JP2015036450A - METHOD OF PRODUCING Ge-CONTAINING NANOPARTICLE AND Ge-CONTAINING NANOPARTICLE, AND BATTERY, INFRARED ABSORPTION MATERIAL, INFRARED PHOTODIODE, SOLAR BATTERY, LIGHT EMITTING ELEMENT AND ORGANISM RECOGNITION MATERIAL - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing Ge-containing nanoparticles in a process unlike the prior art and novel Ge-containing nanoparticles, and a battery, an infrared absorption material, an infrared photodiode, a solar battery, a light emitting element and an organism recognition material including the same.SOLUTION: A method of producing Ge-containing nanoparticles is to prepare nanoparticles at least comprising Ge, by reducing Ge oxide nanoparticles, with one element which has smaller Gibbs free energy ΔG relative to oxygen molecule (1 mol) than Gibbs free energy ΔG of Ge relative to oxygen molecule (1 mol) in an Ellingham diagram, and is selected from the group consisting of C, H, Zn, K, Na, Cr, Mn, V, Si, Ti, Al, Mg, Ca, Sc, Sr, Nb, Li, Ba, In, Y, Hf, Zr and Ta.

Description

本技術は、Ge含有ナノ粒子の製造方法およびGe含有ナノ粒子、並びに、電池、赤外線吸収材料、赤外用フォトダイオード、太陽電池、発光素子および生体認識材に関する。   The present technology relates to a method for producing Ge-containing nanoparticles, Ge-containing nanoparticles, a battery, an infrared absorbing material, an infrared photodiode, a solar cell, a light emitting element, and a biorecognition material.

近年では、リチウムイオン二次電池の高容量化、急速充放電化が、強く求められている。負極活物質として、炭素材料より高い容量を得ることを目的として、Si(ケイ素)等を用いることが検討されている。しかしながら、Si等を用いた場合、サイクル特性、急速充放電に問題を抱えているのが現状である。   In recent years, high capacity and rapid charge / discharge of lithium ion secondary batteries have been strongly demanded. The use of Si (silicon) or the like as a negative electrode active material has been studied for the purpose of obtaining a capacity higher than that of a carbon material. However, when Si or the like is used, there are currently problems with cycle characteristics and rapid charge / discharge.

これ対して、例えばSiより有効な材料として、Siの10000倍程度の高導電性および400倍程度の高リチウム拡散性を有するGe(例えば、非特許文献1参照)を用いることが検討されている。   On the other hand, using Ge (for example, refer nonpatent literature 1) which is about 10,000 times as high as Si, and about 400 times as high lithium diffusibility as Si is considered as a material more effective than Si. .

J. Graetz, J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A698J. Graetz, J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A698

本技術の目的は、従来と異なるプロセスのGe含有ナノ粒子の製造方法および新規なGe含有ナノ粒子、並びに、これを有する電池、赤外線吸収材料、赤外用フォトダイオード、太陽電池、発光素子および生体認識材を提供することにある。   An object of the present technology is to produce a Ge-containing nanoparticle having a different process from the conventional method and a novel Ge-containing nanoparticle, and a battery having the same, an infrared absorbing material, an infrared photodiode, a solar cell, a light-emitting element, and biological recognition To provide materials.

上述した課題を解決するために、本技術は、エリンガムダイアグラムのGeの酸素分子(1mol)に対するギブズの生成自由エネルギーΔGより、酸素分子(1mol)に対するギブズの生成自由エネルギーΔGが小さい、C、H2、Zn、K、Na、Cr、Mn、V、Si、Ti、Al、Mg、Ca、Sc、Sr、Nb、Li、Ba、In、Y、Hf、ZrおよびTaの少なくとも何れかからなる一の元素によって、Ge酸化物ナノ粒子を還元して、少なくともGeを含むナノ粒子を調製するGe含有ナノ粒子の製造方法である。 In order to solve the above-described problem, the present technology has a smaller Gibbs formation free energy ΔG for oxygen molecules (1 mol) than Gibbs formation free energy ΔG for Ge oxygen molecules (1 mol) in the Ellingham diagram, C, H 2, comprising Zn, K, Na, Cr, Mn, V, Si, Ti, Al, Mg, Ca, Sc, Sr, Nb, Li, Ba, in, Y, Hf, from at least one of Zr and Ta This is a method for producing Ge-containing nanoparticles in which Ge oxide nanoparticles are reduced with one element to prepare nanoparticles containing at least Ge.

本技術は、露点−30℃以下のドライ環境下で、還元剤にてハロゲン化Geを還元し、上記GeOx(0.5<x<1.5)ナノ粒子を調製するGe含有ナノ粒子の製造方法である。 In the present technology, a Ge-containing nanoparticle is prepared by reducing Ge halide with a reducing agent in a dry environment having a dew point of −30 ° C. or less to prepare the GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticle. It is a manufacturing method.

本技術は、少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子である。 The technology is Ge-containing nanoparticles comprising at least GeO x (0.5 <x <1.5).

本技術は、少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する、赤外吸収材料、赤外吸収材料、赤外用フォトダイオード素子、太陽電池、発光素子、生体認識材である。 The present technology relates to an infrared absorbing material, an infrared absorbing material, an infrared photodiode element, a solar cell, a light emitting element, a living body, and having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5). It is a recognition material.

本技術によれば、従来と異なるプロセスのGe含有ナノ粒子の製造方法および新規なGe含有ナノ粒子を提供できる。   According to the present technology, it is possible to provide a method for producing Ge-containing nanoparticles of a process different from the conventional process and novel Ge-containing nanoparticles.

図1は、エリンガムダイアグラムを示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing an Ellingham diagram. 図2は、本技術の第3の実施の形態による電池の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a battery according to the third embodiment of the present technology. 図3は、図2に示した巻回電極体20の一部を拡大して表す断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. 図4Aは、PVP保護GeO2ナノ粒子のSEM像である。図4Bは、Ge/Cナノコンポジット粒子のSEM像である。FIG. 4A is an SEM image of PVP protected GeO 2 nanoparticles. FIG. 4B is an SEM image of Ge / C nanocomposite particles. 図5は、Ge/Cナノコンポジット粉末の光学写真である。FIG. 5 is an optical photograph of Ge / C nanocomposite powder. 図6Aは、還元熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子のXRDパターンおよび還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子のXRDパターンである。図6Bは、還元熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子のラマン分光スペクトルおよび還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子のラマン分光スペクトルである。FIG. 6A is an XRD pattern of PVP-protected GeO 2 nanoparticles before reduction heat treatment and an XRD pattern of Ge / C nanocomposite particles after reduction heat treatment. FIG. 6B is a Raman spectrum of the PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the reduction heat treatment and a Raman spectrum of the Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment. 図7Aは、サンプル1のGe/Cナノコンポジット粒子のEDXスペクトルである。図7Bは、Ge/Cナノコンポジット粒子の質量組成を示す表である。FIG. 7A is an EDX spectrum of the Ge / C nanocomposite particles of Sample 1. FIG. 7B is a table showing the mass composition of Ge / C nanocomposite particles. 図8は、サンプル1のGe/Cナノコンポジット粒子のXPSスペクトルである。FIG. 8 is an XPS spectrum of the Ge / C nanocomposite particles of Sample 1. 図9Aは、半電池1−1および半電池1−2の充放電グラフである。図9Bは、サイクル数に対して維持率をプロットしたグラフである。FIG. 9A is a charge / discharge graph of the half-cell 1-1 and the half-cell 1-2. FIG. 9B is a graph in which the maintenance ratio is plotted against the number of cycles. 図10Aは、PVP保護GeOナノ粒子のSEM像である。図10Bは、Ge/Cナノコンポジット粒子のSEM像である。FIG. 10A is an SEM image of PVP protected GeO nanoparticles. FIG. 10B is an SEM image of Ge / C nanocomposite particles. 図11Aは、還元熱処理前のPVP保護GeOナノ粒子のXPS測定で得られたGe2p3/2スペクトル、400℃還元熱処理後のナノ粒子のXPS測定で得られたGe2p3/2スペクトル、および600℃還元熱処理後のナノ粒子のXPS測定で得られたGe2p3/2スペクトルである。図11Bは、還元熱処理前のPVP保護GeOナノ粒子のXPS測定で得られたO1sスペクトル、400℃還元熱処理後のナノ粒子のXPS測定で得られたO1sスペクトル、および600℃還元熱処理後のナノ粒子のXPS測定で得られたO1sスペクトルである。FIG. 11A shows Ge2p3 / 2 spectra obtained by XPS measurement of PVP-protected GeO nanoparticles before reduction heat treatment, Ge2p3 / 2 spectra obtained by XPS measurement of nanoparticles after 400 ° C. reduction heat treatment, and 600 ° C. reduction heat treatment. It is Ge2p3 / 2 spectrum obtained by XPS measurement of the nanoparticle of the latter. FIG. 11B shows an O1s spectrum obtained by XPS measurement of PVP-protected GeO nanoparticles before reduction heat treatment, an O1s spectrum obtained by XPS measurement of nanoparticles after 400 ° C. reduction heat treatment, and nanoparticles after 600 ° C. reduction heat treatment It is an O1s spectrum obtained by XPS measurement. 図12は、還元熱処理前のPVP保護GeOナノ粒子のXRDパターン、400℃還元熱処理後のナノ粒子のXRDパターン、および600℃還元熱処理後のナノ粒子のXPS測定で得られたXRDパターンである。FIG. 12 shows an XRD pattern of PVP-protected GeO nanoparticles before reduction heat treatment, an XRD pattern of nanoparticles after 400 ° C. reduction heat treatment, and an XRD pattern obtained by XPS measurement of nanoparticles after 600 ° C. reduction heat treatment. 図13は、半電池2−1および半電池2−3の充放電グラフである。FIG. 13 is a charge / discharge graph of the half-cell 2-1 and the half-cell 2-3. 図14は、半電池2−2の充放電グラフである。FIG. 14 is a charge / discharge graph of the half-cell 2-2. 図15Aおよび図15Bは、サンプル3のGe/Cナノコンポジット粒子のSEM像である。15A and 15B are SEM images of the Ge / C nanocomposite particles of Sample 3. FIG. 図16は、還元熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子のラマン分光スペクトルおよび還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子のラマン分光スペクトルである。FIG. 16 shows a Raman spectrum of PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the reduction heat treatment and a Raman spectrum of Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment.

以下、本技術の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
0.技術的背景
1.第1の実施の形態(Ge含有ナノ粒子の製造方法の第1の例)
2.第2の実施の形態(Ge含有ナノ粒子の製造方法の第2の例)
3.第3の実施の形態(応用例)
4.他の実施の形態 (変形例)
なお、以下に説明する実施の形態等は本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施の形態等に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また例示した効果と異なる効果が存在することを否定するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present technology will be described with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
0. Technical background First Embodiment (First Example of Method for Producing Ge-Containing Nanoparticles)
2. Second Embodiment (Second Example of Method for Producing Ge-Containing Nanoparticles)
3. Third embodiment (application example)
4). Other Embodiment (Modification)
The embodiments described below are suitable specific examples of the present technology, and the contents of the present technology are not limited to these embodiments. Moreover, the effect described in this specification is an illustration to the last, is not limited, and does not deny that the effect different from the illustrated effect exists.

0.技術的背景
まず、本技術の理解を容易にするため、本技術の技術的背景について説明する。例えば、Si(ケイ素)負極は充放電の際、Liとの反応によりSiLix(x<4.4)化合物を形成するが、その生成過程にて、いくつかの根本的な困難を抱えている。例えば、(1)膨張収縮のためサイクル特性が悪い、(2)Si、SiOは低導電性、(3)炭素材と比較してLi拡散速度が遅いなどである。
0. Technical background First, in order to facilitate understanding of the present technology, a technical background of the present technology will be described. For example, a Si (silicon) negative electrode forms a SiLi x (x <4.4) compound by reaction with Li during charge / discharge, but has some fundamental difficulties in its formation process. . For example, (1) cycle characteristics are poor due to expansion and contraction, (2) Si and SiO have low conductivity, and (3) Li diffusion rate is slow compared to carbon materials.

(1)に対して、ナノ粒子化することによって、サイクル特性を向上させる取り組みが数多くなされている(非特許文献:Gohier et al., Adv. Mater., 2012, 24, 2592)。これは、膨張率(約300%)と歪み変位量の関係から容易に想像できる。応力割れは、一般的に膨張率ではなく、歪み変位量(ズレが転位を誘発)に依存することが知られている。つまり、半径1umの粒子が300%膨張した際、半径は1.443um(変位量443nm)となるが、半径10nmの粒子の場合、半径は14.43nm(変位量4.43nm)程度の歪みとなるため、ナノ粒子化は応力割れを生じにくくさせる効果がある。   In contrast to (1), many efforts have been made to improve cycle characteristics by making nanoparticles (non-patent literature: Gohier et al., Adv. Mater., 2012, 24, 2592). This can be easily imagined from the relationship between the expansion rate (about 300%) and the strain displacement. It is known that stress cracking generally depends not on the expansion coefficient but on the amount of strain displacement (deviation induces dislocation). In other words, when a particle having a radius of 1 um expands by 300%, the radius becomes 1.443 um (displacement amount 443 nm), but in the case of a particle having a radius of 10 nm, the radius is about 14.43 nm (displacement amount 4.43 nm). Therefore, nano-particle formation has the effect of making it difficult for stress cracking to occur.

しかしながら、ナノ粒子化は一般的に導電性を低下させてしまうため、(3)の問題がより顕著になる。そのため、Siナノ粒子負極研究は、グラフェンやカーボンナノチューブのような高導電助剤との複合化を余儀なくされる(非特許文献:Lee et al., Chem Comm., 2010, 46, 2025; Gohier et al., Adv. Mater., 2012, 24, 2592)。さらに、Siナノ粒子は、容易にSiO2へ酸化し、ナノ化するにつれて、その酸化力が増すため、水分に対して自然発火性を有するものである。 However, since nano-particle formation generally lowers conductivity, the problem (3) becomes more prominent. Therefore, Si nanoparticle negative electrode research is forced to be combined with highly conductive assistants such as graphene and carbon nanotubes (Non-patent literature: Lee et al., Chem Comm., 2010, 46, 2025; Gohier et al., Adv. Mater., 2012, 24, 2592). Furthermore, since the Si nanoparticles easily oxidize to SiO 2 and become nano-sized, the oxidizing power increases, so that they have a pyrophoric property against moisture.

これらを解決するためにGe(ゲルマニウム)が有効である。Geは、上述したように、Siの10000倍の高導電性および400倍の高リチウム拡散性を有し、負極として、Siの欠点の多くを補い得る材料である。すなわち、Geナノ粒子は、Siナノ粒子に比べて、低抵抗であり、高リチウム拡散性、不燃性に優れた材料である。また、Ge理論容量(1600mAh/g、7366Ah/L)は、Si理論容量(4200mAh/g、8334Ah/L)に対して、体積当たりの容量がほぼ同じ程度である。   In order to solve these problems, Ge (germanium) is effective. As described above, Ge has a high conductivity 10,000 times that of Si and 400 times higher lithium diffusibility, and is a material that can compensate for many of the defects of Si as a negative electrode. That is, Ge nanoparticles have a lower resistance than Si nanoparticles, and are a material excellent in high lithium diffusibility and nonflammability. Further, the Ge theoretical capacity (1600 mAh / g, 7366 Ah / L) has almost the same capacity per volume as compared with the Si theoretical capacity (4200 mAh / g, 8334 Ah / L).

以上を鑑み、本技術は、従来と異なるプロセスでGe含有ナノ粒子を製造する方法および新規なGe含有ナノ粒子を提供するものである。本技術の少なくとも1つの実施の形態
では、高導電性ナノ粒子が実現できる。高導電性ナノ粒子を用いた電池では、高導電性のため急速充放電が可能である。高導電性ナノ粒子を用いた電池では、ナノ粒子のため、膨張収縮による割れを防止し、サイクル特性を向上できる。
以下本技術の実施の形態について説明する。
In view of the above, the present technology provides a method for producing Ge-containing nanoparticles by a process different from the conventional method and novel Ge-containing nanoparticles. In at least one embodiment of the present technology, highly conductive nanoparticles can be realized. A battery using highly conductive nanoparticles can be rapidly charged and discharged because of its high conductivity. In a battery using highly conductive nanoparticles, cracks due to expansion and contraction can be prevented and cycle characteristics can be improved because of the nanoparticles.
Embodiments of the present technology will be described below.

1.第1の実施の形態
(Ge含有ナノ粒子の製造方法の第1の例)
本技術の第1の実施の形態によるGe含有ナノ粒子の製造方法について説明する。本技術の第1の実施の形態は、Ge含有ナノ粒子を簡易合成可能な手法を提供するものである。
1. First Embodiment (First Example of Method for Producing Ge-Containing Nanoparticles)
A method for producing Ge-containing nanoparticles according to the first embodiment of the present technology will be described. The first embodiment of the present technology provides a technique capable of easily synthesizing Ge-containing nanoparticles.

なお、本明細書では、ナノ粒子とは、一次粒子径がナノサイズである微粒子のことをいう。ナノサイズとは、典型的には、一次粒子径が1nm以上1000nm未満、数nm以上数十nm程度の大きさのことをいう。ナノサイズの大きさを有する材料を、例えばナノ粒子というように、接頭辞「ナノ」を付して称する。   In addition, in this specification, a nanoparticle means the microparticles | fine-particles whose primary particle diameter is nanosize. The nano-size typically means that the primary particle size is 1 nm or more and less than 1000 nm, and a size of several nm or more and several tens of nm. A material having a nano-sized size is referred to with a prefix “nano”, for example, a nanoparticle.

また、本明細書では、Ge含有ナノ粒子とは、少なくともGe(ゲルマニウム)を含むナノ粒子のことをいい、典型的には、Ge単体ナノ粒子、Geと他の元素とを含むナノ粒子のことをいう。Geと他の元素とを含むナノ粒子とは、典型的には、Ge酸化物単体ナノ粒子、Geと他の元素(典型的にはC等)との複合体ナノ粒子(ナノコンポジット粒子)、Ge酸化物と他の元素(典型的にはC等)との複合体ナノ粒子のことをいう。   Further, in this specification, the Ge-containing nanoparticle means a nanoparticle containing at least Ge (germanium), and is typically a single Ge nanoparticle or a nanoparticle containing Ge and another element. Say. Nanoparticles containing Ge and other elements are typically Ge oxide simple substance nanoparticles, composite nanoparticles of Ge and other elements (typically C, etc.) (nanocomposite particles), This refers to composite nanoparticles of Ge oxide and other elements (typically C).

本技術の第1の実施の形態によるGe含有ナノ粒子の製造方法は、第1の工程として、大気雰囲気下、保護ポリマーおよびGeアルコキシドを、アルコール溶媒に溶解した溶液に、水酸化アンモニウム(NH4OH)および水(H2O)を混合し、加水分解反応を行い、表面が保護ポリマーで保護されたポリマー保護GeO2ナノ粒子を調製する工程を含む。 The method for producing Ge-containing nanoparticles according to the first embodiment of the present technology includes, as a first step, ammonium hydroxide (NH 4) in a solution in which a protective polymer and a Ge alkoxide are dissolved in an alcohol solvent in an air atmosphere. OH) and water (H 2 O) are mixed, and a hydrolysis reaction is performed to prepare polymer-protected GeO 2 nanoparticles whose surface is protected with a protective polymer.

本技術の第1の実施の形態によるGe含有ナノ粒子の製造方法は、第1の工程後、第2の工程として、ポリマー保護GeO2ナノ粒子を窒素(N2)、アルゴン(Ar2)、水素(H2)、または、これらの混合ガス雰囲気下で、還元および熱処理(還元熱処理)を行い、Geおよび炭素(C)を含むGe含有炭素材粒子であるGe/Cナノコンポジット粒子を調製する工程を含む。 In the method for producing Ge-containing nanoparticles according to the first embodiment of the present technology, after the first step, the polymer-protected GeO 2 nanoparticles are converted into nitrogen (N 2 ), argon (Ar 2 ), In an atmosphere of hydrogen (H 2 ) or a mixed gas thereof, reduction and heat treatment (reduction heat treatment) are performed to prepare Ge / C nanocomposite particles that are Ge-containing carbon material particles containing Ge and carbon (C). Process.

第2の工程の際、エリンガムダイアグラムに従う還元熱処理を行う。図1にエリンガムダイアグラムを示す。エリンガムダイアグラムとは、各元素の酸素分子(1mol)に対するギブズの生成自由エネルギー(各元素の酸化物の標準生成自由エネルギー、以下ΔGと称する場合もある)と温度との関係図である。図1中の線t1は、炭素(C)の酸素分子(1mol)に対するΔGの温度に対する変化を示し、線t2は、Geの酸素分子(1mol)に対するΔGの温度に対する変化を示す。   In the second step, a reduction heat treatment according to the Ellingham diagram is performed. FIG. 1 shows an Ellingham diagram. The Ellingham diagram is a relationship diagram between Gibbs formation free energy (standard formation free energy of an oxide of each element, hereinafter sometimes referred to as ΔG) and temperature with respect to oxygen molecules (1 mol) of each element. The line t1 in FIG. 1 shows the change with respect to the temperature of ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) of carbon (C), and the line t2 shows the change with respect to the temperature of ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) of Ge.

エリンガムダイアグラムに従えば、ΔGが小さい程酸化されやすい。第2の工程では、エリンガムダイアグラムに従い、Geの酸素分子(1mol)に対するΔGより、酸素分子(1mol)に対するΔGが小さい元素で、GeO2をGeに還元する。 According to the Ellingham diagram, the smaller the ΔG, the easier it is to oxidize. In the second step, according to the Ellingham diagram, GeO 2 is reduced to Ge with an element having a smaller ΔG for oxygen molecules (1 mol) than ΔG for Ge oxygen molecules (1 mol).

具体的には、第2の工程では、エリンガムダイアグラムに従い、ゲルマニウム(Ge)の酸素分子(1mol)に対するΔGより、酸素分子(1mol)に対するΔGが小さい炭素(C)で、GeO2をGeに還元する。すなわち、第2の工程では、エリンガムダイアグラムに従う酸化還元反応が生じ、保護ポリマーに含まれる炭素(C)が、GeO2をGeに還元する。なお、雰囲気ガス(例えば、水素等)もGeを還元する還元剤として作用してもよい。 Specifically, in the second step, according to the Ellingham diagram, GeO 2 is changed to Ge with carbon (C) having a smaller ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) than with ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) of germanium (Ge). Reduce. That is, in the second step, an oxidation-reduction reaction according to the Ellingham diagram occurs, and carbon (C) contained in the protective polymer reduces GeO 2 to Ge. In addition, atmospheric gas (for example, hydrogen etc.) may act as a reducing agent for reducing Ge.

還元反応(GeO2→Ge)が生じる還元熱処理時の温度は、Geの酸素分子(1mol)に対するΔG>炭素(C)の酸素分子(1mol)に対するΔGを満たす温度であることが好ましい。 The temperature during the reduction heat treatment at which the reduction reaction (GeO 2 → Ge) occurs is preferably such that ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) of Ge> ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) of carbon (C).

具体的には、還元熱処理時の温度は、例えば、700℃以上が好ましく、800℃以上がより好ましい。700℃未満の場合、GeO2→Geの還元反応が進行し難い傾向にある。また、還元熱処理時の温度は、Geナノ粒子の凝集、肥大化を抑制する観点から、1000℃以下であることがより好ましい。 Specifically, for example, the temperature during the reduction heat treatment is preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. When the temperature is lower than 700 ° C., the reduction reaction of GeO 2 → Ge tends not to proceed. In addition, the temperature during the reduction heat treatment is more preferably 1000 ° C. or less from the viewpoint of suppressing aggregation and enlargement of Ge nanoparticles.

第1の工程後、第2の工程を行うことにより、Ge/Cナノコンポジット粒子が得られる。このGe/Cナノコンポジット粒子は、例えば、炭素化した保護ポリマーを担持したGeナノ粒子である。ナノコンポジット粒子の粒子径(一次粒子径)は、典型的には、例えば、500nm以上1000nm未満である。なお、第1の工程で得られるポリマー保護GeO2ナノ粒子の粒子径(一次粒子径)は、典型的には、例えば、50nm以下である。 By performing the second step after the first step, Ge / C nanocomposite particles are obtained. This Ge / C nanocomposite particle is, for example, a Ge nanoparticle carrying a carbonized protective polymer. The particle diameter (primary particle diameter) of the nanocomposite particles is typically 500 nm or more and less than 1000 nm, for example. The particle diameter (primary particle diameter) of the polymer-protected GeO 2 nanoparticles obtained in the first step is typically 50 nm or less, for example.

このGe/Cナノコンポジット粒子は、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)のGe3d5/2スペクトルにて、結合エネルギー29eV付近のピークと、結合エネルギー34eV付近のピークとが存在するものであってもよい。このGe/Cナノコンポジット粒子は、GeO2由来の還元Geを含むため、Ge内部に酸素が取り残されているものと考えられる。すなわち、GeOに近い状態であると推測される。近年、SiOがSiよりも良好なサイクル特性を示す報告がなされており、このGeO2由来のGe/Cナノコンポジット粒子は、高サイクル特性を有する傾向にあることが考えられる。 The Ge / C nanocomposite particles may have a peak in the vicinity of a binding energy of 29 eV and a peak in the vicinity of a binding energy of 34 eV in the Ge3d5 / 2 spectrum of XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Since this Ge / C nanocomposite particle contains reduced Ge derived from GeO 2 , it is considered that oxygen is left behind in Ge. That is, it is presumed that the state is close to GeO. In recent years, it has been reported that SiO exhibits better cycle characteristics than Si, and it is considered that Ge / C nanocomposite particles derived from GeO 2 tend to have high cycle characteristics.

なお、第1の工程において、保護ポリマーの量を少なく調整することにより、Ge/Cナノコンポジット粒子に代えて、Ge単体ナノ粒子を得るようにしてもよい。   In the first step, Ge simple substance nanoparticles may be obtained instead of Ge / C nanocomposite particles by adjusting the amount of the protective polymer to be small.

本技術の第1の実施の形態では、第1の工程で用いるGeアルコキシドとしては、具体的には、例えば、Geイソプロポキシド(Ge(O−iC374)等を用いることができる。なお、Geアルコキシドの代わりに、GeI4等のGeを含む化合物を用いてもよい。 In the first embodiment of the present technology, specifically, for example, Ge isopropoxide (Ge (O—iC 3 H 7 ) 4 ) or the like is used as the Ge alkoxide used in the first step. it can. Note that a Ge-containing compound such as GeI 4 may be used instead of Ge alkoxide.

本技術の第1の実施の形態では、第1の工程で用いる保護ポリマーとしては、アルコール溶解性を有する有機高分子化合物を用いることができる。アルコール溶解性を有する有機高分子化合物としては、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルアルコール等を用いることができる。   In the first embodiment of the present technology, an organic polymer compound having alcohol solubility can be used as the protective polymer used in the first step. Polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol, etc. can be used as the organic polymer compound having alcohol solubility.

上述したGe含有ナノ粒子の製造方法では、エリンガムダイアグラムに従い、Ge酸化物を、炭素(C)で還元する例(GeO2→Ge)について説明したが、エリンガムダイアグラムに従い、炭素(C)、水素(H2)、亜鉛(Zn)、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、バナジウム(V)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、スカンジウム(Sc)、ストロンチウム(Sr)、ニオブ(Nb)、リチウム(Li)、バリウム(Ba)、インジウム(In)、イットリウム(Y)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)およびタンタル(Ta)の少なくとも何れかの元素によって、還元してもよい。この場合、エリンガムダイアグラムに従い、ゲルマニウム(Ge)の酸素分子(1mol)に対するΔGより、酸素分子(1mol)に対するΔGが小さい上記元素で、Ge酸化物を還元してもよい。この場合、典型的には、例えば、水素(H2)によって還元する場合は、例えば、水素含有ガス(例えば、純水素ガス、水素とN2および/またはArとの混合ガスなど)を用いて、Ge酸化物を還元する。その他の元素によって還元する場合は、金属として混ぜる、または、金属メッキのような薄膜状金属を被覆させる、または、炭素や水素と合わせ、当該金属酸化物(上記金属元素の酸化物)を還元し、その還元金属で、さらにGe酸化物を還元する。 In the above-described method for producing Ge-containing nanoparticles, an example (GeO 2 → Ge) in which Ge oxide is reduced with carbon (C) according to the Ellingham diagram has been described. However, according to the Ellingham diagram, carbon (C), Hydrogen (H 2 ), zinc (Zn), potassium (K), sodium (Na), chromium (Cr), manganese (Mn), vanadium (V), silicon (Si), titanium (Ti), aluminum (Al) , Magnesium (Mg), calcium (Ca), scandium (Sc), strontium (Sr), niobium (Nb), lithium (Li), barium (Ba), indium (In), yttrium (Y), hafnium (Hf) Further, reduction may be performed with at least one of zirconium (Zr) and tantalum (Ta). In this case, according to the Ellingham diagram, the Ge oxide may be reduced with the above element having a smaller ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) than ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) of germanium (Ge). In this case, typically, for example, in the case of reduction with hydrogen (H 2 ), for example, a hydrogen-containing gas (for example, pure hydrogen gas, a mixed gas of hydrogen and N 2 and / or Ar, etc.) is used. , Ge oxide is reduced. When reducing with other elements, mix as a metal, or coat with a thin metal such as metal plating, or combine with carbon or hydrogen to reduce the metal oxide (oxide of the above metal element). The Ge oxide is further reduced with the reduced metal.

2.第2の実施の形態
(Ge含有ナノ粒子の製造方法の第2の例)
本技術の第2の実施の形態によるGe含有ナノ粒子の製造方法について説明する。本技術の第2の実施の形態は、Ge含有ナノ粒子を簡易合成可能な手法を提供するものである。また、本技術の第2の実施の形態は、新規な材料(一酸化ゲルマニウム(GeO)ナノ粒子)の合成方法を提供するものである。
2. Second Embodiment (Second Example of Method for Producing Ge-Containing Nanoparticles)
A method for producing Ge-containing nanoparticles according to the second embodiment of the present technology will be described. The second embodiment of the present technology provides a technique capable of easily synthesizing Ge-containing nanoparticles. In addition, the second embodiment of the present technology provides a method for synthesizing a novel material (germanium monoxide (GeO) nanoparticles).

本技術の第2の実施の形態によるGe含有ナノ粒子の製造方法は、第1の工程として、ドライ環境(典型的には、露点−30℃以下の環境)下、且つ、大気等の酸素を含む雰囲気下、第1の実施の形態と同様の保護ポリマーおよび塩化ゲルマニウム(GeCl4)等のハロゲン化Geをアルコール溶媒に溶解した溶液に、室温で還元剤を加えて、ポリマー保護GeOナノ粒子を調製する工程を含む。 In the method for producing Ge-containing nanoparticles according to the second embodiment of the present technology, as a first step, oxygen such as air is used in a dry environment (typically an environment having a dew point of −30 ° C. or lower). In a containing atmosphere, a reducing agent is added at room temperature to a solution in which a protective polymer similar to the first embodiment and a halogenated Ge such as germanium chloride (GeCl 4 ) are dissolved in an alcohol solvent, to thereby add polymer-protected GeO nanoparticles. Including the step of preparing.

第1の工程では、Geが還元剤で還元される際、わずかながら大気酸化されるため、GeCl4の消費反応が加速し、粒径50nm程度のGeOナノ粒子が合成される。 In the first step, when Ge is reduced with a reducing agent, it is slightly oxidized in the atmosphere, so that the consumption reaction of GeCl 4 is accelerated and GeO nanoparticles having a particle size of about 50 nm are synthesized.

還元剤としては、例えばアルカリ元素含有物、水素含有物、アルカリ元素および水素含有物等を用いることができる。還元剤としては、具体的には、例えばNaBH4等を用いることができる。 As the reducing agent, for example, an alkali element-containing material, a hydrogen-containing material, an alkali element and a hydrogen-containing material can be used. Specifically, for example, NaBH 4 or the like can be used as the reducing agent.

第1の工程で得られたポリマー保護GeOナノ粒子は、単相GeOX(0.5<x<1.5)ナノ粒子を含む。例えば、単相GeOX(0.5<x<1.5)ナノ粒子は、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)のGe2p3/2スペクトルにて、GeOx(0.5<x<1.5)単一相のスペクトルが得られるナノ粒子のことをいう。単相GeOX(0.5<x<1.5)ナノ粒子は、XPSのGe2p3/2スペクトルにて、結合エネルギー1218eV付近にピークが存在する。また、単相GeOX(0.5<x<1.5)粒子は、非結晶(アモルファス)である。 The polymer-protected GeO nanoparticles obtained in the first step comprise single phase GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles. For example, single-phase GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles are GeO x (0.5 <x <1.5) in the Ge2p3 / 2 spectrum of XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). This refers to nanoparticles that provide a single-phase spectrum. Single-phase GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles have a peak in the vicinity of a binding energy of 1218 eV in the XPS Ge2p3 / 2 spectrum. Single-phase GeO x (0.5 <x <1.5) particles are amorphous.

例えばドライ環境下に代えて、通常大気環境(水分が有る環境)下で、第1の工程を行った場合、GeO2化する傾向にあることから、水分がGeの主要な酸化剤であり、Geに対する酸素の酸化力は小さいことが考えられる。このため、ドライ環境下では、GeO2ナノ粒子とは異なるGeOx(0.5<x<1.5)ナノ粒子が生成すると考えられる。 For example, instead of under a dry environment, when the first step is performed under a normal atmospheric environment (an environment with moisture), GeO 2 tends to be converted into moisture, so moisture is the main oxidant of Ge, It can be considered that the oxidizing power of oxygen with respect to Ge is small. For this reason, it is considered that GeO x ( 0.5 <x <1.5) nanoparticles different from GeO 2 nanoparticles are generated in a dry environment.

本技術は、第1の工程後、第2の工程として、ポリマー保護GeOナノ粒子を窒素(N2)、アルゴン(Ar2)、水素(H2)、または、これらの混合ガス雰囲気下で還元および熱処理(還元熱処理)を行い、Ge/Cナノコンポジット粒子を調製する工程をさらに含んでもよい。 In the present technology, after the first step, as a second step, the polymer-protected GeO nanoparticles are reduced under nitrogen (N 2 ), argon (Ar 2 ), hydrogen (H 2 ), or a mixed gas atmosphere thereof. And a step of performing a heat treatment (reduction heat treatment) to prepare Ge / C nanocomposite particles.

第2の工程では、第1の実施の形態と同様、エリンガムダイアグラムに従い、Geの酸素分子(1mol)に対するΔGより、酸素分子(1mol)に対するΔGが小さい元素で、GeOxをGeに還元する。具体的には、第2の工程では、第1の実施の形態と同様、エリンガムダイアグラムに従い、Geを還元する還元剤として、保護ポリマーに含まれる炭素(C)が、ポリマー保護GeOナノコンポジットのGeOxを、Geに還元する。なお、雰囲気ガス(例えば、水素等)もGeOxを還元する還元剤として作用してもよい。 In the second step, as in the first embodiment, according to the Ellingham diagram, GeO x is reduced to Ge by an element having a smaller ΔG for oxygen molecules (1 mol) than ΔG for Ge oxygen molecules (1 mol). . Specifically, in the second step, as in the first embodiment, according to the Ellingham diagram, carbon (C) contained in the protective polymer as a reducing agent for reducing Ge is converted into the polymer-protected GeO nanocomposite. GeO x is reduced to Ge. An atmosphere gas (for example, hydrogen) may also act as a reducing agent that reduces GeO x .

還元反応(GeOx→Ge)が生じる還元熱処理時の温度は、Geの酸素分子(1mol)に対するΔG>炭素(C)の酸素分子(1mol)に対するΔGを満たす温度であることが好ましい。 The temperature during the reduction heat treatment in which the reduction reaction (GeO x → Ge) occurs is preferably such that ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) of Ge> ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) of carbon (C).

具体的には、還元熱処理の温度は、例えば、600℃以上が好ましい。600℃未満の場合、GeOx→Geの還元反応が進行し難い傾向にある。また、還元熱処理の温度は、Geナノ粒子の凝集、肥大化を抑制する観点からは、1000℃以下であることがより好ましい。 Specifically, the temperature of the reduction heat treatment is preferably 600 ° C. or higher, for example. When the temperature is lower than 600 ° C., the reduction reaction of GeO x → Ge tends not to proceed. In addition, the temperature of the reduction heat treatment is more preferably 1000 ° C. or less from the viewpoint of suppressing aggregation and enlargement of Ge nanoparticles.

なお、第1の工程において、保護ポリマーの量を少なく調整することにより、Ge/Cナノコンポジット粒子に代えて、Ge単体ナノ粒子を得るようにしてもよい。   In the first step, Ge simple substance nanoparticles may be obtained instead of Ge / C nanocomposite particles by adjusting the amount of the protective polymer to be small.

本技術の第2の実施の形態では、エリンガムダイアグラムに従い、Ge酸化物を、炭素(C)で還元する例(GeOx→Ge)について説明したが、エリンガムダイアグラムに従い、炭素(C)、水素(H2)、亜鉛(Zn)、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、バナジウム(V)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、スカンジウム(Sc)、ストロンチウム(Sr)、ニオブ(Nb)、リチウム(Li)、バリウム(Ba)、インジウム(In)、イットリウム(Y)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)およびタンタル(Ta)の少なくとも何れかの元素によって、還元してもよい。この場合、エリンガムダイアグラムに従い、ゲルマニウム(Ge)の酸素分子(1mol)に対するΔGより、酸素分子(1mol)に対するΔGが小さい上記元素で、Ge酸化物を還元することができる。この場合、典型的には、例えば、水素(H2)によって還元する場合は、例えば、水素含有ガス(例えば、純水素ガス、水素とN2および/またはArとの混合ガスなど)を用いて、Ge酸化物を還元する。その他の元素によって、還元する場合は、金属として混ぜる、または、金属メッキのような薄膜状金属を被覆させる、または、炭素や水素と合わせ、当該金属酸化物(上記金属元素の酸化物)を還元し、その還元金属で、さらにGe酸化物を還元する。 In the second embodiment of the present technology, an example (GeO x → Ge) in which Ge oxide is reduced with carbon (C) according to the Ellingham diagram has been described. However, according to the Ellingham diagram, carbon (C), Hydrogen (H 2 ), zinc (Zn), potassium (K), sodium (Na), chromium (Cr), manganese (Mn), vanadium (V), silicon (Si), titanium (Ti), aluminum (Al) , Magnesium (Mg), calcium (Ca), scandium (Sc), strontium (Sr), niobium (Nb), lithium (Li), barium (Ba), indium (In), yttrium (Y), hafnium (Hf) Further, reduction may be performed with at least one of zirconium (Zr) and tantalum (Ta). In this case, according to the Ellingham diagram, Ge oxide can be reduced with the above element having a smaller ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) than ΔG with respect to oxygen molecules (1 mol) of germanium (Ge). In this case, typically, for example, in the case of reduction with hydrogen (H 2 ), for example, a hydrogen-containing gas (for example, pure hydrogen gas, a mixed gas of hydrogen and N 2 and / or Ar, etc.) is used. , Ge oxide is reduced. When reducing with other elements, mix as a metal, coat with a thin metal like metal plating, or combine with carbon or hydrogen to reduce the metal oxide (oxide of the above metal element) Then, the Ge oxide is further reduced with the reduced metal.

3.第3の実施の形態
本技術の第3の実施の形態について説明する。本技術の第3の実施の形態は、本技術のGe含有ナノ粒子の一の応用例または他の応用例である。
3. Third Embodiment A third embodiment of the present technology will be described. The third embodiment of the present technology is one application example or other application example of the Ge-containing nanoparticles of the present technology.

(一の応用例)
本技術のGe含有ナノ粒子の一の応用例としては、例えば、上述した第1の実施の形態および第2の実施の形態のGe含有ナノ粒子の少なくとも何れかを負極に用いたリチウムイオン二次電池等の電池が挙げられる。以下電池の構成の一例について、図面を参照しながら説明する。
(One application example)
As one application example of the Ge-containing nanoparticles of the present technology, for example, a lithium ion secondary using at least one of the Ge-containing nanoparticles of the first embodiment and the second embodiment described above as a negative electrode Examples of the battery include batteries. Hereinafter, an example of the configuration of the battery will be described with reference to the drawings.

(電池の構成)
図2を参照しながら、本技術の第3の実施の形態による電池の構造について説明する。図2は、本技術の第3の実施の形態による電池の一例を示す断面図である。本技術の第3の実施の形態による電池は、例えば、非水電解質電池であり、また、例えば充電および放電が可能な非水電解質二次電池であり、また、例えばリチウムイオン二次電池である。この電池は、いわゆる円筒型と呼ばれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、図示しない液体状の電解質である非水電解液とともに帯状の正極21と負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。
(Battery configuration)
The structure of the battery according to the third embodiment of the present technology will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a battery according to the third embodiment of the present technology. The battery according to the third embodiment of the present technology is, for example, a nonaqueous electrolyte battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery that can be charged and discharged, and a lithium ion secondary battery, for example. . This battery is a so-called cylindrical type, and a strip-shaped positive electrode 21 and a negative electrode 22 together with a non-aqueous electrolyte, which is a liquid electrolyte (not shown), form a separator 23 in a substantially hollow cylindrical battery can 11. The wound electrode body 20 is wound around.

電池缶11は、例えばニッケルめっきが施された鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12a、12bがそれぞれ配置されている。   The battery can 11 is made of, for example, iron plated with nickel, and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, a pair of insulating plates 12 a and 12 b are respectively arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶11の材料としては、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、ステンレス(SUS)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)等が挙げられる。この電池缶11には、電池の充放電に伴う電気化学的な非水電解液による腐食を防止するために、例えばニッケル等のメッキが施されていてもよい。電池缶11の開放端部には、正極リード板である電池蓋13と、この電池蓋13の内側に設けられた安全弁機構および熱感抵抗素子(PTC素子:Positive Temperature Coefficient)17が、絶縁封口のためのガスケット18を介してかしめられることにより取り付けられている。   Examples of the material of the battery can 11 include iron (Fe), nickel (Ni), stainless steel (SUS), aluminum (Al), titanium (Ti), and the like. The battery can 11 may be plated with nickel or the like, for example, in order to prevent corrosion due to the electrochemical non-aqueous electrolyte accompanying charging / discharging of the battery. At the open end of the battery can 11, a battery lid 13 that is a positive electrode lead plate, and a safety valve mechanism and a thermal resistance element (PTC element: Positive Temperature Coefficient) 17 provided inside the battery lid 13 are insulated and sealed. It is attached by caulking through a gasket 18 for

電池蓋13は、例えば電池缶11と同様の材料により構成されており、電池内部で発生したガスを排出するための開口部が設けられている。安全弁機構は、安全弁14とディスクホルダ15と遮断ディスク16とが順に重ねられている。安全弁14の突出部14aは遮断ディスク16の中心部に設けられた孔部16aを覆うように配置されたサブディスク19を介して巻回電極体20から導出された正極リード25と接続されている。サブディスク19を介して安全弁14と正極リード25とが接続されることにより、安全弁14の反転時に正極リード25が孔部16aから引き込まれることを防止する。また、安全弁機構は、熱感抵抗素子17を介して電池蓋13と電気的に接続されている。   The battery lid 13 is made of, for example, the same material as that of the battery can 11 and has an opening for discharging gas generated inside the battery. In the safety valve mechanism, a safety valve 14, a disk holder 15, and a shut-off disk 16 are sequentially stacked. The protrusion 14 a of the safety valve 14 is connected to a positive electrode lead 25 led out from the wound electrode body 20 through a sub disk 19 disposed so as to cover a hole 16 a provided in the center of the shutoff disk 16. . By connecting the safety valve 14 and the positive electrode lead 25 via the sub disk 19, the positive electrode lead 25 is prevented from being drawn from the hole 16a when the safety valve 14 is reversed. Further, the safety valve mechanism is electrically connected to the battery lid 13 via the heat sensitive resistance element 17.

安全弁機構は、電池内部短絡あるいは電池外部からの加熱等により電池の内圧が一定以上となった場合に、安全弁14が反転し、突出部14aと電池蓋13と巻回電極体20との電気的接続を切断するものである。すなわち、安全弁14が反転した際には遮断ディスク16により正極リード25が押さえられて安全弁14と正極リード25との接続が解除される。ディスクホルダ15は絶縁性材料からなり、安全弁14が反転した場合には安全弁14と遮断ディスク16とが絶縁される。   In the safety valve mechanism, when the internal pressure of the battery becomes a certain level or more due to internal short circuit or heating from the outside of the battery, the safety valve 14 is reversed, and the electrical connection between the protruding portion 14a, the battery lid 13 and the wound electrode body 20 is achieved. Disconnects the connection. That is, when the safety valve 14 is reversed, the positive electrode lead 25 is pressed by the shut-off disk 16 and the connection between the safety valve 14 and the positive electrode lead 25 is released. The disc holder 15 is made of an insulating material, and when the safety valve 14 is reversed, the safety valve 14 and the shut-off disc 16 are insulated.

また、電池内部でさらにガスが発生し、電池内圧がさらに上昇した場合には、安全弁14の一部が裂壊してガスを電池蓋13側に排出可能としている。   Further, when further gas is generated inside the battery and the internal pressure of the battery further increases, a part of the safety valve 14 is broken and the gas can be discharged to the battery lid 13 side.

また、遮断ディスク16の孔部16aの周囲には例えば複数のガス抜き孔(図示せず)が設けられており、巻回電極体20からガスが発生した場合にはガスを効果的に電池蓋13側に排出可能な構成としている。   In addition, for example, a plurality of vent holes (not shown) are provided around the hole 16a of the shut-off disk 16, and when gas is generated from the wound electrode body 20, the gas is effectively removed from the battery lid. It is set as the structure which can discharge | emit to 13 side.

熱感抵抗素子17は、温度が上昇した際に抵抗値が増大し、電池蓋13と巻回電極体20との電気的接続を切断することによって電流を遮断し、過大電流による異常な発熱を防止する。ガスケット18は、例えば絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   The resistance element 17 increases in resistance when the temperature rises, cuts off the current by disconnecting the electrical connection between the battery lid 13 and the wound electrode body 20, and generates abnormal heat due to an excessive current. To prevent. The gasket 18 is made of, for example, an insulating material, and the surface is coated with asphalt.

電池内に収容される巻回電極体20は、センターピン24を中心に巻回されている。巻回電極体20は、正極21および負極22がセパレータ23を介して順に積層され、長手方向に巻回されてなる。   The wound electrode body 20 accommodated in the battery is wound around the center pin 24. The wound electrode body 20 is formed by sequentially laminating a positive electrode 21 and a negative electrode 22 with a separator 23 interposed therebetween, and is wound in the longitudinal direction.

正極21には正極リード25が接続されており、負極22には負極リード26が接続されている。正極リード25は、上述のように、安全弁14に溶接されて電池蓋13と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接されて電気的に接続されている。   A positive electrode lead 25 is connected to the positive electrode 21, and a negative electrode lead 26 is connected to the negative electrode 22. As described above, the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve 14 and is electrically connected to the battery lid 13, and the negative electrode lead 26 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

図3は、図2に示した巻回電極体20の一部を拡大して表す断面図である。以下、正極21、負極22、セパレータ23について、詳細に説明する。   FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. Hereinafter, the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23 will be described in detail.

(正極)
正極21は、例えば、一主面および他主面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた両面形成部を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bが設けられた片面形成部を有していてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔等の金属箔により構成されている。
(Positive electrode)
The positive electrode 21 has, for example, a double-sided formation part in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21A having one main surface and another main surface. Although not shown, the single-sided formation portion in which the positive electrode active material layer 21B is provided only on one side of the positive electrode current collector 21A may be provided. The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil.

正極活物質層21Bは、正極活物質としてリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含有している。正極活物質層21Bは、必要に応じて、結着剤や導電剤等の他の材料を含んでいてもよい。   The positive electrode active material layer 21B contains one or more positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a positive electrode active material. The positive electrode active material layer 21B may include other materials such as a binder and a conductive agent as necessary.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物等が挙げられる。中でも、遷移金属元素としてコバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および鉄(Fe)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。   As a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a lithium-containing compound is preferable. This is because a high energy density can be obtained. Examples of the lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, and a phosphate compound containing lithium and a transition metal element. Especially, what contains at least 1 sort (s) of the group which consists of cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and iron (Fe) as a transition metal element is preferable. This is because a higher voltage can be obtained.

正極材料は、例えば、LixM1O2あるいはLiyM2PO4で表されるリチウム含有化合物を用いることができる。式中、M1およびM2は1種類以上の遷移金属元素を表す。xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(LixCoO2)、リチウムニッケル複合酸化物(LixNiO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LixNi1-zCoz2(0<z<1))、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi(1-v-w)CovMnw2(0<v+w<1、v>0、w>0))、またはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn24)あるいはリチウムマンガンニッケル複合酸化物(LiMn2-tNit4(0<t<2))等が挙げられる。中でも、コバルトを含む複合酸化物が好ましい。高い容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。また、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4)あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-uMnuPO4(0<u<1))等が挙げられる。 As the positive electrode material, for example, a lithium-containing compound represented by Li x M1O 2 or Li y M2PO 4 can be used. In the formula, M1 and M2 represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10. Examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni). 1-z Co z O 2 (0 <z <1)), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni (1-vw) Co v Mn w O 2 (0 <v + w <1, v> 0, w > 0)), or lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) or lithium manganese nickel composite oxide (LiMn 2−t N t O 4 (0 <t <2)) having a spinel structure. . Among these, a complex oxide containing cobalt is preferable. This is because a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. Examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (0 <u <1). ) And the like.

このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn24)等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。例えば、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LiNi0.5Co0.52、LiNi0.8Co0.22等)、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物(LiNi0.80Co0.15Al0.052等)がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。 Specific examples of such a lithium composite oxide include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ). A solid solution in which a part of the transition metal element is substituted with another element can also be used. Examples thereof include lithium nickel cobalt composite oxide (LiNi 0.5 Co 0.5 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 etc.) and lithium nickel cobalt aluminum composite oxide (LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 etc.). These lithium composite oxides can generate a high voltage and have an excellent energy density.

更にまた、より高い電極充填性とサイクル特性が得られるという観点から、上記リチウム含有化合物のいずれかよりなる粒子の表面を、他のリチウム含有化合物のいずれかよりなる微粒子で被覆した複合粒子としてもよい。   Furthermore, from the viewpoint that higher electrode filling properties and cycle characteristics can be obtained, composite particles in which the surfaces of particles made of any of the above lithium-containing compounds are coated with fine particles made of any of the other lithium-containing compounds can be used. Good.

この他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、酸化バナジウム(V25)、二酸化チタン(TiO2)、二酸化マンガン(MnO2)等の酸化物、二硫化鉄(FeS2)、二硫化チタン(TiS2)、二硫化モリブデン(MoS2)等の二硫化物、二セレン化ニオブ(NbSe2)等のリチウムを含有しないカルコゲン化物(特に層状化合物やスピネル型化合物)、リチウムを含有するリチウム含有化合物、ならびに、硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレンあるいはポリピロール等の導電性高分子も挙げられる。もちろん、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記した一連の正極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。 In addition, examples of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium include oxides such as vanadium oxide (V 2 O 5 ), titanium dioxide (TiO 2 ), manganese dioxide (MnO 2 ), and iron disulfide. (FeS 2 ), disulfides such as titanium disulfide (TiS 2 ) and molybdenum disulfide (MoS 2 ), and chalcogenides containing no lithium such as niobium diselenide (NbSe 2 ) (particularly layered compounds and spinel compounds) ), Lithium-containing compounds containing lithium, and conductive polymers such as sulfur, polyaniline, polythiophene, polyacetylene, or polypyrrole. Of course, the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium may be other than the above. Further, two or more kinds of the series of positive electrode materials described above may be mixed in any combination.

(導電剤)
導電剤としては、例えばカーボンブラックまたはグラファイト等の炭素材料等が用いられる。
(Conductive agent)
As the conductive agent, for example, a carbon material such as carbon black or graphite is used.

(結着剤)
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびカルボキシメチルセルロース(CMC)等の樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体等から選択される少なくとも1種が用いられる。
(Binder)
Examples of the binder include resin materials such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile (PAN), styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC), and these resin materials. At least one selected from a copolymer or the like mainly composed of is used.

(負極)
負極22は、例えば、一主面および他主面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた両面形成部を有する構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bが設けられた片面形成部を有しいてもよい。負極集電体22Aは、例えば、銅箔等の金属箔により構成されている。
(Negative electrode)
The negative electrode 22 has, for example, a structure having a double-sided formation part in which a negative electrode active material layer 22B is provided on both sides of a negative electrode current collector 22A having one main surface and another main surface. In addition, although not shown in figure, you may have the single-sided formation part by which the negative electrode active material layer 22B was provided only in the single side | surface of 22 A of negative electrode collectors. The anode current collector 22A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil.

負極活物質層22Bの第1の構成例としては、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な第1の負極材料または第2の負極材料を含み、必要に応じて正極活物質層21Bと同様の導電剤および結着剤等の他の材料を含んで構成されていてもよい。   The first configuration example of the negative electrode active material layer 22B includes, as the negative electrode active material, a first negative electrode material or a second negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, and, if necessary, a positive electrode active material You may be comprised including other materials, such as the electrically conductive agent and binder similar to the layer 21B.

第1の負極材料としては、上述した第1の実施の形態および第2の実施の形態のGe含有ナノ粒子の少なくとも何れかを用いることができる。   As the first negative electrode material, at least one of the Ge-containing nanoparticles of the first embodiment and the second embodiment described above can be used.

すなわち、第1の負極材料として、Ge/Cナノコンポジット粒子、GeOナノ粒子およびGe単体ナノ粒子等の少なくとも1以上を用いることができる。   That is, as the first negative electrode material, at least one or more of Ge / C nanocomposite particles, GeO nanoparticles, Ge simple nanoparticles, and the like can be used.

第2の負極材料としては、Si粒子等の少なくともSiを含む材料と上述したGe含有ナノ粒子との混合物を用いることができる。すなわち、第2の負極材料として、Si粒子と、Ge/Cナノコンポジット粒子、GeOナノ粒子およびGe単体ナノ粒子等の少なくとも1以上との混合物を用いることができる。この場合、Ge含有ナノ粒子は、負極活物質としても機能する一方で、粒径の大きなSi粒子の隙間を埋めて、Si粒子に対して導電性を向上させる導電補助機能を有する。   As the second negative electrode material, a mixture of a material containing at least Si such as Si particles and the Ge-containing nanoparticles described above can be used. That is, as the second negative electrode material, a mixture of Si particles and at least one or more of Ge / C nanocomposite particles, GeO nanoparticles, Ge simple nanoparticles, and the like can be used. In this case, the Ge-containing nanoparticle functions as a negative electrode active material, but has a conductivity assisting function that improves the conductivity of the Si particles by filling the gaps between the Si particles having a large particle size.

(セパレータ)
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触に起因する電流の短絡(ショート)を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、平均孔径が5μm程度またはそれ以下の多孔質膜であってもよく、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの合成樹脂からなる多孔質膜、またはセラミックからなる多孔質膜や、これらの2種以上の多孔質膜が積層されたものなどが挙げられる。セパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。
(Separator)
The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. The separator 23 may be, for example, a porous film having an average pore diameter of about 5 μm or less, and specifically, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a ceramic. And a laminate of two or more of these porous membranes. The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte.

(非水電解液)
非水電解液は、電解質塩と、この電解質塩を溶解する非水溶媒とを含む。
(Nonaqueous electrolyte)
The nonaqueous electrolytic solution includes an electrolyte salt and a nonaqueous solvent that dissolves the electrolyte salt.

電解質塩は、例えば、リチウム塩等の軽金属化合物の1種あるいは2種以上を含有している。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C654)、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3SO3)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、テトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4)、六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2SiF6)、塩化リチウム(LiCl)あるいは臭化リチウム(LiBr)等が挙げられる。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。 The electrolyte salt contains, for example, one or more light metal compounds such as lithium salts. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5) 4), methanesulfonic acid lithium (LiCH 3 SO 3), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3), tetrachloroaluminate lithium (LiAlCl 4), six Examples thereof include dilithium fluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride (LiCl), and lithium bromide (LiBr). Among these, at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferable, and lithium hexafluorophosphate is more preferable.

非水溶媒としては、例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトンあるいはε−カプロラクトン等のラクトン系溶媒、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチル等の炭酸エステル系溶媒、1,2−ジメトキシエタン、1−エトキシ−2−メトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフランあるいは2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、スルフォラン系溶媒、リン酸類、リン酸エステル溶媒、またはピロリドン類等の非水溶媒が挙げられる。非水溶媒は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   Examples of the non-aqueous solvent include lactone solvents such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, and ε-caprolactone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, Carbonate esters such as diethyl carbonate, ether solvents such as 1,2-dimethoxyethane, 1-ethoxy-2-methoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran or 2-methyltetrahydrofuran, and nitriles such as acetonitrile Nonaqueous solvents such as solvents, sulfolane-based solvents, phosphoric acids, phosphate ester solvents, and pyrrolidones are exemplified. Any one of the non-aqueous solvents may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.

また、非水溶媒として、環状炭酸エステルおよび鎖状炭酸エステルを混合して用いることが好ましく、環状炭酸エステルまたは鎖状炭酸エステルの水素の一部または全部がフッ素化された化合物を含むことがより好ましい。このフッ素化された化合物としては、フルオロエチレンカーボネート(4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:FEC)またはジフルオロエチレンカーボネート(4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:DFEC)を用いることが好ましい。負極活物質としてケイ素(Si)、スズ(Sn)、ゲルマニウム(Ge)等の化合物を含む負極22を用いた場合であっても、充放電サイクル特性を向上させることができるためである。なかでも、非水溶媒としてジフルオロエチレンカーボネートを用いることが好ましい。サイクル特性改善効果に優れるためである。   In addition, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate as the non-aqueous solvent, and it may contain a compound in which a part or all of the hydrogen of the cyclic carbonate or the chain carbonate includes a fluorination. preferable. Examples of the fluorinated compound include fluoroethylene carbonate (4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: FEC) or difluoroethylene carbonate (4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one: DFEC) is preferably used. This is because even when the negative electrode 22 containing a compound such as silicon (Si), tin (Sn), or germanium (Ge) is used as the negative electrode active material, charge / discharge cycle characteristics can be improved. Of these, difluoroethylene carbonate is preferably used as the non-aqueous solvent. This is because the cycle characteristic improvement effect is excellent.

(電池の製造方法)
(正極の製造方法)
正極材料と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより正極活物質層21Bを形成し、正極21を作製する。
(Battery manufacturing method)
(Production method of positive electrode)
A positive electrode material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Make it. Next, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21A, the solvent is dried, and the positive electrode active material layer 21B is formed by compression molding with a roll press machine or the like, and the positive electrode 21 is manufactured.

(負極の製造方法)
第1の負極材料または第2の負極材料と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製する。
(Method for producing negative electrode)
The first negative electrode material or the second negative electrode material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to form a paste. A negative electrode mixture slurry is prepared. Next, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 22A, the solvent is dried, and the negative electrode active material layer 22B is formed by compression molding with a roll press or the like, thereby producing the negative electrode 22.

(非水電解液の調製)
非水電解液は、非水溶媒に対して電解質塩を溶解させて調製する。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
The nonaqueous electrolytic solution is prepared by dissolving an electrolyte salt in a nonaqueous solvent.

(電池の組み立て)
正極集電体21Aに正極リード25を溶接等により取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接等により取り付ける。その後、正極21と負極22とを本技術のセパレータ23を介して巻回し巻回電極体20とする。
(Battery assembly)
The positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the negative electrode lead 26 is attached to the negative electrode current collector 22A by welding or the like. Then, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound through the separator 23 of the present technology to form a wound electrode body 20.

続いて、正極リード25の先端部を安全弁機構に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接する。この後、巻回電極体20の巻回面を一対の絶縁板12a,12bで挟み、電池缶11の内部に収納する。巻回電極体20を電池缶11の内部に収納したのち、非水電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋13、安全弁14等からなる安全弁機構および熱感抵抗素子17を、ガスケット18を介してかしめることにより固定する。これにより、図1に示した本技術の電池が形成される。   Subsequently, the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism, and the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. Thereafter, the wound surface of the wound electrode body 20 is sandwiched between the pair of insulating plates 12 a and 12 b and housed in the battery can 11. After the wound electrode body 20 is accommodated in the battery can 11, a non-aqueous electrolyte is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. After that, the safety valve mechanism including the battery lid 13 and the safety valve 14 and the heat sensitive resistance element 17 are fixed to the opening end of the battery can 11 by caulking through the gasket 18. Thereby, the battery of the present technology shown in FIG. 1 is formed.

(他の応用例)
本技術のGe含有ナノ粒子(上述した第1の実施の形態および第2の実施の形態のGe含有ナノ粒子の少なくとも何れかのナノ粒子)の他の応用例としては、例えば、本技術のGe含有ナノ粒子を有する赤外吸収材料が挙げられる。本技術のGe含有ナノ粒子は、赤外線吸収材であり、塗布フィルム化や樹脂に埋め込むことにより、赤外吸収材料を形成できる。また、本技術のGe含有ナノ粒子を含む赤外用フォトダイオード素子が挙げられる。本技術のGe含有ナノ粒子は、赤外吸収の半導体であり、Siが吸収できない赤外線を吸収できる。また、本技術のGe含有ナノ粒子を有する、塗布形成できる太陽電池が挙げられる。Siにて吸収可能な紫外や可視光以外に、800nm〜2500nmまでの赤外線が含まれており、この赤外光をGeにて吸収可能である。また、本技術のGe含有ナノ粒子を有する電気光学デバイスが挙げられる。本技術のGe含有ナノ粒子は、バンドギャップが拡大し、可視光での蛍光が可能であり、蛍光や電子注入発光を用いた電気光学デバイスが挙げられる。電気化学デバイスとしては、例えば、赤外光、可視光を発光するGe含有ナノ粒子を含む発光素子が挙げられる。この発光素子は、本技術のGe含有ナノ粒子は、20nm以下の量子ドット化されると発光する機能を活かしたものである。本技術のGe含有ナノ粒子を含む、Ge含有ナノ粒子の発光機能を用いた生体認識材等が挙げられる。発光可能なGe含有ナノ粒子は、毒性を有さないため、人体や生体に導入し、バイオマーカー等の生体認識材等として応用可能である。
(Other application examples)
Other application examples of the Ge-containing nanoparticles of the present technology (at least one of the Ge-containing nanoparticles of the first embodiment and the second embodiment described above) include, for example, Ge of the present technology. Infrared-absorbing materials having contained nanoparticles are mentioned. The Ge-containing nanoparticles of the present technology are infrared absorbing materials, and an infrared absorbing material can be formed by embedding in a coating film or resin. Moreover, the infrared photodiode element containing the Ge containing nanoparticle of this technique is mentioned. The Ge-containing nanoparticles of the present technology are semiconductors that absorb infrared rays, and can absorb infrared rays that Si cannot absorb. Moreover, the solar cell which can carry out the coating formation which has Ge containing nanoparticle of this technique is mentioned. In addition to ultraviolet and visible light that can be absorbed by Si, infrared rays of 800 nm to 2500 nm are included, and this infrared light can be absorbed by Ge. Moreover, the electro-optical device which has Ge containing nanoparticle of this technique is mentioned. The Ge-containing nanoparticles of the present technology have a wide band gap and can be fluorescent with visible light, and include electro-optic devices using fluorescence or electron injection emission. As an electrochemical device, the light emitting element containing the Ge containing nanoparticle which light-emits infrared light and visible light is mentioned, for example. In this light-emitting element, the Ge-containing nanoparticles of the present technology make use of the function of emitting light when converted into quantum dots of 20 nm or less. Examples include biorecognition materials that use the light-emitting function of Ge-containing nanoparticles, including Ge-containing nanoparticles of the present technology. Since Ge-containing nanoparticles capable of emitting light are not toxic, they can be introduced into a human body or a living body and applied as a biological recognition material such as a biomarker.

本技術の具体的態様を以下に実施例をもって述べるが、本技術はこれに限定されるものではない。   Specific embodiments of the present technology will be described below with examples, but the present technology is not limited thereto.

<サンプル1>
サンプル1では、Ge/Cナノコンポジット粒子を作製した。まず、GeOiPr4(ゲルマニウムイソプロポキシド)およびPVP(ポリビニルピロリドン)を、IPA(イソプロピルアルコール)に溶解した溶液に、水酸化アンモニウムおよび水を混合し、大気中且つ室温にて、加水分解反応を進行させた。これにより、PVPをGeO2ナノ粒子の保護ポリマーに用いた、粒径50nm程度のPVP保護GeO2ナノ粒子(図4AにSEM像を示す)を得た。
<Sample 1>
In sample 1, Ge / C nanocomposite particles were prepared. First, ammonium hydroxide and water are mixed in a solution in which GeOiPr 4 (germanium isopropoxide) and PVP (polyvinylpyrrolidone) are dissolved in IPA (isopropyl alcohol), and a hydrolysis reaction proceeds in the air at room temperature. I let you. Thus, using the PVP to protect the polymers of GeO 2 nanoparticles to obtain particle size 50nm about PVP protection GeO 2 nanoparticles (showing an SEM image in FIG. 4A).

これをフォーミングガス(N2/H2)雰囲気下で800℃、3時間にて還元熱処理を行った結果、粒径500nm以上1000nm未満程度のGe/Cナノコンポジット粒子(図4BにSEM像を示す)が生じた。図5に、Ge/Cナノコンポジット粒子の集合体であるGe/Cナノコンポジット粉末51の光学写真を示す。図5に示すように、Ge/Cナノコンポジット粉末51は、通常の炭素材粉末とほぼ同じ質感であることが確認できた。 This was subjected to a reduction heat treatment at 800 ° C. for 3 hours in a forming gas (N 2 / H 2 ) atmosphere. ) Occurred. FIG. 5 shows an optical photograph of Ge / C nanocomposite powder 51, which is an aggregate of Ge / C nanocomposite particles. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the Ge / C nanocomposite powder 51 had almost the same texture as that of a normal carbon material powder.

〔Ge/Cナノコンポジット粒子の特性評価〕
(XRD(X‐ray diffraction)測定、ラマン分光測定)
還元処理熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子および還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子について、XRD測定およびラマン分光測定を行った。図6Aに、還元熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子のXRDパターンおよび還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子のXRDパターンを示す。図6Bに還元熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子のラマン分光スペクトルおよび還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子のラマン分光スペクトルを示す。
[Characteristic evaluation of Ge / C nanocomposite particles]
(XRD (X-ray diffraction) measurement, Raman spectroscopy measurement)
XRD measurement and Raman spectroscopic measurement were performed on the PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the reduction heat treatment and the Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment. FIG. 6A shows an XRD pattern of PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the reduction heat treatment and an XRD pattern of Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment. FIG. 6B shows the Raman spectrum of the PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the reduction heat treatment and the Raman spectrum of the Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment.

図6A中、線a1は還元熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子のXRDパターンを示し、線a2は還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子のXRDパターン示す。図6B中、線b1は還元熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子のラマン分光スペクトルを示し、線b2は還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子のラマン分光スペクトルを示す。図6Aおよび図6Bに示すように、PVP保護GeO2ナノ粒子は、GeO2を含むことが確認できた。また、還元熱処理後は、GeO2がGeに還元されたことが確認できた。 In FIG. 6A, line a1 shows the XRD pattern of the PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the reduction heat treatment, and line a2 shows the XRD pattern of the Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment. In FIG. 6B, line b1 shows the Raman spectrum of the PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the reduction heat treatment, and line b2 shows the Raman spectrum of the Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment. As shown in FIGS. 6A and 6B, it was confirmed that the PVP-protected GeO 2 nanoparticles contain GeO 2 . Further, it was confirmed that GeO 2 was reduced to Ge after the reduction heat treatment.

(EDX(エネルギー分散型X線分光法;Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)測定)
還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子について、EDX測定を行った。なお、EDX測定はSi基板上に堆積させたGe/Cナノコンポジット粒子に対して行った。図7AにEDXスペクトルを示し、図7Bに還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子の質量組成を示す。
(EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) measurement)
EDX measurement was performed on the Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment. The EDX measurement was performed on Ge / C nanocomposite particles deposited on the Si substrate. FIG. 7A shows the EDX spectrum, and FIG. 7B shows the mass composition of the Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment.

図7Aおよび図7Bに示すように、Ge/Cナノコンポジット粒子のGe濃度は、炭素の質量に対する質量百分率で、22質量%であった。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the Ge concentration of the Ge / C nanocomposite particles was 22% by mass in terms of mass percentage with respect to the mass of carbon.

(XPS測定)
還元処理熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子および還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子について、XPS測定を行った。図8にXPSスペクトルを示す。図8中、線c1は還元熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子のXPSスペクトルであり、線c2は還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子のXPSスペクトルである。
(XPS measurement)
XPS measurement was performed on the PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the reduction heat treatment and the Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment. FIG. 8 shows the XPS spectrum. In FIG. 8, line c1 is an XPS spectrum of PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the reduction heat treatment, and line c2 is an XPS spectrum of Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment.

(負極および負極を用いた電池の評価)
(負極の作製)
作製したGe/Cナノコンポジット粒子を用いて負極を作製した。Ge/Cナノコンポジット粒子とPVdFとを混合し、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドンに分散し、負極合剤スラリーとした。その後、負極集電体である銅箔上に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型することにより、負極集電体上に負極活物質層が形成された負極を得た。
(Evaluation of negative electrode and battery using negative electrode)
(Preparation of negative electrode)
A negative electrode was produced using the produced Ge / C nanocomposite particles. Ge / C nanocomposite particles and PVdF were mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to obtain a negative electrode mixture slurry. Then, after apply | coating and drying on the copper foil which is a negative electrode collector, the negative electrode by which the negative electrode active material layer was formed on the negative electrode collector was obtained by compression molding with a roll press machine.

(半電池の作製)
作製した負極を作用極、Li箔を対極とした半電池(半電池1−1と称する)を作製した。電解液は、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とを重量比(EC:DMC=1:1)で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/kg溶解することにより調製した。セパレータは、ポリエチレン微多孔膜を用いた。
(Production of half-cell)
A half battery (referred to as half battery 1-1) having the produced negative electrode as a working electrode and a Li foil as a counter electrode was produced. The electrolytic solution was prepared by dissolving 1 mol / kg of LiPF 6 in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a weight ratio (EC: DMC = 1: 1). As the separator, a polyethylene microporous membrane was used.

また、サンプル1に対する比較として、Ge/Cナノコンポジット粒子に代えて、市販Ge粉末(シグマアルドリッチ社製、ゲルマニウム(powder,-100mesh,≧99.99% trace metals basis)を用いた負極で構成した半電池(半電池1−2と称する)も作製した。   In addition, as a comparison with Sample 1, instead of Ge / C nanocomposite particles, a half-cell composed of a commercially available Ge powder (Sigma Aldrich, germanium (powder, -100mesh, ≥99.99% trace metals basis)) (Referred to as half-cell 1-2) was also produced.

(電池(リチウムイオン二次電池)の作製)
(正極)
正極活物質として、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物(LiNi0.80Co0.15Al0.052)を用いた正極を以下のように作製した。
(Production of battery (lithium ion secondary battery))
(Positive electrode)
A positive electrode using lithium nickel cobalt aluminum composite oxide (LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ) as a positive electrode active material was produced as follows.

正極活物質としてリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物(LiNi0.80Co0.15Al0.052)と、導電剤としてグラファイトと、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとを混合することにより正極合剤としたのち、N−メチル−2−ピロリドンに分散させることにより、正極合剤スラリーとした。その後、正極集電体であるアルミニウム箔上に正極合剤スラリーを塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型することにより、正極集電体上に正極活物質層が形成された正極を得た。 Lithium nickel cobalt aluminum composite oxide (LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ) as a positive electrode active material, graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to form a positive electrode mixture. A positive electrode mixture slurry was prepared by dispersing in -methyl-2-pyrrolidone. After that, the positive electrode mixture slurry was applied to an aluminum foil as a positive electrode current collector, dried, and then compression-molded with a roll press to form a positive electrode active material layer on the positive electrode current collector Got.

(コインセル)
上述の正極および負極を、直径15mmの円形状に打ち抜き、コインセル(サイズ2016)を作製した。電解液およびセパレータは、半電池と同様のものを用いた。なお、負極活物質(Ge/Cナノコンポジット粒子)の利用率を90%で設計した。
(Coin cell)
The positive electrode and the negative electrode described above were punched into a circular shape having a diameter of 15 mm to produce a coin cell (size 2016). The electrolyte solution and the separator were the same as the half battery. The utilization factor of the negative electrode active material (Ge / C nanocomposite particles) was designed at 90%.

(半電池の評価)
作製した半電池の評価は、環境温度25℃、電位範囲0.0V−1.2V、電流0.1Cにて行った。図9Aに半電池の充放電特性を示す。図9A中、線p1、線p2が、半電池1−1についての充放電曲線であり、線q1、線q2が、半電池1−2についての充放電曲線である。なお、1Cは、1時間で理論容量を充放電する電流値に相当する。
(Evaluation of half-cell)
The produced half-cells were evaluated at an environmental temperature of 25 ° C., a potential range of 0.0 V to 1.2 V, and a current of 0.1 C. FIG. 9A shows the charge / discharge characteristics of the half-cell. In FIG. 9A, lines p1 and p2 are charge / discharge curves for the half battery 1-1, and lines q1 and q2 are charge / discharge curves for the half battery 1-2. Note that 1C corresponds to a current value for charging and discharging the theoretical capacity in one hour.

(電池の評価:サイクル特性)
作製した電池のサイクル特性は以下のように測定した。作製した電池の充放電を繰り返し行った。充電は充電電流0.5C、充電カットオフ電圧4.3Vで行った。放電は放電電流0.5C、放電カットオフ電圧2.5Vで行った。そして、充放電回数に対する放電容量の維持率(初期放電容量に対する百分率)をプロットした。初期放電容量は、1回目の充電後の1回目の放電時の放電容量とした。図9Bに充放電回数に対して、維持率をプロットしたグラフを示す。
(Battery evaluation: cycle characteristics)
The cycle characteristics of the fabricated battery were measured as follows. The manufactured battery was repeatedly charged and discharged. Charging was performed at a charging current of 0.5 C and a charging cut-off voltage of 4.3 V. Discharge was performed at a discharge current of 0.5 C and a discharge cut-off voltage of 2.5 V. And the maintenance rate (percentage with respect to initial stage discharge capacity) of the discharge capacity with respect to the frequency of charging / discharging was plotted. The initial discharge capacity was the discharge capacity at the first discharge after the first charge. FIG. 9B shows a graph in which the maintenance rate is plotted against the number of charge / discharge cycles.

図9Aの線q2に示すように、Ge活物質(Ge/Cナノコンポジット粒子)の重量エネルギー密度は1180mAh/gであり、最大理論容量の約73%と良好な数値を示した。その際、初期充電(Li→Ge)の約30%が不可逆容量化しており、充電電圧は約0.2Vであった。これらは、市販Ge粉末よりも大きく(市販Ge粉末はSi粉末に近い)、傾向的にSiよりもSiOに近い特性といえる。図9Bの線rに示すように、100サイクル時で68.2%の容量保持が観測され、また下に凸の劣化傾向と、サイクル特性においてもSiOに近い特性を示した。   As indicated by a line q2 in FIG. 9A, the weight energy density of the Ge active material (Ge / C nanocomposite particles) was 1180 mAh / g, which was a favorable value of about 73% of the maximum theoretical capacity. At that time, about 30% of the initial charge (Li → Ge) had an irreversible capacity, and the charge voltage was about 0.2V. These are larger than commercially available Ge powder (commercially available Ge powder is closer to Si powder) and tend to be characteristics closer to SiO than Si. As shown by the line r in FIG. 9B, a capacity retention of 68.2% was observed at the time of 100 cycles, and the downward tendency of deterioration and the cycle characteristics were similar to those of SiO.

図8に戻り、XPSの測定結果に示すように、GeO2からGeへの還元が観測されるが、線c2において、GeO2(Ge4+)のピークも残留していることがわかる。これは、Ge/CナノコンポジットがGeO2由来の還元Geであるため、Ge内部に酸素が取り残されているものと考えられる。つまり、GeOに近い状態であると推測され、充放電挙動と合致する。近年、SiOがSiよりも良好なサイクル特性を示す報告がなされており、サンプル1で得られたGeO2由来のGe/Cナノコンポジットは、Ge3d5/2のXPSスペクトルにて、結合エネルギー29eV付近と結合エネルギー34eV付近とにピークが存在するものであり、GeOに近いと考えられ、高サイクル特性の可能性を有している傾向があると考えられる。 Returning to FIG. 8, as shown in the XPS measurement results, reduction from GeO 2 to Ge is observed, but it can be seen that the peak of GeO 2 (Ge 4+ ) remains in the line c2. This is presumably because oxygen is left behind inside the Ge because the Ge / C nanocomposite is reduced Ge derived from GeO 2 . That is, it is estimated that the state is close to that of GeO, which is consistent with the charge / discharge behavior. In recent years, it has been reported that SiO exhibits better cycle characteristics than Si, and the GeO 2 -derived Ge / C nanocomposite obtained in Sample 1 has a binding energy of about 29 eV in the XPS spectrum of Ge3d5 / 2. A peak exists near the binding energy of 34 eV, which is considered to be close to GeO, and has a tendency to have high cycle characteristics.

<サンプル2−1>
サンプル2−1では、ドライルーム内(水分無し、酸素がある環境下)で、PVP保護GeOナノ粒子を作製した。また、これを還元熱処理し、Ge/Cナノコンポジット粒子を得た。
<Sample 2-1>
In Sample 2-1, PVP-protected GeO nanoparticles were prepared in a dry room (no moisture, in an environment with oxygen). Further, this was subjected to a reduction heat treatment to obtain Ge / C nanocomposite particles.

まず、ドライ環境(露点温度−30℃)、且つ、大気雰囲気下で、GeCl4(四塩化ゲルマニウム)およびPVP(ポリビニルピロリドン)を、IPA(イソプロピルアルコール)に溶解した溶液に、室温で、還元剤(NaBH4)を加えた。これにより、PVP保護GeOナノ粒子(図10AにSEM像を示す)が生じた。 First, in a dry environment (dew point temperature of −30 ° C.) and in an air atmosphere, a reducing agent is added to a solution of GeCl 4 (germanium tetrachloride) and PVP (polyvinylpyrrolidone) in IPA (isopropyl alcohol) at room temperature. (NaBH 4 ) was added. This produced PVP protected GeO nanoparticles (shown in SEM image in FIG. 10A).

次に、これをフォーミングガス(N2/H2)雰囲気下で600℃にて1時間、還元熱処理を行った結果、Ge/Cナノコンポジット粒子(図10BにSEM像を示す)が生じた。 Next, as a result of reducing heat treatment at 600 ° C. for 1 hour in a forming gas (N 2 / H 2 ) atmosphere, Ge / C nanocomposite particles (an SEM image is shown in FIG. 10B) were generated.

(サンプル2−2)
サンプル2−2では、還元熱処理の温度を400℃に変えた。以上のこと以外は、サンプル2−1と同様にして、Ge/Cナノコンポジット粒子を作製した。
(Sample 2-2)
In Sample 2-2, the temperature of the reduction heat treatment was changed to 400 ° C. Except for the above, Ge / C nanocomposite particles were produced in the same manner as Sample 2-1.

〔PVP保護GeOナノ粒子の特性評価〕
(XPS測定)
還元熱処理前のPVP保護GeOナノ粒子および還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子(サンプル2−1、サンプル2−2)について、XPS測定を行った。図11Aおよび図11BにXPSスペクトルを示す。図11A中、線d1は還元熱処理前のPVP保護GeOナノ粒子のGe2p3/2のXPSスペクトルを示し、線d2はサンプル2−2のGe2p3/2のXPSスペクトルを示し、線d3はサンプル2−1のGe2p3/2のXPSスペクトルを示す。図11B中、線e1は還元熱処理前のPVP保護GeOナノ粒子のO1sのXPSスペクトルを示し、線e2はサンプル2−2のO1sのXPSスペクトルを示し、線e3はサンプル2−1のO1sのXPSスペクトルを示す。
[Characteristic evaluation of PVP-protected GeO nanoparticles]
(XPS measurement)
XPS measurement was performed on the PVP-protected GeO nanoparticles before the reduction heat treatment and the Ge / C nanocomposite particles (Sample 2-1 and Sample 2-2) after the reduction heat treatment. 11A and 11B show XPS spectra. In FIG. 11A, line d1 shows the XPS spectrum of Ge2p3 / 2 of the PVP-protected GeO nanoparticles before the reduction heat treatment, line d2 shows the XPS spectrum of Ge2p3 / 2 of sample 2-2, and line d3 shows sample 2-1 The XPS spectrum of Ge2p3 / 2 is shown. In FIG. 11B, the line e1 shows the XPS spectrum of O1s of the PVP-protected GeO nanoparticles before the reduction heat treatment, the line e2 shows the XPS spectrum of O1s of the sample 2-2, and the line e3 shows the XPS spectrum of O1s of the sample 2-1. The spectrum is shown.

(XRD測定)
還元熱処理前のPVP保護GeOナノ粒子および還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子(サンプル2−1、サンプル2−2)について、XRD測定を行った。図12にXRDパターンを示す。図12中、線f1は還元熱処理前のPVP保護GeOナノ粒子のXRDパターンを示し、線f2はサンプル2−2のXRDパターンを示し、線f3はサンプル2−1のXRDパターンを示す。
(XRD measurement)
XRD measurement was performed on the PVP-protected GeO nanoparticles before the reduction heat treatment and the Ge / C nanocomposite particles (Sample 2-1 and Sample 2-2) after the reduction heat treatment. FIG. 12 shows the XRD pattern. In FIG. 12, line f1 shows the XRD pattern of the PVP-protected GeO nanoparticles before the reduction heat treatment, line f2 shows the XRD pattern of sample 2-2, and line f3 shows the XRD pattern of sample 2-1.

(半電池)
負極活物質として、サンプル2−1で作製したGe/Cナノコンポジット粒子を用いたこと以外は、サンプル1と同様にして半電池(半電池2−1と称する)を作製した。また、負極活物質として、サンプル2−1で作製したPVP保護GeOナノ粒子を用いたこと以外は、サンプル1と同様にして半電池(半電池2−2と称する)を作製した。さらに、サンプル2−1に対する比較として、Ge/Cナノコンポジット粒子に代えて、市販Ge粉末(シグマアルドリッチ社製、ゲルマニウム(powder,-100mesh,≧99.99% trace metals basis))を用いた負極で構成した半電池(半電池2−3と称する)を作製した。
(Half battery)
A half battery (referred to as half battery 2-1) was prepared in the same manner as Sample 1, except that the Ge / C nanocomposite particles prepared in Sample 2-1 were used as the negative electrode active material. A half cell (referred to as half cell 2-2) was prepared in the same manner as Sample 1, except that the PVP-protected GeO nanoparticles prepared in Sample 2-1 were used as the negative electrode active material. Furthermore, as a comparison with sample 2-1, instead of Ge / C nanocomposite particles, it is composed of a negative electrode using commercially available Ge powder (Sigma, Aldrich, germanium (powder, -100mesh, ≥99.99% trace metals basis)) A half cell (referred to as half cell 2-3) was prepared.

(半電池の評価)
作製した半電池の評価は、環境温度25℃、電位範囲0.0V−1.2Vまたは0.0V−1.4V、電流0.1Cにて行った。図13に半電池2−1、半電池2−3の充放電特性を示す。図14に半電池2−2の充放電特性を示す。図13中、線u1、線u2が、半電池2−1についての充放電曲線であり、線s1、線s2が、半電池2−3についての充放電曲線である。図14中、線v1、線v2が、半電池2−2についての充放電曲線である。
(Evaluation of half-cell)
The produced half-cells were evaluated at an environmental temperature of 25 ° C., a potential range of 0.0V-1.2V or 0.0V-1.4V, and a current of 0.1C. FIG. 13 shows the charge / discharge characteristics of the half-cell 2-1 and the half-cell 2-3. FIG. 14 shows the charge / discharge characteristics of the half-cell 2-2. In FIG. 13, lines u1 and u2 are charge / discharge curves for the half battery 2-1, and lines s1 and s2 are charge / discharge curves for the half battery 2-3. In FIG. 14, lines v <b> 1 and v <b> 2 are charge / discharge curves for the half-cell 2-2.

サンプル2−1では、GeがNaBH4にて還元される際、わずかながら大気酸化するため、GeCl4の消費反応が加速し、粒径50nmのナノ粒子(図10AにSEM像を示している)が合成された。XPS測定の結果、図11Aに示すように、合成されたナノ粒子はGeでもGeO2でもなく、GeOであることが分かった。 In sample 2-1, when Ge is reduced with NaBH 4, it is slightly oxidized in the atmosphere, so the consumption reaction of GeCl 4 is accelerated and nanoparticles with a particle size of 50 nm (the SEM image is shown in FIG. 10A). Was synthesized. As a result of XPS measurement, as shown in FIG. 11A, it was found that the synthesized nanoparticles were not Ge or GeO 2 but GeO.

後述のサンプル3のように、通常大気環境合成の場合、GeO2化したことから、水分がGeの主要な酸化剤であり、Geに対する酸素の酸化力は小さく、ドライ環境下(水分なし、酸素有りの環境下)では、GeOナノ粒子が生成することが考えられる。 As in Sample 3 described later, in the case of normal atmospheric environment synthesis, since it was converted to GeO 2 , moisture is the main oxidant of Ge, and the oxidizing power of oxygen with respect to Ge is small, in a dry environment (no moisture, oxygen In a certain environment), it is conceivable that GeO nanoparticles are generated.

また、Siとの違いとして、Geは2+の酸化数を安定に有する点がGeO生成に寄与している。このナノ粒子を400℃、および600℃にて1hの還元熱処理を施した場合、図11Aに示すように、400℃では、2GeO→Ge+GeO2にて、GeとGeO2に分離することが分かった。なお、SiOの場合も、1000℃の高温処理にて分離することが知られている。 Further, as a difference from Si, Ge has a stable 2+ oxidation number, which contributes to GeO generation. When the nanoparticles were subjected to a reduction heat treatment at 400 ° C. and 600 ° C. for 1 h, as shown in FIG. 11A, it was found that at 400 ° C., Ge and GeO 2 were separated by 2GeO → Ge + GeO 2 . . In the case of SiO, it is known to separate by high-temperature treatment at 1000 ° C.

また、図11Aおよび図11Bに示すように、600℃の還元熱処理を施した場合には、GeO2のピーク減少およびO1sピーク減少から、Geへと還元されたことが示唆された。また、600℃処理後においても、粒子径はGeOナノ粒子に近い約50nmであり(図10BのSEM像参照)、ナノ粒子の凝集を起こすことなく、Geナノ粒子へと還元されたことが示唆された。 Further, as shown in FIGS. 11A and 11B, it was suggested that when reduction heat treatment at 600 ° C. was performed, GeO 2 peak reduction and O1s peak reduction reduced to Ge. In addition, even after the treatment at 600 ° C., the particle diameter is about 50 nm close to that of GeO nanoparticles (see the SEM image in FIG. 10B), suggesting that the particles were reduced to Ge nanoparticles without causing aggregation of the nanoparticles. It was done.

図12の400℃および600℃の還元熱処理前後のXRDパターンに示すように、XPSから示唆されたとおり、非晶質(アモルファス)のGeOがGe結晶へと還元される過程がみられた。GeOはGeとGeO2の中間体であるため、GeO2の還元温度(800℃)よりも低い600℃にて還元されたものと考えられる。 As shown in the XRD patterns before and after the reduction heat treatment at 400 ° C. and 600 ° C. in FIG. 12, a process in which amorphous GeO was reduced to Ge crystals as suggested by XPS was observed. Since GeO is an intermediate between Ge and GeO 2 , it is considered that GeO was reduced at 600 ° C. lower than the reduction temperature (800 ° C.) of GeO 2 .

図13の合成したGeO由来のGeナノ粒子担持炭素(600℃処理後)の半電池2−1の特性に示すように、充放電容量は市販Geと同等であり、粒径50nmのGe/Cナノコンポジット粒子が、Ge活物質として機能していることが確認できた。   As shown in the characteristics of the half-cell 2-1 of the GeO-derived Ge nanoparticle-supported carbon (after 600 ° C. treatment) in FIG. 13, the charge / discharge capacity is equivalent to that of commercially available Ge, and Ge / C having a particle size of 50 nm. It was confirmed that the nanocomposite particles functioned as a Ge active material.

<サンプル3>
サンプル3では、グローブボックス内で、GeO2ナノ粒子を作製した。また、これを還元して、Ge/Cナノコンポジット粒子を得た。なお、サンプル3では、サンプル2と異なり、ドライ環境下ではなく、通常環境下(水分有りの環境下)で合成を行った。なお、合成はグローブボックス内で行った。
<Sample 3>
In sample 3, GeO 2 nanoparticles were produced in the glove box. Further, this was reduced to obtain Ge / C nanocomposite particles. In sample 3, unlike sample 2, synthesis was performed in a normal environment (an environment with moisture), not in a dry environment. The synthesis was performed in a glove box.

まず、通常環境下、且つ、大気雰囲気下で、GeCl4(四塩化ゲルマニウム)およびPVP(ポリビニルピロリドン)を、エチレングリコールに溶解した溶液に、室温で、還元剤(NaBH4)を混合した。これにより、GeO2ナノ粒子が生じた。なお、GeO2ナノ粒子はクラスターサイズ(典型的には5nm以下のサイズ)と思われ、SEMやXRDでは粒子を確認できなかった。一方、後述の600℃の還元熱処理にてGe結晶化することが分かる。 First, a reducing agent (NaBH 4 ) was mixed at room temperature with a solution in which GeCl 4 (germanium tetrachloride) and PVP (polyvinylpyrrolidone) were dissolved in ethylene glycol in a normal environment and in an air atmosphere. This produced GeO 2 nanoparticles. GeO 2 nanoparticles seemed to have a cluster size (typically a size of 5 nm or less), and particles could not be confirmed by SEM or XRD. On the other hand, it turns out that Ge crystallizes by the below-mentioned 600 degreeC reduction heat processing.

次に、これをフォーミングガス(N2/H2)雰囲気下で600℃にて3時間、還元熱処理を行った結果、Ge/Cナノコンポジット粒子(図15Aおよび図15BにSEM像を示す)が生じた。 Next, as a result of reducing heat treatment at 600 ° C. for 3 hours in a forming gas (N 2 / H 2 ) atmosphere, Ge / C nanocomposite particles (an SEM image is shown in FIGS. 15A and 15B) are obtained. occured.

〔Ge/Cナノコンポジット粒子の特性評価〕
(ラマン分光測定)
還元処理熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子および還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子について、ラマン分光測定を行った。図16に測定結果を示す。なお、図16中、線w1は還元処理熱処理前のPVP保護GeO2ナノ粒子についてのラマン分光スペクトルを示し、線w2は還元熱処理後のGe/Cナノコンポジット粒子についてのラマン分光スペクトルを示す。
[Characteristic evaluation of Ge / C nanocomposite particles]
(Raman spectroscopy measurement)
Raman spectroscopic measurements were performed on the PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the reduction heat treatment and the Ge / C nanocomposite particles after the reduction heat treatment. FIG. 16 shows the measurement results. In FIG. 16, the line w1 shows the Raman spectrum for the PVP-protected GeO 2 nanoparticles before the heat treatment for reduction treatment, and the line w2 shows the Raman spectrum for the Ge / C nanocomposite particles after the heat treatment for reduction treatment.

サンプル3では、サンプル1のGeイソプロポキシドの加水分解と異なり、合成時にGeCl4をNaBH4により室温還元するため、室温にてクラスターサイズ(5nm以下)のGeナノ粒子を合成できる。しかしながら、Geが不安定なクラスターサイズであったため、熱処理により凝集し、Ge結晶サイズは500nm程度まで肥大化していた。 In sample 3, unlike the hydrolysis of Ge isopropoxide in sample 1, GeCl 4 is reduced with NaBH 4 at room temperature at the time of synthesis, so that Ge nanoparticles having a cluster size (5 nm or less) can be synthesized at room temperature. However, since Ge was an unstable cluster size, it was aggregated by heat treatment, and the Ge crystal size was enlarged to about 500 nm.

4.他の実施の形態(変形例)
本技術は、上述した本技術の実施の形態に限定されるものでは無く、本技術の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
4). Other embodiment (modification)
The present technology is not limited to the above-described embodiments of the present technology, and various modifications and applications are possible without departing from the scope of the present technology.

例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス等を用いてもよい。   For example, the numerical values, structures, shapes, materials, raw materials, manufacturing processes and the like given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and different numerical values, structures, shapes, materials, raw materials, and the like as necessary. A manufacturing process or the like may be used.

また、上述の実施の形態および実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。   The configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like of the above-described embodiments and examples can be combined with each other without departing from the gist of the present technology.

応用例の電池は、円筒型の電池構造を有する電池、電極を巻回した巻回構造を有する電池について、説明したが、これらに限定されるものではない。例えば、外装にラミネートフィルムを用いたラミネートフィルム型の電池、電極を積み重ねた構造を有するスタック型、角型、コイン型、扁平型またはボタン型の電池等の他の電池構造を有する電池についても同様に、本技術を適用することができる。スタック型には、例えば、枚葉のセパレータを介して正極および負極を積層した電池構造、つづら折りにより折り畳まれた一枚の帯状のセパレータを介して正極および負極を積層した電池構造、負極を挟んだ状態でつづら折りにより折り畳まれた一対のセパレータを介して正極および負極を積層した電池構造等が挙げられる。電解質も液状の電解質に限定されるものではない。   The battery of the application example has been described with respect to a battery having a cylindrical battery structure and a battery having a wound structure in which an electrode is wound, but is not limited thereto. For example, the same applies to batteries having other battery structures such as a laminate film type battery using a laminate film for the exterior, a stack type having a structure in which electrodes are stacked, a square type, a coin type, a flat type or a button type battery. In addition, the present technology can be applied. In the stack type, for example, a battery structure in which a positive electrode and a negative electrode are stacked via a single-sheet separator, a battery structure in which a positive electrode and a negative electrode are stacked through a single strip-shaped separator folded, and a negative electrode are sandwiched Examples thereof include a battery structure in which a positive electrode and a negative electrode are stacked through a pair of separators folded by spelling in a state. The electrolyte is not limited to a liquid electrolyte.

本技術は、以下の構成をとることもできる   The present technology can also take the following configurations.

[1]
エリンガムダイアグラムのGeの酸素分子(1mol)に対するギブズの生成自由エネルギーΔGより、酸素分子(1mol)に対するギブズの生成自由エネルギーΔGが小さい、C、H2、Zn、K、Na、Cr、Mn、V、Si、Ti、Al、Mg、Ca、Sc、Sr、Nb、Li、Ba、In、Y、Hf、ZrおよびTaの少なくとも何れかからなる一の元素によって、Ge酸化物ナノ粒子を還元して、少なくともGeを含むナノ粒子を調製するGe含有ナノ粒子の製造方法。
[2]
上記一の元素は上記Cであり、
上記Cを含む保護ポリマーとGeアルコキシドとを混合し、加水分解反応を進行させて、表面が上記保護ポリマーにより保護された上記Ge酸化物ナノ粒子を調製し、
上記Cにより上記Ge酸化物ナノ粒子を還元する[1]に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。
[3]
上記保護ポリマーは、アルコール溶解性の有機高分子化合物である[2]に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。
[4]
上記少なくともGeを含むナノ粒子は、少なくともGeとCとを含むナノコンポジット粒子である[2]〜[3]の何れかに記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。
[5]
上記還元を窒素、アルゴン若しくは水素、またはこれらの混合ガス雰囲気で行う[1]〜[4]の何れかに記載のGe含有ナノ粒子の製造方法
[6]
上記還元の温度は、1000℃以下である[1]〜[5]の何れかに記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。
[7]
上記Ge酸化物ナノ粒子はGeOx(0.5<x<1.5)ナノ粒子であり、
露点−30℃以下のドライ環境下で、還元剤にてハロゲン化Geを還元し、上記GeOx(0.5<x<1.5)ナノ粒子を調製する[1]〜[6]何れかに記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。
[8]
上記還元剤は、アルカリ元素および/または水素含有物である[7]に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。
[9]
上記一の元素は上記Cであり、
露点−30℃以下のドライ環境下で、上記Cを含む保護ポリマーとハロゲン化Geとを、アルコール溶媒に溶解後、還元剤にて、ハロゲン化Geを還元し、表面が上記保護ポリマーにより保護された上記GeOx(0.5<x<1.5)ナノ粒子を調製する[7]〜[8]の何れかに記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。
[10]
露点−30℃以下のドライ環境下で、還元剤にてハロゲン化Geを還元し、上記GeOx(0.5<x<1.5)ナノ粒子を調製するGe含有ナノ粒子の製造方法。
[11]
少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子。
[12]
上記GeOx(0.5<x<1.5)は、XPSのGe2p2/3スペクトルの結合エネルギー1218eV付近に単一のピークを有する単相GeOx(0.5<x<1.5)である[11]に記載のGe含有ナノ粒子。
[13]
上記GeOx(0.5<x<1.5)は、アモルファスである[11]〜[12]の何れかに記載のGe含有ナノ粒子。
[14]
正極と、
負極と、
電解質と
を備え、
上記負極は、少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を含有する電池。
[15]
上記負極は、さらにSiを含む[14]に記載の電池。
[16]
少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する赤外吸収材料。
[17]
少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する赤外用フォトダイオード素子。
[18]
少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する太陽電池。
[19]
少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する発光素子。
[20]
少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する生体認識材。
[1]
The Gibbs formation free energy ΔG for the oxygen molecule (1 mol) is smaller than the Gibbs formation free energy ΔG for the oxygen molecule (1 mol) of Ge in the Ellingham diagram, C, H 2 , Zn, K, Na, Cr, Mn, Ge oxide nanoparticles are reduced by one element composed of at least one of V, Si, Ti, Al, Mg, Ca, Sc, Sr, Nb, Li, Ba, In, Y, Hf, Zr, and Ta. A method for producing Ge-containing nanoparticles, comprising preparing nanoparticles containing at least Ge.
[2]
The one element is C,
The protective polymer containing C and Ge alkoxide are mixed, the hydrolysis reaction proceeds to prepare the Ge oxide nanoparticles whose surface is protected by the protective polymer,
The method for producing Ge-containing nanoparticles according to [1], wherein the Ge oxide nanoparticles are reduced by the C.
[3]
The method for producing Ge-containing nanoparticles according to [2], wherein the protective polymer is an alcohol-soluble organic polymer compound.
[4]
The method for producing Ge-containing nanoparticles according to any one of [2] to [3], wherein the nanoparticles containing at least Ge are nanocomposite particles containing at least Ge and C.
[5]
The method for producing Ge-containing nanoparticles according to any one of [1] to [4], wherein the reduction is performed in an atmosphere of nitrogen, argon, hydrogen, or a mixed gas thereof [6].
The method for producing Ge-containing nanoparticles according to any one of [1] to [5], wherein the reduction temperature is 1000 ° C. or lower.
[7]
The Ge oxide nanoparticles are GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles,
Any of [1] to [6], wherein the halogenated Ge is reduced with a reducing agent in a dry environment having a dew point of −30 ° C. or lower to prepare the GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles. The manufacturing method of Ge containing nanoparticle as described in any one of.
[8]
The method for producing Ge-containing nanoparticles according to [7], wherein the reducing agent is an alkali element and / or a hydrogen-containing substance.
[9]
The one element is C,
In a dry environment with a dew point of −30 ° C. or lower, after dissolving the protective polymer containing C and the halogenated Ge in an alcohol solvent, the halogenated Ge is reduced with a reducing agent, and the surface is protected by the protective polymer. The method for producing Ge-containing nanoparticles according to any one of [7] to [8], wherein the GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles are prepared.
[10]
A method for producing Ge-containing nanoparticles, wherein GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles are prepared by reducing halogenated Ge with a reducing agent in a dry environment having a dew point of −30 ° C. or lower.
[11]
Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5).
[12]
The GeO x (0.5 <x <1.5) is a single-phase GeO x (0.5 <x <1.5) having a single peak near the binding energy 1218 eV of the Ge2p2 / 3 spectrum of XPS. The Ge-containing nanoparticle according to [11].
[13]
The Ge-containing nanoparticle according to any one of [11] to [12], wherein the GeO x (0.5 <x <1.5) is amorphous.
[14]
A positive electrode;
A negative electrode,
With electrolyte,
The negative electrode is a battery containing Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5).
[15]
The battery according to [14], wherein the negative electrode further contains Si.
[16]
An infrared absorbing material having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5).
[17]
An infrared photodiode device having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5).
[18]
A solar cell having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5).
[19]
A light-emitting element having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5).
[20]
A biorecognition material having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5).

11・・・電池缶、12a,12b・・・絶縁板、13・・・電池蓋、14・・・安全弁、14a・・・突出部、15・・・ディスクホルダ、16・・・遮断ディスク、16a・・・孔部、17・・・熱感抵抗素子、18・・・ガスケット、19・・・サブディスク、20・・・巻回電極体、21・・・正極、21A・・・正極集電体、21B・・・正極活物質層、22・・・負極、22A・・・負極集電体、22B・・・負極活物質層、23・・・セパレータ、24・・・センターピン、25・・・正極リード、26・・・負極リード   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12a, 12b ... Insulating plate, 13 ... Battery cover, 14 ... Safety valve, 14a ... Projection part, 15 ... Disc holder, 16 ... Shut-off disc, 16a ... Hole, 17 ... Heat sensitive resistor, 18 ... Gasket, 19 ... Subdisk, 20 ... Winding electrode body, 21 ... Positive electrode, 21A ... Positive electrode collection Electrode, 21B ... Positive electrode active material layer, 22 ... Negative electrode, 22A ... Negative electrode current collector, 22B ... Negative electrode active material layer, 23 ... Separator, 24 ... Center pin, 25 ... Positive lead, 26 ... Negative lead

Claims (20)

エリンガムダイアグラムのGeの酸素分子(1mol)に対するギブズの生成自由エネルギーΔGより、酸素分子(1mol)に対するギブズの生成自由エネルギーΔGが小さい、C、H2、Zn、K、Na、Cr、Mn、V、Si、Ti、Al、Mg、Ca、Sc、Sr、Nb、Li、Ba、In、Y、Hf、ZrおよびTaの少なくとも何れかからなる一の元素によって、Ge酸化物ナノ粒子を還元して、少なくともGeを含むナノ粒子を調製するGe含有ナノ粒子の製造方法。 The Gibbs formation free energy ΔG for the oxygen molecule (1 mol) is smaller than the Gibbs formation free energy ΔG for the oxygen molecule (1 mol) of Ge in the Ellingham diagram, C, H 2 , Zn, K, Na, Cr, Mn, Ge oxide nanoparticles are reduced by one element composed of at least one of V, Si, Ti, Al, Mg, Ca, Sc, Sr, Nb, Li, Ba, In, Y, Hf, Zr, and Ta. A method for producing Ge-containing nanoparticles, comprising preparing nanoparticles containing at least Ge. 上記一の元素は上記Cであり、
上記Cを含む保護ポリマーとGeアルコキシドとを混合し、加水分解反応を進行させて、表面が上記保護ポリマーにより保護された上記Ge酸化物ナノ粒子を調製し、
上記Cにより上記Ge酸化物ナノ粒子を還元する請求項1に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。
The one element is C,
The protective polymer containing C and Ge alkoxide are mixed, the hydrolysis reaction proceeds to prepare the Ge oxide nanoparticles whose surface is protected by the protective polymer,
The method for producing Ge-containing nanoparticles according to claim 1, wherein the Ge oxide nanoparticles are reduced by the C.
上記保護ポリマーは、アルコール溶解性の有機高分子化合物である請求項2に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。   The method for producing Ge-containing nanoparticles according to claim 2, wherein the protective polymer is an alcohol-soluble organic polymer compound. 上記少なくともGeを含むナノ粒子は、少なくともGeとCとを含むナノコンポジット粒子である請求項3に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。   The method for producing Ge-containing nanoparticles according to claim 3, wherein the nanoparticles containing at least Ge are nanocomposite particles containing at least Ge and C. 上記還元を窒素、アルゴン若しくは水素、またはこれらの混合ガス雰囲気で行う請求項1に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法   The method for producing Ge-containing nanoparticles according to claim 1, wherein the reduction is performed in an atmosphere of nitrogen, argon, hydrogen, or a mixed gas thereof. 上記還元の温度は、1000℃以下である請求項1に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。   The method for producing Ge-containing nanoparticles according to claim 1, wherein the reduction temperature is 1000 ° C or lower. 上記Ge酸化物ナノ粒子はGeOx(0.5<x<1.5)ナノ粒子であり、
露点−30℃以下のドライ環境下で、還元剤にてハロゲン化Geを還元し、上記GeOx(0.5<x<1.5)ナノ粒子を調製する請求項1に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。
The Ge oxide nanoparticles are GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles,
The Ge-containing nanoparticle according to claim 1, wherein the GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles are prepared by reducing halogenated Ge with a reducing agent in a dry environment having a dew point of −30 ° C. or less. Particle manufacturing method.
上記還元剤は、アルカリ元素および/または水素含有物である請求項7に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。   The method for producing Ge-containing nanoparticles according to claim 7, wherein the reducing agent is an alkali element and / or a hydrogen-containing material. 上記一の元素は上記Cであり、
露点−30℃以下のドライ環境下で、上記Cを含む保護ポリマーとハロゲン化Geとを、アルコール溶媒に溶解後、還元剤にて、ハロゲン化Geを還元し、表面が上記保護ポリマーにより保護された上記GeOx(0.5<x<1.5)ナノ粒子を調製する請求項7に記載のGe含有ナノ粒子の製造方法。
The one element is C,
In a dry environment with a dew point of −30 ° C. or lower, after dissolving the protective polymer containing C and the halogenated Ge in an alcohol solvent, the halogenated Ge is reduced with a reducing agent, and the surface is protected by the protective polymer. The method for producing Ge-containing nanoparticles according to claim 7, wherein the GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles are prepared.
露点−30℃以下のドライ環境下で、還元剤にてハロゲン化Geを還元し、上記GeOx(0.5<x<1.5)ナノ粒子を調製するGe含有ナノ粒子の製造方法。 A method for producing Ge-containing nanoparticles, wherein GeO x (0.5 <x <1.5) nanoparticles are prepared by reducing halogenated Ge with a reducing agent in a dry environment having a dew point of −30 ° C. or lower. 少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子。 Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5). 上記GeOx(0.5<x<1.5)は、XPSのGe2p2/3スペクトルの結合エネルギー1218eV付近に単一のピークを有する単相GeOx(0.5<x<1.5)である請求項11に記載のGe含有ナノ粒子。 The GeO x (0.5 <x <1.5) is a single-phase GeO x (0.5 <x <1.5) having a single peak near the binding energy 1218 eV of the Ge2p2 / 3 spectrum of XPS. The Ge-containing nanoparticle according to claim 11. 上記GeOx(0.5<x<1.5)は、アモルファスである請求項11に記載のGe含有ナノ粒子。 The Ge-containing nanoparticle according to claim 11, wherein the GeO x (0.5 <x <1.5) is amorphous. 正極と、
負極と、
電解質と
を備え、
上記負極は、少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を含有する電池。
A positive electrode;
A negative electrode,
With electrolyte,
The negative electrode is a battery containing Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5).
上記負極は、さらにSiを含む請求項14に記載の電池。   The battery according to claim 14, wherein the negative electrode further contains Si. 少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する赤外吸収材料。 An infrared absorbing material having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5). 少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する赤外用フォトダイオード素子。 An infrared photodiode device having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5). 少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する太陽電池。 A solar cell having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5). 少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する発光素子。 A light-emitting element having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5). 少なくともGeOx(0.5<x<1.5)を含むGe含有ナノ粒子を有する生体認識材。 A biorecognition material having Ge-containing nanoparticles containing at least GeO x (0.5 <x <1.5).
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