JP2012101958A5

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Publication number: JP2012101958A5
Application number: JP2010250220A
Authority: JP
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2013-11-07

Description

すなわち本発明は、以下のナノサイズ粒子やリチウムイオン二次電池用負極材料などを提供するものである。
（１）種類の異なる元素Ａと元素Ｄとを含み、前記元素ＡがＳｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素であり、前記元素ＤがＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｂａ、ランタノイド元素（Ｃｅ、およびＰｍを除く）、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、およびＩｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素であり、前記元素Ａの単体または固溶体である第１の相と、前記元素Ａと前記元素Ｄとの化合物である第２の相を少なくとも有し、前記第１の相と前記第２の相が、界面を介して接合しており、前記第１の相と前記第２の相が、外表面に露出しており、前記第１の相は、界面以外が略球面状の表面を有し、平均粒径が２〜５００ｎｍであることを特徴とするナノサイズ粒子。
（２）前記元素Ａが、Ｓｉであり、前記元素Ｄが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｂａ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＩｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素であることを特徴とする（１）に記載のナノサイズ粒子。
（３）前記第２の相がＤＡ_ｘ（１＜ｘ≦３)なる化合物であることを特徴とする（１）または（２）に記載のナノサイズ粒子。
（４）さらに、前記元素Ａと前記元素Ｄとの化合物である第３の相を有し、前記第３の相は、前記第１の相中に分散していることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（５）前記第１の相が主として結晶質シリコンであり、前記第２の相および／または前記第３の相が結晶質シリサイドであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（６）前記第１の相がリンまたはホウ素を添加したシリコンで構成されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（７）前記第１の相に酸素を添加したことを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（８）前記元素Ａと前記元素Ｄの合計に占める前記元素Ｄの原子比率が０．０１〜２５％であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（９）前記元素Ｄが、元素Ｄを選ぶことのできる群より選ばれた２種以上の元素であり、一つの前記元素Ｄと前記元素Ａの化合物である前記第２の相および／または前記第３の相に、他の前記元素Ｄが、固溶体または化合物として含有されることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（１０）Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｂａ、ランタノイド元素（ＣｅおよびＰｍを除く）、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＩｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である元素Ｄ´をさらに含み、前記元素Ｄ´が、前記第２の相を構成する前記元素Ｄとは種類の異なる元素であり、前記元素Ａと前記元素Ｄ´との化合物である第４の相をさらに有し、前記第１の相と前記第４の相が、界面を介して接合しており、前記第４の相が、外表面に露出していることを特徴とする（１）〜（９）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（１１）前記第１の相が主として結晶質シリコンであり、前記ナノサイズ粒子の外表面がアモルファス層で覆われていることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（１２）前記第２の相が主として結晶質シリサイドであり、前記ナノサイズ粒子の外表面がアモルファス層で覆われていることを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（１３）前記アモルファス層の厚みは、０．５〜１５ｎｍであることを特徴とする（１１）または（１２）に記載のナノサイズ粒子。
（１４）前記第２の相および／または前記第４の相は、界面以外が略球面状または多面体状の表面を有することを特徴とする（１）〜（１３）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（１５）６３．７ＭＰａで粉体粒子を圧縮した条件で、粉体導電率が４×１０^−８［Ｓ／ｃｍ］以上であることを特徴とする（１）〜（１４）のいずれかに記載のナノサイズ粒子。
（１６）（１）〜（１５）のいずれかに記載のナノサイズ粒子を負極活物質として含むリチウムイオン二次電池用負極材料。
（１７）導電助剤をさらに有し、前記導電助剤がＣ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、ＮｉおよびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の粉末であることを特徴とする（１６）に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。
（１８）前記導電助剤がカーボンナノホーンを含むことを特徴とする（１７）に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。
（１９）（１６）〜（１８）のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極材料を用いたリチウムイオン二次電池用負極。
（２０）リチウムイオンを吸蔵および放出可能な正極と、（１９）に記載の負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータとを有し、リチウムイオン伝導性を有する電解質中に、前記正極と前記負極と前記セパレータとを設けたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
（２１）Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素Ａと、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｂａ、ランタノイド元素（ＣｅおよびＰｍを除く）、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＩｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素Ｄと、を含む原料をプラズマ化し、ナノサイズの液滴を経由して、前記元素Ａの単体または固溶体である第１の相と、前記元素Ａと前記元素Ｄとの化合物である第２の相を少なくとも有し、前記第１の相と前記第２の相が、界面を介して接合しており、前記第１の相と前記第２の相が、外表面に露出しており、前記第１の相は、界面以外が略球面状の表面を有し、平均粒径が２〜５００ｎｍであるナノサイズ粒子を得ることを特徴とするナノサイズ粒子の製造方法。

Claims

種類の異なる元素Ａと元素Ｄとを含み、
前記元素ＡがＳｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素であり、
前記元素ＤがＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｂａ、ランタノイド元素（Ｃｅ、およびＰｍを除く）、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、およびＩｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素であり、
前記元素Ａの単体または固溶体である第１の相と、
前記元素Ａと前記元素Ｄとの化合物である第２の相を少なくとも有し、
前記第１の相と前記第２の相が、界面を介して接合しており、
前記第１の相と前記第２の相が、外表面に露出しており、
前記第１の相は、界面以外が略球面状の表面を有し、
平均粒径が２〜５００ｎｍであることを特徴とするナノサイズ粒子。
前記元素Ａが、Ｓｉであり、
前記元素Ｄが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｂａ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＩｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素であることを特徴とする請求項１に記載のナノサイズ粒子。
前記第２の相がＤＡ_ｘ（１＜ｘ≦３)なる化合物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のナノサイズ粒子。
さらに、前記元素Ａと前記元素Ｄとの化合物である第３の相を有し、
前記第３の相は、前記第１の相中に分散していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
前記第１の相が主として結晶質シリコンであり、前記第２の相および／または前記第３の相が結晶質シリサイドであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
前記第１の相がリンまたはホウ素を添加したシリコンで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
前記第１の相に酸素を添加したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
前記元素Ａと前記元素Ｄの合計に占める前記元素Ｄの原子比率が０．０１〜２５％であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
前記元素Ｄが、元素Ｄを選ぶことのできる群より選ばれた２種以上の元素であり、
一つの前記元素Ｄと前記元素Ａの化合物である前記第２の相および／または前記第３の相に、他の前記元素Ｄが、固溶体または化合物として含有されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｂａ、ランタノイド元素（ＣｅおよびＰｍを除く）、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＩｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である元素Ｄ´をさらに含み、
前記元素Ｄ´が、前記第２の相を構成する前記元素Ｄとは種類の異なる元素であり、
前記元素Ａと前記元素Ｄ´との化合物である第４の相をさらに有し、
前記第１の相と前記第４の相が、界面を介して接合しており、
前記第４の相が、外表面に露出している
ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
前記第１の相が主として結晶質シリコンであり、前記ナノサイズ粒子の外表面がアモルファス層で覆われていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
前記第２の相が主として結晶質シリサイドであり、前記ナノサイズ粒子の外表面がアモルファス層で覆われていることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
前記アモルファス層の厚みは、０．５〜１５ｎｍであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のナノサイズ粒子。
前記第２の相および／または前記第４の相は、界面以外が略球面状または多面体状の表面を有することを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
６３．７ＭＰａで粉体粒子を圧縮した条件で、粉体導電率が４×１０^−８［Ｓ／ｃｍ］以上であることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子。
請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載のナノサイズ粒子を負極活物質として含むリチウムイオン二次電池用負極材料。
導電助剤をさらに有し、前記導電助剤がＣ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、ＮｉおよびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の粉末であることを特徴とする請求項１６に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。
前記導電助剤がカーボンナノホーンを含むことを特徴とする請求項１７に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。
請求項１６〜請求項１８のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料を用いたリチウムイオン二次電池用負極。
リチウムイオンを吸蔵および放出可能な正極と、
請求項１９に記載の負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータとを有し、
リチウムイオン伝導性を有する電解質中に、前記正極と前記負極と前記セパレータとを設けたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素Ａと、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｂａ、ランタノイド元素（ＣｅおよびＰｍを除く）、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＩｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素Ｄと、を含む原料をプラズマ化し、
ナノサイズの液滴を経由して、
前記元素Ａの単体または固溶体である第１の相と、前記元素Ａと前記元素Ｄとの化合物である第２の相を少なくとも有し、
前記第１の相と前記第２の相が、界面を介して接合しており、
前記第１の相と前記第２の相が、外表面に露出しており、
前記第１の相は、界面以外が略球面状の表面を有し、
平均粒径が２〜５００ｎｍであるナノサイズ粒子を得ることを特徴とするナノサイズ粒子の製造方法。