JP2018032602A - Method of producing negative electrode material - Google Patents

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祐太 川本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a further improvement in function of a negative electrode material containing a silicon material.SOLUTION: A method of producing a negative electrode material includes a processing step of subjecting a silicon material to carbon coating and lithium doping, the silicon material having a structure where a plurality of plate-like silicon bodies are stacked in a thickness direction.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は負極材料を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a negative electrode material.

リチウムイオン二次電池用の負極活物質として、リチウムイオン吸蔵能力が高いSiを含有する負極活物質が知られている。例えば、特許文献1及び特許文献2には、負極活物質がシリコンであるリチウムイオン二次電池が記載されている。特許文献3及び特許文献4には、負極活物質がSiOであるリチウムイオン二次電池が記載されている。   As a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, a negative electrode active material containing Si having a high lithium ion storage capacity is known. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 describe lithium ion secondary batteries in which the negative electrode active material is silicon. Patent Literature 3 and Patent Literature 4 describe lithium ion secondary batteries in which the negative electrode active material is SiO.

リチウムイオン二次電池の電池性能の更なる向上を目的として、Siを含有する新たな負極活物質の探索が進められている。Siを含有する新たな負極活物質として、特許文献5には、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料が開示されている。特許文献5には、更に、当該シリコン材料を炭素で被覆して炭素−シリコン複合体を製造したこと、及び、当該複合体がリチウムイオン二次電池の負極活物質として使用可能であることが記載されている。   For the purpose of further improving the battery performance of the lithium ion secondary battery, a search for a new negative electrode active material containing Si is in progress. As a new negative electrode active material containing Si, Patent Document 5 discloses a silicon material having a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. Patent Document 5 further describes that a carbon-silicon composite was manufactured by coating the silicon material with carbon, and that the composite can be used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery. Has been.

特開2014−203595号公報JP 2014-203595 A 特開2015−57767号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-57767 特開2015−185509号公報JP 2015-185509 A 特開2015−179625号公報JP-A-2015-179625 国際公開第2015/114692号International Publication No. 2015/114692

ところで近年では、より電池性能に優れるリチウムイオン二次電池が要求されるようになっている。リチウムイオン二次電池用の負極活物質についても、リチウムイオン二次電池の電池性能の向上に寄与すべく各種の機能の向上が望まれている。特許文献5に開示されているシリコン材料についても同様に、更なる機能の向上が望まれている。   By the way, in recent years, a lithium ion secondary battery having better battery performance has been demanded. As for the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, various functions are desired to be improved in order to contribute to the improvement of the battery performance of the lithium ion secondary battery. Similarly, further improvement of the function is desired for the silicon material disclosed in Patent Document 5.

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、シリコン材料を含有する負極材料について機能の更なる向上を図ることを目的とする。   This invention is made | formed in view of this situation, and aims at aiming at the further improvement of a function about the negative electrode material containing a silicon material.

本発明の負極材料の製造方法は、
複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料に炭素コート及びリチウムドープする処理工程を有する、負極材料の製造方法である。
The method for producing the negative electrode material of the present invention is as follows.
This is a method for producing a negative electrode material, which includes a treatment step of carbon coating and lithium doping a silicon material having a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction.

本発明の負極材料の製造方法によると、シリコン材料を含有する負極材料の機能の向上を図り得る。   According to the method for producing a negative electrode material of the present invention, the function of the negative electrode material containing a silicon material can be improved.

実施例2の負極材料のSEM像である。3 is a SEM image of a negative electrode material of Example 2. 実施例2の負極材料におけるSiを対象としたEDS分析結果である。It is an EDS analysis result for Si in the negative electrode material of Example 2. 実施例2の負極材料におけるOを対象としたEDS分析結果である。It is an EDS analysis result for O in the negative electrode material of Example 2. 実施例2の負極材料におけるCを対象としたEDS分析結果である。It is an EDS analysis result for C in the negative electrode material of Example 2.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「x〜y」は、下限xおよび上限yをその範囲に含む。そして、これらの上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに、これらの数値範囲内から任意に選択した数値を、新たな上限や下限の数値とすることができる。   The best mode for carrying out the present invention will be described below. Unless otherwise specified, the numerical range “x to y” described in this specification includes the lower limit x and the upper limit y. The numerical range can be configured by arbitrarily combining these upper limit value and lower limit value and the numerical values listed in the examples. Furthermore, numerical values arbitrarily selected from these numerical ranges can be used as new upper and lower numerical values.

本発明の負極材料の製造方法で製造する負極材料は、上記した特許文献5に開示されているシリコン材料に炭素コート及びリチウムドープがなされたものである。
したがって、本発明の負極材料の製造方法は、当該シリコン材料に炭素コート及びリチウムドープする処理工程を有する。以下、必要に応じて、本発明の負極材料の製造方法を単に本発明の製造方法と略し、本発明の製造方法で製造される負極材料を、本発明の負極材料と呼ぶ。さらに、本発明の負極材料は上記の炭素コートにより形成された炭素を含有する部分を有する。以下、当該部分を炭素コート層と呼ぶ。
The negative electrode material manufactured by the negative electrode material manufacturing method of the present invention is obtained by carbon coating and lithium doping on the silicon material disclosed in Patent Document 5 described above.
Therefore, the manufacturing method of the negative electrode material of this invention has the process process which carries out carbon coating and lithium dope to the said silicon material. Hereinafter, if necessary, the production method of the negative electrode material of the present invention is simply abbreviated as the production method of the present invention, and the negative electrode material produced by the production method of the present invention is referred to as the negative electrode material of the present invention. Furthermore, the negative electrode material of the present invention has a carbon-containing portion formed by the above carbon coating. Hereinafter, this portion is referred to as a carbon coat layer.

特許文献5に開示されているシリコン材料(本明細書においては単に「シリコン材料」と呼ぶ。)について詳細に説明する。シリコン材料は、例えば、CaSiと酸とを反応させて、ポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成する工程、さらに、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させる工程を経て製造されるものである。 The silicon material disclosed in Patent Document 5 (hereinafter simply referred to as “silicon material”) will be described in detail. For example, the silicon material may include a step of reacting CaSi 2 with an acid to synthesize a layered silicon compound containing polysilane as a main component, and a step of heating the layered silicon compound at 300 ° C. or higher to release hydrogen. It is manufactured after that.

特許文献5に記載のシリコン材料の製造方法を、酸としては塩化水素を用いた場合の理想的な反応式で示すと以下のとおりとなる。
3CaSi+6HCl → Si+3CaCl
Si → 6Si+3H
The method for producing a silicon material described in Patent Document 5 is represented as follows by using an ideal reaction formula when hydrogen chloride is used as the acid.
3CaSi 2 + 6HCl → Si 6 H 6 + 3CaCl 2
Si 6 H 6 → 6Si + 3H 2

ただし、ポリシランであるSiを合成する上段の反応では、副生物や不純物除去の観点から、通常、反応溶媒として水が用いられる。そして、Siは水と反応し得るため、上段の反応を含む層状シリコン化合物を合成する工程において、層状シリコン化合物がSiのみを含むものとして製造されることはほとんどなく、層状シリコン化合物はSi(OH)(Xは酸のアニオン由来の元素若しくは基、s+t+u=6、0<s<6、0<t<6、0<u<6)で表されるものとして製造される。なお、上記の化学式においては、残存し得るCaなどの不可避不純物については、考慮していない。そして、当該層状シリコン化合物を加熱して得られるシリコン材料も、酸素や酸のアニオン由来の元素を含む。 However, in the upper reaction for synthesizing Si 6 H 6 which is polysilane, water is usually used as a reaction solvent from the viewpoint of removing by-products and impurities. Since Si 6 H 6 can react with water, in the step of synthesizing the layered silicon compound including the upper reaction, the layered silicon compound is hardly manufactured as containing only Si 6 H 6 , and the layered The silicon compound is represented by Si 6 H s (OH) t X u (X is an element or group derived from an acid anion, s + t + u = 6, 0 <s <6, 0 <t <6, 0 <u <6). Manufactured as a product. In the above chemical formula, inevitable impurities such as Ca that can remain are not taken into consideration. A silicon material obtained by heating the layered silicon compound also contains an element derived from an anion of oxygen or acid.

シリコン材料は、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有する。リチウムイオン等の電荷担体の効率的な挿入及び脱離反応のためには、板状シリコン体は厚さが10nm〜100nmの範囲内のものが好ましく、20nm〜50nmの範囲内のものがより好ましい。板状シリコン体の長手方向の長さは、0.1μm〜50μmの範囲内のものが好ましい。また、板状シリコン体は、(長手方向の長さ)/(厚さ)が2〜1000の範囲内であるのが好ましい。板状シリコン体の積層構造は走査型電子顕微鏡などによる観察で確認できる。また、この積層構造は、原料のCaSiにおけるSi層の名残りであると考えられる。 The silicon material has a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. For efficient insertion and desorption reaction of charge carriers such as lithium ions, the plate-like silicon body preferably has a thickness in the range of 10 nm to 100 nm, more preferably in the range of 20 nm to 50 nm. . The length in the longitudinal direction of the plate-like silicon body is preferably within a range of 0.1 μm to 50 μm. The plate-like silicon body preferably has (length in the longitudinal direction) / (thickness) in the range of 2 to 1000. The laminated structure of the plate-like silicon body can be confirmed by observation with a scanning electron microscope or the like. This laminated structure is considered to be a remnant of the Si layer in the raw material CaSi 2 .

シリコン材料には、アモルファスシリコン及び/又はシリコン結晶子が含まれるのが好ましい。特に、上記板状シリコン体において、アモルファスシリコンをマトリックスとし、シリコン結晶子が当該マトリックス中に点在している状態が好ましい。シリコン結晶子のサイズは、0.5nm〜300nmの範囲内が好ましく、1nm〜100nmの範囲内がより好ましく、1nm〜50nmの範囲内がさらに好ましく、1nm〜10nmの範囲内が特に好ましい。なお、シリコン結晶子のサイズは、シリコン材料に対してX線回折測定を行い、得られたX線回折チャートのSi(111)面の回折ピークの半値幅を用いたシェラーの式から算出される。   The silicon material preferably includes amorphous silicon and / or silicon crystallites. In particular, the above plate-like silicon body is preferably in a state where amorphous silicon is used as a matrix and silicon crystallites are scattered in the matrix. The size of the silicon crystallite is preferably in the range of 0.5 nm to 300 nm, more preferably in the range of 1 nm to 100 nm, still more preferably in the range of 1 nm to 50 nm, and particularly preferably in the range of 1 nm to 10 nm. The size of the silicon crystallite is calculated from the Scherrer equation using X-ray diffraction measurement on the silicon material and using the half-value width of the diffraction peak of the Si (111) plane of the obtained X-ray diffraction chart. .

シリコン材料に含まれる板状シリコン体、アモルファスシリコン及びシリコン結晶子の存在量や大きさは、主に加熱温度や加熱時間に左右される。加熱温度は、350℃〜950℃の範囲内が好ましく、400℃〜900℃の範囲内がより好ましい。   The abundance and size of the plate-like silicon body, amorphous silicon and silicon crystallite contained in the silicon material mainly depend on the heating temperature and the heating time. The heating temperature is preferably in the range of 350 ° C to 950 ° C, more preferably in the range of 400 ° C to 900 ° C.

一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置で測定した場合における、シリコン材料又は本発明の負極材料の平均粒子径としては、0.6〜30μmの範囲内が好ましく、1〜20μmの範囲内がより好ましく、2〜10μmの範囲内がさらに好ましく、3〜8μmの範囲内が特に好ましい。なお、本明細書において、平均粒子径とは、50%累積径(D50)を意味する。   The average particle diameter of the silicon material or the negative electrode material of the present invention when measured with a general laser diffraction particle size distribution measuring device is preferably in the range of 0.6 to 30 μm, more preferably in the range of 1 to 20 μm. The range of 2 to 10 μm is more preferable, and the range of 3 to 8 μm is particularly preferable. In the present specification, the average particle diameter means a 50% cumulative diameter (D50).

本発明の負極材料は、上記したシリコン材料に、更に炭素コート及びリチウムドープすることで製造される。本発明の製造方法においては、シリコン材料に炭素コート及びリチウムドープする工程を処理工程と呼ぶ。このうち炭素コートの工程をコート工程と呼ぶ。   The negative electrode material of the present invention is produced by further doping the above silicon material with carbon coating and lithium doping. In the manufacturing method of the present invention, the step of carbon coating and lithium doping on a silicon material is called a processing step. Among these, the carbon coating process is called a coating process.

シリコン材料は、黒鉛等の一般的な負極活物質に比べて導電性に劣る。したがってシリコン材料を負極活物質として用いる場合には、導電助剤等の導電材料をシリコン材料に併用する等して負極材料全体の導電性を向上させると良いと考えられる。また、シリコン材料に導電材料を一体化してシリコン材料と導電材料とを密着させることで、負極材料の導電性を更に向上させ得る。具体的には、化学気相蒸着法等の既知の方法でシリコン材料に炭素コートすれば、シリコン材料の表面に容易かつ満遍なく炭素コート層を形成できる。   A silicon material is inferior in electroconductivity compared with common negative electrode active materials, such as graphite. Therefore, when a silicon material is used as the negative electrode active material, it is considered good to improve the conductivity of the whole negative electrode material by using a conductive material such as a conductive aid in combination with the silicon material. In addition, the conductivity of the negative electrode material can be further improved by integrating the conductive material with the silicon material and bringing the silicon material and the conductive material into close contact with each other. Specifically, if the silicon material is carbon-coated by a known method such as chemical vapor deposition, a carbon coat layer can be easily and uniformly formed on the surface of the silicon material.

シリコン材料に上記の炭素コートに加えて更にリチウムドープを行えば、シリコン材料の不可逆容量がキャンセルされるため、リチウムイオン二次電池の初期効率が向上する利点がある。更に、負極活物質たるシリコン材料がリチウムドープされれば、負極活物質と電荷担体とが非常に近接して存在することで負極活物質に電荷担体が効率良く供給され得る。   If the silicon material is further doped with lithium in addition to the carbon coating described above, the irreversible capacity of the silicon material is canceled, so that there is an advantage that the initial efficiency of the lithium ion secondary battery is improved. Furthermore, if the silicon material as the negative electrode active material is lithium-doped, the charge carrier can be efficiently supplied to the negative electrode active material because the negative electrode active material and the charge carrier are present in close proximity.

このように、本発明の製造方法によると、シリコン材料に炭素コートすることによって負極材料に導電剤としての機能を付与できる。その上、シリコン材料にリチウムドープすることによって、シリコン材料へのリチウムイオン供給機能を負極材料に付与できる。つまり、このような処理工程を備える本発明の製造方法によると、負極材料の機能向上を図り得る。   Thus, according to the manufacturing method of the present invention, the function as a conductive agent can be imparted to the negative electrode material by coating the silicon material with carbon. In addition, the lithium material can be provided with a function of supplying lithium ions to the silicon material by doping the silicon material with lithium. That is, according to the manufacturing method of the present invention including such processing steps, the function of the negative electrode material can be improved.

本発明の製造方法において、処理工程におけるシリコン材料へのリチウムドープ及び炭素コートは如何なる方法で行っても良い。本発明の製造方法では、リチウムドープの方法として、メカニカルミリング法や溶融塩法を採用できる。本発明の製造方法ではメカニカルミリング法によってリチウムドープする工程をメカニカルミリングドープ工程と呼び、溶融塩法によってリチウムドープする工程を溶融塩ドープ工程と呼ぶ。   In the production method of the present invention, lithium doping and carbon coating on the silicon material in the treatment step may be performed by any method. In the production method of the present invention, a mechanical milling method or a molten salt method can be adopted as a lithium doping method. In the production method of the present invention, the step of lithium doping by the mechanical milling method is called a mechanical milling doping step, and the step of lithium doping by the molten salt method is called a molten salt doping step.

メカニカルミリング法とは、シリコン材料及びリチウム源を機械的に混合して衝撃、引張り、摩擦、圧縮、せん断等の外力を作用させることで、シリコン材料とリチウム源とを化学的に反応させる方法を指す。メカニカルミリング法においてシリコン材料及びリチウム源を機械的に混合するための装置としては、転動ミル、振動ミル、遊星ミル、揺動ミル、水平ミル、アトライターミル、ジェットミル、擂潰機、ホモジナイザー、フルイダイザー、ペイントシェイカー、ミキサー等が挙げられる。その他、メカノフュージョン(表面溶融)も本発明におけるメカニカルミリング法に含まれる。メカニカルミリング法における外力の大きさ、負荷時間、温度等は定法に基づけば良い。   Mechanical milling is a method in which silicon material and lithium source are chemically reacted by mechanically mixing silicon material and lithium source and applying external force such as impact, tension, friction, compression, and shear. Point to. Equipment for mechanically mixing silicon materials and lithium sources in the mechanical milling method includes rolling mills, vibration mills, planetary mills, rocking mills, horizontal mills, attritor mills, jet mills, crushers, and homogenizers. , Fluidizer, paint shaker, mixer and the like. In addition, mechanofusion (surface melting) is also included in the mechanical milling method in the present invention. The magnitude of external force, load time, temperature, and the like in the mechanical milling method may be based on a regular method.

溶融塩法とは、シリコン材料と溶融状態のリチウム源とを接触させることで、シリコン材料とリチウム源とを化学的に反応させる方法を指す。この場合、シリコン材料は溶融せずかつリチウム源が溶融している状態でリチウムドープを行う必要がある。溶融塩法の条件も又、定法に基づけば良い。   The molten salt method refers to a method in which a silicon material and a lithium source in a molten state are brought into contact with each other to chemically react the silicon material and the lithium source. In this case, it is necessary to dope lithium in a state where the silicon material is not melted and the lithium source is melted. The conditions of the molten salt method may also be based on a conventional method.

リチウムドープに用いるリチウム源としては、リチウム単体、各種のリチウム化合物を用いれば良い。リチウム化合物としては、リチウム以外の元素を負極に多く持ち込まないもの、具体的には、リチウム以外の構成元素が気化し易いものが好ましく、水酸化リチウム、水素化リチウム、酸化リチウム、塩化リチウム等が好ましく用いられる。その他、酢酸リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム等のオキソ酸リチウムもリチウム源として例示できる。   As the lithium source used for lithium doping, lithium alone or various lithium compounds may be used. As the lithium compound, those that do not bring many elements other than lithium into the negative electrode, specifically those that easily vaporize constituent elements other than lithium, are preferred, such as lithium hydroxide, lithium hydride, lithium oxide, lithium chloride, etc. Preferably used. Other examples of the lithium source include lithium oxoacids such as lithium acetate, lithium carbonate, and lithium nitrate.

リチウムドープの方法として溶融塩法を選択する場合、上記したようにシリコン材料は溶融せずかつリチウム源が溶融している状態でリチウムドープを行う必要がある。従って、この場合には、リチウム源としてシリコン材料よりも融点の低いものを用いるのが好ましい。具体的には、リチウム源の融点は1000℃未満であるのが好ましく、900℃以下であるのがより好ましく、750℃以下であるのが更に好ましい。900℃を超えるとシリコン材料に含まれるSiOがSiとSiOとに不均化してシリコン材料が変質する可能性があるため、溶融塩ドープ工程は900℃以下で行うのが好ましい。なお、上記したリチウム源の融点は何れも750℃以下である。参考までに、Siの融点は1414℃、SiOの融点は1650±75℃である。 When the molten salt method is selected as the lithium doping method, it is necessary to dope lithium in a state where the silicon material is not melted and the lithium source is melted as described above. Therefore, in this case, it is preferable to use a lithium source having a melting point lower than that of the silicon material. Specifically, the melting point of the lithium source is preferably less than 1000 ° C., more preferably 900 ° C. or less, and further preferably 750 ° C. or less. If the temperature exceeds 900 ° C., SiO contained in the silicon material may be disproportionated into Si and SiO 2 and the silicon material may be altered. Therefore, the molten salt doping step is preferably performed at 900 ° C. or lower. The melting points of the above lithium sources are all 750 ° C. or lower. For reference, the melting point of Si is 1414 ° C., and the melting point of SiO 2 is 1650 ± 75 ° C.

なお、溶融塩法においては、リチウム源とシリコン材料との混合物をリチウム源の融点以上かつシリコン材料の融点未満の温度に加熱して、溶融状態のリチウム源とシリコン材料とを接触させても良い。或いは、溶融したリチウム源にシリコン材料を加えることで、溶融状態のリチウム源とシリコン材料とを接触させても良い。   In the molten salt method, the molten lithium source and the silicon material may be brought into contact with each other by heating the mixture of the lithium source and the silicon material to a temperature not lower than the melting point of the lithium source and lower than the melting point of the silicon material. . Alternatively, the molten lithium source may be brought into contact with the silicon material by adding the silicon material to the molten lithium source.

何れの場合にも、反応はアルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガス中、つまり、不活性雰囲気下で行うのが好ましい。   In any case, the reaction is preferably performed in an inert gas such as argon gas or helium gas, that is, in an inert atmosphere.

シリコン材料にドープするリチウムの量は特に限定しないが、不可逆容量に相当する量以上であるのが良い。また、負極の容量を考慮すると、シリコン材料の量に対するリチウムの量は過大でない方が良い。また、より多くのリチウムをシリコン材料にドープするためには、シリコン材料の量に対するリチウムの量は過小でない方が良い。これらを勘案すると、Si原子に対するリチウム原子のモル比Li/Siは0.01以上0.7以下であるのが好ましく、0.02以上0.6以下であるのがより好ましい。   The amount of lithium doped into the silicon material is not particularly limited, but is preferably equal to or more than the amount corresponding to the irreversible capacity. In consideration of the capacity of the negative electrode, the amount of lithium with respect to the amount of silicon material should not be excessive. In order to dope more lithium into the silicon material, the amount of lithium with respect to the amount of silicon material should not be too small. Taking these into consideration, the molar ratio Li / Si of lithium atoms to Si atoms is preferably 0.01 or more and 0.7 or less, and more preferably 0.02 or more and 0.6 or less.

炭素コートの方法としては、上記した化学気相蒸着法(CVD: chemical vapor deposition)以外にも、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法を採用することもできるし、或いは、その他の方法を採用することもできる。炭素コート層は、シリコン材料の表面の一部にのみ形成しても良いし、シリコン材料の表面全体に形成しても良いし、シリコン材料の内部に部分的に入り込んでも良い。   As the carbon coating method, in addition to the above-described chemical vapor deposition (CVD), a physical vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or the like can be employed. Other methods can also be adopted. The carbon coat layer may be formed only on a part of the surface of the silicon material, may be formed on the entire surface of the silicon material, or may partially enter the silicon material.

炭素コート層の材料つまり炭素源は、炭素を含有し、かつ、炭素以外の元素を負極に多く持ち込まないものが好ましく、固体状、気体状等その状態は特に問わない。炭素源としては、例えば炭素単体、炭化水素ガス、有機ポリマー等を例示できる。炭素コート法としてCVD法を採用する場合には、作業効率上、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素ガスを選択するのが好ましい。   The material of the carbon coat layer, that is, the carbon source, preferably contains carbon and does not bring many elements other than carbon into the negative electrode, and the state thereof is not particularly limited such as solid or gaseous. Examples of the carbon source include carbon simple substance, hydrocarbon gas, and organic polymer. When the CVD method is adopted as the carbon coating method, it is preferable to select a hydrocarbon gas such as methane, ethane, propane, or butane from the viewpoint of work efficiency.

炭素コート層の厚さは特に問わないが、負極材料の耐久性と導電性を考慮すると厚い方が好ましい。一方、負極材料の容量維持やイオン伝導性を考慮すると、炭素コート層は薄い方が好ましい。負極材料における炭素コート層の量が過大になると、相対的に、シリコン材料の量が低減して、負極材料の容量が低下したりリチウムイオンが通過し難くなったりするためである。これらを勘案すると、炭素コート層の厚さは1〜100nmであるのが好ましく、10〜50nmであるのがより好ましく、5〜50nmであるのが更に好ましい。   The thickness of the carbon coat layer is not particularly limited, but a thicker one is preferable in consideration of durability and conductivity of the negative electrode material. On the other hand, considering the capacity maintenance and ion conductivity of the negative electrode material, it is preferable that the carbon coat layer is thin. This is because when the amount of the carbon coat layer in the negative electrode material is excessive, the amount of the silicon material is relatively reduced, so that the capacity of the negative electrode material is reduced and lithium ions are difficult to pass. Taking these into consideration, the thickness of the carbon coat layer is preferably 1 to 100 nm, more preferably 10 to 50 nm, and even more preferably 5 to 50 nm.

炭素コート層は炭素だけを含んでも良いし、それ以外の元素を含んでも良い。例えば、炭素コート層は、遷移金属から選ばれる少なくとも一種の金属原子を含んでもよい。この金属原子によって炭素コート層内における導電性が向上するため、負極におけるリチウムイオンの伝導性が改善される。遷移金属から選ばれる金属原子としては、Cu、Fe、Niなどが好ましく、Cuが特に好ましい。また、炭素コート層における金属原子の含有量は、0.1〜10質量%の範囲が好ましい。   The carbon coat layer may contain only carbon or may contain other elements. For example, the carbon coat layer may contain at least one metal atom selected from transition metals. Since the metal atom improves the conductivity in the carbon coat layer, the lithium ion conductivity in the negative electrode is improved. As a metal atom selected from transition metals, Cu, Fe, Ni and the like are preferable, and Cu is particularly preferable. The metal atom content in the carbon coat layer is preferably in the range of 0.1 to 10% by mass.

リチウムドープ及び炭素コートはどちらを先に行っても良く、又は、両者を同時に行っても良い。しかし、後述するように、先ず炭素コートを行い、次いでリチウムドープを溶融塩法により行うのが好ましい。   Either lithium doping or carbon coating may be performed first, or both may be performed simultaneously. However, as described later, it is preferable to first perform carbon coating and then perform lithium doping by a molten salt method.

ところで、メカニカルミリング法によってシリコン材料にリチウムドープする場合、シリコン材料に比較的大きな外力が作用する。したがって、予め炭素コートしたシリコン材料にメカニカルミリング法によるリチウムドープを施すと、外力により、炭素コート層に損傷等の劣化が生じる可能性がある。このため、リチウムドープの方法としてメカニカルミリング法を選択する場合には、リチウムドープ後に炭素コートを行うのが好ましい。   By the way, when lithium doping is performed on a silicon material by a mechanical milling method, a relatively large external force acts on the silicon material. Accordingly, when a silicon material previously coated with carbon is subjected to lithium doping by a mechanical milling method, the carbon coating layer may be deteriorated due to external force. For this reason, when the mechanical milling method is selected as the lithium doping method, carbon coating is preferably performed after lithium doping.

リチウムドープの方法として溶融塩法を選択する場合には、上記した外力による炭素コート層の劣化は生じ難い。この点を考慮すると、リチウムドープの方法として溶融塩法を採用する場合には、炭素コートとリチウムドープとのどちらを先に行っても良い。但し、後述するように、石英管等のSiO製容器を用いてリチウムドープしたシリコン材料に炭素コートする場合には、シリコン材料にドープされたリチウムと当該容器を構成するSiOとが反応してしまうおそれがある。この場合、電気的に不活性な反応生成物が生じる可能性があり、負極の容量低下の原因となりかねない。このため、炭素コートはリチウムドープの前に行うのが好ましい。 When the molten salt method is selected as the lithium doping method, the carbon coat layer is hardly deteriorated by the above-described external force. Considering this point, when the molten salt method is adopted as the lithium doping method, either carbon coating or lithium doping may be performed first. However, as described later, when carbon coating is performed on a lithium-doped silicon material using a SiO 2 container such as a quartz tube, lithium doped in the silicon material reacts with SiO 2 constituting the container. There is a risk that. In this case, an electrically inactive reaction product may be generated, which may cause a decrease in the capacity of the negative electrode. For this reason, carbon coating is preferably performed before lithium doping.

なお、本発明の製造方法には含まれないが、シリコン材料以外のSi含有負極活物質に同様の処理工程を施しても良い。この場合にも、炭素コート層及びリチウムドープにより、従来よりも機能の向上した負極材料を得ることができる。そしてこの場合にも同様に、炭素コート後に溶融塩法によるリチウムドープを行うことで、負極材料の機能性を更に向上させることが可能である。   Although not included in the manufacturing method of the present invention, the same treatment process may be applied to the Si-containing negative electrode active material other than the silicon material. Also in this case, the negative electrode material whose function is improved than before can be obtained by the carbon coat layer and lithium doping. In this case as well, the functionality of the negative electrode material can be further improved by performing lithium doping by a molten salt method after carbon coating.

本発明の負極材料は、リチウムイオン二次電池用の負極に使用することができる。以下、必要に応じて、本発明の負極材料を具備するリチウムイオン二次電池を本発明のリチウムイオン二次電池と呼ぶ。また、必要に応じて、負極と正極とを包括して電極と呼び、負極活物質と正極活物質とを包括して活物質と呼び、負極活物質層と正極活物質層とを包括して活物質層と呼ぶ。   The negative electrode material of the present invention can be used for a negative electrode for a lithium ion secondary battery. Hereinafter, the lithium ion secondary battery including the negative electrode material of the present invention is referred to as the lithium ion secondary battery of the present invention as necessary. In addition, if necessary, the negative electrode and the positive electrode are collectively referred to as an electrode, the negative electrode active material and the positive electrode active material are collectively referred to as an active material, and the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer are comprehensively included. Called the active material layer.

本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明の負極材料を具備する負極に加えて、正極、電解液及びセパレータを具備する。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode, an electrolytic solution, and a separator in addition to the negative electrode including the negative electrode material of the present invention.

負極は、集電体と、集電体の表面に結着させた負極活物質層を有する。   The negative electrode has a current collector and a negative electrode active material layer bound to the surface of the current collector.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。   The current collector refers to a chemically inert electronic conductor that keeps a current flowing through an electrode during discharge or charging of a lithium ion secondary battery. As the current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel, etc. Metal materials can be exemplified. The current collector may be covered with a known protective layer. What collected the surface of the electrical power collector by the well-known method may be used as an electrical power collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a linear shape, a rod shape, a mesh, or the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector. When the current collector is in the form of foil, sheet or film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

負極活物質層は、上記した負極材料を具備し、当該負極材料に含まれるシリコン材料を負極活物質として含有する。本発明のリチウムイオン二次電池は、負極活物質として、シリコン材料のみを含有しても良いし、黒鉛などの公知の負極活物質をシリコン材料と併用しても良い。   The negative electrode active material layer includes the above-described negative electrode material, and contains a silicon material contained in the negative electrode material as a negative electrode active material. The lithium ion secondary battery of this invention may contain only a silicon material as a negative electrode active material, and may use well-known negative electrode active materials, such as graphite, with a silicon material.

負極活物質層は、負極材料以外にも、必要に応じて導電助剤及び/又は結着剤を含む。   A negative electrode active material layer contains a conductive support agent and / or a binder as needed besides a negative electrode material.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。導電助剤としては化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)、および各種金属粒子などが例示される。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラックなどが例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。   The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive auxiliary agent may be added arbitrarily when the electrode conductivity is insufficient, and may not be added when the electrode conductivity is sufficiently excellent. The conductive auxiliary agent may be any chemically inert electronic high conductor such as carbon black, graphite, vapor grown carbon fiber (VGCF), and various metal particles. Illustrated. Examples of carbon black include acetylene black, ketjen black (registered trademark), furnace black, and channel black. These conductive assistants can be added to the active material layer alone or in combination of two or more.

活物質層中の導電助剤の配合割合は、質量比で、活物質:導電助剤=1:0.005〜1:0.5であるのが好ましく、1:0.01〜1:0.2であるのがより好ましく、1:0.03〜1:0.1であるのがさらに好ましい。導電助剤が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助剤が多すぎると活物質層の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The blending ratio of the conductive additive in the active material layer is preferably a mass ratio of active material: conductive additive = 1: 0.005 to 1: 0.5, and 1: 0.01 to 1: 0. .2 is more preferable, and 1: 0.03 to 1: 0.1 is even more preferable. This is because if the amount of the conductive auxiliary is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive auxiliary is too large, the moldability of the active material layer is deteriorated and the energy density of the electrode is lowered.

結着剤は、活物質や導電助剤を集電体の表面に繋ぎ止め、電極中の導電ネットワークを維持する役割を果たすものである。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ(メタ)アクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロースを例示することができる。これらの結着剤を単独で又は複数で採用すれば良い。   The binder plays a role of securing an active material or a conductive auxiliary agent to the surface of the current collector and maintaining a conductive network in the electrode. Examples of the binder include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, alkoxysilyl group-containing resins, poly ( Examples thereof include acrylic resins such as (meth) acrylic acid, styrene-butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose. These binders may be used singly or in plural.

その他、結着剤として、カルボキシル基等の親水基を有するポリマーを採用しても良い。親水基を有するポリマーを結着剤として具備する本発明のリチウムイオン二次電池は、より好適に容量を維持できる。親水基を有するポリマーとしては、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸などのカルボキシル基含有ポリマーを挙げることができる。結着剤としては、これらのカルボキシル基含有ポリマーをジアミンで架橋した架橋ポリマーや、カルボキシル基含有ポリマーとポリアミドイミドとの混合物又は反応物が好適である。この種の結着剤については、国際公開第2016/063882号に開示される方法で製造できかつ使用できる。   In addition, as the binder, a polymer having a hydrophilic group such as a carboxyl group may be employed. The lithium ion secondary battery of the present invention comprising a polymer having a hydrophilic group as a binder can maintain the capacity more suitably. Examples of the polymer having a hydrophilic group include carboxyl group-containing polymers such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid. As the binder, a cross-linked polymer obtained by cross-linking these carboxyl group-containing polymers with diamine, and a mixture or a reaction product of a carboxyl group-containing polymer and a polyamideimide are preferable. This type of binder can be produced and used by the method disclosed in WO2016 / 063882.

活物質層中の結着剤の配合割合は、質量比で、活物質:結着剤=1:0.001〜1:0.3であるのが好ましく、1:0.005〜1:0.2であるのがより好ましく、1:0.01〜1:0.15であるのがさらに好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The blending ratio of the binder in the active material layer is preferably a mass ratio of active material: binder = 1: 0.001 to 1: 0.3, and 1: 0.005 to 1: 0. .2 is more preferable, and 1: 0.01 to 1: 0.15 is still more preferable. This is because when the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and when the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に活物質を塗布すればよい。具体的には、活物質、溶剤、並びに必要に応じて結着剤及び/又は導電助剤を混合し、スラリーを調製する。上記溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。該スラリーを集電体の表面に塗布後、乾燥する。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。   In order to form an active material layer on the surface of the current collector, a current collecting method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method can be used. An active material may be applied to the surface of the body. Specifically, an active material, a solvent, and, if necessary, a binder and / or a conductive aid are mixed to prepare a slurry. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. The slurry is applied to the surface of the current collector and then dried. In order to increase the electrode density, the dried product may be compressed.

正極は、集電体と、集電体の表面に結着させた正極活物質層を有する。また、正極活物質層は正極活物質、並びに必要に応じて導電助剤及び/又は結着剤を含む。集電体、導電助剤及び結着剤に関しては上記の負極と同様である。   The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer bound to the surface of the current collector. Further, the positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and, if necessary, a conductive additive and / or a binder. The current collector, conductive additive and binder are the same as those of the negative electrode.

正極活物質としては、層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3) で表されるリチウム複合金属酸化物、LiMnOを挙げることができる。また、正極活物質として、LiMn、LiMn等のスピネル、及びスピネルと層状化合物の混合物で構成される固溶体、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。さらに、正極活物質として、LiFePOFなどのLiMPOF(Mは遷移金属)で表されるタボライト系化合物、LiFeBOなどのLiMBO(Mは遷移金属)で表されるボレート系化合物を挙げることができる。正極活物質として用いられるいずれの金属酸化物も上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能である。また、正極活物質として、充放電に寄与するリチウムイオンを含まない正極活物質材料、たとえば、硫黄単体、硫黄と炭素を複合化した化合物、TiSなどの金属硫化物、V、MnOなどの酸化物、ポリアニリン及びアントラキノン並びにこれら芳香族を化学構造に含む化合物、共役二酢酸系有機物などの共役系材料、その他公知の材料を用いることもできる。さらに、ニトロキシド、ニトロニルニトロキシド、ガルビノキシル、フェノキシルなどの安定なラジカルを有する化合物を正極活物質として採用してもよい。リチウムを含まない正極活物質材料を用いる場合には、上記した負極材料のリチウムドープに加えて、公知の方法により、さらに正極にリチウムドープを行っても良い。 As the positive electrode active material, the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1,0 ≦ e <1, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, At least one element selected from Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, and V, 1.7 ≦ f ≦ 3), a lithium mixed metal oxide represented by Li 2 MnO 3 can be mentioned. Further, as a positive electrode active material, a solid solution composed of a spinel such as LiMn 2 O 4 and Li 2 Mn 2 O 4 and a mixture of a spinel and a layered compound, LiMPO 4 , LiMVO 4, or Li 2 MSiO 4 (M in the formula) Are selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe). Furthermore, as the positive electrode active material, tavorite compound (the M a transition metal) LiMPO 4 F, such as LiFePO 4 F represented by, Limbo 3 such LiFeBO 3 (M is a transition metal) include borate-based compound represented by be able to. Any metal oxide used as the positive electrode active material may have the above composition formula as a basic composition, and a metal element contained in the basic composition may be substituted with another metal element. Further, as a positive electrode active material, a positive electrode active material that does not contain lithium ions that contribute to charge / discharge, for example, sulfur alone, a compound in which sulfur and carbon are combined, a metal sulfide such as TiS 2 , V 2 O 5 , MnO 2 and other oxides, polyaniline and anthraquinone, compounds containing these aromatics in the chemical structure, conjugated materials such as conjugated diacetate-based organic substances, and other known materials can also be used. Further, a compound having a stable radical such as nitroxide, nitronyl nitroxide, galvinoxyl, phenoxyl, etc. may be adopted as the positive electrode active material. When using a positive electrode active material that does not contain lithium, in addition to the above-described lithium doping of the negative electrode material, the positive electrode may be further doped with lithium by a known method.

高容量及び耐久性などに優れる点から、正極活物質として、層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3) で表されるリチウム複合金属酸化物を採用することが好ましい。 From the viewpoint of excellent and high capacity, and durability, as the positive electrode active material, the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1,0 ≦ e <1, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, At least one element selected from Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, V, 1.7 ≦ f ≦ 3) It is preferable to employ a lithium composite metal oxide.

上記一般式において、b、c、dの値は、上記条件を満足するものであれば特に制限はないが、0<b<1、0<c<1、0<d<1であるものが良く、また、b、c、dの少なくともいずれか一つが10/100<b<90/100、10/100<c<90/100、5/100<d<70/100の範囲であることが好ましく、20/100<b<80/100、12/100<c<70/100、10/100<d<60/100の範囲であることがより好ましく、30/100<b<70/100、15/100<c<50/100、12/100<d<50/100の範囲であることがさらに好ましい。   In the above general formula, the values of b, c, and d are not particularly limited as long as the above conditions are satisfied, but those in which 0 <b <1, 0 <c <1, 0 <d <1 are satisfied. And at least one of b, c, and d is in the range of 10/100 <b <90/100, 10/100 <c <90/100, 5/100 <d <70/100. More preferably, the ranges are 20/100 <b <80/100, 12/100 <c <70/100, 10/100 <d <60/100, 30/100 <b <70/100, More preferably, the ranges are 15/100 <c <50/100 and 12/100 <d <50/100.

a、e、fについては、上記一般式で規定する範囲内の数値であればよく、好ましくは0.5≦a≦1.5、0≦e<0.2、1.8≦f≦2.5、より好ましくは0.8≦a≦1.3、0≦e<0.1、1.9≦f≦2.1をそれぞれ例示することができる。   About a, e, and f, what is necessary is just a numerical value within the range prescribed | regulated by the said general formula, Preferably 0.5 <= a <= 1.5, 0 <= e <0.2, 1.8 <= f <= 2 0.5, more preferably 0.8 ≦ a ≦ 1.3, 0 ≦ e <0.1, 1.9 ≦ f ≦ 2.1, respectively.

電解液は、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質とを含んでいる。   The electrolytic solution includes a nonaqueous solvent and an electrolyte dissolved in the nonaqueous solvent.

非水溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類等が使用できる。環状エステル類としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状エステル類としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等を例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを例示できる。非水溶媒としては、上記具体的な溶媒の化学構造のうち一部又は全部の水素がフッ素に置換した化合物を採用しても良い。   As the non-aqueous solvent, cyclic esters, chain esters, ethers and the like can be used. Examples of cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, and gamma valerolactone. Examples of chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetic acid alkyl ester. Examples of ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane. As the non-aqueous solvent, a compound in which part or all of hydrogen in the chemical structure of the specific solvent is substituted with fluorine may be employed.

電解質としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を例示できる。 Examples of the electrolyte include lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .

電解液としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネートなどの非水溶媒に、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/Lから1.7mol/L程度の濃度で溶解させた溶液を例示できる。 As an electrolytic solution, 0.5 mol / L to 1.7 mol of a lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 in a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, and diethyl carbonate. A solution dissolved at a concentration of about / L can be exemplified.

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。   The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows lithium ions to pass while preventing a short circuit due to contact between the two electrodes. As separators, natural resins such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, polyaramid (Aromatic polymer), polyester, polyacrylonitrile and other polysaccharides, cellulose, amylose and other polysaccharides, fibroin, keratin, lignin and suberin Examples thereof include porous bodies, nonwoven fabrics, and woven fabrics using one or more electrically insulating materials such as polymers and ceramics. The separator may have a multilayer structure.

次に、リチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of a lithium ion secondary battery is demonstrated.

正極および負極でセパレータを挟持して電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、積層した正極、セパレータ及び負極を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までを、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に電解液を加えてリチウムイオン二次電池とするとよい。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、電極に含まれる活物質の種類に適した電圧範囲で充放電を実行すれば良い。   A separator is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode to form an electrode body. The electrode body may be any of a stacked type in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked, or a wound type in which a stacked positive electrode, a separator, and a negative electrode are provided. After connecting the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal connected to the outside using a current collecting lead or the like, an electrolyte is added to the electrode body to form a lithium ion secondary battery. Good. Moreover, the lithium ion secondary battery of this invention should just perform charging / discharging in the voltage range suitable for the kind of active material contained in an electrode.

本発明のリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。   The shape of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a laminate shape can be adopted.

本発明のリチウムイオン二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部にリチウムイオン二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、たとえば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。リチウムイオン二次電池を搭載する機器としては、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、風力発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び/又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び/又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。   The lithium ion secondary battery of the present invention may be mounted on a vehicle. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a lithium ion secondary battery for all or a part of its power source, and may be, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a lithium ion secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of lithium ion secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. Examples of devices equipped with lithium ion secondary batteries include various home appliances driven by batteries such as personal computers and portable communication devices, office devices, and industrial devices in addition to vehicles. Furthermore, the lithium ion secondary battery of the present invention includes wind power generation, solar power generation, hydroelectric power generation and other power system power storage devices and power smoothing devices, power supplies for ships and / or auxiliary power supply sources, aircraft, Power supply for spacecraft and / or auxiliary equipment, auxiliary power supply for vehicles that do not use electricity as a power source, power supply for mobile home robots, power supply for system backup, power supply for uninterruptible power supply, You may use for the electrical storage apparatus which stores temporarily the electric power required for charge in the charging station for electric vehicles.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.

以下に、実施例及び比較例などを示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited by these Examples.

(実施例1)
(負極材料の製造)
(シリコン材料製造工程)
氷浴中の36質量%HCl水溶液に、アルゴンガス雰囲気下、CaSiを加えて撹拌した。反応液を濾過し、残渣を蒸留水及びアセトンで洗浄し、さらに、減圧乾燥して、ポリシランを含む層状シリコン化合物を分離した。層状シリコン化合物をアルゴンガス雰囲気下、900℃で1時間加熱して、シリコン材料を得た。このシリコン材料をジェットミルNJ−30(株式会社アイシンナノテクノロジーズ)で粉砕して、粒子状のシリコン材料を得た。
Example 1
(Manufacture of negative electrode materials)
(Silicon material manufacturing process)
CaSi 2 was added to an aqueous 36% by mass HCl solution in an ice bath and stirred under an argon gas atmosphere. The reaction solution was filtered, the residue was washed with distilled water and acetone, and further dried under reduced pressure to separate the layered silicon compound containing polysilane. The layered silicon compound was heated at 900 ° C. for 1 hour under an argon gas atmosphere to obtain a silicon material. This silicon material was pulverized with a jet mill NJ-30 (Aisin Nano Technologies Co., Ltd.) to obtain a particulate silicon material.

(処理工程)
(コート工程)
シリコン材料製造工程で得た粒子状のシリコン材料をロータリーキルン型の反応器に入れ、プロパン−アルゴン混合ガス(プロパン20%、アルゴン80%)の通気下にて880℃、滞留時間3時間の条件で熱CVDを行った。反応器の炉芯管は、石英を材料とし、水平方向に配設され、回転速度は1rpmである。炉心管の内周壁には邪魔板が配設されており、回転に伴って邪魔板上に堆積した内容物が所定の高さになると邪魔板から落下するように構成されている。当該構成によって反応器内の内容物が撹拌される。3時間後、アルゴン通気下で12時間かけて25℃まで反応器を冷却し、篩過を行い、炭素被覆シリコン材料を得た。
(Processing process)
(Coating process)
Particulate silicon material obtained in the silicon material manufacturing process is put into a rotary kiln type reactor, and is kept under a condition of 880 ° C. and residence time of 3 hours under aeration of a propane-argon mixed gas (propane 20%, argon 80%). Thermal CVD was performed. The furnace core tube of the reactor is made of quartz and is disposed in the horizontal direction, and the rotation speed is 1 rpm. A baffle plate is disposed on the inner peripheral wall of the core tube, and the contents accumulated on the baffle plate with rotation are configured to fall from the baffle plate when reaching a predetermined height. With this configuration, the contents in the reactor are agitated. After 3 hours, the reactor was cooled to 25 ° C. over 12 hours under a stream of argon, and sieved to obtain a carbon-coated silicon material.

(溶融塩ドープ工程)
コート工程で得た炭素被覆シリコン材料75質量部と、水酸化リチウム一水和物25質量部と、の混合物を不活性雰囲気下にて850℃で加熱した。このときの温度は水酸化リチウムの融点よりも高く、炭素被覆シリコン材料の融点よりも低かったため、水酸化リチウムは溶融し、炭素被覆シリコン材料は溶融しなかった。したがって炭素被覆シリコン材料と溶融状態の水酸化リチウムとが接触し、水酸化リチウムに由来するリチウムが炭素被覆シリコン材料にドープされた。
(Molten salt dope process)
A mixture of 75 parts by mass of the carbon-coated silicon material obtained in the coating step and 25 parts by mass of lithium hydroxide monohydrate was heated at 850 ° C. in an inert atmosphere. Since the temperature at this time was higher than the melting point of lithium hydroxide and lower than the melting point of the carbon-coated silicon material, the lithium hydroxide melted and the carbon-coated silicon material did not melt. Therefore, the carbon-coated silicon material was in contact with the molten lithium hydroxide, and lithium derived from lithium hydroxide was doped into the carbon-coated silicon material.

以上の処理工程によって、炭素コート及びリチウムドープされた実施例1の負極材料を得た。この負極材料を1MのHClに入れ、1時間超音波洗浄した。その後水洗し、濾過、乾燥して以下のリチウムイオン二次電池の製造に用いた。   The negative electrode material of Example 1 which was carbon-coated and lithium-doped was obtained by the above treatment steps. This negative electrode material was placed in 1M HCl and subjected to ultrasonic cleaning for 1 hour. Thereafter, it was washed with water, filtered and dried, and used for the production of the following lithium ion secondary battery.

(リチウムイオン二次電池の製造)
負極材料として炭素被覆シリコン材料72.5質量部、導電助剤としてアセチレンブラック13.5質量部、結着剤としてポリアクリル酸と4,4’−ジアミノジフェニルメタンとの混合物14質量部、及び、適量のN−メチル−2−ピロリドンを混合して、スラリーを製造した。負極用集電体として銅箔を準備した。この銅箔の表面に、ドクターブレードを用いて、上記スラリーを膜状に塗布した。スラリーが塗布された銅箔を乾燥することでN−メチル−2−ピロリドンを除去し、その後ロールプレス機により、集電体と負極活物質層を強固に密着接合させた。これを減圧条件下、200℃で加熱乾燥して負極を製造した。なお、結着剤として用いたポリアクリル酸と4,4’−ジアミノジフェニルメタンとの混合物は、200℃での乾燥にて脱水反応が進行して、ポリアクリル酸を4,4’−ジアミノジフェニルメタンで架橋した架橋ポリマーに変化する。
(Manufacture of lithium ion secondary batteries)
72.5 parts by mass of a carbon-coated silicon material as a negative electrode material, 13.5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, 14 parts by mass of a mixture of polyacrylic acid and 4,4′-diaminodiphenylmethane as a binder, and an appropriate amount N-methyl-2-pyrrolidone was mixed to prepare a slurry. A copper foil was prepared as a negative electrode current collector. The slurry was applied in a film form on the surface of the copper foil using a doctor blade. The copper foil to which the slurry was applied was dried to remove N-methyl-2-pyrrolidone, and then the current collector and the negative electrode active material layer were firmly adhered and bonded by a roll press machine. This was heated and dried at 200 ° C. under reduced pressure to produce a negative electrode. The mixture of polyacrylic acid and 4,4′-diaminodiphenylmethane used as the binder undergoes a dehydration reaction by drying at 200 ° C., and polyacrylic acid is converted into 4,4′-diaminodiphenylmethane. It changes to a crosslinked polymer.

上記の手順で製造した負極を評価極として用い、リチウムイオン二次電池(ハーフセル)を作製した。対極は金属リチウム箔(厚さ500μm)とした。   A lithium ion secondary battery (half cell) was produced using the negative electrode produced by the above procedure as an evaluation electrode. The counter electrode was a metal lithium foil (thickness 500 μm).

対極をφ13mm、評価極をφ11mmに裁断し、セパレータ(ヘキストセラニーズ社製ガラスフィルター及びCelgard社製「Celgard2400」)を両極の間に介装して電極体とした。この電極体を電池ケース(CR2032型コイン電池用部材、宝泉株式会社製)に収容した。電池ケースには、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを1:1(体積比)で混合した混合溶媒にLiPFを1Mの濃度で溶解した非水電解液を注入し、電池ケースを密閉して、実施例1のリチウムイオン二次電池を製造した。 The counter electrode was cut to φ13 mm and the evaluation electrode was cut to φ11 mm, and a separator (Hoechst Celanese glass filter and Celgard “Celgard 2400”) was interposed between the two electrodes to form an electrode body. This electrode body was accommodated in a battery case (CR2032-type coin battery member, manufactured by Hosen Co., Ltd.). In the battery case, a nonaqueous electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1M was injected into a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a ratio of 1: 1 (volume ratio), and the battery case was hermetically sealed. The lithium ion secondary battery of Example 1 was manufactured.

(実施例2)
処理工程において溶融塩ドープ工程にかえてメカニカルミリングドープ工程によりリチウムドープを行ったこと、及び、コート工程をメカニカルミリングドープ工程後に行ったこと以外は、実施例1と同様の方法で実施例2の負極材料及びリチウムイオン二次電池を製造した。以下に実施例2の負極材料の製造方法におけるメカニカルミリングドープ工程を説明する。
(Example 2)
Example 2 was carried out in the same manner as in Example 1 except that lithium doping was performed by a mechanical milling dope process instead of the molten salt dope process in the treatment process and that the coating process was performed after the mechanical milling dope process. A negative electrode material and a lithium ion secondary battery were manufactured. Below, the mechanical milling dope process in the manufacturing method of the negative electrode material of Example 2 is demonstrated.

(メカニカルミリングドープ工程)
実施例1のシリコン材料製造工程と同じ工程により得られた粒子状のシリコン材料95質量部と、リチウム箔5質量部とをジルコニアポット内に入れ、ボールミルにて350rpmで20分間機械的に混合することで、リチウムがシリコン材料にドープされたリチウムドープシリコン材料を得た。
(Mechanical milling dope process)
95 parts by mass of particulate silicon material obtained by the same process as the silicon material production process of Example 1 and 5 parts by mass of lithium foil are placed in a zirconia pot and mechanically mixed at 350 rpm for 20 minutes in a ball mill. Thus, a lithium-doped silicon material in which lithium was doped into the silicon material was obtained.

上記のメカニカルミリングドープ工程後、実施例1と同じコート工程によって、リチウムドープシリコン材料に炭素コート層を形成し、実施例2の負極材料を得た。   After the mechanical milling dope step, a carbon coat layer was formed on the lithium-doped silicon material by the same coating step as in Example 1 to obtain the negative electrode material of Example 2.

(比較例1)
比較例1の負極材料の製造方法は、処理工程がコート工程のみを備えリチウムドープを行わなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で比較例1の負極材料及びリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 1)
The negative electrode material and the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the negative electrode material manufacturing method of Comparative Example 1 was provided with only a coating process and no lithium doping was performed. Manufactured.

(評価例1)
実施例1、実施例2及び比較例1のリチウムイオン二次電池について、温度25℃の条件下、0.2mAの一定電流にて、評価極の対極に対する電圧が0.01Vになるまで充電を行い、次いで、評価極の対極に対する電圧が1Vになるまで放電を行う方法で、初期充放電を行った。
(Evaluation example 1)
The lithium ion secondary batteries of Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 were charged at a constant current of 0.2 mA under the condition of a temperature of 25 ° C. until the voltage with respect to the counter electrode of the evaluation electrode became 0.01V. Then, initial charging / discharging was performed by a method of discharging until the voltage of the counter electrode with respect to the counter electrode reached 1V.

初期放電容量を初期充電容量で除した値を初期効率として算出し、結果を表1に示す。なお、当該評価例1では、評価極にLiを吸蔵させることを充電といい、評価極からLiを放出させることを放電という。   A value obtained by dividing the initial discharge capacity by the initial charge capacity was calculated as the initial efficiency, and the results are shown in Table 1. In Evaluation Example 1, charging the evaluation electrode with Li is referred to as charging, and discharging Li from the evaluation electrode is referred to as discharging.

実施例1及び実施例2のリチウムイオン二次電池は、比較例1のリチウムイオン二次電池に比べて、初期効率に優れていた。この結果から、本発明の負極材料がリチウムイオン二次電池の負極材料として好適であることが裏付けられた。   The lithium ion secondary batteries of Example 1 and Example 2 were superior to the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 in initial efficiency. From this result, it was confirmed that the negative electrode material of the present invention is suitable as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery.

なお、実施例1のリチウムイオン二次電池の初期充電容量は1200mAh/gであり、実施例2のリチウムイオン二次電池の初期充電容量1030mAh/gに比べて非常に高い値であった。この結果から、本発明の製造方法においては、コート工程後に溶融塩ドープ工程を行うのが好ましいと言える。その理由を以下に考察する。   The initial charge capacity of the lithium ion secondary battery of Example 1 was 1200 mAh / g, which was a very high value compared to the initial charge capacity of 1030 mAh / g of the lithium ion secondary battery of Example 2. From this result, it can be said that it is preferable to perform the molten salt dope process after the coating process in the production method of the present invention. The reason is discussed below.

(評価例2)
実施例2の負極材料をエネルギー分散型X線分析(EDS:Energy dispersive X−ray spectrometry)により元素分析した。実施例2の負極材料のSEM像を図1に示し、実施例2の負極材料のEDS分析結果を図2〜図4に示す。図2〜図4は、図1と同位置における実施例2の負極材料の元素分析の結果である。詳しくは、図2はSiに関する分析結果であり、図中淡色の部分はSiの存在する部分である。図3はOに関する分析結果であり、図中淡色の部分はOの存在する部分である。図4はCに関する分析結果であり、図中淡色の部分はCの存在する部分である。
(Evaluation example 2)
The negative electrode material of Example 2 was subjected to elemental analysis by energy dispersive X-ray spectrometry (EDS: Energy Dispersive X-ray spectroscopy). The SEM image of the negative electrode material of Example 2 is shown in FIG. 1, and the EDS analysis results of the negative electrode material of Example 2 are shown in FIGS. 2 to 4 are the results of elemental analysis of the negative electrode material of Example 2 at the same position as FIG. Specifically, FIG. 2 shows an analysis result regarding Si, and a light-colored portion in the drawing is a portion where Si is present. FIG. 3 shows an analysis result regarding O, and a light-colored portion in the drawing is a portion where O exists. FIG. 4 shows an analysis result regarding C, and a light-colored portion in the drawing is a portion where C exists.

図2〜図4に示すように、メカニカルミリング法によってリチウムドープしたシリコン材料に更に炭素コートした実施例2の負極材料では、負極材料の表面にCが多く存在し、負極材料の内部はほぼSiで構成されている。また、負極材料の表面を構成するCよりもやや内側にはSiとともにOが多く存在している。このため、実施例2の負極材料の表面は炭素コート層で構成され、内部はSiで構成され、内部のSiと外部の炭素コート層との間にはSi及びOで構成される層が形成されていると考えられる。このSi及びOで構成される層は、LiSiOではないかと推測される。 As shown in FIGS. 2 to 4, in the negative electrode material of Example 2 in which carbon material was further coated on lithium-doped silicon material by a mechanical milling method, a large amount of C was present on the surface of the negative electrode material, and the inside of the negative electrode material was substantially Si. It consists of In addition, a large amount of O is present together with Si on the inner side of C constituting the surface of the negative electrode material. For this reason, the surface of the negative electrode material of Example 2 is composed of a carbon coat layer, the interior is composed of Si, and a layer composed of Si and O is formed between the internal Si and the external carbon coat layer. It is thought that. The layer composed of Si and O is presumed to be Li 2 SiO 3 .

実施例2の負極材料を製造する際は、メカニカルミリングドープ工程後にコート工程を行った。リチウムドープシリコン材料は石英管に入れられる際に大気に曝された。したがって、リチウムドープシリコン材料が大気中の酸素によって酸化されたことが、実施例2のリチウムイオン二次電池の容量低下の一因となり得ると考えられる。また、コート工程は900℃近い高温下で行われるため、石英管に由来するSiOがリチウムドープシリコン材料に含まれるリチウムと反応してリチウムドープシリコン材料側に移動し、LiSiOが生成した蓋然性が高い。 When manufacturing the negative electrode material of Example 2, the coating process was performed after the mechanical milling dope process. The lithium-doped silicon material was exposed to the atmosphere when placed in a quartz tube. Therefore, it is considered that the lithium-doped silicon material is oxidized by oxygen in the atmosphere, which may contribute to the capacity reduction of the lithium ion secondary battery of Example 2. In addition, since the coating process is performed at a high temperature close to 900 ° C., SiO 2 derived from the quartz tube reacts with lithium contained in the lithium-doped silicon material and moves to the lithium-doped silicon material side to produce Li 2 SiO 3. The probability is high.

LiSiOは負極活物質として機能しないため、当該LiSiOを多く含む実施例2のリチウムイオン二次電池は、実施例1のリチウムイオン二次電池に比べて低い初期充電容量を示したと考えられる。この結果から、本発明の製造方法においては、コート工程後に溶融塩ドープ工程を行うのが好ましいと言える。 Since Li 2 SiO 3 does not function as a negative electrode active material, the lithium ion secondary battery of Example 2 containing a large amount of Li 2 SiO 3 exhibits a lower initial charge capacity than the lithium ion secondary battery of Example 1. It is thought. From this result, it can be said that it is preferable to perform the molten salt dope process after the coating process in the production method of the present invention.

なお、実施例1の製造方法においては、コート工程後に溶融塩ドープ工程を行ったため、コート工程の際にはシリコン材料の近傍にはリチウムが存在せず、上述した石英管に由来するSiOとリチウムドープシリコン材料に含まれるリチウムとの反応は生じなかった。このため、実施例1の負極材料におけるLiSiOの含有量は少ないと考えられる。そしてその結果、実施例1のリチウムイオン二次電池は初期容量に優れると考えられる。 In addition, in the manufacturing method of Example 1, since the molten salt dope process was performed after the coating process, lithium does not exist in the vicinity of the silicon material in the coating process, and SiO 2 derived from the quartz tube described above and Reaction with lithium contained in the lithium-doped silicon material did not occur. For this reason, it is considered that the content of Li 2 SiO 3 in the negative electrode material of Example 1 is small. As a result, the lithium ion secondary battery of Example 1 is considered to be excellent in initial capacity.

Claims (3)

複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料に炭素コート及びリチウムドープする処理工程を有する、負極材料の製造方法。   A method for producing a negative electrode material, comprising a treatment step of carbon coating and lithium doping on a silicon material having a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. 前記処理工程は、前記シリコン材料と溶融状態のリチウム源とを接触させる溶融塩法によって前記シリコン材料にリチウムドープする、請求項1に記載の負極材料の製造方法。   2. The method for producing a negative electrode material according to claim 1, wherein in the treatment step, the silicon material is lithium-doped by a molten salt method in which the silicon material is brought into contact with a molten lithium source. 前記処理工程は、
前記シリコン材料に炭素コートするコート工程と、
前記コート工程後に、炭素コートされた前記シリコン材料と溶融状態のリチウム源とを接触させる溶融塩法によって炭素コートされた前記シリコン材料にリチウムドープする溶融塩ドープ工程と、を有する、請求項1又は請求項2に記載の負極材料の製造方法。
The processing step includes
A coating step of carbon coating the silicon material;
A molten salt doping step of lithium-doping the silicon material carbon-coated by a molten salt method in which the carbon-coated silicon material is brought into contact with a molten lithium source after the coating step. The manufacturing method of the negative electrode material of Claim 2.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111653766A (en) * 2020-06-15 2020-09-11 郑州大学 Lignin and metal atom co-doped MnO for anode of water-based zinc ion battery2Material, preparation method and application thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011222153A (en) * 2010-04-05 2011-11-04 Shin Etsu Chem Co Ltd Negative electrode material for nonaqueous secondary battery and its manufacturing method, and lithium ion secondary battery
JP2011222151A (en) * 2010-04-05 2011-11-04 Shin Etsu Chem Co Ltd Negative electrode material for nonaqueous secondary battery and method for producing the material, and lithium ion secondary battery
JP2014220216A (en) * 2013-05-10 2014-11-20 帝人株式会社 Composite particle for nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2015182123A1 (en) * 2014-05-29 2015-12-03 株式会社豊田自動織機 Silicon material and secondary cell negative electrode

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011222153A (en) * 2010-04-05 2011-11-04 Shin Etsu Chem Co Ltd Negative electrode material for nonaqueous secondary battery and its manufacturing method, and lithium ion secondary battery
JP2011222151A (en) * 2010-04-05 2011-11-04 Shin Etsu Chem Co Ltd Negative electrode material for nonaqueous secondary battery and method for producing the material, and lithium ion secondary battery
JP2014220216A (en) * 2013-05-10 2014-11-20 帝人株式会社 Composite particle for nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2015182123A1 (en) * 2014-05-29 2015-12-03 株式会社豊田自動織機 Silicon material and secondary cell negative electrode

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111653766A (en) * 2020-06-15 2020-09-11 郑州大学 Lignin and metal atom co-doped MnO for anode of water-based zinc ion battery2Material, preparation method and application thereof
CN111653766B (en) * 2020-06-15 2022-10-04 郑州大学 Lignin and metal atom co-doped MnO for anode of water-based zinc ion battery 2 Material, preparation method and application thereof

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