することで均一化する。その後、700℃〜800℃の範囲で加熱、焼成し改質を行う。なお、N雰囲気下で改質を行った場合、得られた負極活物質粒子の表面にはLiNが含まれる。その後、負極活物質粒子を純水等で洗浄すればLiCO及びLiOHを表面に生成することができる。純水の量は、例えば、粉体に対して4倍当量とすることができる。洗浄時間は、粉体に応じて調整できる。その後、乾燥を行うことで、適切なイオン量を有するケイ素化合物粒子が得られる。 The modification by the thermal doping method can be modified, for example, by mixing silicon compound particles with LiH and heating the mixture in an inert atmosphere. At this time, if it contains Cl or SO 4 as an impurity in the silicon compound particles (SiOx) or LiH, it may contain Cl or SO 4 on the surface of the negative electrode active material particle. As the inert atmosphere, for example, an Ar atmosphere, an N 2 atmosphere, a mixed atmosphere of Ar and N 2 or the like can be used. More specifically, first, LiH powder and silicon oxide powder are sufficiently mixed in an Ar or N 2 atmosphere, sealed, and the sealed container is agitated to homogenize it. Then, heating and baking are performed in the range of 700° C. to 800° C. for modification. Note that when the modification is performed in an N 2 atmosphere, the surface of the obtained negative electrode active material particles contains Li 3 N. Then, if the negative electrode active material particles are washed with pure water or the like, Li 2 CO 3 and LiOH can be generated on the surface. The amount of pure water can be, for example, four times equivalent to that of the powder. The cleaning time can be adjusted according to the powder. Then, by drying, silicon compound particles having an appropriate amount of ions can be obtained.

また、酸化還元法により改質を行っても良い。酸化還元法による改質では、例えば、まず、エーテル溶媒にリチウムを溶解した溶液にケイ素化合物粒子を浸漬することで、リチウムを挿入できる。この溶液に更に多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物を含ませても良い。この場合にも、ケイ素化合物粒子(SiOx)等に不純物としてClやSOが含まれていれば、負極活物質粒子の表面にClやSOを含有させることができる。また、この溶液にNをバブリングすればリチウムの挿入と同時に、LiNの生成も行うことができる。その後、アルコール系溶媒、カルボン酸系溶媒、水、又はこれらの混合溶媒を含む溶液にケイ素化合物粒子を浸漬することで、ケイ素化合物粒子から活性なリチウムを脱離してもよい。このようにして、リチウムの挿入後、活性なリチウムを脱離すれば、より耐水性の高い負極活物質となる。その後、アルコール、炭酸リチウムを溶解したアルカリ水、弱酸、又は純水などで洗浄する方法などで洗浄しても良い。 Further, the modification may be performed by a redox method. In the modification by the redox method, for example, lithium can be inserted by first immersing the silicon compound particles in a solution in which lithium is dissolved in an ether solvent. This solution may further contain a polycyclic aromatic compound or a linear polyphenylene compound. Also in this case, if it contains Cl or SO 4 as an impurity in the silicon compound particles (SiOx) or the like, may be contained Cl or SO 4 on the surface of the negative electrode active material particle. If N 2 is bubbled into this solution, Li 3 N can be produced at the same time when lithium is inserted. After that, the active lithium may be desorbed from the silicon compound particles by immersing the silicon compound particles in a solution containing an alcohol solvent, a carboxylic acid solvent, water, or a mixed solvent thereof. In this way, by removing the active lithium after inserting lithium, a negative electrode active material having higher water resistance can be obtained. Then, it may be washed by a method of washing with alcohol, alkaline water in which lithium carbonate is dissolved, weak acid, pure water, or the like.

なお、熱ドープ法によって改質を行った場合、ケイ素化合物粒子から得られる29Si−MAS−NMRスペクトルは酸化還元法を用いた場合とは異なる。図2に酸化還元法により改質を行った場合にケイ素化合物粒子から測定される29Si−MAS−NMRスペクトルの一例を示す。図2において、−75ppm近辺に与えられるピークがLiSiOに由来するピークであり、−80〜−100ppmに与えられるピークがSiに由来するピークである。なお、−80〜−100ppmにかけて、LiSiO、LiSiO以外のLiシリケートのピークを有する場合もある。 When the modification is performed by the thermal doping method, the 29 Si-MAS-NMR spectrum obtained from the silicon compound particles is different from that when the redox method is used. FIG. 2 shows an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from silicon compound particles when modified by the redox method. In FIG. 2, the peak given in the vicinity of −75 ppm is the peak derived from Li 2 SiO 3, and the peak given in −80 to −100 ppm is the peak derived from Si. In some cases, the peak of Li silicate other than Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 may be present from −80 to −100 ppm.

また、図3に熱ドープ法により改質を行った場合にケイ素化合物粒子から測定される29Si−MAS−NMRスペクトルの一例を示す。図3において、−75ppm近辺に与えられるピークがLiSiOに由来するピークであり、−80〜−100ppmに与えられるピークがSiに由来するピークである。なお、−80〜−100ppmにかけて、LiSiO、LiSiO以外のLiシリケートのピークを有する場合もある。なお、XPSスペクトルから、LiSiOのピークを確認できる。 Further, FIG. 3 shows an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from silicon compound particles when the modification is performed by the thermal doping method. In FIG. 3, the peak given in the vicinity of −75 ppm is the peak derived from Li 2 SiO 3, and the peak given in −80 to −100 ppm is the peak derived from Si. In some cases, the peak of Li silicate other than Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 may be present from −80 to −100 ppm. Note that the peak of Li 4 SiO 4 can be confirmed from the XPS spectrum.

また、ケイ素化合物粒子の表面に、Clイオン及びSOイオンのうち少なくともいずれか一方を含有させる工程を行っても良い。この工程では、例えば、Clイオン源、SOイオン源となる物質をケイ素化合物粒子の表面に添加すればよい。また、ケイ素化合物粒子の表面に炭素被膜を形成した場合には、炭素被膜の表面やケイ素化合物の表面に、ClイオンやSOイオンを含ませてもよい。また、上記のリチウム挿入工程と同時にイオンを含有させる工程を行っても良い。例えば、熱ドープ法を選択した場合、ケイ素化合物粒子とLiHとの混合物にClイオン源やSOイオン源となる物質を添加しても良い。また、例えば、酸化還元法を選択した場合、リチウムの挿入や脱離に用いる溶液にClイオン源やSOイオン源となる物質を添加しても良い。また、Clイオン源やSOイオン源の添加量を調整するなどして、ケイ素化合物粒子の表面に含有させるClイオン及びSOイオンの量を調整することもできる。以上のようにして負極活物質粒子を作製できる。 Further, a step of containing at least one of Cl ions and SO 4 ions on the surface of the silicon compound particles may be performed. In this step, for example, a substance serving as a Cl ion source or an SO 4 ion source may be added to the surface of the silicon compound particles. When a carbon coating is formed on the surface of the silicon compound particles, Cl ion or SO 4 ion may be contained on the surface of the carbon coating or the surface of the silicon compound. Further, a step of containing ions may be performed at the same time as the above lithium insertion step. For example, when the thermal doping method is selected, a substance serving as a Cl ion source or an SO 4 ion source may be added to the mixture of silicon compound particles and LiH. In addition, for example, when the redox method is selected, a substance serving as a Cl ion source or SO 4 ion source may be added to the solution used for lithium insertion and desorption. In addition, the amounts of Cl ions and SO 4 ions contained on the surface of the silicon compound particles can be adjusted by adjusting the addition amounts of the Cl ion source and the SO 4 ion source. Negative electrode active material particles can be produced as described above.

次に、負極活物質粒子から、Clイオンの含有量が負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であること、及び、SOイオンの含有量が負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることの少なくともいずれか一方を満たすものを選別する。この際、Clイオン及びSOイオンの含有量は以下のようにして定量できる。例えば、負極活物質粒子5.00g及び純水50.00gをビーカーに測り取り、マグネットスタラーを用いて5分間分散させる。次いで、該分散液を濾過し、得られた濾液をイオンクロマトグラフィにて分析することで、Clイオン及びSOイオンを定量できる。また、濾液をICPにて分析することで、Liイオンの量も定量できる。よって、LiCl、LiSOについては、上記の方法でClイオン、SOイオン、及び、Liイオンが検出されれば、LiCl及びLiSOが負極活物質の表面に存在すると推定できる。 Next, from the negative electrode active material particles, the content of Cl ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less based on the mass of the negative electrode active material particles, and the content of SO 4 ions of the negative electrode active material particles is A material satisfying at least one of 5 mass ppm to 200 mass ppm is selected. At this time, the content of Cl ions and SO 4 ions can be quantified as follows. For example, 5.00 g of negative electrode active material particles and 50.00 g of pure water are weighed into a beaker and dispersed for 5 minutes using a magnetic stirrer. Next, the dispersion liquid is filtered, and the resulting filtrate is analyzed by ion chromatography, whereby Cl ion and SO 4 ion can be quantified. The amount of Li ions can also be quantified by analyzing the filtrate with ICP. Therefore, regarding LiCl and Li 2 SO 4 , if Cl ions, SO 4 ions, and Li ions are detected by the above method, it can be estimated that LiCl and Li 2 SO 4 are present on the surface of the negative electrode active material.

尚、負極活物質粒子の選別は、必ずしも負極活物質の製造の都度行う必要はなく、Clイオンの含有量が負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であること、及び、SOイオンの含有量が負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることの少なくともいずれか一方を満たす負極活物質粒子が得られる製造条件を見出して選択すれば、その後は、その選択された条件と同じ条件で負極活物質を製造することができる。 The selection of the negative electrode active material particles does not necessarily have to be performed each time the negative electrode active material is manufactured, and the content of Cl ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles. And selecting the production conditions by which the negative electrode active material particles satisfying at least one of the content of SO 4 ions being 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles are obtained. For example, thereafter, the negative electrode active material can be manufactured under the same conditions as the selected conditions.

以上のようにして作製した負極活物質を、負極結着剤、導電助剤などの他の材料と混合して、負極合剤とした後に、有機溶剤又は水などを加えてスラリーとする。次に負極集電体の表面に、上記のスラリーを塗布し、乾燥させて、負極活物質層を形成する。この時、必要に応じて加熱プレスなどを行ってもよい。以上のようにして、負極を作製できる。 The negative electrode active material produced as described above is mixed with other materials such as a negative electrode binder and a conductive additive to form a negative electrode mixture, and then an organic solvent or water is added to form a slurry. Next, the above slurry is applied to the surface of the negative electrode current collector and dried to form a negative electrode active material layer. At this time, a heating press or the like may be performed if necessary. The negative electrode can be manufactured as described above.

<リチウムイオン二次電池>
次に、本発明のリチウムイオン二次電池について説明する。本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明の負極活物質を含む負極を用いたものである。ここでは具体例として、ラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池を例に挙げる。
<Lithium-ion secondary battery>
Next, the lithium ion secondary battery of the present invention will be described. The lithium ion secondary battery of the present invention uses the negative electrode containing the negative electrode active material of the present invention. Here, as a specific example, a laminate film type lithium ion secondary battery is taken as an example.

[ラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池の構成]
図4に示すラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池20は、主にシート状の外装部材25の内部に巻回電極体21が収納されたものである。この巻回体は正極、負極間にセパレータを有し、巻回されたものである。また正極、負極間にセパレータを有し積層体を収納した場合も存在する。どちらの電極体においても、正極に正極リード22が取り付けられ、負極に負極リード23が取り付けられている。電極体の最外周部は保護テープにより保護されている。
[Structure of Laminated Film Type Lithium Ion Secondary Battery]
The laminated film type lithium-ion secondary battery 20 shown in FIG. 4 mainly includes a wound electrode body 21 housed inside a sheet-shaped exterior member 25. This wound body has a separator between the positive electrode and the negative electrode and is wound. There is also a case where a separator is provided between the positive electrode and the negative electrode to house the laminate. In both electrode bodies, the positive electrode lead 22 is attached to the positive electrode and the negative electrode lead 23 is attached to the negative electrode. The outermost peripheral portion of the electrode body is protected by a protective tape.

正負極リードは、例えば、外装部材25の内部から外部に向かって一方向で導出されている。正極リード22は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料により形成され、負極リード23は、例えば、ニッケル、銅などの導電性材料により形成される。 The positive and negative leads are led out in one direction from the inside to the outside of the exterior member 25, for example. The positive electrode lead 22 is formed of a conductive material such as aluminum, and the negative electrode lead 23 is formed of a conductive material such as nickel and copper.

外装部材25は、例えば、融着層、金属層、表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムであり、このラミネートフィルムは融着層が電極体21と対向するように、2枚のフィルムの融着層における外周縁部同士が融着、又は、接着剤などで張り合わされている。融着部は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのフィルムであり、金属部はアルミ箔などである。保護層は例えば、ナイロンなどである。 The exterior member 25 is, for example, a laminate film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protection layer are laminated in this order. This laminate film is formed of two films so that the fusion layer faces the electrode body 21. The outer peripheral edge portions of the fusion layer are fused or adhered to each other with an adhesive or the like. The fused portion is a film of polyethylene or polypropylene, for example, and the metal portion is an aluminum foil or the like. The protective layer is, for example, nylon.

外装部材25と正負極リードとの間には、外気侵入防止のため密着フィルム24が挿入されている。この材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン樹脂である。 An adhesive film 24 is inserted between the exterior member 25 and the positive and negative electrode leads to prevent outside air from entering. This material is, for example, polyethylene, polypropylene, or polyolefin resin.

[正極]
正極は、例えば、図1の負極10と同様に、正極集電体の両面又は片面に正極活物質層を有している。
[Positive electrode]
The positive electrode has a positive electrode active material layer on both surfaces or one surface of the positive electrode current collector, for example, similar to the negative electrode 10 in FIG.

正極集電体は、例えば、アルミニウムなどの導電性材により形成されている。 The positive electrode current collector is made of, for example, a conductive material such as aluminum.

正極活物質層は、リチウムイオンの吸蔵放出可能な正極材のいずれか1種又は2種以上を含んでおり、設計に応じて結着剤、導電助剤、分散剤などの他の材料を含んでいても良い。この場合、結着剤、導電助剤に関する詳細は、例えば既に記述した負極結着剤、負極導電助剤と同様である。 The positive electrode active material layer contains any one kind or two or more kinds of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium ions, and also contains other materials such as a binder, a conductive auxiliary agent, and a dispersant depending on the design. You can go out. In this case, the details of the binder and the conductive auxiliary agent are the same as those of the negative electrode binder and the negative electrode conductive auxiliary agent described above, for example.

正極材料としては、リチウム含有化合物が望ましい。このリチウム含有化合物は、例えばリチウムと遷移金属元素からなる複合酸化物、又はリチウムと遷移金属元素を有するリン酸化合物があげられる。これら記述される正極材の中でもニッケル、鉄、マンガン、コバルトの少なくとも1種以上を有する化合物が好ましい。これらの化学式として、例えば、LiM1OあるいはLiM2POで表される。式中、M1、M2は少なくとも1種以上の遷移金属元素を示す。x、yの値は電池充放電状態によって異なる値を示すが、一般的に0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10で示される。 A lithium-containing compound is desirable as the positive electrode material. The lithium-containing compound may be, for example, a composite oxide including lithium and a transition metal element, or a phosphoric acid compound including lithium and a transition metal element. Among the positive electrode materials described above, compounds containing at least one of nickel, iron, manganese, and cobalt are preferable. These chemical formulas are represented by, for example, Li x M1O 2 or Li y M2PO 4 . In the formula, M1 and M2 represent at least one kind of transition metal element. The values of x and y show different values depending on the charging/discharging state of the battery, but are generally shown as 0.05≦x≦1.10 and 0.05≦y≦1.10.

リチウムと遷移金属元素とを有する複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)などが挙げられる。リチウムと遷移金属元素とを有するリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO)あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1−uMnPO(0<u<1))などが挙げられる。これらの正極材を用いれば、高い電池容量が得られるとともに、優れたサイクル特性も得られるからである。 Examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ) and lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ). Examples of the phosphoric acid compound having lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphoric acid compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphoric acid compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (0<u<1)). Is mentioned. By using these positive electrode materials, a high battery capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

[負極]
負極は、上記した図1のリチウムイオン二次電池用負極10と同様の構成を有し、例えば、集電体11の両面に負極活物質層12を有している。この負極は、正極活物質剤から得られる電気容量(電池として充電容量)に対して、負極充電容量が大きくなることが好ましい。負極上でのリチウム金属の析出を抑制することができるためである。
[Negative electrode]
The negative electrode has the same structure as the negative electrode 10 for the lithium ion secondary battery in FIG. 1 described above, and has, for example, the negative electrode active material layers 12 on both surfaces of the current collector 11. It is preferable that the negative electrode has a larger negative electrode charge capacity than the electric capacity (charge capacity as a battery) obtained from the positive electrode active material agent. This is because the deposition of lithium metal on the negative electrode can be suppressed.

正極活物質層は、正極集電体の両面の一部に設けられており、負極活物質層も負極集電体の両面の一部に設けられている。この場合、例えば、負極集電体上に設けられた負極活物質層は対向する正極活物質層が存在しない領域が設けられている。これは、安定した電池設計を行うためである。 The positive electrode active material layer is provided on a part of both surfaces of the positive electrode current collector, and the negative electrode active material layer is also provided on a part of both surfaces of the negative electrode current collector. In this case, for example, the negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector is provided with a region in which the facing positive electrode active material layer does not exist. This is for stable battery design.

非対向領域、すなわち、上記の負極活物質層と正極活物質層とが対向しない領域では、充放電の影響をほとんど受けることが無い。そのため負極活物質層の状態が形成直後のまま維持される。これによって負極活物質の組成など、充放電の有無に依存せずに再現性良く組成などを正確に調べることができる。 In the non-opposing region, that is, in the region in which the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer do not face each other, the influence of charging/discharging is hardly exerted. Therefore, the state of the negative electrode active material layer is maintained as it is immediately after formation. Thereby, the composition and the like of the negative electrode active material can be accurately investigated with good reproducibility without depending on the presence or absence of charge and discharge.

[セパレータ]
セパレータは正極、負極を隔離し、両極接触に伴う電流短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータは、例えば合成樹脂、あるいはセラミックからなる多孔質膜により形成されており、2種以上の多孔質膜が積層された積層構造を有しても良い。合成樹脂として例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。
[Separator]
The separator separates the positive electrode and the negative electrode, prevents current short circuit due to contact between both electrodes, and allows lithium ions to pass through. This separator is formed of, for example, a porous film made of synthetic resin or ceramic, and may have a laminated structure in which two or more kinds of porous films are laminated. Examples of synthetic resins include polytetrafluoroethylene, polypropylene, and polyethylene.

[電解液]
活物質層の少なくとも一部、又は、セパレータには、液状の電解質(電解液)が含浸されている。この電解液は、溶媒中に電解質塩が溶解されており、添加剤など他の材料を含んでいても良い。
[Electrolyte]
At least a part of the active material layer or the separator is impregnated with a liquid electrolyte (electrolytic solution). This electrolytic solution has an electrolyte salt dissolved in a solvent and may contain other materials such as additives.

溶媒は、例えば、非水溶媒を用いることができる。非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、1,2−ジメトキシエタン又はテトラヒドロフランなどが挙げられる。この中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルのうちの少なくとも1種以上を用いることが望ましい。より良い特性が得られるからである。またこの場合、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの高粘度溶媒と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒を組み合わせることにより、より優位な特性を得ることができる。電解質塩の解離性やイオン移動度が向上するためである。 As the solvent, for example, a non-aqueous solvent can be used. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methylpropyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, and tetrahydrofuran. Among these, it is preferable to use at least one or more of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. This is because better characteristics can be obtained. Further, in this case, more superior properties can be obtained by combining a high-viscosity solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate with a low-viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate or diethyl carbonate. This is because the dissociation property and ion mobility of the electrolyte salt are improved.

合金系負極を用いる場合、特に溶媒として、ハロゲン化鎖状炭酸エステル、又は、ハロゲン化環状炭酸エステルのうち少なくとも1種を含んでいることが望ましい。これにより、充放電時、特に充電時において、負極活物質表面に安定な被膜が形成される。ここで、ハロゲン化鎖状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として有する(少なくとも1つの水素がハロゲンにより置換された)鎖状炭酸エステルである。また、ハロゲン化環状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として有する(すなわち、少なくとも1つの水素がハロゲンにより置換された)環状炭酸エステルである。 When using the alloy-based negative electrode, it is particularly preferable that the solvent contains at least one of halogenated chain carbonic acid ester and halogenated cyclic carbonic acid ester. As a result, a stable coating film is formed on the surface of the negative electrode active material during charge/discharge, especially during charge. Here, the halogenated chain ester carbonate is a chain ester carbonate having halogen as a constituent element (at least one hydrogen is replaced by halogen). The halogenated cyclic carbonic acid ester is a cyclic carbonic acid ester having halogen as a constituent element (that is, at least one hydrogen is replaced by halogen).

ハロゲンの種類は特に限定されないが、フッ素が好ましい。これは、他のハロゲンよりも良質な被膜を形成するからである。また、ハロゲン数は多いほど望ましい。これは、得られる被膜がより安定的であり、電解液の分解反応が低減されるからである。 The type of halogen is not particularly limited, but fluorine is preferable. This is because it forms a film with better quality than other halogens. Also, the larger the number of halogens, the more desirable. This is because the resulting coating is more stable and the decomposition reaction of the electrolytic solution is reduced.

ハロゲン化鎖状炭酸エステルは、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ジフルオロメチルメチルなどが挙げられる。ハロゲン化環状炭酸エステルとしては、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられる。 Examples of the halogenated chain ester carbonate include fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate and the like. Examples of the halogenated cyclic carbonic acid ester include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one.

溶媒添加物として、不飽和炭素結合環状炭酸エステルを含んでいることが好ましい。充放電時に負極表面に安定な被膜が形成され、電解液の分解反応が抑制できるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとして、例えば炭酸ビニレン又は炭酸ビニルエチレンなどが挙げられる。 The solvent additive preferably contains an unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate. This is because a stable coating film is formed on the surface of the negative electrode during charge/discharge, and the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed. Examples of the unsaturated carbon bond cyclic carbonate include vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate.

また溶媒添加物として、スルトン(環状スルホン酸エステル)を含んでいることが好ましい。電池の化学的安定性が向上するからである。スルトンとしては、例えばプロパンスルトン、プロペンスルトンが挙げられる。 Further, it is preferable that the solvent additive contains sultone (cyclic sulfonic acid ester). This is because the chemical stability of the battery is improved. Examples of the sultone include propane sultone and propene sultone.

さらに、溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。酸無水物としては、例えば、プロパンジスルホン酸無水物が挙げられる。 Further, the solvent preferably contains an acid anhydride. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is improved. Examples of the acid anhydride include propanedisulfonic acid anhydride.

電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか1種類以上含むことができる。リチウム塩として、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)などが挙げられる。 The electrolyte salt may include any one or more of light metal salts such as lithium salt. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and the like.

電解質塩の含有量は、溶媒に対して0.5mol/kg以上2.5mol/kg以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。 The content of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol/kg or more and 2.5 mol/kg or less with respect to the solvent. This is because high ionic conductivity can be obtained.

[ラミネートフィルム型二次電池の製造方法]
本発明では、上記の本発明の負極活物質の製造方法によって製造した負極活物質を用いて負極を作製し、該作製した負極を用いてリチウムイオン二次電池を製造する。
[Method for manufacturing laminated film type secondary battery]
In the present invention, a negative electrode is manufactured using the negative electrode active material manufactured by the above-described method for manufacturing a negative electrode active material of the present invention, and a lithium ion secondary battery is manufactured using the manufactured negative electrode.

最初に上記した正極材を用い正極電極を作製する。まず、正極活物質と、必要に応じて結着剤、導電助剤などを混合し正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させ正極合剤スラリーとする。続いて、ナイフロール又はダイヘッドを有するダイコーターなどのコーティング装置で正極集電体に合剤スラリーを塗布し、熱風乾燥させて正極活物質層を得る。最後に、ロールプレス機などで正極活物質層を圧縮成型する。この時、加熱しても良く、また加熱又は圧縮を複数回繰り返しても良い。 First, a positive electrode is manufactured using the positive electrode material described above. First, a positive electrode active material and, if necessary, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like are mixed to form a positive electrode mixture, which is then dispersed in an organic solvent to form a positive electrode mixture slurry. Subsequently, the mixture slurry is applied to the positive electrode current collector with a coating device such as a knife roll or a die coater having a die head, and dried with hot air to obtain a positive electrode active material layer. Finally, the positive electrode active material layer is compression-molded with a roll press or the like. At this time, heating may be performed, or heating or compression may be repeated a plurality of times.

次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極10の作製と同様の作業手順を用い、負極集電体に負極活物質層を形成し負極を作製する。 Next, a negative electrode is manufactured by forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector by using the same procedure as that for manufacturing the negative electrode 10 for the lithium ion secondary battery described above.

正極及び負極を作製する際に、正極及び負極集電体の両面にそれぞれの活物質層を形成する。この時、どちらの電極においても両面部の活物質塗布長がずれていても良い(図1を参照)。 When manufacturing the positive electrode and the negative electrode, the respective active material layers are formed on both surfaces of the positive electrode and the negative electrode current collector. At this time, the active material application lengths of both surfaces may be deviated in both electrodes (see FIG. 1).

続いて、電解液を調整する。続いて、超音波溶接などにより、正極集電体に正極リード22を取り付けると共に、負極集電体に負極リード23を取り付ける。続いて、正極と負極とをセパレータを介して積層、又は巻回させて巻回電極体21を作製し、その最外周部に保護テープを接着させる。次に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。続いて、折りたたんだフィルム状の外装部材25の間に巻回電極体を挟み込んだ後、熱融着法により外装部材の絶縁部同士を接着させ、一方向のみ解放状態にて、巻回電極体を封入する。正極リード、及び負極リードと外装部材の間に密着フィルムを挿入する。解放部から上記調整した電解液を所定量投入し、真空含浸を行う。含浸後、解放部を真空熱融着法により接着させる。以上のようにして、ラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池20を製造することができる。 Subsequently, the electrolytic solution is adjusted. Subsequently, the positive electrode lead 22 is attached to the positive electrode current collector and the negative electrode lead 23 is attached to the negative electrode current collector by ultrasonic welding or the like. Subsequently, the positive electrode and the negative electrode are laminated or wound with a separator interposed therebetween to produce a wound electrode body 21, and a protective tape is adhered to the outermost peripheral portion thereof. Next, the wound body is formed into a flat shape. Subsequently, the wound electrode body is sandwiched between the folded film-shaped outer casing members 25, and then the insulating portions of the outer casing members are adhered to each other by a heat fusion method, and the wound electrode body is released only in one direction. Is enclosed. An adhesive film is inserted between the positive electrode lead and the negative electrode lead and the exterior member. A predetermined amount of the adjusted electrolytic solution is charged from the open part and vacuum impregnation is performed. After the impregnation, the open portion is adhered by the vacuum heat fusion method. As described above, the laminated film type lithium ion secondary battery 20 can be manufactured.

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically by showing Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1−1)
以下の手順により、図4に示したラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池20を作製した。
(Example 1-1)
The laminated film type lithium ion secondary battery 20 shown in FIG. 4 was produced by the following procedure.

最初に正極を作製した。正極活物質はリチウムニッケルコバルト複合酸化物であるLiNi0.7Co0.25Al0.05Oを95質量%と、正極導電助剤2.5質量%と、正極結着剤(ポリフッ化ビニリデン:PVDF)2.5質量%とを混合し、正極合剤とした。続いて正極合剤を有機溶剤(N−メチル−2−ピロリドン:NMP)に分散させてペースト状のスラリーとした。続いてダイヘッドを有するコーティング装置で正極集電体の両面にスラリーを塗布し、熱風式乾燥装置で乾燥した。この時正極集電体は厚み15μmのものを用いた。最後にロールプレスで圧縮成型を行った。 First, the positive electrode was produced. The positive electrode active material was LiNi 0.7 Co 0.25 Al 0.05 O, which is a lithium nickel cobalt composite oxide, at 95% by mass, a positive electrode conduction aid 2.5% by mass, and a positive electrode binder (polyvinylidene fluoride). : PVDF) 2.5 mass% was mixed to obtain a positive electrode mixture. Then, the positive electrode mixture was dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) to obtain a paste-like slurry. Subsequently, the slurry was applied to both surfaces of the positive electrode current collector with a coating device having a die head, and dried with a hot air dryer. At this time, the positive electrode current collector had a thickness of 15 μm. Finally, compression molding was performed with a roll press.

次に負極を作製した。まず、負極活物質を以下のようにして作製した。金属ケイ素と二酸化ケイ素を混合した原料を反応炉に導入し、10Paの真空度の雰囲気中で気化させたものを吸着板上に堆積させ、十分に冷却した後、堆積物を取出しボールミルで粉砕した。このようにして得たケイ素化合物粒子のSiOのxの値は0.5であった。続いて、ケイ素化合物粒子の粒径を分級により調整した。その後、熱分解CVDを行うことで、ケイ素化合物粒子の表面に炭素材を被覆した。 Next, a negative electrode was produced. First, a negative electrode active material was produced as follows. A raw material in which metallic silicon and silicon dioxide were mixed was introduced into a reaction furnace, vaporized in an atmosphere having a vacuum degree of 10 Pa, deposited on an adsorption plate, sufficiently cooled, and then the deposit was taken out and pulverized by a ball mill. .. The value of x of SiO x of the silicon compound particles thus obtained was 0.5. Then, the particle size of the silicon compound particles was adjusted by classification. Then, thermal decomposition CVD was performed to coat the surface of the silicon compound particles with the carbon material.

続いて、ケイ素化合物粒子に熱ドープ法によりリチウムを挿入し、改質した。まず、炭素材の被覆後のケイ素化合物粒子を、N雰囲気下でLiH粉と十分に混ぜ、LiClとLiSOを添加し、封止を行い、封止した容器ごと撹拌して均一化した。その後、700℃〜800℃の範囲で加熱、焼成した。以上の処理により、ケイ素化合物粒子にリチウムを挿入した。このようにして、負極活物質粒子を作製した。また、この熱ドープの際に、負極活物質粒子の表面には窒化リチウムが生成された。次に、この負極活物質粒子を、負極活物質粒子に対して4倍当量の純水で洗浄を行った。この洗浄により、負極活物質粒子の表面にLiOH及びLiCOが生成された。その後、負極活物質粒子を乾燥させた。 Subsequently, lithium was inserted into the silicon compound particles by a thermal doping method to modify the particles. First, the silicon compound particles after coating with the carbon material are thoroughly mixed with LiH powder in an N 2 atmosphere, LiCl and Li 2 SO 4 are added, sealing is performed, and the sealed container is stirred to homogenize it. did. Then, it heated and baked in the range of 700 to 800 degreeC. Through the above treatment, lithium was inserted into the silicon compound particles. In this way, negative electrode active material particles were produced. Further, during this thermal doping, lithium nitride was generated on the surface of the negative electrode active material particles. Next, the negative electrode active material particles were washed with pure water in an amount of 4 times the equivalent amount of the negative electrode active material particles. By this washing, LiOH and Li 2 CO 3 were produced on the surface of the negative electrode active material particles. Then, the negative electrode active material particles were dried.

ここで作製した負極活物質粒子の一部を取り出し、負極活物質粒子の表面に含まれるClイオンとSOイオンの含有量をそれぞれ測定した。その結果、Clイオンの含有量は負極活物質粒子の質量に対して165質量ppm、SOイオンの含有量は負極活物質粒子の質量に対して170質量ppmであった。 A part of the negative electrode active material particles produced here was taken out, and the contents of Cl ions and SO 4 ions contained in the surfaces of the negative electrode active material particles were measured. As a result, the content of Cl ions was 165 mass ppm with respect to the mass of the negative electrode active material particles, and the content of SO 4 ions was 170 mass ppm with respect to the mass of the negative electrode active material particles.

また、LiOHの含有量が、負極活物質粒子の質量に対して0.65質量%であり、LiCOの含有量が、負極活物質粒子の質量に対して0.45質量%であった。 Further, the content of LiOH was 0.65 mass% with respect to the mass of the negative electrode active material particles, and the content of Li 2 CO 3 was 0.45 mass% with respect to the mass of the negative electrode active material particles. It was

また、負極活物質粒子の表面にはLiCl及びLiSOが含まれていた。 Moreover, LiCl and Li 2 SO 4 were contained on the surface of the negative electrode active material particles.

次に、この負極活物質粒子と、炭素系活物質を1:9の質量比で配合し、混合負極活物質を作製した。ここで、炭素系活物質としては、ピッチ層で被覆した天然黒鉛及び人造黒鉛を5:5の質量比で混合したものを使用した。また、炭素系活物質のメジアン径は20μmであった。 Next, the negative electrode active material particles and the carbon-based active material were mixed in a mass ratio of 1:9 to prepare a mixed negative electrode active material. Here, as the carbon-based active material, a mixture of natural graphite and artificial graphite coated with a pitch layer in a mass ratio of 5:5 was used. The median diameter of the carbon-based active material was 20 μm.

次に、作製した混合負極活物質、導電助剤1(カーボンナノチューブ、CNT)、導電助剤2(メジアン径が約50nmの炭素微粒子)、スチレンブタジエンゴム(スチレンブタジエンコポリマー、以下、SBRと称する)、カルボキシメチルセルロース(以下、CMCと称する)92.5:1:1:2.5:3の乾燥質量比で混合した後、純水で希釈し負極合剤スラリーとした。尚、上記のSBR、CMCは負極バインダー(負極結着剤)である。 Next, the prepared mixed negative electrode active material, conduction aid 1 (carbon nanotube, CNT), conduction aid 2 (fine carbon particles having a median diameter of about 50 nm), styrene butadiene rubber (styrene butadiene copolymer, hereinafter referred to as SBR) , Carboxymethyl cellulose (hereinafter referred to as CMC) were mixed at a dry mass ratio of 92.5:1:1:2.5:3, and then diluted with pure water to obtain a negative electrode mixture slurry. The above SBR and CMC are negative electrode binders (negative electrode binders).

また、負極集電体としては、厚さ15μmの電解銅箔を用いた。この電解銅箔には、炭素及び硫黄がそれぞれ70質量ppmの濃度で含まれていた。最後に、負極合剤スラリーを負極集電体に塗布し真空雰囲気中で100℃×1時間の乾燥を行った。乾燥後の、負極の片面における単位面積あたりの負極活物質層の堆積量(面積密度とも称する)は5mg/cmであった。 Moreover, as the negative electrode current collector, an electrolytic copper foil having a thickness of 15 μm was used. This electrolytic copper foil contained carbon and sulfur at a concentration of 70 mass ppm each. Finally, the negative electrode mixture slurry was applied to the negative electrode current collector and dried at 100° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere. The amount of the negative electrode active material layer deposited (also referred to as areal density) per unit area on one surface of the negative electrode after drying was 5 mg/cm 2 .

次に、溶媒(4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)、エチレンカーボネート(EC)およびジメチルカーボネート(DMC))を混合した後、電解質塩(六フッ化リン酸リチウム:LiPF)を溶解させて電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成を体積比でFEC:EC:DMC=10:20:70とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して1.2mol/kgとした。 Next, after mixing a solvent (4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC)), an electrolyte salt (lithium hexafluorophosphate: LiPF6) is mixed. 6 ) was dissolved to prepare an electrolytic solution. In this case, the composition of the solvent was FEC:EC:DMC=10:20:70 by volume ratio, and the content of the electrolyte salt was 1.2 mol/kg with respect to the solvent.

次に、以下のようにして二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体の一端にアルミリードを超音波溶接し、負極集電体の一端にはニッケルリードを溶接した。続いて、正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順に積層し、長手方向に倦回させ倦回電極体を得た。その捲き終わり部分をPET保護テープで固定した。セパレータは多孔性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とするフィルムに挟まれた積層フィルム(厚さ12μm)を用いた。続いて、外装部材間に電極体を挟んだ後、一辺を除く外周縁部同士を熱融着し、内部に電極体を収納した。外装部材はナイロンフィルム、アルミ箔及び、ポリプロピレンフィルムが積層されたアルミラミネートフィルムを用いた。続いて、開口部から調整した電解液を注入し、真空雰囲気下で含浸した後、熱融着し、封止した。 Next, a secondary battery was assembled as follows. First, an aluminum lead was ultrasonically welded to one end of the positive electrode current collector, and a nickel lead was welded to one end of the negative electrode current collector. Then, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order, and were wound in the longitudinal direction to obtain a wound electrode body. The end of winding was fixed with a PET protective tape. As the separator, a laminated film (thickness 12 μm) sandwiched between a film containing porous polypropylene as a main component and a film containing porous polyethylene as a main component was used. Then, after sandwiching the electrode body between the exterior members, the outer peripheral edge portions except one side were heat-sealed to house the electrode body inside. An aluminum laminate film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polypropylene film were laminated was used as the exterior member. Subsequently, the adjusted electrolytic solution was injected from the opening and impregnated in a vacuum atmosphere, followed by heat fusion and sealing.

以上のようにして作製した二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を評価した。 The cycle characteristics and the initial charge/discharge characteristics of the secondary battery manufactured as described above were evaluated.

サイクル特性については、以下のようにして調べた。最初に、電池安定化のため25℃の雰囲気下、0.2Cで2サイクル充放電を行い、2サイクル目の放電容量を測定した。続いて、総サイクル数が499サイクルとなるまで充放電を行い、その都度放電容量を測定した。最後に、0.2C充放電で得られた500サイクル目の放電容量を2サイクル目の放電容量で割り、容量維持率(以下、単に維持率ともいう)を算出した。通常サイクル、すなわち3サイクル目から499サイクル目までは、充電0.7C、放電0.5Cで充放電を行った。 The cycle characteristics were examined as follows. First, in order to stabilize the battery, the battery was charged/discharged at 0.2 C for 2 cycles in an atmosphere of 25° C., and the discharge capacity at the 2nd cycle was measured. Subsequently, charging/discharging was performed until the total number of cycles reached 499 cycles, and the discharge capacity was measured each time. Finally, the discharge capacity at the 500th cycle obtained by charging/discharging at 0.2C was divided by the discharge capacity at the 2nd cycle to calculate the capacity retention rate (hereinafter, also simply referred to as the retention rate). During the normal cycle, that is, from the third cycle to the 499th cycle, charging/discharging was performed at a charge of 0.7 C and a discharge of 0.5 C.

初回充放電特性を調べる場合には、初回効率(以下では初期効率と呼ぶ場合もある)を算出した。初回効率は、初回効率(%)=(初回放電容量/初回充電容量)×100で表される式から算出した。雰囲気温度は、サイクル特性を調べた場合と同様にした。 When examining the initial charge/discharge characteristics, the initial efficiency (hereinafter sometimes referred to as the initial efficiency) was calculated. The initial efficiency was calculated from the formula represented by initial efficiency (%)=(initial discharge capacity/initial charge capacity)×100. The ambient temperature was the same as when examining the cycle characteristics.

(実施例1−2〜実施例1−3、比較例1−1〜1−2)
ケイ素化合物のバルク内酸素量を調整したことを除き、実施例1−1と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、ケイ素化合物の原料中の金属ケイ素と二酸化ケイ素との比率や加熱温度を変化させることで、酸素量を調整した。実施例1−1〜1−3、比較例1−1、1−2における、SiOで表されるケイ素化合物のxの値を表1中に示した。
(Example 1-2 to Example 1-3, Comparative Examples 1-1 and 1-2)
A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that the oxygen content in the bulk of the silicon compound was adjusted. In this case, the amount of oxygen was adjusted by changing the ratio of metallic silicon and silicon dioxide in the raw material of the silicon compound and the heating temperature. The values of x of the silicon compounds represented by SiO x in Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2 are shown in Table 1.

このとき、実施例1−1〜1−3及び比較例1−1、1−2の負極活物質粒子(ケイ素系負極活物質粒子)は以下のような性質を有していた。負極活物質粒子のメジアン径は4μmであった。ケイ素化合物粒子の内部には、LiSiO及びLiSiOが含まれていた。また、ケイ素化合物は、X線回折により得られるSi(111)結晶面に起因する回折ピークの半値幅(2θ)が1.755°であり、そのSi(111)結晶面に起因する結晶子サイズは4.86nmであった。 At this time, the negative electrode active material particles (silicon-based negative electrode active material particles) of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2 had the following properties. The median diameter of the negative electrode active material particles was 4 μm. Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 were contained inside the silicon compound particles. Further, the silicon compound has a full width at half maximum (2θ) of the diffraction peak due to the Si(111) crystal plane obtained by X-ray diffraction of 1.755°, and the crystallite size due to the Si(111) crystal plane. Was 4.86 nm.

また、上記の全ての実施例及び比較例において、29Si−MAS−NMR スペクトルから得られるケミカルシフト値として−60〜−95ppmで与えられるSi及びLiシリケート領域のピークが発現した。また、上記全ての実施例、比較例で、29Si−MAS−NMR スペクトルから得られるケミカルシフト値として−60〜−95ppmで与えられるSi及びLiシリケート領域の最大ピーク強度値Aと、−96〜−150ppmで与えられるSiO領域のピーク強度値Bとの関係がA>Bであった。 Further, in all of the above Examples and Comparative Examples, peaks in the Si and Li silicate regions, which were given at -60 to -95 ppm as the chemical shift values obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum, were developed. Further, in all of the above Examples and Comparative Examples, the maximum peak intensity value A in the Si and Li silicate regions given at -60 to -95 ppm as the chemical shift value obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum, and -96 to The relationship with the peak intensity value B in the SiO 2 region given at −150 ppm was A>B.

また、負極活物質粒子に含まれる炭素材の平均厚さは100nmであった。 The average thickness of the carbonaceous material contained in the negative electrode active material particles was 100 nm.

また、上記のように作製した負極と対極リチウムとから、2032サイズのコイン電池型の試験セルを作製し、その放電挙動を評価した。より具体的には、まず、対極Liで0Vまで定電流定電圧充電を行い、電流密度が0.05mA/cmに達した時点で充電を終止させた。その後、1.2Vまで定電流放電を行った。この時の電流密度は0.2mA/cmであった。この充放電を30回繰り返し、各充放電において得られたデータから、縦軸を容量の変化率(dQ/dV)、横軸を電圧(V)としてグラフを描き、Vが0.4〜0.55(V)の範囲にピークが得られるかを確認した。その結果、SiOxのxが0.5以下である実施例1−1及び比較例1−1では、上記ピークが得られなかった。その他の実施例、比較例では、30回以内の充放電において上記ピークは得られ、上記ピークが初めて発現した充放電から30回目の充放電まで、全ての充放電において上記ピークが得られた。 Further, a 2032 size coin battery type test cell was produced from the negative electrode and the counter electrode lithium produced as described above, and the discharge behavior thereof was evaluated. More specifically, first, constant-current constant-voltage charging was performed with the counter electrode Li to 0 V, and the charging was stopped when the current density reached 0.05 mA/cm 2 . After that, constant current discharge was performed up to 1.2V. The current density at this time was 0.2 mA/cm 2 . This charging/discharging was repeated 30 times, and from the data obtained in each charging/discharging, a graph was drawn with the rate of change of capacity (dQ/dV) on the vertical axis and the voltage (V) on the horizontal axis, and V was 0.4 to 0. It was confirmed whether a peak was obtained in the range of 0.55 (V). As a result, the above peak was not obtained in Example 1-1 and Comparative Example 1-1 in which x of SiOx was 0.5 or less. In the other Examples and Comparative Examples, the above-mentioned peak was obtained within 30 times of charging/discharging, and the above-mentioned peak was obtained in all charging/discharging from the first charging/discharging to the 30th charging/discharging.

実施例1−1〜1−3、比較例1−1、1−2の評価結果を表1に示す。 Table 1 shows the evaluation results of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative examples 1-1 and 1-2.

Figure 0006746526
Figure 0006746526

表1に示すように、SiOxで表わされるケイ素化合物において、xの値が、0.5≦x≦1.6の範囲外の場合、電池特性が悪化した。例えば、比較例1−1に示すように、酸素が十分にない場合(x=0.3)、初回効率が向上するが、容量維持率が著しく悪化する。一方、比較例1−2に示すように、酸素量が多い場合(x=1.8)は導電性の低下が生じ実質的にケイ素酸化物の容量が発現しないため、評価を停止した。 As shown in Table 1, in the silicon compound represented by SiOx, when the value of x was out of the range of 0.5≦x≦1.6, the battery characteristics were deteriorated. For example, as shown in Comparative Example 1-1, when there is not enough oxygen (x=0.3), the initial efficiency is improved, but the capacity retention ratio is significantly deteriorated. On the other hand, as shown in Comparative Example 1-2, when the amount of oxygen was large (x=1.8), the conductivity was lowered and the capacity of the silicon oxide was not substantially expressed, so the evaluation was stopped.

(実施例2−1、実施例2−2)
ケイ素化合物粒子の内部に含ませるリチウムシリケートの種類を表2のように変更したこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。
(Example 2-1 and Example 2-2)
Secondary batteries were produced under the same conditions as in Example 1-2, except that the type of lithium silicate contained in the silicon compound particles was changed as shown in Table 2, and the cycle characteristics and initial efficiency were evaluated.

(比較例2−1)
ケイ素化合物粒子にリチウムの挿入を行わなかったこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。
(Comparative Example 2-1)
A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2, except that lithium was not inserted into the silicon compound particles, and cycle characteristics and initial efficiency were evaluated.

実施例2−1、実施例2−2、比較例2−1の結果を表2に示す。 Table 2 shows the results of Example 2-1, Example 2-2, and Comparative example 2-1.

Figure 0006746526
Figure 0006746526

ケイ素化合物がLiSiO、LiSiOのような安定したリチウムシリケートを含むことで、容量維持率、初期効率が向上した。特に、LiSiOとLiSiOの両方のリチウムシリケートを含む場合に、容量維持率、初期効率がより向上した。一方で、改質を行わず、ケイ素化合物にリチウムを含ませなかった比較例2−1では容量維持率、初期効率が低下した。 Since the silicon compound contained stable lithium silicate such as Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 , the capacity retention rate and the initial efficiency were improved. In particular, when both lithium silicates of Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 were included, the capacity retention rate and the initial efficiency were further improved. On the other hand, in Comparative Example 2-1 in which the silicon compound was not modified and lithium was not included, the capacity retention rate and the initial efficiency decreased.

(実施例3−1〜3−6)
負極活物質粒子の表面のClイオン及びSOイオンの含有量を表3に示すように変更したこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。Clイオン及びSOイオンの含有量は、添加するイオン源の量を調整することで変更した。また、実施例3−1〜3−6ではClイオン及びSOイオンの含有量は少なくともいずれか一方が5質量ppm〜200質量ppmを満たすように調整した。また、実施例3−1〜3−4では、負極活物質粒子の表面にLiCl及びLiSOが含まれていた。また、実施例3−5では、負極活物質粒子の表面にLiSOが含まれていた。また、実施例3−6では、負極活物質粒子の表面にLiClが含まれていた。
(Examples 3-1 to 3-6)
A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2, except that the content of Cl ions and SO 4 ions on the surface of the negative electrode active material particles was changed as shown in Table 3, and the cycle characteristics and the initial efficiency were determined. evaluated. The content of Cl ion and SO 4 ion was changed by adjusting the amount of the added ion source. Moreover, in Examples 3-1 to 3-6, at least one of the Cl ion content and the SO 4 ion content was adjusted to satisfy 5 mass ppm to 200 mass ppm. Moreover, in Examples 3-1 to 3-4, the surface of the negative electrode active material particles contained LiCl and Li 2 SO 4 . Moreover, in Example 3-5, Li 2 SO 4 was contained on the surface of the negative electrode active material particles. Moreover, in Example 3-6, LiCl was contained on the surface of the negative electrode active material particles.

(実施例3−7〜3−12)
ケイ素化合物粒子の改質方法を酸化還元法に変更し、Clイオン及びSOイオンの含有量を表3に示すように変更したこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。
(Examples 3-7 to 3-12)
A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2, except that the method for modifying the silicon compound particles was changed to the redox method, and the contents of Cl ions and SO 4 ions were changed as shown in Table 3. Then, the cycle characteristics and the initial efficiency were evaluated.

これらの実施例の酸化還元法によるケイ素化合物粒子の改質は以下のように行った。まず、実施例1−2と同様の方法で作製し、炭素材を被覆したケイ素化合物粒子を、リチウム片と、ナフタレンとをテトラヒドロフラン(以下、THFとも呼称する)に溶解させた溶液に浸漬した。この溶液は、THF溶媒にナフタレンを1.0mol/Lの濃度で溶解させた後に、このTHFとナフタレンの混合液に対して10質量%の質量分のリチウム片を加えることで作製した。また、ケイ素化合物粒子を浸漬する際の溶液の温度は20℃で、浸漬時間は20時間とした。その後、負極活物質粒子を濾取した。以上の処理により、負極活物質粒子にリチウムを挿入した。 Modification of the silicon compound particles by the redox method in these examples was performed as follows. First, the silicon compound particles coated with a carbon material, which were produced in the same manner as in Example 1-2, were immersed in a solution prepared by dissolving lithium pieces and naphthalene in tetrahydrofuran (hereinafter also referred to as THF). This solution was prepared by dissolving naphthalene in a THF solvent at a concentration of 1.0 mol/L, and then adding 10 mass% of lithium pieces to the mixed solution of THF and naphthalene. The temperature of the solution when the silicon compound particles were immersed was 20° C., and the immersion time was 20 hours. Then, the negative electrode active material particles were collected by filtration. Through the above treatment, lithium was inserted into the negative electrode active material particles.

次に、THFにナフタレンを溶解させた溶液に、リチウム挿入後の負極活物質粒子を浸漬した。この溶液は、THF溶媒にナフタレンを2mol/Lの濃度で溶解させて作製した。また、負極活物質粒子を浸漬する際の溶液の温度は20℃、浸漬時間は20時間とした。その後、負極活物質粒子を濾取した。 Next, the negative electrode active material particles after lithium insertion were immersed in a solution in which naphthalene was dissolved in THF. This solution was prepared by dissolving naphthalene in a THF solvent at a concentration of 2 mol/L. The temperature of the solution when the negative electrode active material particles were immersed was 20° C., and the immersion time was 20 hours. Then, the negative electrode active material particles were collected by filtration.

このリチウムの挿入、脱離処理において、LiCl及びLiSOを上記のLi挿入用の溶液に添加することで、負極活物質粒子の表面にClイオンやSOイオンを含有させた。ClイオンやSOイオンの含有量は、Clイオン源及びSOイオン源の添加量を調整することで変更した。また、実施例3−7〜3−12においても、負極活物質粒子の表面にLiCl及びLiSOが含まれていた。 In this lithium insertion and desorption treatment, LiCl and Li 2 SO 4 were added to the above Li insertion solution to contain Cl ions and SO 4 ions on the surface of the negative electrode active material particles. The content of Cl ions and SO 4 ions was changed by adjusting the amount of Cl ion source and SO 4 ion source. Moreover, also in Examples 3-7 to 3-12, LiCl and Li 2 SO 4 were contained on the surface of the negative electrode active material particles.

次に、負極活物質粒子を洗浄処理し、洗浄処理後の負極活物質粒子を減圧下で乾燥処理した。以上のようにして、負極活物質粒子を作製した。 Next, the negative electrode active material particles were washed, and the washed negative electrode active material particles were dried under reduced pressure. Negative electrode active material particles were produced as described above.

(比較例3−1)
負極活物質粒子の表面にClイオンとSOイオンのいずれも含有させなかったこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。
(Comparative Example 3-1)
A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2, except that neither Cl ion nor SO 4 ion was contained on the surface of the negative electrode active material particles, and the cycle characteristics and the initial efficiency were evaluated.

(比較例3−2)
負極活物質粒子の表面のClイオンとSOイオンの含有量をいずれも、負極活物質粒子の質量に対して200質量ppmより大きくしたこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。
(Comparative Example 3-2)
Secondary battery under the same conditions as in Example 1-2, except that the content of both Cl ions and SO 4 ions on the surface of the negative electrode active material particles was larger than 200 mass ppm with respect to the mass of the negative electrode active material particles. Was prepared and the cycle characteristics and the initial efficiency were evaluated.

(比較例3−3)
ケイ素化合物粒子の改質方法を酸化還元法に変更し、かつ、負極活物質粒子の表面のClイオンとSOイオンの含有量をいずれも、負極活物質粒子の質量に対して200質量ppmより大きくしたこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。
(Comparative Example 3-3)
The method for modifying the silicon compound particles was changed to a redox method, and the content of Cl ions and SO 4 ions on the surface of the negative electrode active material particles was 200 mass ppm with respect to the mass of the negative electrode active material particles. A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2 except that the size was increased, and the cycle characteristics and the initial efficiency were evaluated.

Figure 0006746526
Figure 0006746526

表3から分かるように、Clイオン及びSOイオンの含有量がいずれも5質量ppm〜200質量ppmを満たす場合に、最も容量維持率、初期効率が高くなった(実施例1−2、実施例3−1〜3−2、3−7〜3−8)。また、Clイオン及びSOイオンの含有量のいずれか一方が5質量ppm〜200質量ppmを満たす場合も、良好な容量維持率、初期効率が得られた(実施例3−3〜3−6、3−9〜3−12)。一方で、Clイオン及びSOイオンの含有量がいずれも5質量ppm未満であるか、Clイオン及びSOイオンの含有量がいずれも200質量ppmを超える場合には、実施例に比べて、容量維持率と初期効率が低くなってしまった(比較例3−1〜3−3)。 As can be seen from Table 3, when the Cl ion content and the SO 4 ion content were both 5 mass ppm to 200 mass ppm, the capacity retention ratio and the initial efficiency were highest (Examples 1-2 and Example 1). Examples 3-1 to 3-2, 3-7 to 3-8). Also, when either one of the Cl ion content and the SO 4 ion content satisfies 5 mass ppm to 200 mass ppm, good capacity retention rate and initial efficiency were obtained (Examples 3-3 to 3-6). , 3-9 to 3-12). On the other hand, when the Cl ion and SO 4 ion contents are both less than 5 mass ppm or both the Cl ion and SO 4 ion content exceeds 200 mass ppm, The capacity retention rate and the initial efficiency were low (Comparative Examples 3-1 to 3-3).

(実施例4−1〜実施例4−6)
負極活物質粒子の表面のLiOH及びLiCOの含有量を表4のように変更したこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。
(Examples 4-1 to 4-6)
A secondary battery was prepared under the same conditions as in Example 1-2, except that the contents of LiOH and Li 2 CO 3 on the surface of the negative electrode active material particles were changed as shown in Table 4, and the cycle characteristics and the initial efficiency were evaluated. did.

Figure 0006746526
Figure 0006746526

表4に示すように、LiCOの含有量及びLiOHの含有量がいずれも負極活物質粒子の質量に対して0.01質量%以上5.00質量%以下という条件を満たす実施例4−2〜4−5では、この条件を満たさない実施例4−1、4−6に比べ、容量維持率が向上した。 As shown in Table 4, Example 4 satisfying the condition that the content of Li 2 CO 3 and the content of LiOH are both 0.01% by mass or more and 5.00% by mass or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles. In −2 to 4-5, the capacity retention ratio was improved as compared with Examples 4-1 and 4-6 in which this condition was not satisfied.

(実施例5−1〜5−6)
ケイ素化合物粒子の結晶性を表5のように変化させたこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。なお、ケイ素化合物粒子中の結晶性は、原料の気化温度の変更、ケイ素化合物粒子の生成後の熱処理で制御できる。
(Examples 5-1 to 5-6)
A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2, except that the crystallinity of the silicon compound particles was changed as shown in Table 5, and the cycle characteristics and the initial efficiency were evaluated. The crystallinity in the silicon compound particles can be controlled by changing the vaporization temperature of the raw material and heat treatment after the silicon compound particles are produced.

Figure 0006746526
Figure 0006746526

特に半値幅が1.2°以上で、尚且つSi(111)面に起因する結晶子サイズが7.5nm以下の低結晶性材料で高い容量維持率が得られた。 In particular, a high capacity retention rate was obtained with a low crystalline material having a half width of 1.2° or more and a crystallite size of 7.5 nm or less due to the Si(111) plane.

(実施例6−1)
ケイ素化合物をSi及びLiシリケート領域の最大ピーク強度値Aと上記SiO領域に由来するピーク強度値Bとの関係がA<Bのものとしたこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。この場合、改質時にリチウムの挿入量を減らすことで、LiSiOの量を減らし、LiSiOに由来するピークの強度Aを小さくした。
(Example 6-1)
The silicon compound was used under the same conditions as in Example 1-2 except that the relation between the maximum peak intensity value A in the Si and Li silicate regions and the peak intensity value B derived from the SiO 2 region was A<B. A secondary battery was produced, and cycle characteristics and initial efficiency were evaluated. In this case, by reducing the amount of insertion of lithium during reforming to reduce the amount of Li 2 SiO 3, it has a small intensity A of a peak derived from the Li 2 SiO 3.

Figure 0006746526
Figure 0006746526

表6から分かるように、ピーク強度の関係がA>Bである場合の方が、電池特性が向上した。 As can be seen from Table 6, the battery characteristics were improved when the peak intensity relationship was A>B.

(実施例7−1)
上記試験セルにおける30回の充放電で得られたV−dQ/dV曲線において、いずれの充放電でもVが0.40V〜0.55Vの範囲にピークが得られなかった負極活物質を用いた以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。
(Example 7-1)
In the V-dQ/dV curve obtained by charging/discharging 30 times in the test cell, a negative electrode active material was used in which V did not show a peak in the range of 0.40V to 0.55V at any charging/discharging. Other than that, a secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2, and cycle characteristics and initial efficiency were evaluated.

Figure 0006746526
Figure 0006746526

放電カーブ形状がより鋭く立ち上がるためには、ケイ素化合物(SiOx)において、ケイ素(Si)と同様の放電挙動を示す必要がある。30回の充放電で上記の範囲にピークが発現しない、ケイ素化合物は比較的緩やかな放電カーブとなるため、二次電池にした際に、若干初期効率が低下する結果となった。ピークが30回以内の充放電で発現するものであれば、安定したバルクが形成され、容量維持率及び初期効率が向上した。 In order for the shape of the discharge curve to rise more sharply, the silicon compound (SiOx) must exhibit the same discharge behavior as that of silicon (Si). Since the silicon compound has a relatively gentle discharge curve in which no peak appears in the above range after 30 times of charge and discharge, the initial efficiency of the secondary battery is slightly lowered when it is used as a secondary battery. If the peak was exhibited by charge/discharge within 30 times, a stable bulk was formed, and the capacity retention rate and the initial efficiency were improved.

(実施例8−1〜8−6)
ケイ素化合物のメジアン径を表8のように変化させたこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。
(Examples 8-1 to 8-6)
A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2, except that the median diameter of the silicon compound was changed as shown in Table 8, and the cycle characteristics and the initial efficiency were evaluated.

Figure 0006746526
Figure 0006746526

ケイ素化合物のメジアン径が1.0μm以上であれば、維持率が向上した。これは、ケイ素化合物の質量当たりの表面積が大すぎず、副反応が起きる面積を小さくできたためと考えられる。一方、メジアン径が15μm以下であれば、充電時に粒子が割れ難く、充放電時に新生面によるSEI(固体電解質界面)が生成し難いため、可逆Liの損失を抑制することができる。また、ケイ素系活物質粒子のメジアン径が15μm以下であれば、充電時のケイ素化合物粒子の膨張量が大きくならないため、膨張による負極活物質層の物理的、電気的破壊を防止できる。 When the median diameter of the silicon compound was 1.0 μm or more, the retention rate was improved. It is considered that this is because the surface area per mass of the silicon compound was not too large and the area where the side reaction occurred could be reduced. On the other hand, when the median diameter is 15 μm or less, particles are less likely to break during charging and SEI (solid electrolyte interface) due to a newly-formed surface is less likely to be generated during charging/discharging, so that loss of reversible Li can be suppressed. Further, when the median diameter of the silicon-based active material particles is 15 μm or less, the expansion amount of the silicon compound particles during charging does not increase, so that physical and electrical destruction of the negative electrode active material layer due to expansion can be prevented.

(実施例9−1〜9−5)
ケイ素系活物質粒子の表面に被覆された炭素材の平均厚さを変更したこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性及び初回効率を評価した。炭素材の平均厚さは、CVD条件を変更することで調整できる。
(Examples 9-1 to 9-5)
Secondary batteries were produced under the same conditions as in Example 1-2, except that the average thickness of the carbon material coated on the surface of the silicon-based active material particles was changed, and the cycle characteristics and the initial efficiency were evaluated. The average thickness of the carbon material can be adjusted by changing the CVD conditions.

Figure 0006746526
Figure 0006746526

表9からわかるように、炭素層の膜厚が10nm以上で導電性が特に向上するため、容量維持率及び初期効率を向上させることができる。一方、炭素層の膜厚が5000nm以下であれば、電池設計上、ケイ素化合物粒子の量を十分に確保できるため、電池容量が低下することが無い。 As can be seen from Table 9, the conductivity is particularly improved when the thickness of the carbon layer is 10 nm or more, so that the capacity retention rate and the initial efficiency can be improved. On the other hand, when the thickness of the carbon layer is 5000 nm or less, a sufficient amount of silicon compound particles can be ensured in battery design, so that the battery capacity does not decrease.

(実施例10−1)
負極活物質中のケイ素系活物質粒子の質量の割合を変更したこと以外、実施例1−2と同じ条件で二次電池を作製し、電池容量の増加率を評価した。
(Example 10-1)
A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2, except that the mass ratio of the silicon-based active material particles in the negative electrode active material was changed, and the rate of increase in battery capacity was evaluated.

図5に、負極活物質の総量に対するケイ素系活物質粒子の割合と二次電池の電池容量の増加率との関係を表すグラフを示す。図5中のAで示すグラフは、本発明の負極の負極活物質において、ケイ素化合物粒子の割合を増加させた場合の電池容量の増加率を示している。一方、図5中のBで示すグラフは、Liをドープしていないケイ素化合物粒子の割合を増加させた場合の電池容量の増加率を示している。図5から分かるように、ケイ素化合物の割合が6質量%以上となると、電池容量の増加率は従来に比べて大きくなり、体積エネルギー密度が、特に顕著に増加する。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the ratio of silicon-based active material particles to the total amount of negative electrode active material and the increase rate of the battery capacity of the secondary battery. The graph shown by A in FIG. 5 shows the rate of increase in battery capacity when the ratio of silicon compound particles was increased in the negative electrode active material of the negative electrode of the present invention. On the other hand, the graph indicated by B in FIG. 5 shows the rate of increase in battery capacity when the proportion of silicon compound particles not doped with Li was increased. As can be seen from FIG. 5, when the proportion of the silicon compound is 6% by mass or more, the rate of increase in battery capacity is larger than that in the conventional case, and the volume energy density is remarkably increased.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the invention having substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of the claims of the present invention and exhibiting the same action and effect is the present invention Within the technical scope of.

10…負極、 11…負極集電体、 12…負極活物質層、
20…リチウム二次電池(ラミネートフィルム型)、 21…巻回電極体、
22…正極リード、 23…負極リード、 24…密着フィルム、
25…外装部材。
10... Negative electrode, 11... Negative electrode collector, 12... Negative electrode active material layer,
20... Lithium secondary battery (laminate film type), 21... Winding electrode body,
22... Positive electrode lead, 23... Negative electrode lead, 24... Adhesive film,
25... Exterior member.

Claims (12)

負極活物質粒子を含む負極活物質であって、
前記負極活物質粒子は、ケイ素化合物(SiO:0.5≦x≦1.6)を含むケイ素化合物粒子を含有し、
前記ケイ素化合物粒子は、LiSiO及びLiSiOのうち少なくとも1種以上を含有し、
前記負極活物質粒子は、Clイオン及びSOイオンの両方を表面に含み、
前記Clイオンの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であること、及び、前記SOイオンの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して5質量ppm以上200質量ppm以下であることの両方を満たすものであることを特徴とする負極活物質。
A negative electrode active material containing negative electrode active material particles,
The negative electrode active material particles contain silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5≦x≦1.6),
The silicon compound particles contain at least one kind of Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 ,
The negative electrode active material particles include both Cl ions and SO 4 ions on the surface,
The content of the Cl ions is 5 mass ppm or more and 200 mass ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles, and the content of SO 4 ions is 5 with respect to the mass of the negative electrode active material particles. A negative electrode active material, which satisfies both of mass ppm or more and 200 mass ppm or less.
前記負極活物質粒子は、LiOH及びLiCOを表面に含み、前記LiOHの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して0.01質量%以上5.00質量%以下であり、かつ、前記LiCOの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して0.01質量%以上5.00質量%以下を満たすものであることを特徴とする請求項1に記載の負極活物質。 The negative electrode active material particles include LiOH and Li 2 CO 3 on the surface, and the content of LiOH is 0.01% by mass or more and 5.00% by mass or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles, and The negative electrode active material according to claim 1, wherein the content of Li 2 CO 3 satisfies 0.01 mass% or more and 5.00 mass% or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles. material. 前記負極活物質粒子はLiCl及びLiSOのうち少なくともいずれか一方を表面に含むものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1, wherein the negative electrode active material particles have at least one of LiCl and Li 2 SO 4 on the surface. 前記ケイ素化合物粒子は、X線回折により得られるSi(111)結晶面に起因する回折ピークの半値幅(2θ)が1.2°以上であるとともに、その結晶面に対応する結晶子サイズは7.5nm以下であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の負極活物質。 The silicon compound particles have a full width at half maximum (2θ) of the diffraction peak due to the Si(111) crystal plane obtained by X-ray diffraction of 1.2° or more, and the crystallite size corresponding to the crystal plane is 7 It is 0.5 nm or less, The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 3. 前記ケイ素化合物粒子において、29Si−MAS−NMR スペクトルから得られる、ケミカルシフト値として−60〜−95ppmで与えられるSi及びLiシリケート領域の最大ピーク強度値Aと、ケミカルシフト値として−96〜−150ppmで与えられるSiO領域のピーク強度値Bが、A>Bという関係を満たすものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の負極活物質。 In the silicon compound particles, the maximum peak intensity value A of the Si and Li silicate region, which is obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum as a chemical shift value of −60 to −95 ppm, and the chemical shift value of −96 to − 5. The negative electrode active material according to claim 1, wherein the peak intensity value B in the SiO 2 region given at 150 ppm satisfies the relationship of A>B. 前記負極活物質と炭素系活物質との混合物を含む負極電極と対極リチウムとから成る試験セルを作製し、該試験セルにおいて、前記負極活物質にリチウムを挿入するよう電流を流す充電と、前記負極活物質からリチウムを脱離するよう電流を流す放電とから成る充放電を30回実施し、各充放電における放電容量Qを前記対極リチウムを基準とする前記負極電極の電位Vで微分した微分値dQ/dVと前記電位Vとの関係を示すグラフを描いた場合に、X回目以降(1≦X≦30)の放電時における、前記負極電極の電位Vが0.40V〜0.55Vの範囲にピークを有するものであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の負極活物質。 A test cell composed of a negative electrode and a counter electrode lithium containing a mixture of the negative electrode active material and a carbon-based active material was prepared, and in the test cell, charging was performed by passing an electric current so as to insert lithium into the negative electrode active material, A charge and discharge consisting of discharge in which an electric current is passed so as to desorb lithium from the negative electrode active material was carried out 30 times, and the discharge capacity Q in each charge and discharge was differentiated by the potential V of the negative electrode with reference to the counter lithium. When a graph showing the relationship between the value dQ/dV and the potential V is drawn, the potential V of the negative electrode is 0.40 V to 0.55 V during the Xth discharge (1≦X≦30) and thereafter. The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 5, which has a peak in the range. 前記負極活物質粒子はメジアン径が1.0μm以上15μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 6, wherein the negative electrode active material particles have a median diameter of 1.0 µm or more and 15 µm or less. 前記負極活物質粒子は、表層部に炭素材を含むことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 7, wherein the negative electrode active material particles include a carbon material in a surface layer portion. 前記炭素材の平均厚さは10nm以上5000nm以下であることを特徴とする請求項8に記載の負極活物質。 The negative active material of claim 8, wherein the carbon material has an average thickness of 10 nm or more and 5000 nm or less. 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の負極活物質と炭素系活物質とを含むことを特徴とする混合負極活物質材料。 A mixed negative electrode active material, comprising the negative electrode active material according to any one of claims 1 to 9 and a carbon-based active material. ケイ素化合物粒子を含有する負極活物質粒子を含む負極活物質を製造する方法であって、
ケイ素化合物(SiO:0.5≦x≦1.6)を含むケイ素化合物粒子を作製する工程と、
前記ケイ素化合物粒子にリチウムを挿入し、LiSiO及びLiSiOのうち少なくとも1種以上を含有させる工程と、
により負極活物質粒子を作製し、
前記負極活物質粒子から、前記負極活物質粒子の表面のClイオンの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して5ppm以上200ppm以下であること、及び、前記負極活物質粒子の表面のSOイオンの含有量が前記負極活物質粒子の質量に対して5ppm以上200ppm以下であることの両方を満たすものを選別する工程とを含み、
該選別した前記負極活物質粒子を用いて、負極活物質を製造することを特徴とする負極活物質の製造方法。
A method for producing a negative electrode active material containing negative electrode active material particles containing silicon compound particles,
A step of producing silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5≦x≦1.6),
Inserting lithium into the silicon compound particles to contain at least one or more of Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 .
To produce negative electrode active material particles,
From the negative electrode active material particles, the content of Cl ions on the surface of the negative electrode active material particles is 5 ppm or more and 200 ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles, and SO on the surface of the negative electrode active material particles Including a step of selecting ones satisfying both that the content of 4 ions is 5 ppm or more and 200 ppm or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles,
A method for producing a negative electrode active material, comprising producing a negative electrode active material using the selected negative electrode active material particles.
さらに、前記ケイ素化合物粒子の表面に、Clイオン及びSOイオンのうち少なくともいずれか一方を含有させる工程を含むことを特徴とする請求項11に記載の負極活物質の製造方法。 The method for producing a negative electrode active material according to claim 11, further comprising the step of containing at least one of Cl ions and SO 4 ions on the surface of the silicon compound particles.
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