JP2011187434A - Negative electrode active material for electricity storage device, and method for producing same - Google Patents

Negative electrode active material for electricity storage device, and method for producing same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode material for an electricity storage device excellent in initial charge and discharge efficiency and cycle characteristics. <P>SOLUTION: In the negative electrode material for an electricity storage device containing at least SnO in the composition thereof, assuming a binding energy value of electrons in an Sn3d<SB>5/2</SB>orbit of an Sn atom in the negative electrode material for electricity storage device as Pl and the binding energy value of electrons in the Sn3d<SB>5/2</SB>orbit of metal Sn as Pm, (Pl-Pm) is 0.01-3.5 eV. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、携帯型電子機器や電気自動車に用いられるリチウムイオン二次電池に代表される非水二次電池等の蓄電デバイスに用いられる負極活物質及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a negative electrode active material used for power storage devices such as non-aqueous secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries used in portable electronic devices and electric vehicles, and a method for producing the same.

近年、携帯用パソコンや携帯電話の普及に伴い、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスの高容量化と小サイズ化に対する要望が高まっている。蓄電デバイスの高容量化が進めば電池材料の小サイズ化も容易となるため、蓄電デバイス用電極材料の高容量化へ向けての開発が急務となっている。   In recent years, with the spread of portable personal computers and mobile phones, there is an increasing demand for higher capacity and smaller size of power storage devices such as lithium ion secondary batteries. If the capacity of the electricity storage device is increased, it will be easy to reduce the size of the battery material. Therefore, there is an urgent need to develop an electrode material for the electricity storage device with a higher capacity.

例えば、リチウムイオン二次電池用の正極材料には高電位型のLiCoO2、LiCo1-xNix2、LiNiO2、LiMn24等が広く用いられている。一方、負極材料には一般に炭素質材料が用いられている。これらの材料は充放電によってリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する電極活物質として機能し、非水電解液あるいは固体電解質によって電気化学的に連結されたいわゆるロッキングチェア型の二次電池を構成する。 For example, high-potential type LiCoO 2 , LiCo 1-x Ni x O 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and the like are widely used as positive electrode materials for lithium ion secondary batteries. On the other hand, a carbonaceous material is generally used as the negative electrode material. These materials function as electrode active materials that reversibly occlude and release lithium ions by charging and discharging, and constitute so-called rocking chair type secondary batteries that are electrochemically connected by a non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte. .

負極において、リチウムイオンを吸蔵あるいは放出できる活物質(負極活物質)として用いられる炭素質材料には、黒鉛質炭素材料、ピッチコークス、繊維状カーボン、低温で焼成される高容量型のソフトカーボンなどがある。しかしながら、炭素材料はリチウム挿入容量が比較的小さいため、電池容量が低いという問題がある。具体的には、化学量論量のリチウム挿入容量を実現できたとしても、炭素材料の電池容量は約372mAh/gが限界である。   Carbonaceous materials used as active materials (negative electrode active materials) that can occlude or release lithium ions in the negative electrode include graphitic carbon materials, pitch coke, fibrous carbon, and high-capacity soft carbon that is fired at low temperatures. There is. However, since the carbon material has a relatively small lithium insertion capacity, there is a problem that the battery capacity is low. Specifically, even if a stoichiometric amount of lithium insertion capacity can be realized, the battery capacity of the carbon material is limited to about 372 mAh / g.

そこで、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能であり、カーボン系材料を超える高容量密度を有する負極活物質として、SnOを含有する負極活物質が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、特許文献1で提案されている負極活物質は、充放電時にLiイオンの吸蔵および放出反応に起因する体積変化を緩和できず、繰り返し充放電した際に負極活物質の構造劣化が著しく亀裂が生じやすくなる。亀裂が進行すると、場合によっては負極活物質中に空洞が形成され、微粉化してしまうこともある。負極活物質に亀裂が生じると、電子伝導パスが分断されるため、繰り返し充放電した後の放電容量(充放電サイクル特性)の低下が問題となっていた。   Therefore, a negative electrode active material containing SnO has been proposed as a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions and having a high capacity density exceeding that of a carbon-based material (see, for example, Patent Document 1). . However, the negative electrode active material proposed in Patent Document 1 cannot relieve the volume change due to the insertion and extraction reactions of Li ions during charge and discharge, and the structure deterioration of the negative electrode active material is significantly cracked when repeatedly charged and discharged. Is likely to occur. As cracks progress, in some cases, cavities are formed in the negative electrode active material and may be pulverized. When a crack occurs in the negative electrode active material, the electron conduction path is interrupted, so that a reduction in discharge capacity (charge / discharge cycle characteristics) after repeated charge / discharge has been a problem.

また、上記の問題を解決するために、酸化スズを主体とする酸化物からなる負極活物質と、当該負極活物質を溶融法により製造する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。さらに、酸化スズおよびケイ素を含有する酸化物からなり、均質で比表面積の大きい負極活物質を製造するための方法として、ゾルゲル法による製造方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。しかし、これらの製造方法で製造された負極活物質は、初回の充電容量に対する放電容量の比率(初回充放電効率)が低く、また繰り返し充放電した後の放電容量(サイクル特性)の低下が問題となっていた。   In order to solve the above problem, a negative electrode active material composed of an oxide mainly composed of tin oxide and a method for producing the negative electrode active material by a melting method have been proposed (for example, see Patent Document 2). . Furthermore, a manufacturing method by a sol-gel method has been proposed as a method for manufacturing a negative electrode active material made of an oxide containing tin oxide and silicon and having a large specific surface area (see, for example, Patent Document 3). However, the negative electrode active material manufactured by these manufacturing methods has a low ratio of the discharge capacity to the initial charge capacity (initial charge / discharge efficiency), and a decrease in the discharge capacity (cycle characteristics) after repeated charge / discharge is a problem. It was.

また、酸化スズを主体とする非晶質酸化物を用いることで、リチウムイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化を緩和でき、充放電サイクルに優れた非水二次電池用負極活物質が提案されている(例えば、特許文献4および5参照)。しかし、これらの負極活物質は、非晶質酸化物とするために、リチウムイオンの吸蔵および放出に関係しない、酸化スズ以外の酸化物を相当量含有している。そのため、負極活物質の単位質量あたりの酸化スズ含有量が少なく、さらなる高容量化が困難であるという問題があった。   In addition, by using an amorphous oxide mainly composed of tin oxide, a negative electrode active material for a non-aqueous secondary battery that can relieve the volume change associated with insertion and extraction of lithium ions and has an excellent charge / discharge cycle has been proposed. (For example, see Patent Documents 4 and 5). However, these negative electrode active materials contain a considerable amount of oxides other than tin oxide, which are not related to occlusion and release of lithium ions, so as to be amorphous oxides. For this reason, there is a problem that the tin oxide content per unit mass of the negative electrode active material is small and it is difficult to further increase the capacity.

特許第2887632号公報Japanese Patent No. 2887632 特許第3498380号公報Japanese Patent No. 3498380 特許第3890671号公報Japanese Patent No. 3890671 特許第3605866号公報Japanese Patent No. 3605866 特許第3605875号公報Japanese Patent No. 3605875

本発明の第1の課題は、従来の負極活物質と比較してさらなる高容量化が可能であり、かつ充放電サイクル特性および安全性に優れた蓄電デバイス用負極活物質を提供することである。   A first problem of the present invention is to provide a negative electrode active material for an electricity storage device that can be further increased in capacity as compared with a conventional negative electrode active material and is excellent in charge / discharge cycle characteristics and safety. .

本発明の第2の課題は、初回充放電効率およびサイクル特性に優れた蓄電デバイス用負極活物質を提供することである。   A second problem of the present invention is to provide a negative electrode active material for an electricity storage device that is excellent in initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics.

本発明の第3の課題は、従来の負極活物質と比較してサイクル特性に優れた蓄電デバイス用負極活物質を提供することである。   A third problem of the present invention is to provide a negative electrode active material for an electricity storage device that is excellent in cycle characteristics as compared with a conventional negative electrode active material.

本発明者等は種々の検討を行った結果、組成中に酸化スズを高い割合で含有する蓄電デバイス用負極活物質を用いることで、前記第1の課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。尚、本明細書において、「蓄電デバイス」には、非水二次電池、特にノートパソコンや携帯電話等の携帯型電子機器や電気自動車等に使用されるリチウムイオン非水二次電池や、リチウムイオンキャパシタ等のハイブリッドキャパシタが含まれる。   As a result of various studies, the present inventors have found that the first problem can be solved by using a negative electrode active material for an electricity storage device containing a high proportion of tin oxide in the composition, and proposed as the present invention. To do. In this specification, the “electric storage device” includes a non-aqueous secondary battery, in particular, a lithium-ion non-aqueous secondary battery used in portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones, electric vehicles, and the like. Hybrid capacitors such as ion capacitors are included.

すなわち、本発明は、酸化物換算のモル%表示で、SnO 70〜95%、P25 5〜30%(SnO 70モル%、P25 30モル%は含まない)の組成を含有することを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質に関する。 That is, the present invention is the mole% of oxides terms containing the composition of the SnO 70~95%, P 2 O 5 5~30% (SnO 70 mol%, P 2 O 5 30 mole% is not included) The present invention relates to a negative electrode active material for an electricity storage device.

本発明の蓄電デバイス用負極活物質は、SnOを70〜95%(70モル%は含まない)と高い割合で含有するため、負極活物質の単位質量あたりの酸化スズ含有量が多く、さらなる高容量化が可能となる。なお、本発明においてSnO成分含有量は、SnO以外の酸化スズ成分(SnO2等)もSnOに換算して合算したものを指す。 Since the negative electrode active material for an electricity storage device of the present invention contains SnO at a high ratio of 70 to 95% (not including 70 mol%), the content of tin oxide per unit mass of the negative electrode active material is large, and the further high Capacitance can be achieved. Incidentally, SnO ingredient content in the present invention, the tin oxide component other than SnO (SnO 2, etc.) also refers to that summed in terms of SnO.

本発明において、負極活物質は実質的に非晶質であることが好ましい。   In the present invention, the negative electrode active material is preferably substantially amorphous.

上記構成により、リチウムイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化を緩和でき、充放電サイクルに優れた蓄電デバイス用負極活物質を得ることができる。なお、「実質的に非晶質である」とは、結晶化度が実質的に0%であることを指し、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる2θ値で、10〜60°の回折線プロファイルにおいて10〜40°にブロードな回折線を有し、回折ピークが確認されないものをいう。   With the above structure, a volume change accompanying insertion and extraction of lithium ions can be reduced, and a negative electrode active material for an electricity storage device having an excellent charge / discharge cycle can be obtained. Note that “substantially amorphous” means that the degree of crystallinity is substantially 0%, which is a 2θ value obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays and is 10 to 60. A diffraction line profile having a broad diffraction line at 10 to 40 ° in a diffraction line profile of 0 ° and no diffraction peak being confirmed.

また、本発明は、上記の蓄電デバイス用負極活物質を製造する方法であって、原料粉末を還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融してガラス化することを特徴とする製造方法に関する。   The present invention also relates to a method for producing the above negative electrode active material for an electricity storage device, wherein the raw material powder is melted and vitrified in a reducing atmosphere or an inert atmosphere.

当該方法によれば、初回充放電効率(初回の充電容量に対する放電容量の比率)に優れた二次電池とすることが可能な負極活物質を得ることができる。この理由は以下のように説明できる。   According to this method, it is possible to obtain a negative electrode active material that can be a secondary battery having excellent initial charge / discharge efficiency (ratio of discharge capacity to initial charge capacity). The reason for this can be explained as follows.

例えば非水二次電池の一例として、リチウムイオン二次電池は充放電の際、負極にて以下のような反応が起こることが知られている。   For example, as an example of a non-aqueous secondary battery, it is known that a lithium ion secondary battery undergoes the following reaction at the negative electrode during charging and discharging.

Snx++xe-→Sn ・・・(1)
Sn+yLi++ye-←→LiySn ・・・(2)
Sn x + + xe → Sn (1)
Sn + yLi + + ye ← → Li y Sn (2)

まず初回の充電時に、Snx+イオンが電子を受容して金属Snが生成する反応が不可逆的に起こる(式(1))。続いて、生成した金属Snは正極から電解液を通って移動したLiイオンと回路から供給された電子と結合し、Sn−Li合金を形成する反応が起こる。当該反応は、充電時には右方向に反応が進み、放電時には左方向に進む可逆反応として起こる(式(2))。 First, during the first charge, a reaction in which Sn x + ions accept electrons and produce metal Sn occurs irreversibly (formula (1)). Subsequently, the produced metal Sn combines with Li ions that have moved from the positive electrode through the electrolytic solution and electrons supplied from the circuit, and a reaction occurs to form a Sn—Li alloy. This reaction occurs as a reversible reaction that proceeds rightward during charging and proceeds leftward during discharging (formula (2)).

ここで初回の充電時に生じる式(1)の反応に着目すると、当該反応に要するエネルギーが小さければ小さいほど、初回充電容量が小さくなり、結果として初回充放電効率に優れることになる。ここで、Snx+イオンの価数が小さい(還元状態)ほど、還元に必要な電子が少なくて済むため、二次電池の初回充放電効率を向上させるために有利である。そこで、原料粉末を還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融してガラス化することにより、効果的にSnx+イオンを還元し価数を低減することができ、初回充電効率に優れた二次電池を得ることが可能となる。 Here, focusing on the reaction of the formula (1) that occurs during the first charge, the smaller the energy required for the reaction, the smaller the initial charge capacity, and as a result, the first charge / discharge efficiency is excellent. Here, the smaller the valence of Sn x + ions (reduced state), the fewer electrons required for the reduction, which is advantageous for improving the initial charge / discharge efficiency of the secondary battery. Therefore, by melting the raw material powder in a reducing atmosphere or an inert atmosphere and vitrifying it, Sn x + ions can be reduced effectively and the valence can be reduced, and a secondary battery with excellent initial charge efficiency can be obtained. Can be obtained.

上記の製造方法で用いる原料粉末は、リンとスズを含む複合酸化物であることが好ましい。   The raw material powder used in the above production method is preferably a composite oxide containing phosphorus and tin.

出発原料粉末にリンとスズを含む複合酸化物を用いることにより、均質性に優れた負極活物質が得られやすくなる。そして、当該負極活物質を含有する負極材料を負極として用いることにより、放電容量が安定した非水二次電池が得られる。   By using a composite oxide containing phosphorus and tin as the starting raw material powder, a negative electrode active material excellent in homogeneity can be easily obtained. And the non-aqueous secondary battery with stable discharge capacity is obtained by using the negative electrode material containing the said negative electrode active material as a negative electrode.

また、本発明者等は種々の検討を行った結果、非水二次電池等の蓄電デバイスに用いられ、少なくともSnOとP25を含有する負極活物質であって、CuKα線を用いた粉末X線回折(粉末XRD)測定によって得られる回折線プロファイルにおいて、2θ値で10〜45°に検出されるブロードな非晶成分によるハローパターン(非晶質ハロー)を制御することで、前記第2の課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。 In addition, as a result of various studies, the present inventors have used negative electrode active materials containing at least SnO and P 2 O 5, which are used in power storage devices such as non-aqueous secondary batteries, and used CuKα rays. In the diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction (powder XRD) measurement, by controlling the halo pattern (amorphous halo) due to a broad amorphous component detected at 2θ value of 10 to 45 °, the first The present inventors have found that the second problem can be solved and propose the present invention.

すなわち、本発明は、少なくともSnOとP25を含有する蓄電デバイス用負極活物質であって、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルにおいて2θ値で10〜45°に非晶質ハローを有し、当該範囲にて2θ値を22.5°に固定したピーク成分P1と22.5°より高角度側のピーク成分P2の二成分でカーブフィッティングした際に、P2のピーク頂点の位置が2θ値で25.0〜29.0°であることを特徴とする。 That is, the present invention is a negative electrode active material for an electricity storage device containing at least SnO and P 2 O 5, and has a 2θ value of 10 to 45 ° in a diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays. When the curve fitting is performed with two components of a peak component P1 having an amorphous halo and a 2θ value fixed at 22.5 ° in the range and a peak component P2 higher than 22.5 °, P2 The peak apex position is 25.0 to 29.0 ° as a 2θ value.

本発明者等は、蓄電デバイス用負極活物質におけるSnx+(0<x≦4)イオンの価数、リン酸ネットワークのSnx+イオンに対する包括状態に着目し、これらを適宜制御することにより初回充放電効率とサイクル特性に優れた蓄電デバイスが得られることを見出した。具体的には、粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルにおいて、2θ値で10〜45°の非晶質ハローについて、2θ値を22.5°に固定したピーク成分P1がリン酸ネットワークの成分に帰属でき、22.5°より高角度側のピーク成分P2はスズ由来の成分に帰属できることを発見し、これら二成分で非晶質ハローをカーブフィッティングして得られたP2のピーク頂点の位置を2θ値で25.0〜29.0°に規制することにより、初回充放電効率とサイクル特性に優れた蓄電デバイスが得られることがわかった。以下に、詳細なメカニズムを説明する。 The present inventors pay attention to the valence of Sn x + (0 <x ≦ 4) ions in the negative electrode active material for power storage devices and the inclusion state of Sn x + ions in the phosphate network, and control them for the first time. It has been found that an electricity storage device having excellent discharge efficiency and cycle characteristics can be obtained. Specifically, in the diffraction line profile obtained by the powder X-ray diffraction measurement, the peak component P1 in which the 2θ value is fixed at 22.5 ° for an amorphous halo having a 2θ value of 10 to 45 ° is the phosphate network. It was found that the peak component P2 higher than 22.5 ° can be attributed to a component derived from tin, and the peak apex of P2 obtained by curve fitting an amorphous halo with these two components. It was found that by limiting the position to 25.0 to 29.0 ° with a 2θ value, an electricity storage device having excellent initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics can be obtained. The detailed mechanism will be described below.

例えば非水二次電池の一例として、リチウムイオン二次電池は充放電の際、負極にて以下のような反応が起こることが知られている。   For example, as an example of a non-aqueous secondary battery, it is known that a lithium ion secondary battery undergoes the following reaction at the negative electrode during charging and discharging.

Snx++xe-→Sn ・・・(1)
Sn+yLi++ye-←→LiySn ・・・(2)
Sn x + + xe → Sn (1)
Sn + yLi + + ye ← → Li y Sn (2)

まず初回の充電時に、Snx+イオンが電子を受容して金属Snが生成する反応が不可逆的に起こる(式(1))。続いて、生成した金属Snは正極から電解液を通って移動したLiイオンと回路から供給された電子と結合し、Sn−Li合金を形成する反応が起こる。当該反応は、充電時には右方向に反応が進み、放電時には左方向に進む可逆反応として起こる(式(2))。 First, during the first charge, a reaction in which Sn x + ions accept electrons and produce metal Sn occurs irreversibly (formula (1)). Subsequently, the produced metal Sn combines with Li ions that have moved from the positive electrode through the electrolytic solution and electrons supplied from the circuit, and a reaction occurs to form a Sn—Li alloy. This reaction occurs as a reversible reaction that proceeds rightward during charging and proceeds leftward during discharging (formula (2)).

ここで初回の充電時に生じる式(1)の反応に着目すると、当該反応に要するエネルギーが小さければ小さいほど、初回充電容量が小さくなり、結果として初回充放電効率に優れることになる。したがって、Snx+イオンの価数が小さいほど、還元に必要な電子が少なくて済むため、二次電池の初回充放電効率を向上させるために有利である。 Here, focusing on the reaction of the formula (1) that occurs during the first charge, the smaller the energy required for the reaction, the smaller the initial charge capacity, and as a result, the first charge / discharge efficiency is excellent. Therefore, the smaller the valence of Sn x + ions, the fewer the electrons required for reduction, which is advantageous for improving the initial charge / discharge efficiency of the secondary battery.

CuKα線を用いた粉末X線回折測定において、Sn原子の価数が4価であるSnO2(Cassiterite、正方晶系、空間群P4/nmm)の結晶性回折線のメインピークは26.6°(ミラー指数(hkl)=(110))である。一方、Sn原子の価数が2価であるSnO(Romarchite、正方晶系、空間群P42/mnm)の結晶性回折線のメインピークは29.9°(ミラー指数(hkl)=(101))に検出される。このため、Sn原子が低価数化することでメインピークが高角度側に検出される。 In the powder X-ray diffraction measurement using CuKα ray, the main peak of the crystalline diffraction line of SnO 2 (Cassiterite, tetragonal system, space group P4 / nmm) whose Sn atom has a valence of 4 is 26.6 °. (Miller index (hkl) = (110)). On the other hand, the main peak of the crystalline diffraction line of SnO (Romarchite, tetragonal system, space group P42 / mnm) in which the valence of Sn atom is 2 is 29.9 ° (Miller index (hkl) = (101)) Detected. For this reason, the main peak is detected on the high angle side as the Sn atom is lowered in valence.

本発明の負極活物質中のSnx+イオンは、SnOやSnO2のような結晶物(秩序構造)でなく、非晶質酸化物(無秩序構造)であるため、Snx+イオンとして価数xが連続的に変化した状態で存在する。このため、粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルはブロードな散乱帯となり、22.5°より高角度側に検出されるピーク成分P2のピーク頂点の2θ値は、前記Snx+イオンの平均価数を反映している。そこで、P2のピーク頂点の位置を上記範囲に規制することにより、初回充放電効率に優れた二次電池を得ることが可能となる。 Since the Sn x + ion in the negative electrode active material of the present invention is not a crystalline substance (ordered structure) such as SnO or SnO 2 but an amorphous oxide (disordered structure), the valence x is Sn x + ion. It exists in a continuously changing state. For this reason, the diffraction line profile obtained by the powder X-ray diffraction measurement becomes a broad scattering band, and the 2θ value at the peak apex of the peak component P2 detected at a higher angle than 22.5 ° is the average of the Sn x + ions. Reflects the valence. Therefore, by restricting the position of the peak apex of P2 within the above range, it is possible to obtain a secondary battery with excellent initial charge / discharge efficiency.

ところで、初回充電時にSnx+イオンからLiySnの合金形成が起こるとき、負極活物質は、正極材料から放出されたy個のリチウムイオンを吸蔵し体積膨張を起こす。この体積変化は結晶構造学の観点から見積もることができる。たとえば、SnO結晶は結晶単位格子の長さが3.802Å×3.802Å×4.836Åの正方晶系であるため、結晶単位体積は69.9Å3となる。この結晶単位格子内にSn原子は2個存在するので、Sn1原子あたりの占有体積は34.95Å3となる。一方、充電時に形成されるLiySn合金としては、Li2.6Sn、Li3.5Sn、Li4.4Snなどが知られている。例えば充電時にLi4.4Snの合金が形成された場合を考えると、Li4.4Sn(立方晶系、空間郡F23)の単位格子の長さは19.78Å×19.78Å×19.78Åであるため、格子単位体積は7739Å3となる。この単位格子内にSn原子は80個存在するので、Sn1原子あたりの占有体積は96.7Å3となる。このため、負極材料にSnO結晶を用いると、初回充電時にSn原子の占有体積が2.77倍(96.7Å3/34.95Å3)膨張することになる。 By the way, when Li y Sn alloy formation occurs from Sn x + ions during the initial charge, the negative electrode active material occludes y lithium ions released from the positive electrode material and causes volume expansion. This volume change can be estimated from the viewpoint of crystal structure. For example, since the SnO crystal is a tetragonal system having a crystal unit lattice length of 3.802 Å x 3.802 Å x 4.836 Å, the crystal unit volume is 69.9 Å 3 . Since there are two Sn atoms in this crystal unit cell, the occupied volume per Sn atom is 34.95 3 . On the other hand, Li 2.6 Sn, Li 3.5 Sn, Li 4.4 Sn, and the like are known as Li y Sn alloys formed during charging. For example, considering the case where an alloy of Li 4.4 Sn is formed during charging, the length of the unit cell of Li 4.4 Sn (cubic system, space group F23) is 19.78Å × 19.78Å × 19.78Å. The lattice unit volume is 7739 3 . Since there are 80 Sn atoms in this unit cell, the occupied volume per Sn atom is 96.7 3 . For this reason, when SnO crystal is used for the negative electrode material, the occupied volume of Sn atoms expands 2.77 times (96.7Å 3 /34.95 3 ) at the first charge.

つぎに、放電時は前記反応式(2)が左方向に進み、LiySn合金からLiイオンと電子がそれぞれy個放出されて金属Snが形成されるため、負極活物質は体積収縮する。この場合の収縮率を前述のように結晶学的観点から求める。金属Snの単位格子の長さは5.831Å×5.831Å×3.182Åの正方晶系であり、単位格子体積は108.2Å3になる。この格子内にSn原子は4個存在するため、Sn1原子あたりの占有体積は27.05Å3になる。このため、LiySn合金がLi4.4Snである場合、負極活物質中の放電反応が進行して金属Snが生成されると、Sn原子の占有体積は0.28倍(27.5Å3/96.7Å3)に収縮する。 Next, at the time of discharge, the reaction formula (2) proceeds leftward, and y ions of Li ions and electrons are released from the Li y Sn alloy to form metal Sn, so that the negative electrode active material shrinks in volume. The shrinkage rate in this case is obtained from the crystallographic viewpoint as described above. The length of the unit cell of metal Sn is a tetragonal system of 5.831 Å x 5.831 Å x 3.182 、, and the unit cell volume is 108.2 Å 3 . Since Sn atoms are present four in this lattice, the volume occupied per Sn1 atoms becomes 27.05Å 3. Therefore, when the Li y Sn alloy is Li 4.4 Sn, when the discharge reaction in the negative electrode active material proceeds and metal Sn is generated, the occupied volume of Sn atoms is 0.28 times (27.52 3 / Shrink to 96.7 cm 3 ).

また、2回目以降の充電時は反応式(2)が右方向に進み、金属Snがy個のLiイオンと電子をそれぞれ吸蔵し、LiySnの合金が形成されるため、負極活物質は体積膨張する。このとき、金属SnからLi4.4Snが形成される場合、Sn原子の占有体積が3.52倍(96.7Å3/27.5Å3)に膨張する。 Further, during the second and subsequent charging, the reaction formula (2) proceeds in the right direction, and the metal Sn occludes y Li ions and electrons, respectively, and an Li y Sn alloy is formed. Volume expansion. At this time, when Li 4.4 Sn is formed from the metal Sn, the occupied volume of Sn atoms expands to 3.52 times (96.7Å 3 /27.5Å 3 ).

このように、SnOを含有する負極活物質は充放電の際に著しく体積変化を伴うため、繰り返し充放電した際に負極活物質に亀裂が生じやすくなる。亀裂が進行すると、場合によっては負極活物質中に空洞が形成され、微粉化してしまうこともある。負極活物質に亀裂が生じると、電子伝導網が分断されるため、充放電容量が低下しやすくなり、サイクル特性低下の原因となる。   As described above, since the negative electrode active material containing SnO is remarkably accompanied by a volume change during charge and discharge, the negative electrode active material is easily cracked when repeatedly charged and discharged. As cracks progress, in some cases, cavities are formed in the negative electrode active material and may be pulverized. When a crack occurs in the negative electrode active material, the electron conduction network is divided, so that the charge / discharge capacity is likely to be reduced, which causes a reduction in cycle characteristics.

本発明では、負極活物質中のSnx+イオンがリン酸ネットワークに包括された状態で存在するため、充放電に伴うSn原子の体積変化を当該リン酸ネットワークで緩和することができる。ここで、Snx+イオンの価数はリン酸ネットワークの酸素原子が有する孤立電子対による配位の影響を受けるため、ピーク成分P2のピーク頂点の2θ値は、Snx+イオンの平均価数だけでなく、Snx+イオンへのリン酸ネットワークの包括状態も反映していると考えられる。本発明の負極活物質は、P2のピーク頂点の位置を上記範囲に規制することにより、Snx+イオンへのリン酸ネットワークの包括状態を制御し、充放電に伴うSn原子の体積変化を効果的に緩和することができる。結果として、繰り返し充放電した際のサイクル特性に優れた二次電池を得ることが可能となる。 In the present invention, Sn x + ions in the negative electrode active material exist in a state where they are included in the phosphate network, so that the volume change of Sn atoms accompanying charge / discharge can be mitigated by the phosphate network. Here, since the valence of the Sn x + ion is affected by the coordination due to the lone electron pair of the oxygen atom of the phosphate network, the 2θ value at the peak apex of the peak component P2 is only the average valence of the Sn x + ion. It is also considered that the inclusion state of the phosphate network to Sn x + ions is also reflected. The negative electrode active material of the present invention controls the inclusion state of the phosphate network to Sn x + ions by regulating the position of the peak apex of P2 within the above range, and effectively changes the volume of Sn atoms accompanying charging and discharging. Can be relaxed. As a result, it is possible to obtain a secondary battery having excellent cycle characteristics when repeatedly charged and discharged.

また、本発明は、少なくともSnOとP25を含有する蓄電デバイス用負極活物質であって、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルにおいて2θ値で10〜45°に非晶質ハローを有し、当該範囲にて2θ値を22.5°に固定したピーク成分P1と22.5°より高角度側のピーク成分P2の二成分でカーブフィッティングした際に、P1のピーク面積A1とP2のピーク面積A2が、A1/A2=0.01〜8の関係を満たすことを特徴とする。 Further, the present invention is a negative electrode active material for an electricity storage device containing at least SnO and P 2 O 5, and has a 2θ value of 10 to 45 ° in a diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays. When the curve fitting is performed with two components of a peak component P1 having an amorphous halo and a 2θ value fixed at 22.5 ° in the range and a peak component P2 higher than 22.5 °, P1 The peak area A1 and the peak area A2 of P2 satisfy the relationship of A1 / A2 = 0.01-8.

既述のように、ピーク成分P1はリン酸ネットワークの成分に帰属でき、ピーク成分P2はスズ由来の成分に帰属できる。したがって、これらのピーク成分に関するピーク面積の比A1/A2を上記範囲に規制することにより、Snx+イオンへのリン酸ネットワークの包括状態を制御することができ、充放電に伴うSn原子の体積変化を効果的に緩和することができる。結果として、繰り返し充放電した際のサイクル特性に優れた二次電池等の蓄電デバイスを得ることが可能となる。 As described above, the peak component P1 can be attributed to a component of the phosphate network, and the peak component P2 can be attributed to a component derived from tin. Therefore, by limiting the peak area ratio A1 / A2 for these peak components to the above range, the inclusion state of the phosphate network to Sn x + ions can be controlled, and the volume change of Sn atoms accompanying charge / discharge Can be effectively mitigated. As a result, it is possible to obtain a power storage device such as a secondary battery having excellent cycle characteristics when repeatedly charged and discharged.

本発明の負極活物質は、モル%で、SnO 45〜95%、P25 5〜55%の組成を含有することが好ましい。 The negative electrode active material of the present invention preferably contains a composition of mol% and SnO 45 to 95% and P 2 O 5 5 to 55%.

また、本発明の負極活物質は、実質的に非晶質であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the negative electrode active material of this invention is substantially amorphous.

当該構成により、リチウムイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化を緩和できる負極活物質となり、充放電サイクル特性に優れた二次電池等の蓄電デバイスを得ることができる。なお、「実質的に非晶質である」とは、CuKα線を用いた粉末X線回折測定において結晶性回折線が検出されないものをいい、結晶化度が実質的に0%、具体的には結晶化度が0.1%以下であることを指す。   With this configuration, a negative electrode active material that can relieve volume changes associated with insertion and extraction of lithium ions, and an electric storage device such as a secondary battery that has excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained. “Substantially amorphous” means that no crystalline diffraction line is detected in powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays, and the crystallinity is substantially 0%, specifically Indicates that the crystallinity is 0.1% or less.

また、本発明は、上記の蓄電デバイス用負極活物質を製造する方法であって、原料粉末を還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融してガラス化することを特徴とする。   Further, the present invention is a method for producing the above negative electrode active material for an electricity storage device, wherein the raw material powder is melted and vitrified in a reducing atmosphere or an inert atmosphere.

当該方法によれば、負極材料中のSnイオンの価数を低減することができるため、既述の理由から、初回充放電効率に優れた蓄電デバイスを得ることができる。   According to this method, since the valence of Sn ions in the negative electrode material can be reduced, an electricity storage device having excellent initial charge / discharge efficiency can be obtained for the reasons already described.

上記の製造方法で用いる原料粉末は、リンとスズを含む複合酸化物であることが好ましい。   The raw material powder used in the above production method is preferably a composite oxide containing phosphorus and tin.

出発原料粉末にリンとスズを含む複合酸化物を用いることにより、均質性に優れた負極活物質が得られやすくなる。さらに、当該負極活物質を含有する負極材料を負極として用いることにより、放電容量が安定した蓄電デバイスが得られる。   By using a composite oxide containing phosphorus and tin as the starting raw material powder, a negative electrode active material excellent in homogeneity can be easily obtained. Furthermore, by using a negative electrode material containing the negative electrode active material as a negative electrode, an electricity storage device having a stable discharge capacity can be obtained.

また、本発明者等は種々の検討を行った結果、非水二次電池等の蓄電デバイスに用いられる負極活物質において、CuKα線を用いた粉末X線回折測定を行った際に、特定の回折線プロファイルを有する負極活物質であれば前記第3の課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。   In addition, as a result of various studies, the present inventors have found that when a negative electrode active material used for an electricity storage device such as a non-aqueous secondary battery is subjected to powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays, It has been found that a negative electrode active material having a diffraction line profile can solve the third problem, and is proposed as the present invention.

すなわち、本発明は、少なくとも負極と正極からなる蓄電デバイスに用いられる負極活物質であって、充電完了時において、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルの2θ値30〜50°の範囲および/または2θ値10〜30°の範囲に検出される回折線ピークの半価幅が0.5°以上であることを特徴とする。   That is, the present invention is a negative electrode active material used for an electricity storage device composed of at least a negative electrode and a positive electrode, and has a 2θ value of 30 to 30 of a diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays when charging is completed. The half-value width of the diffraction line peak detected in the range of 50 ° and / or the range of 2θ value of 10 to 30 ° is 0.5 ° or more.

なお、本発明において「充電完了時」とは、本発明の蓄電デバイス用負極活物質を含有する負極材料を負極に用い、正極に金属リチウム、電解液に1M LiPF6溶液/EC:DEC=1:1(EC=エチレンカーボネート、DEC=ジエチルカーボネート)を用いた試験電池において、0.2mAの定電流で0Vまで充電した状態をいう。 In the present invention, “when charging is completed” means that the negative electrode material containing the negative electrode active material for an electricity storage device of the present invention is used for the negative electrode, metallic lithium for the positive electrode, 1M LiPF 6 solution / EC: DEC = 1 for the electrolyte. 1 (EC = ethylene carbonate, DEC = diethyl carbonate) In a test battery using a constant current of 0.2 mA, the battery is charged to 0V.

また、本発明は、少なくとも負極と正極からなる蓄電デバイスに用いられる負極活物質であって、放電完了時において、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルの2θ値15〜40°の範囲に検出される回折線ピークの半価幅が0.1°以上であることを特徴とする。   Further, the present invention is a negative electrode active material used for an electricity storage device composed of at least a negative electrode and a positive electrode, and has a 2θ value of 15 to 15 of a diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays at the completion of discharge. The half width of the diffraction line peak detected in the range of 40 ° is 0.1 ° or more.

なお、本発明において「放電完了時」とは、本発明の蓄電デバイス用負極活物質を含有する負極材料を負極に用い、正極に金属リチウム、電解液に1M LiPF6溶液/EC:DEC=1:1を用いた試験電池において0.2mAの定電流で1Vまで放電した状態を指す。 In the present invention, “when the discharge is completed” means that the negative electrode material containing the negative electrode active material for an electricity storage device of the present invention is used for the negative electrode, metal lithium for the positive electrode, 1M LiPF 6 solution / EC: DEC = 1 for the electrolyte. 1 indicates a state where the battery is discharged to 1 V at a constant current of 0.2 mA in the test battery using 1.

例えば非水二次電池の一例として、リチウムイオン二次電池は充放電の際、Snを含有する負極にて以下の反応が起こることが知られている。   For example, as an example of a non-aqueous secondary battery, it is known that a lithium ion secondary battery undergoes the following reaction at a negative electrode containing Sn during charging and discharging.

Sn+yLi++ye-←→LiySn ・・・(1) Sn + yLi + + ye ← → Li y Sn (1)

まず、充電時に、金属Snは正極から電解液を通って移動したLiイオンと回路から供給された電子と結合し、Sn−Li合金(LiySn)を形成する反応が起こる(式(1))。 First, at the time of charging, metal Sn combines with Li ions that have moved from the positive electrode through the electrolyte and electrons supplied from the circuit to form a reaction that forms a Sn—Li alloy (Li y Sn) (formula (1)). ).

充電時にSn金属からLiySnの合金形成が起こるとき、負極活物質は、正極から放出されたy個のLiイオンを吸蔵し体積膨張を起こす。この体積変化は結晶構造学の観点から見積もることができる。 When Li y Sn alloy formation from Sn metal occurs during charging, the negative electrode active material occludes y Li ions released from the positive electrode and causes volume expansion. This volume change can be estimated from the viewpoint of crystal structure.

たとえば、金属Snの単位格子の長さは5.831Å×5.831Å×3.182Åの正方晶系であり、単位格子体積は108.2Å3になる。この格子内にSn原子は4個存在するため、Sn1原子あたりの占有体積は27.05Å3になる。一方、充電時に形成されるLiySn合金としては、Li2.6Sn、Li3.5Sn、Li4.4Snなどが知られている。例えば充電時にLi4.4Snの合金が形成された場合を考えると、Li4.4Sn(立方晶系、空間郡F23)の単位格子の長さは、19.78Å×19.78Å×19.78Åであるため、格子単位体積は7739Å3となる。この単位格子内にSn原子は80個存在するので、Sn1原子あたりの占有体積は96.7Å3となる。このため、充電時にSn原子の占有体積が3.52倍(96.7Å3/27.05Å3)膨張することになる。 For example, the length of the unit lattice of the metal Sn is tetragonal in 5.831Å × 5.831Å × 3.182Å, unit cell volume becomes 108.2Å 3. Since Sn atoms are present four in this lattice, the volume occupied per Sn1 atoms becomes 27.05Å 3. On the other hand, Li 2.6 Sn, Li 3.5 Sn, Li 4.4 Sn, and the like are known as Li y Sn alloys formed during charging. For example, considering the case where an alloy of Li 4.4 Sn is formed during charging, the length of the unit cell of Li 4.4 Sn (cubic, space group F23) is 19.78) × 19.78Å × 19.78Å. Therefore, the lattice unit volume is 7739 3 . Since there are 80 Sn atoms in this unit cell, the occupied volume per Sn atom is 96.7 3 . For this reason, the occupied volume of Sn atoms expands 3.52 times (96.7Å 3 /27.05Å 3 ) during charging.

つぎに、放電時は前記反応式(1)が左方向に進み、LiySn合金からLiイオンと電子がそれぞれy個放出されて金属Snが形成されるため、負極活物質は体積収縮する。この場合、Sn原子の占有体積は0.28倍(27.5Å3/96.7Å3)に収縮する。 Next, at the time of discharge, the reaction formula (1) proceeds leftward, and y ions of Li ions and electrons are released from the Li y Sn alloy to form metal Sn, so that the negative electrode active material shrinks in volume. In this case, the occupied volume of Sn atoms contracts by 0.28 times (27.5Å 3 /96.7Å 3 ).

このように、金属Snを含有する負極活物質は充放電の際に著しい体積変化を伴うため、既述の通り、繰り返し充放電した際に負極活物質に亀裂が生じやすくなり、結果としてサイクル特性低下の原因となる。   Thus, since the negative electrode active material containing metal Sn is accompanied by a significant volume change during charge and discharge, as described above, the negative electrode active material is likely to crack when repeatedly charged and discharged, resulting in cycle characteristics. Causes a drop.

ところで、非水二次電池用負極活物質は、充電完了時にはSn−Li合金微粒子が形成され、放電完了時にはLiイオンが放出されて金属Sn微粒子が形成される。そこで、本発明者等は、Liイオンの吸蔵・放出サイトとなるSn−Li合金微粒子およびSn微粒子がナノサイズ(概ね0.1〜100nm)で負極活物質中に均一分散した構造であれば、充放電反応に伴う活物質の体積変化を緩和でき、サイクル特性に優れた二次電池が得られることを見出した。そこで、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルに着目し、負極活物質が特定の回折線プロファイルを有していれば、Sn−Li合金微粒子およびSn微粒子の結晶子サイズがナノサイズであり、これらの微粒子が網目形成酸化物などのマトリックス中に均一に存在している状態であることを明らかにした。   By the way, as for the negative electrode active material for non-aqueous secondary batteries, Sn-Li alloy fine particles are formed when charging is completed, and Li ions are released when discharging is completed to form metal Sn fine particles. Therefore, the present inventors have a structure in which Sn-Li alloy fine particles and Sn fine particles, which are Li ion storage / release sites, are nano-sized (approximately 0.1 to 100 nm) and uniformly dispersed in the negative electrode active material. It has been found that a secondary battery having excellent cycle characteristics can be obtained because the volume change of the active material associated with the charge / discharge reaction can be reduced. Accordingly, paying attention to the diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays, if the negative electrode active material has a specific diffraction line profile, the crystallite size of the Sn—Li alloy fine particles and Sn fine particles Is nano-sized, and it has been clarified that these fine particles are uniformly present in a matrix such as a network-forming oxide.

具体的には、充電完了時の負極活物質においてCuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルの2θ値30〜50°の範囲または2θ値10〜30°の範囲に検出される回折線ピークはLiySn(y=0.3〜4.4)の金属結晶相に帰属でき、当該回折線ピークの半価幅が0.5°以上であれば前記金属結晶の結晶子サイズがナノサイズであることを表している。また、放電完了時の負極活物質において、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルの2θ値15〜40°の範囲に検出される回折線ピークは金属Snの金属結晶相に帰属でき、当該回折線ピークの半価幅が0.1°以上であれば前記金属結晶の結晶子サイズがナノサイズの微粒子であることを表していることがわかった。そして、各半価幅を上記範囲に規制することにより、充放電に伴うSn原子の体積変化を吸収・緩和することができ、結果として、繰り返し充放電した際のサイクル特性に優れた二次電池を得ることが可能となる。 Specifically, it is detected in the range of 2θ value of 30 to 50 ° or the range of 2θ value of 10 to 30 ° of the diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα ray in the negative electrode active material when charging is completed. If the diffraction line peak can be attributed to the metal crystal phase of Li y Sn (y = 0.3 to 4.4) and the half width of the diffraction line peak is 0.5 ° or more, the crystallite of the metal crystal The size is nano-sized. Further, in the negative electrode active material at the completion of discharge, the diffraction line peak detected in the range of 2θ value of 15 to 40 ° of the diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα ray is the metal crystal phase of the metal Sn. It was found that if the half width of the diffraction line peak is 0.1 ° or more, the crystallite size of the metal crystal is a nano-sized fine particle. And by restricting each half-value width to the above range, it is possible to absorb and relax the volume change of Sn atoms associated with charge / discharge, and as a result, a secondary battery excellent in cycle characteristics when repeatedly charged / discharged. Can be obtained.

本発明の蓄電デバイス用負極活物質は、放電完了時において、酸化物換算のモル%表示で、組成としてSnO 10〜70%、Li2O 20〜70%、P25 2〜40%を含有することが好ましい。 When the discharge is completed, the negative electrode active material for an electricity storage device of the present invention is expressed in mol% in terms of oxide, and SnO 10-70%, Li 2 O 20-70%, P 2 O 5 2-40% It is preferable to contain.

なお、本明細書において、SnOの含有量は、SnO以外のSn成分(SnO2、金属Sn等)もSnOに換算して合算したものを指す。 In the present specification, the content of SnO refers to those Sn components other than SnO (SnO 2, metal Sn, etc.) were also combined in terms of SnO.

また、本発明者等は種々の検討を行った結果、酸化スズを含有する蓄電デバイス用負極活物質において、当該負極材料におけるSn原子の電子の結合エネルギーを制御することで、前記第2の課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。   Further, as a result of various studies, the present inventors have determined that the second problem is that in the negative electrode active material for an electricity storage device containing tin oxide, the binding energy of electrons of Sn atoms in the negative electrode material is controlled. It is found that the problem can be solved and is proposed as the present invention.

すなわち、本発明は、組成として少なくともSnOを含有する蓄電デバイス用負極活物質であって、当該蓄電デバイス用負極材料中のSn原子のSn3d5/2軌道における電子の結合エネルギー値をPl、金属SnのSn3d5/2軌道における電子の結合エネルギー値をPmとしたとき、(Pl−Pm)が0.01〜3.5eVであることを特徴とする。 That is, the present invention is a negative electrode active material for an electricity storage device containing at least SnO as a composition, wherein the binding energy value of electrons in the Sn3d 5/2 orbit of Sn atoms in the negative electrode material for the electricity storage device is Pl, and metal Sn (Pl-Pm) is 0.01 to 3.5 eV, where Pm is the electron binding energy value in the Sn3d 5/2 orbital.

例えば蓄電デバイスである非水二次電池の一例として、リチウムイオン二次電池は充放電の際、負極にて以下のような反応が起こることが知られている。   For example, as an example of a non-aqueous secondary battery that is an electricity storage device, it is known that a lithium ion secondary battery undergoes the following reaction at the negative electrode during charge and discharge.

Snx++xe-→Sn ・・・(1)
Sn+yLi++ye-←→LiySn ・・・(2)
Sn x + + xe → Sn (1)
Sn + yLi + + ye ← → Li y Sn (2)

まず初回の充電時に、Snx+イオンが電子を受容して金属Snが生成する反応が不可逆的に起こる(式(1))。続いて、生成した金属Snは正極から電解液を通って移動したLiイオンと回路から供給された電子と結合し、Sn−Li合金を形成する反応が起こる。当該反応は、充電時には右方向に反応が進み、放電時には左方向に進む可逆反応として起こる(式(2))。 First, during the first charge, a reaction in which Sn x + ions accept electrons and produce metal Sn occurs irreversibly (formula (1)). Subsequently, the produced metal Sn combines with Li ions that have moved from the positive electrode through the electrolytic solution and electrons supplied from the circuit, and a reaction occurs to form a Sn—Li alloy. This reaction occurs as a reversible reaction that proceeds rightward during charging and proceeds leftward during discharging (formula (2)).

ここで初回の充電時に生じる式(1)の反応に着目すると、当該反応に要するエネルギーが小さければ小さいほど、初回充電容量が小さくなり、結果として初回充放電効率に優れることになる。したがって、Snx+イオンの価数が小さいほど、還元に必要な電子が少なくて済むため、二次電池の初回充放電効率を向上させるために有利である。 Here, focusing on the reaction of the formula (1) that occurs during the first charge, the smaller the energy required for the reaction, the smaller the initial charge capacity, and as a result, the first charge / discharge efficiency is excellent. Therefore, the smaller the valence of Sn x + ions, the fewer the electrons required for reduction, which is advantageous for improving the initial charge / discharge efficiency of the secondary battery.

本発明者等は、負極におけるSnx+イオンの価数の状態を示す指標として、Sn原子のSn3d5/2軌道における電子の結合エネルギー値Plを導入した。そして、当該結合エネルギー値Plと金属SnのSn3d5/2軌道における電子の結合エネルギー値Pmとの差(Pl−Pm)を3.5eV以下に規制することにより、初回充放電効率に優れた蓄電デバイスが得られることを見出した。 The present inventors have introduced the electron binding energy value Pl in the Sn3d 5/2 orbit of the Sn atom as an index indicating the valence state of the Sn x + ion in the negative electrode. Then, by regulating the difference (Pl−Pm) between the bond energy value Pl and the electron bond energy value Pm in the Sn3d 5/2 orbit of the metal Sn to 3.5 eV or less, it is possible to store electricity with excellent initial charge / discharge efficiency. I found that the device was obtained.

一方、(Pl−Pm)が小さすぎると、負極活物質が金属Snに近い構造になり、リチウムイオンの吸蔵および放出によって負極活物質が著しく体積変化するため、繰り返し充放電を行った場合に放電容量が大きく低下する傾向がある。そこで、(Pl−Pm)を0.01eV以上に規制することで、繰り返し充放電した際に、リチウムイオンの吸蔵および放出による体積変化を緩和し、サイクル特性に優れた蓄電デバイスが得られることを見出した。   On the other hand, if (Pl-Pm) is too small, the negative electrode active material has a structure close to metal Sn, and the volume of the negative electrode active material changes significantly due to insertion and extraction of lithium ions. The capacity tends to decrease greatly. Therefore, by restricting (Pl-Pm) to 0.01 eV or more, it is possible to relieve the volume change due to insertion and extraction of lithium ions when repeatedly charged and discharged, and to obtain an electricity storage device having excellent cycle characteristics. I found it.

なお本発明において、Sn原子のSn3d5/2軌道における電子の結合エネルギー値は、MgKα線を用いたSn3d5/2軌道のX線電子分光スペクトルで最大検出強度が得られた点の結合エネルギー値をいう。 In the present invention, the binding energy value of electrons in the Sn3d 5/2 orbit of the Sn atom is the binding energy value of the point where the maximum detected intensity is obtained in the X-ray electron spectroscopy spectrum of the Sn3d 5/2 orbit using MgKα ray. Say.

本発明の蓄電デバイス用負極活物質は、実質的に非晶質であることが好ましい。   The negative electrode active material for an electricity storage device of the present invention is preferably substantially amorphous.

上記構成により、リチウムイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化を緩和できる負極活物質となり、充放電サイクル特性に優れた蓄電デバイスを得ることができる。なお、本発明において、「実質的に非晶質からなる」とは、結晶化度が実質的に0%であることを指し、具体的には、CuKα線を用いた粉末X線回折測定において、結晶性回折線が検出されないものをいう。   With the above-described configuration, a negative electrode active material that can alleviate a volume change associated with insertion and extraction of lithium ions can be obtained, and an electric storage device having excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained. In the present invention, “substantially amorphous” means that the crystallinity is substantially 0%. Specifically, in powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays. Means that no crystalline diffraction line is detected.

本発明の蓄電デバイス用負極活物質は、粉末状であることが好ましい。   The negative electrode active material for an electricity storage device of the present invention is preferably in a powder form.

蓄電デバイス用負極活物質が粉末状であれば、比表面積を大きくして容量を高めることができる。   If the negative electrode active material for an electricity storage device is in powder form, the specific surface area can be increased to increase the capacity.

本発明の蓄電デバイス用負極活物質は、平均粒子径が0.1〜10μmかつ最大粒子径が75μm以下であることが好ましい。   The negative electrode active material for an electricity storage device of the present invention preferably has an average particle size of 0.1 to 10 μm and a maximum particle size of 75 μm or less.

また、本発明は前記蓄電デバイス用負極活物質を製造する方法であって、原料粉末を還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融してガラス化することを特徴とする。   The present invention is also a method for producing the negative electrode active material for an electricity storage device, wherein the raw material powder is melted and vitrified in a reducing atmosphere or an inert atmosphere.

当該方法によれば、負極活物質中のSnイオンの価数を低減することができるため、既述の理由から、初回充放電効率に優れた蓄電デバイスを得ることができる。   According to this method, since the valence of Sn ions in the negative electrode active material can be reduced, an electricity storage device having excellent initial charge / discharge efficiency can be obtained for the reasons already described.

本発明の製造方法で用いる原料粉末は、金属粉末または炭素粉末を含有することが好ましい。   The raw material powder used in the production method of the present invention preferably contains metal powder or carbon powder.

当該方法によれば、負極活物質中のSn成分を還元し、Snイオンの価数を低減することができる。よって、既述の理由から、初回充放電効率に優れた蓄電デバイスを得ることができる。   According to this method, the Sn component in the negative electrode active material can be reduced, and the valence of Sn ions can be reduced. Therefore, an electrical storage device having excellent initial charge / discharge efficiency can be obtained for the reasons already described.

本発明の製造方法で用いる原料粉末は、リンとスズを含む複合酸化物であることが好ましい。   The raw material powder used in the production method of the present invention is preferably a composite oxide containing phosphorus and tin.

出発原料粉末にリンとスズを含む複合酸化物を用いることにより、均質性に優れた負極材料を得られやすくなる。当該負極活物質を含有する負極材料を負極として用いることにより、放電容量が安定した蓄電デバイスが得られる。   By using a composite oxide containing phosphorus and tin as the starting raw material powder, a negative electrode material having excellent homogeneity can be easily obtained. By using the negative electrode material containing the negative electrode active material as a negative electrode, an electricity storage device having a stable discharge capacity can be obtained.

表2の実施例4の負極材料の粉末X線回折線プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the powder X-ray-diffraction line profile of the negative electrode material of Example 4 of Table 2. 表2の実施例4の負極材料の粉末X線回折線プロファイルに対し、直線フィットによりバックグラウンドを差し引く際のベースラインを示した図である。It is the figure which showed the base line at the time of subtracting a background by linear fitting with respect to the powder X-ray-diffraction line profile of the negative electrode material of Example 4 of Table 2. FIG. 表2の実施例4の負極材料について、バックグラウンドを差し引いた回折線プロファイルをピーク成分P1とP2でカーブフィッティングした図である。It is the figure which carried out curve fitting of the diffraction line profile which subtracted the background about the negative electrode material of Example 4 of Table 2 by peak component P1 and P2. 表5の実施例2の負極活物質について、0Vまで充電した際の回折線プロファイルからバックグラウンドを差し引いて得られたプロファイルを示した図である。It is the figure which showed the profile obtained by subtracting a background from the diffraction-line profile at the time of charging to 0V about the negative electrode active material of Example 2 of Table 5. FIG. 表5の実施例2の負極活物質について、1Vまで放電した際の回折線プロファイルからバックグラウンドを差し引いて得られたプロファイルを示した図である。It is the figure which showed the profile obtained by subtracting a background from the diffraction line profile at the time of discharging to 1V about the negative electrode active material of Example 2 of Table 5. FIG. 表7の実施例5の負極材料のSn原子の3d5/2軌道のXPSスペクトルと、金属Snの3d5/2軌道のXPSスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the XPS spectrum of 3d5 / 2 orbit of Sn atom of the negative electrode material of Example 5 of Table 7, and the 3D5 / 2 orbital of metal Sn.

本発明の第1の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、モル%表示で、SnO 70〜95%、P25 5〜30%(SnO 70%、P25 30%は含まない)の組成を含有する。組成をこのように限定した理由を以下に説明する。なお以下の記載において、特に断りがない限り「%」は「モル%」を示す。 The negative electrode active material for an electricity storage device according to the first embodiment of the present invention is expressed in mol%, and includes SnO 70 to 95%, P 2 O 5 5 to 30% (SnO 70% and P 2 O 5 30%). Not included). The reason for limiting the composition in this way will be described below. In the following description, “%” means “mol%” unless otherwise specified.

SnOは負極活物質中でリチウムイオンを吸蔵および放出するサイトとなる活物質成分である。SnOの含有量は70〜95%(70%は含まない)、70.1〜87%、70.5〜82%、特に71〜77%であることが好ましい。SnOの含有量が70%以下であると、負極活物質単位質量あたりの放電容量が小さくなる。また、初回充放電時の充放電効率が小さくなる。SnOの含有量が95%より多いと、負極活物質中の非晶質成分が少なくなって、充放電時のリチウムイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化を十分に緩和できずに充放電を繰り返した際に急速な容量低下を招くおそれがある。   SnO is an active material component that serves as a site for occluding and releasing lithium ions in the negative electrode active material. The SnO content is preferably 70 to 95% (70% not included), 70.1 to 87%, 70.5 to 82%, and particularly 71 to 77%. When the SnO content is 70% or less, the discharge capacity per unit mass of the negative electrode active material becomes small. Moreover, the charging / discharging efficiency at the time of first charge / discharge becomes small. When the content of SnO is more than 95%, the amorphous component in the negative electrode active material is reduced, and the volume change due to insertion and extraction of lithium ions during charging and discharging cannot be sufficiently relaxed, and charging and discharging are repeated. There is a risk of rapid capacity loss.

25はリチウムイオンの吸蔵および放出のサイトとなるSnOを包括するマトリックス成分であり、SnOがリチウムイオンを吸蔵および放出する際に伴う体積変化を緩和して充放電サイクル特性を向上させる作用がある。さらに、P25は網目形成酸化物であり、リチウムイオンが移動可能な固体電解質としての機能を果たす。P25の含有量は5〜30%(30%は含まない)、5〜29.2%、特に8〜29.5%であることが好ましい。P25の含有量が5%より少ないと、充放電時のリチウムイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化を緩和できず構造劣化を起こしやすくなる。そのため、サイクル性が非常に悪く急速な容量低下を招くおそれがある。P25の含有量が30%以上であると、負極活物質単位質量当たりの放電容量が低下する傾向がある。また、耐水性が悪化しやすく、長期間高温高湿に曝されると望まない異種結晶(例えば、SnHPO4など)が生じたり、水分が負極活物質内に含浸または吸着しやすくなる。その結果、非水二次電池内部で水が分解し、酸素放出による破裂や、リチウムと水との反応による発熱のため発火原因になるため安全性に劣る。 P 2 O 5 is a matrix component that includes SnO, which is a site for the insertion and release of lithium ions, and the effect of relaxing the volume change associated with the storage and release of lithium ions by SnO to improve the charge / discharge cycle characteristics. There is. Furthermore, P 2 O 5 is a network-forming oxide and functions as a solid electrolyte to which lithium ions can move. The content of P 2 O 5 is preferably 5 to 30% (not including 30%), 5 to 29.2%, and particularly preferably 8 to 29.5%. When the content of P 2 O 5 is less than 5%, the volume change associated with insertion and extraction of lithium ions during charge and discharge cannot be relaxed, and structural deterioration is likely to occur. Therefore, the cycle performance is very poor and there is a risk of causing a rapid capacity drop. When the content of P 2 O 5 is 30% or more, the discharge capacity per unit mass of the negative electrode active material tends to decrease. In addition, the water resistance is likely to deteriorate, and when exposed to high temperature and high humidity for a long time, undesired foreign crystals (for example, SnHPO 4 etc.) are formed, and moisture is easily impregnated or adsorbed in the negative electrode active material. As a result, water is decomposed inside the non-aqueous secondary battery, and it is inferior in safety because it causes explosion due to release of oxygen and heat generation due to reaction between lithium and water.

なお、SnOとP25の合量は80%以上、85%以上、特に87%以上であることが好ましい。SnOとP25の合量が80%より少ないと、サイクル特性と高容量の両立が困難となる。 The total amount of SnO and P 2 O 5 is preferably 80% or more, 85% or more, particularly 87% or more. If the total amount of SnO and P 2 O 5 is less than 80%, it becomes difficult to achieve both cycle characteristics and high capacity.

SnOとP25のモル比(SnO/P25)は、2.3〜19、2.3〜18、特に2.4〜17であることが好ましい。SnO/P25が2.3より小さいと、SnOにおけるSn原子がP25の配位の影響を受けやすく、Sn原子の価数が大きくなる傾向があり、結果として、初回充電効率が低下する傾向がある。SnO/P25が19より大きいと、繰り返し充放電時の放電容量の低下が大きくなりやすい。これは、負極活物質中のSnOに配位するP25が少なくなってP25成分がSnOを包括できず、結果として、リチウムイオンの吸蔵および放出に伴うSnOの体積変化が緩和できなくなり、構造劣化を引き起こすためであると考えられる。 The molar ratio of SnO to P 2 O 5 (SnO / P 2 O 5 ) is preferably 2.3 to 19, 2.3 to 18, and particularly preferably 2.4 to 17. When SnO / P 2 O 5 is smaller than 2.3, the Sn atom in SnO tends to be affected by the coordination of P 2 O 5 , and the valence of Sn atom tends to increase, resulting in the initial charge efficiency. Tends to decrease. If SnO / P 2 O 5 is greater than 19, the reduction in discharge capacity during repeated charge / discharge tends to increase. This is because the P 2 O 5 coordinated to SnO in the negative electrode active material is reduced and the P 2 O 5 component cannot contain SnO, and as a result, the volume change of SnO associated with insertion and extraction of lithium ions is mitigated. This is considered to be because it becomes impossible to cause structural deterioration.

また、本発明の効果を損なわない範囲で、上記成分に加えてさらに種々の成分を添加することができる。このような成分としては、例えばCuO、ZnO、B23、MgO、CaO、Al23、SiO2、R2O(RはLi、Na、KまたはCsを示す)などが挙げられる。上記成分の含有量は、合量で0〜20%、0〜15%、特に0.1〜13%であることが好ましい。 Further, various components can be added in addition to the above components within the range not impairing the effects of the present invention. Examples of such components include CuO, ZnO, B 2 O 3 , MgO, CaO, Al 2 O 3 , SiO 2 , R 2 O (R represents Li, Na, K, or Cs). The total content of the above components is preferably 0 to 20%, 0 to 15%, particularly preferably 0.1 to 13%.

第1の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、結晶化度が95%以下、80%以下、70%以下、50%以下、特に30%以下であることが好ましく、最も好ましくは実質的に非晶質からなる(結晶化度が実質的に0%である)ことが好ましい。SnOを高い割合で含有する負極活物質において、結晶化度が小さい(非晶質相の割合が大きい)ほど、繰り返し充放電時の体積変化を緩和できるため放電容量の低下抑制の観点から有利である。   The negative electrode active material for an electricity storage device according to the first embodiment preferably has a crystallinity of 95% or less, 80% or less, 70% or less, 50% or less, particularly 30% or less, most preferably substantially It is preferably amorphous (the crystallinity is substantially 0%). In a negative electrode active material containing SnO in a high proportion, the smaller the crystallinity (the larger the proportion of the amorphous phase), the more the volume change during repeated charging / discharging can be reduced, which is advantageous from the viewpoint of suppressing the reduction in discharge capacity. is there.

負極活物質の結晶化度は、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる2θ値で、10〜60°の回折線プロファイルにおいて、結晶性回折線と非晶ハローにピーク分離することで求められる。具体的には、回折線プロファイルからバックグラウンドを差し引いて得られた全散乱曲線から、10〜40°におけるブロードな回折線(非晶ハロー)をピーク分離して求めた積分強度をIa、10〜60°において検出される各結晶性回折線をピーク分離して求めた積分強度の総和をIcとした場合、結晶化度Xcは次式から求められる。   The degree of crystallinity of the negative electrode active material is a 2θ value obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays, and in a diffraction line profile of 10 to 60 °, the crystal diffraction line and the amorphous halo are separated into peaks. Desired. Specifically, the integrated intensities obtained by peak-separating a broad diffraction line (amorphous halo) at 10 to 40 ° from the total scattering curve obtained by subtracting the background from the diffraction line profile are Ia, 10 When the sum of integrated intensities obtained by peak-separating each crystalline diffraction line detected at 60 ° is Ic, the degree of crystallinity Xc is obtained from the following equation.

Xc=[Ic/(Ic+Ia)]×100     Xc = [Ic / (Ic + Ia)] × 100

第1の実施形態に係る負極活物質は、金属と酸化物の複合酸化物からなる相、または金属と金属の合金相を含有していてもよい。   The negative electrode active material according to the first embodiment may contain a phase composed of a complex oxide of metal and oxide, or an alloy phase of metal and metal.

なお、第1の実施形態に係る負極活物質を含有する負極材料を用いた非水二次電池等の蓄電デバイスを充放電した後は、当該負極材料はリチウム酸化物、Sn−Li合金または金属スズを含有する場合がある。   In addition, after charging / discharging electrical storage devices, such as a non-aqueous secondary battery using the negative electrode material containing the negative electrode active material which concerns on 1st Embodiment, the said negative electrode material is lithium oxide, a Sn-Li alloy, or a metal. May contain tin.

第1の実施形態に係る負極活物質は、例えば原料粉末を加熱溶融してガラス化することにより製造される。ここで、原料粉末の溶融は還元雰囲気または不活性雰囲気中で行うことが好ましい。   The negative electrode active material according to the first embodiment is manufactured, for example, by heating and melting raw material powder to vitrify it. Here, it is preferable to melt the raw material powder in a reducing atmosphere or an inert atmosphere.

Snを含む酸化物は、溶融条件によってSn原子の酸化状態が変わりやすく、電子の結合エネルギーが変化しやすい。還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融を行うことで、既述の通りSn原子の酸化状態の変化を抑制することができ、初回充放電効率に優れた二次電池を得ることが可能となる。   An oxide containing Sn is likely to change the oxidation state of Sn atoms depending on the melting condition, and the bond energy of electrons is likely to change. By performing melting in a reducing atmosphere or an inert atmosphere, the change in the oxidation state of Sn atoms can be suppressed as described above, and a secondary battery excellent in initial charge / discharge efficiency can be obtained.

還元雰囲気で溶融するには、溶融槽中へ還元性ガスを供給することが好ましい。還元性ガスとしては、体積%で、N2 90〜99.5%、H2 0.5〜10%、特にN2 92〜99%、H2 1〜8%の混合気体を用いることが好ましい。 In order to melt in a reducing atmosphere, it is preferable to supply a reducing gas into the melting tank. As the reducing gas, it is preferable to use a mixed gas of N 2 90 to 99.5% and H 2 0.5 to 10%, particularly N 2 92 to 99% and H 2 1 to 8% in volume%. .

不活性雰囲気で溶融する場合は、溶融槽中へ不活性ガスを供給することが好ましい。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれかを用いることが好ましい。   When melting in an inert atmosphere, it is preferable to supply an inert gas into the melting tank. As the inert gas, it is preferable to use any of nitrogen, argon, and helium.

また、第1の実施形態に係る負極活物質の製造方法において、出発原料粉末にリンとスズを含む複合酸化物を使用することが好ましい。出発原料粉末にリンとスズを含む複合酸化物を用いることにより、失透異物が少なく均質性に優れた負極活物質が得られやすくなる。当該負極活物質を含有する負極材料を負極として用いることにより、放電容量が安定した非水二次電池が得られる。リンとスズを含む複合酸化物としては、ピロリン酸第一錫(Sn227)が挙げられる。 In the method for producing a negative electrode active material according to the first embodiment, it is preferable to use a composite oxide containing phosphorus and tin as a starting material powder. By using a composite oxide containing phosphorus and tin for the starting raw material powder, a negative electrode active material with few devitrified foreign substances and excellent uniformity is easily obtained. By using the negative electrode material containing the negative electrode active material as a negative electrode, a nonaqueous secondary battery with a stable discharge capacity can be obtained. Examples of the composite oxide containing phosphorus and tin include stannous pyrophosphate (Sn 2 P 2 O 7 ).

本発明の第2の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、少なくともSnOとP25を含有し、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルにおいて2θ値で10〜45°に非晶質ハローを有し、当該範囲にて2θ値を22.5°に固定したピーク成分P1と22.5°より高角度側のピーク成分P2の二成分でカーブフィッティングした際に、P2のピーク頂点の位置が2θ値で25.0〜29.0°である。 The negative electrode active material for an electricity storage device according to the second embodiment of the present invention contains at least SnO and P 2 O 5 and has a 2θ value of 10 in a diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays. When curve fitting is performed with two components of a peak component P1 having an amorphous halo at ˜45 ° and a 2θ value fixed at 22.5 ° in the range, and a peak component P2 at a higher angle side than 22.5 ° In addition, the peak apex position of P2 is 25.0 to 29.0 ° in terms of 2θ.

ピーク成分P2の位置が2θ値で25.0°より小さいと、負極活物質中のSnイオンはリン酸ネットワークに存在する酸素原子の孤立電子対により、配位の影響を強く受けた状態で存在することになる。結果として、初回充電時において、負極活物質中のSn原子を金属Snに還元するのに要する電子、さらには電荷補償に要するリチウムイオンを過剰に必要とするため、初回充放電効率が著しく低下する。一方、ピーク成分P2のピーク位置が29.0°より大きいと、負極活物質中の酸化スズがリン酸ネットワークに十分に包括されておらず、主にSnO分子団で存在することを意味する。このため、繰り返し充放電した際に、負極活物質中で体積変化が局所的に起こり、リン酸ネットワークの骨格が破壊され構造を引き起こす。結果として、繰り返し充放電した際に放電容量が低下する傾向がある。ピーク成分P2のピーク位置の好ましい範囲は25.1〜28.8°、25.3〜28.5°、25.5〜28.3°、さらには25.7〜28.0°である。なお、ピーク成分P2のピーク位置は、負極活物質中のSnOとP25の比や溶融雰囲気を適宜調整することにより、上記範囲に規制することができる。 When the position of the peak component P2 is 2θ smaller than 25.0 °, the Sn ion in the negative electrode active material is strongly influenced by the coordination due to the lone pair of oxygen atoms present in the phosphate network. Will do. As a result, the initial charge / discharge efficiency is significantly reduced because the electrons required to reduce Sn atoms in the negative electrode active material to metal Sn and the lithium ions required for charge compensation are excessively required during the initial charge. . On the other hand, when the peak position of the peak component P2 is larger than 29.0 °, it means that the tin oxide in the negative electrode active material is not sufficiently included in the phosphate network and mainly exists in the SnO molecular group. For this reason, when charging / discharging repeatedly, a volume change occurs locally in the negative electrode active material, and the skeleton of the phosphate network is destroyed to cause a structure. As a result, there is a tendency that the discharge capacity decreases when charging and discharging are repeated. The preferable range of the peak position of the peak component P2 is 25.1 to 28.8 °, 25.3 to 28.5 °, 25.5 to 28.3 °, and further 25.7 to 28.0 °. The peak position of the peak component P2 can be regulated within the above range by appropriately adjusting the ratio of SnO and P 2 O 5 in the negative electrode active material and the melting atmosphere.

また、本発明の第2の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、別の形態として、少なくともSnOとP25を含有し、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルにおいて2θ値で10〜45°に非晶質ハローを有し、当該範囲にて2θ値を22.5°に固定したピーク成分P1と22.5°より高角度側のピーク成分P2の二成分でカーブフィッティングした際に、P1のピーク面積A1とP2のピーク面積A2が、A1/A2=0.01〜8の関係を満たす。 In another embodiment, the negative electrode active material for an electricity storage device according to the second embodiment of the present invention contains at least SnO and P 2 O 5 and is obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays. In the line profile, the 2θ value has an amorphous halo at 10 to 45 °, and the peak component P1 in which the 2θ value is fixed at 22.5 ° in the range and the peak component P2 on the higher angle side than 22.5 ° When curve fitting is performed with two components, the peak area A1 of P1 and the peak area A2 of P2 satisfy the relationship of A1 / A2 = 0.01-8.

ピーク面積比A1/A2が0.01より小さいと、鎖状のリン酸が負極活物質中にわずかにしか存在しておらず、鎖が切断され孤立したリン酸の状態で存在し、酸化スズがリン酸ネットワークにより十分に包括されていないことを意味する。このため、繰り返し充放電に伴う負極活物質の体積変化により、リン酸骨格が破壊されやすく、構造破壊を引き起こすおそれがある。結果として、繰り返し充放電した際に放電容量が低下する傾向がある。一方、ピーク面積比A1/A2が8より大きいと、負極活物質中のSnイオンが、リン酸ネットワークにおける酸素原子が有する孤立電子対によって、配位の影響を強く受けた状態で存在する。このため、初回充電時に負極活物質中のSn原子を金属Snに還元するのに要する電子、さらには電荷補償に要するリチウムイオンを過剰に必要とし、初回充放電効率が著しく低下する。ピーク面積比A1/A2の好ましい範囲は0.02〜7.5、0.1〜6.5、0.2〜5.5、さらには0.3〜4.5である。   When the peak area ratio A1 / A2 is smaller than 0.01, chain-like phosphoric acid is present only in the negative electrode active material, and the chain is cleaved and is present in an isolated phosphoric acid state. Is not well covered by the phosphate network. For this reason, the phosphoric acid skeleton is likely to be destroyed due to the volume change of the negative electrode active material due to repeated charge and discharge, which may cause structural destruction. As a result, there is a tendency that the discharge capacity decreases when charging and discharging are repeated. On the other hand, when the peak area ratio A1 / A2 is larger than 8, Sn ions in the negative electrode active material exist in a state in which they are strongly influenced by coordination by the lone electron pairs of oxygen atoms in the phosphate network. For this reason, the electrons required to reduce Sn atoms in the negative electrode active material to metal Sn at the time of the first charge, and further lithium ions required for charge compensation are required, and the initial charge / discharge efficiency is significantly reduced. The preferable ranges of the peak area ratio A1 / A2 are 0.02 to 7.5, 0.1 to 6.5, 0.2 to 5.5, and further 0.3 to 4.5.

なお、ピーク面積比A1/A2は、負極活物質中のSnOとP25の比や溶融雰囲気を適宜調整することにより、上記範囲に規制することができる。 The peak area ratio A1 / A2 can be regulated within the above range by appropriately adjusting the ratio of SnO to P 2 O 5 in the negative electrode active material and the melting atmosphere.

上記のように、第2の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、少なくとも組成としてSnOとP25を含有する。 As described above, the negative electrode active material for an electricity storage device according to the second embodiment contains SnO and P 2 O 5 at least as a composition.

SnOは負極材料中でリチウムイオンを吸蔵および放出するサイトとなる活物質成分である。SnOの含有量は、モル%で、45〜95%、50〜90%、特に55〜85%であることが好ましい。SnOの含有量が45%より少ないと、負極活物質単位質量当たりの容量が小さくなる。SnOの含有量が95%より多いと、負極活物質中の非晶質成分が少なくなるため、充放電時のリチウムイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化を緩和できずに、急速な放電容量の低下を招くおそれがある。なお、本発明においてSnO成分含有量は、SnO以外の酸化スズ成分(SnO2等)もSnOに換算して合算したものを指す。 SnO is an active material component that becomes a site for inserting and extracting lithium ions in the negative electrode material. The content of SnO is preferably 45 to 95%, 50 to 90%, particularly 55 to 85% in terms of mol%. When the content of SnO is less than 45%, the capacity per unit mass of the negative electrode active material becomes small. If the content of SnO is more than 95%, the amorphous component in the negative electrode active material decreases, so that the volume change associated with insertion and extraction of lithium ions during charge and discharge cannot be mitigated, and rapid discharge capacity is reduced. There is a risk of lowering. Incidentally, SnO ingredient content in the present invention, the tin oxide component other than SnO (SnO 2, etc.) also refers to that summed in terms of SnO.

25は網目形成酸化物であり、SnOのリチウムイオンの吸蔵および放出サイトを包括し、リチウムイオンが移動可能な固体電解質としての機能を果たす。P25の含有量は、モル%で、5〜55%、10〜50%、特に15〜45%であることが好ましい。P25の含有量が5%より少ないと、充放電時のリチウムイオンの吸蔵および放出に伴うSnOの体積変化を緩和できず構造劣化を起こすため、繰り返し充放電時の放電容量の低下が大きくなりやすい。P25の含有量が55%より多いと、Sn原子とともに安定な結晶(例えばSnP27)を形成しやすく、鎖状P25における酸素原子が有する孤立電子対によるSn原子への配位結合の影響がより強い状態になる。結果として、ピーク成分P2のピーク位置が低角度側にシフトするため、初回充放電効率が低下する傾向がある。 P 2 O 5 is a network-forming oxide, covers the lithium ion storage and release sites of SnO, and functions as a solid electrolyte to which lithium ions can move. Content of P 2 O 5, in mole percent, from 5 to 55%, 10-50%, particularly preferably 15% to 45%. If the content of P 2 O 5 is less than 5%, the volume change of SnO associated with insertion and extraction of lithium ions during charge / discharge cannot be alleviated, resulting in structural deterioration. Easy to grow. When the content of P 2 O 5 is more than 55%, it is easy to form a stable crystal (for example, SnP 2 O 7 ) together with Sn atoms, and Sn atoms due to lone pair of electrons in the chain P 2 O 5 The effect of the coordination bond of is more intense. As a result, since the peak position of the peak component P2 shifts to the low angle side, the initial charge / discharge efficiency tends to decrease.

SnOとP25のモル比(SnO/P25)は、0.8〜19、1〜18、特に1.2〜17であることが好ましい。SnO/P25が0.8より小さいと、SnOにおけるSn原子がP25の配位の影響を受けやすくなり、ピーク成分P2のピーク位置が低角度側にシフトするため初回充放電効率が低下する傾向がある。一方、SnO/P25が19より大きいと、繰り返し充放電した際に放電容量が低下しやすくなる。これは、負極活物質中のSnOに配位するP25が少なくなってP25がSnOを十分に包括できず、結果として、リチウムイオンの吸蔵および放出に伴うSnOの体積変化を緩和できなくなり、構造劣化を引き起こすためであると考えられる。 The molar ratio of SnO to P 2 O 5 (SnO / P 2 O 5 ) is preferably 0.8 to 19, 1 to 18, and particularly preferably 1.2 to 17. When SnO / P 2 O 5 is smaller than 0.8, Sn atoms in SnO are easily affected by the coordination of P 2 O 5 , and the peak position of peak component P2 is shifted to the lower angle side, so that the first charge / discharge is performed. Efficiency tends to decrease. On the other hand, if SnO / P 2 O 5 is greater than 19, the discharge capacity tends to decrease when charging and discharging are repeated. This is because P 2 O 5 coordinated to SnO in the negative electrode active material decreases and P 2 O 5 cannot sufficiently contain SnO. As a result, the volume change of SnO due to insertion and extraction of lithium ions This is thought to be due to the fact that the structure cannot be relaxed and structural deterioration occurs.

また、第2の実施形態に係る負極活物質には、上記成分に加えて、さらに種々の成分を添加することができる。例えば、CuO、ZnO、B23、MgO、CaO、Al23、SiO2、R2O(RはLi、Na、KまたはCsを示す)を合量で0〜20%、0〜10%、特に0〜7%含有することができる。20%より多いとガラス化し易くなるが、リン酸ネットワークが切断され易くなる。結果的に、繰り返し充放電した際に放電容量が低下する傾向がある。また、A1が減少しピーク面積比A1/A2が小さくなるためサイクル特性が悪化する。 In addition to the above components, various components can be further added to the negative electrode active material according to the second embodiment. For example, CuO, ZnO, B 2 O 3 , MgO, CaO, Al 2 O 3 , SiO 2 , R 2 O (R represents Li, Na, K or Cs) in a total amount of 0 to 20%, 0 to It can contain 10%, especially 0-7%. If it exceeds 20%, vitrification tends to occur, but the phosphate network tends to be cut. As a result, the discharge capacity tends to decrease when the battery is repeatedly charged and discharged. Moreover, since A1 decreases and the peak area ratio A1 / A2 decreases, the cycle characteristics deteriorate.

第2の実施形態に係る負極活物質は、例えば複数の酸化物成分を組成として含有する非晶質および/または結晶質からなる。この負極活物質は、結晶化度が95%以下、80%以下、70%以下、50%以下、特に30%であることが好ましく、最も好ましくは実質的に非晶質であることが好ましい。SnOを高い割合で含有する負極活物質において、結晶化度が小さい(非晶質相の割合が大きい)ほど、繰り返し充放電時の体積変化を緩和でき放電容量の低下抑制の観点から有利である。   The negative electrode active material according to the second embodiment is made of, for example, amorphous and / or crystalline material containing a plurality of oxide components as a composition. The negative electrode active material preferably has a crystallinity of 95% or less, 80% or less, 70% or less, 50% or less, particularly 30%, and most preferably substantially amorphous. In a negative electrode active material containing SnO in a high proportion, the smaller the degree of crystallinity (the larger the proportion of the amorphous phase), the more the volume change during repeated charge / discharge can be reduced, which is advantageous from the viewpoint of suppressing the reduction in discharge capacity. .

負極活物質の結晶化度は、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる2θ値で10〜60°の回折線プロファイルにおいて、結晶性回折線と非晶質ハローにピーク分離することで求められる。具体的には、回折線プロファイルからバックグラウンドを差し引いて得られた全散乱曲線から、10〜45°におけるブロードな回折線(非晶質ハロー)をピーク分離して求めた積分強度をIa、10〜60°において検出される各結晶性回折線をピーク分離して求めた積分強度の総和をIcとした場合、結晶化度Xcは次式から求められる。   The degree of crystallinity of the negative electrode active material is determined by separating the peak into a crystalline diffraction line and an amorphous halo in a diffraction line profile of 10 to 60 ° with 2θ values obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays. Desired. Specifically, the integrated intensity obtained by peak-separating a broad diffraction line (amorphous halo) at 10 to 45 ° from the total scattering curve obtained by subtracting the background from the diffraction line profile is Ia, 10 When the total integrated intensity obtained by peak separation of each crystalline diffraction line detected at ˜60 ° is Ic, the crystallinity Xc can be obtained from the following equation.

Xc=[Ic/(Ic+Ia)]×100(%)     Xc = [Ic / (Ic + Ia)] × 100 (%)

第2の実施形態に係る負極活物質は、金属と酸化物の複合酸化物からなる相または金属と金属の合金相を含有していてもよい。   The negative electrode active material according to the second embodiment may contain a phase composed of a complex oxide of a metal and an oxide or an alloy phase of a metal and a metal.

なお、第2の実施形態に係る負極活物質を含有する負極材料を用いた非水二次電池等の蓄電デバイスを充放電した後は、当該負極材料はリチウム酸化物、Sn−Li合金または金属スズを含有する場合がある。   In addition, after charging / discharging electrical storage devices, such as a non-aqueous secondary battery using the negative electrode material containing the negative electrode active material which concerns on 2nd Embodiment, the said negative electrode material is a lithium oxide, Sn-Li alloy, or a metal. May contain tin.

第2の実施形態に係る負極活物質は、例えば原料粉末を加熱溶融してガラス化することにより製造される。ここで、原料粉末の溶融は還元雰囲気または不活性雰囲気中で行うことが好ましい。   The negative electrode active material according to the second embodiment is produced, for example, by heating and melting raw material powder to vitrify it. Here, it is preferable to melt the raw material powder in a reducing atmosphere or an inert atmosphere.

Snを含む酸化物は、溶融条件によってSn原子の酸化状態が変わりやすく、大気中で溶融した場合、望まないSnO2の結晶が融液表面や融液中に形成され、結果、初回充放電効率の低下とサイクル特性の悪化を招く。しかし、還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融を行うことで、負極活物質中のSnイオンの価数の増加を抑制することができる。結果として、望まないSnO2やSnP27などの結晶形成を抑制でき、初回充放電効率およびサイクル特性に優れた二次電池等の蓄電デバイスを得ることが可能となる。 An oxide containing Sn is likely to change the oxidation state of Sn atoms depending on the melting conditions, and when melted in the atmosphere, undesired SnO 2 crystals are formed on the surface of the melt or in the melt, resulting in the initial charge / discharge efficiency. Lowers the cycle characteristics and deteriorates the cycle characteristics. However, an increase in the valence of Sn ions in the negative electrode active material can be suppressed by melting in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. As a result, it is possible to suppress the formation of undesired crystals such as SnO 2 and SnP 2 O 7 and to obtain a power storage device such as a secondary battery excellent in initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics.

還元雰囲気で溶融するには、溶融槽中へ還元性ガスを供給することが好ましい。還元性ガスとしては、体積%で、N2 90〜99.5%、H2 0.5〜10%、特にN2 92〜99%、H2が1〜8%の混合気体を用いることが好ましい。 In order to melt in a reducing atmosphere, it is preferable to supply a reducing gas into the melting tank. The reducing gas, by volume%, N 2 90~99.5%, H 2 0.5~10%, in particular N 2 92~99%, H 2 is be used from 1 to 8% of the mixed gas preferable.

不活性雰囲気で溶融する場合は、溶融槽中へ不活性ガスを供給することが好ましい。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれかを用いることが好ましい。   When melting in an inert atmosphere, it is preferable to supply an inert gas into the melting tank. As the inert gas, it is preferable to use any of nitrogen, argon, and helium.

還元性ガスまたは不活性ガスは、溶融槽において溶融ガラスの上部雰囲気に供給してもよいし、バブリングノズルから溶融ガラス中に直接供給してもよく、両手法を同時に行ってもよい。   The reducing gas or the inert gas may be supplied to the upper atmosphere of the molten glass in the melting tank, may be supplied directly from the bubbling nozzle into the molten glass, or both methods may be performed simultaneously.

また、溶融温度は500℃〜1300℃であることが好ましい。溶融温度が1300℃より高いと、負極活物質中のリン酸ネットワークが切断されやすくなる。また、孤立したリン酸と酸化スズとが結晶を形成したり、リン酸ネットワークに包括されなかったSnO成分が金属SnとSnO2結晶に分解し、初回充放電効率およびサイクル特性が低下する傾向がある。一方、溶融温度が500℃より低いと、均質な非晶質材料を得ることが困難となる。 The melting temperature is preferably 500 ° C to 1300 ° C. When the melting temperature is higher than 1300 ° C., the phosphoric acid network in the negative electrode active material is easily cut. In addition, isolated phosphoric acid and tin oxide form crystals, or SnO components not included in the phosphoric acid network tend to decompose into metallic Sn and SnO 2 crystals, leading to a decrease in initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics. is there. On the other hand, when the melting temperature is lower than 500 ° C., it is difficult to obtain a homogeneous amorphous material.

また、上記の製造方法において、出発原料粉末には、リンとスズを含む複合酸化物を使用することが好ましい。出発原料粉末にリンとスズを含む複合酸化物を用いることにより、失透異物が少なく均質性に優れた負極活物質が得られやすくなる。当該負極活物質を含有する負極材料を負極として用いることにより、放電容量が安定した蓄電デバイスが得られる。リンとスズを含む複合酸化物としては、ピロリン酸第一錫(Sn227)が挙げられる。 In the above production method, it is preferable to use a composite oxide containing phosphorus and tin as the starting material powder. By using a composite oxide containing phosphorus and tin for the starting raw material powder, a negative electrode active material with few devitrified foreign substances and excellent uniformity is easily obtained. By using the negative electrode material containing the negative electrode active material as a negative electrode, an electricity storage device having a stable discharge capacity can be obtained. Examples of the composite oxide containing phosphorus and tin include stannous pyrophosphate (Sn 2 P 2 O 7 ).

本発明の第3の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、充電完了時において、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルの2θ値30〜50°の範囲および/または2θ値10〜30°の範囲に検出される回折線ピークの半価幅は0.5°以上であり、0.6°以上、0.7°以上、0.8°以上、0.9°以上、特に1°以上であることが好ましい。回折線ピークの半価幅が0.5°より小さいと、負極活物質中のLiySn合金結晶の結晶子サイズが大きく、サブミクロン(概ね100nm以上)の粒子を形成していることを表している。このため、放電反応に伴うLiイオンの放出の際に、負極活物質内で局所的に大きな体積収縮が起こり、負極活物質自体に亀裂が生じやすく、繰り返し充放電した際には活物質自体の微粉化や電極からの剥離が起こり、結果として、サイクル特性が低下する傾向がある。なお、回折線ピークの半価幅の上限は特に制限されないが、現実的には15°以下、14°以下、13.5°以下、13°以下、12.5°以下、特に12°以下であることが好ましい。回折線ピークの半価幅が15°より大きいと、負極活物質内に形成されたLiySn合金結晶の量が少ないことを意味し、結果的に容量が小さくなる傾向にある。 The negative electrode active material for an electricity storage device according to the third embodiment of the present invention has a 2θ value in the range of 30 to 50 ° of the diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays at the completion of charging, and / or Alternatively, the half width of the diffraction line peak detected in the range of 2θ value of 10 to 30 ° is 0.5 ° or more, 0.6 ° or more, 0.7 ° or more, 0.8 ° or more, 0.9 It is preferably at least 1 °, particularly at least 1 °. When the half width of the diffraction line peak is smaller than 0.5 °, the crystallite size of the Li y Sn alloy crystal in the negative electrode active material is large, indicating that submicron (approximately 100 nm or more) particles are formed. ing. For this reason, when Li ions are released due to a discharge reaction, a large volume shrinkage occurs locally in the negative electrode active material, and the negative electrode active material itself is easily cracked. Micronization and peeling from the electrode occur, and as a result, the cycle characteristics tend to deteriorate. The upper limit of the half width of the diffraction line peak is not particularly limited, but in reality, it is 15 ° or less, 14 ° or less, 13.5 ° or less, 13 ° or less, 12.5 ° or less, particularly 12 ° or less. Preferably there is. When the half width of the diffraction line peak is larger than 15 °, it means that the amount of Li y Sn alloy crystal formed in the negative electrode active material is small, and as a result, the capacity tends to be small.

また、第3の実施形態に係る負極活物質は、放電完了時において、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルの2θ値15〜40°の範囲に検出される回折線ピークの半価幅が0.1°以上であり、0.12°以上、0.15°以上、0.2°以上、0.3°以上、特に0.5°以上であることが好ましい。回折線ピークの半価幅が0.1°より大きいと、負極活物質中の金属Sn結晶の結晶子サイズがサブミクロンの粒子であることを表す。このため、充電反応によりLiイオンを吸蔵した際に、局所的に大きな体積膨張が起こり、活物質自体に亀裂の発生や、微粉化、電極からの剥離が起こりやすくなり、結果として、サイクル特性が低下する傾向がある。回折線ピークの半価幅の上限は特に制限されないが、現実的には15°以下、14°以下、13°以下、12.5°以下、12°以下、特に11°以下であることが好ましい。回折線ピークの半価幅が15°より大きいと、負極活物質中に形成された金属Snの量が少ないことを表し、結果的に容量が小さくなる傾向にある。   In addition, the negative electrode active material according to the third embodiment has a diffraction line detected in the range of 2θ value of 15 to 40 ° of the diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα ray at the completion of discharge. The half width of the peak is 0.1 ° or more, preferably 0.12 ° or more, 0.15 ° or more, 0.2 ° or more, 0.3 ° or more, and particularly preferably 0.5 ° or more. When the half width of the diffraction line peak is larger than 0.1 °, it indicates that the crystallite size of the metal Sn crystal in the negative electrode active material is a particle of submicron. For this reason, when Li ions are occluded by a charging reaction, a large volume expansion occurs locally, and the active material itself is easily cracked, pulverized, and peeled off from the electrode. There is a tendency to decrease. The upper limit of the half-value width of the diffraction line peak is not particularly limited, but in reality, it is preferably 15 ° or less, 14 ° or less, 13 ° or less, 12.5 ° or less, 12 ° or less, particularly 11 ° or less. . When the half width of the diffraction line peak is greater than 15 °, it indicates that the amount of metal Sn formed in the negative electrode active material is small, and as a result, the capacity tends to be small.

第3の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、放電完了時において、酸化物換算のモル%表示で、組成としてSnO 10〜70% Li2O 20〜70% P25 2〜40%を含有することが好ましい。各成分の含有量をこのように規定した理由を以下に説明する。 When the discharge is completed, the negative electrode active material for an electricity storage device according to the third embodiment is represented by mol% in terms of oxide, and the composition is SnO 10 to 70% Li 2 O 20 to 70% P 2 O 5 2 to 40 % Is preferably contained. The reason why the content of each component is defined in this way will be described below.

SnOは負極活物質中でLiイオンを吸蔵および放出するサイトとなる活物質成分である。SnOの含有量は10〜70%、12〜68%、14〜66%、特に16〜64%であることが好ましい。SnOの含有量が10%より少ないと、負極活物質単位質量当たりの容量が小さくなる。SnOの含有量が70%より多いと、負極活物質中の非晶質成分が少なくなるため、充放電時のLiイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化を緩和できずに、放電容量が急速に低下するおそれがある。   SnO is an active material component that serves as a site for occluding and releasing Li ions in the negative electrode active material. The SnO content is preferably 10 to 70%, 12 to 68%, 14 to 66%, particularly preferably 16 to 64%. When the content of SnO is less than 10%, the capacity per unit mass of the negative electrode active material becomes small. When the content of SnO is more than 70%, the amorphous component in the negative electrode active material is reduced, so that the volume change associated with insertion and extraction of Li ions during charge / discharge cannot be reduced, and the discharge capacity rapidly increases. May decrease.

Li2Oは負極活物質のLiイオン伝導性を向上させる役割がある。Li2Oの含有量は20〜70%、22〜68%、24%〜66%、特に25%〜65%であることが好ましい。Li2Oの含有量が20%より少ないと、Liイオン伝導性が低下し放電容量が低下するおそれがある。Li2Oの含有量が70%より多いと、Sn−Li合金あるいはSn金属粒子のサイズが大きくなり、サイクル特性が低下するおそれがある。 Li 2 O has a role of improving Li ion conductivity of the negative electrode active material. The content of Li 2 O is preferably 20 to 70%, 22 to 68%, 24% to 66%, particularly preferably 25% to 65%. If the content of Li 2 O is less than 20%, the Li ion conductivity may decrease and the discharge capacity may decrease. When the content of Li 2 O is more than 70%, the size of the Sn—Li alloy or Sn metal particles increases, and the cycle characteristics may be deteriorated.

25は網目形成酸化物であり、SnO成分のLiイオンの吸蔵および放出サイトを包括し、Liイオンが移動可能な固体電解質としての機能を果たす。P25の含有量は2〜40%、3〜38%、4〜36%、特に5〜35%であることが好ましい。P25の含有量が2%より少ないと、充放電時のLiイオンの吸蔵および放出に伴うSnO成分の体積変化を緩和できず構造劣化を起こすため、繰り返し充放電時に放電容量が低下しやすくなる。P25の含有量が40%より多いと、負極活物質単位質量当たりの放電容量が低下する傾向がある。また、耐水性が悪化しやすく、長期間高温高湿に曝されると望まない異種結晶(例えば、SnHPO4など)が生じたり、水分が負極活物質内に含浸または吸着しやすくなる。その結果、蓄電デバイス内部で水が分解し、酸素放出による破裂や、リチウムと水との反応による発熱のため発火原因になるため安全性に劣る。 P 2 O 5 is a network-forming oxide, covers the sites of insertion and release of Li ions of the SnO component, and functions as a solid electrolyte to which Li ions can move. The content of P 2 O 5 is preferably 2 to 40%, 3 to 38%, 4 to 36%, particularly preferably 5 to 35%. If the content of P 2 O 5 is less than 2%, the volume change of the SnO component accompanying the absorption and release of Li ions during charge / discharge cannot be alleviated, resulting in structural deterioration. Therefore, the discharge capacity decreases during repeated charge / discharge. It becomes easy. When the content of P 2 O 5 is more than 40%, the discharge capacity per unit mass of the negative electrode active material tends to decrease. In addition, the water resistance is likely to deteriorate, and when exposed to high temperature and high humidity for a long time, undesired foreign crystals (for example, SnHPO 4 etc.) are formed, and moisture is easily impregnated or adsorbed in the negative electrode active material. As a result, water is decomposed inside the electricity storage device, and it is inferior in safety because it causes explosion due to release of oxygen and heat generation due to reaction between lithium and water.

第3の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、初回充電前(電池組み込み時)に少なくとも組成としてSnOとP25を含有する材料からなる。これらの成分の含有量は、例えばSnO 45〜95%、P25 5〜55%の範囲で調整される。 The negative electrode active material for an electricity storage device according to the third embodiment is made of a material containing at least SnO and P 2 O 5 as a composition before the first charge (when the battery is incorporated). The content of these components, for example, SnO 45 to 95%, is adjusted in a range of P 2 O 5 5~55%.

SnOは負極活物質中でLiイオンを吸蔵および放出するサイトとなる活物質成分である。SnOの含有量は、モル%で、45〜95%、50〜90%、特に55〜85%であることが好ましい。SnOの含有量が45%より少ないと、負極活物質単位質量当たりの容量が小さくなる。SnOの含有量が95%より多いと、負極活物質中の非晶質成分が少なくなるため、充放電時のLiイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化を緩和できずに、急速な放電容量の低下を招くおそれがある。   SnO is an active material component that serves as a site for occluding and releasing Li ions in the negative electrode active material. The content of SnO is preferably 45 to 95%, 50 to 90%, particularly 55 to 85% in terms of mol%. When the content of SnO is less than 45%, the capacity per unit mass of the negative electrode active material becomes small. If the content of SnO is more than 95%, the amorphous component in the negative electrode active material decreases, so that the volume change associated with insertion and extraction of Li ions during charge and discharge cannot be mitigated, and rapid discharge capacity is reduced. There is a risk of lowering.

25は網目形成酸化物であり、SnOのLiイオンの吸蔵および放出サイトを包括し、Liイオンが移動可能な固体電解質としての機能を果たす。P25の含有量は、モル%で、5〜55%、10〜50%、特に15〜45%であることが好ましい。P25の含有量が5%より少ないと、充放電時のLiイオンの吸蔵および放出に伴うSnOの体積変化を緩和できず構造劣化を起こすため、繰り返し充放電時の放電容量の低下が大きくなりやすい。P25の含有量が55%より多いと、Sn原子とともに安定な結晶(例えばSnP27)を形成しやすく、鎖状P25における酸素原子が有する孤立電子対によるSn原子への配位結合の影響がより強い状態になる。結果として、初回充放電効率が低下する傾向がある。 P 2 O 5 is a network-forming oxide, covers the storage and release sites of SnO Li ions, and functions as a solid electrolyte to which Li ions can move. Content of P 2 O 5, in mole percent, from 5 to 55%, 10-50%, particularly preferably 15% to 45%. If the content of P 2 O 5 is less than 5%, the change in volume of SnO associated with insertion and extraction of Li ions during charge / discharge cannot be alleviated, resulting in structural deterioration, resulting in a decrease in discharge capacity during repeated charge / discharge. Easy to grow. When the content of P 2 O 5 is more than 55%, it is easy to form a stable crystal (for example, SnP 2 O 7 ) together with Sn atoms, and Sn atoms due to lone pair of electrons in the chain P 2 O 5 The effect of the coordination bond of is more intense. As a result, the initial charge / discharge efficiency tends to decrease.

負極活物質中のSnOとP25のモル比(SnO/P25)は、0.8〜19、1〜18、特に1.2〜17であることが好ましい。SnO/P25が0.8より小さいと、SnOにおけるSn原子がP25の配位の影響を受けやすくなり、初回充放電効率が低下する傾向がある。一方、SnO/P25が19より大きいと、繰り返し充放電した際に放電容量が低下しやすくなる。これは、負極活物質中のSnOに配位するP25が少なくなってP25がSnOを十分に包括できず、結果として、Liイオンの吸蔵および放出に伴うSnOの体積変化を緩和できなくなり、構造劣化を引き起こすためであると考えられる。 The molar ratio of SnO to P 2 O 5 (SnO / P 2 O 5 ) in the negative electrode active material is preferably 0.8 to 19, 1 to 18, particularly 1.2 to 17. When SnO / P 2 O 5 is smaller than 0.8, Sn atoms in SnO are easily affected by the coordination of P 2 O 5 , and the initial charge / discharge efficiency tends to be reduced. On the other hand, if SnO / P 2 O 5 is greater than 19, the discharge capacity tends to decrease when charging and discharging are repeated. This is because P 2 O 5 coordinated with SnO in the negative electrode active material is reduced and P 2 O 5 cannot sufficiently contain SnO. As a result, the volume change of SnO due to insertion and extraction of Li ions is caused. This is thought to be due to the fact that the structure cannot be relaxed and structural deterioration occurs.

また、第3の実施形態に係る負極活物質(蓄電デバイスへの組み込み時)には、上記成分に加えてさらに種々の成分を添加することができる。例えば、CuO、ZnO、B23、MgO、CaO、Al23、SiO2、R2O(RはLi、Na、KまたはCsを示す)を合量で0〜20%、0〜10%、特に0〜7%含有することが好ましい。20%より多いとガラス化しやすくなるが、リン酸ネットワークが切断されやすくなる。結果的にサイクル特性が悪化する。 Moreover, in addition to the said component, a various component can be further added to the negative electrode active material (at the time of incorporating in an electrical storage device) which concerns on 3rd Embodiment. For example, CuO, ZnO, B 2 O 3 , MgO, CaO, Al 2 O 3 , SiO 2 , R 2 O (R represents Li, Na, K or Cs) in a total amount of 0 to 20%, 0 to It is preferable to contain 10%, especially 0 to 7%. If it exceeds 20%, vitrification tends to occur, but the phosphate network tends to be cut. As a result, the cycle characteristics deteriorate.

第3の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、例えば原料粉末を500〜1300℃で加熱溶融してガラス化することにより製造される。ここで、原料粉末の溶融は還元雰囲気または不活性雰囲気中で行うことが好ましい。   The negative electrode active material for an electricity storage device according to the third embodiment is manufactured, for example, by heating and melting raw material powder at 500 to 1300 ° C. to vitrify it. Here, it is preferable to melt the raw material powder in a reducing atmosphere or an inert atmosphere.

Snを含む酸化物は、溶融条件によってSn原子の酸化状態が変わりやすく、大気中で溶融した場合、望まないSnO2の結晶が融液表面や融液中に形成され、結果、初回充放電効率の低下とサイクル特性の悪化を招く。しかし、還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融を行うことで、負極活物質中のSnイオンの価数の増加を抑制することができる。結果として、望まないSnO2やSnP27などの結晶形成を抑制でき、初回充放電効率およびサイクル特性に優れた二次電池を得ることが可能となる。 An oxide containing Sn is likely to change the oxidation state of Sn atoms depending on the melting conditions, and when melted in the atmosphere, undesired SnO 2 crystals are formed on the surface of the melt or in the melt, resulting in the initial charge / discharge efficiency. Lowers the cycle characteristics and deteriorates the cycle characteristics. However, an increase in the valence of Sn ions in the negative electrode active material can be suppressed by melting in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. As a result, it is possible to suppress the formation of unwanted crystals such as SnO 2 and SnP 2 O 7 and to obtain a secondary battery excellent in initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics.

また、上記の製造方法において、出発原料粉末には、リンとスズを含む複合酸化物を使用することが好ましい。出発原料粉末にリンとスズを含む複合酸化物を用いることにより、失透異物が少なく均質性に優れた負極活物質を得られやすくなる。当該負極活物質を含有する負極材料を電極に用いることにより、放電容量が安定した蓄電デバイスが得られる。リンとスズを含む複合酸化物としては、ピロリン酸第一錫(Sn227)が挙げられる。 In the above production method, it is preferable to use a composite oxide containing phosphorus and tin as the starting material powder. By using a composite oxide containing phosphorus and tin as the starting raw material powder, it is easy to obtain a negative electrode active material with few devitrified foreign substances and excellent uniformity. By using the negative electrode material containing the negative electrode active material for the electrode, an electricity storage device having a stable discharge capacity can be obtained. Examples of the composite oxide containing phosphorus and tin include stannous pyrophosphate (Sn 2 P 2 O 7 ).

尚、非水二次電池等の蓄電デバイスの負極は、以上に説明した実施形態の負極活物質を含有する負極材料を用いて形成する。この負極材料は、具体的には、負極活物質に対して、熱硬化性樹脂等のバインダーや、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、高導電性カーボンブラック、グラファイト等の導電助剤を添加してなる。   In addition, the negative electrode of electrical storage devices, such as a nonaqueous secondary battery, is formed using the negative electrode material containing the negative electrode active material of embodiment described above. Specifically, the negative electrode material is obtained by adding a binder such as a thermosetting resin or a conductive auxiliary agent such as acetylene black, ketjen black, highly conductive carbon black, or graphite to the negative electrode active material. .

本発明の第4の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、当該負極活物質中のSn原子のSn3d5/2軌道における電子の結合エネルギー値Plと、金属SnのSn3d5/2軌道における電子の結合エネルギー値Pmの差(Pl−Pm)が0.01〜3.5eVである。(Pl−Pm)が0.01eVより小さいと、Sn原子は他の原子とほとんど結合を形成しておらず、金属Snに近い構造で存在することを意味する。負極活物質内でSn原子が金属Snに近い状態であると、Sn成分が凝集体として負極活物質内で存在しやすくなる。このような状態にあると、繰り返し充放電した際に、リチウムイオンの吸蔵および放出が局所的に起こるため著しい体積変化を緩和できず、構造が破壊されやすい。結果として、繰り返し使用した際に放電容量が大きく低下する傾向がある。一方、(Pl−Pm)が3.5eVを超えると、初回の充電時において負極材料中のSn原子を金属Snに還元するのに要する電子を、さらには電荷補償としてリチウムイオンを過剰に必要とするため、初回充放電効率が著しく低下する。前記結合エネルギー差(Pl−Pm)の好ましい範囲は0.05〜3.4eV、0.1〜3.35eV、さらには0.12〜3.3eVである。 The fourth negative active material for a power storage device according to an embodiment of the present invention, the electron binding energy value Pl in Sn3d 5/2 orbit of Sn atom of the negative electrode active material in, in Sn3d 5/2 orbital of the metal Sn The difference (Pl−Pm) in the electron binding energy value Pm is 0.01 to 3.5 eV. When (Pl-Pm) is smaller than 0.01 eV, it means that Sn atoms hardly form bonds with other atoms and exist in a structure close to metal Sn. When the Sn atom is close to the metal Sn in the negative electrode active material, the Sn component tends to exist in the negative electrode active material as an aggregate. In such a state, when charging and discharging are repeated, insertion and extraction of lithium ions occur locally, so that a significant volume change cannot be mitigated and the structure is easily destroyed. As a result, there is a tendency that the discharge capacity is greatly reduced when repeatedly used. On the other hand, if (Pl-Pm) exceeds 3.5 eV, the electrons required to reduce Sn atoms in the negative electrode material to metal Sn at the time of the first charge, and more lithium ions as charge compensation are required. Therefore, the initial charge / discharge efficiency is significantly reduced. A preferable range of the bond energy difference (Pl-Pm) is 0.05 to 3.4 eV, 0.1 to 3.35 eV, and further 0.12 to 3.3 eV.

第4の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、少なくとも組成としてSnOを含有する。SnOは負極活物質中でリチウムイオンを吸蔵および放出するサイトとなる活物質成分である。SnOの含有量は、モル%で、45〜95%、50〜90%、特に55〜85%であることが好ましい。SnOの含有量が45%より少ないと、負極活物質単位質量当たりの容量が小さくなる。SnOの含有量が95%より多いと、負極活物質中の非晶質成分が少なくなるため、充放電時のリチウムイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化を緩和できずに、急速な放電容量の低下を招くおそれがある。   The negative electrode active material for an electricity storage device according to the fourth embodiment contains at least SnO as a composition. SnO is an active material component that serves as a site for occluding and releasing lithium ions in the negative electrode active material. The content of SnO is preferably 45 to 95%, 50 to 90%, particularly 55 to 85% in terms of mol%. When the content of SnO is less than 45%, the capacity per unit mass of the negative electrode active material becomes small. If the content of SnO is more than 95%, the amorphous component in the negative electrode active material decreases, so that the volume change associated with insertion and extraction of lithium ions during charge and discharge cannot be mitigated, and rapid discharge capacity is reduced. There is a risk of lowering.

上記の負極活物質を構成する成分としては、SnOのほかにP25が挙げられる。P25は網目形成酸化物であり、SnOのリチウムイオンの吸蔵および放出サイトを包括し、リチウムイオンが移動可能な固体電解質としての機能を果たす。P25の含有量は、モル%で、5〜55%、10〜50%、特に15〜45%であることが好ましい。P25の含有量が5%より少ないと、充放電時のリチウムイオンの吸蔵および放出に伴うSnOの体積変化を緩和できず構造劣化を起こすため、繰り返し充放電時の放電容量の低下が大きくなりやすい。P25の含有量が55%より多いと、Sn原子とともに安定な結晶(例えばSnP27)を形成しやすく、Sn原子の3d5/2の電子の束縛がより強い状態になり、結合エネルギーPlの値が大きくなる。結果として、結合エネルギー差(Pl−Pm)が大きくなり、初回充電効率が低下する傾向がある。 Examples of the component constituting the negative electrode active material include P 2 O 5 in addition to SnO. P 2 O 5 is a network-forming oxide, covers the lithium ion storage and release sites of SnO, and functions as a solid electrolyte to which lithium ions can move. Content of P 2 O 5, in mole percent, from 5 to 55%, 10-50%, particularly preferably 15% to 45%. If the content of P 2 O 5 is less than 5%, the volume change of SnO associated with insertion and extraction of lithium ions during charge / discharge cannot be alleviated, resulting in structural deterioration. Easy to grow. When the content of P 2 O 5 is more than 55%, it is easy to form a stable crystal (for example, SnP 2 O 7 ) with Sn atoms, and the 3d 5/2 electron binding of Sn atoms becomes stronger, The value of the binding energy Pl increases. As a result, the binding energy difference (Pl−Pm) increases, and the initial charge efficiency tends to decrease.

SnOとP25のモル比(SnO/P25)は、0.8〜19、1〜18、特に1.2〜17であることが好ましい。SnO/P25が0.8より小さいと、SnOにおけるSn原子がP25の配位の影響を受けやすくなり、Sn原子の3d5/2軌道の内殻電子と核との結合エネルギーがより強くなるため、結合エネルギーPlの値が大きくなる。結果として、結合エネルギー差(Pl−Pm)が大きくなり、初回充電効率が低下する傾向がある。一方、SnO/P25が19より大きいと、繰り返し充放電時の放電容量の低下が大きくなりやすい。これは、負極活物質中のSnOに配位するP25が少なくなってP25がSnOを包括できず、結果として、リチウムイオンの吸蔵および放出に伴うSnOの体積変化を緩和できなくなり、構造劣化を引き起こすためであると考えられる。 The molar ratio of SnO to P 2 O 5 (SnO / P 2 O 5 ) is preferably 0.8 to 19, 1 to 18, and particularly preferably 1.2 to 17. If SnO / P 2 O 5 is smaller than 0.8, the Sn atom in SnO is easily affected by the coordination of P 2 O 5 , and the bond between the inner electron of the 3d 5/2 orbit of the Sn atom and the nucleus Since the energy becomes stronger, the value of the binding energy Pl increases. As a result, the binding energy difference (Pl−Pm) increases, and the initial charge efficiency tends to decrease. On the other hand, if SnO / P 2 O 5 is greater than 19, the reduction in discharge capacity during repeated charge / discharge tends to increase. This is because the amount of P 2 O 5 coordinated with SnO in the negative electrode active material is reduced and P 2 O 5 cannot contain SnO. As a result, the volume change of SnO due to insertion and extraction of lithium ions can be mitigated. This is thought to be due to the loss of structure and structural degradation.

また上記成分に加えてさらに種々の成分を添加することができる。例えば、CuO、ZnO、B23、MgO、CaO、Al23、SiO2、R2O(RはLi、Na、KまたはCsを示す)を含有することができる。これらの成分は、サイクル特性を向上させる役割がある。 In addition to the above components, various components can be added. For example, CuO, ZnO, B 2 O 3 , MgO, CaO, Al 2 O 3 , SiO 2 , R 2 O (R represents Li, Na, K, or Cs) can be contained. These components have a role of improving cycle characteristics.

第4の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、例えば複数の酸化物成分を組成として含有する非晶質および/または結晶質からなる。この負極活物質は、結晶化度が95%以下、80%以下、70%以下、50%以下、特に30%であることが好ましく、最も好ましくは実質的に非晶質からなることが好ましい。SnOを高い割合で含有する負極活物質において、結晶化度が小さい(非晶質相の割合が大きい)ほど、繰り返し充放電時の体積変化を緩和でき放電容量の低下抑制の観点から有利である。   The negative electrode active material for an electricity storage device according to the fourth embodiment is made of an amorphous material and / or a crystalline material containing, for example, a plurality of oxide components as a composition. This negative electrode active material preferably has a crystallinity of 95% or less, 80% or less, 70% or less, 50% or less, particularly 30%, most preferably substantially amorphous. In a negative electrode active material containing SnO in a high proportion, the smaller the degree of crystallinity (the larger the proportion of the amorphous phase), the more the volume change during repeated charge / discharge can be reduced, which is advantageous from the viewpoint of suppressing the reduction in discharge capacity. .

負極活物質の結晶化度は、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる2θ値で、10〜60°の回折線プロファイルにおいて、結晶性回折線と非晶ハローにピーク分離することで求められる。具体的には、回折線プロファイルからバックグラウンドを差し引いて得られた全散乱曲線から、10〜40°におけるブロードな回折線(非晶ハロー)をピーク分離して求めた積分強度をIa、10〜60°において検出される各結晶性回折線をピーク分離して求めた積分強度の総和をIcとした場合、結晶化度Xcは次式から求められる。   The degree of crystallinity of the negative electrode active material is a 2θ value obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays, and in a diffraction line profile of 10 to 60 °, the crystal diffraction line and the amorphous halo are separated into peaks. Desired. Specifically, the integrated intensities obtained by peak-separating a broad diffraction line (amorphous halo) at 10 to 40 ° from the total scattering curve obtained by subtracting the background from the diffraction line profile are Ia, 10 When the sum of integrated intensities obtained by peak-separating each crystalline diffraction line detected at 60 ° is Ic, the degree of crystallinity Xc is obtained from the following equation.

Xc=[Ic/(Ic+Ia)]×100     Xc = [Ic / (Ic + Ia)] × 100

第4の実施形態に係る負極活物質は、金属と酸化物の複合酸化物からなる相または金属と金属の合金相を含有していてもよい。   The negative electrode active material according to the fourth embodiment may contain a phase composed of a composite oxide of metal and oxide or an alloy phase of metal and metal.

なお、第4の実施形態に係る負極活物質を用いた蓄電デバイスを充放電した後は、当該負極活物質はリチウム酸化物、Sn−Li合金または金属スズを含有する場合がある。   In addition, after charging / discharging the electrical storage device using the negative electrode active material which concerns on 4th Embodiment, the said negative electrode active material may contain a lithium oxide, Sn-Li alloy, or metallic tin.

第4の実施形態に係る負極活物質の形態は、粉末状やバルク状等が挙げられ、特に限定されるものではないが、粉末状であれば比表面積を大きくして容量を高めることができるため有利である。   Examples of the form of the negative electrode active material according to the fourth embodiment include a powder form and a bulk form, and are not particularly limited. However, if the form is a powder form, the specific surface area can be increased to increase the capacity. Therefore, it is advantageous.

粉末の粒子径としては、平均粒子径0.1〜10μmかつ最大粒子径75μm以下、平均粒子径0.3〜9μmかつ最大粒子径65μm以下、平均粒子径0.5〜8μmかつ最大粒子径55μm以下、特に平均粒子径1〜5μmかつ最大粒子径45μm以下であることが好ましい。粉末の平均粒子径が10μmより大きいまたは最大粒子径が75μmより大きいと、充放電した際のLiイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化により負極材料が集電体から剥れやすくなる。その結果、繰り返し充放電を行うと、容量が著しく低下する傾向がある。一方、粉末の平均粒子径が0.1μmより小さいと、ペースト化した際に粉末の分散状態に劣り、均一な電極を製造することが困難になる傾向がある。   As the particle size of the powder, the average particle size is 0.1 to 10 μm and the maximum particle size is 75 μm or less, the average particle size is 0.3 to 9 μm and the maximum particle size is 65 μm or less, the average particle size is 0.5 to 8 μm, and the maximum particle size is 55 μm. In particular, the average particle diameter is preferably 1 to 5 μm and the maximum particle diameter is 45 μm or less. When the average particle size of the powder is larger than 10 μm or the maximum particle size is larger than 75 μm, the negative electrode material is easily peeled off from the current collector due to volume change associated with insertion and extraction of Li ions during charging and discharging. As a result, when charge / discharge is repeated, the capacity tends to be significantly reduced. On the other hand, if the average particle diameter of the powder is smaller than 0.1 μm, the powder is in a poorly dispersed state when formed into a paste, and it tends to be difficult to produce a uniform electrode.

なお、平均粒子径と最大粒子径は、それぞれ一次粒子のメイジアン径でD50(50%体積累積径)とD100(100%体積累積径)を示し、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定された値をいう。   In addition, the average particle diameter and the maximum particle diameter are values measured by a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus, which indicate D50 (50% volume cumulative diameter) and D100 (100% volume cumulative diameter) as median diameters of primary particles, respectively. Say.

また、粉末のBET法による比表面積は0.1〜20m2/g、0.15〜15m2/g、特に0.2〜10m2/gであることが好ましい。粉末の比表面積が0.1m2/gより小さいと、Liイオンの吸蔵および放出が迅速に行えず、充放電時間が長くなる傾向がある。一方、粉末の比表面積が20m2/gより大きいと、粉末が静電気を帯びやすくなり、ペースト化した際に粉末の分散状態に劣り、均質な電極を製造することが困難となる傾向がある。 The specific surface area of the powder by the BET method is preferably 0.1 to 20 m 2 / g, 0.15 to 15 m 2 / g, particularly preferably 0.2 to 10 m 2 / g. When the specific surface area of the powder is smaller than 0.1 m 2 / g, the insertion and extraction of Li ions cannot be performed quickly, and the charge / discharge time tends to be long. On the other hand, if the specific surface area of the powder is larger than 20 m 2 / g, the powder tends to be charged with static electricity, and when it is made into a paste, it tends to be inferior in the dispersed state of the powder, making it difficult to produce a homogeneous electrode.

さらに、粉末のタップ密度は0.5〜2.5g/cm3、特に1.0〜2.0g/cm3であることが好ましい。粉末のタップ密度が0.5g/cm3より小さいと、電極単位体積あたりの負極活物質の充填量が少ないために電極密度に劣り、高容量化が達成しにくくなる。一方、粉末のタップ密度が2.5g/cm3より大きいと、負極活物質の充填状態が高すぎて電解液が浸透しにくくなり、十分な容量が得られないおそれがある。 Furthermore, the tap density of the powder is preferably 0.5 to 2.5 g / cm 3 , particularly preferably 1.0 to 2.0 g / cm 3 . If the tap density of the powder is less than 0.5 g / cm 3 , the amount of the negative electrode active material per electrode unit volume is small, so that the electrode density is inferior and it is difficult to achieve high capacity. On the other hand, if the tap density of the powder is larger than 2.5 g / cm 3 , the filling state of the negative electrode active material is too high, and the electrolytic solution is difficult to permeate, so that a sufficient capacity may not be obtained.

なお、ここでいうタップ密度は、タッピングストローク 18mm、タッピング回数 180回、タッピング速度 1回/1秒の条件で測定した値をいう。   The tap density here is a value measured under the conditions of a tapping stroke of 18 mm, a tapping frequency of 180 times, and a tapping speed of 1 time / 1 second.

所定サイズの粉末を得るためには、一般的な粉砕機や分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、篩、遠心分離、空気分級などが用いられる。   In order to obtain a powder of a predetermined size, a general pulverizer or classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a vibrating ball mill, a satellite ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a sieve, a centrifugal separator, an air classification, or the like is used.

第4の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質は、例えば原料粉末を加熱溶融してガラス化することにより製造される。ここで、原料粉末の溶融は還元雰囲気または不活性雰囲気中で行うことが好ましい。   The negative electrode active material for an electricity storage device according to the fourth embodiment is produced, for example, by heating and melting raw material powder to vitrify it. Here, it is preferable to melt the raw material powder in a reducing atmosphere or an inert atmosphere.

Snを含む酸化物は、溶融条件によってSn原子の酸化状態が変わりやすく、電子の結合エネルギーが変化しやすい。例えば、還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融を行うことで、負極材料中のSnイオンの価数を小さくすることができる。結果として、既述の通り(Pl−Pm)を低減することができ、初回充放電効率にすぐれた蓄電デバイスを得ることが可能となる。   An oxide containing Sn is likely to change the oxidation state of Sn atoms depending on the melting condition, and the bond energy of electrons is likely to change. For example, by performing melting in a reducing atmosphere or an inert atmosphere, the valence of Sn ions in the negative electrode material can be reduced. As a result, as described above, (Pl-Pm) can be reduced, and an electricity storage device having excellent initial charge / discharge efficiency can be obtained.

還元雰囲気で溶融するには、溶融槽中へ還元性ガスを供給することが好ましい。還元性ガスとしては、体積%で、N2 90〜99.5%、H2 0.5〜10%、特にN2 92〜99%、H2が1〜8%の混合気体を用いることが好ましい。 In order to melt in a reducing atmosphere, it is preferable to supply a reducing gas into the melting tank. The reducing gas, by volume%, N 2 90~99.5%, H 2 0.5~10%, in particular N 2 92~99%, H 2 is be used from 1 to 8% of the mixed gas preferable.

不活性雰囲気で溶融する場合は、溶融槽中へ不活性ガスを供給することが好ましい。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれかを用いることが好ましい。還元性ガスまたは不活性ガスは、溶融槽において溶融ガラスの上部雰囲気に供給してもよいし、バブリングノズルから溶融ガラス中に直接供給してもよく、両手法を同時に行ってもよい。   When melting in an inert atmosphere, it is preferable to supply an inert gas into the melting tank. As the inert gas, it is preferable to use any of nitrogen, argon, and helium. The reducing gas or the inert gas may be supplied to the upper atmosphere of the molten glass in the melting tank, may be supplied directly from the bubbling nozzle into the molten glass, or both methods may be performed simultaneously.

第4の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質の製造方法において、原料粉末に金属粉末または炭素粉末が含まれていることが好ましい。これにより、負極活物質中のSn原子を還元状態にシフトさせてPlを低減することができる。結果として、負極活物質中の(Pl−Pm)の値が小さくなり、蓄電デバイスの初回充電効率を向上させることが可能となる。   In the method for producing a negative electrode active material for an electricity storage device according to the fourth embodiment, the raw material powder preferably contains a metal powder or a carbon powder. Thereby, Sn atom in a negative electrode active material can be shifted to a reduction state, and Pl can be reduced. As a result, the value of (Pl-Pm) in the negative electrode active material becomes small, and the initial charge efficiency of the electricity storage device can be improved.

金属粉末としては、Sn、Al、Si、Tiのいずれかの粉末を用いることが好ましい。なかでも、Sn、Alの粉末を用いることが好ましい。   As the metal powder, any one of Sn, Al, Si, and Ti is preferably used. Among these, Sn and Al powders are preferably used.

金属粉末の含有量としては、モル%で、0〜20%、特に0.1〜10%であることが好ましい。金属粉末の含有量が20%より多いと、負極材料から余剰分の金属塊が析出したり、負極活物質中のSnOが還元されて、金属状態のSn粒子として析出するおそれがある。   The content of the metal powder is preferably 0 to 20%, particularly preferably 0.1 to 10% in terms of mol%. When the content of the metal powder is more than 20%, an excess metal lump may be deposited from the negative electrode material, or SnO in the negative electrode active material may be reduced and deposited as metallic Sn particles.

炭素粉末の含有量は、原料粉末中に0〜20質量%、特に0.05〜10質量%添加することが好ましい。   The content of the carbon powder is preferably 0 to 20% by mass, particularly 0.05 to 10% by mass in the raw material powder.

また、上記の製造方法において、出発原料粉末には、リンとスズを含む複合酸化物を使用することが好ましい。出発原料粉末にリンとスズを含む複合酸化物を用いることにより、失透異物が少なく均質性に優れた負極活物質を得られやすくなる。負極活物質を電極として用いることにより、放電容量が安定した蓄電デバイスが得られる。リンとスズを含む複合酸化物としては、ピロリン酸第一錫(Sn227)が挙げられる。 In the above production method, it is preferable to use a composite oxide containing phosphorus and tin as the starting material powder. By using a composite oxide containing phosphorus and tin as the starting raw material powder, it is easy to obtain a negative electrode active material with few devitrified foreign substances and excellent uniformity. By using the negative electrode active material as an electrode, an electricity storage device having a stable discharge capacity can be obtained. Examples of the composite oxide containing phosphorus and tin include stannous pyrophosphate (Sn 2 P 2 O 7 ).

尚、非水二次電池等の蓄電デバイスの負極は、以上に説明した負極活物質を含有する負極材料を用いて形成する。この負極材料は、具体的には、負極活物質に対して、熱硬化性樹脂等のバインダーや、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、高導電性カーボンブラック、グラファイト等の導電助剤を添加してなる。   In addition, the negative electrode of electrical storage devices, such as a non-aqueous secondary battery, is formed using the negative electrode material containing the negative electrode active material demonstrated above. Specifically, the negative electrode material is obtained by adding a binder such as a thermosetting resin or a conductive auxiliary agent such as acetylene black, ketjen black, highly conductive carbon black, or graphite to the negative electrode active material. .

また、本発明の負極活物質及び負極材料は、リチウムイオン二次電池に限らず、他の非水系二次電池や、さらには、非水系電気二重層キャパシタ用の正極材料とリチウムイオン二次電池用の負極材料を組み合わせたハイブリッドキャパシタ等にも適用できる。   Moreover, the negative electrode active material and the negative electrode material of the present invention are not limited to lithium ion secondary batteries, but other nonaqueous secondary batteries, and further, positive electrode materials and lithium ion secondary batteries for nonaqueous electric double layer capacitors It can also be applied to a hybrid capacitor combined with a negative electrode material.

ハイブリッドキャパシタであるリチウムイオンキャパシタは、正極と負極の充放電原理が異なる非対称キャパシタの一種である。リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン二次電池用の負極と電気二重層キャパシタ用の正極を組み合わせた構造を有している。ここで、正極は表面に電気二重層を形成し、物理的な作用(静電気作用)を利用して充放電するのに対し、負極は既述のリチウムイオン二次電池と同様にリチウムイオンの化学反応(吸蔵および放出)により充放電する。   A lithium ion capacitor, which is a hybrid capacitor, is a type of asymmetric capacitor that has different charge / discharge principles for a positive electrode and a negative electrode. The lithium ion capacitor has a structure in which a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a positive electrode for an electric double layer capacitor are combined. Here, the positive electrode forms an electric double layer on the surface and is charged / discharged by utilizing a physical action (electrostatic action), whereas the negative electrode has a lithium ion chemistry similar to the lithium ion secondary battery described above. Charge and discharge by reaction (occlusion and release).

リチウムイオンキャパシタの正極には、活性炭、ポリアセン、メソフェーズカーボンなどの高比表面積の炭素質粉末などからなる正極材料が用いられる。一方、負極には、本発明の負極材料に対しリチウムイオンと電子を吸蔵したものを用いることができる。   A positive electrode material made of a carbonaceous powder having a high specific surface area such as activated carbon, polyacene, or mesophase carbon is used for the positive electrode of the lithium ion capacitor. On the other hand, as the negative electrode, the negative electrode material of the present invention in which lithium ions and electrons are occluded can be used.

本発明の負極活物質にリチウムイオンと電子を吸蔵する手段は特に限定されない。例えば、リチウムイオンと電子の供給源である金属リチウム極をキャパシタセル内に配置し、本発明の負極活物質を含む負極と直接あるいは導電体を通じて接触させてもよいし、別のセルで本発明の負極活物質に予めリチウムイオンと電子を吸蔵させたうえで、キャパシタセルに組み込んでもよい。   The means for occluding lithium ions and electrons in the negative electrode active material of the present invention is not particularly limited. For example, a metal lithium electrode as a supply source of lithium ions and electrons may be disposed in a capacitor cell, and may be brought into contact with the negative electrode containing the negative electrode active material of the present invention directly or through a conductor, or in another cell. The negative electrode active material may be preliminarily occluded with lithium ions and electrons and then incorporated into the capacitor cell.

以下、第1の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質を、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the negative electrode active material for electrical storage devices which concerns on 1st Embodiment is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to these Examples.

(1)非水二次電池用負極活物質の作製
表1に実施例1〜6および比較例1〜3を示した。各負極活物質は、以下のようにして作製した。
(1) Production of negative electrode active material for non-aqueous secondary battery Table 1 shows Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3. Each negative electrode active material was produced as follows.

表1に示す組成となるように、主原料としてピロリン酸第一錫(Sn227)を用い、各種酸化物、燐酸塩原料、炭酸塩原料、金属、炭素原料などで原料粉末を調製した。原料粉末をアルミナルツボに投入し、電気炉を用いて窒素雰囲気にて950℃、40分間の溶融を行い、ガラス化した。 In order to obtain the composition shown in Table 1, stannous pyrophosphate (Sn 2 P 2 O 7 ) is used as the main raw material, and the raw material powder is made of various oxides, phosphate raw materials, carbonate raw materials, metals, carbon raw materials, etc. Prepared. The raw material powder was put into an alumina crucible and melted at 950 ° C. for 40 minutes in a nitrogen atmosphere using an electric furnace to be vitrified.

次いで、溶融ガラスを一対の回転ローラー間に流し出し、急冷しながら、厚み0.1〜2mmのフィルム状に成形し、ガラス試料を得た。ガラス試料をアルミナらいかい器で粉砕した後、目開き20μmの篩に通過させ、平均粒径5μmのガラス粉末(非水二次電池用負極活物質)を得た。   Next, the molten glass was poured out between a pair of rotating rollers and molded into a film having a thickness of 0.1 to 2 mm while rapidly cooling to obtain a glass sample. The glass sample was pulverized with an alumina separator and then passed through a sieve having an opening of 20 μm to obtain a glass powder having a mean particle size of 5 μm (a negative electrode active material for a non-aqueous secondary battery).

各試料について粉末X線回折測定することにより構造を同定した。実施例5を除く実施例1〜6の負極活物質は非晶質であり、結晶は検出されなかった。実施例5は、非晶質中にSnO2の微結晶析出が確認され、この結晶化度Xcは4%であった。比較例1の負極活物質は製造直後に潮解性を有していたため、析出結晶は測定不能であった。比較例2、3の負極活物質は非晶質部分と結晶部分が混在した構造であった。 The structure was identified by powder X-ray diffraction measurement for each sample. The negative electrode active materials of Examples 1 to 6 except Example 5 were amorphous, and no crystals were detected. In Example 5, fine crystal precipitation of SnO 2 was confirmed in the amorphous material, and the crystallinity Xc was 4%. Since the negative electrode active material of Comparative Example 1 had deliquescence immediately after production, the precipitated crystals were not measurable. The negative electrode active materials of Comparative Examples 2 and 3 had a structure in which an amorphous part and a crystalline part were mixed.

(2)負極の作製
実施例および比較例のガラス粉末(負極活物質)に対し、バインダーとしてポリイミド樹脂、導電性物質としてケッチェンブラックを、ガラス粉末:バインダー:導電性物質=85:10:5(質量比)となるように秤量し、これらをN−メチルピロリドン(NMP)に分散した後、自転・公転ミキサーで十分に撹拌してスラリー状の負極材料を得た。次に、隙間150μmのドクターブレードを用いて、負極集電体である厚さ20μmの銅箔上に、得られたスラリーをコートし、乾燥機にて70℃で乾燥後、一対の回転ローラー間に通してプレスすることにより電極シートを得た。電極シートを電極打ち抜き機で直径11mmに打ち抜き、10時間200℃で減圧しながらイミド化させ、円形の作用極を得た。
(2) Production of Negative Electrode For the glass powders (negative electrode active materials) of Examples and Comparative Examples, polyimide resin as a binder, ketjen black as a conductive material, glass powder: binder: conductive material = 85: 10: 5 (Mass ratio) was weighed and these were dispersed in N-methylpyrrolidone (NMP), and then sufficiently stirred with a rotation / revolution mixer to obtain a slurry-like negative electrode material. Next, using a doctor blade with a gap of 150 μm, the obtained slurry was coated on a copper foil having a thickness of 20 μm as a negative electrode current collector, dried at 70 ° C. with a dryer, and then between a pair of rotating rollers. An electrode sheet was obtained by pressing through a sheet. The electrode sheet was punched to a diameter of 11 mm with an electrode punching machine and imidized while reducing pressure at 200 ° C. for 10 hours to obtain a circular working electrode.

(3)試験電池の作製
コインセルの下蓋に、上記作用極を銅箔面を下に向けて載置し、その上に60℃で8時間減圧乾燥した直径16mmのポリプロピレン多孔質膜(ヘキストセラニーズ社製 セルガード#2400)からなるセパレータ、および対極である金属リチウムを積層し、試験電池を作製した。電解液としては、1M LiPF6溶液/EC(エチレンカーボネート):DEC(ジエチルカーボネート)=1:1を用いた。なお試験電池の組み立ては露点温度−60℃以下の環境で行った。
(3) Preparation of test battery The above working electrode was placed on the lower lid of the coin cell with the copper foil surface facing downward, and dried on the polypropylene for 8 hours at 60 ° C. under reduced pressure for 16 hours. A separator comprising Cellguard # 2400 manufactured by Needs Co., Ltd. and metallic lithium as a counter electrode were laminated to prepare a test battery. As the electrolytic solution, 1M LiPF 6 solution / EC (ethylene carbonate): DEC (diethyl carbonate) = 1: 1 was used. The test battery was assembled in an environment with a dew point temperature of −60 ° C. or lower.

(4)充放電試験
充電(負極活物質へのリチウムイオンの吸蔵)は、0.2mAで2Vから0VまでCC(定電流)充電を行った。次に、放電(負極活物質からのリチウムイオンの放出)は、0.2mAの定電流で0Vから2Vまで放電させた。この充放電サイクルを繰り返し行った。
(4) Charging / discharging test Charging (occlusion of lithium ions into the negative electrode active material) was performed by CC (constant current) charging from 2 V to 0 V at 0.2 mA. Next, discharge (release of lithium ions from the negative electrode active material) was discharged from 0 V to 2 V at a constant current of 0.2 mA. This charge / discharge cycle was repeated.

表1に各試料について充放電試験を行った際の初回の充放電特性と、繰り返し充放電した際のサイクル特性の結果を示した。   Table 1 shows the results of the initial charge / discharge characteristics when the charge / discharge test was performed for each sample and the cycle characteristics when the charge / discharge was repeated.

Figure 2011187434
Figure 2011187434

実施例1〜6の負極活物質を用いた電池の初回放電容量は680mAh/g以上であり、50サイクル目の放電容量は382mAh/g以上と良好であった。一方、比較例1の負極活物質は製造直後に潮解性を有しており、非水二次電池用電極として使用できなかった。比較例2の負極活物質を用いた電池は初回放電容量が392mAh/gと低かった。また、比較例3の負極活物質を用いた電池は初回放電容量は901mAh/gであったが、50サイクル目の放電容量は52mAh/gと著しく低下した。   The initial discharge capacity of the batteries using the negative electrode active materials of Examples 1 to 6 was 680 mAh / g or more, and the discharge capacity at the 50th cycle was good at 382 mAh / g or more. On the other hand, the negative electrode active material of Comparative Example 1 had deliquescence immediately after production and could not be used as a non-aqueous secondary battery electrode. The battery using the negative electrode active material of Comparative Example 2 had a low initial discharge capacity of 392 mAh / g. In addition, the battery using the negative electrode active material of Comparative Example 3 had an initial discharge capacity of 901 mAh / g, but the discharge capacity at the 50th cycle was significantly reduced to 52 mAh / g.

以下、第2の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質を、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the negative electrode active material for electrical storage devices which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to these Examples.

(1)非水二次電池用負極材料の作製
表2および3に実施例1〜6および比較例1、2を示す。各負極活物質は以下のようにして作製した。
(1) Production of negative electrode material for non-aqueous secondary battery Tables 2 and 3 show Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2. Each negative electrode active material was produced as follows.

表2および3に示す組成となるように、主原料としてスズとリンの複合酸化物(ピロリン酸第一錫:Sn227)を用い、各種酸化物、炭酸塩原料などで原料粉末を調製した。原料粉末を石英ルツボに投入し、電気炉を用いて窒素雰囲気にて950℃、40分間の溶融を行い、ガラス化した。 A composite oxide of tin and phosphorus (stannous pyrophosphate: Sn 2 P 2 O 7 ) is used as the main raw material so that the compositions shown in Tables 2 and 3 are used, and the raw material powder includes various oxides and carbonate raw materials. Was prepared. The raw material powder was put into a quartz crucible and melted at 950 ° C. for 40 minutes in a nitrogen atmosphere using an electric furnace to be vitrified.

次いで、溶融ガラスを一対の回転ローラー間に流し出し、急冷しながら成形し、厚み0.1〜2mmのフィルム状のガラスを得た。このフィルム状ガラスをφ2〜3cmのジルコニアボールを用いたボールミルに投入し、100rpmで3時間粉砕した後、目開き120μmの樹脂製篩に通過させ、平均粒径D50が8〜15μmのガラス粗粉末を得た。次いで、このガラス粗粉末をφ5mmのジルコニアボールを用いたボールミルに投入し、エタノールを添加して40rpmで5時間粉砕した後、200℃で4時間乾燥して平均粒径2〜5μmのガラス粉末(非水二次電池用負極活物質)を得た。 Next, the molten glass was poured out between a pair of rotating rollers and molded while being rapidly cooled to obtain a film-like glass having a thickness of 0.1 to 2 mm. This film-like glass was put into a ball mill using zirconia balls having a diameter of 2 to 3 cm, pulverized at 100 rpm for 3 hours, then passed through a resin sieve having an opening of 120 μm, and a glass coarse particle having an average particle diameter D 50 of 8 to 15 μm. A powder was obtained. Next, this glass coarse powder was put into a ball mill using zirconia balls having a diameter of 5 mm, ethanol was added and pulverized at 40 rpm for 5 hours, and then dried at 200 ° C. for 4 hours to obtain a glass powder having an average particle diameter of 2 to 5 μm ( Negative electrode active material for non-aqueous secondary battery) was obtained.

各試料について粉末X線回折測定を行うことにより結晶構造を同定した。実施例1〜4、6の負極活物質は非晶質であり、結晶は検出されなかった。実施例5は概ね非晶質であったが、一部結晶が検出された。   The crystal structure was identified by performing powder X-ray diffraction measurement for each sample. The negative electrode active materials of Examples 1 to 4 and 6 were amorphous, and no crystals were detected. Example 5 was almost amorphous, but some crystals were detected.

(2)粉末X線回折(粉末XRD)測定
粉末X線回折測定装置としてRIGAKU社製RINT2000、X線源にCu−Kα線を用いて、次の条件で各試料を測定することで回折線プロファイルを得た(図1参照)。
(2) Measurement of powder X-ray diffraction (powder XRD) Diffraction line profile by measuring each sample under the following conditions using RINT2000 made by RIGAKU as a powder X-ray diffraction measurement device and using Cu-Kα ray as an X-ray source. Was obtained (see FIG. 1).

管電圧/管電流:40kV/40mA
発散・散乱スリット:1°
受光スリット:0.15mm
サンプリング幅:0.01°
測定範囲:10〜60°
測定速度:0.1°/sec
積算回数:5回
Tube voltage / tube current: 40 kV / 40 mA
Divergence / scattering slit: 1 °
Receiving slit: 0.15mm
Sampling width: 0.01 °
Measurement range: 10-60 °
Measurement speed: 0.1 ° / sec
Integration count: 5 times

(3)分析とデータ解析
解析・定量ソフトとしてMaterials Data Inc.製JADE Ver.6.0を用いて、以下の手順により前記回折線プロファイルのデータ解析を行った。
(3) Analysis and data analysis Materials Data Inc. as analysis / quantification software. JADE Ver. Using 6.0, the data analysis of the diffraction line profile was performed by the following procedure.

(a) まず、10〜60°の範囲における回折線プロファイルにおいて、結晶性回折線以外の非晶質ハローをスムージングした。具体的には、Savitzky−Golayフィルタ法に基づき、放物線フィルタを用いてデータポイント数99で平滑化した後、2θが10〜45°の範囲をトリミングした。当該範囲内で回折線プロファイルの強度がマイナスにならないように回折線プロファイルを直線フィットし(図2参照)、バックグラウンドを差し引いた。   (a) First, in the diffraction line profile in the range of 10 to 60 °, amorphous halos other than the crystalline diffraction lines were smoothed. Specifically, after smoothing with 99 data points using a parabolic filter based on the Savitzky-Golay filter method, a range where 2θ is 10 to 45 ° was trimmed. The diffraction line profile was fitted linearly (see FIG. 2) so that the intensity of the diffraction line profile did not become negative within this range, and the background was subtracted.

(b) バックグラウンドを差し引いて得られた回折線プロファイルにおいて、ピーク頂点の2θ値を22.5°に固定したピーク成分P1と、22.5°より高角度側にピーク頂点を固定していないピーク成分P2を作成した(ここで、ピーク成分P1は負極材料中のリン酸成分に由来する。ピーク成分P2は負極材料中のスズ成分に由来し、頂点の2θ値はスズの酸化状態を反映している)。なお、2θが10〜45°の回折線プロファイルにおいて、結晶性回折線が認められる場合、ピーク頂点および非対称性パラメータを固定していない結晶性回折線のピーク成分を追加した。   (b) In the diffraction line profile obtained by subtracting the background, the peak component P1 in which the 2θ value of the peak apex is fixed at 22.5 ° and the peak apex is not fixed on the higher angle side than 22.5 ° Peak component P2 was created (here, peak component P1 is derived from the phosphoric acid component in the negative electrode material. Peak component P2 is derived from the tin component in the negative electrode material, and the 2θ value at the apex reflects the oxidation state of tin) is doing). When a crystalline diffraction line is observed in a diffraction line profile with 2θ of 10 to 45 °, a peak component of the crystalline diffraction line in which the peak apex and the asymmetry parameter are not fixed is added.

(c) ピーク成分P1およびP2について、pseudo−Voight関数によりカーブフィッティングした。ここで、カーブフィッティングによりピーク成分P1、P2が一義的に決定できるように、ピーク成分P1とP2の非対称性パラメータをそれぞれ−0.75、−0.55にそれぞれ固定した。   (c) For the peak components P1 and P2, curve fitting was performed by the pseudo-Voight function. Here, the asymmetry parameters of the peak components P1 and P2 were fixed to -0.75 and -0.55, respectively, so that the peak components P1 and P2 can be uniquely determined by curve fitting.

(d) 回折線プロファイルとカーブフィッティングして得られた曲線のフィッティング残差が22%以下、かつ各ピーク成分P1とP2のピークの半価幅(FWHM)が2〜20の範囲内になるように繰り返し精密化を行った(図3参照)。   (d) The fitting residual of the curve obtained by curve fitting with the diffraction line profile is 22% or less, and the half width (FWHM) of the peak of each peak component P1 and P2 is in the range of 2-20. The refinement was repeated repeatedly (see FIG. 3).

(e) 得られたピーク成分P2のピーク頂点の2θ値、および、ピーク成分P1およびP2のピーク面積A1およびA2をそれぞれ求めた。   (e) The 2θ value at the peak apex of the obtained peak component P2 and the peak areas A1 and A2 of the peak components P1 and P2 were determined, respectively.

(4)負極の作製
上記で得られたガラス粉末(負極活物質)に対し、バインダーとしてポリイミド樹脂、導電性物質としてケッチェンブラックを、ガラス粉末:バインダー:導電性物質=85:10:5(重量比)の割合となるように秤量し、N−メチルピロリドン(NMP)に分散した後、自転・公転ミキサーで十分に撹拌してスラリー状の負極材料を得た。次に、隙間150μmのドクターブレードを用いて、得られたスラリーを負極集電体である厚さ20μmの銅箔上にコートし、乾燥機を用いて70℃で乾燥後、一対の回転ローラー間に通してプレスすることにより電極シートを得た。この電極シートを電極打ち抜き機で直径11mmに打ち抜き、200℃で10時間減圧乾燥することでポリイミド樹脂をイミド化させて円形の作用極を得た。
(4) Production of Negative Electrode For the glass powder (negative electrode active material) obtained above, polyimide resin as a binder and ketjen black as a conductive substance, glass powder: binder: conductive substance = 85: 10: 5 ( (Weight ratio) and weighed it in N-methylpyrrolidone (NMP), and then sufficiently stirred with a rotation / revolution mixer to obtain a slurry-like negative electrode material. Next, using a doctor blade with a gap of 150 μm, the obtained slurry was coated on a 20 μm thick copper foil as a negative electrode current collector, dried at 70 ° C. using a dryer, and then between a pair of rotating rollers. An electrode sheet was obtained by pressing through a sheet. This electrode sheet was punched to a diameter of 11 mm with an electrode punching machine and dried under reduced pressure at 200 ° C. for 10 hours to imidize the polyimide resin to obtain a circular working electrode.

(5)試験電池の作製
コインセルの下蓋に、上記作用極を銅箔面が下向きになるように載置し、その上に60℃で8時間減圧乾燥した直径16mmのポリプロピレン多孔質膜(ヘキストセラニーズ社製セルガード#2400)からなるセパレータ、および対極である金属リチウムを積層し、試験電池を作製した。電解液としては、1M LiPF6溶液/EC:DEC=1:1(EC=エチレンカーボネート、DEC=ジエチルカーボネート)を用いた。なお試験電池の組み立ては露点温度−60℃以下の環境で行った。
(5) Production of test battery The working electrode was placed on the lower lid of the coin cell so that the copper foil surface was facing downward, and then dried on a polypropylene porous membrane having a diameter of 16 mm (Hoechst) at 60 ° C. for 8 hours under reduced pressure. A test battery was produced by laminating a separator made of Celanese Cellguard # 2400) and metallic lithium as a counter electrode. As the electrolytic solution, 1M LiPF 6 solution / EC: DEC = 1: 1 (EC = ethylene carbonate, DEC = diethyl carbonate) was used. The test battery was assembled in an environment with a dew point temperature of −60 ° C. or lower.

(6)充放電試験
充電(負極材料へのリチウムイオンの吸蔵)は、0.2mAで2Vから0VまでCC(定電流)充電を行った。次に、放電(負極材料からのリチウムイオンの放出)は、0.2mAの定電流で0Vから2Vまで放電させた。この充放電サイクルを繰り返し行った。
(6) Charging / discharging test Charging (occlusion of lithium ions into the negative electrode material) performed CC (constant current) charging from 2 V to 0 V at 0.2 mA. Next, discharge (release of lithium ions from the negative electrode material) was discharged from 0 V to 2 V at a constant current of 0.2 mA. This charge / discharge cycle was repeated.

表2および3に実施例および比較例の負極活物質を用いた電池について、充放電試験を行った際の初回の充放電特性と、繰り返し充放電した際のサイクル特性の結果を示した。

Tables 2 and 3 show the results of the initial charge / discharge characteristics when the charge / discharge test was performed and the cycle characteristics when the battery was repeatedly charged / discharged, with respect to the batteries using the negative electrode active materials of Examples and Comparative Examples.

Figure 2011187434
Figure 2011187434

Figure 2011187434
Figure 2011187434

実施例1〜6の負極活物質を用いた電池の初回放電容量は670mAh/g以上であり、50サイクル目の放電容量は411mAh/g以上と良好であった。一方、比較例1の負極活物質を用いた電池は初回放電容量が392mAh/gと低かった。また、比較例2の負極活物質を用いた電池は初回放電容量は901mAh/gであったが、50サイクル目の放電容量は52mAh/gと著しく低下した。   The initial discharge capacity of the batteries using the negative electrode active materials of Examples 1 to 6 was 670 mAh / g or more, and the discharge capacity at the 50th cycle was favorable to 411 mAh / g or more. On the other hand, the battery using the negative electrode active material of Comparative Example 1 had a low initial discharge capacity of 392 mAh / g. In addition, the battery using the negative electrode active material of Comparative Example 2 had an initial discharge capacity of 901 mAh / g, but the discharge capacity at the 50th cycle was significantly reduced to 52 mAh / g.

以下、第3の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質を、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the negative electrode active material for electrical storage devices which concerns on 3rd Embodiment is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to these Examples.

(1)非水二次電池用負極活物質の作製
表4に示す組成となるように、主原料としてスズとリンの複合酸化物(ピロリン酸第一錫:Sn227)を用い、各種酸化物、炭酸塩原料などで原料粉末を調製した。原料粉末を石英ルツボに投入し、電気炉を用いて窒素雰囲気にて950℃、40分間の溶融を行い、ガラス化した。
(1) Production of negative electrode active material for non-aqueous secondary battery A composite oxide of tin and phosphorus (stannous pyrophosphate: Sn 2 P 2 O 7 ) was used as the main raw material so as to have the composition shown in Table 4. Raw material powders were prepared from various oxides and carbonate raw materials. The raw material powder was put into a quartz crucible and melted at 950 ° C. for 40 minutes in a nitrogen atmosphere using an electric furnace to be vitrified.

次いで、溶融ガラスを一対の回転ローラー間に流し出し、急冷しながら成形し、厚み0.1〜2mmのフィルム状のガラスを得た。このフィルム状ガラスをφ2〜3cmのジルコニアボールを用いたボールミルに投入し、100rpmで3時間粉砕した後、目開き120μmの樹脂製篩に通過させ、平均粒径D50が8〜15μmのガラス粗粉末を得た。次いで、このガラス粗粉末をφ5mmのジルコニアボールを用いたボールミルに投入し、エタノールを添加して40rpmで5時間粉砕した後、200℃で4時間乾燥して平均粒径2〜5μmのガラス粉末(非水二次電池用負極活物質)を得た。なお、比較例2および3は純物質試料をそのまま負極活物質として用いた。 Next, the molten glass was poured out between a pair of rotating rollers and molded while being rapidly cooled to obtain a film-like glass having a thickness of 0.1 to 2 mm. The film-like glass was put into a ball mill using zirconia balls of Fai2~3cm, was ground for 3 hours at 100 rpm, passed through a resin sieve having a mesh size of 120 [mu] m, an average particle diameter D 50 of the glass crude 8~15μm A powder was obtained. Next, this glass coarse powder was put into a ball mill using zirconia balls having a diameter of 5 mm, ethanol was added and pulverized at 40 rpm for 5 hours, and then dried at 200 ° C. for 4 hours to obtain a glass powder having an average particle diameter of 2 to 5 μm ( Negative electrode active material for non-aqueous secondary battery) was obtained. In Comparative Examples 2 and 3, the pure material sample was used as it was as the negative electrode active material.

(2)粉末X線回折(粉末XRD)測定
各試料について粉末X線回折測定を行うことにより結晶構造を同定した。粉末X線回折測定装置としてRIGAKU社製RINT2000、X線源にCu−Kα線を用いて、次の条件で各試料を測定することで回折線プロファイルを得た。
(2) Powder X-ray diffraction (powder XRD) measurement The crystal structure was identified by performing the powder X-ray diffraction measurement for each sample. A diffraction line profile was obtained by measuring each sample under the following conditions using RINT2000 manufactured by RIGAKU as a powder X-ray diffraction measurement apparatus and using Cu-Kα ray as an X-ray source.

管電圧/管電流:40kV/40mA
発散・散乱スリット:1°
受光スリット:0.15mm
サンプリング幅:0.01°
測定範囲:10〜60°
測定速度:0.1°/sec
積算回数:5回
Tube voltage / tube current: 40 kV / 40 mA
Divergence / scattering slit: 1 °
Receiving slit: 0.15mm
Sampling width: 0.01 °
Measurement range: 10-60 °
Measurement speed: 0.1 ° / sec
Integration count: 5 times

表4に負極活物質の析出結晶相と結晶化度を示す。実施例1〜4、6の負極活物質は非晶質であり、結晶は検出されなかった。実施例5は概ね非晶質であったが、一部結晶が検出された。比較例1の負極活物質はSnO原料が酸化されSnO2結晶とSnO結晶が検出された。比較例2ではSnO結晶が、比較例3では金属Sn結晶がそれぞれ100%の割合で検出された。

Table 4 shows the precipitated crystal phase and crystallinity of the negative electrode active material. The negative electrode active materials of Examples 1 to 4 and 6 were amorphous, and no crystals were detected. Example 5 was almost amorphous, but some crystals were detected. In the negative electrode active material of Comparative Example 1, the SnO raw material was oxidized, and SnO 2 crystals and SnO crystals were detected. In Comparative Example 2, SnO crystals were detected, and in Comparative Example 3, metal Sn crystals were detected at a rate of 100%.

Figure 2011187434
Figure 2011187434

(3)負極の作製
上記で得られたガラス粉末(負極活物質)に対し、バインダーとしてポリイミド樹脂、導電性物質としてケッチェンブラックを、ガラス粉末:バインダー:導電性物質=85:10:5(重量比)の割合となるように秤量し、N−メチルピロリドン(NMP)に分散した後、自転・公転ミキサーで十分に撹拌してスラリー状の負極材料を得た。次に、隙間150μmのドクターブレードを用いて、得られた負極材料を負極集電体である厚さ20μmの銅箔上にコートし、乾燥機を用いて70℃で乾燥後、一対の回転ローラー間に通してプレスすることにより電極シートを得た。この電極シートを電極打ち抜き機で直径11mmに打ち抜き、200℃で10時間減圧乾燥することでポリイミド樹脂をイミド化させて円形の作用極(負極)を得た。
(3) Production of Negative Electrode For the glass powder (negative electrode active material) obtained above, polyimide resin as binder and ketjen black as conductive substance, glass powder: binder: conductive substance = 85: 10: 5 ( (Weight ratio) and weighed it in N-methylpyrrolidone (NMP), and then sufficiently stirred with a rotation / revolution mixer to obtain a slurry-like negative electrode material. Next, using a doctor blade with a gap of 150 μm, the obtained negative electrode material was coated on a 20 μm thick copper foil as a negative electrode current collector, dried at 70 ° C. using a dryer, and then a pair of rotating rollers An electrode sheet was obtained by pressing in between. This electrode sheet was punched to a diameter of 11 mm with an electrode punching machine and dried under reduced pressure at 200 ° C. for 10 hours to imidize the polyimide resin to obtain a circular working electrode (negative electrode).

(4)試験電池の作製
コインセルの下蓋に、上記作用極を銅箔面が下向きになるように載置し、その上に60℃で8時間減圧乾燥した直径16mmのポリプロピレン多孔質膜(ヘキストセラニーズ社製セルガード#2400)からなるセパレータ、および対極である金属リチウムを積層し、試験電池を作製した。電解液としては、1M LiPF6溶液/EC:DEC=1:1(EC=エチレンカーボネート、DEC=ジエチルカーボネート)を用いた。なお試験電池の組み立ては露点温度−60℃以下の環境で行った。
(4) Production of test battery The above working electrode was placed on the lower lid of the coin cell so that the copper foil surface was facing downward, and then dried on a polypropylene porous membrane having a diameter of 16 mm (Hoechst) dried at 60 ° C. for 8 hours under reduced pressure. A test battery was produced by laminating a separator made of Celanese Cellguard # 2400) and metallic lithium as a counter electrode. As the electrolytic solution, 1M LiPF 6 solution / EC: DEC = 1: 1 (EC = ethylene carbonate, DEC = diethyl carbonate) was used. The test battery was assembled in an environment with a dew point temperature of −60 ° C. or lower.

(5)充放電特性の評価試験
表4に前記コインセルを充放電した際の結果を示す。評価条件として、充電(負極活物質へのLiイオンの吸蔵)は、0.2mAで0VまでCC(定電流)充電を行った。次に、放電(負極活物質からのLiイオンの放出)は、0.2mAの定電流で1Vまで放電させた。この充放電を繰り返し行い負極のサイクル特性を評価した。
(5) Evaluation test of charge / discharge characteristics Table 4 shows the results when the coin cells were charged / discharged. As an evaluation condition, the charge (Occlusion of Li ions in the negative electrode active material) was CC (constant current) charge up to 0 V at 0.2 mA. Next, discharge (release of Li ions from the negative electrode active material) was discharged to 1 V at a constant current of 0.2 mA. This charge / discharge was repeated to evaluate the cycle characteristics of the negative electrode.

(6)充放電完了時の負極活物質についてのXRD測定
0Vまで充電完了させた時のコインセルおよび1Vまで放電完了させた時のコインセルから負極を取り出し、炭酸ジメチル(DMC)中に当該負極を浸漬して洗浄した。この後、負極を室温下で一晩減圧乾燥させた。X線回折測定装置としてBruker AXS社製 M06XCEを用い、X線源にCu−Kα線を用いて次の条件で測定することで負極中の負極活物質の回折線プロファイルを得た。
(6) XRD measurement of the negative electrode active material at the time of completion of charging / discharging The negative electrode is taken out from the coin cell when charging is completed to 0V and the coin cell when discharging is completed to 1V, and the negative electrode is immersed in dimethyl carbonate (DMC). And washed. Thereafter, the negative electrode was dried under reduced pressure at room temperature overnight. A M06XCE manufactured by Bruker AXS was used as an X-ray diffraction measurement device, and a diffraction line profile of the negative electrode active material in the negative electrode was obtained by measurement under the following conditions using Cu-Kα rays as the X-ray source.

管電圧/管電流:40kV/100mA
発散・散乱スリット:1°
受光スリット:0.15mm
サンプリング幅:0.02°
測定範囲:5〜70°
Tube voltage / tube current: 40 kV / 100 mA
Divergence / scattering slit: 1 °
Receiving slit: 0.15mm
Sampling width: 0.02 °
Measurement range: 5-70 °

(7)分析とデータ解析
解析・定量ソフトとしてMaterials Data Inc.製JADE Ver.6.0を用いて、前記回折線プロファイルのデータ解析を行った。まず、5〜70°の範囲における回折線プロファイルからバックグラウンドの回折線プロファイルを差し引いて負極活物質の回折線プロファイルを得た(図4、5)。この回折線プロファイルにおいてそれぞれの回折線ピークのピーク頂点と半価幅(FWHM)を求めた。
(7) Analysis and data analysis Materials Data Inc. as analysis / quantification software. JADE Ver. Data analysis of the diffraction line profile was performed using 6.0. First, the diffraction line profile of the negative electrode active material was obtained by subtracting the background diffraction line profile from the diffraction line profile in the range of 5 to 70 ° (FIGS. 4 and 5). In this diffraction line profile, the peak apex and half width (FWHM) of each diffraction line peak were determined.

表5に実施例、表6に比較例の充放電完了後の負極活物質における回折線プロファイルから求めたピーク頂点と半価幅の結果を示した。また、放電完了後の負極活物質の組成をモル%で示した。ここで、Sn成分はSnOとして換算した値を示した。

Table 5 shows the results of peak apexes and half-value widths obtained from the diffraction line profile of the negative electrode active material after completion of charge and discharge of Comparative Example in Table 5. Further, the composition of the negative electrode active material after completion of the discharge is shown in mol%. Here, the Sn component shows a value converted as SnO.

Figure 2011187434
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Figure 2011187434
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実施例1〜6の負極活物質を用いた電池の50サイクル目の放電容量は406mAh/g以上と良好であった。一方、比較例1〜3の負極活物質を用いた電池は初回放電容量は50サイクル目の放電容量は144mAh/g以下と著しく低下した。   The discharge capacity at the 50th cycle of the batteries using the negative electrode active materials of Examples 1 to 6 was as good as 406 mAh / g or more. On the other hand, in the batteries using the negative electrode active materials of Comparative Examples 1 to 3, the initial discharge capacity significantly decreased to 50 mAh / g or less at the 50th cycle.

以下、第4の実施形態に係る蓄電デバイス用負極活物質を、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the negative electrode active material for electrical storage devices which concerns on 4th Embodiment is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to these Examples.

(1)非水二次電池用負極活物質の作製
表7および8に実施例1〜14および比較例1、2を示す。各負極活物質は以下のようにして作製した。
(1) Preparation of negative electrode active material for non-aqueous secondary battery Tables 7 and 8 show Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 and 2. Each negative electrode active material was produced as follows.

表7および8に示す組成となるように、主原料としてスズとリンの複合酸化物(ピロリン酸第一錫:Sn2P2O7)を用い、各種酸化物、炭酸塩原料、金属、炭素原料などで原料粉末を調製した。原料粉末をアルミナルツボに投入し、電気炉を用いて窒素雰囲気にて950℃、40分間の溶融を行い、ガラス化した。   A composite oxide of tin and phosphorus (stannous pyrophosphate: Sn2P2O7) is used as the main raw material so that the compositions shown in Tables 7 and 8 are used, and raw material powders with various oxides, carbonate raw materials, metals, carbon raw materials, etc. Was prepared. The raw material powder was put into an alumina crucible and melted at 950 ° C. for 40 minutes in a nitrogen atmosphere using an electric furnace to be vitrified.

次いで、溶融ガラスを一対の回転ローラー間に流し出し、回転ローラーで急冷しながら成形し、厚み0.1〜2mmのフィルム状のガラスを得た。実施例1〜14、比較例1については、フィルム状のガラスをアルミナらいかい器で粉砕した後、目開き20μmの篩に通過させ、平均粒径5μmのガラス粉末(非水二次電池用負極材料)を得た。実施例15については、フィルム状のガラスをビーズミルを用いてアルコール湿式粉砕を行った。実施例16については、フィルム状のガラスをボールミルを用いてアルコール湿式粉砕を行った。実施例17については、フィルム状のガラスをボールミルを用いて乾式粉砕を行い、目開き75μmの篩を通過させた。なお比較例2は、金属Sn粉末(関東化学社製)をそのまま非水二次電池用の負極活物質として用いた。   Next, the molten glass was poured out between a pair of rotating rollers, and molded while rapidly cooling with a rotating roller to obtain a film-like glass having a thickness of 0.1 to 2 mm. For Examples 1 to 14 and Comparative Example 1, the film-like glass was pulverized with an alumina separator and then passed through a sieve having a mesh size of 20 μm to obtain a glass powder having a mean particle size of 5 μm (a negative electrode for non-aqueous secondary batteries). Material). For Example 15, the glass film was subjected to alcohol wet pulverization using a bead mill. In Example 16, alcoholic wet pulverization was performed on the film-like glass using a ball mill. In Example 17, the film-like glass was dry-ground using a ball mill and passed through a sieve having an opening of 75 μm. In Comparative Example 2, metal Sn powder (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was used as it was as a negative electrode active material for a non-aqueous secondary battery.

各試料について粉末X線回折測定することにより構造を同定した。実施例3〜7、9〜13、15〜17の負極活物質は非晶質であり、結晶は検出されなかった。実施例1、2、8、14は概ね非晶質であったが、一部結晶が検出された。   The structure was identified by powder X-ray diffraction measurement for each sample. The negative electrode active materials of Examples 3 to 7, 9 to 13, and 15 to 17 were amorphous, and no crystals were detected. Examples 1, 2, 8, and 14 were almost amorphous, but some crystals were detected.

(2)X線電子分光スペクトル測定試料の作製
(1)においてフィルム状に成形したガラスを1cm角に切断した後、表面研磨を行い、アセトンを用いて洗浄した。金属SnのSn3d5/2の結合エネルギーPmを得るための測定試料としては、関東化学社製金属スズ(粒状、純度99.9%)をプレスすることで金属板状に加工後、表面研磨し、アセトンを用いて洗浄したものを用いた。
(2) Preparation of X-ray electron spectroscopic spectrum measurement sample The glass formed into a film shape in (1) was cut into 1 cm square, then subjected to surface polishing and washed with acetone. As a measurement sample for obtaining Sn3d 5/2 binding energy Pm of metal Sn, metal tin (granularity, purity 99.9%) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. is pressed into a metal plate, and then surface polished. What was washed with acetone was used.

次いで、試料表面の一部にX線電子分光スペクトルの内部標準物質として金を付着させた。具体的には、試料表面に部分的にマスキングを施し、イオンスパッタリング装置(JEOL社製、Quick auto coater JFC−1500)を用いて真空中、金を30nmの膜厚で蒸着したものを評価用試料とした。   Subsequently, gold was adhered to a part of the sample surface as an internal standard substance of an X-ray electron spectroscopy spectrum. Specifically, the sample surface was partially masked, and a sample for evaluation was prepared by depositing gold with a film thickness of 30 nm in vacuum using an ion sputtering apparatus (Quick Auto Coater JFC-1500, manufactured by JEOL). It was.

粉末の試料は、シリコン樹脂に分散させ硬化させた後に、前記フィルム状の試料と同様に、表面に金を蒸着して評価用試料を作製した。   After the powder sample was dispersed and cured in a silicon resin, gold was vapor-deposited on the surface in the same manner as the film-like sample to prepare an evaluation sample.

(3)X線電子分光スペクトル(XPS)測定
本発明においては、X線電子分光スペクトル測定装置にPerkin Elmer Phi MODEL 5400 ESCA、X線源にMg−Kα線(1253.6eV)を用いた。前記評価用試料を導電性カーボンテープでサンプルホルダーに固定した後、XPS装置内に導入し、装置内の予備チャンバーにて減圧下、1時間静置した。ついで、評価用試料を超真空(10−8Paレベル)の測定チャンバーに装填した。測定位置は、試料表面に蒸着した金と測定試料の情報が同時に得られるように調整した。なお、試料間で評価用試料の高さ(Z軸方向)が異なると、試料表面におけるX線の焦点位置がずれ、光電子の検出強度に影響を与えるため、評価用試料は同じ高さに揃えた。
(3) X-ray Electron Spectroscopy (XPS) Measurement In the present invention, Perkin Elmer Phi MODEL 5400 ESCA was used as the X-ray electron spectroscopic spectrum measurement apparatus, and Mg—Kα ray (1253.6 eV) was used as the X-ray source. The sample for evaluation was fixed to a sample holder with a conductive carbon tape, then introduced into the XPS apparatus, and allowed to stand for 1 hour under reduced pressure in a preliminary chamber in the apparatus. Subsequently, the sample for evaluation was loaded into a measurement chamber of ultra-vacuum (10-8 Pa level). The measurement position was adjusted so that information of gold deposited on the sample surface and the measurement sample could be obtained simultaneously. Note that if the height of the sample for evaluation (Z-axis direction) differs between samples, the focal position of the X-rays on the surface of the sample shifts and affects the detection intensity of photoelectrons, so the samples for evaluation are aligned at the same height. It was.

さらに、Arイオンによるエッチングにて試料表面を清浄化した。   Furthermore, the sample surface was cleaned by etching with Ar ions.

<エッチング条件>
イオン電流:3μA
ラスター範囲:50%×50%(50mm×50mm)
加速電圧:3kV
イオン銃内エミッション電流:25mA
エッチング時間:2分間
<測定条件>
各元素のスペクトル領域にて、
リピート回数:3
サイクル回数:5
X線出力:15kV 400W
パスエネルギー:44.75eV
測定ステップ:0.1eV
各ステップ時間:50ms
分析面積:0.6mmφ、
検出角度:45°
<Etching conditions>
Ion current: 3 μA
Raster range: 50% x 50% (50mm x 50mm)
Acceleration voltage: 3 kV
Emission current in ion gun: 25 mA
Etching time: 2 minutes <Measurement conditions>
In the spectral region of each element,
Repeat count: 3
Number of cycles: 5
X-ray output: 15kV 400W
Pass energy: 44.75 eV
Measurement step: 0.1 eV
Each step time: 50ms
Analysis area: 0.6 mmφ
Detection angle: 45 °

(4)分析とデータ解析
解析・定量ソフトとしてPHI MaltiPak Ver.6.0を用いて、前記XPSスペクトルのデータ解析を行った。まず、内部標準物質として付着させた金のAu4f7/2軌道を83.8eVの値に帯電補正した。次いで、負極活物質および金属SnのSn原子の3d5/2における結合エネルギー値PlおよびPmをそれぞれ求めた。表1および2に各試料のPlとPmおよび結合エネルギー差(Pl−Pm)を示した。
(4) Analysis and data analysis As analysis / quantification software, PHI MultiPak Ver. Data analysis of the XPS spectrum was performed using 6.0. First, the Au 4f 7/2 orbit of gold deposited as an internal standard substance was subjected to charge correction to a value of 83.8 eV. Next, the binding energy values Pl and Pm at 3d 5/2 of the Sn atoms of the negative electrode active material and the metal Sn were obtained, respectively. Tables 1 and 2 show Pl and Pm and binding energy difference (Pl-Pm) of each sample.

なお図6に、実施例5の負極活物質のSn原子の3d5/2軌道のXPSスペクトルと、金属Snの3d5/2軌道のXPSスペクトルを示した。XPSスペクトルで最大検出強度が得られた点の結合エネルギー値をそれぞれPl、Pmとして図中に記載した。 FIG. 6 shows the XPS spectrum of the Sn atom 3d 5/2 orbital and the metal Sn 3d 5/2 orbital XPS spectrum of the negative electrode active material of Example 5. The binding energy values at the points where the maximum detected intensity was obtained in the XPS spectrum are shown in the figure as Pl and Pm, respectively.

(5)粉末性状の測定
平均粒子径D50および最大粒子径D100は、株式会社島津製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置SALD−2000Jを用いて測定した。
(5) Measurement of powder properties The average particle diameter D50 and the maximum particle diameter D100 were measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer SALD-2000J manufactured by Shimadzu Corporation.

タップ密度は、ホソカワミクロン株式会社製パウダーテスターPT−Sを用いて、既述の条件にて測定した。   The tap density was measured under the above-described conditions using a powder tester PT-S manufactured by Hosokawa Micron Corporation.

BET比表面積は、マイクロメリテックス社製FlowSorbII2200を用いて測定した。   The BET specific surface area was measured by using FlowSorbII2200 manufactured by Micromeritex.

(6)負極の作製
上記で得られたガラス粉末(負極活物質)に対し、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)、導電性物質としてケッチェンブラックを、ガラス粉末:バインダー:導電性物質=85:10:5(重量比)の割合となるように秤量し、N−メチルピロリドン(NMP)に分散した後、自転・公転ミキサーで十分に撹拌してスラリー状の負極材料を得た。次に、隙間150μmのドクターブレードを用いて、得られたスラリーを負極集電体である厚さ20μmの銅箔上にコートし、70℃の乾燥機で乾燥後、一対の回転ローラー間に通してプレスすることにより電極シートを得た。この電極シートを電極打ち抜き機で直径11mmに打ち抜き、120℃で3時間減圧乾燥を行い、円形の作用極を得た。
(6) Production of Negative Electrode For the glass powder (negative electrode active material) obtained above, polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, ketjen black as a conductive substance, glass powder: binder: conductive substance = 85: After weighing to a ratio of 10: 5 (weight ratio) and dispersing in N-methylpyrrolidone (NMP), the mixture was sufficiently stirred with a rotation / revolution mixer to obtain a slurry-like negative electrode material. Next, using a doctor blade with a gap of 150 μm, the obtained slurry was coated on a 20 μm thick copper foil as a negative electrode current collector, dried with a dryer at 70 ° C., and then passed between a pair of rotating rollers. To obtain an electrode sheet. This electrode sheet was punched to a diameter of 11 mm with an electrode punching machine and dried under reduced pressure at 120 ° C. for 3 hours to obtain a circular working electrode.

(7)試験電池の作製
コインセルの下蓋に、上記作用極を銅箔面を下に向けて載置し、その上に60℃で8時間減圧乾燥した直径16mmのポリプロピレン多孔質膜(ヘキストセラニーズ社製 セルガード#2400)からなるセパレータ、および対極である金属リチウムを積層し、試験電池を作製した。電解液としては、1M LiPF6溶液/EC(エチレンカーボネート):DEC(ジエチルカーボネート)=1:1を用いた。なお試験電池の組み立ては露点温度−60℃以下の環境で行った。
(7) Production of test battery The above working electrode was placed on the lower lid of the coin cell with the copper foil surface facing down, and dried on it at 60 ° C. for 8 hours under reduced pressure for 16 hours in diameter. A separator comprising Cellguard # 2400 manufactured by Needs Co., Ltd. and metallic lithium as a counter electrode were laminated to prepare a test battery. As the electrolytic solution, 1M LiPF 6 solution / EC (ethylene carbonate): DEC (diethyl carbonate) = 1: 1 was used. The test battery was assembled in an environment with a dew point temperature of −60 ° C. or lower.

(8)充放電試験
充電(負極材料へのリチウムイオンの吸蔵)は、0.2mAで2Vから0VまでCC(定電流)充電を行った。次に、放電(負極活物質からのリチウムイオンの放出)は、0.2mAの定電流で0Vから2Vまで放電させた。この充放電サイクルを繰り返し行った。
(8) Charging / discharging test Charging (occlusion of lithium ions into the negative electrode material) performed CC (constant current) charging from 2 V to 0 V at 0.2 mA. Next, discharge (release of lithium ions from the negative electrode active material) was discharged from 0 V to 2 V at a constant current of 0.2 mA. This charge / discharge cycle was repeated.

表7〜表9に実施例および比較例の負極活物質を用いた電池について、充放電試験を行った際の初回の充放電特性と、繰り返し充放電した際のサイクル特性の結果を示した。   Tables 7 to 9 show the results of the initial charge / discharge characteristics when the charge / discharge test was performed and the cycle characteristics when the battery was repeatedly charged / discharged, with respect to the batteries using the negative electrode active materials of Examples and Comparative Examples.

Figure 2011187434
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実施例1〜14のXPSによる結合エネルギー差(Pl−Pm)は1.6〜3.2eVの範囲にあり、初回充放電効率は52%以上と優れていた。一方、比較例1はXPSによる結合エネルギー差(Pl−Pm)が3.6eVと大きいため、初回充放電効率は47%と低かった。また、実施例1〜14では、20サイクル繰り返し充放電を行った後でも、放電容量は253mAh/g以上であった。一方、比較例2はXPSによる結合エネルギー差(Pl−Pm)が0eVと小さいため、初回充放電効率は60%であったが、20サイクル繰り返し充放電を行った後の放電容量は15mAh/gと低かった。   The binding energy difference (Pl-Pm) by XPS in Examples 1 to 14 was in the range of 1.6 to 3.2 eV, and the initial charge / discharge efficiency was excellent at 52% or more. On the other hand, in Comparative Example 1, since the bond energy difference (Pl-Pm) by XPS was as large as 3.6 eV, the initial charge / discharge efficiency was as low as 47%. In Examples 1 to 14, the discharge capacity was 253 mAh / g or more even after repeated charging and discharging for 20 cycles. On the other hand, in Comparative Example 2, since the binding energy difference (Pl-Pm) by XPS is as small as 0 eV, the initial charge / discharge efficiency was 60%, but the discharge capacity after repeated charge / discharge for 20 cycles was 15 mAh / g. It was low.

実施例15〜17のXPSによる結合エネルギー差(Pl−Pm)は2.4eVであり、初回充放電効率は54%以上、20サイクル繰り返し充放電を行った後の放電容量は407mAh/g以上と優れていた。特に、実施例16は、所定の粉末性状を有しており均質な電極が作製できたため、初回充放電効率およびサイクル特性に優れていた。   The binding energy difference (Pl-Pm) by XPS of Examples 15 to 17 is 2.4 eV, the initial charge / discharge efficiency is 54% or more, and the discharge capacity after 20 cycles of repeated charge / discharge is 407 mAh / g or more. It was excellent. In particular, since Example 16 had a predetermined powder property and a homogeneous electrode could be produced, the initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics were excellent.

本発明の蓄電デバイス用負極活物質は、ノートパソコンや携帯電話等の携帯型電子機器や電気自動車等に使用されるリチウムイオン非水二次電池、さらにリチウムイオンキャパシタ等のハイブリッドキャパシタなどに好適である。   The negative electrode active material for an electricity storage device of the present invention is suitable for a portable electronic device such as a notebook computer or a mobile phone, a lithium ion non-aqueous secondary battery used for an electric vehicle, and a hybrid capacitor such as a lithium ion capacitor. is there.

Claims (24)

酸化物換算のモル%表示で、SnO 70〜95%、P25 5〜30%(SnO 70%、P25 30%は含まない)の組成を含有することを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質。 An electricity storage device characterized by containing a composition of SnO 70 to 95% and P 2 O 5 5 to 30% (not including SnO 70% and P 2 O 5 30%) in terms of mol% in terms of oxide Negative electrode active material. 実質的に非晶質からなることを特徴とする請求項1に記載の蓄電デバイス用負極活物質。   The negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 1, wherein the negative electrode active material is substantially amorphous. 請求項1または2に記載の蓄電デバイス用負極活物質を含有する蓄電デバイス用負極材料。   The negative electrode material for electrical storage devices containing the negative electrode active material for electrical storage devices of Claim 1 or 2. 請求項1または2に記載の蓄電デバイス用負極活物質を製造する方法であって、原料粉末を還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融してガラス化することを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質。   A method for producing a negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 1 or 2, wherein the raw material powder is melted and vitrified in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. . 原料粉末が、リンとスズを含む複合酸化物であることを特徴とする請求項4に記載の蓄電デバイス用負極活物質の製造方法。   The method for producing a negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 4, wherein the raw material powder is a complex oxide containing phosphorus and tin. 少なくともSnOとP25を含有する蓄電デバイス用負極活物質であって、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルにおいて2θ値で10〜45°に非晶質ハローを有し、当該範囲にて2θ値を22.5°に固定したピーク成分P1と22.5°より高角度側のピーク成分P2の二成分でカーブフィッティングした際に、P2のピーク頂点の位置が2θ値で25.0〜29.0°であることを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質。 A negative electrode active material for an electricity storage device containing at least SnO and P 2 O 5 , wherein an amorphous halo is formed at 10 to 45 ° in terms of 2θ in a diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays. And when the curve fitting is performed with two components of the peak component P1 in which the 2θ value is fixed at 22.5 ° and the peak component P2 on the higher angle side than 22.5 °, the position of the peak apex of P2 is A negative electrode active material for an electricity storage device, wherein the 2θ value is 25.0 to 29.0 °. 少なくともSnOとP25を含有する蓄電デバイス用負極活物質であって、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルにおいて2θ値で10〜45°に非晶質ハローを有し、当該範囲にて2θ値を22.5°に固定したピーク成分P1と22.5°より高角度側のピーク成分P2の二成分でカーブフィッティングした際に、P1のピーク面積A1とP2のピーク面積A2が、A1/A2=0.01〜8の関係を満たすことを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質。 A negative electrode active material for an electricity storage device containing at least SnO and P 2 O 5 , wherein an amorphous halo is formed at 10 to 45 ° in terms of 2θ in a diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays. When the curve fitting is performed with two components of the peak component P1 having a 2θ value fixed at 22.5 ° and the peak component P2 on the higher angle side than 22.5 ° in the range, the peak areas A1 and P2 of P1 The negative electrode active material for an electricity storage device is characterized in that the peak area A2 satisfies the relationship of A1 / A2 = 0.01-8. モル%で、SnO 45〜95%、P25 5〜55%の組成を含有することを特徴とする請求項6または7に記載の蓄電デバイス用負極活物質。 8. The negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 6, wherein the negative electrode active material contains a composition of SnO 45 to 95% and P 2 O 5 5 to 55% in mol%. 実質的に非晶質であることを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質。   The negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 6, wherein the negative electrode active material is substantially amorphous. 請求項6から9のいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質を含有する蓄電デバイス用負極材料。   The negative electrode material for electrical storage devices containing the negative electrode active material for electrical storage devices in any one of Claims 6-9. 請求項6から9のいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質を製造する方法であって、原料粉末を還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融してガラス化することを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質の製造方法。   A method for producing the negative electrode active material for an electricity storage device according to any one of claims 6 to 9, wherein the raw material powder is melted and vitrified in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. A method for producing a negative electrode active material. 原料粉末が、リンとスズを含む複合酸化物であることを特徴とする請求項11に記載の蓄電デバイス用負極活物質の製造方法。   The method for producing a negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 11, wherein the raw material powder is a composite oxide containing phosphorus and tin. 少なくとも負極と正極を有する蓄電デバイスに用いられる負極活物質であって、充電完了時において、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルの2θ値30〜50°の範囲および/または2θ値10〜30°の範囲に検出される回折線ピークの半価幅が0.5°以上であることを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質。   A negative electrode active material used in an electricity storage device having at least a negative electrode and a positive electrode, and at the time of completion of charging, a 2θ value in a range of 30 to 50 ° of a diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays and / or Alternatively, a negative electrode active material for an electricity storage device, wherein a half width of a diffraction line peak detected in a range of 2θ value of 10 to 30 ° is 0.5 ° or more. 少なくとも負極と正極からなる蓄電デバイスに用いられる負極活物質であって、放電完了時において、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる回折線プロファイルの2θ値15〜40°の範囲に検出される回折線ピークの半価幅が0.1°以上であることを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質。   A negative electrode active material used for an electricity storage device composed of at least a negative electrode and a positive electrode, and detected at the time of completion of discharge within a 2θ value of 15 to 40 ° of a diffraction line profile obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays A negative electrode active material for an electricity storage device, wherein the half width of the diffraction line peak is 0.1 ° or more. 放電完了時において、酸化物換算のモル%表示で、組成としてSnO 10〜70%、Li2O 20〜70%、P25 2〜40%を含有することを特徴とする請求項13または14に記載の蓄電デバイス用負極活物質。 During discharge completion, as represented by mol% based on oxides terms, SnO 10 to 70% as a composition, Li 2 O 20 to 70%, or claim 13, characterized in that it contains P 2 O 5 2 to 40% 14. The negative electrode active material for an electricity storage device according to 14. 請求項13から15のいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質を含有する蓄電デバイス用負極材料。   The negative electrode material for electrical storage devices containing the negative electrode active material for electrical storage devices in any one of Claims 13-15. 組成として少なくともSnOを含有する蓄電デバイス用負極活物質であって、当該蓄電デバイス用負極活物質中のSn原子のSn3d5/2軌道における電子の結合エネルギー値をPl、金属SnのSn3d5/2軌道における電子の結合エネルギー値をPmとしたとき、(Pl−Pm)が0.01〜3.5eVであることを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質。 A negative electrode active material for an electricity storage device containing at least SnO as a composition, wherein the binding energy value of electrons in the Sn3d 5/2 orbit of Sn atoms in the negative electrode active material for the electricity storage device is Pl, and Sn3d 5/2 of metal Sn A negative electrode active material for an electricity storage device, wherein (Pl-Pm) is 0.01 to 3.5 eV, where Pm is an electron binding energy value in orbit. 実質的に非晶質からなることを特徴とする請求項17に記載の蓄電デバイス用負極活物質。   The negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 17, wherein the negative electrode active material is substantially amorphous. 粉末状であることを特徴とする請求項17または18に記載の蓄電デバイス用負極活物質。   The negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 17 or 18, wherein the negative electrode active material is in a powder form. 平均粒子径が0.1〜10μmかつ最大粒子径が75μm以下であることを特徴とする請求項19に記載の蓄電デバイス用負極活物質。   20. The negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 19, wherein the average particle size is 0.1 to 10 [mu] m and the maximum particle size is 75 [mu] m or less. 請求項17から20のいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質を含有する蓄電デバイス用負極材料。   The negative electrode material for electrical storage devices containing the negative electrode active material for electrical storage devices in any one of Claims 17-20. 請求項17〜20のいずれかに記載の蓄電デバイス用負極活物質を製造する方法であって、原料粉末を還元雰囲気または不活性雰囲気中で溶融してガラス化することを特徴とする蓄電デバイス用負極活物質の製造方法。   A method for producing a negative electrode active material for an electricity storage device according to any one of claims 17 to 20, wherein the raw material powder is melted and vitrified in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. A method for producing a negative electrode active material. 原料粉末が金属粉末または炭素粉末を含有することを特徴とする請求項22に記載の蓄電デバイス用負極活物質の製造方法。   The method for producing a negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 22, wherein the raw material powder contains a metal powder or a carbon powder. 原料粉末が、リンとスズを含む複合酸化物であることを特徴とする請求項22または23に記載の蓄電デバイス用負極活物質の製造方法。   The method for producing a negative electrode active material for an electricity storage device according to claim 22 or 23, wherein the raw material powder is a composite oxide containing phosphorus and tin.
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