JP2011032541A - Nanosize particle, negative electrode material for lithium ion secondary battery containing the nanosize particle, negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, and method for producing the nanosize particle - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode material for a lithium ion secondary battery which achieves high volume and satisfactory cycle properties. <P>SOLUTION: A nanosize particle 1 contains an element A-1 and an element A-2 as two kinds of elements selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In and Zn, and has a first phase 3 as the single substance or solid solution of the element A-1 and a second phase 5 as the simple substance or solid solution of the element A-2. Both of the first phase 3 and the second phase 5 are exposed to the outer surfaces, and the outer surfaces of the first phase and the second phase are non-spherical. The negative electrode material for a lithium ion secondary battery uses the nanosize particle. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用の負極などに関するものであり、特に、高容量かつ長寿命のリチウムイオン二次電池用の負極に関する。   The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and more particularly to a negative electrode for a lithium ion secondary battery having a high capacity and a long life.

従来、負極活物質としてグラファイトを用いたリチウムイオン二次電池が実用化されている。また、負極活物質と、カーボンブラック等の導電助剤と、樹脂の結着剤とを混練してスラリーを調製し、銅箔上に塗布・乾燥して、負極を形成することが行われている。   Conventionally, lithium ion secondary batteries using graphite as a negative electrode active material have been put into practical use. Also, a negative electrode is formed by kneading a negative electrode active material, a conductive aid such as carbon black, and a resin binder to prepare a slurry, and applying and drying on a copper foil. Yes.

一方、高容量化を目指し、リチウム化合物として理論容量の大きな金属や合金、特にシリコンおよびその合金を負極活物質として用いるリチウムイオン二次電池用の負極が開発されている。しかし、リチウムイオンを吸蔵したシリコンは、吸蔵前のシリコンに対して約4倍まで体積が膨張するため、シリコン系合金を負極活物質として用いた負極は、充放電サイクル時に膨張と収縮を繰り返す。そのため、負極活物質の剥離などが発生し、従来のグラファイト電極と比較して、寿命が極めて短いという問題があった。   On the other hand, negative electrodes for lithium ion secondary batteries using metals and alloys having a large theoretical capacity as lithium compounds, particularly silicon and its alloys as negative electrode active materials, have been developed with the aim of increasing the capacity. However, since the volume of silicon that occludes lithium ions expands to about 4 times that of silicon before occlusion, a negative electrode using a silicon-based alloy as a negative electrode active material repeatedly expands and contracts during a charge / discharge cycle. For this reason, the negative electrode active material is peeled off, and there is a problem that the life is extremely short as compared with the conventional graphite electrode.

そこで、シリコン系活物質の表面にカーボンナノファイバーを成長させ、その弾性作用により負極活物質粒子の膨張と収縮による歪みを緩和し、サイクル特性を向上させるという非水電解液二次電池用負極が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。   Therefore, a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that grows carbon nanofibers on the surface of a silicon-based active material, relaxes strain due to expansion and contraction of negative electrode active material particles by its elastic action, and improves cycle characteristics. It is disclosed (see, for example, Patent Document 1).

また、SiやSnなどのLiを吸蔵可能な成分Aと、CuやFeなどの成分Bとをメカノケミカル法により混合することによって得られる、成分Aと成分Bの化合物の粉末からなるリチウム二次電池用負極材料が開示されている(特許文献2を参照)。   Moreover, the lithium secondary which consists of the powder of the compound of the component A and the component B obtained by mixing the component A which can occlude Li, such as Si and Sn, and the component B, such as Cu and Fe, by a mechanochemical method A negative electrode material for a battery is disclosed (see Patent Document 2).

特開2006−244984号公報JP 2006-244984 A 特開2005−78999号公報JP 2005-78999 A

しかしながら、負極活物質と導電助剤と結着剤とのスラリーを塗布・乾燥して、負極を形成する従来の負極は、負極活物質と集電体とを導電性の低い樹脂の結着剤で結着しているところ、樹脂の使用量は、内部抵抗が大きくならないように最小限に抑える必要があり、結合力が弱い。そのため、シリコン自体の体積膨張を抑制できていないと、負極活物質は、充放電時に負極活物質の微粉化と負極活物質の剥離、負極の亀裂の発生、負極活物質間の導電性の低下などが発生して容量が低下する。それゆえ、サイクル特性が悪く、二次電池の寿命が短いという問題点があった。   However, a conventional negative electrode in which a negative electrode is formed by applying and drying a slurry of a negative electrode active material, a conductive additive, and a binder, and the negative electrode active material and the current collector are bonded to a resin having low conductivity. The amount of resin used must be minimized so that the internal resistance does not increase, and the bonding force is weak. Therefore, if the volume expansion of the silicon itself is not suppressed, the negative electrode active material is reduced in fineness of the negative electrode active material and peeling of the negative electrode active material, generation of cracks in the negative electrode, and a decrease in conductivity between the negative electrode active materials. Etc. occur and the capacity decreases. Therefore, there are problems that the cycle characteristics are poor and the life of the secondary battery is short.

また、特許文献1に記載の発明は、シリコン自体の体積膨張を抑制することが不十分であり、負極活物質と集電体とを結合力の不十分な樹脂で結着するものであり、サイクル特性の劣化は十分には防げなかった。さらに、カーボンナノファイバーの形成工程があるため、生産性が悪かった。また、特許文献2に記載の発明も、ナノサイズのレベルで各成分を均質に分散させることが困難であり、サイクル特性の劣化は十分には防げなかった。   In addition, the invention described in Patent Document 1 is insufficient to suppress the volume expansion of silicon itself, and binds the negative electrode active material and the current collector with a resin having insufficient bonding force, The deterioration of cycle characteristics could not be prevented sufficiently. Furthermore, the productivity was poor due to the formation process of carbon nanofibers. In the invention described in Patent Document 2, it is difficult to uniformly disperse each component at the nano-size level, and deterioration of cycle characteristics cannot be prevented sufficiently.

特に、負極材料としての実用化が期待されているシリコンは、充放電時の体積変化が大きいため、シリコンを含む活物質粒子は割れが発生しやすく、粒子内の集電性劣化を生じ、充放電サイクル特性が悪いという問題点があった。   In particular, silicon, which is expected to be put to practical use as a negative electrode material, has a large volume change during charge and discharge, and therefore active material particles containing silicon are liable to crack, causing deterioration of current collection in the particles, and charging and discharging. There was a problem that the discharge cycle characteristics were poor.

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、高容量と良好なサイクル特性を実現するリチウムイオン二次電池用の負極材料を得ることである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that realizes high capacity and good cycle characteristics.

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、リチウムを吸蔵する電気化学的電位が異なる第1の相と第2の相を設けると、一方の相が優先的にリチウムを吸蔵し、該一方の相がリチウムを吸蔵して膨張する際に、他方の相が相対的に膨張しないため、ナノサイズ粒子全体の膨張を抑えることができ、ナノサイズ粒子の充放電時の微細化を防止することができることを見出した。本発明は、この知見に基づきなされたものである。   As a result of intensive studies in order to achieve the above object, the present inventor has preferentially occluded lithium when one phase is provided with a first phase and a second phase having different electrochemical potentials for occlusion of lithium. However, when the one phase expands due to occlusion of lithium, the other phase does not expand relatively, so that the expansion of the entire nanosize particle can be suppressed, and the nanosize particle can be refined during charging and discharging. It was found that can be prevented. The present invention has been made based on this finding.

すなわち本発明は、以下のナノサイズ粒子やリチウムイオン二次電池用負極材料などを提供するものである。
(1)Si(シリコン)、Sn(スズ)、Al(アルミニウム)、Pb(鉛)、Sb(アンチモン)、Bi(ビスマス)、Ge(ゲルマニウム)、In(インジウム)およびZn(亜鉛)からなる群より選ばれた2種の元素である元素A‐1と元素A‐2とを含み、前記元素A‐1の単体または固溶体である第1の相と、前記元素A‐2の単体または固溶体である第2の相と、を有し、前記第1の相と前記第2の相との両方が外表面に露出し、前記第1の相と前記第2の相の外表面が球形状であることを特徴とするナノサイズ粒子。
(2)平均粒径が2〜300nmであることを特徴とする(1)に記載のナノサイズ粒子。
(3)前記第1の相と前記第2の相の接合部の界面形状が、円形または楕円形であることを特徴とする(1)に記載のナノサイズ粒子。
(4)Si、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた3種の元素である元素A‐1と元素A‐2と元素A‐3とを含み、前記元素A‐1の単体または固溶体である第1の相と、前記元素A‐2の単体または固溶体である第2の相と、前記元素A‐3の単体または固溶体である他の第2の相と、を有し、前記第1の相と前記第2の相と前記他の第2の相の全てが外表面に露出し、前記第1の相と前記第2の相と前記他の第2の相の外表面が球形状であることを特徴とするナノサイズ粒子。
(5)前記第1の相がリンまたはホウ素を添加したシリコンであることを特徴とする(1)または(4)に記載のナノサイズ粒子
(6)Cu(銅)、Ag(銀)およびAu(金)からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素である元素Mをさらに含み前記元素A‐1と前記元素Mとの化合物または前記元素Mの単体もしくは固溶体である第3の相をさらに有し、前記第1の相と前記第2の相と前記第3の相との全てが外表面に露出し、前記第1の相と前記第2の相と前記第3の相の外表面が球形状であることを特徴とする(1)に記載のナノサイズ粒子。
(7)前記第3の相がMA‐1(x≦1、3<x)なる化合物であることを特徴とする(6)に記載のナノサイズ粒子。
(8)前記元素A‐1と前記元素Mの合計に占める前記元素Mの原子比率が0.01〜60%であることを特徴とする(6)に記載のナノサイズ粒子。
(9)Cu、AgおよびAuからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素M´をさらに含み、前記元素M´が、前記第3の相を構成する前記元素Mとは種類の異なる元素であり、前記元素A‐1と前記元素M´との化合物または前記元素M´の単体もしくは固溶体である他の第3の相をさらに有し、前記第1の相と前記第2の相と前記第3の相と前記他の第3の相の全てが外表面に露出し、前記第1の相と前記第2の相と前記第3の相と前記他の第3の相の外表面が球形状であることを特徴とする(6)に記載のナノサイズ粒子。
(10)Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Ca(カルシウム)、Sc(スカンジウム)、Ti(チタン)、V(バナジウム)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Sr(ストロンチウム)、Y(イットリウム)、Zr(ジルコニウム)、Nb(ニオブ)、Mo(モリブデン)、Tc(テクネチウム)、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、Ba(バリウム)、ランタノイド元素(Ce(セリウム)、およびPm(プロメチウム)を除く)、Hf(ハフニウム)、Ta(タンタル)、W(タングステン)、Re(レニウム)、Os(オスミウム)およびIr(イリジウム)からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素である元素Dをさらに含み、前記元素A‐1と前記元素Dとの化合物である第4の相をさらに有し、前記第4の相の一部または全部が、前記第1の相に覆われており、前記第1の相の外表面が球形状であることを特徴とする(1)または(6)に記載のナノサイズ粒子。なお、ランタノイド元素(CeおよびPmを除く)とは、La(ランタン)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユウロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)、Lu(ルテチウム)である。
(11)前記第4の相がDA‐1(1<y≦3)なる化合物であることを特徴とする(10)に記載のナノサイズ粒子。
(12)前記元素A‐1と前記元素A‐2と前記元素Dの合計に占める前記元素Dの原子比率が0.01〜30%であることを特徴とする(10)に記載のナノサイズ粒子。
(13)Fe、Co、Ni、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ba、ランタノイド元素(CeおよびPmを除く)、Hf、Ta、W、Re、OsおよびIrからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素である元素D´をさらに含み、前記元素D´が、前記第4の相を構成する前記元素Dとは種類の異なる元素であり、前記元素A‐1と前記元素D´との化合物である他の第4の相をさらに有し、前記他の第4の相の一部または全部が、前記第1の相に覆われていることを特徴とする(10)に記載のナノサイズ粒子。
(14)(1)ないし(13)のいずれかに記載のナノサイズ粒子を負極活物質として含むリチウムイオン二次電池用負極材料。
(15)導電助剤をさらに有し、当該導電助剤がC(炭素)、Cu(銅)、Sn(スズ)、Zn(亜鉛)、Ni(ニッケル)およびAg(銀)からなる群より選ばれた少なくとも1種の粉末であることを特徴とする(14)に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。
(16)前記導電助剤がカーボンナノホーンを含むことを特徴とする(14)に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。
(17)(14)ないし(16)のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極材料を用いたリチウムイオン二次電池用負極。
(18)リチウムイオンを吸蔵および放出可能な正極と、(17)に記載の負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータとを有し、リチウムイオン伝導性を有する電解質中に、前記正極と前記負極と前記セパレータとを設けたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
(19)Si、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた少なくとも2種の元素を含む原料を、プラズマ中に供給してナノサイズ粒子を得ることを特徴とするナノサイズ粒子の製造方法。
(20)Si、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた少なくとも2種の元素とCu、AgおよびAuからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素と、を含む原料を、プラズマ中に供給してナノサイズ粒子を得ることを特徴とするナノサイズ粒子の製造方法。
(21)Si、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた少なくとも2種の元素とCu、AgおよびAuからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素と、Fe、Co、Ni、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ba、ランタノイド元素(CeおよびPmを除く)、Hf、Ta、W、Re、OsおよびIrからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素と、を含む原料を、プラズマ中に供給してナノサイズ粒子を得ることを特徴とするナノサイズ粒子の製造方法。
That is, the present invention provides the following nano-sized particles, negative electrode materials for lithium ion secondary batteries, and the like.
(1) The group consisting of Si (silicon), Sn (tin), Al (aluminum), Pb (lead), Sb (antimony), Bi (bismuth), Ge (germanium), In (indium) and Zn (zinc) A first phase that is a single element or a solid solution of the element A-1, and a single element or a solid solution of the element A-2. A second phase, wherein both the first phase and the second phase are exposed on an outer surface, and the outer surfaces of the first phase and the second phase are spherical. Nano-sized particles characterized by being.
(2) The nano-sized particles according to (1), wherein the average particle size is 2 to 300 nm.
(3) The nano-sized particle according to (1), wherein an interface shape of a joint portion between the first phase and the second phase is a circle or an ellipse.
(4) including element A-1, element A-2, and element A-3, which are three elements selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In, and Zn A first phase that is a simple substance or a solid solution of the element A-1, a second phase that is a simple substance or a solid solution of the element A-2, and another second that is a simple substance or a solid solution of the element A-3. And the first phase, the second phase, and the other second phase are all exposed on the outer surface, and the first phase, the second phase, and the other phase are exposed. Nano-sized particles, characterized in that the outer surface of the second phase is spherical.
(5) The nano-sized particles according to (1) or (4), wherein the first phase is silicon to which phosphorus or boron is added (6) Cu (copper), Ag (silver), and Au A third phase which further includes an element M which is at least one element selected from the group consisting of (gold) and which is a compound of the element A-1 and the element M or a simple substance or a solid solution of the element M And all of the first phase, the second phase, and the third phase are exposed on the outer surface, and the outer surface of the first phase, the second phase, and the third phase. The nano-sized particles according to (1), wherein is a spherical shape.
(7) The nanosized particle according to (6), wherein the third phase is a compound of MA-1 x (x ≦ 1, 3 <x).
(8) The nanosized particle according to (6), wherein an atomic ratio of the element M in a total of the element A-1 and the element M is 0.01 to 60%.
(9) It further includes at least one element M ′ selected from the group consisting of Cu, Ag and Au, and the element M ′ is an element of a different type from the element M constituting the third phase. And having a third phase that is a compound of the element A-1 and the element M ′ or a simple substance or a solid solution of the element M ′, and includes the first phase, the second phase, and the All of the third phase and the other third phase are exposed on the outer surface, and the outer surfaces of the first phase, the second phase, the third phase, and the other third phase are The nano-sized particle according to (6), which has a spherical shape.
(10) Fe (iron), Co (cobalt), Ni (nickel), Ca (calcium), Sc (scandium), Ti (titanium), V (vanadium), Cr (chromium), Mn (manganese), Sr ( Strontium), Y (yttrium), Zr (zirconium), Nb (niobium), Mo (molybdenum), Tc (technetium), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Ba (barium), lanthanoid element (Ce (cerium) And Pm (promethium)), Hf (hafnium), Ta (tantalum), W (tungsten), Re (rhenium), Os (osmium) and Ir (iridium). An element D that is an element, and a fourth phase that is a compound of the element A-1 and the element D (1) or (6), wherein a part or all of the fourth phase is covered with the first phase, and an outer surface of the first phase is spherical. Nano-sized particles. The lanthanoid elements (excluding Ce and Pm) are La (lanthanum), Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy. (Dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium), and Lu (lutetium).
(11) The nanosized particle according to (10), wherein the fourth phase is a compound of DA-1 y (1 <y ≦ 3).
(12) The nanosize according to (10), wherein an atomic ratio of the element D in a total of the element A-1, the element A-2, and the element D is 0.01 to 30% particle.
(13) Fe, Co, Ni, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ba, lanthanoid elements (excluding Ce and Pm), Hf , Ta, W, Re, Os, and Ir, further including an element D ′ that is at least one element selected from the group consisting of the element D ′ and the element D constituting the fourth phase It further includes another fourth phase that is a different kind of element and is a compound of the element A-1 and the element D ′, and a part or all of the other fourth phase is the first phase. The nano-sized particles according to (10), which are covered with a phase of
(14) A negative electrode material for a lithium ion secondary battery comprising the nano-sized particles according to any one of (1) to (13) as a negative electrode active material.
(15) It further has a conductive assistant, and the conductive assistant is selected from the group consisting of C (carbon), Cu (copper), Sn (tin), Zn (zinc), Ni (nickel), and Ag (silver). (14) The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to (14), wherein the negative electrode material is at least one kind of powder.
(16) The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to (14), wherein the conductive additive contains carbon nanohorn.
(17) A negative electrode for a lithium ion secondary battery using the negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of (14) to (16).
(18) In an electrolyte having lithium ion conductivity, comprising a positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions, a negative electrode according to (17), and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
(19) Supplying a raw material containing at least two elements selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In, and Zn into plasma to obtain nano-sized particles. A method for producing nano-sized particles.
(20) At least two elements selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In and Zn and at least one element selected from the group consisting of Cu, Ag and Au A method for producing nano-sized particles, wherein a nano-sized particle is obtained by supplying a raw material comprising:
(21) At least two elements selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In and Zn and at least one element selected from the group consisting of Cu, Ag and Au Fe, Co, Ni, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ba, lanthanoid elements (excluding Ce and Pm), Hf, A method for producing nano-sized particles, characterized in that a raw material containing at least one element selected from the group consisting of Ta, W, Re, Os and Ir is supplied into plasma to obtain nano-sized particles .

本発明により、高容量と良好なサイクル特性を実現するリチウムイオン二次電池用の負極材料を得ることができる。   According to the present invention, a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that achieves a high capacity and good cycle characteristics can be obtained.

(a)、(b)第1の実施形態に係るナノサイズ粒子の概略断面図。(A), (b) The schematic sectional drawing of the nanosized particle which concerns on 1st Embodiment. (a)、(b)第2の実施形態に係るナノサイズ粒子の概略断面図。(A), (b) The schematic sectional drawing of the nanosized particle which concerns on 2nd Embodiment. (a)、(b)第3の実施形態に係るナノサイズ粒子の概略断面図。(A), (b) The schematic sectional drawing of the nanosized particle which concerns on 3rd Embodiment. (a)、(b)第3の実施形態の他の例に係るナノサイズ粒子の概略断面図。(A), (b) Schematic sectional drawing of the nanosized particle which concerns on the other example of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の他の例に係るナノサイズ粒子の概略断面図。The schematic sectional drawing of the nanosized particle which concerns on the other example of 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係るナノサイズ粒子の概略断面図。The schematic sectional drawing of the nanosized particle which concerns on 4th Embodiment. 本発明に係るナノサイズ粒子製造装置を示す図。The figure which shows the nanosize particle manufacturing apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る負極の製造に用いられるミキサーを示す図。The figure which shows the mixer used for manufacture of the negative electrode which concerns on this invention. 本発明に係る負極の製造に用いられるコーターを示す図。The figure which shows the coater used for manufacture of the negative electrode which concerns on this invention. SiとSnの2元系状態図。The binary system phase diagram of Si and Sn. AlとSiの2元系状態図。Binary system phase diagram of Al and Si. AlとSnの2元系状態図。The binary system phase diagram of Al and Sn. CuとSiの2元系状態図。Binary system phase diagram of Cu and Si. CuとSnの2元系状態図。The binary system phase diagram of Cu and Sn. FeとSiの2元系状態図。The binary system phase diagram of Fe and Si. CoとSiの2元系状態図。The binary system phase diagram of Co and Si. CoとFeの2元系状態図。The binary system phase diagram of Co and Fe. FeとSnの2元系状態図。The binary system phase diagram of Fe and Sn. CuとFeの2元系状態図。Binary system phase diagram of Cu and Fe.

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1.第1の実施形態)
(1−1.ナノサイズ粒子1の構成)
第1の実施形態に係るナノサイズ粒子1について説明する。
図1(a)は、ナノサイズ粒子1の概略断面図である。ナノサイズ粒子1は、第1の相3と第2の相5を有しており、第1の相3と第2の相5は、両方がナノサイズ粒子1の外表面に露出しており、第1の相3と第2の相5の外表面が球形状を形成しており、第1の相3と第2の相5は接合している。
(1. First embodiment)
(1-1. Configuration of Nano-sized Particle 1)
The nanosize particle 1 according to the first embodiment will be described.
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the nano-sized particle 1. The nanosized particle 1 has a first phase 3 and a second phase 5, and both the first phase 3 and the second phase 5 are exposed on the outer surface of the nanosized particle 1. The outer surfaces of the first phase 3 and the second phase 5 form a spherical shape, and the first phase 3 and the second phase 5 are joined.

第1の相3は、元素A‐1の単体であり、元素A‐1はSi、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた1種の元素である。元素A‐1は、リチウムを吸蔵しやすい元素である。なお、第1の相3は、元素A‐1を主成分とする固溶体であってもよい。元素A‐1と固溶体を形成する元素は、元素A‐1を選ぶことができる前記群より選ばれた元素でもよいし、前記群に挙げられていない元素であってもよい。第1の相3はリチウムを吸蔵可能である。   The first phase 3 is a simple substance of the element A-1, and the element A-1 is one element selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In, and Zn. is there. The element A-1 is an element that easily stores lithium. Note that the first phase 3 may be a solid solution containing the element A-1 as a main component. The element that forms a solid solution with the element A-1 may be an element selected from the group capable of selecting the element A-1 or an element not listed in the group. The first phase 3 can occlude lithium.

第1の相3と第2の相5の外表面が球形状であるとは、第1の相3と第2の相5とが接する箇所以外の第1の相3と第2の相5とが、球や楕円体であることを意味し、言い換えると、第1の相3と第2の相5とが接する箇所以外の第1の相3と第2の相5の表面がおおむね滑らかな曲面で構成されていることを意味する。第1の相3と第2の相5の形状は、破砕法により形成されるような、表面に角を有する形状とは異なる形状である。また、第1の相3と第2の相5の接合部の界面形状が、円形または楕円形である。   The outer surfaces of the first phase 3 and the second phase 5 have a spherical shape means that the first phase 3 and the second phase 5 other than the portion where the first phase 3 and the second phase 5 are in contact with each other. Means a sphere or an ellipsoid. In other words, the surfaces of the first phase 3 and the second phase 5 other than the portion where the first phase 3 and the second phase 5 are in contact are generally smooth. It is composed of simple curved surfaces. The shape of the 1st phase 3 and the 2nd phase 5 is a shape different from the shape which has an angle | corner on the surface as formed by the crushing method. Moreover, the interface shape of the junction part of the 1st phase 3 and the 2nd phase 5 is circular or an ellipse.

第2の相5は、元素A‐2の単体もしくは固溶体である。元素A‐2はSi、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた1種の元素であり、元素A‐1とは種類の異なる元素である。元素A‐2はLiを吸蔵可能である。   The second phase 5 is a simple substance or a solid solution of the element A-2. The element A-2 is one element selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In, and Zn, and is a different element from the element A-1. The element A-2 can occlude Li.

また、第1の相3がリンまたはホウ素を添加したシリコンであることが好ましい。リンまたはホウ素を添加することでシリコンの導電性を高めることができる。リンの代わりに、インジウムやガリウムを用いることができ、ホウ素の代わりにヒ素を用いることも可能である。第1の相3のシリコンの導電性を高めることで、このようなナノサイズ粒子を用いた負極は、内部抵抗が小さくなり、大電流を流すことが可能となり、良好なハイレート特性を有する。   The first phase 3 is preferably silicon to which phosphorus or boron is added. The conductivity of silicon can be increased by adding phosphorus or boron. Indium or gallium can be used instead of phosphorus, and arsenic can be used instead of boron. By increasing the conductivity of the silicon of the first phase 3, the negative electrode using such nano-sized particles has a small internal resistance, allows a large current to flow, and has a good high-rate characteristic.

ナノサイズ粒子1の平均粒径は、好ましくは2〜300nmであり、より好ましくは50〜200nmである。ホールペッチの法則により、粒子サイズが小さいと、降伏応力が高まるため、ナノサイズ粒子1の平均粒径が2〜300nmであれば、粒子サイズが十分小さく、降伏応力が十分大きく、充放電により微粉化しにくい。なお、平均粒径が2nmより小さいと、ナノサイズ粒子の合成後の取扱いが困難となり、平均粒径が300nmより大きいと、粒子サイズが大きくなってしまい、降伏応力が十分でない。   The average particle size of the nano-sized particles 1 is preferably 2 to 300 nm, more preferably 50 to 200 nm. According to Hall Petch's law, if the particle size is small, the yield stress increases. Therefore, if the average particle size of the nano-sized particles 1 is 2 to 300 nm, the particle size is sufficiently small, the yield stress is sufficiently large, and pulverized by charge / discharge. Hateful. When the average particle size is smaller than 2 nm, it becomes difficult to handle the nano-sized particles after synthesis. When the average particle size is larger than 300 nm, the particle size becomes large and the yield stress is not sufficient.

なお、微粒子は通常は凝集して存在しているので、ナノサイズ粒子の平均粒径は、ここでは一次粒子の平均粒径を指す。粒子の計測は、電子顕微鏡(SEM)の画像情報と動的光散乱光度計(DLS)の体積基準メディアン径を併用する。平均粒径は、SEM画像によりあらかじめ粒子形状を確認し、画像解析(例えば、旭化成エンジニアリング製「A像くん」(登録商標))で粒径を求めたり、粒子を溶媒に分散してDLS(例えば、大塚電子製DLS−8000)により測定したりすることが可能である。微粒子が十分に分散しており、凝集していなければ、SEMとDLSでほぼ同じ測定結果が得られる。また、ナノサイズ粒子の形状が、アセチレンブラックのような高度に発達したストラクチャー形状である場合にも、ここでは一次粒径で平均粒径を定義し、SEM写真の画像解析で平均粒径を求めることができる。   Since the fine particles are usually present in an aggregated state, the average particle size of the nano-sized particles here refers to the average particle size of the primary particles. For particle measurement, image information of an electron microscope (SEM) and a volume-based median diameter of a dynamic light scattering photometer (DLS) are used in combination. For the average particle size, confirm the particle shape in advance using an SEM image, obtain the particle size by image analysis (for example, “A Image-kun” (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Engineering), or disperse the particles in a solvent to obtain DLS (for example, , OLSKA Electronics DLS-8000). If the fine particles are sufficiently dispersed and not agglomerated, almost the same measurement results can be obtained with SEM and DLS. Even when the shape of the nano-sized particles is a highly developed structure such as acetylene black, the average particle size is defined by the primary particle size here, and the average particle size is obtained by image analysis of the SEM photograph. be able to.

また、第1の実施形態に係るナノサイズ粒子1は、図1(b)に示すナノサイズ粒子7のように、第2の相5に加えて、他の第2の相9を有してもよい。他の第2の相9は、元素A‐3の単体もしくは固溶体であり、元素A‐3はSi、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた1種の元素であり、元素A‐1、元素A‐2とは異なる種類の元素である。他の第2の相9は、球形状であり、ナノサイズ粒子7の外表面に露出する。例えば、第1の相3の一端に第2の相5があり、他端に他の第2の相9があり、ナノサイズ粒子7は、大きな球の表面に二つの小さな球が接合している、水分子のような形状を有する。例えば、元素A‐1としてシリコン、元素A‐2としてスズ、元素A‐3としてアルミニウムを用いることができる。   Further, the nano-sized particle 1 according to the first embodiment has another second phase 9 in addition to the second phase 5 like the nano-sized particle 7 shown in FIG. Also good. The other second phase 9 is a single element or a solid solution of the element A-3, and the element A-3 is selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In, and Zn. It is a seed element, and is a different kind of element from element A-1 and element A-2. The other second phase 9 has a spherical shape and is exposed on the outer surface of the nano-sized particle 7. For example, there is a second phase 5 at one end of the first phase 3 and another second phase 9 at the other end, and the nano-sized particle 7 has two small spheres joined to the surface of a large sphere. It has a shape like a water molecule. For example, silicon can be used as the element A-1, tin can be used as the element A-2, and aluminum can be used as the element A-3.

なお、ナノサイズ粒子1の最表面に酸素が結合しても良い。空気中にナノサイズ粒子1を取り出すと、空気中の酸素がナノサイズ粒子1の表面の元素と反応するからである。   Note that oxygen may be bonded to the outermost surface of the nano-sized particle 1. This is because when the nano-sized particles 1 are taken out into the air, oxygen in the air reacts with elements on the surface of the nano-sized particles 1.

(1−2.ナノサイズ粒子1の効果)
第1の実施形態によれば、第1の相3がリチウムを吸蔵すると、体積膨張するが、第2の相5もリチウムを吸蔵すると膨張する。しかし、第1の相3と第2の相5では、リチウムを吸蔵する電気化学的電位が異なるため、一方の相が優先的にリチウムを吸蔵し、一方の相が体積膨張する際に、他方の相の体積膨張が相対的に少なくなり、他方の相により一方の相が体積膨張しにくくなる。そのため、一方の相のみを有する粒子に比べて、第1の相3と第2の相5を有するナノサイズ粒子1は、リチウムを吸蔵する際に膨張しにくく、リチウムの吸蔵量が抑制される。そのため、第1の実施形態によれば、ナノサイズ粒子1は、リチウムを吸蔵させても、体積膨張が抑えられ、サイクル特性時の放電容量の低下が抑制される。
(1-2. Effects of nano-sized particles 1)
According to the first embodiment, volume expansion occurs when the first phase 3 occludes lithium, but expansion also occurs when the second phase 5 occludes lithium. However, since the electrochemical potential for storing lithium differs between the first phase 3 and the second phase 5, when one phase preferentially stores lithium and one phase expands in volume, the other phase The volume expansion of one phase is relatively reduced, and the other phase makes it difficult for one phase to be volume expanded. Therefore, compared with particles having only one phase, the nano-sized particles 1 having the first phase 3 and the second phase 5 are less likely to expand when occlusion of lithium, and the occlusion amount of lithium is suppressed. . Therefore, according to 1st Embodiment, even if the nanosized particle 1 occludes lithium, volume expansion is suppressed and the fall of the discharge capacity at the time of cycling characteristics is suppressed.

また、第1の実施形態によれば、ナノサイズ粒子1は膨張しにくいため、ナノサイズ粒子1を大気中に出したとしても、大気中の酸素と反応しにくい。一方の相のみを有するナノサイズ粒子は、表面保護せずに大気中に放置すると、表面から酸素と反応し、表面から粒子内部へと酸化が進行するため、ナノサイズ粒子全体が酸化する。しかしながら、本発明のナノサイズ粒子1を大気中に放置した場合、粒子の最表面は酸素と反応するが、全体としてナノサイズ粒子が膨張しにくいため、酸素が内部に侵入しにくく、ナノサイズ粒子1の中心部まで酸化が及びにくい。従って、通常の金属ナノ粒子は比表面積が大きく、酸化して発熱や体積膨張が生じやすいが、本発明のナノサイズ粒子1は、有機物や金属酸化物で特別な表面コートを行う必要がなく、大気中で粉体のまま扱うことができる。工業的利用価値が大きい。   Moreover, according to 1st Embodiment, since the nanosized particle 1 does not expand easily, even if it puts out the nanosized particle 1 in air | atmosphere, it is hard to react with oxygen in air | atmosphere. When nanosized particles having only one phase are left in the atmosphere without surface protection, they react with oxygen from the surface, and oxidation proceeds from the surface to the inside of the particles, so that the entire nanosized particles are oxidized. However, when the nano-sized particles 1 of the present invention are left in the atmosphere, the outermost surface of the particles reacts with oxygen, but since the nano-sized particles are difficult to expand as a whole, oxygen is less likely to enter the interior, It is difficult to oxidize to the center of 1. Therefore, normal metal nanoparticles have a large specific surface area and are likely to oxidize and generate heat and volume expansion, but the nano-sized particles 1 of the present invention do not need to be specially coated with organic substances or metal oxides. It can be handled as powder in the atmosphere. Industrial use value is great.

また、第1の実施形態によれば、第1の相3と第2の相5は、どちらも炭素よりもリチウムを大量に吸蔵可能な元素で構成されるため、ナノサイズ粒子1は、炭素の負極活物質よりもリチウムの吸蔵量が多くなる。   In addition, according to the first embodiment, the first phase 3 and the second phase 5 are both composed of an element capable of occluding a larger amount of lithium than carbon. The amount of occlusion of lithium is larger than that of the negative electrode active material.

また、第1の実施形態によれば、第2の相5が第1の相3よりも導電性が高い場合、ナノサイズ粒子1は、それぞれのナノサイズ粒子1にナノレベルの集電スポットを有し、ナノサイズ粒子1は導電性の良い負極材料となり、集電性能の良い負極が得られる。特に、第1の相3が導電性の低いシリコンで形成される場合、第2の相5をシリコンより導電性の高いスズやアルミニウムなどの金属元素を用いることで、シリコンナノ粒子に比べて導電性の良い負極材料が得られる。   In addition, according to the first embodiment, when the second phase 5 has higher conductivity than the first phase 3, the nano-sized particles 1 have a nano-level current collection spot on each nano-sized particle 1. Thus, the nano-sized particles 1 become a negative electrode material with good conductivity, and a negative electrode with good current collecting performance is obtained. In particular, when the first phase 3 is formed of silicon having low conductivity, the second phase 5 is made conductive compared to silicon nanoparticles by using a metal element such as tin or aluminum having higher conductivity than silicon. A negative electrode material with good properties can be obtained.

第2の相5と他の第2の相9の両方を備えるナノサイズ粒子7は、ナノサイズ粒子1と同様の効果を有するうえ、ナノレベルの集電スポットが増加し、集電性能が、効果的に向上する。   The nano-sized particles 7 including both the second phase 5 and the other second phase 9 have the same effect as the nano-sized particles 1, and the number of nano-level current collecting spots is increased. Effectively improve.

(2.第2の実施形態)
(2−1.ナノサイズ粒子11の構成)
第2の実施形態に係るナノサイズ粒子11について説明する。以下の実施形態で第1の実施形態と同一の様態を果たす要素には同一の番号を付し、重複した説明は避ける。
図2(a)は、ナノサイズ粒子11の概略断面図である。ナノサイズ粒子11は、第1の相3と第2の相5と第3の相13とを有しており、第1の相3と第2の相5と第3の相13との全てが外表面に露出し、第1の相3と第2の相5と第3の相13の外表面が球形状であり、第2の相5は第1の相3と接合しており、第3の相13は第1の相3と接合している。
(2. Second Embodiment)
(2-1. Configuration of Nano-sized Particle 11)
The nanosize particle 11 according to the second embodiment will be described. In the following embodiment, the same number is attached | subjected to the element which fulfill | performs the same aspect as 1st Embodiment, and the overlapping description is avoided.
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the nano-sized particle 11. The nano-sized particle 11 has a first phase 3, a second phase 5, and a third phase 13, and all of the first phase 3, the second phase 5, and the third phase 13 are included. Are exposed on the outer surface, the outer surfaces of the first phase 3, the second phase 5 and the third phase 13 are spherical, and the second phase 5 is joined to the first phase 3, The third phase 13 is bonded to the first phase 3.

第3の相13は、元素A‐1と元素Mとの化合物または元素Mの単体もしくは固溶体であり、結晶質である。元素MはCu、AgおよびAuからなる群より選ばれた1種の元素である。元素Mは、リチウムを吸蔵しにくい元素である。第3の相13は、リチウムをほとんど吸蔵しない。   The third phase 13 is a compound of the element A-1 and the element M or a simple substance or a solid solution of the element M, and is crystalline. The element M is one element selected from the group consisting of Cu, Ag, and Au. The element M is an element that hardly occludes lithium. The third phase 13 hardly absorbs lithium.

元素A‐1と元素Mが化合物を形成可能な組合せであれば、第3の相13は元素A‐1と元素Mの化合物であるMA‐1(x≦1、3<x)から形成される。一方、元素A‐1と元素Mとが化合物を形成しない組合せであれば、第3の相13は元素Mの単体や固溶体となる。 If the element A-1 and the element M are a combination capable of forming a compound, the third phase 13 is formed from MA-1 x (x ≦ 1, 3 <x) which is a compound of the element A-1 and the element M Is done. On the other hand, if the combination of the element A-1 and the element M does not form a compound, the third phase 13 becomes a simple substance or a solid solution of the element M.

例えば、元素A‐1がSiであり、元素MがCuである場合、第3の相13は、元素Mと元素A‐1の化合物である銅シリサイドから形成される。   For example, when the element A-1 is Si and the element M is Cu, the third phase 13 is formed from copper silicide that is a compound of the element M and the element A-1.

例えば、元素A‐1がSiであり、元素Mが、AgまたはAuである場合、第3の相13は、元素Mの単体または固溶体から形成される。   For example, when the element A-1 is Si and the element M is Ag or Au, the third phase 13 is formed from a single element or a solid solution of the element M.

元素A‐1と元素Mの合計に占める元素Mの原子比率が0.01〜60%であることが好ましい。この原子比率が0.01〜60%であると、ナノサイズ粒子11をリチウムイオン二次電池の負極材料に用いた際に、サイクル特性と高容量を両立できる。一方、0.01%を下回ると、ナノサイズ粒子11のリチウム吸蔵時の体積膨張を十分に抑制できず、60%を超えると、高容量であるメリットが特になくなってしまう。   The atomic ratio of the element M in the total of the element A-1 and the element M is preferably 0.01 to 60%. When the atomic ratio is 0.01 to 60%, when the nano-sized particles 11 are used as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, both cycle characteristics and high capacity can be achieved. On the other hand, if it is less than 0.01%, the volume expansion of the nano-sized particles 11 during occlusion of lithium cannot be sufficiently suppressed, and if it exceeds 60%, the merit of high capacity is particularly lost.

特に、第1の相3が主に結晶質シリコンで構成され、第3の相13が結晶質シリサイドであることが好ましい。   In particular, it is preferable that the first phase 3 is mainly composed of crystalline silicon and the third phase 13 is crystalline silicide.

なお、第2の実施形態に係るナノサイズ粒子11は、図2(b)に示すナノサイズ粒子15のように、他の第3の相17を有してもよい。他の第3の相17は、Cu、AgおよびAuからなる群より選ばれた元素M´を含み、元素M´は元素Mとは種類が異なる。他の第3の相17は、元素A‐1と元素M´との化合物または元素M´の単体もしくは固溶体である。第1の相3と第3の相13と他の第3の相17の全てが外表面に露出し、第1の相3と第3の相13と他の第3の相17の外表面が球形状である。例えば、ナノサイズ粒子15は、大きな球形状の第1の相3の表面に小さな球形状である第2の相5と第3の相13と他の第3の相17とが接合している形状を有する。また、元素A‐1と元素Mと元素M´の合計に占める、元素Mと元素M´の合計の原子比率が0.01〜60%であることが好ましい。   Note that the nano-sized particle 11 according to the second embodiment may have another third phase 17 like the nano-sized particle 15 illustrated in FIG. The other third phase 17 includes an element M ′ selected from the group consisting of Cu, Ag, and Au, and the element M ′ is different in kind from the element M. The other third phase 17 is a compound of the element A-1 and the element M ′ or a simple substance or a solid solution of the element M ′. All of the first phase 3, the third phase 13, and the other third phase 17 are exposed on the outer surface, and the outer surface of the first phase 3, the third phase 13, and the other third phase 17. Is spherical. For example, in the nano-sized particle 15, the second phase 5, the third phase 13, and the other third phase 17 having a small spherical shape are bonded to the surface of the first phase 3 having a large spherical shape. Has a shape. Moreover, it is preferable that the atomic ratio of the total of the element M and the element M 'to the total of the element A-1, the element M, and the element M' is 0.01 to 60%.

(2−2.ナノサイズ粒子11の効果)
第2の実施形態によれば、第1の実施形態で得られる効果に加えて、ナノサイズ粒子11は、リチウムを吸蔵させても、さらに微粉化しにくいという効果がある。第2の実施形態では、第1の相3がリチウムを吸蔵すると体積膨張するが、第3の相13はリチウムを吸蔵しないため、第3の相13に接する第1の相3の膨張は、抑えられる。つまり、第1の相3がリチウムを吸蔵して体積膨張をしようとしても、第3の相13が膨張しにくいため、第3の相13がくさびやピンのような効果を発揮し、ナノサイズ粒子全体の膨張を抑制する。そのため、第3の相13を有しない粒子に比べて、第3の相13を有するナノサイズ粒子11は、リチウムを吸蔵する際に膨張しにくく、リチウムの吸蔵量が小さくなる。そのため、ナノサイズ粒子11は、リチウムを吸蔵させても、微粉化しにくい。
(2-2. Effects of nano-sized particles 11)
According to the second embodiment, in addition to the effects obtained in the first embodiment, the nano-sized particles 11 have an effect that even if lithium is occluded, the nano-size particles 11 are more difficult to be pulverized. In the second embodiment, volume expansion occurs when the first phase 3 occludes lithium, but since the third phase 13 does not occlude lithium, the expansion of the first phase 3 in contact with the third phase 13 is It can be suppressed. That is, even if the first phase 3 occludes lithium and expands its volume, the third phase 13 hardly expands, so that the third phase 13 exhibits an effect like a wedge or a pin, and is nanosized. Suppresses the expansion of the entire particle. Therefore, compared with the particle | grains which do not have the 3rd phase 13, the nanosize particle | grains 11 which have the 3rd phase 13 are hard to expand | swell when occlusion of lithium, and the occlusion amount of lithium becomes small. Therefore, the nano-sized particles 11 are not easily pulverized even when lithium is occluded.

第3の相13と他の第3の相17の両方を備えるナノサイズ粒子15は、ナノサイズ粒子11と同様の効果を有するうえ、ナノレベルの集電スポットが増加し、集電性能が効果的に向上する。   The nano-sized particle 15 including both the third phase 13 and the other third phase 17 has the same effect as the nano-sized particle 11, increases the nano-level current collection spot, and the current collection performance is effective. Improve.

(3.第3の実施形態)
(3−1.ナノサイズ粒子19の構成)
第3の実施形態に係るナノサイズ粒子19について説明する。
図3(a)は、ナノサイズ粒子19の概略断面図である。ナノサイズ粒子19は、第1の相3と第2の相5と第4の相21とを有しており、第1の相3と第2の相5は、両方がナノサイズ粒子19の外表面に露出しており、第1の相3と第2の相5の外表面が球形状を形成しており、第1の相3と第2の相5は接合している。また、第4の相21の一部または全部が、第1の相3に覆われている。
(3. Third embodiment)
(3-1. Configuration of Nano-sized Particle 19)
A nanosize particle 19 according to the third embodiment will be described.
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of the nano-sized particle 19. The nano-sized particle 19 has a first phase 3, a second phase 5, and a fourth phase 21, and both the first phase 3 and the second phase 5 are nano-sized particles 19. It is exposed on the outer surface, and the outer surfaces of the first phase 3 and the second phase 5 form a spherical shape, and the first phase 3 and the second phase 5 are joined. Further, part or all of the fourth phase 21 is covered with the first phase 3.

第4の相21は、元素Aと元素Dとの化合物である。元素DはFe、Co、Ni、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ba、ランタノイド元素(CeおよびPmを除く)、Hf、Ta、W、Re、OsおよびIrからなる群より選ばれた1種の元素である。元素Dは、リチウムを吸蔵しにくい元素であり、元素A‐1とDA‐1(1<y≦3)である化合物を形成可能である。第4の相21は、リチウムをほとんど吸蔵しない。 The fourth phase 21 is a compound of element A and element D. Element D is Fe, Co, Ni, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ba, lanthanoid elements (except for Ce and Pm), Hf , One element selected from the group consisting of Ta, W, Re, Os and Ir. The element D is an element that does not easily store lithium, and can form a compound that is the elements A-1 and DA-1 y (1 <y ≦ 3). The fourth phase 21 hardly absorbs lithium.

元素A‐1と元素Dの合計に占める元素Dの原子比率が0.01〜30%であることが好ましい。この原子比率が0.01〜30%であると、ナノサイズ粒子19をリチウムイオン二次電池の負極材料に用いた際に、サイクル特性と高容量を両立できる。一方、0.01%を下回ると、ナノサイズ粒子19のリチウム吸蔵時の微粉化を抑制できず、30%を超えると、高容量であるメリットが特になくなってしまう。   The atomic ratio of element D in the total of element A-1 and element D is preferably 0.01 to 30%. When the atomic ratio is 0.01 to 30%, when the nano-sized particles 19 are used as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, both cycle characteristics and high capacity can be achieved. On the other hand, if it is less than 0.01%, the pulverization of the nano-sized particles 19 during occlusion of lithium cannot be suppressed, and if it exceeds 30%, the merit of high capacity is particularly lost.

なお、図3(a)においては、第1の相3中に、複数の第4の相21が分散しているが、単一の第4の相21が分散していてもよい。   In FIG. 3A, the plurality of fourth phases 21 are dispersed in the first phase 3, but a single fourth phase 21 may be dispersed.

また、一部の第4の相21がナノサイズ粒子19の表面に露出していてもよい。つまり、必ずしも第4の相21の周囲の全てを第1の相3で覆っている必要はなく、第4の相21の周囲の一部のみを第1の相で覆っていてもよい。   Further, a part of the fourth phase 21 may be exposed on the surface of the nano-sized particles 19. That is, it is not always necessary to cover the entire periphery of the fourth phase 21 with the first phase 3, and only a part of the periphery of the fourth phase 21 may be covered with the first phase.

また、第3の実施形態に係るナノサイズ粒子19は、図3(b)に示すナノサイズ粒子23のように、第1の相3中に元素A‐1の微結晶25を有しても良い。元素A‐1の微結晶25は、元素A‐1と元素Dの合計に占める元素Dの原子比率が小さいときに生じやすい。元素Dが少ないほど、元素A‐1の結晶相が増える。   Further, the nano-sized particles 19 according to the third embodiment may have the crystallites 25 of the element A-1 in the first phase 3 like the nano-sized particles 23 shown in FIG. good. The microcrystal 25 of the element A-1 is likely to be generated when the atomic ratio of the element D in the total of the element A-1 and the element D is small. The smaller the element D, the more the crystal phase of the element A-1.

また、第3の実施形態に係るナノサイズ粒子19は、図4(a)に示すナノサイズ粒子27のように元素Dと元素D´を含み、第1の相3中に第4の相21と他の第4の相29を有しても良い。他の第4の相29は、元素A‐1と元素D´の化合物である。例えば、第1の相3がシリコンであり、第4の相21が鉄シリサイドであり、他の第4の相29がコバルトシリサイドである場合が挙げられる。この際、第1の相3中に鉄とコバルトの固溶体が形成されていても良い。   Further, the nano-sized particle 19 according to the third embodiment includes the element D and the element D ′ like the nano-sized particle 27 illustrated in FIG. 4A, and the fourth phase 21 is included in the first phase 3. And the other fourth phase 29 may be included. The other fourth phase 29 is a compound of the element A-1 and the element D ′. For example, there is a case where the first phase 3 is silicon, the fourth phase 21 is iron silicide, and the other fourth phase 29 is cobalt silicide. At this time, a solid solution of iron and cobalt may be formed in the first phase 3.

元素D´は、Fe、Co、Ni、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ba、ランタノイド元素(CeおよびPmを除く)、Hf、Ta、W、Re、OsおよびIrからなる群より選ばれた元素であり、元素Dとは異なる種類の元素である。   The element D ′ includes Fe, Co, Ni, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ba, and a lanthanoid element (except for Ce and Pm). , Hf, Ta, W, Re, Os, and Ir, and is an element of a different type from the element D.

また、第3の実施形態に係るナノサイズ粒子19は、図4(b)に示すナノサイズ粒子31のように、第1の相3中に、第4の相21、他の第4の相29、元素A‐1の微結晶25を有しても良い。元素A‐1の微結晶25は、元素A‐1と元素Dと元素D´の合計に占める元素Dと元素D´の合計の原子比率が小さいときに生じやすい。元素Dと元素D´の合計が少ないほど、元素A‐1の結晶相が増える。   In addition, the nano-sized particles 19 according to the third embodiment include the fourth phase 21 and the other fourth phases in the first phase 3 like the nano-sized particles 31 illustrated in FIG. 29, You may have the microcrystal 25 of the element A-1. The microcrystal 25 of the element A-1 is likely to be generated when the total atomic ratio of the element D and the element D ′ in the total of the element A-1, the element D, and the element D ′ is small. The smaller the sum of the element D and the element D ′, the more the crystal phase of the element A-1.

また、図5に示すナノサイズ粒子33のように、第2の相5に他の第4の相34が形成されていても良い。他の第4の相34は、元素Dと元素A‐2の化合物である。例えば、第1の相3がシリコンであり、第2の相5がスズであり、第4の相21が鉄シリサイドであり、他の第4の相34が鉄スズ合金である場合が挙げられる。他の第4の相34は、第4の相21が第1の相3の膨張を抑える効果と同様の作用で、第2の相5の膨張を抑える効果がある。   Further, as in the nano-sized particles 33 shown in FIG. 5, another fourth phase 34 may be formed in the second phase 5. The other fourth phase 34 is a compound of element D and element A-2. For example, the first phase 3 is silicon, the second phase 5 is tin, the fourth phase 21 is iron silicide, and the other fourth phase 34 is an iron-tin alloy. . The other fourth phase 34 has an effect of suppressing the expansion of the second phase 5 by the same action as the effect of the fourth phase 21 suppressing the expansion of the first phase 3.

(3−2.ナノサイズ粒子19の効果)
第3の実施形態によれば、第1の実施形態で得られる効果に加えて、ナノサイズ粒子19は、リチウムを吸蔵させても、微粉化しにくい。第3の実施形態において、第1の相3がリチウムを吸蔵すると、体積膨張するが、第4の相21は、リチウムを吸蔵しないため、第4の相21に接する第1の相3の膨張は、抑えられる。つまり、第1の相3がリチウムを吸蔵して体積膨張をしようとしても、第4の相21が膨張しにくいため、第1の相3と第4の相21との界面は滑りにくく、第4の相21がくさびやピンのような効果を発揮し、ナノサイズ粒子全体の膨張を抑制する。そのため、第4の相21を有しない粒子に比べて、第4の相21を有するナノサイズ粒子19は、リチウムを吸蔵する際に膨張しにくく、リチウムの吸蔵量が抑制される。そのため、ナノサイズ粒子19は、リチウムを吸蔵させても、微粉化しにくい。なお、他の第4の相34は、第2の相5に対して、第4の相21と同様の働きをする。
(3-2. Effects of nano-sized particles 19)
According to the third embodiment, in addition to the effects obtained in the first embodiment, the nano-sized particles 19 are not easily pulverized even when lithium is occluded. In the third embodiment, when the first phase 3 occludes lithium, the volume expands. However, since the fourth phase 21 does not occlude lithium, the expansion of the first phase 3 in contact with the fourth phase 21 is performed. Is suppressed. That is, even if the first phase 3 occludes lithium and tries to expand its volume, the fourth phase 21 hardly expands, so the interface between the first phase 3 and the fourth phase 21 is difficult to slip, The phase 4 of 4 exhibits an effect like a wedge or a pin and suppresses the expansion of the entire nano-sized particle. Therefore, compared with the particle | grains which do not have the 4th phase 21, the nanosize particle | grains 19 which have the 4th phase 21 are hard to expand | swell when occluding lithium, and the occlusion amount of lithium is suppressed. For this reason, the nano-sized particles 19 are not easily pulverized even when lithium is occluded. The other fourth phase 34 functions in the same manner as the fourth phase 21 with respect to the second phase 5.

(4.第4の実施形態)
(4−1.ナノサイズ粒子35の構成)
第4の実施形態に係るナノサイズ粒子35について説明する。
図6は、ナノサイズ粒子35の概略断面図である。ナノサイズ粒子35は、第1の相3と第2の相5と第3の相13と第4の相21とを有しており、第1の相3と第2の相5と第3の相13とは、全てがナノサイズ粒子35の外表面に露出しており、第1の相3と第2の相5と第3の相13の外表面が球形状を形成しており、第1の相3と第2の相5は接合し、第1の相3と第3の相13とは接合している。また、第4の相21の一部または全部が、第1の相3に覆われている。
(4. Fourth embodiment)
(4-1. Configuration of nano-sized particles 35)
The nanosize particles 35 according to the fourth embodiment will be described.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the nano-sized particle 35. The nano-sized particles 35 have a first phase 3, a second phase 5, a third phase 13, and a fourth phase 21, and the first phase 3, the second phase 5, and the third phase 21. All of the phases 13 are exposed on the outer surface of the nano-sized particles 35, and the outer surfaces of the first phase 3, the second phase 5, and the third phase 13 form a spherical shape, The first phase 3 and the second phase 5 are joined, and the first phase 3 and the third phase 13 are joined. Further, part or all of the fourth phase 21 is covered with the first phase 3.

また、第4の実施形態に係るナノサイズ粒子35は、ナノサイズ粒子35の構成に加えて、第1の相3に接合する他の第2の相9を有してもよく、第1の相3に接合する他の第3の相17を有してもよく、第1の相3の内部に元素A‐1の微結晶25を有しても良く、第1の相3に覆われる他の第4の相29を有しても良く、第2の相5の内部に他の第4の相34を有しても良い。   The nano-sized particle 35 according to the fourth embodiment may have another second phase 9 bonded to the first phase 3 in addition to the configuration of the nano-sized particle 35. The third phase 17 may be bonded to the phase 3, and the microcrystal 25 of the element A-1 may be included inside the first phase 3, and is covered with the first phase 3. The other fourth phase 29 may be included, and the other fourth phase 34 may be included inside the second phase 5.

(4−2.ナノサイズ粒子35の効果)
第4の実施形態では、第1の実施形態で得られる効果に加えて、第2の実施形態の効果と第3の実施形態の効果とを併せ持ち、容量が大きく、リチウムを吸蔵および放出しても微粉化しにくく、集電特性に優れるナノサイズ粒子が得られる。
(4-2. Effects of the nano-sized particles 35)
In the fourth embodiment, in addition to the effects obtained in the first embodiment, the effects of the second embodiment and the effects of the third embodiment are combined, the capacity is large, and lithium is occluded and released. Nano-sized particles that are not easily pulverized and have excellent current collecting properties.

(5.ナノサイズ粒子の製造方法)
ナノサイズ粒子の製造方法を説明する。
ナノサイズ粒子は、気相合成法により合成される。特に、原料粉末を、プラズマ化し、1万K相当にまで加熱し、その後冷却することで、ナノサイズ粒子を製造可能である。
(5. Method for producing nano-sized particles)
A method for producing nano-sized particles will be described.
Nano-sized particles are synthesized by a gas phase synthesis method. In particular, nano-sized particles can be produced by converting the raw material powder into plasma and heating it to the equivalent of 10,000 K, followed by cooling.

ナノサイズ粒子の製造に用いられる製造装置の一具体例を、図7に基づいて説明する。図7に示すナノサイズ粒子製造装置37において、反応チャンバー39の上部外壁には、プラズマ発生用の高周波コイル45が巻き付けてある。高周波コイル45には、高周波電源47より、数MHzの交流電圧が印加される。好ましい周波数は4MHzである。なお、高周波コイル45を巻きつける上部外壁は石英ガラスなどで構成された円筒形の2重管となっており、その隙間に冷却水を流してプラズマによる石英ガラスの溶融を防止している。   A specific example of a manufacturing apparatus used for manufacturing nano-sized particles will be described with reference to FIG. In the nanosize particle manufacturing apparatus 37 shown in FIG. 7, a high frequency coil 45 for generating plasma is wound around the upper outer wall of the reaction chamber 39. An AC voltage of several MHz is applied to the high frequency coil 45 from the high frequency power supply 47. A preferred frequency is 4 MHz. The upper outer wall around which the high-frequency coil 45 is wound is a cylindrical double tube made of quartz glass or the like, and cooling water is passed through the gap to prevent the quartz glass from melting by plasma.

また、反応チャンバー39の上部には、原料粉末供給口41と共に、シースガス供給口43が設けてある。原料粉末フィーダーから供給される原料粉末42は、キャリアガス(ヘリウム、アルゴンなどの希ガス)とともに原料粉末供給口41を通してプラズマ49中に供給される。また、シースガス44はシースガス供給口43を通して反応チャンバー39に供給される。なお、原料粉末供給口41は、必ずしも図7のようにプラズマ49の上部に設置する必要はなく、プラズマ49の横方向にノズルを設置することもできる。また、原料粉末供給口41を冷却水により水冷しても良い。なお、プラズマに供給するナノサイズ粒子の原料の性状は、粉末だけに限られず、原料粉末のスラリーやガス状の原料を供給しても良い。   In addition, a sheath gas supply port 43 is provided in the upper part of the reaction chamber 39 together with the raw material powder supply port 41. The raw material powder 42 supplied from the raw material powder feeder is supplied into the plasma 49 through the raw material powder supply port 41 together with a carrier gas (rare gas such as helium and argon). The sheath gas 44 is supplied to the reaction chamber 39 through the sheath gas supply port 43. Note that the raw material powder supply port 41 is not necessarily installed above the plasma 49 as shown in FIG. 7, and a nozzle can be installed in the lateral direction of the plasma 49. The raw material powder supply port 41 may be water-cooled with cooling water. In addition, the property of the raw material of the nanosize particles supplied to the plasma is not limited to the powder, and a slurry of the raw material powder or a gaseous raw material may be supplied.

反応チャンバー39は、プラズマ反応部の圧力の保持や、製造された微粉末の分散を抑制する役割を果たす。反応チャンバー39も、プラズマによる損傷を防ぐため、水冷されている。また、反応チャンバー39の側部には、吸引管が接続してあり、その吸引管の途中には合成された微粉末を捕集するためのフィルター51が設置してある。反応チャンバー39とフィルター51を連結する吸引管も、冷却水により水冷されている。反応チャンバー39内の圧力は、フィルター51の下流側に設置されている真空ポンプの吸引能力によって調整する。   The reaction chamber 39 plays a role of maintaining the pressure in the plasma reaction part and suppressing the dispersion of the produced fine powder. The reaction chamber 39 is also water-cooled to prevent damage due to plasma. A suction tube is connected to the side of the reaction chamber 39, and a filter 51 for collecting the synthesized fine powder is installed in the middle of the suction tube. The suction pipe connecting the reaction chamber 39 and the filter 51 is also water-cooled with cooling water. The pressure in the reaction chamber 39 is adjusted by the suction capacity of a vacuum pump installed on the downstream side of the filter 51.

ナノサイズ粒子の製造方法は、プラズマから気体、液体を経由して固体となり、ナノサイズ粒子を析出させるボトムアップの手法なので、液滴の段階で球形状となり、第1の相3と第2の相5とは球形状となる。一方、破砕法やメカノケミカル法では、大きな粒子を小さくするトップダウンの手法では、粒子の形状はごつごつしたものとなり、ナノサイズ粒子1の球形状の形状とは大きく異なる。   The method for producing nano-sized particles is a bottom-up method in which a nano-sized particle is deposited from plasma to a solid via a gas and a liquid, so that it becomes spherical at the stage of droplets, and the first phase 3 and the second phase are produced. Phase 5 is spherical. On the other hand, in the crushing method and the mechanochemical method, in the top-down method in which large particles are made small, the shape of the particles is rugged and is significantly different from the spherical shape of the nano-sized particles 1.

なお、原料粉末に元素A‐1と元素A‐2のそれぞれの粉末の混合粉末を用いると、第1の実施形態に係るナノサイズ粒子1が得られる。一方、原料粉末に元素A‐1と元素A‐2と元素Mのそれぞれの粉末の混合粉末を用いると、第2の実施形態に係るナノサイズ粒子11が得られる。また、原料粉末に元素A‐1と元素A‐2と元素Dのそれぞれの粉末の混合粉末を用いると、第3の実施形態に係るナノサイズ粒子19が得られる。また、原料粉末に元素A‐1と元素A‐2と元素Mと元素Dのそれぞれの粉末の混合粉末を用いると、第4の実施形態に係るナノサイズ粒子35が得られる。   In addition, when the mixed powder of each powder of element A-1 and element A-2 is used for raw material powder, the nanosized particle 1 which concerns on 1st Embodiment is obtained. On the other hand, when the mixed powder of each powder of the element A-1, the element A-2, and the element M is used as the raw material powder, the nano-sized particles 11 according to the second embodiment are obtained. Moreover, when the mixed powder of each powder of the element A-1, the element A-2, and the element D is used for raw material powder, the nanosized particle 19 which concerns on 3rd Embodiment is obtained. Moreover, when the mixed powder of each powder of the element A-1, the element A-2, the element M, and the element D is used for raw material powder, the nanosized particle 35 which concerns on 4th Embodiment is obtained.

(6.リチウムイオン二次電池の作製)
(6−1.リチウムイオン二次電池用負極の作製)
まず、リチウムイオン二次電池用負極の製造方法を説明する。図8に示すように、ミキサー53に、スラリー原料57を投入し、混練してスラリー55を形成する。スラリー原料57は、ナノサイズ粒子、導電助剤、結着剤、増粘剤、溶媒などである。
(6. Production of lithium ion secondary battery)
(6-1. Production of negative electrode for lithium ion secondary battery)
First, the manufacturing method of the negative electrode for lithium ion secondary batteries is demonstrated. As shown in FIG. 8, a slurry raw material 57 is put into a mixer 53 and kneaded to form a slurry 55. The slurry raw material 57 is nano-sized particles, a conductive aid, a binder, a thickener, a solvent, and the like.

スラリー55中の固形分において、ナノサイズ粒子25〜90重量%、導電助剤5〜70重量%、結着剤1〜10重量%を含む。   The solid content in the slurry 55 includes 25 to 90% by weight of nano-sized particles, 5 to 70% by weight of a conductive aid, and 1 to 10% by weight of a binder.

ミキサー53は、スラリーの調製に用いられる一般的な混練機を用いることができ、ニーダー、撹拌機、分散機、混合機などと呼ばれるスラリーを調製可能な装置を用いてもよい。また、増粘剤としてはカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース等の多糖類等を1種または2種以上の混合物として用いることが適している。また、溶媒としては水を用いることができる。また、有機系スラリーを調製するときは、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを用いることができる。   As the mixer 53, a general kneader used for preparing a slurry can be used, and an apparatus capable of preparing a slurry called a kneader, a stirrer, a disperser, a mixer, or the like may be used. Moreover, as a thickener, it is suitable to use polysaccharides, such as carboxymethylcellulose and methylcellulose, as a 1 type, or 2 or more types of mixture. Moreover, water can be used as a solvent. Further, when preparing an organic slurry, N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent.

導電助剤は、炭素、銅、スズ、亜鉛、ニッケル、銀からなる群より選ばれた少なくとも1種の導電性物質からなる粉末である。炭素、銅、スズ、亜鉛、ニッケル、銀の単体の粉末でもよいし、それぞれの合金の粉末でもよい。例えば、ファーネスブラックやアセチレンブラックなどの一般的なカーボンブラックを使用できる。さらに、カーボンナノホーンを導電助剤として加えることができる。特に、ナノサイズ粒子の元素A−1が導電性の低いシリコンである場合、ナノサイズ粒子の表面には、シリコンが露出することとなり、導電性が低くなるため、カーボンナノホーンを導電助剤として加えることが好ましい。ここで、カーボンナノホーン(CNH)とは、グラフェンシートを円錐形に丸めた構造をしており、実際の形態は多数のCNHが頂点を外側に向けて、放射状のウニのような形態の集合体として存在する。CNHのウニ様集合体の外径は50nm〜250nm程度である。特に、平均粒径80nm程度のCNHが好ましい。   The conductive assistant is a powder made of at least one conductive material selected from the group consisting of carbon, copper, tin, zinc, nickel, and silver. A single powder of carbon, copper, tin, zinc, nickel, or silver may be used, or a powder of each alloy may be used. For example, general carbon black such as furnace black and acetylene black can be used. In addition, carbon nanohorns can be added as conductive aids. In particular, when the element A-1 of the nano-sized particles is silicon having low conductivity, silicon is exposed on the surface of the nano-sized particles, and the conductivity becomes low. Therefore, carbon nanohorn is added as a conductive aid. It is preferable. Here, the carbon nanohorn (CNH) has a structure in which a graphene sheet is rounded into a conical shape, and the actual form is an aggregate in the form of a radial sea urchin with many CNHs facing the apex to the outside. Exists as. The outer diameter of the CNH sea urchin-like aggregate is about 50 nm to 250 nm. In particular, CNH having an average particle size of about 80 nm is preferable.

導電助剤の平均粒径も一次粒子の平均粒径を指す。アセチレンブラックのような高度にストラクチャー形状が発達している場合にも、ここでは一次粒径で平均粒径を定義し、SEM写真の画像解析で平均粒径を求めることができる。   The average particle size of the conductive assistant also refers to the average particle size of the primary particles. Even when the structure shape is highly developed such as acetylene black, the average particle diameter can be defined by the primary particle diameter here, and the average particle diameter can be obtained by image analysis of the SEM photograph.

また、粒子状の導電助剤とワイヤー形状の導電助剤の両方を用いても良い。ワイヤー形状の導電助剤は導電性物質のワイヤーであり、粒子状の導電助剤に挙げられた導電性物質を用いることができる。ワイヤー形状の導電助剤は、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、銅ナノワイヤー、ニッケルナノワイヤーなどの外径が300nm以下の線状体を用いることができる。ワイヤー形状の導電助剤を用いることで、負極活物質や集電体などと電気的接続が保持しやすくなり集電性能が向上するとともに、ポーラス膜状の負極に繊維状物質が増え、負極にクラックが生じにくくなる。例えば粒子状の導電助剤として銅粉末を用い、ワイヤー形状の導電助剤として気相成長炭素繊維(VGCF:Vapor Grown Carbon Fiber)を用いることが考えられる。なお、粒子状の導電助剤を加えずに、ワイヤー形状の導電助剤のみを用いても良い。   Moreover, you may use both a particulate-form conductive support agent and a wire-shaped conductive support agent. The wire-shaped conductive aid is a wire made of a conductive material, and the conductive materials listed in the particulate conductive aid can be used. As the wire-shaped conductive assistant, a linear body having an outer diameter of 300 nm or less, such as carbon fiber, carbon nanotube, copper nanowire, or nickel nanowire, can be used. By using a wire-shaped conductive aid, electrical connection with the negative electrode active material or current collector is easily maintained, and the current collection performance is improved. Cracks are less likely to occur. For example, it is conceivable to use copper powder as the particulate conductive additive and use vapor grown carbon fiber (VGCF) as the wire-shaped conductive aid. In addition, you may use only a wire-shaped conductive support agent, without adding a particulate-form conductive support agent.

ワイヤー形状の導電助剤の長さは、好ましくは0.1μm〜2mmである。導電助剤の外径は、好ましくは4nm〜1000nmであり、より好ましくは25nm〜200nmである。導電助剤の長さが0.1μm以上であれば、導電助剤の生産性を上げるのには十分な長さであり、長さが2mm以下であれば、スラリーの塗布が容易である。また、導電助剤の外径が4nmより太い場合、合成が容易であり、外径が1000nmより細い場合、スラリーの混練が容易である。導電物質の外径と長さの測定方法は、SEMによる画像解析により行った。   The length of the wire-shaped conductive assistant is preferably 0.1 μm to 2 mm. The outer diameter of the conductive aid is preferably 4 nm to 1000 nm, more preferably 25 nm to 200 nm. If the length of the conductive auxiliary agent is 0.1 μm or more, the length is sufficient to increase the productivity of the conductive auxiliary agent, and if the length is 2 mm or less, application of the slurry is easy. Further, when the outer diameter of the conductive auxiliary agent is larger than 4 nm, the synthesis is easy, and when the outer diameter is thinner than 1000 nm, the slurry is easily kneaded. The measuring method of the outer diameter and length of the conductive material was performed by image analysis using SEM.

結着剤は、樹脂の結着剤であり、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)などのフッ素樹脂やゴム系の有機材料を用いることができる。   The binder is a resin binder, and a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVdF) and styrene butadiene rubber (SBR) or a rubber-based organic material can be used.

次に、図9に示すように、例えば、コーター59を用いて、集電体61の片面に、スラリー55を塗布する。コーターは、スラリーを集電体に塗布可能な一般的な塗工装置を用いることができ、例えばロールコーターやドクターブレードによるコーター、コンマコーター、ダイコーターである。   Next, as illustrated in FIG. 9, the slurry 55 is applied to one surface of the current collector 61 using, for example, a coater 59. As the coater, a general coating apparatus capable of applying the slurry to the current collector can be used. For example, a coater using a roll coater or a doctor blade, a comma coater, or a die coater.

集電体61は、銅、ニッケル、ステンレスからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属からなる箔である。それぞれを単独で用いてもよいし、それぞれの合金でもよい。厚さは4μm〜35μmが好ましく、さらに8μm〜18μmがより好ましい。   The current collector 61 is a foil made of at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, and stainless steel. Each may be used alone or may be an alloy of each. The thickness is preferably 4 μm to 35 μm, and more preferably 8 μm to 18 μm.

その後、50〜150℃程度で乾燥し、厚みを調整するため、ロールプレスを通して、リチウムイオン二次電池用負極を得る。   Then, in order to dry at about 50-150 degreeC and adjust thickness, the negative electrode for lithium ion secondary batteries is obtained through a roll press.

(6−2.リチウムイオン二次電池用正極の作製)
まず、正極活物質、導電助剤、結着剤および溶媒を混合して正極活物質の組成物を準備する。前記正極活物質の組成物をアルミ箔などの金属集電体上に直接塗布・乾燥し、正極を準備する。
(6-2. Production of positive electrode for lithium ion secondary battery)
First, a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, and a solvent are mixed to prepare a positive electrode active material composition. The composition of the positive electrode active material is directly applied on a metal current collector such as an aluminum foil and dried to prepare a positive electrode.

前記正極活物質としては、一般的に使われるものであればいずれも使用可能であり、例えばLiCoO、LiMn、LiMnO、LiNiO、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiFePOなどの化合物である。 Any positive electrode active material can be used as long as it is generally used. For example, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3. And compounds such as LiFePO 4 .

導電助剤としては、例えばカーボンブラックを使用し、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)、水溶性アクリル系バインダーを使用し、溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、水などを使用する。このとき、正極活物質、導電助剤、結着剤および溶媒の含量は、リチウムイオン二次電池で通常的に使用するレベルである。   For example, carbon black is used as the conductive assistant, polyvinylidene fluoride (PVdF), a water-soluble acrylic binder is used as the binder, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is used as the solvent. Use water, etc. At this time, the contents of the positive electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent are at levels that are normally used in lithium ion secondary batteries.

(6−3.セパレータ)
セパレータとしては、正極と負極の電子伝導を絶縁する機能を有し、リチウムイオン二次電池で通常的に使われるものであればいずれも使用可能である。例えば、微多孔性のポリオレフィンフィルムを使用できる。
(6-3. Separator)
Any separator can be used as long as it has a function of insulating electronic conduction between the positive electrode and the negative electrode and is usually used in a lithium ion secondary battery. For example, a microporous polyolefin film can be used.

(6−4.電解液・電解質)
リチウムイオン二次電池、Liポリマー電池などにおける電解液および電解質には、有機電解液(非水系電解液)、無機固体電解質、高分子固体電解質等が使用できる。
有機電解液の溶媒の具体例として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等のカーボネート;ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル;ベンゾニトリル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、γ―ブチロラクトン、ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルクロロベンゼン、ニトロベンゼン等の非プロトン性溶媒、あるいはこれらの溶媒のうちの2種以上を混合した混合溶媒が挙げられる。
(6-4. Electrolytic solution / electrolyte)
An organic electrolyte (non-aqueous electrolyte), an inorganic solid electrolyte, a polymer solid electrolyte, or the like can be used as an electrolyte and an electrolyte in a lithium ion secondary battery, a Li polymer battery, or the like.
Specific examples of the solvent for the organic electrolyte include carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; diethyl ether, dibutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol di Ethers such as butyl ether and diethylene glycol dimethyl ether; aprotic such as benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylchlorobenzene, nitrobenzene Solvent, or two or more of these solvents Mixed solvent of thereof.

有機電解液の電解質には、LiPF、LiClO、LiBF、LiAlO、LiAlCl、LiSbF、LiSCN、LiCl、LiCFSO、LiCFCO、LiCSO、LiN(CFSO等のリチウム塩からなる電解質の1種または2種以上を混合させたものを用いることができる。 The electrolyte of the organic electrolyte includes LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCl, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) A mixture of one or more electrolytes made of a lithium salt such as 2 can be used.

有機電解液の添加材として、負極活物質の表面に有効な固体電解質界面被膜を形成できる化合物を添加することが望ましい。例えば、分子内に不飽和結合を有し、充電時に還元重合できる物質、例えばビニレンカーボネート(VC)などを添加する。   As an additive for the organic electrolyte, it is desirable to add a compound capable of forming an effective solid electrolyte interface coating on the surface of the negative electrode active material. For example, a substance having an unsaturated bond in the molecule and capable of reductive polymerization during charging, such as vinylene carbonate (VC), is added.

また、上記の有機電解液に代えて高分子固体電解質を用いる場合には、リチウムイオンに対するイオン導電性の高い高分子である、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミン等からなるポリマーに電解液を含ませてゲル化したポリマーを用いることができる。   In addition, when a polymer solid electrolyte is used instead of the organic electrolyte, the electrolyte is contained in a polymer made of polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethyleneimine, or the like, which is a polymer having high ion conductivity with respect to lithium ions. A gelled polymer can be used.

さらに、リチウム窒化物、リチウムハロゲン化物、リチウム酸素酸塩、LiSiO、LiSiO−LiI−LiOH、LiPO−LiSiO、LiSiS、LiPO−LiS−SiS、硫化リン化合物などの無機材料を無機固体電解質として用いてもよい。 Further, lithium nitride, lithium halide, lithium oxyacid salt, Li 4 SiO 4, Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 4 SiO 4, Li 2 SiS 3, Li 3 PO 4 -Li Inorganic materials such as 2 S—SiS 2 and phosphorus sulfide compounds may be used as the inorganic solid electrolyte.

(6−5.リチウムイオン二次電池の組立て)
前述したような正極と負極との間にセパレータを配置して、電池構造体を形成する。このような電池構造体を巻くか、または折って円筒形の電池ケースや角形の電池ケースに入れた後、電解液を注入すれば、リチウムイオン二次電池が完成する。
(6-5. Assembly of lithium ion secondary battery)
A separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode as described above to form a battery structure. When such a battery structure is wound or folded and placed in a cylindrical battery case or a rectangular battery case, an electrolyte is injected to complete a lithium ion secondary battery.

(6−6.本発明に係るリチウムイオン二次電池の効果)
本発明に係るナノサイズ粒子を負極材料として用いるリチウムイオン二次電池は、ナノサイズ粒子が炭素よりも単位体積あたりの容量の高い元素を用いるため、従来のリチウムイオン二次電池よりも容量が大きく、かつナノサイズ粒子が微粉化しにくいためサイクル特性が良い。
(6-6. Effect of the lithium ion secondary battery according to the present invention)
The lithium ion secondary battery using the nanosized particles as the negative electrode material according to the present invention has a larger capacity than the conventional lithium ion secondary battery because the nanosized particles use an element having a higher capacity per unit volume than carbon. In addition, cycle characteristics are good because nano-sized particles are difficult to be pulverized.

以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
[実施例1]
(ナノサイズ粒子の作製)
図7の装置を用い、シリコン粉末とスズ粉末とをモル比でSi:Sn=3:1になるように混合し、乾燥させた混合粉末を原料粉末として、反応チャンバー内に発生させたArガスのプラズマ中にキャリアガスで連続的に供給することにより、シリコンとスズのナノサイズ粒子を製造した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described using examples and comparative examples.
[Example 1]
(Production of nano-sized particles)
Ar gas generated in the reaction chamber using the mixed powder obtained by mixing silicon powder and tin powder in a molar ratio of Si: Sn = 3: 1 using the apparatus of FIG. The silicon and tin nano-sized particles were manufactured by continuously supplying the plasma with a carrier gas.

さらに詳細には、下記の通りの方法で製造した。反応チャンバー内を真空ポンプで排気した後、Arガスを導入して大気圧とした。この排気とArガス導入を3回繰り返して、反応容器内の残留空気を排気した。その後、反応容器内にプラズマガスとしてArガスを13L/minの流量で導入し、高周波コイルに交流電圧をかけて、高周波電磁場(周波数4MHz)により高周波プラズマを発生させた。この時のプレート電力は、20kWとした。原料粉末を供給するキャリアガスは、1.0L/minの流速のArガスを用いた。得られた微粉末をフィルターで回収した。   More specifically, it was produced by the following method. After evacuating the reaction chamber with a vacuum pump, Ar gas was introduced to atmospheric pressure. This exhaustion and Ar gas introduction were repeated three times to exhaust the residual air in the reaction vessel. Thereafter, Ar gas was introduced into the reaction vessel as a plasma gas at a flow rate of 13 L / min, an AC voltage was applied to the high frequency coil, and high frequency plasma was generated by a high frequency electromagnetic field (frequency 4 MHz). The plate power at this time was 20 kW. Ar gas having a flow rate of 1.0 L / min was used as a carrier gas for supplying the raw material powder. The obtained fine powder was collected with a filter.

実施例1に係るナノサイズ粒子の形成過程を考察する。図10は、シリコンとスズの2元系状態図である。シリコン粉末とスズ粉末とをモル比でSi:Sn=3:1になるように混合したので、原料粉末でのmole Sn/(Si+Sn)=0.25となる。図10中の太線は、mole Sn/(Si+Sn)=0.25を示す線である。高周波コイルにより生成したプラズマは、1万K相当となるので、状態図の温度範囲をはるかに超え、スズ原子とシリコン原子が均一に混合したプラズマが得られる。プラズマが冷却すると、SiとSnの両方が析出する。よって、シリコンとスズのプラズマが冷却すると、SiとSnを有するナノサイズ粒子が形成される。その際、SiとSnは親和性が低いため、SiとSnは互いに接触する面積を減らすように、二つの粒子が接合した形状をとると考えられる。   The formation process of nano-sized particles according to Example 1 will be considered. FIG. 10 is a binary phase diagram of silicon and tin. Since the silicon powder and the tin powder were mixed at a molar ratio of Si: Sn = 3: 1, mole Sn / (Si + Sn) = 0.25 in the raw material powder. The thick line in FIG. 10 is a line indicating mole Sn / (Si + Sn) = 0.25. Since the plasma generated by the high frequency coil is equivalent to 10,000 K, the temperature is far beyond the temperature range of the phase diagram, and a plasma in which tin atoms and silicon atoms are uniformly mixed is obtained. When the plasma cools, both Si and Sn are deposited. Therefore, when the silicon and tin plasma is cooled, nano-sized particles having Si and Sn are formed. At that time, since Si and Sn have low affinity, it is considered that Si and Sn take a shape in which two particles are joined so as to reduce the area in contact with each other.

(ナノサイズ粒子のサイクル特性の評価)
(i)負極スラリーの調製
実施例1に係るシリコンとスズのナノサイズ粒子を用いた。ナノサイズ粒子45.5wt%とアセチレンブラック(平均粒径35nm、電気化学工業株式会社製、粉状品)47.5wt%の比率でミキサーに投入した。さらに結着剤としてスチレンブタジエンラバー(SBR)40wt%のエマルジョン(日本ゼオン(株)製、BM400B)を固形分換算で2wt%、スラリーの粘度を調整する増粘剤としてカルボキシメチルセルロースナトリウム(ダイセル化学工業(株)製、#2200)1wt%溶液を固形分換算で5wt%の割合で混合してスラリーを作製した。
(ii)負極の作製
調製したスラリーを自動塗工装置のドクターブレードを用いて、厚さ10μmの集電体用電解銅箔(古河電気工業(株)製、NC−WS)上に15μmの厚みで塗布し、70℃で乾燥させてリチウムイオン二次電池用負極を製造した。
(iii)特性評価
リチウムイオン二次電池用負極と、1mol/LのLiPFを含むエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶液からなる電解液と、金属Li箔対極を用いてリチウム二次電池を構成し、充放電特性を調べた。特性の評価は、初回の放電容量および50サイクルの充電・放電後の放電容量を測定し、放電容量の低下率を算出することによって行った。放電容量は、シリサイドを形成するなどリチウムの吸蔵・放出をしないようなシリコンやスズを除いた、リチウムの吸蔵・放出に有効な活物質SiとSnの重量を基準として算出した。まず、25℃環境下において、電流値を0.1C、電圧値を0.02Vまで定電流定電圧条件で充電を行い、電流値が0.05Cに低下した時点で充電を停止した。次いで、電流値0.1Cの条件で、金属Liに対する電圧が1.5Vとなるまで放電を行い、0.1C初期放電容量を測定した。なお、1Cとは、1時間で満充電できる電流値である。また、充電と放電はともに25℃環境下において行った。次いで、0.2Cでの充放電速度で上記充放電を50サイクル繰り返した。0.2C初期放電容量に対する、充放電を50サイクル繰り返したときの放電容量の割合を百分率で求め、容量維持率とした。
(Evaluation of cycle characteristics of nano-sized particles)
(I) Preparation of negative electrode slurry The silicon and tin nano-sized particles according to Example 1 were used. Nanosized particles 45.5 wt% and acetylene black (average particle size 35 nm, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., powdered product) were added to the mixer at a ratio of 47.5 wt%. Furthermore, styrene butadiene rubber (SBR) 40 wt% emulsion (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., BM400B) as a binder is 2 wt% in terms of solid content, and carboxymethylcellulose sodium (Daicel Chemical Industries) as a thickener to adjust the viscosity of the slurry. Co., Ltd., # 2200) A 1 wt% solution was mixed at a rate of 5 wt% in terms of solid content to prepare a slurry.
(Ii) Production of negative electrode Using the doctor blade of the automatic coating apparatus, the prepared slurry was 15 μm thick on a 10 μm thick electrolytic copper foil for current collector (Furukawa Electric Co., Ltd., NC-WS). And dried at 70 ° C. to produce a negative electrode for a lithium ion secondary battery.
(Iii) Characteristic evaluation A lithium secondary battery is constructed using a negative electrode for a lithium ion secondary battery, an electrolytic solution composed of a mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate containing 1 mol / L LiPF 6 , and a metal Li foil counter electrode. The charge / discharge characteristics were examined. The characteristics were evaluated by measuring the initial discharge capacity and the discharge capacity after 50 cycles of charge / discharge, and calculating the rate of decrease of the discharge capacity. The discharge capacity was calculated on the basis of the weight of active materials Si and Sn effective for lithium insertion / extraction, excluding silicon and tin that do not occlude / release lithium such as formation of silicide. First, in a 25 ° C. environment, charging was performed under constant current and constant voltage conditions until the current value was 0.1 C and the voltage value was 0.02 V, and the charging was stopped when the current value decreased to 0.05 C. Next, discharging was performed under the condition of a current value of 0.1 C until the voltage with respect to the metal Li became 1.5 V, and a 0.1 C initial discharge capacity was measured. 1C is a current value that can be fully charged in one hour. Both charging and discharging were performed in a 25 ° C. environment. Next, the above charge / discharge cycle was repeated 50 cycles at a charge / discharge rate of 0.2C. The ratio of the discharge capacity when charging / discharging was repeated 50 cycles with respect to the 0.2 C initial discharge capacity was obtained as a percentage, and was defined as the capacity maintenance ratio.

[実施例2]
実施例1に係るシリコンとスズのナノサイズ粒子を用いた。ナノサイズ粒子と、カーボンナノホーン(NEC(株)製、平均粒径80nm)をナノサイズ粒子:CNH=7:3(重量比)の割合で磨砕機((株)奈良機械製作所製、ミラーロ)で精密混合させた後、精密混合品65wt%とアセチレンブラック28wt%の比率でミキサーに投入した。さらに、実施例1と同じ結着材と増粘剤を、実施例1と同じ割合、同じ方法で混合し、スラリーを作製した。実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を構成し、サイクル特性を測定した。
[Example 2]
Silicon and tin nano-sized particles according to Example 1 were used. Nanosize particles and carbon nanohorn (manufactured by NEC Corporation, average particle size 80 nm) at a ratio of nanosize particles: CNH = 7: 3 (weight ratio) with a grinder (Mararo, Nara Machinery Co., Ltd.) After precision mixing, the mixture was put into a mixer at a ratio of 65 wt% of the precision mixed product and 28 wt% of acetylene black. Further, the same binder and thickener as in Example 1 were mixed in the same ratio and in the same manner as in Example 1 to prepare a slurry. A lithium ion secondary battery was constructed in the same manner as in Example 1, and the cycle characteristics were measured.

[実施例3]
図7の装置を用い、シリコン粉末とスズ粉末と銅粉末とをモル比でSi:Sn:Cu=3:3:2になるように混合し、乾燥させた混合粉末を原料粉末として、実施例1と同様の方法でナノサイズ粒子を作製した。
[Example 3]
Using the apparatus of FIG. 7, a silicon powder, a tin powder, and a copper powder were mixed at a molar ratio of Si: Sn: Cu = 3: 3: 2 and dried to obtain a raw powder. Nanosized particles were prepared in the same manner as in Example 1.

その後、実施例1と同様の方法でスラリーを作製し、リチウムイオン二次電池を構成し、サイクル特性を測定した。   Then, the slurry was produced by the same method as Example 1, the lithium ion secondary battery was comprised, and the cycle characteristic was measured.

[実施例4]
図7の装置を用い、シリコン粉末とスズ粉末と鉄粉末とをモル比でSi:Sn:Fe=3:3:2になるように混合し、乾燥させた混合粉末を原料粉末として、実施例1と同様の方法でナノサイズ粒子を作製した。
[Example 4]
Using the apparatus of FIG. 7, silicon powder, tin powder, and iron powder were mixed at a molar ratio of Si: Sn: Fe = 3: 3: 2 and dried to obtain a raw powder. Nanosized particles were prepared in the same manner as in Example 1.

その後、実施例1と同様の方法でスラリーを作製し、リチウムイオン二次電池を構成し、サイクル特性を測定した。   Then, the slurry was produced by the same method as Example 1, the lithium ion secondary battery was comprised, and the cycle characteristic was measured.

[実施例5]
図7の装置を用い、シリコン粉末とスズ粉末と銅粉末と鉄粉末とをモル比でSi:Sn:Cu:Fe=9:9:6:2になるように混合し、乾燥させた混合粉末を原料粉末として、実施例1と同様の方法でナノサイズ粒子を作製した。
[Example 5]
Using the apparatus of FIG. 7, silicon powder, tin powder, copper powder and iron powder are mixed at a molar ratio of Si: Sn: Cu: Fe = 9: 9: 6: 2 and dried. Was used as a raw material powder to produce nano-sized particles in the same manner as in Example 1.

その後、実施例1と同様の方法でスラリーを作製し、リチウムイオン二次電池を構成し、サイクル特性を測定した。   Then, the slurry was produced by the same method as Example 1, the lithium ion secondary battery was comprised, and the cycle characteristic was measured.

[比較例1]
ナノサイズ粒子に代えて、平均粒径60nmのシリコンナノ粒子(Hefei Kai’er NanoTech製)を用いる以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を構成し、サイクル特性を測定した。
[Comparative Example 1]
A lithium ion secondary battery was constructed in the same manner as in Example 1 except that silicon nanoparticles having an average particle size of 60 nm (manufactured by Hefei Kai'er NanoTech) were used instead of the nano-sized particles, and cycle characteristics were measured. .

[比較例2]
ナノサイズ粒子に代えて、平均粒径60nmのシリコンナノ粒子(Hefei Kai’er NanoTech製)と平均粒径100nmのスズナノ粒子をモル比でSi:Sn=3:1で混合した混合品を用いる以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を構成し、サイクル特性を測定した。
[Comparative Example 2]
Instead of using nano-sized particles, a mixed product in which silicon nanoparticles having an average particle diameter of 60 nm (made by Hefei Kai'er NanoTech) and tin nanoparticles having an average particle diameter of 100 nm are mixed at a molar ratio of Si: Sn = 3: 1 is used. Constituted a lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1, and measured cycle characteristics.

実施例1〜5、比較例1〜2の放電容量と容量維持率を表1に示す。   Table 1 shows the discharge capacities and capacity retention rates of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2.

Figure 2011032541
Figure 2011032541

表1に示すように、50サイクル後容量維持率は、実施例1では38%であるのに対し、比較例1では23%まで低下する。実施例1に係るナノサイズ粒子は、シリコンナノ粒子に比べて、容量低下が抑えられ、サイクル特性が良好であることが分かる。   As shown in Table 1, the capacity retention rate after 50 cycles is 38% in Example 1, while it decreases to 23% in Comparative Example 1. It can be seen that the nano-sized particles according to Example 1 have reduced capacity reduction and good cycle characteristics compared to silicon nanoparticles.

また、実施例1と比較例2を比較すると、用いたシリコンとスズの量は同じであるにもかかわらず、シリコンとスズが複合したナノサイズ粒子を用いる実施例1は、シリコンとスズを単純に混合した比較例2に対して、初期放電容量と50サイクル後容量維持率の点で優れる。   Moreover, when Example 1 and Comparative Example 2 are compared, Example 1 using nano-sized particles in which silicon and tin are combined is simple in that silicon and tin are used in spite of the same amounts of silicon and tin used. Compared with Comparative Example 2 mixed in the above, the initial discharge capacity and the capacity retention after 50 cycles are excellent.

また、実施例1〜5と比較例1を比較すると、本発明に係るナノサイズ粒子を用いる実施例1〜5の全てが、シリコンナノ粒子を用いる比較例1よりも初期放電容量と50サイクル後容量維持率の点で優れる。   Moreover, when Examples 1-5 are compared with Comparative Example 1, all of Examples 1-5 using the nano-sized particles according to the present invention have an initial discharge capacity and 50 cycles after that of Comparative Example 1 using silicon nanoparticles. Excellent in terms of capacity retention.

また、実施例1と実施例2を比較すると、カーボンナノホーンを添加することで、初期放電容量が高くなり、50サイクル後容量維持率も向上することが分かる。   Moreover, when Example 1 and Example 2 are compared, it turns out that initial stage discharge capacity becomes high and the capacity | capacitance maintenance factor after 50 cycles improves by adding carbon nanohorn.

なお、実施例1においては、シリコンとスズの2元系でナノサイズ粒子を作製したが、本発明のナノサイズ粒子は、シリコンとスズの2元系に限るものではない。例えば、図11に示すアルミニウム(Al)とシリコン(Si)の2元系状態図において、mole Si/(Al+Si)=0.75のプラズマを冷却すると、AlとSiが析出することから、Alの粒子とSiの粒子が接合したナノサイズ粒子が得られることが推測される。図11中の太線は、mole Si/(Al+Si)=0.75を示す線である。   In Example 1, nano-sized particles were prepared using a binary system of silicon and tin. However, the nano-sized particles of the present invention are not limited to a binary system of silicon and tin. For example, in the binary phase diagram of aluminum (Al) and silicon (Si) shown in FIG. 11, when plasma of mole Si / (Al + Si) = 0.75 is cooled, Al and Si are precipitated. It is presumed that nanosized particles obtained by bonding particles and Si particles are obtained. The thick line in FIG. 11 is a line indicating mole Si / (Al + Si) = 0.75.

また、図12に示すアルミニウム(Al)とスズ(Sn)の2元系状態図においては、mole Al/(Sn+Al)=0.75のプラズマを冷却すると、AlとSnが析出し、AlとSnは親和性が低いため、Alと、Snは互いに接触する面積を減らすように、Alの粒子とSnの粒子が接合したナノサイズ粒子が得られることが推測される。図12中の太線は、mole Al/(Sn+Al)=0.75を示す線である。   Further, in the binary phase diagram of aluminum (Al) and tin (Sn) shown in FIG. 12, when plasma of mole Al / (Sn + Al) = 0.75 is cooled, Al and Sn are precipitated, and Al and Sn Therefore, it is presumed that nano-sized particles obtained by bonding Al particles and Sn particles can be obtained so as to reduce the area where Al and Sn are in contact with each other. The thick line in FIG. 12 is a line indicating mole Al / (Sn + Al) = 0.75.

Siを元素A‐1として用い、Snを元素A‐2として用いる場合以外に、元素A‐1と元素A‐2をSi、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、Znから選択して用いるどの組合せにおいても、同様の2元系状態図が得られ、元素A‐1と元素A‐2は化合物を作らず、元素A‐1の単体または固溶体である第1の相と、元素A‐2の単体または固溶体である第2の相とが得られる。よって、以上の元素A‐1と元素A‐2の組合せにおいて、第1の相と第2の相の両方が外表面に露出し、第1の相と第2の相が接合する構成を有するナノサイズ粒子が得られるものと考えられる。   In addition to using Si as element A-1 and Sn as element A-2, element A-1 and element A-2 are selected from Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, and Zn. In any combination used, a similar binary phase diagram is obtained, in which the element A-1 and the element A-2 do not form a compound, the first phase which is a simple substance or a solid solution of the element A-1, and the element A A second phase that is a simple substance or a solid solution of -2. Therefore, in the combination of the element A-1 and the element A-2, both the first phase and the second phase are exposed on the outer surface, and the first phase and the second phase are joined. It is considered that nano-sized particles can be obtained.

第1の実施形態に係るナノサイズ粒子7の形成過程を考察する。Siを元素A−1として用い、Snを元素A−2として用い、Alを元素A−3として用いる場合、SiとAlとSnとを混合したプラズマを冷却すると、図10〜12に示すようにSiとAlとSnが化合物を作らないため、第1の相3としてSiが、第2の相5としてSnが、他の第2の相9としてAlが、単体または固溶体として析出する。   Consider the formation process of the nano-sized particles 7 according to the first embodiment. When Si is used as the element A-1, Sn is used as the element A-2, and Al is used as the element A-3, when the plasma in which Si, Al, and Sn are mixed is cooled, as shown in FIGS. Since Si, Al, and Sn do not form a compound, Si is precipitated as the first phase 3, Sn as the second phase 5, and Al as the other second phase 9, as a simple substance or a solid solution.

第2の実施形態に係るナノサイズ粒子11の形成過程を考察する。図13は、銅とシリコンの2元系状態図である。シリコン粉末と銅粉末とをモル比でSi:Cu=3:1になるように混合すると、原料粉末でのmole Si/(Cu+Si)=0.75となる。図13中の太線は、mole Si/(Cu+Si)=0.75を示す線である。高周波コイルにより生成したプラズマは、1万K相当となるので、状態図の温度範囲をはるかに超え、銅原子とシリコン原子が均一に混合したプラズマが得られる。プラズマが冷却すると、Cu19Si(またはCuSi)とSiの両方が析出する。よって、シリコンと銅のプラズマが冷却すると、Cu19Si(またはCuSi)とSiを有するナノサイズ粒子が形成される。その際、CuとSiは親和性が低いため、Cu19Si(またはCuSi)と、Siは互いに接触する面積を減らすように、二つの粒子が接合した形状をとると考えられる。 Consider the formation process of the nano-sized particles 11 according to the second embodiment. FIG. 13 is a binary system phase diagram of copper and silicon. When silicon powder and copper powder are mixed so that the molar ratio is Si: Cu = 3: 1, mole Si / (Cu + Si) = 0.75 in the raw material powder is obtained. The thick line in FIG. 13 is a line indicating mole Si / (Cu + Si) = 0.75. Since the plasma generated by the high-frequency coil is equivalent to 10,000 K, the temperature is far beyond the temperature range of the phase diagram, and a plasma in which copper atoms and silicon atoms are uniformly mixed is obtained. When the plasma cools, both Cu 19 Si 6 (or Cu 3 Si) and Si are deposited. Therefore, when the silicon and copper plasma is cooled, nano-sized particles having Cu 19 Si 6 (or Cu 3 Si) and Si are formed. At that time, since Cu and Si have low affinity, it is considered that Cu 19 Si 6 (or Cu 3 Si) and Si take a shape in which two particles are joined so as to reduce the area in contact with each other.

また、図14に示す銅(Cu)とスズ(Sn)の2元系状態図においては、mole Sn/(Cu+Sn)=0.75のプラズマを冷却すると、CuSnとSnが析出し、CuとSnは親和性が低いため、CuSnと、Snは互いに接触する面積を減らすように、CuSnの粒子とSnの粒子が接合したナノサイズ粒子が得られることが推測される。図14中の太線は、mole Sn/(Cu+Sn)=0.75を示す線である。 Further, in the binary phase diagram of copper (Cu) and tin (Sn) shown in FIG. 14, when the plasma of mole Sn / (Cu + Sn) = 0.75 is cooled, Cu 3 Sn and Sn are precipitated, and Cu Since Sn and Sn have low affinity, it is presumed that nano-sized particles in which Cu 3 Sn particles and Sn particles are bonded so that the area where Cu 3 Sn and Sn contact each other are reduced are obtained. The thick line in FIG. 14 is a line indicating mole Sn / (Cu + Sn) = 0.75.

Siを元素A‐1として用い、Cuを元素Mとして用いる場合以外に、元素A‐1をSi、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnから選択し、Cu、AgおよびAuから元素Mを選択して用いるどの組合せにおいても、MA‐1(x≦1、3<x)なる化合物が得られるか、元素Aと元素Mは化合物を作らず、元素Mの単体または固溶体である第3の相が得られる。よって、以上の元素A‐1と元素Mの組合せにおいて、第1の相と第3の相の両方が外表面に露出し、第1の相と第3の相が接合する構成を有するナノサイズ粒子が得られるものと考えられる。 In addition to using Si as the element A-1 and Cu as the element M, the element A-1 is selected from Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In and Zn, and Cu, Ag and Au In any combination of the elements M selected from the above, a compound of MA-1 x (x ≦ 1, 3 <x) can be obtained, or the elements A and M do not form a compound, and the element M alone or in solid solution A third phase is obtained. Therefore, in the combination of the above element A-1 and element M, both the first phase and the third phase are exposed on the outer surface, and the nanosize has a configuration in which the first phase and the third phase are joined. It is believed that particles are obtained.

以上のように、元素A‐1の粉末と、元素A‐2の粉末と、元素Mの粉末とを混合した原料粉末をナノサイズ粒子製造装置に供給すると、元素A‐1と元素A‐2と元素Mを含むプラズマが生成する。このプラズマが冷却すると、元素A‐1からなる第1の相と、元素A‐2から成る第2の相と、元素A‐1と元素Mの化合物等の球形状の第3の相とが生成し、第1の相と第2の相が接合し、第3の相と第1の相が接合する構成を有するナノサイズ粒子が得られる。   As described above, when the raw material powder obtained by mixing the powder of the element A-1, the powder of the element A-2, and the powder of the element M is supplied to the nanosize particle manufacturing apparatus, the element A-1 and the element A-2 And a plasma containing the element M are generated. When this plasma cools, a first phase composed of element A-1, a second phase composed of element A-2, and a spherical third phase such as a compound of element A-1 and element M are formed. Thus, nanosized particles having a configuration in which the first phase and the second phase are joined and the third phase and the first phase are joined are obtained.

第3の実施形態に係るナノサイズ粒子19の形成過程を考察する。図15は、鉄とシリコンの2元系状態図である。シリコン粉末と鉄粉末とをモル比でSi:Fe=3:1になるように混合すると、原料粉末でのmole Si/(Fe+Si)=0.75となる。図15中の太線は、mole Si/(Fe+Si)=0.75を示す線である。高周波コイルにより生成したプラズマは、1万K相当となるので、状態図の温度範囲をはるかに超え、鉄原子とシリコン原子が均一に混合したプラズマが得られる。プラズマが冷却すると、FeSiとSiが析出する。よって、シリコンと鉄のプラズマが冷却すると、粒子内にFeSiとSiを有するナノサイズ粒子が形成される。その際、FeとSiは親和性が高いため、FeSiは、Si中に取り込まれると考えられる。 Consider the formation process of the nano-sized particles 19 according to the third embodiment. FIG. 15 is a binary system phase diagram of iron and silicon. When silicon powder and iron powder are mixed so that the molar ratio is Si: Fe = 3: 1, mole Si / (Fe + Si) = 0.75 in the raw material powder is obtained. The thick line in FIG. 15 is a line indicating mole Si / (Fe + Si) = 0.75. Since the plasma generated by the high-frequency coil is equivalent to 10,000 K, it is far beyond the temperature range of the phase diagram, and a plasma in which iron atoms and silicon atoms are uniformly mixed can be obtained. When the plasma cools, FeSi 2 and Si are deposited. Therefore, when the silicon and iron plasma is cooled, nano-sized particles having FeSi 2 and Si are formed in the particles. At that time, since Fe and Si have high affinity, FeSi 2 is considered to be taken into Si.

本発明のナノサイズ粒子は、シリコンと鉄の2元系に限るものではない。例えば、図16に示すCo(コバルト)とSi(シリコン)の2元系状態図においても、mole Si/(Co+Si)=0.75のプラズマを冷却すると、CoSiとSiが析出することから、CoSiをSiが覆うナノサイズ粒子が得られることが推測される。図16中の太線は、mole Si/(Co+Si)=0.75を示す線である。 The nano-sized particles of the present invention are not limited to the binary system of silicon and iron. For example, in the binary phase diagram of Co (cobalt) and Si (silicon) shown in FIG. 16, when the plasma of mole Si / (Co + Si) = 0.75 is cooled, CoSi 2 and Si are precipitated. It is presumed that nano-sized particles in which CoSi 2 is covered with Si are obtained. The thick line in FIG. 16 is a line indicating mole Si / (Co + Si) = 0.75.

Siを元素A‐1として用い、Feを元素Dとして用いる場合以外に、元素A‐1をSi、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnから選択し、元素DをFe、Co、Ni、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ba、ランタノイド元素(CeおよびPmを除く)、Hf、Ta、W、Re、OsおよびIrから選択したどの組合せにおいても、Fe−Siと同様の2元系状態図が得られ、DA‐1(1<x≦3)なる化合物が得られる。よって、以上の元素A‐1と元素Dの組合せにおいて、第4の相の一部または全てを第1の相が覆う構成を有するナノサイズ粒子が得られるものと考えられる。 In addition to using Si as the element A-1 and Fe as the element D, the element A-1 is selected from Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In, and Zn, and the element D is Fe, Co, Ni, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ba, lanthanoid elements (excluding Ce and Pm), Hf, Ta, W, In any combination selected from Re, Os and Ir, a binary phase diagram similar to Fe—Si is obtained, and a compound DA-1 x (1 <x ≦ 3) is obtained. Therefore, in the combination of the above element A-1 and element D, it is considered that nanosized particles having a configuration in which the first phase covers part or all of the fourth phase are obtained.

以上のように、元素A‐1の粉末と、元素A‐2の粉末と、元素Dの粉末を混合した原料粉末をナノサイズ粒子製造装置に供給すると、元素A‐1と元素A‐2と元素Dを含むプラズマが生成する。このプラズマが冷却すると、元素A‐1からなる第1の相と、元素A‐2からなる第2の相と、元素A‐1と元素Dの化合物の第4の相が生成し、第1の相と第2の相が接合し、第4の相が第1の相に覆われた構成を有するナノサイズ粒子が得られる。   As described above, when the raw material powder obtained by mixing the powder of the element A-1, the powder of the element A-2, and the powder of the element D is supplied to the nanosize particle manufacturing apparatus, the element A-1 and the element A-2 Plasma containing element D is generated. When the plasma is cooled, a first phase composed of the element A-1, a second phase composed of the element A-2, and a fourth phase composed of the compound of the element A-1 and the element D are generated. The nano-sized particles having a configuration in which the second phase and the second phase are joined and the fourth phase is covered with the first phase are obtained.

さらに、第3の実施形態に係り、他の第4の相29を有するナノサイズ粒子27の形成過程を考察する。図16に示すCo(コバルト)とSi(シリコン)の2元系状態図から、CoSiをSiが覆うナノサイズ粒子が得られることが推測される。 Furthermore, the formation process of the nanosized particle 27 which has another 4th phase 29 is considered regarding 3rd Embodiment. From binary phase diagram of Co (cobalt) and Si (silicon) shown in FIG. 16, the nano-sized particles covering the CoSi 2 Si is is presumed to be obtained.

図17は、コバルトと鉄の2元系状態図である。コバルト粉末と鉄粉末との混合粉末を、プラズマから冷却すると、コバルト単体と鉄コバルト固溶体、鉄単体と鉄コバルト固溶体、または鉄コバルト固溶体のみが析出する。よって、シリコンと鉄とコバルトを含有するプラズマが冷却すると、粒子内にFeSiとCoSiとSiを有するナノサイズ粒子が形成される。この際、シリコンと鉄とコバルトの含有量によっては、ナノサイズ粒子内に鉄コバルト固溶体が析出することがある。その際、FeとSi、CoとSiは親和性が高いため、FeSiやCoSi、鉄コバルト固溶体は、Si中に取り込まれると考えられる。 FIG. 17 is a binary phase diagram of cobalt and iron. When the mixed powder of cobalt powder and iron powder is cooled from plasma, only cobalt and iron cobalt solid solution, iron alone and iron cobalt solid solution, or only iron cobalt solid solution is deposited. Thus, the plasma containing silicon and iron and cobalt cools, nano-sized particles having FeSi 2 and CoSi 2 and Si in the particles are formed. At this time, depending on the contents of silicon, iron, and cobalt, iron-cobalt solid solution may precipitate in the nano-sized particles. At that time, since Fe and Si, Co and Si have high affinity, FeSi 2 , CoSi 2 , and iron cobalt solid solution are considered to be taken into Si.

以上のように、元素A−1の粉末と、元素A−2の粉末と、元素Dの粉末と、元素D´の粉末を混合した原料粉末をナノサイズ粒子製造装置に供給すると、元素A−1と元素A−2と元素Dと元素D´を含むプラズマが生成する。このプラズマが冷却すると、元素A−1からなる球形状の第1の相3と、元素A−2からなる球形状の第2の相5と、元素A−1と元素Dの化合物の第4の相21と、元素A−1と元素D´の化合物の他の第4の相29が生成し、第1の相3と第2の相5が接合し、第4の相21と他の第4の相29が第1の相に覆われた構成を有するナノサイズ粒子27が得られる。   As described above, when the raw material powder obtained by mixing the powder of the element A-1, the powder of the element A-2, the powder of the element D, and the powder of the element D ′ is supplied to the nanosize particle manufacturing apparatus, the element A− 1, an element A-2, an element D, and an element D ′ are generated. When this plasma cools, the spherical first phase 3 made of the element A-1, the spherical second phase 5 made of the element A-2, and the fourth of the compound of the element A-1 and the element D. Phase 21 and other fourth phase 29 of the compound of element A-1 and element D ′ are formed, first phase 3 and second phase 5 are joined, and fourth phase 21 and the other Nanosized particles 27 having a configuration in which the fourth phase 29 is covered with the first phase are obtained.

なお、図18に示す鉄(Fe)とスズ(Sn)の2元系状態図においても、鉄とスズが化合物を形成可能であることから、FeSnをSnが覆うナノサイズ粒子が得られる場合がある。つまり、図5に示すナノサイズ粒子33のように、第2の相5中に他の第4の相34が析出する可能性がある。 In the binary phase diagram of iron (Fe) and tin (Sn) shown in FIG. 18, since iron and tin can form a compound, nanosized particles in which Sn is covered with FeSn 2 can be obtained. There is. That is, there is a possibility that another fourth phase 34 precipitates in the second phase 5 like the nano-sized particles 33 shown in FIG.

第4の実施形態に係るナノサイズ粒子35の形成過程を考察すると、元素A‐1の粉末と、元素A‐2の粉末と、元素Mの粉末と、元素Dの粉末を混合した原料粉末をナノサイズ粒子製造装置に供給すると、元素A‐1と元素A‐2と元素Mと元素Dを含むプラズマが生成する。このプラズマが冷却すると、元素A‐1からなる第1の相と、元素A‐2からなる第2の相と、元素A‐1と元素Mの化合物等の第3の相と、元素A‐1と元素Dの化合物の第4の相が生成し、第1の相と第2の相が接合し、第3の相と第1の相とが接合し、第4の相が第1の相に覆われた構成を有するナノサイズ粒子が得られる。   Considering the formation process of the nano-sized particles 35 according to the fourth embodiment, the raw material powder obtained by mixing the powder of the element A-1, the powder of the element A-2, the powder of the element M, and the powder of the element D is obtained. When supplied to the nano-sized particle manufacturing apparatus, plasma containing the element A-1, the element A-2, the element M, and the element D is generated. When this plasma is cooled, the first phase composed of the element A-1, the second phase composed of the element A-2, the third phase such as the compound of the element A-1 and the element M, the element A- A fourth phase of the compound of 1 and element D is formed, the first phase and the second phase are joined, the third phase and the first phase are joined, and the fourth phase is the first phase Nano-sized particles having a configuration covered with a phase are obtained.

また、図19は、銅(Cu)と鉄(Fe)の2元系状態図である。銅と鉄とを含むプラズマを冷却すると、銅と鉄とは固溶体を作らず、銅と鉄とが析出する。よって、ナノサイズ粒子35中に鉄と銅の固溶体が析出することはない。つまり、ナノサイズ粒子35中の第1の相3や第2の相5の中に、元素Dと元素Mの化合物が析出することがない。   FIG. 19 is a binary system phase diagram of copper (Cu) and iron (Fe). When the plasma containing copper and iron is cooled, copper and iron do not form a solid solution, and copper and iron are deposited. Therefore, no solid solution of iron and copper is precipitated in the nano-sized particles 35. That is, the compound of the element D and the element M does not precipitate in the first phase 3 or the second phase 5 in the nanosize particles 35.

以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

1………ナノサイズ粒子
3………第1の相
5………第2の相
7………ナノサイズ粒子
9………他の第2の相
11………ナノサイズ粒子
13………第3の相
15………ナノサイズ粒子
17………他の第3の相
19………ナノサイズ粒子
21………第4の相
23………ナノサイズ粒子
25………元素A‐1の微結晶
27………ナノサイズ粒子
29………他の第4の相
31………ナノサイズ粒子
33………ナノサイズ粒子
34………他の第4の相
35………ナノサイズ粒子
37………ナノサイズ粒子製造装置
39………反応チャンバー
41………原料粉末供給口
42………原料粉末
43………シースガス供給口
44………シースガス
45………高周波コイル
47………高周波電源
49………プラズマ
51………フィルター
53………ミキサー
55………スラリー
57………スラリー原料
59………コーター
61………集電体
63………負極
1 ......... Nano-sized particles 3 ......... First phase 5 ......... Second phase 7 ......... Nano-sized particles 9 ......... Other second phases 11 ......... Nano-sized particles 13 ... ... Third phase 15 ......... Nano-sized particles 17 ......... Other third phases 19 ......... Nano-sized particles 21 ......... Fourth phase 23 ......... Nano-sized particles 25 ......... Element A -1 microcrystals 27 ......... Nano-sized particles 29 ......... Other fourth phases 31 ......... Nano-sized particles 33 ......... Nano-sized particles 34 ......... Other fourth phases 35 ... …… Nano-sized particles 37 ...... Nano-sized particle manufacturing equipment 39 ......... Reaction chamber 41 ...... Raw powder supply port 42 ...... Raw powder 43 ...... Sheath gas supply port 44 ...... Sheath gas 45 ......... High frequency coil 47 ……… High frequency power supply 49 ……… Plasma 51 ……… Filter 53 ...... mixer 55 ......... slurry 57 ......... slurry material 59 ......... coater 61 ......... collector 63 ......... negative

Claims (21)

Si、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた2種の元素である元素A‐1と元素A‐2とを含み、
前記元素A‐1の単体または固溶体である第1の相と、
前記元素A‐2の単体または固溶体である第2の相と、を有し、
前記第1の相と前記第2の相との両方が外表面に露出し、
前記第1の相と前記第2の相の外表面が球形状である
ことを特徴とするナノサイズ粒子。
Including element A-1 and element A-2, which are two elements selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In and Zn,
A first phase that is a simple substance or a solid solution of the element A-1,
A second phase that is a simple substance or a solid solution of the element A-2,
Both the first phase and the second phase are exposed on the outer surface;
The nanosized particles, wherein outer surfaces of the first phase and the second phase are spherical.
平均粒径が2〜300nmであることを特徴とする請求項1に記載のナノサイズ粒子。   The nano-sized particles according to claim 1, wherein the average particle size is 2 to 300 nm. 前記第1の相と前記第2の相の接合部の界面形状が、円形または楕円形であることを特徴とする請求項1に記載のナノサイズ粒子。   2. The nanosized particle according to claim 1, wherein an interface shape of a joint portion between the first phase and the second phase is a circle or an ellipse. Si、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた3種の元素である元素A‐1と元素A‐2と元素A‐3とを含み、
前記元素A‐1の単体または固溶体である第1の相と、
前記元素A‐2の単体または固溶体である第2の相と、
前記元素A‐3の単体または固溶体である他の第2の相と、を有し、
前記第1の相と前記第2の相と前記他の第2の相の全てが外表面に露出し、
前記第1の相と前記第2の相と前記他の第2の相の外表面が球形状である
ことを特徴とするナノサイズ粒子。
Including element A-1, element A-2 and element A-3, which are three elements selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In and Zn,
A first phase that is a simple substance or a solid solution of the element A-1,
A second phase that is a simple substance or a solid solution of the element A-2;
And a second phase which is a simple substance or a solid solution of the element A-3,
All of the first phase, the second phase and the other second phase are exposed on the outer surface;
The nano-sized particles, wherein outer surfaces of the first phase, the second phase, and the other second phase are spherical.
前記第1の相がリンまたはホウ素を添加したシリコンであることを特徴とする請求項1または請求項4に記載のナノサイズ粒子。   The nano-sized particle according to claim 1 or 4, wherein the first phase is silicon to which phosphorus or boron is added. Cu、AgおよびAuからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素である元素Mをさらに含み
前記元素A‐1と前記元素Mとの化合物または前記元素Mの単体もしくは固溶体である第3の相をさらに有し、
前記第1の相と前記第2の相と前記第3の相との全てが外表面に露出し、
前記第1の相と前記第2の相と前記第3の相の外表面が球形状である
ことを特徴とする請求項1に記載のナノサイズ粒子。
A third phase that further includes an element M that is at least one element selected from the group consisting of Cu, Ag, and Au, or a compound of the element A-1 and the element M, or a simple substance or a solid solution of the element M Further comprising
All of the first phase, the second phase and the third phase are exposed on the outer surface;
The nano-sized particles according to claim 1, wherein outer surfaces of the first phase, the second phase, and the third phase are spherical.
前記第3の相がMA‐1(x≦1、3<x)なる化合物であることを特徴とする請求項6に記載のナノサイズ粒子。 The nano-sized particle according to claim 6, wherein the third phase is a compound of MA-1 x (x ≦ 1, 3 <x). 前記元素A‐1と前記元素Mの合計に占める前記元素Mの原子比率が0.01〜60%であることを特徴とする請求項6に記載のナノサイズ粒子。   The nano-sized particle according to claim 6, wherein an atomic ratio of the element M in a total of the element A-1 and the element M is 0.01 to 60%. Cu、AgおよびAuからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素M´をさらに含み、
前記元素M´が、前記第3の相を構成する前記元素Mとは種類の異なる元素であり、
前記元素A‐1と前記元素M´との化合物または前記元素M´の単体もしくは固溶体である他の第3の相をさらに有し、
前記第1の相と前記第2の相と前記第3の相と前記他の第3の相の全てが外表面に露出し、
前記第1の相と前記第2の相と前記第3の相と前記他の第3の相の外表面が球形状である
ことを特徴とする請求項6に記載のナノサイズ粒子。
Further comprising at least one element M ′ selected from the group consisting of Cu, Ag and Au,
The element M ′ is a different element from the element M constituting the third phase,
A compound of the element A-1 and the element M ′ or another third phase which is a simple substance or a solid solution of the element M ′;
All of the first phase, the second phase, the third phase and the other third phase are exposed on the outer surface;
The nano-sized particles according to claim 6, wherein outer surfaces of the first phase, the second phase, the third phase, and the other third phase are spherical.
Fe、Co、Ni、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ba、ランタノイド元素(CeおよびPmを除く)、Hf、Ta、W、Re、OsおよびIrからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素である元素Dをさらに含み、
前記元素A‐1と前記元素Dとの化合物である第4の相をさらに有し、
前記第4の相の一部または全部が、前記第1の相に覆われており、
前記第1の相の外表面が球形状である
ことを特徴とする請求項1または請求項6に記載のナノサイズ粒子。
Fe, Co, Ni, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ba, lanthanoid elements (excluding Ce and Pm), Hf, Ta, An element D that is at least one element selected from the group consisting of W, Re, Os, and Ir;
A fourth phase that is a compound of the element A-1 and the element D;
A part or all of the fourth phase is covered by the first phase;
The nano-sized particle according to claim 1 or 6, wherein an outer surface of the first phase is spherical.
前記第4の相がDA‐1(1<y≦3)なる化合物である
ことを特徴とする請求項10に記載のナノサイズ粒子。
11. The nano-sized particle according to claim 10, wherein the fourth phase is a compound of DA-1 y (1 <y ≦ 3).
前記元素A‐1と前記元素A‐2と前記元素Dの合計に占める前記元素Dの原子比率が0.01〜30%であることを特徴とする請求項10に記載のナノサイズ粒子。   11. The nano-sized particle according to claim 10, wherein an atomic ratio of the element D in a total of the element A-1, the element A-2, and the element D is 0.01 to 30%. Fe、Co、Ni、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ba、ランタノイド元素(CeおよびPmを除く)、Hf、Ta、W、Re、OsおよびIrからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素である元素D´をさらに含み、
前記元素D´が、前記第4の相を構成する前記元素Dとは種類の異なる元素であり、
前記元素A‐1と前記元素D´との化合物である他の第4の相をさらに有し、
前記他の第4の相の一部または全部が、前記第1の相に覆われている
ことを特徴とする請求項10に記載のナノサイズ粒子。
Fe, Co, Ni, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ba, lanthanoid elements (excluding Ce and Pm), Hf, Ta, An element D ′ that is at least one element selected from the group consisting of W, Re, Os, and Ir;
The element D ′ is an element of a different type from the element D constituting the fourth phase,
And further comprising a fourth phase that is a compound of the element A-1 and the element D ′,
The nano-sized particle according to claim 10, wherein a part or all of the other fourth phase is covered with the first phase.
請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載のナノサイズ粒子を負極活物質として含むリチウムイオン二次電池用負極材料。   A negative electrode material for a lithium ion secondary battery, comprising the nanosized particles according to any one of claims 1 to 13 as a negative electrode active material. 導電助剤をさらに有し、当該導電助剤がC、Cu、Sn、Zn、NiおよびAgからなる群より選ばれた少なくとも1種の粉末であることを特徴とする請求項14に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。   The lithium according to claim 14, further comprising a conductive assistant, wherein the conductive assistant is at least one powder selected from the group consisting of C, Cu, Sn, Zn, Ni, and Ag. Negative electrode material for ion secondary battery. 前記導電助剤がカーボンナノホーンを含むことを特徴とする請求項15に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。   The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 15, wherein the conductive additive contains carbon nanohorn. 請求項14ないし請求項16のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料を用いたリチウムイオン二次電池用負極。   The negative electrode for lithium ion secondary batteries using the negative electrode material for lithium ion secondary batteries of any one of Claims 14 thru | or 16. リチウムイオンを吸蔵および放出可能な正極と、
請求項17に記載の負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータとを有し、
リチウムイオン伝導性を有する電解質中に、前記正極と前記負極と前記セパレータとを設けたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions;
A negative electrode according to claim 17,
Having a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode;
A lithium ion secondary battery, wherein the positive electrode, the negative electrode, and the separator are provided in an electrolyte having lithium ion conductivity.
Si、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた少なくとも2種の元素を含む原料を、
プラズマ中に供給してナノサイズ粒子を得ることを特徴とするナノサイズ粒子の製造方法。
A raw material containing at least two elements selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In and Zn,
A method for producing nano-sized particles, characterized in that the nano-sized particles are obtained by supplying them into plasma.
Si、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた少なくとも2種の元素と
Cu、AgおよびAuからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素と、
を含む原料を、
プラズマ中に供給してナノサイズ粒子を得ることを特徴とするナノサイズ粒子の製造方法。
At least two elements selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In and Zn; and at least one element selected from the group consisting of Cu, Ag and Au;
Containing raw materials,
A method for producing nano-sized particles, characterized in that the nano-sized particles are obtained by supplying them into plasma.
Si、Sn、Al、Pb、Sb、Bi、Ge、InおよびZnからなる群より選ばれた少なくとも2種の元素と
Cu、AgおよびAuからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素と、
Fe、Co、Ni、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ba、ランタノイド元素(CeおよびPmを除く)、Hf、Ta、W、Re、OsおよびIrからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素と、
を含む原料を、
プラズマ中に供給してナノサイズ粒子を得ることを特徴とするナノサイズ粒子の製造方法。
At least two elements selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Pb, Sb, Bi, Ge, In and Zn; and at least one element selected from the group consisting of Cu, Ag and Au;
Fe, Co, Ni, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ba, lanthanoid elements (excluding Ce and Pm), Hf, Ta, At least one element selected from the group consisting of W, Re, Os and Ir;
Containing raw materials,
A method for producing nano-sized particles, characterized in that the nano-sized particles are obtained by supplying them into plasma.
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