JP2017183113A - Composite active material for lithium ion secondary battery, and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a composite active material which allows a high initial charging capacity and a high initial coulomb efficiency to be ensured and which can offer a lithium ion secondary battery having a superior cycle life; and a method for manufacturing the composite active material.SOLUTION: A composite active material for a lithium ion secondary battery comprises: Si or a Si alloy; and a carbonaceous material or a combination of the carbonaceous material and graphite. The composite active material consists of generally spherical complex particles of which the average particle diameter (D50) is 1-40 μm, the ratio C(002)/C(111) of X-ray diffraction intensities of C(002) and Si(111) planes measured by a powder X-ray method is 0.6-3.0, and the average circularity is 0.7-1.0.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用複合活物質およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a composite active material for a lithium ion secondary battery and a method for producing the same.

従来、リチウムイオン二次電池の負極材には主に黒鉛が用いられているが、さらなる高容量化のため、理論容量が高くリチウムイオンを吸蔵・放出可能な元素であるシリコンやスズ等の金属を負極材として用いる方法が検討されている。   Conventionally, graphite is mainly used as the negative electrode material of lithium ion secondary batteries, but for higher capacity, metals such as silicon and tin, which have high theoretical capacity and are capable of occluding and releasing lithium ions. A method of using as a negative electrode material has been studied.

一方、これらのリチウムイオンを吸蔵・放出可能な金属材料からなる活物質は、充電によってリチウムと合金化した際に、著しく体積膨張することが知られている。そのため、活物質が割れて微細化し、さらにこれらを用いた負極も構造が破壊されて導電性が切断される。従って、これらの金属材料を用いた負極はサイクル経過によって容量が著しく低下することが課題となっている。   On the other hand, it is known that an active material made of a metal material capable of inserting and extracting lithium ions significantly expands when alloyed with lithium by charging. Therefore, the active material is cracked and refined, and the structure of the negative electrode using these is also broken and the conductivity is cut. Therefore, the negative electrode using these metal materials has a problem that the capacity is remarkably lowered with the passage of cycles.

この課題に対し、これらの金属材料を微粒子化し、炭素質物や黒鉛などで複合化する手法が提案されている。このような複合粒子は、これらの金属材料がリチウムと合金化し、微細化しても炭素質物や黒鉛によって導電性が確保されるため、これらの材料を単独で負極材として用いるよりもサイクル特性が著しく向上することが知られている。例えば、特許文献1には、負極の活物質は炭素質物層が表面に形成された微粒子を含み、該微粒子はMg、Al、Si、Ca、SnおよびPbから選ばれる少なくとも一種の元素からなると共に、平均粒径が1〜500nmであり、かつ前記活物質中の微粒子の原子比率は15重量%以上であることが開示されている。   In response to this problem, a technique has been proposed in which these metal materials are made into fine particles and combined with carbonaceous material or graphite. Such composite particles have significantly higher cycle characteristics than the use of these materials alone as a negative electrode material, because these metal materials are alloyed with lithium and conductivity is ensured by carbonaceous materials and graphite even when they are miniaturized. It is known to improve. For example, in Patent Document 1, the active material of the negative electrode includes fine particles having a carbonaceous material layer formed on the surface, and the fine particles are composed of at least one element selected from Mg, Al, Si, Ca, Sn, and Pb. In addition, it is disclosed that the average particle diameter is 1 to 500 nm, and the atomic ratio of the fine particles in the active material is 15% by weight or more.

また、特許文献2には、金属粒子が複数相の炭素中に埋設され、該炭素は黒鉛および非晶質炭素を含むものである金属炭素複合体粒子が開示され、前記金属粒子について、Mg、Al、Si、Zn、Ge、Bi、In、Pd、Ptのいずれかからなり、平均粒子径は0.1〜20μmが好ましいと記載されている。また、特許文献3には、複合活物質が、黒鉛コア粒子と、該黒鉛コア粒子を被覆する炭素被膜(シェル)と、該炭素被膜内部に分散して位置する金属粒子とを含む、いわゆるコアシェル構造であり、前記黒鉛コア粒子の平均粒径は1〜20μm、前記炭素被膜のコーティング厚さは1〜4μm、前記リチウムと合金化する金属としては、Cr、Sn、Si、Al、Mn、Ni、Zn、Co、In、Cd、Bi、Pb、Vからなる群から選択される少なくともいずれか1つの物質を含み、平均粒径は0.01〜1.0μmが好ましいと開示されている。   Patent Document 2 discloses metal-carbon composite particles in which metal particles are embedded in a plurality of phases of carbon, and the carbon contains graphite and amorphous carbon. The metal particles include Mg, Al, It is described that any one of Si, Zn, Ge, Bi, In, Pd, and Pt is used, and the average particle diameter is preferably 0.1 to 20 μm. Patent Document 3 discloses a so-called core shell in which the composite active material includes graphite core particles, a carbon coating (shell) that covers the graphite core particles, and metal particles that are dispersed and located inside the carbon coating. The graphite core particles have an average particle size of 1 to 20 μm, the coating thickness of the carbon coating is 1 to 4 μm, and the metals alloyed with lithium include Cr, Sn, Si, Al, Mn, Ni , Zn, Co, In, Cd, Bi, Pb, and V, and at least one substance selected from the group consisting of V and an average particle size of 0.01 to 1.0 μm is preferable.

さらに、特許文献4には、BET比表面積30m/g以上の膨張黒鉛または薄片状黒鉛と、リチウムイオンと化合可能な電池活物質とを混合して混合物を得る混合工程と、該混合物に球形化処理を施し、黒鉛およびリチウムイオンと化合可能な電池活物質を含有する略球状のリチウム二次電池用複合活物質を製造する球形化工程とを有する、リチウム二次電池用複合活物質の製造方法が開示され、前記リチウムイオンと化合可能な電池活物質について、Si、Sn、Al、Sb、Inから選ばれる少なくとも1種の元素を含有し、平均粒子径は1μm以下が好ましいと記載されている。 Furthermore, Patent Document 4 discloses a mixing step of obtaining a mixture by mixing expanded graphite or flaky graphite having a BET specific surface area of 30 m 2 / g or more and a battery active material that can be combined with lithium ions, and adding a spherical shape to the mixture. A composite active material for a lithium secondary battery having a spheroidizing step of manufacturing a substantially spherical composite active material for a lithium secondary battery containing a battery active material that can be combined with graphite and lithium ions A method is disclosed, and the battery active material that can be combined with lithium ions contains at least one element selected from Si, Sn, Al, Sb, and In, and the average particle diameter is preferably 1 μm or less. Yes.

特開平10−3920号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-3920 特開2000−272911号公報JP 2000-272911 A 特開2010−129545号公報JP 2010-129545 A 特許第5227483号公報Japanese Patent No. 5227483

しかしながら、従来提案された複合活物質では初回放電容量と初回クーロン効率が十分ではなかった。本発明は、SiまたはSi合金(以下、併せて「Si化合物」という)と、炭素質物または炭素質物と黒鉛とを含んで複合化したリチウムイオン二次電池用複合活物質に関するものであり、高い初回充電容量と高い初回クーロン効率を確保し、優れたサイクル寿命を有するリチウムイオン二次電池を与える複合活物質およびその製造方法を提供することにある。   However, the previously proposed composite active materials have not had sufficient initial discharge capacity and initial coulomb efficiency. The present invention relates to a composite active material for a lithium ion secondary battery that is composed of Si or Si alloy (hereinafter collectively referred to as “Si compound”) and a carbonaceous material or a carbonaceous material and graphite. An object of the present invention is to provide a composite active material that can provide a lithium ion secondary battery that has an initial charge capacity and a high initial coulombic efficiency and has an excellent cycle life, and a method for producing the same.

本発明者らは先の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、Si化合物と、炭素質物または炭素質物と黒鉛とを、含んでなるリチウムイオン二次電池用複合活物質において、該複合材料の黒鉛(002)面とシリコン(111)面のX線回折強度比、および形状を制御することにより、高い初回充電容量、初回クーロン効率及び優れたサイクル寿命を有するリチウムイオン二次電池を与える複合活物質が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that in a composite active material for a lithium ion secondary battery comprising a Si compound and a carbonaceous material or a carbonaceous material and graphite, the composite material Composite that provides a lithium ion secondary battery having high initial charge capacity, initial Coulomb efficiency, and excellent cycle life by controlling the X-ray diffraction intensity ratio and shape of graphite (002) surface and silicon (111) surface of The present inventors have found that an active material can be obtained and have completed the present invention.

すなわち本発明は、SiまたはSi合金と、炭素質物または炭素質物と黒鉛とを、含んでなるリチウムイオン二次電池用複合活物質において、該複合活物質の平均粒径(D50)が1〜40μm、粉末法X線で測定したC(002)面とSi(111)面のX線回折線強度比C(002)/Si(111)が0.6〜3.0であり、かつ平均円形度が0.7〜1.0の略球状の複合粒子であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用複合活物質に関するものである。   That is, the present invention provides a composite active material for a lithium ion secondary battery comprising Si or a Si alloy and a carbonaceous material or a carbonaceous material and graphite, wherein the composite active material has an average particle size (D50) of 1 to 40 μm. The X-ray diffraction line intensity ratio C (002) / Si (111) between the C (002) plane and the Si (111) plane measured by powder method X-ray is 0.6 to 3.0, and the average circularity The present invention relates to a composite active material for a lithium ion secondary battery, wherein the composite particles are substantially spherical composite particles having a particle size of 0.7 to 1.0.

以下、本発明の活物質について詳細に説明する。   Hereinafter, the active material of the present invention will be described in detail.

活物質でいうSiとは、純度が98重量%程度の汎用グレードの金属シリコン、純度が2〜4Nのケミカルグレードの金属シリコン、塩素化して蒸留精製した4Nより高純度のポリシリコン、単結晶成長法による析出工程を経た超高純度の単結晶シリコン、もしくはそれらに周期表13族もしくは15族元素をドーピングして、p型またはn型としたもの、半導体製造プロセスで発生したウエハの研磨や切断の屑、プロセスで不良となった廃棄ウエハなど、汎用グレードの金属シリコン以上の純度のものであれば特に限定されない。   Si as an active material is a general grade metal silicon having a purity of about 98% by weight, a chemical grade metal silicon having a purity of 2 to 4N, polysilicon having a purity higher than 4N purified by chlorination and distillation, and single crystal growth Polishing or cutting of ultra-high purity single crystal silicon that has undergone a deposition process by the method, or those doped with elements of Group 13 or 15 of the periodic table to be p-type or n-type, or wafers generated in the semiconductor manufacturing process There is no particular limitation as long as it has a purity equal to or higher than that of general-purpose grade metal silicon, such as scraps of waste and waste wafers that have become defective in the process.

リチウムイオン二次電池用複合活物質でいうSi合金とは、Siが主成分の合金である。前記Si合金において、Si以外に含まれる元素としては、周期表2〜15族の元素の一つ以上が好ましく、合金に含まれる相の融点が900℃以上となる元素の選択および/または添加量が好ましい。   The Si alloy referred to as a composite active material for a lithium ion secondary battery is an alloy containing Si as a main component. In the Si alloy, the element contained other than Si is preferably one or more elements of Groups 2 to 15 of the periodic table, and the selection and / or addition amount of the element having a melting point of the phase contained in the alloy of 900 ° C. or more Is preferred.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質において、Si化合物の平均粒径(D50)は0.01〜5μmが好ましく、さらに好ましくは0.01〜1μmであり、特に好ましくは0.05〜0.6μmである。0.01μmより小さいと、表面酸化による容量や初期効率の低下が激しく、5μmより大きいと、リチウム挿入による膨張で割れが激しく生じ、サイクル劣化が激しくなりやすい。なお、平均粒径(D50)はレーザー粒度分布計で測定した体積平均の粒子径である。   In the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, the average particle diameter (D50) of the Si compound is preferably 0.01 to 5 μm, more preferably 0.01 to 1 μm, and particularly preferably 0.05 to 0. .6 μm. If it is smaller than 0.01 μm, the capacity and initial efficiency due to surface oxidation are drastically reduced, and if it is larger than 5 μm, cracking is severely caused by expansion due to lithium insertion, and cycle deterioration tends to be severe. The average particle size (D50) is a volume average particle size measured with a laser particle size distribution meter.

Si化合物の含有量は10〜80質量部が好ましく、15〜50質量部が特に好ましい。Si化合物の含有量が10質量部未満の場合、従来の黒鉛に比べて十分に大きい容量が得られず、80質量部より大きい場合、サイクル劣化が激しくなりやすい。   The content of the Si compound is preferably 10 to 80 parts by mass, particularly preferably 15 to 50 parts by mass. When the content of the Si compound is less than 10 parts by mass, a sufficiently large capacity cannot be obtained as compared with the conventional graphite, and when it is greater than 80 parts by mass, cycle deterioration tends to become severe.

リチウムイオン二次電池用複合活物質でいう炭素質物とは、非晶質もしくは微結晶の炭素物質であり、2000℃を超える熱処理で黒鉛化する易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)と、黒鉛化しにくい難黒鉛化炭素(ハードカーボン)が挙げられる。   The carbonaceous material referred to as a composite active material for lithium ion secondary batteries is an amorphous or microcrystalline carbon material, easily graphitized carbon (soft carbon) that is graphitized by heat treatment exceeding 2000 ° C., and hardly graphitized. Non-graphitizable carbon (hard carbon) is mentioned.

ハードカーボンは、樹脂または樹脂組成物などの前駆体を炭化処理して得ることが好ましい。炭化処理することで、樹脂または樹脂組成物が炭化処理され、リチウムイオン二次電池用炭素材として用いることができる。ハードカーボンの原材料(前駆体)となる、樹脂又は樹脂組成物としては、高分子化合物など(例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂)が挙げられる。熱硬化性樹脂としては特に限定されず、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂などのフェノール樹脂;ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;アニリン樹脂;シアネート樹脂;フラン樹脂;ケトン樹脂;不飽和ポリエステル樹脂;ウレタン樹脂などが挙げられる。また、これらが種々の成分で変性された変性物を用いることもできる。   The hard carbon is preferably obtained by carbonizing a precursor such as a resin or a resin composition. By carbonizing, the resin or resin composition is carbonized and can be used as a carbon material for a lithium ion secondary battery. Examples of the resin or resin composition that is the raw material (precursor) of the hard carbon include polymer compounds (for example, thermosetting resins and thermoplastic resins). The thermosetting resin is not particularly limited. For example, a phenol resin such as a novolac type phenol resin or a resol type phenol resin; an epoxy resin such as a bisphenol type epoxy resin or a novolac type epoxy resin; a melamine resin; a urea resin; Examples include cyanate resins; furan resins; ketone resins; unsaturated polyester resins; urethane resins. In addition, modified products obtained by modifying these with various components can also be used.

また、熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンなどが挙げられる。   The thermoplastic resin is not particularly limited. For example, polyethylene, polystyrene, acrylonitrile-styrene (AS) resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polypropylene, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene ether, poly Examples include butylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, and polyetheretherketone.

これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。   Among these, one kind or a combination of two or more kinds can be used.

これらの中でも特に好ましいハードカーボンの原材料(前駆体)は、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂などのフェノール樹脂等が挙げられる。   Among these, particularly preferred hard carbon raw materials (precursors) include phenolic resins such as novolac type phenolic resins and resol type phenolic resins.

ハードカーボンの前駆体の形状は特に制限されず、粉状、板状、粒状、繊維状、塊状、球状など、あらゆる形状のものが使用可能である。これらの前駆体は、各種成分を混合する際に使用する溶剤に溶解することが好ましい。   The shape of the hard carbon precursor is not particularly limited, and any shape such as powder, plate, granule, fiber, lump, and sphere can be used. These precursors are preferably dissolved in a solvent used when various components are mixed.

使用されるハードカーボンの前駆体の重量平均分子量としては、本発明の効果がより優れる点で1000以上が好ましく、1,000,000以下がより好ましい。   The weight average molecular weight of the hard carbon precursor used is preferably 1000 or more, more preferably 1,000,000 or less, from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent.

ソフトカーボンは、樹脂または樹脂組成物などの前駆体を炭化処理して得ることが好ましい。炭化処理することで、樹脂または樹脂組成物が炭化処理され、リチウムイオン二次電池用炭素材として用いることができる。ソフトカーボンの原材料(前駆体)となる、樹脂又は樹脂組成物としては、特に限定されず、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、メソフェーズピッチ、コークス、低分子重質油、またはそれらの誘導体などが挙げられ、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、メソフェーズピッチ、コークス、低分子重質油、またはそれらの誘導体などが好ましい。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、石炭系ピッチなどの前駆体から得られるソフトカーボンが好ましい。   The soft carbon is preferably obtained by carbonizing a precursor such as a resin or a resin composition. By carbonizing, the resin or resin composition is carbonized and can be used as a carbon material for a lithium ion secondary battery. The resin or resin composition that is the raw material (precursor) of the soft carbon is not particularly limited, and coal-based pitch (for example, coal tar pitch), petroleum-based pitch, mesophase pitch, coke, low molecular weight heavy oil, Alternatively, derivatives thereof are exemplified, and coal-based pitch (for example, coal tar pitch), petroleum-based pitch, mesophase pitch, coke, low molecular weight heavy oil, or derivatives thereof are preferable. Especially, the soft carbon obtained from precursors, such as coal pitch, is preferable at the point which the effect of this invention is more excellent.

ソフトカーボンの前駆体の形状は特に制限されず、粉状、板状、粒状、繊維状、塊状、球状など、あらゆる形状のものが使用可能である。これらの前駆体は、各種成分を混合する際に使用する溶剤に溶解することが好ましい。   The shape of the soft carbon precursor is not particularly limited, and any shape such as powder, plate, granule, fiber, lump, and sphere can be used. These precursors are preferably dissolved in a solvent used when various components are mixed.

使用されるソフトカーボンの前駆体の重量平均分子量としては、本発明の効果がより優れる点で1000以上が好ましく、1,000,000以下がより好ましい。   The weight average molecular weight of the soft carbon precursor used is preferably 1000 or more, more preferably 1,000,000 or less, from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質において、炭素質物が含まれる場合、炭素質物の含有量は90〜10質量部が好ましく、60〜10質量部が特に好ましい。炭素質物の含有量が10質量部未満の場合、炭素質物がSi化合物を覆うことができず、導電パスが不十分となって容量劣化が激しく起こりやすく、90質量部より大きい場合、容量が十分に得られない。   In the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, when a carbonaceous material is contained, the content of the carbonaceous material is preferably 90 to 10 parts by mass, and particularly preferably 60 to 10 parts by mass. When the content of the carbonaceous material is less than 10 parts by mass, the carbonaceous material cannot cover the Si compound, the conductive path becomes insufficient, and the capacity deterioration easily occurs. When the content is larger than 90 parts by mass, the capacity is sufficient. I can't get it.

黒鉛成分としては、天然黒鉛材、人造黒鉛等が挙げられ、その中でも通常グラファイトと呼ばれる天然黒鉛を薄片化した薄片化黒鉛が好ましい。   Examples of the graphite component include natural graphite materials and artificial graphite. Among them, exfoliated graphite obtained by exfoliating natural graphite usually called graphite is preferable.

本明細書においては、薄片化黒鉛とは、グラフェンシートの積層数が400層以下の黒鉛を意図する。なお、グラフェンシートは主にファンデルワールス力によって互いに結合している。   In the present specification, exfoliated graphite means graphite having 400 or less graphene sheets stacked. The graphene sheets are bonded to each other mainly by van der Waals force.

薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの積層数は、リチウムイオンと化合可能な電池活物質と薄片化黒鉛とがより均一に分散し、リチウム二次電池用複合活物質を用いた電池材料の膨張がより抑制される、および/または、リチウム二次電池のサイクル特性がより優れる点で(以後、単に「本発明の効果がより優れる点」)で、300層以下が好ましく、200層以下がより好ましく、150層以下がさらに好ましい。取り扱い性の点からは、5層以上が好ましい。   The number of graphene sheets laminated in exfoliated graphite is such that the battery active material that can combine with lithium ions and exfoliated graphite are more evenly dispersed, and the expansion of the battery material using the composite active material for lithium secondary batteries is further suppressed. And / or in terms of more excellent cycle characteristics of the lithium secondary battery (hereinafter simply referred to as “the effect of the present invention is more excellent”), preferably 300 layers or less, more preferably 200 layers or less, 150 More preferred is a layer or less. From the viewpoint of handleability, 5 or more layers are preferable.

なお、薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの積層数は透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて測定することができる。   The number of graphene sheets stacked in exfoliated graphite can be measured using a transmission electron microscope (TEM).

薄片化黒鉛の平均厚みは、本発明の効果がより優れる点で、40nm以下が好ましく、22nm以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、製造手順が煩雑になることから、通常、4nm以上である場合が多い。   The average thickness of exfoliated graphite is preferably 40 nm or less, and more preferably 22 nm or less, in that the effect of the present invention is more excellent. The lower limit is not particularly limited, but is usually 4 nm or more because the production procedure becomes complicated.

なお、上記平均厚みの測定方法としては、電子顕微鏡観察(TEM)によって薄片化黒鉛を観察し、薄片化黒鉛中の積層したグラフェンシートの層の厚みを10個以上測定して、その値を算術平均することによって、平均厚みが得られる。   The average thickness is measured by observing exfoliated graphite by electron microscope observation (TEM), measuring the thickness of 10 or more layers of laminated graphene sheets in exfoliated graphite, and calculating the value as arithmetic. By averaging, an average thickness is obtained.

薄片化黒鉛は、黒鉛化合物をその層面間において剥離し薄片化して得られる。   The exfoliated graphite is obtained by exfoliating a graphite compound between its layer surfaces.

薄片化黒鉛としては、例えば、いわゆる膨張黒鉛が挙げられる。   Examples of exfoliated graphite include so-called expanded graphite.

膨張黒鉛中には、黒鉛が含まれており、例えば、鱗片状黒鉛を濃硫酸や硝酸や過酸化水素水等で処理し、グラフェンシートの隙間にこれら薬液をインターカレートさせ、さらに加熱してインターカレートされた薬液が気化する際にグラフェンシートの隙間を広げることによって得られる。なお、後述するように、膨張黒鉛を出発原料として所定のリチウムニ次電池用複合活物質を製造することができる。つまり、リチウム二次電池用複合活物質中の黒鉛成分として、膨張黒鉛を使用することもできる。   The expanded graphite contains graphite, for example, scaly graphite is treated with concentrated sulfuric acid, nitric acid, hydrogen peroxide, etc., and these chemicals are intercalated into the gaps in the graphene sheet, and further heated. It is obtained by widening the gap between the graphene sheets when the intercalated chemical solution is vaporized. As will be described later, a predetermined composite active material for a lithium secondary battery can be produced using expanded graphite as a starting material. That is, expanded graphite can also be used as the graphite component in the composite active material for a lithium secondary battery.

また、黒鉛成分として、球形化処理が施された膨張黒鉛も挙げられる。球形化処理の手順は後段で詳述する。なお、後述するように、膨張黒鉛に球形化処理を実施する際には、他の成分(例えば、ハードカーボン及びソフトカーボンの前駆体、リチウムイオンと化合可能な電池活物質など)と共に、球形化処理が実施されてもよい。   Examples of the graphite component include expanded graphite that has been spheroidized. The procedure of the spheronization process will be described in detail later. As will be described later, when the expanded graphite is subjected to spheronization treatment, it is spheroidized together with other components (for example, hard carbon and soft carbon precursors, battery active materials that can be combined with lithium ions). Processing may be performed.

なお、黒鉛成分の比表面積は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、10m/g以上が好ましく、20m/g以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、製造の手順が煩雑となり、合成が困難な点で、比表面積は200m/g以下が好ましい。 The specific surface area of the graphite component is not particularly limited, but is preferably 10 m 2 / g or more and more preferably 20 m 2 / g or more in terms of more excellent effects of the present invention. The upper limit is not particularly limited, but the specific surface area is preferably 200 m 2 / g or less in that the production procedure is complicated and the synthesis is difficult.

なお、黒鉛成分の比表面積は、窒素吸着によるBET法(JIS Z 8830、一点法)を用いて測定したものである。   In addition, the specific surface area of a graphite component is measured using the BET method (JIS Z 8830, one point method) by nitrogen adsorption.

黒鉛成分は、純度99.9重量%以上、若しくは不純物量1000ppm以下であり、S量が0.3重量%以下及び/又はBET比表面積が40m/g以下であることが好ましい。純度が99.9重量%よりも少なく、若しくは不純物量が1000ppmよりも多いと、不純物由来のSEI形成による不可逆容量が多くなるため、初回の充電容量に対する放電容量である初回充放電効率が低くなる傾向がある。また、S量が0.3重量%よりも高くなると同様に不可逆容量が高くなるため、初回充放電効率が低くなる。さらに好ましくは、S量が0.1重量%以下が好ましい。黒鉛のBET比表面積が40m/gよりも高いと、電解液との反応する面積が多くなるため、初回充放電効率が低くなる。 The graphite component preferably has a purity of 99.9% by weight or more, or an impurity amount of 1000 ppm or less, an S amount of 0.3% by weight or less, and / or a BET specific surface area of 40 m 2 / g or less. If the purity is less than 99.9% by weight or the amount of impurities is more than 1000 ppm, the irreversible capacity due to the formation of SEI derived from impurities increases, so the initial charge / discharge efficiency, which is the discharge capacity with respect to the initial charge capacity, decreases. Tend. Moreover, since the irreversible capacity | capacitance similarly becomes high when S amount becomes higher than 0.3 weight%, initial charge / discharge efficiency becomes low. More preferably, the amount of S is preferably 0.1% by weight or less. If the BET specific surface area of graphite is higher than 40 m 2 / g, the area where it reacts with the electrolytic solution increases, so the initial charge / discharge efficiency decreases.

不純物の測定は、ICP発光分光分析法により、以下の26元素(Al、Ca、Cr、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、V、Zn、Zr、Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cu、Mo、Pb、Sb、Se、Th、Tl、U)の不純物半定量値により測定する。また、S量は、酸素フラスコ燃焼法で燃焼吸収処理した後、フィルター濾過してイオンクロマトグラフィー(IC)測定により行う。   Impurity is measured by ICP emission spectroscopic analysis using the following 26 elements (Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, V, Zn, Zr, Ag, As, Ba, Be, Cd. , Co, Cu, Mo, Pb, Sb, Se, Th, Tl, U). Further, the amount of S is measured by ion chromatography (IC) measurement after filtering and filtering by an oxygen flask combustion method.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質において、炭素質物と黒鉛成分が含まれる場合、各々の含有量は5〜60質量部と20〜80質量部の割合が好ましく、10〜55質量部と30〜70質量部の割合が特に好ましい。炭素質物の含有量が5質量部未満の場合、炭素質物がSi化合物および黒鉛を覆うことができず、Si化合物と黒鉛との接着が不十分となり、活物質粒子の形成が困難となりやすい。また、60質量部より大きい場合、導電性が炭素質物より高い黒鉛の効果が十分に引き出されない。一方、黒鉛成分の含有量が20質量部未満の場合、炭素質物より高い導電性を有する黒鉛の効果が十分でなく、80質量部より多い場合、従来の黒鉛に比べて十分に大きい容量が得られない。   In the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, when a carbonaceous material and a graphite component are included, the content of each is preferably 5 to 60 parts by mass and 20 to 80 parts by mass, and 10 to 55 parts by mass. A ratio of 30 to 70 parts by mass is particularly preferable. When the content of the carbonaceous material is less than 5 parts by mass, the carbonaceous material cannot cover the Si compound and graphite, adhesion between the Si compound and graphite becomes insufficient, and formation of active material particles tends to be difficult. Moreover, when larger than 60 mass parts, the effect of the graphite whose electroconductivity is higher than a carbonaceous material is not fully drawn out. On the other hand, when the content of the graphite component is less than 20 parts by mass, the effect of graphite having higher conductivity than that of the carbonaceous material is not sufficient, and when it is more than 80 parts by mass, a sufficiently large capacity is obtained as compared with conventional graphite. I can't.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質の形状は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、略球状の形状を有することが好ましい。なお、略球状とは、粉砕等により生成した粒子の角が取れているもの、球状もしくは回転楕円体形状、円板もしくは小判形状で厚みを有して角が丸いもの、またはそれらが変形したもので角が丸いものなどを含み、その円形度は0.7〜1.0である。なお、円形度は走査型電子顕微鏡で撮影した粒子像を画像解析して測定した。すなわち、粒子の投影面積(A)と周囲長(PM)を写真から測定し、等しい周囲長(PM)を持つ真円の面積を(B)とした時に、円形度はA/Bで定義される。前記真円の半径をrとした時、PM=2πr、及びB=πrが成り立つので、これより円形度A/B=A×4π/(PM)で算出される。これにより任意の100個以上の複合粒子の球形度を求め、その平均値を複合粒子の平均円形度とした。この際、短軸長さが1μm未満の扁平状微粒子を除いた略球状粒子の平均値を複合粒子の平均円形度とすることもできる。形状が丸みを帯びることにより複合粒子のかさ密度が高まり、負極にした時の充填密度が高まる。 The shape of the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but preferably has a substantially spherical shape from the viewpoint of more excellent effects of the present invention. In addition, the substantially spherical shape means that particles produced by pulverization or the like have rounded corners, spherical or spheroid shapes, discs or oblong shapes with thick rounded corners, or those deformed And the roundness is 0.7 to 1.0. The circularity was measured by image analysis of a particle image taken with a scanning electron microscope. That is, when the projected area (A) and the perimeter (PM) of a particle are measured from a photograph and the area of a perfect circle having the same perimeter (PM) is (B), the circularity is defined as A / B. The When the radius of the true circle is r, PM = 2πr and B = πr 2 are established, and from this, the circularity A / B = A × 4π / (PM) 2 is calculated. Thus, the sphericity of any 100 or more composite particles was obtained, and the average value was defined as the average circularity of the composite particles. At this time, the average value of the substantially spherical particles excluding the flat fine particles having a minor axis length of less than 1 μm can be used as the average circularity of the composite particles. When the shape is rounded, the bulk density of the composite particles is increased, and the packing density when the negative electrode is formed is increased.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質における粉末法X線で測定した複合粒子のC(002)面とSi(111)面のX線回折線強度比C(002)/Si(111)が0.6〜3.0であり、好ましくは0.6〜2.0、特に好ましくは0.7〜1.5である。   X-ray diffraction line intensity ratio C (002) / Si (111) of C (002) plane and Si (111) plane of the composite particles measured by powder method X-ray in the composite active material for lithium secondary battery of the present invention is It is 0.6-3.0, Preferably it is 0.6-2.0, Most preferably, it is 0.7-1.5.

リチウム二次電池用複合活物質の粒径(D50:50%体積粒径)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、2〜40μmが好ましく、5〜35μmがより好ましく、5〜30μmがさらに好ましい。   The particle size (D50: 50% volume particle size) of the composite active material for a lithium secondary battery is not particularly limited, but is preferably 2 to 40 μm, more preferably 5 to 35 μm, in terms of more excellent effects of the present invention. More preferably, it is 30 μm.

なお、粒径(D90:90%体積粒径)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、10〜75μmが好ましく、10〜60μmがより好ましく、20〜45μmがさらに好ましい。   The particle size (D90: 90% volume particle size) is not particularly limited, but is preferably 10 to 75 μm, more preferably 10 to 60 μm, and even more preferably 20 to 45 μm, in that the effect of the present invention is more excellent.

さらに、粒径(D10:10%体積粒径)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、1〜20μmが好ましく、2〜10μmがより好ましい。   Further, the particle size (D10: 10% volume particle size) is not particularly limited, but 1 to 20 μm is preferable and 2 to 10 μm is more preferable in that the effect of the present invention is more excellent.

D10、D50およびD90は、レーザー回折散乱法により測定した累積粒度分布の微粒側から累積10%、累積50%、累積90%の粒径にそれぞれ該当する。   D10, D50 and D90 correspond to the particle sizes of 10%, 50% and 90% from the fine particle side of the cumulative particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method, respectively.

なお、測定に際しては、リチウム二次電池用複合活物質を液体に加えて超音波などを利用しながら激しく混合し、作製した分散液を装置にサンプルとして導入し、測定を行う。液体としては作業上、水やアルコール、低揮発性の有機溶媒を用いることが好ましい。この時、得られる粒度分布図は正規分布を示すことが好ましい。   In the measurement, the composite active material for the lithium secondary battery is added to the liquid and mixed vigorously using ultrasonic waves, and the prepared dispersion is introduced into the apparatus as a sample to perform the measurement. As the liquid, it is preferable to use water, alcohol, or a low-volatile organic solvent for work. At this time, the obtained particle size distribution diagram preferably shows a normal distribution.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質の比表面積は、0.5〜45m/gが好ましく、更に好ましくは0.5〜30m/g、特に好ましくは0.5〜10m/gである。この範囲とすることによりで電解液との接触及び充放電により活物質表面に形成される固体電解質層(SEI)を抑制し、初回クーロン効率と容量維持率を改善できる。 The specific surface area of the composite active material for lithium secondary battery of the present invention is preferably 0.5~45m 2 / g, more preferably 0.5 to 30 m 2 / g, particularly preferably 0.5 to 10 m 2 / g It is. By setting it as this range, the solid electrolyte layer (SEI) formed on the active material surface by contact with the electrolytic solution and charge / discharge can be suppressed, and the initial Coulomb efficiency and the capacity retention rate can be improved.

リチウム二次電池用複合活物質の比表面積(BET比表面積)の測定方法は、試料を300℃で30分真空乾燥後、窒素吸着多点法で測定する。   The specific surface area (BET specific surface area) of the composite active material for a lithium secondary battery is measured by a nitrogen adsorption multipoint method after vacuum drying the sample at 300 ° C. for 30 minutes.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質においては、電池活物質が0.2μm以下の厚みの黒鉛薄層の間に挟まった構造であり、その構造が積層および/または網目状に広がっており、黒鉛薄層が活物質粒子の表面付近で湾曲して活物質粒子を覆っていることが好ましい。   The composite active material for a lithium secondary battery of the present invention has a structure in which the battery active material is sandwiched between thin graphite layers having a thickness of 0.2 μm or less, and the structure extends in a laminated and / or network form. The graphite thin layer is preferably curved in the vicinity of the surface of the active material particles to cover the active material particles.

厚みが0.2μmを超えると黒鉛薄層の電子伝達効果が薄まる。黒鉛薄層を断面で見て線状の場合、その長さはリチウム二次電池用複合活物質粒子のサイズの半分以上あることが電子伝達に好ましく、リチウム二次電池用複合物質粒子のサイズと同等程度であることがさらに好ましい。黒鉛薄層が網目状の場合、黒鉛薄層の網が活物質粒子のサイズの半分以上に渡って繋がっていることが電子伝達に好ましく、活物質粒子のサイズと同等程度であることがさらに好ましい。   When the thickness exceeds 0.2 μm, the electron transfer effect of the graphite thin layer is reduced. When the graphite thin layer is linear when viewed in cross section, its length is preferably at least half the size of the composite active material particles for lithium secondary batteries for electron transfer, and the size of the composite material particles for lithium secondary batteries More preferably, they are comparable. When the graphite thin layer is network-like, it is preferable for electron transfer that the network of the graphite thin layer is connected to more than half of the size of the active material particles, and more preferably about the same size as the size of the active material particles. .

本発明のリチウム二次電池用複合活物質においては、黒鉛薄層が活物質粒子の表面付近で湾曲して活物質粒子を覆うことが好ましい。そのような形状にすることで、黒鉛薄層端面から電解液が侵入して、電池活物質や黒鉛薄層端面と電解液が直接接して、充放電時に反応物が形成され、効率が下がるというリスクが低減する。   In the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, it is preferable that the graphite thin layer bends in the vicinity of the surface of the active material particles to cover the active material particles. By adopting such a shape, the electrolyte enters from the end face of the graphite thin layer, the battery active material or the end face of the graphite thin layer is in direct contact with the electrolyte, and a reaction product is formed during charge and discharge, which reduces efficiency. Risk is reduced.

次に、本発明のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the composite active material for lithium secondary batteries of this invention is demonstrated.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法は、SiまたはSi合金、炭素前駆体、必要に応じて黒鉛成分を混合する工程と、造粒・圧密化する工程と、混合物を90〜720秒粉砕および球形化処理して略球状の複合粒子を形成する工程と、該複合粒子を不活性雰囲気中で焼成する工程と、炭素前駆体と該複合粒子もしくは焼成粉とを混合する工程及びその混合物を不活性雰囲気中で加熱する事で炭素膜を焼成粉もしくは炭素被覆した複合粒子を得る工程を含むものである。   The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to the present invention includes a step of mixing Si or a Si alloy, a carbon precursor, and optionally a graphite component, a step of granulating / consolidating, and a mixture of 90 to 720 seconds of pulverization and spheronization to form substantially spherical composite particles, a step of firing the composite particles in an inert atmosphere, a step of mixing a carbon precursor and the composite particles or the fired powder, The method includes a step of heating the mixture in an inert atmosphere to obtain composite particles in which the carbon film is fired powder or carbon-coated.

原料であるSi化合物は、平均粒径(D50)が0.01〜5μmの粉末を使用することが好ましい。所定の粒子径のSi化合物を得るためには、上述のSi化合物の原料(インゴット、ウエハ、粉末などの状態)を粉砕機で粉砕し、場合によっては分級機を用いる。インゴット、ウエハなどの塊の場合、最初はジョークラッシャー等の粗粉砕機を用いて粉末化することができる。その後、例えば、ボール、ビーズなどの粉砕媒体を運動させ、その運動エネルギーによる衝撃力や摩擦力、圧縮力を利用して被砕物を粉砕するボールミル、媒体撹拌ミルや、ローラによる圧縮力を利用して粉砕を行うローラミルや、被砕物を高速で内張材に衝突もしくは粒子相互に衝突させ、その衝撃による衝撃力によって粉砕を行うジェットミルや、ハンマー、ブレード、ピンなどを固設したローターの回転による衝撃力を利用して被砕物を粉砕するハンマーミル、ピンミル、ディスクミルや、剪断力を利用するコロイドミルや高圧湿式対向衝突式分散機「アルティマイザー」などを用いて微粉砕することができる。   As the Si compound as a raw material, it is preferable to use a powder having an average particle diameter (D50) of 0.01 to 5 μm. In order to obtain a Si compound having a predetermined particle diameter, the above-described Si compound raw material (ingot, wafer, powder, etc.) is pulverized by a pulverizer, and in some cases, a classifier is used. In the case of a lump such as an ingot or a wafer, it can be first pulverized using a coarse pulverizer such as a jaw crusher. After that, for example, a ball or bead is used to move the grinding medium, and the impact force, frictional force, or compression force of the kinetic energy is used to grind the material to be crushed, the media agitation mill, or the compression force of the roller. Rotation of a roller mill that pulverizes, a jet mill that collides crushed objects with the lining material or collides with each other at high speed, and pulverizes by the impact force of the impact, and a rotor with a fixed hammer, blade, pin, etc. It can be finely pulverized by using a hammer mill, pin mill, disk mill that pulverizes the material to be crushed using the impact force of the colloid, a colloid mill that uses shear force, or a high-pressure wet-on-front collision disperser "Ultimizer" .

粉砕は、湿式、乾式共に用いることができる。さらに微粉砕するには、例えば、湿式のビーズミルを用い、ビーズの径を段階的に小さくすること等により非常に細かい粒子を得ることができる。また、粉砕後に粒度分布を整えるため、乾式分級や湿式分級もしくはふるい分け分級を用いることができる。乾式分級は、主として気流を用い、分散、分離(細粒子と粗粒子の分離)、捕集(固体と気体の分離)、排出のプロセスが逐次もしくは同時に行われ、粒子相互間の干渉、粒子の形状、気流の乱れ、速度分布、静電気の影響などで分級効率を低下させないように、分級をする前に前処理(水分、分散性、湿度などの調整)を行うか、使用される気流の水分や酸素濃度を調整して行う。乾式で分級機が一体となっているタイプでは、一度に粉砕、分級が行われ、所望の粒度分布とすることが可能となる。   The pulverization can be used for both wet and dry processes. For further fine pulverization, very fine particles can be obtained, for example, by using a wet bead mill and gradually reducing the diameter of the beads. In order to adjust the particle size distribution after pulverization, dry classification, wet classification, or sieving classification can be used. In the dry classification, the process of dispersion, separation (separation of fine particles and coarse particles), collection (separation of solid and gas), and discharge are performed sequentially or simultaneously, mainly using air flow. Pre-classification (adjustment of moisture, dispersibility, humidity, etc.) before classification, or the moisture in the airflow used so that the classification efficiency is not lowered due to the influence of shape, air flow disturbance, velocity distribution, static electricity, etc. Adjust the oxygen concentration. In a dry type in which a classifier is integrated, pulverization and classification are performed at a time, and a desired particle size distribution can be obtained.

別の所定の粒子径のSi化合物を得る方法としては、プラズマやレーザー等でSi化合物を加熱して蒸発させ、不活性雰囲気中で凝固させて得る方法、ガス原料を用いてCVDやプラズマCVD等で得る方法があり、これらの方法は0.1μm以下の超微粒子を得るのに適している。   As another method for obtaining a Si compound having a predetermined particle size, a method in which the Si compound is heated and evaporated by plasma, laser, or the like, and solidified in an inert atmosphere, or CVD or plasma CVD using a gas raw material is used. These methods are suitable for obtaining ultrafine particles of 0.1 μm or less.

原料の炭素前駆体としては、炭素を主体とする炭素系化合物で、不活性雰囲気中での熱処理により炭素質物になるものであれば特に限定はなく、前記易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)、黒鉛化しにくい難黒鉛化炭素(ハードカーボン)等が挙げられる。   The carbon precursor as a raw material is not particularly limited as long as it is a carbon-based compound mainly composed of carbon and becomes a carbonaceous material by heat treatment in an inert atmosphere. The graphitizable carbon (soft carbon), graphite Examples include non-graphitizable carbon (hard carbon) that is difficult to form.

原料である黒鉛成分は、天然黒鉛、石油や石炭のピッチを黒鉛化した人造黒鉛等が利用でき、鱗片状、小判状もしくは球状、円柱状もしくはファイバー状等が用いられる。また、それらの黒鉛成分を酸処理、酸化処理した後、熱処理することにより膨張させて黒鉛層間の一部が剥離してアコーディオン状となった膨張黒鉛もしくは膨張黒鉛の粉砕物、または超音波等により層間剥離させたグラフェン等も用いることができる。膨張黒鉛もしくは膨張黒鉛の粉砕物はその他の黒鉛に比べて可とう性に優れており、後述する複合粒子を形成する工程において、粉砕された粒子が再結着して略球状の複合粒子を容易に形成することができる。上記の点で、膨張黒鉛もしくは膨張黒鉛の粉砕物を用いることが好ましい。原料の黒鉛成分は予め混合工程で使用可能な大きさに整えて使用し、混合前の粒子サイズとしては天然黒鉛や人造黒鉛では1〜100μm、膨張黒鉛もしくは膨張黒鉛の粉砕物、グラフェンでは5μm〜5mm程度である。   As the raw material graphite component, natural graphite, artificial graphite obtained by graphitizing the pitch of petroleum or coal, and the like can be used, and scale-like, oval or spherical, cylindrical, fiber-like, and the like are used. In addition, these graphite components are subjected to acid treatment, oxidation treatment, and then expanded by heat treatment, and part of the graphite layer is peeled off to form an accordion, or by pulverized expanded graphite or ultrasonic waves, etc. Graphene or the like exfoliated can also be used. Expanded graphite or a pulverized product of expanded graphite is superior in flexibility to other graphites, and in the process of forming composite particles, which will be described later, the pulverized particles can be rebound to easily form substantially spherical composite particles. Can be formed. In view of the above, it is preferable to use expanded graphite or a pulverized product of expanded graphite. The raw material graphite component is preliminarily adjusted to a size that can be used in the mixing step, and the particle size before mixing is 1 to 100 μm for natural graphite or artificial graphite, or 5 μm to crushed expanded graphite or expanded graphite, or graphene. It is about 5 mm.

これらのSi化合物、炭素前駆体、さらに必要に応じて黒鉛成分との混合は、炭素前駆体が加熱により軟化、液状化するものである場合は、加熱下でSi化合物、炭素前駆体、さらに必要に応じて黒鉛成分を混練することによって行うことができる。また、炭素前駆体が溶媒に溶解するものである場合には、溶媒にSi化合物、炭素前駆体、さらに必要に応じて黒鉛成分を投入し、炭素前駆体が溶解した溶液中でSi化合物、炭素前駆体、さらに必要に応じて黒鉛成分を分散、混合し、次いで溶媒を除去することで行うことができる。用いる溶媒は、炭素前駆体を溶解できるものであれば特に制限なく使用できる。例えば、炭素前駆体としてピッチ、タール類を用いる場合には、キノリン、ピリジン、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、クレオソート油等が使用でき、ポリ塩化ビニルを用いる場合には、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ニトロベンゼン等が使用でき、フェノール樹脂、フラン樹脂を用いる場合には、エタノール、メタノール等が使用できる。   Mixing with these Si compounds, carbon precursors, and, if necessary, graphite components, when the carbon precursors are softened or liquefied by heating, Si compounds, carbon precursors, and further necessary under heating Depending on the process, the graphite component can be kneaded. When the carbon precursor is dissolved in a solvent, an Si compound, a carbon precursor, and, if necessary, a graphite component are added to the solvent, and the Si compound and carbon are dissolved in the solution in which the carbon precursor is dissolved. It can be carried out by dispersing and mixing the precursor and, if necessary, the graphite component, and then removing the solvent. The solvent to be used can be used without particular limitation as long as it can dissolve the carbon precursor. For example, when pitch or tar is used as the carbon precursor, quinoline, pyridine, toluene, benzene, tetrahydrofuran, creosote oil or the like can be used. When polyvinyl chloride is used, tetrahydrofuran, cyclohexanone, nitrobenzene or the like can be used. When phenol resin or furan resin is used, ethanol, methanol or the like can be used.

混合方法としては、炭素前駆体を加熱軟化させる場合は、混練機(ニーダー)を用いることができる。溶媒を用いる場合は、上述の混練機の他、ナウターミキサー、レーディゲミキサー、ヘンシェルミキサ、ハイスピードミキサー、ホモミキサー等を用いることができる。また、これらの装置でジャケット加熱したり、その後、振動乾燥機、パドルドライヤーなどで溶媒を除去する。   As a mixing method, when the carbon precursor is heat-softened, a kneader (kneader) can be used. In the case of using a solvent, in addition to the above-described kneader, a Nauter mixer, a Roedige mixer, a Henschel mixer, a high speed mixer, a homomixer, or the like can be used. Further, the jacket is heated with these apparatuses, and then the solvent is removed with a vibration dryer, a paddle dryer or the like.

これらの装置で、炭素前駆体を固化、または、溶媒除去の過程における撹拌をある程度の時間続けることで、Si化合物、炭素前駆体、さらに必要に応じて黒鉛成分との混合物は造粒・圧密化される。また、炭素前駆体を固化、または溶媒除去後の混合物をローラーコンパクタ等の圧縮機によって圧縮し、解砕機で粗粉砕することにより、造粒・圧密化することができる。これらの造粒・圧密化物の大きさは、その後の粉砕工程での取り扱いの容易さから0.1〜5mmが好ましい。   With these devices, the carbon precursor is solidified, or stirring in the process of solvent removal is continued for a certain amount of time, so that the mixture of Si compound, carbon precursor, and, if necessary, the graphite component is granulated and consolidated. Is done. Further, the carbon precursor is solidified or the mixture after removing the solvent is compressed by a compressor such as a roller compactor and coarsely pulverized by a crusher, whereby granulation and consolidation can be achieved. The size of the granulated / consolidated product is preferably 0.1 to 5 mm in view of ease of handling in the subsequent pulverization step.

造粒・圧密化の方法は、圧縮力を利用して被砕物を粉砕するボールミル、媒体撹拌ミルや、ローラによる圧縮力を利用して粉砕を行うローラミルや、被砕物を高速で内張材に衝突もしくは粒子相互に衝突させ、その衝撃による衝撃力によって粉砕を行うジェットミルや、ハンマー、ブレード、ピンなどを固設したローターの回転による衝撃力を利用して被砕物を粉砕するハンマーミル、ピンミル、ディスクミル等の乾式の粉砕方法が好ましい。また、粉砕後に粒度分布を整えるため、風力分級、ふるい分け等の乾式分級が用いられる。粉砕機と分級機が一体となっているタイプでは、一度に粉砕、分級が行われ、所望の粒度分布とすることが可能となる。   The granulation / consolidation methods include ball mills that pulverize the material to be crushed using compressive force, media agitation mills, roller mills that pulverize using the compressive force of rollers, and crushed material to lining material at high speed. A jet mill that collides or collides with particles and pulverizes by the impact force of the impact, and a hammer mill and pin mill that crushes the material to be crushed using the impact force of the rotation of a rotor with a fixed hammer, blade, pin, etc. A dry pulverization method such as a disk mill is preferred. In order to adjust the particle size distribution after pulverization, dry classification such as air classification and sieving is used. In the type in which the pulverizer and the classifier are integrated, pulverization and classification are performed at a time, and a desired particle size distribution can be obtained.

造粒・圧密化した混合物を粉砕及び球形化処理を施す方法としては、上述の粉砕方法により粉砕して粒度を整えた後、専用の球形化装置を通す方法と、上述のジェットミルやローターの回転による衝撃力を利用して被砕物を粉砕する方法を繰り返す、もしくは処理時間を延長することで球形化する方法がある。専用の球形化装置としては、ホソカワミクロン社のファカルティ(登録商標)、ノビルタ(登録商標)、メカノフュージョン(登録商標)、日本コークス工業社のCOMPOSI、奈良機械製作所社のハイブリダイゼーションシステム、アーステクニカ社のクリプトロンオーブ、クリプトロンエディ等が挙げられる。   The granulated and consolidated mixture is pulverized and spheroidized by the above-mentioned pulverization method to adjust the particle size, and then passed through a special spheronizing device, and the above-mentioned jet mill and rotor There is a method of spheroidizing by repeating a method of pulverizing an object to be crushed using an impact force caused by rotation or extending a processing time. Specialized spheroidizing devices include Hosokawa Micron's Faculty (registered trademark), Nobilta (registered trademark), Mechano-Fusion (registered trademark), Nippon Coke Industries' COMPOSI, Nara Machinery Co., Ltd. hybridization system, Earth Technica's Examples include kryptron orb and kryptron eddy.

粉砕工程における粉砕および球形化処理の時間は90秒〜720秒であり、好ましくは90秒〜540秒である。この粉砕を行う工程で粉砕物の装置内滞留時間が長いバッチ式の粉砕装置を使用した場合、粉砕初期では粉砕が支配的であり粉砕が進行し、粉砕物の粒径が小さくなるが、ある粒径以下となると粉砕物に粉砕に必要な物理エネルギーを与えられなくなるため、粉砕の進行が止まり、粉砕の中期〜後期では粉砕された粒子同士の結合による粒成長が優勢となり粒子が肥大化する。また粉砕時間が長くなりすぎると、当該活物質を断面で見て連続した線上の黒鉛薄層の長さが短くなる。粒子の肥大化と、電子伝導度が低下がおこると、サイクル維持率、初回充電容量、初回クーロン効率が低下する傾向にあるため、粉砕時間を最適化する事が必要となる。   The time for pulverization and spheronization treatment in the pulverization step is 90 seconds to 720 seconds, preferably 90 seconds to 540 seconds. When a batch type pulverizer with a long residence time in the apparatus for the pulverized product is used in this pulverization process, the pulverization is dominant at the initial stage of pulverization and the pulverization proceeds, and the particle size of the pulverized product becomes small. Since the physical energy required for pulverization cannot be given to the pulverized product when the particle size is smaller than the particle size, the progress of pulverization stops, and in the middle to late stages of pulverization, the grain growth due to the bonding of the pulverized particles becomes dominant and the particles enlarge . If the pulverization time is too long, the length of the graphite thin layer on the continuous line when the active material is viewed in cross section is shortened. If the particle enlargement and the electron conductivity decrease, the cycle retention rate, initial charge capacity, and initial coulomb efficiency tend to decrease, so it is necessary to optimize the grinding time.

上記粉砕および球形化処理を行うことにより、略球状の複合粒子を得ることができる。   By performing the pulverization and spheronization treatment, substantially spherical composite particles can be obtained.

得られた複合粒子は、アルゴンガスや窒素ガス気流中、もしくは真空などで焼成する。焼成温度は300〜1200℃とすることが好ましく、特に好ましくは600〜1200℃である。焼成温度が300℃未満であると、炭素前駆体の未熱分解成分の残存により、複合粒子内部の黒鉛層とSi、及び、複合粒子間の電気抵抗が増大するため、放電容量が低下する傾向にある。一方、焼成温度が1200℃を超える場合、Si化合物と炭素前駆体由来の非晶質炭素や黒鉛成分との反応が起こる可能性が強くなり、放電容量の低下が発生する傾向にある。   The obtained composite particles are fired in an argon gas or nitrogen gas stream or in a vacuum. The firing temperature is preferably 300 to 1200 ° C, particularly preferably 600 to 1200 ° C. When the firing temperature is less than 300 ° C., the electric resistance between the graphite layer and Si inside the composite particles and the composite particles increases due to the remaining unheated components of the carbon precursor, and the discharge capacity tends to decrease. It is in. On the other hand, when the firing temperature exceeds 1200 ° C., there is a strong possibility that a reaction between the Si compound and the amorphous carbon derived from the carbon precursor or the graphite component occurs, and the discharge capacity tends to decrease.

また、本発明のリチウム二次電池用複合活物質は、前工程で得られた炭素被覆した複合粒子、球形化した複合粒子もしくは焼成粉と炭素前駆体とを不活性雰囲気中で焼成し炭素膜を複合粒子もしくは焼成粉の内外に被覆する工程を行い、製造することが好ましい。   Further, the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention is a carbon film obtained by firing the carbon-coated composite particles, the spheroidized composite particles or the fired powder and the carbon precursor obtained in the previous step in an inert atmosphere. It is preferable to manufacture by carrying out the step of coating the inside and outside of the composite particles or fired powder.

用いる炭素前駆体としては、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、メソフェーズピッチ、コークス、低分子重質油等が挙げられる。   Examples of the carbon precursor to be used include coal-based pitch (for example, coal tar pitch), petroleum-based pitch, mesophase pitch, coke, and low molecular weight heavy oil.

炭素被覆した複合粒子、球形化した複合粒子もしくは焼成粉と炭素前駆体とを不活性雰囲気中で焼成し炭素膜を複合粒子もしくは焼成粉の内外に被覆する際には、炭素前駆体を坩堝等に入れ、複合粒子と直接接触しないようにした状態で不活性雰囲気で加熱、もしくは、不活性雰囲気中にメタン、エタン、エチレン、アセチレ、プロピレン等の炭化水素ガスを添加し、加熱する事により、炭素膜を焼成粉もしくは炭素被覆した複合粒子もしくは炭素被覆した焼成粉の内外に気相で被覆することが好ましい。   When carbon composite particles, spheroidized composite particles or calcined powder and carbon precursor are fired in an inert atmosphere to coat the carbon film inside or outside of the composite particles or calcined powder, the carbon precursor is crucible or the like , Heated in an inert atmosphere so as not to come into direct contact with the composite particles, or by adding a hydrocarbon gas such as methane, ethane, ethylene, acetyl, propylene to the inert atmosphere and heating, It is preferable to coat the carbon film in the gas phase inside or outside of the fired powder, carbon-coated composite particles, or carbon-coated fired powder.

さらに、本発明のリチウム二次電池用複合活物質は、気相で炭素膜を被覆する工程の後、球形処理した粉体、焼成粉もしくは炭素被覆した粉体を風力分級する工程を行い、製造することが好ましい。   Furthermore, the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention is manufactured by performing a step of air classification of spherically processed powder, calcined powder or carbon-coated powder after the step of coating the carbon film in the gas phase. It is preferable to do.

風力分級の方法としては、ホソカワミクロン製ATP−50のような風力分級装置に粉体を投入し、ローター回転数、や差圧等の運転条件を調整することで、分級される粉体の粒径を制御することが可能である。   As a method of air classification, the particle size of the powder to be classified is adjusted by adjusting the operating conditions such as the rotational speed of the rotor and the differential pressure by introducing the powder into an air classifier such as ATP-50 manufactured by Hosokawa Micron. Can be controlled.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質は、リチウム二次電池で使用される電池材料(電極材料)に使用される活物質として有用である。   The composite active material for lithium secondary batteries of the present invention is useful as an active material used for battery materials (electrode materials) used in lithium secondary batteries.

複合活物質を使用してリチウム二次電池用負極を製造する方法は特に制限されず、公知の方法を使用することができる。   A method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery using the composite active material is not particularly limited, and a known method can be used.

例えば、リチウム二次電池用複合活物質と結着剤とを混合し、溶剤を用いてペースト化し、銅箔上に塗布してリチウム二次電池用負極とすることができる。   For example, a composite active material for a lithium secondary battery and a binder can be mixed, pasted using a solvent, and applied onto a copper foil to form a negative electrode for a lithium secondary battery.

なお、集電体としては銅箔以外に、電池のサイクルがより優れる点で、三次元構造を有する集電体が好ましい。三次元構造を有する集電体の材料としては、例えば、炭素繊維、スポンジ状カーボン(スポンジ状樹脂にカーボンを塗工したもの)、金属などが挙げられる。   In addition to the copper foil, the current collector is preferably a current collector having a three-dimensional structure in that the battery cycle is more excellent. Examples of the current collector material having a three-dimensional structure include carbon fiber, sponge-like carbon (a sponge-like resin coated with carbon), metal, and the like.

三次元構造を有する集電体(多孔質集電体)としては、金属や炭素の導電体の多孔質体として、平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、金属発泡体、金属織布、金属不織布、炭素繊維織布、または炭素繊維不織布などが挙げられる。   As a current collector (porous current collector) having a three-dimensional structure, a metal or carbon conductor porous body, a plain weave wire mesh, expanded metal, lath net, metal foam, metal woven fabric, metal nonwoven fabric, A carbon fiber woven fabric or a carbon fiber non-woven fabric may be used.

使用される結着剤としては、公知の材料を使用でき、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、SBR、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸、膠などが用いられる。   As the binder to be used, known materials can be used, for example, fluorine-based resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, SBR, polyethylene, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyacrylic acid, glue and the like are used. It is done.

また、溶剤としては、例えば、水、イソプロピルアルコール、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。   Examples of the solvent include water, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide and the like.

なお、ペースト化する際には、上記のように必要に応じて、公知の攪拌機、混合機、混練機、ニーダーなどを用いて攪拌混合してもよい。   In addition, when making into a paste, you may stir and mix using a well-known stirrer, a mixer, a kneader, a kneader, etc. as needed as mentioned above.

リチウム二次電池用複合活物質を用いて塗工用スラリーを調製する場合、導電材として導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブまたはその混合物を添加することが好ましい。上記工程により得られたリチウム二次電池用複合活物質の形状は、比較的、粒状化(特に、略球形化)している場合が多く、粒子間の接触は点接触となりやすい。この弊害を避けるために、スラリーにカーボンブラック、カーボンナノチューブまたはその混合物を配合する方法が挙げられる。カーボンブラック、カーボンナノチューブまたはその混合物はスラリー溶剤の乾燥時に該複合活物質が接触して形成する毛細管部分に集中的に凝集することが出来るので、サイクルに伴う接点切れ(抵抗増大)を防止することが出来る。   When preparing a coating slurry using a composite active material for a lithium secondary battery, it is preferable to add conductive carbon black, carbon nanotube, or a mixture thereof as a conductive material. The shape of the composite active material for a lithium secondary battery obtained by the above process is often relatively granulated (particularly substantially spherical), and the contact between particles tends to be point contact. In order to avoid this adverse effect, a method of blending carbon black, carbon nanotubes or a mixture thereof into the slurry can be mentioned. Since carbon black, carbon nanotubes, or a mixture thereof can be intensively aggregated in the capillary part formed by contact with the composite active material when the slurry solvent is dried, contact loss (increased resistance) associated with the cycle is prevented. I can do it.

カーボンブラック、カーボンナノチューブまたはその混合物の配合量は特に制限されないが、リチウム二次電池用複合活物質100質量部に対して、0.2〜4質量部であることが好ましく、0.5〜2質量部であることがより好ましい。カーボンナノチューブの例としては、シングルウォールカーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブがある。
(正極)
上記複合活物質を使用して得られる負極を有するリチウム二次電池に使用される正極としては、公知の正極材料を使用した正極を使用することができる。
The blending amount of carbon black, carbon nanotube, or a mixture thereof is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite active material for a lithium secondary battery, 0.5 to 2 More preferably, it is part by mass. Examples of the carbon nanotube include a single wall carbon nanotube and a multi-wall carbon nanotube.
(Positive electrode)
As a positive electrode used for a lithium secondary battery having a negative electrode obtained using the composite active material, a positive electrode using a known positive electrode material can be used.

正極の製造方法としては公知の方法が挙げられ、正極材料と結合剤および導電剤よりなる正極合剤を集電体の表面に塗布する方法などが挙げられる。正極材料(正極活物質)としては、酸化クロム、酸化チタン、酸化コバルト、五酸化バナジウムなどの金属酸化物や、LiCoO、LiNiO、LiNi1−yCo、LiNi1−x−yCoAl、LiMnO、LiMn、LiFeOなどのリチウム金属酸化物、硫化チタン、硫化モリブデンなどの遷移金属のカルコゲン化合物、または、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリピロールなどの導電性を有する共役系高分子物質などが挙げられる。
(電解液)
上記複合活物質を使用して得られる負極を有するリチウム二次電池に使用される電解液としては、公知の電解液を使用することができる。
As a manufacturing method of a positive electrode, a well-known method is mentioned, The method etc. which apply | coat the positive electrode mixture which consists of positive electrode material, a binder, and a electrically conductive agent to the surface of a collector are mentioned. Examples of the positive electrode material (positive electrode active material) include metal oxides such as chromium oxide, titanium oxide, cobalt oxide, and vanadium pentoxide, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-y Co y O 2 , and LiNi 1-xy. Co x Al y O 2, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, LiFeO 2 lithium metal oxides such as titanium sulfide, chalcogen compounds of transition metals such as molybdenum sulfide, or polyacetylene, polyparaphenylene, conductive polypyrrole Conjugated polymer substances having
(Electrolyte)
As an electrolytic solution used in a lithium secondary battery having a negative electrode obtained by using the composite active material, a known electrolytic solution can be used.

例えば、電解液中に含まれる電解質塩として、LiPF、LiBF、LiAsF、LiClO、LiB(C)、LiCl、LiBr、LiCFSO、LiCHSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiN(CFCHOSO、LiN(CFCFOSO、LiN(HCFCFCHOSO、LiN{(CFCHOSO、LiB{C(CF、LiN(SOCF、LiC(SOCF、LiAlCl、LiSiFなどのリチウム塩を用いることができる。特にLiPFおよびLiBFが酸化安定性の点から好ましい。 For example, as an electrolyte salt contained in the electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiClO 4, LiB (C 6 H 5), LiCl, LiBr, LiCF 3 SO 3, LiCH 3 SO 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiN (CF 3 CH 2 OSO 2) 2, LiN (CF 3 CF 3 OSO 2) 2, LiN (HCF 2 CF 2 CH 2 OSO 2) 2, LiN {(CF 3 ) 2 CHOSO 2 } 2 , LiB {C 6 H 3 (CF 3 ) 2 } 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 Lithium salts can be used. In particular, LiPF 6 and LiBF 4 are preferable from the viewpoint of oxidation stability.

電解質溶液中の電解質塩濃度は0.1〜5モル/リットルが好ましく、0.5〜3モル/リットルがより好ましい。   The electrolyte salt concentration in the electrolyte solution is preferably 0.1 to 5 mol / liter, and more preferably 0.5 to 3 mol / liter.

電解液で使用される溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート、1,1−または1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソフラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、アニソール、ジエチルエーテルなどのエーテル、スルホラン、メチルスルホランなどのチオエーテル、アセトニトリル、クロロニトリル、プロピオニトリルなどのニトリル、ホウ酸トリメチル、ケイ酸テトラメチル、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、酢酸エチル、トリメチルオルトホルメート、ニトロベンゼン、塩化ベンゾイル、臭化ベンゾイル、テトラヒドロチオフェン、ジメチルスルホキシド、3−メチル−2−オキサゾリン、エチレングリコール、ジメチルサルファイトなどの非プロトン性有機溶媒を用いることができる。   Examples of the solvent used in the electrolytic solution include carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate, 1,1- or 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2 -Ethers such as methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, 1,3-dioxofuran, 4-methyl-1,3-dioxolane, anisole and diethyl ether, thioethers such as sulfolane and methylsulfolane, acetonitrile, chloronitrile, propionitrile, etc. Nitrile, trimethyl borate, tetramethyl silicate, nitromethane, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, ethyl acetate, trimethyl orthoformate, nitrobenzene, benzoyl chloride, Benzoyl, tetrahydrothiophene, dimethyl sulfoxide, 3-methyl-2-oxazoline, ethylene glycol, may be used an aprotic organic solvent such as dimethyl sulfite.

なお、電解液の代わりに、高分子固体電解質、高分子ゲル電解質などの高分子電解質を使用してもよい。高分子固体電解質または高分子ゲル電解質のマトリクスを構成する高分子化合物としては、ポリエチレンオキサイドやその架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのメタクリレート系高分子化合物、ポリアクリレートなどのアクリレート系高分子化合物、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)やビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系高分子化合物が好ましい。これらを混合して使用することもできる。酸化還元安定性などの観点から、PVDFやビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系高分子化合物が特に好ましい。
(セパレータ)
上記複合活物質を使用して得られる負極を有するリチウム二次電池に使用されるセパレータとしては、公知の材料を使用できる。例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜などが例示される。合成樹脂製微多孔膜が好適であるが、なかでもポリオレフィン系微多孔膜が、膜厚、膜強度、膜抵抗などの点から好適である。具体的には、ポリエチレンおよびポリプロピレン製微多孔膜、またはこれらを複合した微多孔膜などである。
In place of the electrolytic solution, a polymer electrolyte such as a polymer solid electrolyte or a polymer gel electrolyte may be used. Examples of the polymer compound constituting the matrix of the polymer solid electrolyte or polymer gel electrolyte include ether polymer compounds such as polyethylene oxide and cross-linked products thereof, methacrylate polymer compounds such as polymethacrylate, and acrylate compounds such as polyacrylate. Fluorine polymer compounds such as polymer compounds, polyvinylidene fluoride (PVDF) and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers are preferred. These can also be mixed and used. From the viewpoint of oxidation-reduction stability, a fluorine-based polymer compound such as PVDF or vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is particularly preferable.
(Separator)
A well-known material can be used as a separator used for the lithium secondary battery which has a negative electrode obtained using the said composite active material. For example, a woven fabric, a nonwoven fabric, a synthetic resin microporous film, etc. are illustrated. A synthetic resin microporous membrane is preferred, and among them, a polyolefin microporous membrane is preferred from the viewpoint of film thickness, membrane strength, membrane resistance, and the like. Specifically, it is a microporous film made of polyethylene and polypropylene, or a microporous film in which these are combined.

リチウム二次電池は、上述した負極、正極、セパレータ、電解液、その他電池構成要素(例えば、集電体、ガスケット、封口板、ケースなど)を用いて、常法にしたがって円筒型、角型あるいはボタン型などの形態を有することができる。   The lithium secondary battery uses the negative electrode, the positive electrode, the separator, the electrolyte, and other battery components (for example, a current collector, a gasket, a sealing plate, a case, etc.), and is cylindrical, square, or It can have a form such as a button type.

本発明のリチウム二次電池は、各種携帯電子機器に用いられ、特にノート型パソコン、ノート型ワープロ、パームトップ(ポケット)パソコン、携帯電話、携帯ファックス、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオカメラ、携帯テレビ、ポータブルCD、ポータブルMD、電動髭剃り機、電子手帳、トランシーバー、電動工具、ラジオ、テープレコーダー、デジタルカメラ、携帯コピー機、携帯ゲーム機などに用いることができる。また、さらに、電気自動車、ハイブリッド自動車、自動販売機、電動カート、ロードレベリング用蓄電システム、家庭用蓄電器、分散型電力貯蔵機システム(据置型電化製品に内蔵)、非常時電力供給システムなどの二次電池として用いることもできる。   The lithium secondary battery of the present invention is used in various portable electronic devices, particularly notebook computers, notebook word processors, palmtop (pocket) computers, mobile phones, mobile faxes, mobile printers, headphone stereos, video cameras, and mobile TVs. , Portable CDs, portable MDs, electric shaving machines, electronic notebooks, transceivers, power tools, radios, tape recorders, digital cameras, portable copying machines, portable game machines, and the like. In addition, electric vehicles, hybrid vehicles, vending machines, electric carts, load leveling power storage systems, household power storage devices, distributed power storage systems (built into stationary appliances), emergency power supply systems, etc. It can also be used as a secondary battery.

本発明によれば、複合粒子の粉砕時間を最適化する事で、複合粒子を扁平化し、黒鉛の結晶性を向上させ、高容量で優れたクーロン効率、サイクル特性を有する負極形成に適した複合活物質が得られる。   According to the present invention, by optimizing the pulverization time of the composite particles, the composite particles are flattened, the crystallinity of graphite is improved, and a composite suitable for forming a negative electrode having high capacity, excellent Coulomb efficiency, and cycle characteristics. An active material is obtained.

実施例1で得られた圧密粒子の断面SEM像Cross-sectional SEM image of consolidated particles obtained in Example 1 実施例1で得られた複合活物質のSEM像SEM image of the composite active material obtained in Example 1 実施例2で得られた複合活物質の断面SEM像Cross-sectional SEM image of the composite active material obtained in Example 2 比較例1で得られた複合活物質の断面SEM像Cross-sectional SEM image of the composite active material obtained in Comparative Example 1

以下、実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited to these Examples.

実施例1
平均粒径(D50)が7μmのケミカルグレードの金属Si(純度3N)をエタノールに25重量%混合し、直径0.3mmのジルコニアビーズを用いた微粉砕湿式ビーズミルを6時間行い、平均粒径(D50)が0.3μm、乾燥時のBET表面積が60m/gの超微粒子Siスラリーを得た。
Example 1
A chemical grade metal Si (purity 3N) having an average particle size (D50) of 7 μm was mixed with ethanol at 25% by weight, and a finely pulverized wet bead mill using zirconia beads having a diameter of 0.3 mm was performed for 6 hours. An ultrafine Si slurry having a D50) of 0.3 μm and a dry BET surface area of 60 m 2 / g was obtained.

粒子径約0.5mm((200)面方向の幅)、厚み約0.02mmの天然黒鉛を、濃硫酸に硝酸ナトリウム1重量%、過マンガン酸カリウム7重量%を添加した液に24時間浸漬し、その後、水洗して乾燥し、酸処理黒鉛を得た。この酸処理黒鉛を振動粉末供給器に入れ、10L/分の流量の窒素ガスに乗せて電気ヒーターで850℃に加熱した長さ1m、内径11mmのムライト管に通し、端面から大気に放出し、亜硫酸等のガスを上部に排気、下部に膨張黒鉛をステンレス容器で捕集した。膨張黒鉛の(200)面方向の幅は約0.5mmで元の黒鉛の値を保っていたが、厚みは約4mmと約200倍に膨張し、外観はコイル状であり、SEM観察で黒鉛層が剥離し、アコーディオン状であることが確認された。   Immerse natural graphite with a particle diameter of about 0.5 mm (width in the (200) plane direction) and a thickness of about 0.02 mm in a solution of concentrated sulfuric acid with 1 wt% sodium nitrate and 7 wt% potassium permanganate added for 24 hours. Then, it was washed with water and dried to obtain acid-treated graphite. This acid-treated graphite was placed in a vibrating powder feeder, placed on nitrogen gas at a flow rate of 10 L / min, passed through a mullite tube having a length of 1 m and an inner diameter of 11 mm heated to 850 ° C. with an electric heater, and released from the end face to the atmosphere. A gas such as sulfurous acid was exhausted at the top, and expanded graphite was collected at the bottom in a stainless steel container. The expanded graphite had a width in the (200) plane direction of about 0.5 mm and maintained the original graphite value. However, the thickness expanded to about 4 mm and about 200 times, and the appearance was coiled. It was confirmed that the layer peeled and was in the form of an accordion.

上記超微粒子Siスラリーを119g、上記膨張黒鉛を200g、レゾール型のフェノール樹脂(重量平均分子量(Mw)=460)を125g、エタノール5.0Lをインラインミキサーで22分混合撹拌した。その後、混合液をロータリーエバポレーターに移し、回転しながら温浴で40℃に加熱し、アスピレータで真空に引き、溶媒を除去した。その後、ドラフト中でバットに広げて排気しながら2時間乾燥し、目開き2mmのメッシュを通し、さらに2日間乾燥して、約567gの混合乾燥物(軽装かさ密度295g/L)を得た。   119 g of the ultrafine Si slurry, 200 g of the expanded graphite, 125 g of a resol-type phenol resin (weight average molecular weight (Mw) = 460), and 5.0 L of ethanol were mixed and stirred for 22 minutes by an in-line mixer. Thereafter, the mixed solution was transferred to a rotary evaporator, heated to 40 ° C. with a warm bath while rotating, and evacuated with an aspirator to remove the solvent. Thereafter, it was spread on a bat in a fume hood and dried for 2 hours while being evacuated, passed through a mesh with a mesh opening of 2 mm, and further dried for 2 days to obtain about 567 g of a dry mixture (light bulk density 295 g / L).

この混合乾燥物を3本ロールミルに2回通し、粒度約2mm、軽装かさ密度478g/Lに造粒・圧密化した。図1に、得られた圧密粒子をイオンビームで切断した断面のFE−SEMによる2次電子像を示す。圧縮され層状に繋がった黒鉛層がSi粒子を包埋した構造になっていることがわかる。   This mixed dried product was passed through a three-roll mill twice, and granulated and consolidated to a particle size of about 2 mm and a light bulk density of 478 g / L. In FIG. 1, the secondary electron image by the FE-SEM of the cross section which cut | disconnected the obtained compacted particle with the ion beam is shown. It can be seen that the graphite layer that is compressed and connected in a layered manner has a structure in which Si particles are embedded.

次に、この造粒・圧密化物をニューパワーミルに入れて水冷しながら、21000rpmで180秒粉砕し、同時に球形化し、軽装かさ密度471g/Lの球形化粉末を得た。   Next, this granulated / consolidated product was placed in a new power mill and pulverized at 21000 rpm for 180 seconds while cooling with water, and at the same time, spheroidized to obtain a spheroidized powder having a light bulk density of 471 g / L.

得られた粉末をアルミナボートに入れて、管状炉で窒素ガスを流しながら、最高温度900℃で1時間焼成した。その後、目開き45μmのメッシュを通し、平均粒径(D50)が20μm、軽装かさ密度が591g/Lの複合活物質を得た。   The obtained powder was put into an alumina boat and fired at a maximum temperature of 900 ° C. for 1 hour while flowing nitrogen gas in a tubular furnace. Thereafter, a composite active material having an average particle diameter (D50) of 20 μm and a light bulk density of 591 g / L was obtained through a mesh having an opening of 45 μm.

得られた複合活物質粒子のSEM像を示す(図2)。複合活物質粒子黒鉛薄層(12)が湾曲して活物質粒子を覆った略球形状となっていることがわかる。   An SEM image of the obtained composite active material particles is shown (FIG. 2). It can be seen that the composite active material particle graphite thin layer (12) is curved and has a substantially spherical shape covering the active material particles.

窒素ガスを用いたBET法による比表面積は82m/gであった。粉末X線回折では黒鉛の(002)面に対応する回折線とSiの(100)面に対応する回折線が見られ、そのピーク強度比C(002)/Si(111)は1.39であった。 The specific surface area by the BET method using nitrogen gas was 82 m 2 / g. In powder X-ray diffraction, a diffraction line corresponding to the (002) plane of graphite and a diffraction line corresponding to the (100) plane of Si are seen, and the peak intensity ratio C (002) / Si (111) is 1.39. there were.

「リチウムイオン二次電池用負極の作製」
得られた複合活物質を92.5重量%(固形分全量中の含有量。以下同じ。)に対して、導電助剤としてアセチレンブラック0.5重量%と、バインダとしてゲル化ポリアクリル酸7重量%と水を混合して負極合剤含有スラリーを調製した。
"Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery"
The obtained composite active material is 92.5% by weight (content in the total solid content; the same shall apply hereinafter), acetylene black 0.5% by weight as a conductive auxiliary, and gelled polyacrylic acid 7 as a binder. A negative electrode mixture-containing slurry was prepared by mixing wt% and water.

得られたスラリーを、アプリケータを用いて固形分塗布量が3.1mg/cmになるように厚みが18μmの銅箔に塗布し、110℃で真空乾燥機にて0.5時間乾燥した。乾燥後、14mmφの円形に打ち抜き、圧力0.6t/cmの条件で一軸プレスし、さらに真空下、110℃で3時間熱処理して、厚みが30μmの負極合剤層を形成したリチウムイオン二次電池用負極を得た。 The obtained slurry was applied to a copper foil having a thickness of 18 μm using an applicator so that the solid content was 3.1 mg / cm 2 and dried at 110 ° C. in a vacuum dryer for 0.5 hours. . After drying, it was punched into a circle of 14 mmφ, uniaxially pressed under conditions of a pressure of 0.6 t / cm 2 , and further heat-treated at 110 ° C. for 3 hours under vacuum to form a lithium ion secondary layer having a thickness of 30 μm. A negative electrode for a secondary battery was obtained.

「評価用セルの作製」
評価用セルは、グローブボックス中でスクリューセルに上記負極、24mmφのポリプロピレン製セパレータ、21mmφのガラスフィルター、18mmφで厚み0.2mmの金属リチウムおよびその基材のステンレス箔を、各々、電解液にディップしたのち、この順に積層し、最後に蓋をねじ込み作製した。電解液はエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比1対1の混合溶媒を使用した。評価用セルは、さらにシリカゲルを入れた密閉ガラス容器に入れて、シリコンゴムの蓋を通した電極を充放電装置(北斗電工製SM−8)に接続した。
"Production of evaluation cells"
In the glove box, the evaluation cell was prepared by dipping the negative electrode, a 24 mmφ polypropylene separator, a 21 mmφ glass filter, a 18 mmφ 0.2 mm thick metal lithium and a stainless steel foil of the base material into the electrolyte solution in the glove box. After that, the layers were laminated in this order, and finally the lid was screwed in. The electrolytic solution used was a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1: 1. The cell for evaluation was further put in a sealed glass container containing silica gel, and an electrode through a silicon rubber lid was connected to a charge / discharge device (SM-8 manufactured by Hokuto Denko).

「評価条件」
評価用セルは25℃の恒温室にて、サイクル試験した。充電は、2.2mAの定電流で0.01Vまで充電後、0.01Vの定電圧で電流値が0.2mAになるまで行った。また放電は、2.2mAの定電流で1.5Vの電圧値まで行った。初回放電容量と初期充放電効率は、初回充放電試験の結果とした。
"Evaluation conditions"
The evaluation cell was cycle tested in a constant temperature room at 25 ° C. Charging was performed after charging to 0.01 V at a constant current of 2.2 mA until the current value reached 0.2 mA at a constant voltage of 0.01 V. The discharge was performed at a constant current of 2.2 mA up to a voltage value of 1.5V. The initial discharge capacity and initial charge / discharge efficiency were the results of the initial charge / discharge test.

また、サイクル特性は、前記充放電条件にて50回充放電試験した後の放電容量を初回の放電容量と比較し、その容量維持率として評価した。   In addition, the cycle characteristics were evaluated as the capacity retention rate by comparing the discharge capacity after 50 charge / discharge tests under the charge / discharge conditions with the initial discharge capacity.

実施例2
実施例1で製造した造粒・圧密化物をニューパワーミルに入れて水冷しながら、21000rpmで360秒粉砕し、同時に球形化し、軽装かさ密度555g/Lの球形化粉末を得た。
Example 2
The granulated / consolidated product produced in Example 1 was put into a new power mill and pulverized at 21000 rpm for 360 seconds while cooling with water, and spheroidized at the same time to obtain a spheroidized powder having a light bulk density of 555 g / L.

得られた粉末をアルミナボートに入れて、管状炉で窒素ガスを流しながら、最高温度900℃で1時間焼成した。その後、目開き45μmのメッシュを通し、平均粒径(D50)が16μm、軽装かさ密度664g/Lの複合活物質を得た。   The obtained powder was put into an alumina boat and fired at a maximum temperature of 900 ° C. for 1 hour while flowing nitrogen gas in a tubular furnace. Thereafter, a composite active material having an average particle diameter (D50) of 16 μm and a light bulk density of 664 g / L was obtained through a mesh having an opening of 45 μm.

図3に、得られた複合活物質をイオンビームで切断した断面のFE−SEMによる2次電子像を示す。図1に示される圧密粒子と同様に層状に繋がった黒鉛層がSi粒子を包埋した構造になっていることがわかる。   In FIG. 3, the secondary electron image by the FE-SEM of the cross section which cut | disconnected the obtained composite active material with the ion beam is shown. It can be seen that the graphite layer connected in a layered manner has a structure in which Si particles are embedded as in the consolidated particles shown in FIG.

窒素ガスを用いたBET法による比表面積は71m/gであった。粉末X線回折では黒鉛の(002)面に対応する回折線とSiの(100)面に対応する回折線が見られ、そのピーク強度比C(002)/Si(111)は0.79であった。 The specific surface area by the BET method using nitrogen gas was 71 m 2 / g. In powder X-ray diffraction, a diffraction line corresponding to the (002) plane of graphite and a diffraction line corresponding to the (100) plane of Si are seen, and the peak intensity ratio C (002) / Si (111) is 0.79. there were.

「リチウムイオン二次電池用負極の作製」
得られた複合活物質を92.5重量%(固形分全量中の含有量。以下同じ。)に対して、導電助剤としてアセチレンブラック0.5重量%と、バインダとしてゲル化ポリアクリル酸7重量%と水を混合して負極合剤含有スラリーを調製した。
"Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery"
The obtained composite active material is 92.5% by weight (content in the total solid content; the same shall apply hereinafter), acetylene black 0.5% by weight as a conductive auxiliary, and gelled polyacrylic acid 7 as a binder. A negative electrode mixture-containing slurry was prepared by mixing wt% and water.

得られたスラリーを、アプリケータを用いて固形分塗布量が3.1mg/cmになるように厚みが18μmの銅箔に塗布し、110℃で真空乾燥機にて0.5時間乾燥した。乾燥後、14mmφの円形に打ち抜き、圧力0.6t/cmの条件で一軸プレスし、さらに真空下、110℃で3時間熱処理して、厚みが29μmの負極合剤層を形成したリチウムイオン二次電池用負極を得た。 The obtained slurry was applied to a copper foil having a thickness of 18 μm using an applicator so that the solid content was 3.1 mg / cm 2 and dried at 110 ° C. in a vacuum dryer for 0.5 hours. . After drying, it was punched into a circle of 14 mmφ, uniaxially pressed under conditions of a pressure of 0.6 t / cm 2 , and further heat-treated at 110 ° C. for 3 hours under vacuum to form a lithium ion layer having a negative electrode mixture layer having a thickness of 29 μm. A negative electrode for a secondary battery was obtained.

「評価用セルの作製」
評価用セルは、グローブボックス中でスクリューセルに上記負極、24mmφのポリプロピレン製セパレータ、21mmφのガラスフィルター、18mmφで厚み0.2mmの金属リチウムおよびその基材のステンレス箔を、各々、電解液にディップしたのち、この順に積層し、最後に蓋をねじ込み作製した。電解液はエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比1対1の混合溶媒を使用した。評価用セルは、さらにシリカゲルを入れた密閉ガラス容器に入れて、シリコンゴムの蓋を通した電極を充放電装置(北斗電工製SM−8)に接続した。
"Production of evaluation cells"
In the glove box, the evaluation cell was prepared by dipping the negative electrode, a 24 mmφ polypropylene separator, a 21 mmφ glass filter, a 18 mmφ 0.2 mm thick metal lithium and a stainless steel foil of the base material into the electrolyte solution in the glove box. After that, the layers were laminated in this order, and finally the lid was screwed in. The electrolytic solution used was a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1: 1. The cell for evaluation was further put in a sealed glass container containing silica gel, and an electrode through a silicon rubber lid was connected to a charge / discharge device (SM-8 manufactured by Hokuto Denko).

「評価条件」
評価用セルは25℃の恒温室にて、サイクル試験した。充電は、2.2mAの定電流で0.01Vまで充電後、0.01Vの定電圧で電流値が0.2mAになるまで行った。また放電は、2.2mAの定電流で1.5Vの電圧値まで行った。初回放電容量と初期充放電効率は、初回充放電試験の結果とした。
"Evaluation conditions"
The evaluation cell was cycle tested in a constant temperature room at 25 ° C. Charging was performed after charging to 0.01 V at a constant current of 2.2 mA until the current value reached 0.2 mA at a constant voltage of 0.01 V. The discharge was performed at a constant current of 2.2 mA up to a voltage value of 1.5V. The initial discharge capacity and initial charge / discharge efficiency were the results of the initial charge / discharge test.

また、サイクル特性は、前記充放電条件にて50回充放電試験した後の放電容量を初回の放電容量と比較し、その容量維持率として評価した。   In addition, the cycle characteristics were evaluated as the capacity retention rate by comparing the discharge capacity after 50 charge / discharge tests under the charge / discharge conditions with the initial discharge capacity.

比較例
実施例1で製造した造粒・圧密化物をニューパワーミルに入れて水冷しながら、21000rpmで1260秒粉砕し、同時に球形化し、軽装かさ密度666g/Lの球形化粉末を得た。
Comparative Example The granulated / consolidated product produced in Example 1 was placed in a new power mill and pulverized at 21000 rpm for 1260 seconds while cooling with water, and spheroidized at the same time to obtain a spheroidized powder having a light bulk density of 666 g / L.

得られた粉末をアルミナボートに入れて、管状炉で窒素ガスを流しながら、最高温度900℃で1時間焼成した。その後、目開き45μmのメッシュを通し、平均粒径(D50)が24μm、軽装かさ密度782g/Lの複合活物質を得た。   The obtained powder was put into an alumina boat and fired at a maximum temperature of 900 ° C. for 1 hour while flowing nitrogen gas in a tubular furnace. Thereafter, a composite active material having an average particle diameter (D50) of 24 μm and a light bulk density of 782 g / L was obtained through a mesh having an opening of 45 μm.

図4に、得られた複合活物質をイオンビームで切断した断面のFE−SEMによる2次電子像を示す。実施例1及び実施例2とは異なり、層状に繋がった黒鉛層が殆ど認められず、切断された黒鉛とSi粒子が混合された状態になっており、また複合活物質内に大きなクラックが認められる。   In FIG. 4, the secondary electron image by the FE-SEM of the cross section which cut | disconnected the obtained composite active material with the ion beam is shown. Unlike Example 1 and Example 2, almost no graphite layer connected in a layered form was observed, the cut graphite and Si particles were mixed, and large cracks were observed in the composite active material. It is done.

窒素ガスを用いたBET法による比表面積は78m/gであった。粉末X線回折では黒鉛の(002)面に対応する回折線とSiの(100)面に対応する回折線が見られ、そのピーク強度比C(002)/Si(111)は0.35であった。 The specific surface area by the BET method using nitrogen gas was 78 m 2 / g. In the powder X-ray diffraction, a diffraction line corresponding to the (002) plane of graphite and a diffraction line corresponding to the (100) plane of Si are seen, and the peak intensity ratio C (002) / Si (111) is 0.35. there were.

「リチウムイオン二次電池用負極の作製」
得られた複合活物質を92.5重量%(固形分全量中の含有量。以下同じ。)に対して、導電助剤としてアセチレンブラック0.5重量%と、バインダとしてゲル化ポリアクリル酸7重量%と水を混合して負極合剤含有スラリーを調製した。
"Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery"
The obtained composite active material is 92.5% by weight (content in the total solid content; the same shall apply hereinafter), acetylene black 0.5% by weight as a conductive auxiliary, and gelled polyacrylic acid 7 as a binder. A negative electrode mixture-containing slurry was prepared by mixing wt% and water.

得られたスラリーを、アプリケータを用いて固形分塗布量が3.1mg/cmになるように厚みが18μmの銅箔に塗布し、110℃で真空乾燥機にて0.5時間乾燥した。乾燥後、14mmφの円形に打ち抜き、圧力0.6t/cmの条件で一軸プレスし、さらに真空下、110℃で3時間熱処理して、厚みが22μmの負極合剤層を形成したリチウムイオン二次電池用負極を得た。 The obtained slurry was applied to a copper foil having a thickness of 18 μm using an applicator so that the solid content was 3.1 mg / cm 2 and dried at 110 ° C. in a vacuum dryer for 0.5 hours. . After drying, it was punched into a 14 mmφ circle, uniaxially pressed under conditions of a pressure of 0.6 t / cm 2 , and further heat-treated at 110 ° C. for 3 hours under vacuum to form a negative electrode mixture layer having a thickness of 22 μm. A negative electrode for a secondary battery was obtained.

「評価用セルの作製」
評価用セルは、グローブボックス中でスクリューセルに上記負極、24mmφのポリプロピレン製セパレータ、21mmφのガラスフィルター、18mmφで厚み0.2mmの金属リチウムおよびその基材のステンレス箔を、各々、電解液にディップしたのち、この順に積層し、最後に蓋をねじ込み作製した。電解液はエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比1対1の混合溶媒を使用した。評価用セルは、さらにシリカゲルを入れた密閉ガラス容器に入れて、シリコンゴムの蓋を通した電極を充放電装置(北斗電工製SM−8)に接続した。
"Production of evaluation cells"
In the glove box, the evaluation cell was prepared by dipping the negative electrode, a 24 mmφ polypropylene separator, a 21 mmφ glass filter, a 18 mmφ 0.2 mm thick metal lithium and a stainless steel foil of the base material into the electrolyte solution in the glove box. After that, the layers were laminated in this order, and finally the lid was screwed in. The electrolytic solution used was a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1: 1. The cell for evaluation was further put in a sealed glass container containing silica gel, and an electrode through a silicon rubber lid was connected to a charge / discharge device (SM-8 manufactured by Hokuto Denko).

「評価条件」
評価用セルは25℃の恒温室にて、サイクル試験した。充電は、2.2mAの定電流で0.01Vまで充電後、0.01Vの定電圧で電流値が0.2mAになるまで行った。また放電は、2.2mAの定電流で1.5Vの電圧値まで行った。初回放電容量と初期充放電効率は、初回充放電試験の結果とした。
"Evaluation conditions"
The evaluation cell was cycle tested in a constant temperature room at 25 ° C. Charging was performed after charging to 0.01 V at a constant current of 2.2 mA until the current value reached 0.2 mA at a constant voltage of 0.01 V. The discharge was performed at a constant current of 2.2 mA up to a voltage value of 1.5V. The initial discharge capacity and initial charge / discharge efficiency were the results of the initial charge / discharge test.

また、サイクル特性は、前記充放電条件にて50回充放電試験した後の放電容量を初回の放電容量と比較し、その容量維持率として評価した。   In addition, the cycle characteristics were evaluated as the capacity retention rate by comparing the discharge capacity after 50 charge / discharge tests under the charge / discharge conditions with the initial discharge capacity.

Figure 2017183113
Figure 2017183113

Claims (11)

SiまたはSi合金と、炭素質物または炭素質物と黒鉛とを、含んでなるリチウムイオン二次電池用複合活物質において、該複合活物質の平均粒径(D50)が1〜40μm、粉末法X線で測定したC(002)面とSi(111)面のX線回折線強度比C(002)/C(111)が0.6〜3.0であり、かつ平均円形度が0.7〜1.0の略球状の複合粒子であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用複合活物質。 In a composite active material for a lithium ion secondary battery comprising Si or Si alloy, carbonaceous material or carbonaceous material, and graphite, the composite active material has an average particle diameter (D50) of 1 to 40 μm, powder method X-ray The X-ray diffraction line intensity ratio C (002) / C (111) between the C (002) plane and the Si (111) plane measured in Step 1 is 0.6 to 3.0, and the average circularity is 0.7 to A composite active material for a lithium ion secondary battery, wherein the composite active material is a substantially spherical composite particle of 1.0. 前記SiまたはSi合金の平均粒径(D50)が0.01〜5μmであり、炭素質物が少なくとも活物質表面を覆っていることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用複合活物質。 3. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein an average particle diameter (D50) of the Si or Si alloy is 0.01 to 5 μm, and a carbonaceous material covers at least an active material surface. Composite active material. 前記SiまたはSi合金が、炭素質物と共に0.2μm以下の厚みの黒鉛薄層の間に挟まった構造であり、その構造が積層及び/又は網目状に広がっており、該黒鉛薄層が活物質粒子の表面付近で湾曲して活物質粒子を覆っており、最外層の表面を炭素質物が覆っていることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用複合活物質。 The Si or Si alloy has a structure sandwiched between carbonaceous materials and a thin graphite layer having a thickness of 0.2 μm or less, and the structure spreads in a laminated and / or network shape, and the thin graphite layer is an active material. 3. The composite active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the active material particles are curved in the vicinity of the surface of the particles, and the surface of the outermost layer is covered with a carbonaceous material. 該黒鉛は、ICP発光分光分析法による26元素(Al、Ca、Cr、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、V、Zn、Zr、Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cu、Mo、Pb、Sb、Se、Th、Tl、U)の不純物半定量値より求めた純度が99.9重量%以上、若しくは不純物量1000ppm以下で酸素フラスコ燃焼法によるイオンクロマトグラフィー(IC)測定法によるS量が0.3重量%以下、及び/又はBET比表面積40m/g以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用複合活物質。 The graphite is composed of 26 elements (Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, V, Zn, Zr, Ag, As, Ba, Be, Cd, Co, Cu, by ICP emission spectroscopy. , Mo, Pb, Sb, Se, Th, Tl, U) Ion chromatography (IC) measurement by oxygen flask combustion method when the purity determined from the semi-quantitative value of impurities is 99.9% by weight or more, or the impurity amount is 1000 ppm or less amount S 0.3 wt% or less by law, and / or a composite active material for lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, equal to or less than the BET specific surface area of 40 m 2 / g . 前記SiまたはSi合金の含有量が10〜80質量部、前記炭素質物の含有量が90〜10質量部であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用複合活物質。 5. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the content of the Si or Si alloy is 10 to 80 parts by mass, and the content of the carbonaceous material is 90 to 10 parts by mass. Composite active material. 前記SiまたはSi合金の含有量が10〜60質量部、前記炭素質物の含有量が5〜60質量部、前記黒鉛成分の含有量が20〜80質量部であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用複合活物質。 The content of the Si or Si alloy is 10 to 60 parts by mass, the content of the carbonaceous material is 5 to 60 parts by mass, and the content of the graphite component is 20 to 80 parts by mass. The composite active material for lithium ion secondary batteries in any one of -4. SiまたはSi合金、炭素前駆体、必要に応じて黒鉛成分を混合する工程と、造粒・圧密化する工程と、混合物を90秒〜720秒粉砕および球形化処理して略球状の複合粒子を形成する工程と、該複合粒子を不活性雰囲気中で焼成する工程と、炭素前駆体と該複合粒子もしくは焼成粉とを混合する工程及びその混合物を不活性雰囲気中で加熱する事で炭素膜を焼成粉もしくは炭素被覆した複合粒子を得る工程を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 Si or Si alloy, carbon precursor, if necessary, a step of mixing graphite components, a step of granulation / consolidation, and a mixture is pulverized and spheronized for 90 seconds to 720 seconds to form substantially spherical composite particles. A step of forming, a step of firing the composite particles in an inert atmosphere, a step of mixing the carbon precursor and the composite particles or the fired powder, and heating the mixture in an inert atmosphere to form a carbon film. The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 6, further comprising a step of obtaining fired powder or carbon-coated composite particles. 請求項7で得られた炭素被覆した複合粒子、球形化した複合粒子もしくは焼成粉と炭素前駆体とを不活性雰囲気中で焼成し炭素膜を複合粒子もしくは焼成粉の内外に被覆する工程を行うことを特徴とする請求項7に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 The carbon-coated composite particles, spheroidized composite particles or calcined powder obtained in claim 7 and the carbon precursor are calcined in an inert atmosphere to coat the carbon film on the inside and outside of the composite particles or calcined powder. The manufacturing method of the composite active material for lithium secondary batteries of Claim 7 characterized by the above-mentioned. 気相で被覆する工程の後、粉砕および球形処理した粉体もしくは焼成粉もしくは炭素被覆した粉体を風力分級する工程を行うことを特徴とする請求項7又は8に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 The lithium secondary battery according to claim 7 or 8, wherein after the step of coating in the gas phase, a step of air classification of the pulverized and spherically processed powder, the fired powder, or the carbon-coated powder is performed. A method for producing a composite active material. 複合粒子及び焼成粉を炭素前駆体と共に不活性雰囲気中で焼成する工程及び炭素前駆体を不活性雰囲気中で加熱する事で炭素膜を焼成粉もしくは炭素被覆した複合粒子もしくは炭素被覆した焼成粉の内外に気相で被覆する工程の温度が、それぞれ300〜1200℃であることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 The step of firing the composite particles and the calcined powder together with the carbon precursor in an inert atmosphere, and the heating of the carbon precursor in the inert atmosphere to produce the calcined powder or carbon-coated composite particles or the carbon-coated calcined powder. The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 7 to 9, wherein the temperature in the step of coating the inside and outside with a gas phase is 300 to 1200 ° C, respectively. 請求項1〜6のいずれかに記載のリチウム二次電池用複合活物質を含むリチウム二次電池。 The lithium secondary battery containing the composite active material for lithium secondary batteries in any one of Claims 1-6.
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