JP2019119638A - Silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane, silicone oxide structure, and manufacturing method therefor - Google Patents

Silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane, silicone oxide structure, and manufacturing method therefor Download PDF

Info

Publication number
JP2019119638A
JP2019119638A JP2017254486A JP2017254486A JP2019119638A JP 2019119638 A JP2019119638 A JP 2019119638A JP 2017254486 A JP2017254486 A JP 2017254486A JP 2017254486 A JP2017254486 A JP 2017254486A JP 2019119638 A JP2019119638 A JP 2019119638A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
acid
containing hydrogen
nanoparticle
silicon oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017254486A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6986201B2 (en
Inventor
浩綱 山田
Hirotsuna Yamada
浩綱 山田
哲朗 木崎
Tetsuro Kizaki
哲朗 木崎
三和子 西村
Miwako Nishimura
三和子 西村
義人 高野
Yoshihito Takano
義人 高野
正一 近藤
Shoichi Kondo
正一 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JNC Corp
JNC Petrochemical Corp
Original Assignee
JNC Corp
JNC Petrochemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JNC Corp, JNC Petrochemical Corp filed Critical JNC Corp
Priority to JP2017254486A priority Critical patent/JP6986201B2/en
Publication of JP2019119638A publication Critical patent/JP2019119638A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6986201B2 publication Critical patent/JP6986201B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

To provide an anode material for secondary battery capable of further excellent capacity maintenance rate in a secondary battery, an anode active material for secondary battery, an anode for secondary battery, and a secondary battery.SOLUTION: There is provided a silicon oxide structure containing a silicon oxide skeleton containing Si and O in an atom composition, and a silicon-based nanoparticle chemically binding to the silicon oxide skeleton as constitutional elements, and having 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 of less than 3.0 μm.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、二次集合体の粒度が所定の範囲に制御されたシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン及びケイ素酸化物構造体、並びにそれらの製造方法に関する。さらには、上記ケイ素酸化物構造体を含む、二次電池用負極活物質、当該負極活物質を含む二次電池用負極、当該二次電池用負極を備えた二次電池に関する。   The present invention relates to silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane and silicon oxide structures in which the particle size of secondary aggregates is controlled within a predetermined range, and a method for producing them. Furthermore, the present invention relates to a negative electrode active material for a secondary battery including the silicon oxide structure, a negative electrode for a secondary battery including the negative electrode active material, and a secondary battery including the negative electrode for a secondary battery.

リチウムイオン二次電池の開発及び進展は、1985年に吉野らによって開発されたリチウムイオン二次電池基本技術の創出に始まる(特許文献1)。このリチウムイオン二次電池は、正極においてリチウムイオンを放出し得るリチウム化合物(正極活物質)を用い、負極にはリチウムイオンを吸蔵及び放出できる炭素質材料を用いたものである。そして、この二次電池が開発されて以来、これまでに様々なタイプのリチウムイオン二次電池が開発されている。
特に、近年では、急速な電子機器や通信機器の発展、それら機器の小型化や軽量化のニーズ並びにハイブリッド自動車等のエコカーの普及に伴い、より高容量や高寿命など電池特性に優れた二次電池の開発が益々求められている。このような電池特性に優れた二次電池の開発においては負極の改良に注目した技術開発も盛んである。
The development and progress of the lithium ion secondary battery starts with the creation of the basic technology of the lithium ion secondary battery developed by Yoshino et al. In 1985 (Patent Document 1). This lithium ion secondary battery uses a lithium compound (positive electrode active material) capable of releasing lithium ions at the positive electrode, and uses a carbonaceous material capable of absorbing and releasing lithium ions at the negative electrode. And since this secondary battery was developed, various types of lithium ion secondary batteries have been developed so far.
In particular, in recent years, with the rapid development of electronic devices and communication devices, the need for downsizing and weight reduction of such devices, and the spread of eco cars such as hybrid vehicles, a secondary having excellent battery characteristics such as higher capacity and longer life. There is a growing demand for battery development. In the development of secondary batteries excellent in such battery characteristics, technological development focusing on the improvement of the negative electrode is also active.

負極に注目した技術としては、例えば、特許文献2に開示される負極活物質が挙げられる。特許文献2に開示される負極活物質は、具体的にはケイ素と酸素を含むケイ素酸化物であるが、特にケイ素に対する酸素の原子比が0〜2であり、CuKα線を用いたX線回折において所定のパターンを有することを特徴とするものである。より具体的には、マイクロメートルスケールのSiO粒子を、アルゴン雰囲気等の非酸化雰囲気中又は減圧下において所定の温度領域で熱処理し、さらに粒子表面に多量に存在するSiO量を低減させて電子伝導性を高めることを目的としてフッ素含有化合物やアルカリ水溶液と反応させる工程を設け、上記所定の計測パターンで特定されるケイ素酸化物を取得している。特許文献2においては、このような負極活物質によれば、良好な充放電サイクル性能を得ることが示唆されている。 As a technique which paid its attention to the negative electrode, the negative electrode active material disclosed by patent document 2 is mentioned, for example. The negative electrode active material disclosed in Patent Document 2 is specifically a silicon oxide containing silicon and oxygen, and in particular, the atomic ratio of oxygen to silicon is 0 to 2, and X-ray diffraction using CuKα ray In the above, it has a predetermined pattern. More specifically, SiO particles of micrometer scale are heat-treated in a predetermined temperature range in a non-oxidizing atmosphere such as argon atmosphere or under reduced pressure to further reduce the amount of SiO 2 present in large amounts on the surface of the particles to thereby obtain electrons. A step of reacting with a fluorine-containing compound or an alkaline aqueous solution is provided for the purpose of enhancing conductivity, and the silicon oxide specified by the above-mentioned predetermined measurement pattern is obtained. Patent Document 2 suggests that such a negative electrode active material can provide good charge / discharge cycle performance.

さらに、特許文献3には、X線光電子スペクトルにおいて所定の結合エネルギーや所定のシリコンピーク等を示す非晶質シリコン酸化物が記載されており、これを含む負極活物質並びにその製造方法が開示されている。この非晶質シリコン酸化物は、SiO(0<x<2)で表示されるとあるが、具体的には、シラン化合物を酸触媒下でゾル/ゲル反応させることにより取得した水素ポリシルセスキオキサンの焼成物である。特許文献3には、このような負極活物質を用いることで優れた充放電特性が発揮されることが示唆されている。なお、特許文献3では、SiO(0<x<2)で表示される非晶質シリコン酸化物を採用することが記載されているものの、水素ポリシルセスキオキサンに加えて別のケイ素材料を添加することを何ら記載も示唆もしていない。したがって、特許文献3には、事実上、x<1.5であるSiOのケイ素酸化物並びにその製法は開示されていないに等しい。 Furthermore, Patent Document 3 describes an amorphous silicon oxide that exhibits a predetermined binding energy, a predetermined silicon peak, and the like in an X-ray photoelectron spectrum, and a negative electrode active material including the same and a method for producing the same are disclosed. ing. Although this amorphous silicon oxide is expressed as SiO x (0 <x <2), specifically, hydrogen polysil obtained by sol / gel reaction of a silane compound under an acid catalyst It is a baked product of sesquioxane. Patent Document 3 suggests that excellent charge / discharge characteristics are exhibited by using such a negative electrode active material. Although Patent Document 3 describes that amorphous silicon oxide represented by SiO x (0 <x <2) is adopted, another silicon material is added in addition to hydrogen polysilsesquioxane. There is no mention or suggestion to add. Therefore, Patent Document 3 is substantially equivalent to the silicon oxide of SiO x where x <1.5 and the method for producing the same.

さらに、特許文献4には、ケイ素を含むコアと、該コアの表面に形成されたシリコンナノ粒子とを含む、非炭素系リチウムイオン二次電池用負極活物質及びその製造方法が開示されている。具体的には、特許文献4に記載の負極活物質は、シリコン酸化物(SiO)とシリコンナノ粒子とを、カルボキシメチルセルロースや分散剤を添加した水溶液中において分散し、さらにボールミリング等の機械的撹拌手法を用いて混合し、その後、乾燥処理を通して溶媒を除去することによりシリコン酸化物の表面にシリコンナノ粒子を付着させている。特許文献4においては、このようなシリコン酸化物の構成によれば、初期充電の際に発生するリチウムと酸素による非可逆反応の初期効率低下を抑制し、さらに充放電時における体積膨張率の増加を防止できるものと言及されている。   Further, Patent Document 4 discloses a negative electrode active material for non-carbon-based lithium ion secondary batteries, which includes a core containing silicon and silicon nanoparticles formed on the surface of the core, and a method for producing the same. . Specifically, in the negative electrode active material described in Patent Document 4, silicon oxide (SiO) and silicon nanoparticles are dispersed in an aqueous solution to which carboxymethyl cellulose or a dispersing agent is added, and mechanical such as ball milling is further performed. The silicon nanoparticles are attached to the surface of the silicon oxide by mixing using a stirring method and then removing the solvent through a drying process. In Patent Document 4, according to the configuration of such a silicon oxide, the decrease in the initial efficiency of the irreversible reaction due to lithium and oxygen generated at the time of initial charge is suppressed, and the increase in volume expansion coefficient at the time of charge and discharge It is mentioned that it can prevent.

加えて、特許文献5においては、中国の特許文献であるが、ナノスケールのシリコン粒子の表面に対して、シランカップリング剤の加水分解/カップリング反応、並びに400〜600℃及び2〜5時間の焼結プロセスを介し、SiO被膜を形成させることにより得られる負極活物質が開示されているものと思料する。特許文献5には、このような負極活物質の構成によれば、負極の体積膨張によるサイクル安定性の阻害を防止し得ることが示唆されているものと思われる。なお、特許文献5によれば、特許文献5のシランカップリング剤は有機系官能基を含むものであることが窺え、その結果、SiO被膜には炭素が含まれている可能性が高い。   In addition, Patent Document 5 is a Chinese patent document, but the hydrolysis / coupling reaction of a silane coupling agent to the surface of nanoscale silicon particles, and 400 to 600 ° C. and 2 to 5 hours The negative electrode active material obtained by forming a SiO film through the sintering process of It is thought that Patent Document 5 suggests that such a negative electrode active material configuration can prevent inhibition of cycle stability due to volume expansion of the negative electrode. According to Patent Document 5, it can be said that the silane coupling agent of Patent Document 5 contains an organic functional group, and as a result, there is a high possibility that carbon is contained in the SiO film.

特開昭62−90863号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-90863 特開2004−71542号公報JP 2004-71542 A 特開2008−171813号公報JP, 2008-171813, A 特開2016−514898号公報JP, 2016-514898, A CN105514382ACN105514382A

ところで、本発明者らは、これまでに、従来の負極材と比較してよりバランス良く各種電池性能を保持すると共により実用性の高い負極活物質を提供することを目的として研究開発に取り組んだ結果、実用に耐え得る程度にバランスが良くかつ良好な電池特性を示す負極活物質を開発した。本出願人らは、既に同発明について特許出願も完了している(特願2016−129861及び特願2017−2953)。具体的に、特願2016−129861明細書に記載される技術は、シリコン系ナノ粒子から構成され、シリコンナノ粒子と水素ポリシルセスキオキサン由来のケイ素酸化物構造とが化学的結合を有し、Si−H結合並びに所定のケイ素(Si)/酸素(O)/水素(H)の原子組成を有し、かつ本質的に炭素を含まないシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物を負極材原料として用いる技術である。   By the way, the present inventors worked on research and development for the purpose of providing a more practical negative electrode active material while maintaining various battery performances in a more balanced manner than conventional negative electrode materials. As a result, we have developed a negative electrode active material that exhibits well-balanced and good battery characteristics to the extent that it can withstand practical use. Applicants have already completed patent applications for the same invention (Japanese Patent Application No. 2016-129861 and Japanese Patent Application No. 2017-2953). Specifically, the technology described in Japanese Patent Application No. 2016-129861 is composed of silicon-based nanoparticles, and silicon nanoparticles and a silicon oxide structure derived from hydrogen polysilsesquioxane have a chemical bond. , A silicon-based nanoparticle-containing hydrogen-polysilsesquioxane fired product having an atomic composition of Si-H bond and predetermined silicon (Si) / oxygen (O) / hydrogen (H) and containing essentially no carbon It is a technique which uses as a negative electrode material material.

本発明者らは、上記技術の実用化に向け更に優れた電池特性を発揮し得る負極材料を探索する中で、負極材料の化学組成のみならず所定の物理構造に着目することにより、電池特性の中でもとりわけ容量維持率において更に優れた特性を発揮できる負極材を作製できることを見出した。本発明は、係る知見に基づいて完成されたものである。即ち、本発明の課題は、二次電池において更に優れた容量維持率を発揮できる二次電池用負極材、並びにこれを用いた二次電池用負極活物質、二次電池用負極及び二次電池を提供することにある。   The present inventors are searching for a negative electrode material capable of exhibiting further excellent battery characteristics toward practical use of the above-described technology, and focusing on not only the chemical composition of the negative electrode material but also a predetermined physical structure, the battery characteristics In particular, it has been found that a negative electrode material capable of exhibiting further excellent characteristics in capacity retention rate can be manufactured. The present invention has been completed based on such findings. That is, the object of the present invention is to provide a negative electrode material for a secondary battery capable of exhibiting a further excellent capacity retention ratio in a secondary battery, and a negative electrode active material for a secondary battery using the same, a negative electrode for a secondary battery and a secondary battery To provide.

上記課題を解決するために、本発明の一の態様によれば、以下のケイ素酸化物構造体が提供される。
[1]原子組成においてSiとOとを含むケイ素酸化物骨格と、
該ケイ素酸化物骨格に化学的に結合したシリコン系ナノ粒子と、
を構成要素として含んでなり、
粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径 D50が3.0μm未満である、
ケイ素酸化物構造体。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, the following silicon oxide structure is provided.
[1] Silicon oxide skeleton containing Si and O in atomic composition,
Silicon-based nanoparticles chemically bonded to the silicon oxide skeleton;
Contains as a component,
50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in the particle size distribution is less than 3.0 μm,
Silicon oxide structure.

[2]上記シリコン系ナノ粒子が一次粒子として集合した二次集合体が形成されている、[1]に記載のケイ素酸化物構造体。
[3]Si−H結合を有する、[1]又は[2]に記載のケイ素酸化物構造体。
[2] The silicon oxide structure according to [1], wherein a secondary aggregate in which the silicon-based nanoparticles are collected as primary particles is formed.
[3] The silicon oxide structure according to [1] or [2], having a Si-H bond.

[4]一般式SiOx2y2(0<x2<2、0<y2<0.35)で表される原子組成を有する、[1]〜[3]の何れか1つに記載のケイ素酸化物構造体。
[5]一般式SiOx2y2(0.3<x2<1.5、0.01<y2<0.35)で表わされる原子組成を有し、かつSi−H結合を有する、[1]〜[4]の何れか1つに記載のケイ素酸化物構造体。
[6]本質的に炭素を含まない、[1]〜[5]の何れか1つに記載のケイ素酸化物構造体。
[7]上記シリコン系ナノ粒子の体積基準平均粒径が10nm〜500nmである、[1]〜[6]の何れか1つに記載のケイ素酸化物構造体。
[8]上記シリコン系ナノ粒子を5〜65質量%含有する、[1]〜[7]の何れか1つに記載のケイ素酸化物構造体。
[4] The silicon oxide according to any one of [1] to [3], having an atomic composition represented by the general formula SiO x 2 H y 2 (0 <x2 <2, 0 <y2 <0.35) Object structure.
[5] It has an atomic composition represented by the general formula SiO x 2 H y 2 (0.3 <x2 <1.5, 0.01 <y2 <0.35), and has a Si—H bond, [1] The silicon oxide structure according to any one of [4].
[6] The silicon oxide structure according to any one of [1] to [5], which is essentially free of carbon.
[7] The silicon oxide structure according to any one of [1] to [6], wherein the volume-based average particle diameter of the silicon-based nanoparticle is 10 nm to 500 nm.
[8] The silicon oxide structure according to any one of [1] to [7], containing 5 to 65% by mass of the silicon-based nanoparticle.

[9]赤外分光法により測定したスペクトルにおいて、820〜920cm−1にあるSi−H結合に由来するピーク1の強度(I)と1000〜1200cm−1にあるSi−O−Si結合に由来するピーク2の強度(I)の比(I/I)が0.01〜0.35の範囲にある、[1]〜[8]の何れか1つに記載のケイ素酸化物構造体。
[10]赤外分光法により測定したスペクトルにおいて、Si−O−Si結合に由来するピークのうち、1170cm−1付近の(ピーク2−1)の強度(I2−1)と1070cm−1付近のピーク(ピーク2−2)の強度(I2−2)の比(I2−1/I2−2)が1を超える、[1]〜[9]の何れか1つに記載のケイ素酸化物構造体。
[11]上記50%累積質量粒子径分布直径 D50が2.0μm以下である、[1]〜[10]の何れか1つに記載のケイ素酸化物構造体。
[9] In the spectrum measured by infrared spectroscopy, the Si-O-Si bond in 1000 to 1200 -1 and the intensity of peak 1 (I 1) derived from Si-H bonds in 820~920Cm -1 The silicon oxide according to any one of [1] to [8], wherein the ratio (I 1 / I 2 ) of the intensity (I 2 ) of peak 2 derived therefrom is in the range of 0.01 to 0.35. Structure.
[10] In the spectrum measured by infrared spectroscopy, of the peak attributable to the bond of Si-O-Si, 1170Cm strength (peak 2-1) in the vicinity of -1 (I 2-1) and 1070cm around -1 the silicon of the peak ratio of the intensity of the (peak 2-2) (I 2-2) (I 2-1 / I 2-2) is greater than 1, according to any one of [1] to [9] Oxide structure.
[11] The silicon oxide structure according to any one of [1] to [10], wherein the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 is 2.0 μm or less.

さらに、本発明の別の態様によれば、以下の二次電池用負極活物質が提供される。
[12][1]〜[11]の何れか1つに記載のケイ素酸化物構造体を含む、二次電池用負極活物質。
Furthermore, according to another aspect of the present invention, the following negative electrode active material for a secondary battery is provided.
[12] A negative electrode active material for a secondary battery, comprising the silicon oxide structure according to any one of [1] to [11].

さらに、本発明の更なる別の態様によれば、以下の二次電池用負極が提供される。
[13][12]に記載の二次電池用負極活物質を含む、二次電池用負極。
Furthermore, according to the further another aspect of this invention, the following negative electrode for secondary batteries is provided.
The negative electrode for secondary batteries containing the negative electrode active material for secondary batteries as described in [13] [12].

さらに、本発明の更なる別の態様によれば、以下の二次電池が提供される。
[14][13]に記載の二次電池用負極を備えた、二次電池。
Furthermore, according to still another aspect of the present invention, the following secondary battery is provided.
[14] A secondary battery comprising the negative electrode for a secondary battery according to [13].

さらに加えて、本発明の更なる別の態様によれば、以下のケイ素酸化物構造体の製造方法が提供される。
[15]以下の工程(A)及び(B)を含む、[1]から[11]の何れか1つに記載のケイ素酸化物構造体を製造する方法:
(A)pH2.95以上の条件及びシリコン系ナノ粒子の存在下で、以下の一般式(1)で示されるケイ素化合物を加水分解および縮合反応させ、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを生成すること、
HSi(R) (1)
(式中、Rは、それぞれ同一あるいは異なる、ハロゲン、水素、炭素数1〜10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6〜20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7〜30の置換または非置換のアリールアルコキシから選択される基である。但し、炭素数1〜10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6〜20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7〜30の置換または非置換のアリールアルコキシにおいて、任意の水素はハロゲンで置換されていてもよい。);並びに
(B)上記シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを焼成することにより、上記ケイ素酸化物構造体を取得すること。
Furthermore, according to still another aspect of the present invention, the following method for producing a silicon oxide structure is provided.
[15] A method for producing a silicon oxide structure according to any one of [1] to [11], comprising the following steps (A) and (B):
(A) Hydrolysis and condensation reaction of a silicon compound represented by the following general formula (1) under the conditions of pH 2.95 or higher and in the presence of silicon-based nanoparticles, silicon-based nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane To generate
HSi (R) 3 (1)
(Wherein R represents identical or different, respectively, halogen, hydrogen, substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbons, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbons, and 7 to 30 carbons) It is a group selected from substituted or unsubstituted arylalkoxy, provided that substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbon atoms, and 7 to 30 carbon atoms In the substituted or unsubstituted arylalkoxy of the above, any hydrogen may be substituted with a halogen); and (B) the silicon oxidation by firing the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane. Get the object structure.

[16]工程(A)において、pH3.0〜7.0の条件で上記ケイ素化合物の加水分解および縮合反応を行う、[15]に記載の方法。
[17]工程(A)において、pHが3.0以上となるように酸を添加したシリコン系ナノ粒子の分散液に上記ケイ素化合物を添加し、該ケイ素化合物の加水分解および縮合反応を行う、[15]又は[16]に記載の方法。
[18]上記酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、クエン酸、塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸からなる群から選択される少なくとも1つである、[17]に記載の方法。
[16] The method according to [15], wherein the hydrolysis and condensation reaction of the silicon compound is carried out in the step (A) under conditions of pH 3.0 to 7.0.
[17] In the step (A), the silicon compound is added to a dispersion of silicon-based nanoparticles to which an acid has been added so that the pH is 3.0 or more, and the silicon compound is hydrolyzed and condensed. The method as described in [15] or [16].
[18] The method according to [17], wherein the acid is at least one selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, citric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid.

[19]上記酸が、塩酸又は酢酸である、[17]又は[18]に記載の方法。
[20]工程(B)が、非酸化性雰囲気下及び600℃〜900℃の温度で行われる、[15]〜[19]の何れか1つに記載の方法。
[21]上記非酸化性雰囲気が、水素ガス雰囲気、又は2容積%以上の水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気である、[21]に記載の方法。
[22]上記シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンは、一般式SiOx1y1(0.25<x1<1.35、0.16<y1<0.90)で表わされる原子組成を有し、上記シリコン系ナノ粒子表面と水素ポリシルセスキオキサンとの間に化学的な結合を有する、[15]〜[21]の何れか1つに記載の方法。
[19] The method according to [17] or [18], wherein the acid is hydrochloric acid or acetic acid.
[20] The method according to any one of [15] to [19], wherein the step (B) is performed under a non-oxidizing atmosphere and at a temperature of 600 ° C to 900 ° C.
[21] The method according to [21], wherein the non-oxidizing atmosphere is a hydrogen gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of 2 vol% or more of hydrogen gas and an inert gas.
[22] The silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane has an atomic composition represented by the general formula SiO x1 H y1 (0.25 <x1 <1.35, 0.16 <y1 <0.90) The method according to any one of [15] to [21], having a chemical bond between the surface of the silicon-based nanoparticle and the hydrogen polysilsesquioxane.

さらに加えて、本発明の更なる別の態様によれば、以下のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの製造方法が提供される。
[23]以下の工程(A)を含む、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを製造する方法:
(A)pH2.95以上の条件及びシリコン系ナノ粒子の存在下で、以下の一般式(1)で示されるケイ素化合物を加水分解および縮合反応させ、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを生成すること、
HSi(R) (1)
(式中、Rは、それぞれ同一あるいは異なる、ハロゲン、水素、炭素数1〜10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6〜20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7〜30の置換または非置換のアリールアルコキシから選択される基である。但し、炭素数1〜10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6〜20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7〜30の置換または非置換のアリールアルコキシにおいて、任意の水素はハロゲンで置換されていてもよい。)。
Furthermore, according to still another aspect of the present invention, there is provided the following method for producing silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane.
[23] A method of producing silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane, comprising the following step (A):
(A) Hydrolysis and condensation reaction of a silicon compound represented by the following general formula (1) under the conditions of pH 2.95 or higher and in the presence of silicon-based nanoparticles, silicon-based nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane To generate
HSi (R) 3 (1)
(Wherein R represents identical or different, respectively, halogen, hydrogen, substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbons, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbons, and 7 to 30 carbons) It is a group selected from substituted or unsubstituted arylalkoxy, provided that substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbon atoms, and 7 to 30 carbon atoms In the substituted or unsubstituted arylalkoxy, any hydrogen may be substituted with halogen).

[24]工程(A)において、pH3.0〜7.0の条件で上記ケイ素化合物の加水分解および縮合反応を行う、[23]に記載の方法。
[25]工程(A)において、pHが3.0以上となるように酸を添加したシリコン系ナノ粒子の分散液に上記ケイ素化合物を添加し、該ケイ素化合物の加水分解および縮合反応を行う、[23]又は[24]に記載の方法。
[26]上記酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、クエン酸、塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸からなる群から選択される少なくとも1つである、[25]に記載の方法。
[27]上記酸が、塩酸又は酢酸である、[25]又は[26]に記載の方法。
[28]上記シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンは、一般式SiOx1y1(0.25<x1<1.35、0.16<y1<0.90)で表わされる原子組成を有し、上記シリコン系ナノ粒子表面と水素ポリシルセスキオキサンとの間に化学的な結合を有する、[23]〜[27]の何れか1つに記載の方法。
[24] The method according to [23], wherein the hydrolysis and condensation reaction of the silicon compound is performed in the step (A) under conditions of pH 3.0 to 7.0.
[25] In the step (A), the silicon compound is added to a dispersion of silicon-based nanoparticles to which an acid is added so that the pH is 3.0 or more, and the silicon compound is hydrolyzed and condensed. The method according to [23] or [24].
[26] The method according to [25], wherein the acid is at least one selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, citric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid.
[27] The method according to [25] or [26], wherein the acid is hydrochloric acid or acetic acid.
[28] The silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane has an atomic composition represented by the general formula SiO x1 H y1 (0.25 <x1 <1.35, 0.16 <y1 <0.90) The method according to any one of [23] to [27], having a chemical bond between the surface of the silicon-based nanoparticle and the hydrogen polysilsesquioxane.

さらに加えて、本発明のさらなる別の態様によれば、以下のシリコン系ナノ粒子含有ポリシルセスキオキサンが提供される。
[29][23]〜[27]の何れか1つに記載の方法により製造したシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン。
In addition, according to still another aspect of the present invention, the following silicon-based nanoparticle-containing polysilsesquioxane is provided.
[29] Silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane produced by the method according to any one of [23] to [27].

[30]原子組成においてSiとOとを含み、
さらに水素ポリシルセスキオキサンと一次粒子としてシリコン系ナノ粒子(好ましくは体積基準平均粒径が10nm〜500nmであるシリコン系ナノ粒子)とを含み、
上記シリコン系ナノ粒子表面と上記水素ポリシルセスキオキサンとの間に化学的な結合を有し、
上記シリコン系ナノ粒子が一次粒子として集合した二次集合体が形成されており、
粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径 D50が3.0μm未満である、
シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン。
[30] containing Si and O in atomic composition,
Further, it contains hydrogen polysilsesquioxane and silicon-based nanoparticles (preferably, silicon-based nanoparticles having a volume-based average particle diameter of preferably 10 nm to 500 nm) as primary particles,
It has a chemical bond between the surface of the silicon-based nanoparticle and the hydrogen polysilsesquioxane,
A secondary aggregate in which the silicon-based nanoparticles are assembled as primary particles is formed;
50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in the particle size distribution is less than 3.0 μm,
Silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane.

[31]上記50%累積質量粒子径分布直径 D50が2.0μm以下である、[29]又は[30]に記載のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン。
[32]一般式SiOx1y1(0.25<x1<1.35、0.16<y1<0.90)で表わされ、好ましくは上記シリコナノ粒子を5〜65質量%含有する、[29]〜[31]の何れか1つに記載のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン。
[33]赤外分光法により測定したスペクトルにおいて、Si−O−Si結合に由来するピークのうち、1170cm−1付近のピーク(ピーク2−1)の強度(I2−1)と1070cm−1付近のピーク(ピーク2−2)の強度(I2−2)の比(I2−1/I2−2)が1を超える、[29]〜[32]の何れか1つに記載のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン。
[31] The silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane according to [29] or [30], wherein the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 is 2.0 μm or less.
[32] A compound represented by the general formula SiO x1 H y1 (0.25 <x1 <1.35, 0.16 <y1 <0.90), preferably containing 5 to 65% by mass of the above siliconanoparticles [ The silicon type nanoparticle containing hydrogen polysilsesquioxane as described in any one of 29]-[31].
[33] In the spectrum measured by infrared spectroscopy, of the peak attributable to the bond of Si-O-Si, 1170Cm strength -1 vicinity of the peak (peak 2-1) (I 2-1) and 1070 cm -1 the ratio of the intensity around the peak (peak 2-2) (I 2-2) (I 2-1 / I 2-2) exceeds 1, according to any one of [29] - [32] Silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane.

本発明によれば、二次電池においてバランスの取れた各種電池特性を発揮でき、かつより高いレベルの容量維持率を確保することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to exhibit various battery characteristics in a well-balanced manner in a secondary battery, and to secure a higher level of capacity maintenance rate.

図1は、参考例5で製造したシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン(3)及び比較例2で製造した水素シルセスキオキサン重合体(1)について赤外分光法(IR)による測定を行った結果、取得されたIR吸収スペクトルである。FIG. 1 shows the results of measurement by infrared spectroscopy (IR) on the silicon nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane (3) produced in Reference Example 5 and the hydrogen silsesquioxane polymer produced in Comparative Example 2 It is an IR absorption spectrum acquired as a result of performing. 図2は、参考例5で製造したシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン(3)の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane (3) produced in Reference Example 5. 図3は、参考例10、13及び14においてそれぞれ製造したシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(5)、(8)及び(9)、並びに比較例1で製造したシリコンナノ粒子混合ケイ素酸化物(1)について赤外分光法(IR)による測定を行った結果、取得されたIR吸収スペクトルである。FIG. 3 shows the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (5), (8) and (9) manufactured in Reference Examples 10, 13 and 14, and the silicon nanoparticle mixture manufactured in Comparative Example 1 respectively. It is IR absorption spectrum acquired as a result of measuring by infrared spectroscopy (IR) about silicon oxide (1). 図4は、参考例10で製造したシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(5)のSEM写真である。FIG. 4 is a SEM photograph of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (5) produced in Reference Example 10. 図5は、実施例1で製造したシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(10)のSEM写真である[(a):10,000倍、(b):1,000倍]。FIG. 5 is a SEM photograph of silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (10) produced in Example 1 (a): 10,000 times, (b): 1,000 times! 図6は、実施例1及び比較例5でそれぞれ製造したシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(10)及び(13)の粒度分布である。FIG. 6 is a particle size distribution of silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined products (10) and (13) manufactured in Example 1 and Comparative Example 5, respectively. 図7は、コイン型のリチウムイオン電池の構成例である。FIG. 7 is a configuration example of a coin-type lithium ion battery.

<ケイ素酸化物構造体>
本発明に係るケイ素酸化物構造体は、原子組成においてSiとOとを含むケイ素酸化物骨格と、該ケイ素酸化物骨格に化学的に結合したシリコン系ナノ粒子とを構成要素として含んでなるものである。
本発明において「原子組成においてSiとOとを含むケイ素酸化物骨格」とは、SiとOとで構成されるケイ素酸化物の構造を少なくとも一部に有する化学骨格を意味する。より具体的には、Si−OやSi−O−Siを含む化学骨格が挙げられ、例えば、後述のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン重合物を熱処理又は焼成することで生じるケイ素酸化物構造の骨格をも含む概念である。
さらに、本発明においては「ケイ素酸化物骨格に化学的に結合したシリコン系ナノ粒子」という用語が示すとおり、シリコン系ナノ粒子が、上記化学骨格に化学的に結合していることにより、全体としてのケイ素酸化物構造体が形成されることになる。ここで、「ケイ素酸化物骨格にシリコン系ナノ粒子が化学的に結合している」とは、シリコン系ナノ粒子の表面をSiとして、例えばSi−O−Siの結合様式でケイ素酸化物骨格に結合している形態が挙げられる。このような化学的な結合は強固であることから、本発明のケイ素酸化物構造体は、当該構造体からシリコン系ナノ粒子が脱落しにくい構造ないし性質を有している。
加えて、本発明のケイ素酸化物構造体においては、シリコン系ナノ粒子が集合した二次集合体が形成されることも、後述の通り好ましい実施形態であるが、特に本発明においてはケイ素酸化物構造体の50%累積質量粒子径分布直径D50が所定の範囲に入るように制御されている。
上述のような構成によれば、第一に、極小の一次粒子(つまり、ナノメートルスケールのシリコン系ナノ粒子)を採用する点、二次電池において充放電を繰り返す際に生じる膨張収縮時の応力が緩和されることになり、サイクル劣化を抑制し、サイクル特性向上の効果が見込める。さらに、上記構成を採用するケイ素酸化物構造体は、一次粒子が集合して形成された二次集合体によるネットワーク構造を有することから、結着剤との結着性が良好となり、さらに優れたサイクル特性を発現することとなる。さらに加えて、本発明のケイ素酸化物構造体は全体として、粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径D50が所定の範囲に制御されていることから、上記の効果に加えてより高いレベルの容量維持率を確保することが可能となる。
<Silicon oxide structure>
A silicon oxide structure according to the present invention comprises, as components, a silicon oxide skeleton containing Si and O in atomic composition, and silicon-based nanoparticles chemically bonded to the silicon oxide skeleton. It is.
In the present invention, “a silicon oxide skeleton containing Si and O in atomic composition” means a chemical skeleton having at least a part of a silicon oxide structure composed of Si and O. More specifically, a chemical skeleton containing Si-O and Si-O-Si can be mentioned, and for example, silicon oxidation caused by heat treatment or firing of silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane polymer described later It is a concept that also includes the skeleton of product structure.
Furthermore, in the present invention, as the term "silicon-based nanoparticles chemically bonded to silicon oxide skeleton" indicates, silicon-based nanoparticles are chemically bonded to the above-mentioned chemical skeleton as a whole. A silicon oxide structure is to be formed. Here, “the silicon-based nanoparticles are chemically bonded to the silicon oxide skeleton” means that the surface of the silicon-based nanoparticles is Si, for example, in the silicon oxide skeleton in the bonding mode of Si—O—Si. The form which has couple | bonded is mentioned. Since such chemical bonds are strong, the silicon oxide structure of the present invention has a structure or a property in which silicon-based nanoparticles are not easily detached from the structure.
In addition, in the silicon oxide structure of the present invention, formation of a secondary aggregate in which silicon-based nanoparticles are assembled is also a preferable embodiment as described later, but in the present invention, in particular, the silicon oxide The 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 of the structure is controlled to fall within a predetermined range.
According to the configuration as described above, first, the point of employing minimal primary particles (that is, nanometer-scale silicon-based nanoparticles), and the stress at the time of expansion and contraction that occurs when charging and discharging are repeated in the secondary battery Can be mitigated, cycle deterioration can be suppressed, and the effect of cycle characteristics improvement can be expected. Furthermore, since the silicon oxide structure adopting the above-mentioned structure has a network structure by the secondary aggregate formed by the aggregation of primary particles, the binding property with the binding agent becomes good, which is further excellent. It will exhibit cycle characteristics. In addition, the silicon oxide structure of the present invention as a whole has higher levels of 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in the particle size distribution, in addition to the above effects. It becomes possible to secure a capacity maintenance rate.

上述のとおり、本発明においては、特に二次集合体の粒径が所定の範囲に制御されていることを特徴とする。より具体的には、ケイ素酸化物構造体の粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径 D50が3.0μm未満となっている。50%累積質量粒子径分布直径 D50がこのような範囲に制御されている結果、二次電池においてより高いレベルの容量維持率を確保することが可能となる。   As described above, in the present invention, in particular, the particle size of the secondary assembly is controlled to a predetermined range. More specifically, the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in the particle size distribution of the silicon oxide structure is less than 3.0 μm. As a result of the 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D 50 being controlled within such a range, it is possible to secure a higher level of capacity retention rate in the secondary battery.

本発明のケイ素酸化物構造体は、より具体的にはSiOx2y2(0.01<x2<2、0<y2<0.35)で表される原子組成を有する。ここで、y2が0の時は、水素(H)が実質存在しないことを意味する。本発明のケイ素酸化物構造体は、好ましくはSiOx2y2(0.3<x2<1.5、0.01<y2<0.35)で表される原子組成を有する。 More specifically, the silicon oxide structure of the present invention has an atomic composition represented by SiO x 2 H y 2 (0.01 <x2 <2, 0 <y2 <0.35). Here, when y2 is 0, it means that hydrogen (H) is substantially absent. The silicon oxide structure of the present invention preferably has an atomic composition represented by SiO x 2 H y 2 (0.3 <x2 <1.5, 0.01 <y2 <0.35).

上記のような原子組成を有するケイ素酸化物構造体としては、上記構成により特定される範囲であれば、特に限定されるものでもないが、例えば、以下に詳述するシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの製造方法並びにシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼生物の製造方法(以下、両者をまとめて「本発明の製造方法」と云うことがある。)を介して製造されるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼生物が例として挙げられる。以下、本発明の製造方法について具体的な実施形態を示し、本発明に係るケイ素酸化物構造体及び本発明の製造方法について説明する。本発明の製造方法の実施形態と本発明に係るケイ素酸化物構造体の実施形態とは相互に密接に関係するものであり、本発明の製造方法に係る実施形態において採用し得る構成要素は、特に矛盾の無い限りケイ素酸化物構造体の実施形態においても採用し得る。   The silicon oxide structure having the atomic composition as described above is not particularly limited as long as it is a range specified by the above configuration, but, for example, a silicon-based nanoparticle-containing hydrogen policy described in detail below A method for producing rusesquioxane and a method for producing a silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (hereinafter, both may be collectively referred to as “the method of the present invention”) Silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane baked organisms are mentioned as an example. Hereinafter, specific embodiments of the production method of the present invention will be described, and the silicon oxide structure according to the present invention and the production method of the present invention will be described. The embodiment of the manufacturing method of the present invention and the embodiment of the silicon oxide structure according to the present invention are closely related to each other, and the components that can be adopted in the embodiment of the manufacturing method of the present invention are As long as there is no contradiction, it can be adopted in the embodiment of the silicon oxide structure.

<シリコン系ナノ粒子含有水素シルセスキオキサン重合物の製造プロセス>
本発明の製造方法は、pH2.95以上の条件及びシリコン系ナノ粒子の存在下で、後述のケイ素化合物を加水分解および縮合反応させ、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを生成すること(工程(A))を含む。
<Production Process of Silicon Silicide-Containing Hydrogen Silsesquioxane Polymer>
The production method of the present invention comprises hydrolyzing and condensing a silicon compound described later under pH conditions of 2.95 or more and in the presence of silicon-based nanoparticles to produce silicon-based nanoparticles-containing hydrogen polysilsesquioxane (Step (A)) is included.

(シリコン系ナノ粒子)
まず、上記シリコン系ナノ粒子としては、実質的にシリコンのみからなるシリコンナノ粒子、並びに原子組成にケイ素(シリコン)を含む化合物(例えば、シリカ、シリコン系金属化合物からなる)ナノ粒子を包含する概念である。その粒径(体積基準平均粒径)が、ナノメートルスケールの範囲にあるものであれば使用可能であり、特に限定されるものでもない。最終産物が二次電池の負極材料として用いられ、その負極を二次電池に用いることを考慮すると、上記シリコン系ナノ粒子の体積基準平均粒径(平均粒径)は、例えば10nm〜500nm(又は10nm超かつ500nm未満)、好ましくは30nm〜200nm(又は30nm超かつ200nm)であることが好ましい。このような平均粒径が比較的小さいシリコン系ナノ粒子を用いると、最終的に製造した二次電池においてサイクル劣化が抑制され、優れたサイクル特性を発揮することができるからである。
なお、本明発明において、「体積基準平均粒径」とは、体積基準によって算出される粒径であることを意味し、単に平均粒径と称する場合もある。
(Silicon based nanoparticles)
First, as the silicon-based nanoparticles, there is a concept including silicon nanoparticles consisting essentially of silicon, and nanoparticles (for example, composed of silica and silicon-based metal compound) containing silicon (silicon) in atomic composition It is. As long as the particle size (volume based average particle size) is in the nanometer scale range, it can be used, and is not particularly limited. When the final product is used as a negative electrode material of a secondary battery and the negative electrode thereof is used for a secondary battery, the volume-based average particle diameter (average particle diameter) of the silicon-based nanoparticles is, for example, 10 nm to 500 nm (or More than 10 nm and less than 500 nm), preferably from 30 nm to 200 nm (or more than 30 nm and 200 nm) is preferred. Use of such silicon-based nanoparticles having a relatively small average particle diameter suppresses cycle deterioration in the finally manufactured secondary battery, and can exhibit excellent cycle characteristics.
In the present invention, "volume-based average particle diameter" means that the particle diameter is calculated on a volume basis, and may be simply referred to as the average particle diameter.

加えて、本発明で使用するシリコン系ナノ粒子としては、市販のシリコンナノパウダーを使用することもできる。このようなシリコンナノパウダーは、ケイ素以外の他の成分を含有するものであってもよい。シリコン系ナノ粒子(シリコンナノパウダー)は、例えば、金属類などを含むことができるが、その含有量は、シリコン系ナノ粒子に対して、通常、5質量%未満である。   In addition, commercially available silicon nanopowders can also be used as silicon-based nanoparticles used in the present invention. Such silicon nanopowders may contain other components other than silicon. The silicon-based nanoparticles (silicon nanopowder) can contain, for example, metals and the like, but the content is usually less than 5% by mass with respect to the silicon-based nanoparticles.

(ケイ素化合物)
次に、加水分解及び縮合反応の対象となるケイ素化合物について説明する。該ケイ素化合物は、以下の一般式(1)で表される化合物である。
HSi(R) (1)
(式中、Rは、それぞれ同一あるいは異なる、ハロゲン、水素、炭素数1〜10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6〜20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7〜30の置換または非置換のアリールアルコキシから選択される基である。但し、炭素数1〜10の置換または非置換のアルコキシ基、炭素数6〜20の置換または非置換のアリールオキシ基、および炭素数7〜30の置換または非置換のアリールアルコキシ基において、任意の水素はハロゲンで置換されていてもよい。)。
(Silicon compound)
Next, silicon compounds to be subjected to hydrolysis and condensation reactions will be described. The silicon compound is a compound represented by the following general formula (1).
HSi (R) 3 (1)
(Wherein R represents identical or different, respectively, halogen, hydrogen, substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbons, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbons, and 7 to 30 carbons) A substituted or unsubstituted arylalkoxy group, provided that the substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, the substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, and the 7 carbon atoms In the substituted or unsubstituted arylalkoxy group, any hydrogen may be substituted with halogen).

式(1)で表されるケイ素化合物としては具体的には、下記の化合物等が挙げられる。
例えば、トリクロロシラン、トリフルオロシラン、トリブロモシラン、ジクロロシラン等のトリハロゲン化シランやジハロゲン化シラン、トリ−n−ブトキシシラン、トリ−t−ブトキシシラン、トリ−n−プロポキシシラン、トリ−i−プロポキシシラン、ジ−n−ブトキシエトキシシラン、トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、ジエトキシシラン等のトリアルコキシシランやジアルコキシシラン、更にはトリアリールオキシシラン、ジアリールオキシシラン、ジアリールオキシエトキシシラン等のアリールオキシシランまたはアリールオキシアルコキシシランが挙げられる。
Specific examples of the silicon compound represented by the formula (1) include the following compounds.
For example, trihalogenated silanes such as trichlorosilane, trifluorosilane, tribromosilane, dichlorosilane and the like, dihalogenated silanes, tri-n-butoxysilane, tri-t-butoxysilane, tri-n-propoxysilane, tri-i Trialkoxysilanes such as propoxysilane, di-n-butoxyethoxysilane, triethoxysilane, trimethoxysilane, diethoxysilane and dialkoxysilanes, and further triaryloxysilanes, diaryloxysilanes, diaryloxyethoxysilanes and the like There may be mentioned aryloxysilane or aryloxyalkoxysilane.

これらのうち、良好な反応性、入手の容易性及び安価な製造コストの観点から好ましいのはトリハロゲン化シランまたはトリアルコキシシランであり、特に好ましいのはトリハロゲン化シランである。   Among these, trihalogenated silanes or trialkoxysilanes are preferable from the viewpoint of good reactivity, easy availability and inexpensive production cost, and trihalogenated silanes are particularly preferable.

上記ケイ素化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。   The above silicon compounds may be used alone or in combination of two or more.

上記の如きケイ素化合物は、加水分解性および縮合反応性が高く、工程(A)においてそれらを用いると、上記所定のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンが容易に得られる。さらに加えて、後述の本発明によるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物の製法における工程(B)において、このようにして得たシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを非酸化性雰囲気下で熱処理する際に、最終的に得られるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物中のSi−H結合の量を制御し易い、という利点もある。   The silicon compounds as described above have high hydrolyzability and condensation reactivity, and when using them in step (A), the above-mentioned predetermined silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane can be easily obtained. In addition, the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane thus obtained in the step (B) in the process for producing a silicon-based nanoparticle-containing hydrogen-polysilsesquioxane calcined product according to the present invention described below is not added. In heat treatment under an oxidizing atmosphere, there is also an advantage that it is easy to control the amount of Si-H bonds in the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product finally obtained.

(加水分解及び重縮合反応の条件)
次に、工程(A)における加水分解および重縮合反応の条件について詳しく説明する。
工程(A)においては、例えば、上記所定のpH条件下において、上記ケイ素化合物と上記シリコン系ナノ粒子との混合物を、加水分解させ及び縮合反応させてもよい。あるいは、次のような方法も採用できる。まず、上記シリコン系ナノ粒子の分散液を調製し、この分散液に酸又は塩基を添加することにより分散液のpHを上記所定の範囲内に調整する。次いで、該分散液に上記ケイ素化合物を添加することにより上記ケイ素化合物の加水分解および縮合反応を進行させることができる。
(Conditions of hydrolysis and polycondensation reaction)
Next, the conditions of the hydrolysis and polycondensation reaction in step (A) will be described in detail.
In the step (A), for example, the mixture of the silicon compound and the silicon-based nanoparticle may be hydrolyzed and subjected to a condensation reaction under the predetermined pH conditions. Alternatively, the following method can also be adopted. First, a dispersion of the silicon-based nanoparticles is prepared, and an acid or a base is added to the dispersion to adjust the pH of the dispersion to the predetermined range. Then, the hydrolysis and condensation reaction of the silicon compound can be advanced by adding the silicon compound to the dispersion.

さらに、上記シリコン系ナノ粒子の分散液としては、シリコン系ナノ粒子と所定の溶媒(後述)との混合物に超音波処理等を施し、該溶媒中にシリコン系ナノ粒子を均一に分散させることにより調製したシリコン系ナノ粒子の分散液を使用することができる。より詳細には、このようにして得たシリコン系ナノ粒子の分散液に、さらに酸又は塩基及び任意に所定の溶媒を添加し、混合することにより上記所定の範囲内にあるpHを示す分散液とすることができる。   Furthermore, as a dispersion liquid of the silicon-based nanoparticles, a mixture of the silicon-based nanoparticles and a predetermined solvent (described later) is subjected to ultrasonic treatment or the like to uniformly disperse the silicon-based nanoparticles in the solvent. Dispersions of the prepared silicon-based nanoparticles can be used. More specifically, an acid or base and optionally a predetermined solvent are further added to the dispersion of silicon-based nanoparticles thus obtained, and a dispersion showing a pH within the above-mentioned predetermined range by mixing It can be done.

さらに具体的には、例えば、水のほか、アルコールやアセトン、ヘキサン、DMF等の有機溶媒、又はこれらの混合溶媒に、シリコン系ナノ粒子を添加すると共に所定の酸を添加し、溶液のpHを上記所定の範囲内に調整した上で、一般式(1)で示されるケイ素化合物を該溶液に添加(例えば、滴下)することで該ケイ素化合物の加水分解および重縮合反応を進行させることができる。さらに、該加水分解および重縮合反応は、常温(室温)で行ってもよいし又は加熱した状態で行ってもよい。
つまり、加水分解後の反応液中には式(1)で表されるケイ素化合物の加水分解物に加えて、酸、水及びその他溶媒並びにこれらに由来する物質を含有していてもよい。
More specifically, for example, in addition to water, silicon-based nanoparticles are added to an organic solvent such as alcohol, acetone, hexane, DMF or the like, or a mixed solvent thereof, and a predetermined acid is added to the solution pH. The hydrolysis and polycondensation reaction of the silicon compound can be advanced by adding (for example, dropping) the silicon compound represented by the general formula (1) to the solution after adjusting to the above predetermined range. . Furthermore, the hydrolysis and polycondensation reaction may be performed at normal temperature (room temperature) or may be performed in a heated state.
That is, in addition to the hydrolyzate of the silicon compound represented by Formula (1), the reaction liquid after hydrolysis may contain an acid, water, other solvents, and substances derived therefrom.

また、加水分解後の反応液中では、最終的に式(1)で表されるケイ素化合物が完全に加水分解されていなくてもよく、その一部が残存していてもよい。
なお、加水分解反応に加えて、加水分解物の重縮合反応も部分的に進行する。
ここで、重縮合反応が進行する程度は、加水分解温度、加水分解時間、酸性度、及び/又は、溶媒等によって制御することができ、例えば、後述するように目的とするシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンに応じて適宜に設定することができる。
Moreover, in the reaction liquid after hydrolysis, the silicon compound finally represented by Formula (1) may not be completely hydrolyzed, and the one part may remain | survive.
In addition to the hydrolysis reaction, the polycondensation reaction of the hydrolyzate also partially proceeds.
Here, the degree to which the polycondensation reaction proceeds can be controlled by the hydrolysis temperature, hydrolysis time, acidity, and / or solvent etc. For example, as described later, the target silicon-based nanoparticle-containing It can be appropriately set according to hydrogen polysilsesquioxane.

本発明においては、その生産性と製造コストを考慮して、加水分解と重縮合反応を一つの反応器内で、同一の条件下に並行して行うことが好ましい。
反応条件としては、撹拌下、上記所定のpH範囲内となるように調整したシリコン系ナノ粒子分散液中に、式(1)で表されるケイ素化合物を添加し、−20℃〜50℃、好ましくは0℃〜40℃、特に好ましくは10℃〜30℃の温度で、0.5時間〜20時間、好ましくは1時間〜10時間、特に好ましくは1時間〜5時間反応させる。さらに、上記シリコン系ナノ粒子分散液への式(1)で表されるケイ素化合物の添加は、特に限定されるものでもなく、一度に添加してもよいし又は複数回に渡って小量ずつ添加してもよいが、少量ずつ複数回に渡り滴下することにより添加するのが好都合である。
In the present invention, in consideration of the productivity and the production cost, it is preferable to carry out the hydrolysis and the polycondensation reaction in one reactor under the same conditions in parallel.
As a reaction condition, the silicon compound represented by the formula (1) is added to the silicon-based nanoparticle dispersion liquid adjusted to be within the above-mentioned predetermined pH range under stirring, −20 ° C. to 50 ° C. The reaction is preferably carried out at a temperature of 0 ° C. to 40 ° C., particularly preferably 10 ° C. to 30 ° C., for 0.5 hour to 20 hours, preferably 1 hour to 10 hours, particularly preferably 1 hour to 5 hours. Furthermore, the addition of the silicon compound represented by Formula (1) to the silicon-based nanoparticle dispersion liquid is not particularly limited, and may be added at once or in small amounts over a plurality of times. Although it may be added, it is convenient to add by adding a small number of times over several times.

上記シリコン系ナノ粒子分散液(反応液)のpHの下限値については、上述のとおり、約2.95以上であり、好ましくは3.0以上、より好ましくは3.1以上、3.2以上、3.3以上であり、場合によっては、例えば3.4以上、3.5以上、3.6以上、3.7以上、3.8以上、3.9以上、4.0以上である。pHの上限値については、特に限定されるものでもないが、通常約7.0以下に調整することが好ましく、より好ましくは6.0以下、例えば5.0以下に調整することもできる。   The lower limit value of the pH of the silicon-based nanoparticle dispersion (reaction liquid) is, as described above, about 2.95 or more, preferably 3.0 or more, more preferably 3.1 or more, 3.2 or more. In some cases, for example 3.4 or more, 3.5 or more, 3.6 or more, 3.7 or more, 3.8 or more, 3.9 or more, 4.0 or more. The upper limit value of pH is not particularly limited, but it is usually preferably adjusted to about 7.0 or less, more preferably 6.0 or less, for example, 5.0 or less.

さらに、本発明で採用し得るpHの範囲としては、上記pHの下限値と上限値とを任意に組み合わせたpHの範囲が挙げられ、特に、後述の本発明のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物において、当該焼成物(ケイ素酸化物構造体)の粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径 D50が3μm以下となるようなpHの範囲を選択できる。pHの範囲としては、例えば、2.95〜7.0、好ましくは3.0〜7.0、より好ましくは3.2〜7.0、さらに好ましくは3.3〜7.0、さらにより好ましくは2.95〜6.0、好ましくは3.0〜6.0、より好ましくは3.2〜6.0が挙げられる。   Furthermore, as a range of pH that can be adopted in the present invention, a range of pH obtained by arbitrarily combining the lower limit value and the upper limit value of the above-mentioned pH can be mentioned, and in particular, silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysil In the sesquioxane calcined product, the pH range can be selected such that the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in the particle size distribution of the calcined product (silicon oxide structure) is 3 μm or less. The pH range is, for example, 2.95 to 7.0, preferably 3.0 to 7.0, more preferably 3.2 to 7.0, still more preferably 3.3 to 7.0, and still more preferably Preferably, 2.95 to 6.0, preferably 3.0 to 6.0, more preferably 3.2 to 6.0 can be mentioned.

反応液のpH調整に用いられ得る酸としては、有機酸、無機酸のいずれも使用可能である。
具体的には、有機酸としてはギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、クエン酸などが例示され、無機酸としては塩酸、硫酸、硝酸、リン酸などが例示される。これらの中でも、加水分解反応およびその後の重縮合反応の制御が容易にでき、コスト安であり、かつ反応後の処理も容易であることから、塩酸及び酢酸を用いることが好ましい。
As an acid which can be used for pH adjustment of a reaction liquid, both an organic acid and an inorganic acid can be used.
Specific examples of the organic acid include formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, and citric acid, and examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid. Among these, it is preferable to use hydrochloric acid and acetic acid because the hydrolysis reaction and the subsequent polycondensation reaction can be easily controlled, the cost is low, and the treatment after the reaction is easy.

さらに加えて、通常加水分解溶液は酸性側に調整することが一般であるが、得られるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンやその焼成物において種々の物性を実現させるために、アルカリ側に調整が必要な場合もあることが想定される。その場合、pH調整に用いられる塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、アンモニア等が挙げられる。   Furthermore, in general, the hydrolysis solution is generally adjusted to the acidic side, but in order to realize various physical properties in the obtained silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane and its calcined product, the alkali side is preferably used. It is assumed that some adjustment may be necessary. In that case, sodium hydroxide, calcium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia etc. are mentioned as a base used for pH adjustment.

また、式(1)で表されるケイ素化合物としてトリクロロシラン等のハロゲン化シランを用いた場合には、水の存在下で酸性水溶液が形成されるので、特に酸を別途加える必要は無く、このような実施形態は、本発明の好ましい実施形態の一つである。   In addition, when a halogenated silane such as trichlorosilane is used as the silicon compound represented by the formula (1), an acidic aqueous solution is formed in the presence of water, so that it is not necessary to add an acid separately, Such an embodiment is one of the preferred embodiments of the present invention.

シリコン系ナノ粒子の量は、特に限定されるものでもないが、得られるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンに対して、通常、5質量%〜65質量%になるように配合する。好ましくは、10質量%〜60質量%である。5質量%以上であるとその焼成物をリチウムイオン電池の負極活物質として利用した際、初期充放電効率が高く、シリコン系ナノ粒子と複合化した効果が十分に信頼性良く得られる。加えて、シリコン系ナノ粒子の量が、65質量%以下であると、リチウムイオン電池の負極活物質として利用した場合、複合化している水素シルセスキオキサンの応力緩和により、充放電による負極活物質の膨張収縮率が大きくならず、容量維持率が十分に保持され得る。   The amount of the silicon-based nanoparticles is not particularly limited, but is usually blended so as to be 5% by mass to 65% by mass with respect to the obtained silicon-based nanoparticles-containing hydrogen polysilsesquioxane. Preferably, it is 10% by mass to 60% by mass. When the fired product is used as a negative electrode active material of a lithium ion battery at 5% by mass or more, the initial charge / discharge efficiency is high, and the effect of being complexed with silicon-based nanoparticles can be obtained sufficiently and reliably. In addition, when the amount of silicon-based nanoparticles is 65% by mass or less, when it is used as a negative electrode active material of a lithium ion battery, the negative electrode active by charge and discharge due to stress relaxation of complexed hydrogen silsesquioxane The expansion and contraction rate of the substance does not increase, and the capacity retention rate can be sufficiently maintained.

本発明の製造方法においては、工程(A)に加えて、加水分解反応および重縮合反応を経てシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを生成した後、任意に、濾過分離、遠心分離或いは傾斜等の方法により、液体画分を分離及び除去し、得られた固形画分をシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンとする工程を設けてもよい。このような固形分と液体との分離方法は、各種汎用技術が当業者に知られているので、適宜それらを用いることができる。さらに、場合によっては、取得した固形画分を水洗浄あるいは有機溶剤洗浄し、乾燥する工程を設けてもよい。   In the production method of the present invention, after silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane is produced through hydrolysis reaction and polycondensation reaction in addition to step (A), filtration separation, centrifugation or A step may be provided in which the liquid fraction is separated and removed by a method such as tilting, and the obtained solid fraction is made into silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane. As various solid-state techniques are known to those skilled in the art, methods for separating such solid content and liquid can be used as appropriate. Furthermore, in some cases, the obtained solid fraction may be provided with a step of washing with water or washing with an organic solvent and drying.

<シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの構造>
上記の如く得られたシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの組成は、元素分析により測定すると、ケイ素(Si)、酸素(O)及び水素(H)を含有しており、一般式SiOx1y1(0.25<x1<1.35、0.16<y1<0.90)で表される。さらに、当該シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンは、本質的に炭素を含まない。さらに加えて、上記のとおり、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの生成反応においては、pHを制御することによりシリコン系ナノ粒子の過度な凝集を抑制していることから、シリコン系ナノ粒子が凝集して形成される二次凝集物の粒径が比較的小さいことが、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物の走査型電子顕微鏡写真(図2、4及び5)及び対応する実施例の粒径解析結果から推測される。
<Structure of Silicon-Based Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane>
The composition of the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane obtained as described above contains silicon (Si), oxygen (O) and hydrogen (H), as determined by elemental analysis, and has the general formula SiO represented by x1 H y1 (0.25 <x1 < 1.35,0.16 <y1 <0.90). Furthermore, the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane is essentially free of carbon. Furthermore, as described above, in the generation reaction of silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane, since excessive aggregation of silicon-based nanoparticles is suppressed by controlling the pH, silicon-based nano The relatively small particle size of secondary aggregates formed by particle aggregation is a scanning electron micrograph (Figs. 2, 4 and 5) and corresponding of silicon nanoparticles-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product. It is inferred from the particle size analysis results of the embodiments.

さらに、一般式SiOx1y1において0.25<x1<1.35、好ましくは0.28<x1<1.3の範囲にあるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを焼成することにより、十分な電池容量で、初期充放電効率とサイクル容量維持率のバランスのとれた優れた充放電特性を持った焼成体(負極活物質)が得ることができる。さらに加えて、0.16<y1<0.90、好ましくは0.16<y1<0.86の範囲であれば、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの焼成物を用いて得られる二次電池が、優れた充放電容量と容量維持率が向上した良好なサイクル特性を有する。 Furthermore, by firing silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane in the range of 0.25 <x1 <1.35, preferably 0.28 <x1 <1.3 in the general formula SiO x1 H y1 With sufficient battery capacity, it is possible to obtain a sintered body (negative electrode active material) having excellent charge and discharge characteristics in which the initial charge and discharge efficiency and the cycle capacity retention ratio are well balanced. Furthermore, if 0.16 <y1 <0.90, preferably 0.16 <y1 <0.86, it can be obtained using a calcined product of silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane The secondary battery has excellent cycle characteristics with improved charge and discharge capacity and capacity retention rate.

さらに、本発明のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンは、以下の参考例において赤外分光法により測定したスペクトルを考慮すると、Si−O−Si結合に由来するピークのうち、1170cm−1付近のピーク2−1の強度(I2−1)と、1070cm−1付近のピーク2−2の強度(I2−2)の比(I2−1/I2−2)が1を超えるものと思料される。上記ピーク強度比が1を超えることは、内部に存在するシリコン系ナノ粒子と水素ポリシルセスキオキサンとの間に化学的な結合を有していることを示唆すものであり、この化学的結合の存在により、充放電サイクル時のシリコン粒子膨張収縮によって引き起こされる粒子崩壊が抑制されると推察される。 Furthermore, the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane of the present invention has 1170 cm − of peaks derived from the Si—O—Si bond in consideration of the spectrum measured by infrared spectroscopy in the following reference examples. The ratio (I 2-1 / I 2-2 ) of the intensity (I 2-1 ) of peak 2-1 near 1 and the intensity (I 2-2 ) of peak 2-2 near 1070 cm -1 is 1 It is thought that it exceeds. The fact that the above peak intensity ratio exceeds 1 indicates that there is a chemical bond between the silicon-based nanoparticle present inside and the hydrogen polysilsesquioxane, and this chemical It is assumed that the presence of the bond suppresses particle collapse caused by expansion and contraction of silicon particles during charge and discharge cycles.

かくして得られたシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンは、図2及び4に示すSEM写真からすると、粒径がサブミクロンの球状粒子である一次粒子が凝集することにより、粒径が数ミクロンの二次凝集物を形成していることが認められる。さらに加えて、図5に示すシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物のSEM写真を考慮すると、本発明のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンにおける二次凝集物の粒径は、特願2016−129861及び特願177641に開示されるシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン(以下、参考例で合成したもの)における二次凝集物の粒径よりも小さいものと思料される。   According to the SEM photographs shown in FIGS. 2 and 4, the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane thus obtained has a number of particles due to aggregation of primary particles which are spherical particles having a particle diameter of submicron. It is observed that micron secondary aggregates are formed. Furthermore, in consideration of the SEM photograph of the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane shown in FIG. 5, the particle size of the secondary aggregate in the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane of the present invention Is considered to be smaller than the particle size of secondary aggregates in silicon nanoparticles-containing hydrogen polysilsesquioxane (hereinafter, synthesized in the reference example) disclosed in Japanese Patent Application Nos. 2016-129861 and 177641. Ru.

さらに、一次粒子が小さいことで、このシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの焼成物をリチウムイオン電池等の二次電池の負極材料として用いた場合に、充放電を繰り返す際に生じる膨張収縮時の応力が緩和されることにより、サイクル劣化を抑制するサイクル特性向上に効果がある。また、複雑な二次構造を持つことで結着剤との結着性が良好となり、さらに優れたサイクル特性を発現する。   Furthermore, because the primary particles are small, when the fired product of the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane is used as a negative electrode material of a secondary battery such as a lithium ion battery, the expansion occurs when charging and discharging are repeated. The relaxation of the stress at the time of contraction is effective in improving the cycle characteristics to suppress the cycle deterioration. In addition, by having a complex secondary structure, the binding property with the binding agent becomes good, and further excellent cycle characteristics are expressed.

<シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物及びその製造方法>
次に、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを焼成して得られるリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物について説明する。
本発明のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物の製造方法は、上記工程(A)に加えて、工程(B)として、上記のように製造したシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを焼成することにより、以下、本発明における「ケイ素酸化物構造体」の一形態であるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物を取得することを含む。
即ち、工程(B)において取得されるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物は、冒頭で述べたとおり以下のような構成で特定される。
(i)原子組成においてSiとOとを含むケイ素酸化物骨格と、該ケイ素酸化物骨格に化学的に結合したシリコン系ナノ粒子とを構成要素として含んでなること;
(ii)粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径 D50が3.0μm未満であること。
Silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product and method for producing the same
Next, a silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane obtained by firing a recon nanoparticle-containing hydrogen-polysilsesquioxane fired product to be obtained will be described.
The method for producing a silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product of the present invention comprises the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilate produced as described above as the step (B) in addition to the step (A). In the following, baking of sesquioxane is included to obtain a silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product, which is one form of the “silicon oxide structure” in the present invention.
That is, the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product obtained in the step (B) is specified by the following configuration as described at the beginning.
(I) comprising, as constituents, a silicon oxide skeleton containing Si and O in atomic composition, and silicon-based nanoparticles chemically bonded to the silicon oxide skeleton;
(Ii) 50% cumulative mass particle size distribution in particle size distribution D50 is less than 3.0 μm.

工程(B)においては、上述の工程(A)により取得したシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを、例えば、非酸化性雰囲気下で熱処理することにより得られる。
本発明において、「非酸化性雰囲気」とは、ケイ素酸化物構造体が上記条件(i)〜(iii)を満たすように、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを熱処理する際に二酸化ケイ素の生成が制御される雰囲気であれば足りる。より具体的には、「非酸化性雰囲気」とは、実質的には、ケイ素酸化物構造体が上記条件(i)〜(iii)を満たす程度に酸素が除去されている雰囲気であればよいことを意味する。さらに加えて、この場合においては、I/Iの値が、以下記載の所定の範囲内に入るようことが好ましい。
ここで、Iとは、820〜920cm−1にありかつSi−H結合に由来するピーク1の強度(I)を言う。加えて、Iとは、1000〜1200cm−1にありかつSi−O−Si結合に由来する強度(I)を言う。このような特に好ましい実施形態においては、製造されるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物の原子組成を分析すると、ケイ素(Si)、酸素(O)及び水素(H)を含有しており、一般式SiOx2y2(0.3<x2<1.5、0.01<y2<0.35)で表示され、本質的に炭素を含まないものとなる。
In the step (B), the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane obtained in the above-mentioned step (A) is obtained, for example, by heat treatment in a non-oxidative atmosphere.
In the present invention, “non-oxidizing atmosphere” refers to carbon dioxide when the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane is heat-treated such that the silicon oxide structure satisfies the above conditions (i) to (iii). It is sufficient if the atmosphere is such that the formation of silicon is controlled. More specifically, the "non-oxidative atmosphere" may be any atmosphere in which oxygen is substantially removed to such an extent that the silicon oxide structure satisfies the above conditions (i) to (iii). It means that. Furthermore, in this case, it is preferable that the value of I 1 / I 2 falls within the predetermined range described below.
Here, I 1 refers to the intensity (I 1 ) of peak 1 located at 820 to 920 cm −1 and derived from Si—H bond. In addition, I 2 refers to the strength (I 2 ) that is at 1000-1200 cm −1 and is derived from Si—O—Si bonds. In such a particularly preferred embodiment, analysis of the atomic composition of the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane sintered product produced includes silicon (Si), oxygen (O) and hydrogen (H). It is represented by the general formula SiO x 2 H y 2 (0.3 <x2 <1.5, 0.01 <y2 <0.35) and essentially free of carbon.

ケイ素酸化物構造体(焼成物)においては、0.3<x2<1.5、好ましくは0.4<x2<1.0の範囲であれば、十分な電池容量で、初期充放電効率とサイクル容量維持率とのバランスがとれ、かつ優れた充放電特性を持った負極活物質を実現することができる。ケイ素酸化物構造体(焼成物)において、0.01<y2<0.35、好ましくは0.01<y2<0.3の範囲であれば、得られる二次電池が、優れた充放電容量と容量維持率が向上した良好なサイクル特性を有する。   In the case of a silicon oxide structure (baked product), if the range of 0.3 <x2 <1.5, preferably 0.4 <x2 <1.0, the initial charge and discharge efficiency is sufficient with sufficient battery capacity. It is possible to realize a negative electrode active material having a balance with the cycle capacity retention rate and excellent charge / discharge characteristics. In the silicon oxide structure (baked product), when the range of 0.01 <y2 <0.35, preferably 0.01 <y2 <0.3, the obtained secondary battery has excellent charge and discharge capacity. And good cycle characteristics with improved capacity retention rate.

さらに、ケイ素酸化物構造体(焼成物)は、赤外分光法(IR)により測定したスペクトルにおいて、820〜920cm−1にありかつSi−H結合に由来するピーク1の強度(I)と1000〜1200cm−1にありかつSi−O−Si結合に由来するピーク2の強度(I)の比(I/I)が0.01から0.35の範囲にあることが好ましい。 Furthermore, the silicon oxide structure (calcined product) has an intensity (I 1 ) of peak 1 at 820 to 920 cm −1 and derived from Si—H bond in the spectrum measured by infrared spectroscopy (IR) it is preferred that the ratio of 1000~1200cm located to -1 and Si-O-Si peak intensity 2 derived from the binding (I 2) (I 1 / I 2) is in the range of 0.01 to 0.35.

ケイ素酸化物構造体(焼成物)の上記のピーク1の強度(I)とピーク2の強度(I)の比(I/I)は、より好ましくは0.01から0.30、さらに好ましくは0.03から0.20の範囲にあれば、適量のSi−H結合の存在により、リチウムイオン電池の負極活物質とした場合に高い放電容量、良好な初期充放電効率およびサイクル特性を発現させることができる。 Silicon oxide structure ratio of the intensity (I 1) and the intensity of peak 2 peak 1 (calcined product) (I 2) (I 1 / I 2) is more preferably from 0.01 0.30 More preferably, if it is in the range of 0.03 to 0.20, high discharge capacity, good initial charge / discharge efficiency and cycle when made into a negative electrode active material of a lithium ion battery due to the presence of a suitable amount of Si-H bond Properties can be expressed.

さらに、ケイ素酸化物構造体(焼成物)は、赤外分光法により測定したスペクトルにおいて、Si−O−Si結合に由来するピークのうち、1170cm−1付近のピーク2−1の強度(I2−1)と1070cm−1付近のピーク2−2の強度(I2−2)の比(I2−1/I2−2)が1を超えることが好ましい。上記ピーク強度比が1を超えることは、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物内部に存在するシリコン系ナノ粒子と水素ポリシルセスキオキサン由来のケイ素酸化物構造体の骨格との間に化学的な結合を有していることを示唆すものであり、この化学的結合の存在により、充放電サイクル時のシリコン粒子膨張収縮によって引き起こされる粒子崩壊が抑制されると推察される。 Furthermore, in the spectrum measured by infrared spectroscopy, the silicon oxide structure (baked product) shows that the intensity of the peak 2-1 near 1170 cm −1 among the peaks derived from the Si—O—Si bond (I 2 Preferably, the ratio (I 2-1 / I 2-2 ) of the intensity (I 2-2 ) of the peak 2-2 near 1 10 7 and 1070 cm -1 exceeds 1. The peak intensity ratio of more than 1 means that the silicon-based nanoparticles present inside the silicon-based nanoparticles-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product and the skeleton of the silicon oxide structure derived from hydrogen polysilsesquioxane. It is suggested that there is a chemical bond between them, and it is presumed that the presence of this chemical bond suppresses particle collapse caused by expansion and contraction of silicon particles during charge and discharge cycles.

工程(A)において取得したシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの熱処理は、上述の通り、非酸化性雰囲気下で行うことが好ましい。酸素が存在する雰囲気下で熱処理を行うと二酸化ケイ素が生成することにより、所望の組成とSi−H結合量が得られないおそれがある。
非酸化性雰囲気としては、不活性ガス雰囲気、高真空により酸素を除去した雰囲気(目的とするシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物の生成を阻害しない程度に酸素が除去されている雰囲気であればよい)、還元性雰囲気およびこれらの雰囲気を併用した雰囲気が包含される。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。これらの不活性ガスは、一般に使用されている高純度規格のものであれば問題なく使用できる。また、不活性気体を用いることなく、高真空により酸素を除去した雰囲気でもよい。還元性雰囲気としては、水素などの還元性ガスを含む雰囲気が包含される。例えば、2容積%以上の水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気が挙げられる。また、還元性雰囲気として、水素ガス雰囲気も使用することができる。
As described above, the heat treatment of the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane obtained in the step (A) is preferably performed in a non-oxidative atmosphere. When heat treatment is performed in an atmosphere in which oxygen is present, silicon dioxide is generated, which may make it impossible to obtain the desired composition and the amount of Si—H bonds.
As a non-oxidizing atmosphere, an atmosphere in which oxygen is removed by an inert gas atmosphere or high vacuum (oxygen is removed to such an extent that generation of the target silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product is not inhibited Any atmosphere may be included, a reducing atmosphere and an atmosphere in which these atmospheres are used in combination. The inert gas may, for example, be nitrogen, argon or helium. These inert gases can be used without any problem as long as they are of high purity standard generally used. Moreover, the atmosphere which removed oxygen by high vacuum may be sufficient, without using inert gas. As the reducing atmosphere, an atmosphere containing a reducing gas such as hydrogen is included. For example, a mixed gas atmosphere of 2% by volume or more of hydrogen gas and inert gas can be mentioned. In addition, a hydrogen gas atmosphere can also be used as a reducing atmosphere.

本発明において、非酸化性雰囲気下で熱処理をすることにより、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンは600℃近辺からSi−H結合の脱水素が始まり、Si−Si結合が生成し、水素ポリシルセスキオキサン由来の特徴的なケイ素酸化物構造が形成される。この熱処理を行っても、シリコン系ナノ粒子と水素ポリシルセスキオキサンの間の化学的な結合は保持される。熱処理後に水素ポリシルセスキオキサン由来のケイ素酸化物構造が存在することは、後述の赤外分光法による測定などより知ることができる。Si−Si結合は適度に成長させると優良なLi吸蔵サイトとなり高充電容量の源となる。一方でSi−H結合は公知の電池材料成分である、COO基のような官能基を持った結着剤と相互に作用し、柔軟かつ強固な結合を形成するため、電池にした場合、良好なサイクル特性を発現する。
したがって、高容量と良好なサイクル特性を共に発現させるには適量のSi−H結合を残存させることが必要となり、そのような条件を満足させる熱処理温度は通常600℃から1000℃、好ましくは750℃から900℃である。600℃未満ではSi−H結合が多すぎ、放電容量が十分でなく、1000℃を超えるとSi−H結合が消失してしまうため良好なサイクル特性が得られなくなり、さらに表面に強固なSiO層が発達し、リチウムの挿入脱離を阻害するため容量が発現しにくくなる傾向が見られる。
熱処理時間は、特に限定されないが通常30分から10時間、好ましくは1から8時間である。
In the present invention, by performing heat treatment in a non-oxidizing atmosphere, dehydrogenation of Si—H bond starts from about 600 ° C. of silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane, and Si—Si bond is generated, A characteristic silicon oxide structure derived from hydrogen polysilsesquioxane is formed. Even after this heat treatment, the chemical bond between the silicon-based nanoparticles and the hydrogen polysilsesquioxane is maintained. The presence of a silicon oxide structure derived from hydrogen polysilsesquioxane after heat treatment can be known from the measurement by infrared spectroscopy described later, and the like. When grown appropriately, the Si-Si bond is a good Li storage site and a source of high charge capacity. On the other hand, the Si-H bond interacts with a binder having a functional group such as a COO - group, which is a known battery material component, to form a flexible and strong bond, so that in the case of a battery, Express good cycle characteristics.
Therefore, it is necessary to leave an appropriate amount of Si-H bonds to achieve both high capacity and good cycle characteristics, and the heat treatment temperature to satisfy such conditions is usually 600 ° C. to 1000 ° C., preferably 750 ° C. To 900 ° C. At less than 600 ° C. Too many Si-H bonds, the discharge capacity is not sufficient, 1000 good cycle characteristics for ° C. exceeds the Si-H bonds to disappear can not be obtained, rigid SiO 2 further surface There is a tendency that the layer develops and the capacity is less likely to be developed because it inhibits the insertion and detachment of lithium.
The heat treatment time is not particularly limited, but is usually 30 minutes to 10 hours, preferably 1 to 8 hours.

上記の熱処理の条件を適宜調整することにより、本発明のケイ素酸化物構造体の一形態であるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物が得られる。すなわち、熱処理により取得されるケイ素酸化物構造体が、原子組成においてSiとOを含むように熱処理条件を適宜調整すればよい。さらに、好ましくは、熱処理により取得されるケイ素酸化物構造体がSiOx2y2(0.01<x2<2、好ましくは0.3<x2<1.5、より好ましくは0.4<x2<1.0;並びに0<y2<0.35、好ましくは0.01<y2<0.35、より好ましくは0.01<y2<0.3)の原子組成を有するように熱処理条件を適宜調整すること好ましい。加えて、特に好ましくは、熱処理により取得されるケイ素酸化物構造体が、これらの原子組成を有すると共に、赤外分光法により測定されるピーク1の強度(I)とピーク2の強度(I)との比(I/I)が0.01〜0.35、好ましくは0.01〜0.30、0.03〜0.20の範囲に入るように熱処理条件を適宜選択するとよい。ケイ素酸化物構造体の原子組成及び/又はピーク比I/Iがこのような所定の範囲にある場合、より高い電池容量が確保され、さらに初期充放電効率とサイクル容量維持率のバランスのとれた優れた充放電特性を示す負極活物質を信頼性良く取得することができるからである。 By appropriately adjusting the conditions of the above heat treatment, it is possible to obtain a silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product which is one embodiment of the silicon oxide structure of the present invention. That is, the heat treatment conditions may be appropriately adjusted so that the silicon oxide structure obtained by the heat treatment contains Si and O in the atomic composition. Furthermore, preferably, the silicon oxide structure obtained by the heat treatment is SiO x 2 H y 2 (0.01 <x2 <2, preferably 0.3 <x2 <1.5, more preferably 0.4 <x2 < The heat treatment conditions are appropriately adjusted to have an atomic composition of 1.0; and 0 <y2 <0.35, preferably 0.01 <y2 <0.35, more preferably 0.01 <y2 <0.3). Preferably. In addition, particularly preferably, the silicon oxide structure obtained by heat treatment has these atomic compositions, and the intensity of peak 1 (I 1 ) and the intensity of peak 2 (I) measured by infrared spectroscopy. The heat treatment conditions are appropriately selected such that the ratio (I 1 / I 2 ) to 2 ) falls within the range of 0.01 to 0.35, preferably 0.01 to 0.30, 0.03 to 0.20. Good. When the atomic composition and / or peak ratio I 1 / I 2 of the silicon oxide structure is in such a predetermined range, higher battery capacity is ensured, and further, the balance between the initial charge / discharge efficiency and the cycle capacity retention rate This is because the negative electrode active material exhibiting excellent charge and discharge characteristics can be obtained with high reliability.

かくして得られた本発明のシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物、即ちケイ素酸化物構造体は、その形状として本発明の合成法によって得られたシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを熱処理して得られることから、図5に示したSEM写真から明らかなように、粒径がサブミクロンの球状粒子である一次粒子が集合した二次集合体が観察され得る。このような二次集合体の粒度又は粒径は、ナノメートルスケールものから数ミクロン程度のものが観察され得る。より具体的には、本発明のケイ素酸化物構造体においては、SEM観察により、3.0μm未満の粒度又は粒径の二次集合体が観察され、より好ましくは2.9μm以下、2.6μm以下、2.5μm以下、より好ましくは2.4μm以下、更により好ましくは2.3μm以下、2.2μm以下、2.1μm以下、2.0μm以下、1.9μm以下、1.8μm以下の粒度又は粒径の二次集合体が観察され得る。   The silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product of the present invention thus obtained, that is, the silicon oxide structure, has as its shape the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesqui obtained by the synthesis method of the present invention. Since it is obtained by heat-treating oxane, as is apparent from the SEM photograph shown in FIG. 5, a secondary aggregate in which primary particles having spherical particles with a submicron particle size can be observed. The particle size or particle size of such secondary assemblies can be observed on the nanometer scale to several microns or so. More specifically, in the silicon oxide structure of the present invention, secondary aggregation with a particle size or particle size of less than 3.0 μm is observed by SEM observation, more preferably 2.9 μm or less, 2.6 μm or less The particle size of 2.5 μm or less, more preferably 2.4 μm or less, still more preferably 2.3 μm or less, 2.2 μm or less, 2.1 μm or less, 2.0 μm or less, 1.9 μm or less, 1.8 μm or less Or secondary aggregates of particle size can be observed.

そして、特に本発明の製法において、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの生成する際に反応条件の1つであるpHを上記所定の範囲に制御することにより、一次粒子であるシリコン系ナノ粒子の凝集が一定程度抑制され、その結果、一次粒子の凝集体である二次凝集物の粒径増大も同様に一定程度抑制される。その結果、最終プロダクトのシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(ケイ素酸化物構造体)においては、粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径 D50が3.0μm未満となる。   And, particularly in the production method of the present invention, when producing silicon-based nanoparticles-containing hydrogen polysilsesquioxane, the silicon particles which are primary particles are controlled by controlling the pH which is one of the reaction conditions within the above-mentioned predetermined range. The aggregation of the nanoparticles is suppressed to a certain extent, and as a result, the increase in the particle size of the secondary aggregate, which is an aggregate of primary particles, is also suppressed to a certain extent. As a result, in the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (silicon oxide structure) of the final product, the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in the particle size distribution is less than 3.0 μm.

ここで、上記50%累積質量粒子径分布直径 D50は、好ましくは、2.9μm以下、2.6μm以下、2.5μm以下、より好ましくは2.4μm以下、更により好ましくは2.3μm以下、2.2μm以下、2.1μm以下、2.0μm以下、1.9μm以下、1.8μm以下である。
上記50%累積質量粒子径分布直径 D50が、上記のような範囲であると、二次電池においてより高いレベルでサイクル劣化が抑制され、サイクル特性向上が一層見込める。
Here, the 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 is preferably 2.9 μm or less, 2.6 μm or less, 2.5 μm or less, more preferably 2.4 μm or less, still more preferably 2.3 μm or less, It is 2.2 micrometers or less, 2.1 micrometers or less, 2.0 micrometers or less, 1.9 micrometers or less, and 1.8 micrometers or less.
When the 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 is in the above range, cycle deterioration is suppressed at a higher level in the secondary battery, and cycle characteristics can be further improved.

なお、50%累積質量粒子径分布直径 D50の下限は、本発明においては粒径がナノメートルスケールであるシリコン系ナノ粒子を用いることに鑑みれば、同シリコン系ナノ粒子による凝集ないし集合により自ずと決まるものであり、上記上限を超えることが無い限り所望の効果も得られることから、特に限定されるものでもない。例えば、該下限としては、300nm以上、400nm以上、500nm以上、600nm以上、700nm以上、800nm以上、900nm以上、1.0μm以上が挙げられる。   In the present invention, the lower limit of the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 is naturally determined by the aggregation or aggregation of the silicon-based nanoparticles in view of using the silicon-based nanoparticles having a particle size of nanometer scale in the present invention. It is not particularly limited because the desired effects can be obtained as long as the above upper limit is not exceeded. For example, the lower limit may be 300 nm or more, 400 nm or more, 500 nm or more, 600 nm or more, 700 nm or more, 800 nm or more, 900 nm or more, or 1.0 μm or more.

さらに、二次集合体の粒度が一定範囲に制御されていることに加えて、上記の通り、本発明におけるシリコン系ナノ粒子の一次粒子はナノメートルスケールであることから、負極材料として二次電池において利用した場合に、充放電を繰り返す際に生じる膨張収縮時の応力がより一層緩和されるので、二次集合体の粒度のみならず、一次粒子の粒径も、サイクル劣化の抑制及びサイクル特性向上に寄与する。
さらに加えて、上記の如き複雑な二次構造を持つことで結着剤との結着性が良好となり、さらに優れたサイクル特性を発現するとも云える。
Furthermore, in addition to the fact that the particle size of the secondary assembly is controlled within a certain range, as described above, the primary particle of the silicon-based nanoparticle in the present invention is on the nanometer scale. Since the stress at the time of expansion and contraction that occurs when repeating charge and discharge is further alleviated when used in the above, not only the particle size of the secondary assembly but also the particle size of the primary particles, the cycle deterioration suppression and cycle characteristics Contribute to improvement.
In addition, it may be said that the binding property with the binding agent is improved by having a complex secondary structure as described above, and further excellent cycle characteristics are exhibited.

<ケイ素酸化物構造体を含む負極活物質>
次に、ケイ素酸化物構造体(具体的には上記シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物)を含む、負極活物質について説明する。
<Anode Active Material Containing Silicon Oxide Structure>
Next, a negative electrode active material containing a silicon oxide structure (specifically, the above-mentioned silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product) will be described.

電池は、高容量化し、大電流で充放電する事が求められていることから、電極の電気抵抗が低い材料が要求されている。
したがって、上記ケイ素酸化物構造体に炭素系物質を複合又は被覆させることも本発明の一態様である。
炭素系物質を複合又は被覆させるには、メカノフュージョンやボールミルあるいは振動ミル等を用いた機械的混合法等により、上記ケイ素酸化物構造体と炭素系物質を分散させる方法が挙げられる。
Since the battery is required to have a high capacity and to be charged and discharged with a large current, a material having a low electric resistance of the electrode is required.
Therefore, it is also an aspect of the present invention to composite or coat a carbon-based material on the silicon oxide structure.
In order to composite or coat the carbon-based material, a method of dispersing the silicon oxide structure and the carbon-based material by mechanical mixing method using a mechanofusion, a ball mill, a vibration mill or the like may be mentioned.

炭素系物質としては、黒鉛、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノフォーム、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維および無定形炭素などの炭素系物質が好ましく挙げられる。   Preferred examples of the carbon-based material include carbon-based materials such as graphite, carbon black, fullerene, carbon nanotube, carbon nanofoam, pitch-based carbon fiber, polyacrylonitrile-based carbon fiber and amorphous carbon.

なお、上記ケイ素酸化物構造体と炭素系物質とは任意の割合で複合又は被覆できる。   The silicon oxide structure and the carbon-based material can be combined or coated at any ratio.

<負極>
本発明に係る二次電池用負極は、ケイ素酸化物構造体(具体的には上記シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物)又は上記炭素系物質を複合若しくは被覆させたケイ素酸化物構造体を含む負極活物質を用いて製造されるものである。
例えば、負極は、上記負極活物質及び任意に結着剤を含む負極混合材料を、一定の形状に成形する方法、又は該負極混合材料を銅箔などの集電体に塗布させる方法に基づいて製造してもよい。負極の成形方法は、特に限定なく任意の方法を用いればよく、各種公知の方法を用いてもよい。
<Negative electrode>
The negative electrode for a secondary battery according to the present invention is a silicon oxide structure (specifically, the above-mentioned silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product) or a silicon oxide composited or coated with the above-mentioned carbon-based material. It is manufactured using the negative electrode active material containing a structure.
For example, the negative electrode is formed based on a method of forming a negative electrode mixed material containing the above-mentioned negative electrode active material and optionally a binder into a predetermined shape, or a method of applying the negative electrode mixed material to a current collector such as copper foil. It may be manufactured. The negative electrode may be formed by any method without particular limitation, and various known methods may be used.

より詳しくは、例えば、まず、上記ケイ素酸化物構造体又は炭素系物質を複合若しくは被覆させたケイ素酸化物構造体を含む負極活物質、並びに任意に結着剤及導電材料等の各種添加剤を含む二次電池負極用組成物を調製する。調製した二次電池負極用組成物を、銅、ニッケル、ステンレスなどを主体とする棒状体、板状体、箔状体、網状体などの集電体に直接コーティングしてもよい。あるいは、上記二次電池負極用組成物を別途、支持体上にキャスティングし、その支持体上に形成された負極活物質フィルムを剥離し、剥離した負極活物質フィルムを集電体にラミネートして負極極板を形成してもよい。なお、上記の形態はあくまでも例示であり、本発明の負極は、これらに限定されるものではなく、その他の形態として提供され得ることは言うまでもない。   More specifically, for example, first, a negative electrode active material including a silicon oxide structure obtained by compounding or coating the above silicon oxide structure or a carbon-based material, and various additives such as a binder and a conductive material as required. A composition for a secondary battery negative electrode is prepared. The prepared composition for a secondary battery negative electrode may be directly coated on a current collector such as a rod-like body, a plate-like body, a foil-like body or a net-like body mainly composed of copper, nickel, stainless steel or the like. Alternatively, the composition for a secondary battery negative electrode is separately cast on a support, the negative electrode active material film formed on the support is peeled off, and the peeled negative electrode active material film is laminated on a current collector. A negative electrode plate may be formed. In addition, said form is an illustration to the last, It can not be overemphasized that the negative electrode of this invention is not limited to these, and may be provided as another form.

結着剤としては、二次電池において一般的に使われるもので、負極活物質上のSi−H結合と相互作用のある、COO基のような官能基を持ったものであれば、いずれも使用可能である。具体的には、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸、アルギン酸、グルコマンナン、アミロース、サッカロース及びその誘導体や重合物、さらに夫々のアルカリ金属塩の他、ポリイミド樹脂やポリイミドアミド樹脂が例示される。これら結着剤は単独で使用してもよいし、二種以上の混合物であってもよい。
さらに、結着剤に加えて、例えば、集電体と負極活物質との結着性を向上させ、不許核物質の分散性を改善し、結着剤自体の導電性を向上させる等の別機能を付与し得る添加剤を必要に応じて添加することもできる。このような添加剤の具体例としては、スチレン−ブタジエン・ゴム系ポリマー、スチレン−イソプレン・ゴム系ポリマー等が挙げられる。
As the binder, those commonly used in the secondary battery, a Si-H bonds and interactions on the anode active material, COO - as long as having a functional group such as a group, either Are also available. Specifically, in addition to carboxymethyl cellulose, polyacrylic acid, alginic acid, glucomannan, amylose, sucrose and derivatives and polymers thereof, and respective alkali metal salts, polyimide resins and polyimide amide resins are exemplified. These binders may be used alone or in combination of two or more.
Furthermore, in addition to the binder, for example, the binding property between the current collector and the negative electrode active material is improved, the dispersibility of the non-permissive substance is improved, and the conductivity of the binder itself is improved. Additives that can impart functions can also be added as needed. Specific examples of such additives include styrene-butadiene rubber polymers, styrene-isoprene rubber polymers, and the like.

<二次電池>
本発明に係る二次電池は、所望の用途や機能等を考慮し、適宜に設計すればよく、その構成は特に限定されるものでもないが、既存の二次電池の構成を参考に、本発明に係る負極を用いて二次電池を構成することができる。加えて、本発明の二次電池のタイプとしては、本発明の負極が適用できるものであれば特に限定されるものでもないが、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池が挙げられる。これら電池は、以下の実施例において実証されるとおり、本発明の所望の効果が発揮され得ることから、特に好ましい実施形態と言える。
以下、リチウムイオン電池の製造方法及び構成を例示する。
<Secondary battery>
The secondary battery according to the present invention may be appropriately designed in consideration of the desired application, function, etc., and the configuration thereof is not particularly limited, but the present secondary battery is referred to with reference to the configuration of the existing secondary battery. A secondary battery can be configured using the negative electrode according to the invention. In addition, the type of secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as the negative electrode of the present invention can be applied, but, for example, a lithium ion secondary battery and a lithium ion polymer secondary battery are mentioned Be These batteries are said to be particularly preferred embodiments because the desired effects of the present invention can be exhibited as demonstrated in the following examples.
Hereinafter, the manufacturing method and structure of a lithium ion battery are illustrated.

まず、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な正極活物質、導電助剤、結着剤及び溶媒を混合して正極活物質組成物を準備する。上記正極活物質組成物を負極と同様、各種手法を用いて金属集電体上に直接コーティング及び乾燥し、正極板を準備する。
上記正極活物質組成物を別途、支持体上にキャスティングし、この支持体上に形成されたフィルムを剥離し、同フィルムを金属集電体上にラミネートして正極を製造することも可能である。正極の成形方法は、特に限定されるものではないが、各種公知の手法を用いて形成することができる。
First, a positive electrode active material composition is prepared by mixing a positive electrode active material capable of reversibly absorbing and desorbing lithium ions, a conductive additive, a binder and a solvent. Similar to the negative electrode, the positive electrode active material composition is directly coated and dried on a metal current collector using various methods to prepare a positive electrode plate.
It is also possible to separately cast the above positive electrode active material composition on a support, peel off the film formed on the support, and laminate the same film on a metal current collector to produce a positive electrode. . Although the shaping | molding method of a positive electrode is not specifically limited, It can form using various well-known methods.

上記正極活物質としては、当該二次電池の分野で一般的に使われるリチウム金属複合酸化物を用いることができる。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、スピネル構造を持ったマンガン酸リチウム、コバルトマンガン酸リチウム、オリビン構造を持ったリン酸鉄、いわゆる三元系リチウム金属複合酸化物、ニッケル系リチウム金属複合酸化物など挙げられる。また、リチウムイオンの脱−挿入が可能な化合物であるV、TiS及びMoSなども使用することができる。 As said positive electrode active material, lithium metal complex oxide generally used in the field | area of the said secondary battery can be used. For example, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate having a spinel structure, lithium cobalt manganate, iron phosphate having an olivine structure, so-called ternary lithium metal composite oxide, nickel lithium metal composite oxide Etc. In addition, V 2 O 5 , TiS and MoS, which are compounds capable of lithium ion de-insertion, can also be used.

導電助剤を添加してもよく、リチウムイオン電池で一般的に使用されるものを利用することができる。製造された電池において分解又は変質を起こさない電子伝導性材料であることが好ましい。具体例としては、カーボンブラック(アセチレンブラック等)、黒鉛微粒子、気相成長炭素繊維、及びこれらの二種以上の組み合わせなどが挙げられる。また、結着剤としては、例えば、フッ化ビニリデン/六フッ化プロピレン共重合体、フッ化ポリビニリデン(PVDF)、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリ四フッ化エチレン及びその混合物、スチレンブタジエン・ゴム系ポリマーなどが挙げられるが、これらに限定されるものでない。また、溶媒としては、例えば、N−メチルピロリドン、アセトン、水などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
この時、正極活物質、導電助剤、結着剤及び溶媒の含有量は、特に限定されるものでもないが、リチウムイオン電池で一般的に使用される量を目安に適宜選択することができる。
A conductive aid may be added, and those generally used in lithium ion batteries can be used. It is preferable that it is an electron conductive material which does not cause decomposition or deterioration in the manufactured battery. Specific examples thereof include carbon black (acetylene black and the like), graphite fine particles, vapor grown carbon fibers, and a combination of two or more of them. Further, as the binder, for example, vinylidene fluoride / propylene hexafluoride copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene and mixtures thereof, styrene butadiene rubber Although a system polymer etc. are mentioned, it is not limited to these. Moreover, as a solvent, although N- methyl pyrrolidone, acetone, water etc. are mentioned, for example, it is not limited to these.
At this time, the contents of the positive electrode active material, the conductive additive, the binder and the solvent are not particularly limited, but the amounts generally used in lithium ion batteries can be appropriately selected as a standard. .

正極と負極との間に介在するセパレータとしては、リチウムイオン電池で一般的に使われるものを利用すればよいが、特に限定されるものでもなく、所望の用途や機能等を勘案の上、適宜選択すればよい。電解質のイオン移動に対して低抵抗であるか、又は電解液含浸能に優れるものが好ましい。具体的には、ガラスファイバー、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ四フッ化エチレン、ポリイミド、あるいはその化合物のうちから選択された材質であって、不織布または織布の形態でもよい。
より具体的には、リチウムイオン電池の場合には、ポリエチレン、ポリプロピレンのような材料からなる巻き取り可能なセパレータを使用し、リチウムイオンポリマー電池の場合には、有機電解液含浸能に優れたセパレータを使用する事が好ましい。
As a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, a separator generally used in a lithium ion battery may be used, but it is not particularly limited, and it is appropriately determined in consideration of a desired application, a function, etc. It should be selected. It is preferable that the electrolyte has low resistance to ion migration or is excellent in electrolytic solution impregnating ability. Specifically, it is a material selected from glass fiber, polyester, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyimide, or a compound thereof, and may be in the form of non-woven fabric or woven fabric.
More specifically, in the case of a lithium ion battery, a windable separator made of a material such as polyethylene or polypropylene is used, and in the case of a lithium ion polymer battery, a separator excellent in organic electrolyte impregnation ability It is preferred to use

電解液としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ブチレンカーボネート、ジブチルカーボネート、ベンゾニトリル、アセトニトリル、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、ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、スルフォラン、ジクロロエタン、クロロベンゼン、ニトロベンゼンまたは、ジエチルエーテルなどの溶媒またはそれらの混合溶媒に、六フッ化リンリチウム、四フッ化ホウ素リチウム、六アンチモンリチウム、六フッ化ヒ素リチウム、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、Li(CFSON、LiCSO、LiSbF、LiAlO、LiAlCl、LiN(C2x+1SO)(C2y+1SO)(ただし、xおよびyは自然数)、LiCl、LiIのようなリチウム塩からなる電解質のうち一種またはそれらを二種以上混合したものを溶解したものを使用できる。 As an electrolytic solution, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butylene carbonate, dibutyl carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, dioxolane, 4 -Hexafluoride in a solvent such as methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene or diethyl ether or a mixed solvent thereof Phosphorus lithium, lithium boron tetrafluoride, lithium hexaantimony, lithium arsenic hexafluoride, Lithium chlorate, lithium trifluoromethanesulfonate, Li (CF 3 SO 2) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3, LiSbF 6, LiAlO 4, LiAlCl 4, LiN (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y + 1 It is possible to use one of the electrolytes consisting of lithium salts such as Li 2 and LiI, or a mixture of two or more of them dissolved in SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, and LiI.

また、それ以外の種々の非水系電解質や固体電解質も使用できる。例えば、リチウムイオンを添加した各種イオン液体、イオン液体と微粉末を混合した擬似固体電解質、リチウムイオン導電性固体電解質などが使用可能である。   Also, various other non-aqueous electrolytes and solid electrolytes can be used. For example, various ionic liquids to which lithium ions are added, a pseudo-solid electrolyte in which an ionic liquid and a fine powder are mixed, a lithium ion conductive solid electrolyte, and the like can be used.

更にまた、充放電サイクル特性を向上させる目的で、上記の電解液に、負極活物質表面に安定な被膜形成を促進する化合物を適宜含有させることもできる。例えば、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロベンゼン、環状フッ素化カーボネート〔フルオロエチレンカーボネート(FEC)、トリフルオロプロピレンカーボネート(TFPC)、など〕、または、鎖状フッ素化カーボネート〔トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)、トリフルオロジエチルカーボネート(TFDEC)、トリフルオロエチルメチルカーボネート(TFEMC)など〕などのフッ素化カーボネートが効果的である。なお、上記環状フッ素化カーボネートおよび鎖状フッ素化カーボネートは、エチレンカーボネートなどのように、溶媒として用いることもできる。   Furthermore, for the purpose of improving charge and discharge cycle characteristics, the above-mentioned electrolytic solution can be appropriately made to contain a compound that promotes stable film formation on the surface of the negative electrode active material. For example, vinylene carbonate (VC), fluorobenzene, cyclic fluorinated carbonate (fluoroethylene carbonate (FEC), trifluoropropylene carbonate (TFPC), etc.), or chain fluorinated carbonate (trifluorodimethyl carbonate (TFDMC), Fluorinated carbonates such as trifluorodiethyl carbonate (TFDEC), trifluoroethyl methyl carbonate (TFE MC), etc.] are effective. In addition, the said cyclic fluorinated carbonate and chain | strand-shaped fluorinated carbonate can also be used as a solvent like ethylene carbonate.

上述のような正極極板と負極極板との間にセパレータを配して電池構造体を形成する。係る電池構造体をワインディングするか、または折りたたんで円筒形電池ケース、または角型電池ケースに入れた後、電解液を注入すればリチウムイオン電池が完成する。   A separator is disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate as described above to form a battery structure. The battery structure is wound or folded and placed in a cylindrical battery case or a rectangular battery case, and then an electrolyte is injected to complete a lithium ion battery.

また、上記電池構造体をバイセル構造に積層した後、これを有機電解液に含浸させ、得られた物をパウチに入れて密封すれば、リチウムイオンポリマー電池が完成する。   In addition, after the battery structure is stacked in a bicell structure, the battery structure is impregnated with an organic electrolytic solution, and the obtained product is put in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

本発明に係るケイ素酸化物構造体の中でも、従来の一般的なケイ素酸化物の原子組成とは対照的に、図3に示されるように、赤外分光法(IR)により測定したスペクトルにおいて、820〜920cm−1にあるSi−H結合に由来するピーク1の強度(I)と1000〜1200cm−1にあるSi−O−Si結合に由来するピーク2の強度(I)の比(I/I)が0.01から0.35の範囲にあり、また、表1の元素分析値から導きだされるとおり、一般式SiOx2y2(0.3<x2<1.5、0.01<y2<0.35)で表される原子組成を有するものは特に好ましい。これらのパラメータにより特定されるケイ素酸化物構造体を利用した二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池)は、特に高い電池容量を確保し、かつ良好な初期充放電効率及びサイクル特性を示すため、係る二次電池の実施形態は特に好ましい。 Among the silicon oxide structures according to the present invention, in contrast to the conventional general atomic composition of silicon oxide, as shown in FIG. 3, in the spectrum measured by infrared spectroscopy (IR), 820~920cm ratio of -1 intensity of peak 1 derived from Si-H bonds in the (I 1) and the intensity of peak 2 from the Si-O-Si bond in 1000 to 1200 -1 (I 2) ( The general formula SiO x2 H y2 (0.3 <x2 <1.5, as I 1 / I 2 ) is in the range of 0.01 to 0.35 and can be derived from the elemental analysis values in Table 1 And those having an atomic composition represented by 0.01 <y2 <0.35) are particularly preferable. A secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery, a lithium ion polymer secondary battery) using a silicon oxide structure specified by these parameters secures particularly high battery capacity and good initial charge and discharge. Such secondary battery embodiments are particularly preferred because they exhibit efficiency and cycling characteristics.

さらに、本発明に係るケイ素酸化物構造体の中でも、赤外分光法により測定したスペクトルにおいて、Si−O−Si結合に由来するピークのうち、1170cm−1付近のピーク2−1の強度(I2−1)と1070cm−1付近のピーク2−2の強度(I2−2)の比(I2−1/I2−2)が1を超えるものも、特に好ましい。このピーク比の範囲により特定されるケイ素酸化物構造体を利用した二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池)も、特に高い電池容量を確保し、かつ良好な初期充放電効率及びサイクル特性を示すため、係る二次電池の実施形態は特に好ましい。なお、上記焼成物のピーク比の特徴は、前駆体であるシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンについて同じである。即ち、熱処理を行っても、シリコン系ナノ粒子とケイ素酸化物構造体との結合は維持されるため、上記ピーク比を有するシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンは、熱処理後もI2−1/I2−2>1の状態も維持される。 Furthermore, among the silicon oxide structures according to the present invention, in the spectrum measured by infrared spectroscopy, of the peaks derived from the Si-O-Si bond, the intensity of the peak 2-1 near 1170 cm −1 (I It is particularly preferable that the ratio (I 2-1 / I 2-2 ) of the intensity (I 2-2 ) of the peak 2-2 in the vicinity of 2-1 ) and 1070 cm -1 is more than 1. A secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery, a lithium ion polymer secondary battery) using a silicon oxide structure specified by the range of the peak ratio also secures particularly high battery capacity and has a good initial stage. Such secondary battery embodiments are particularly preferred because they exhibit charge and discharge efficiency and cycle characteristics. In addition, the characteristics of the peak ratio of the said baked product are the same about the silicon type nanoparticle containing hydrogen polysilsesquioxane which is a precursor. That is, since the bond between the silicon-based nanoparticles and the silicon oxide structure is maintained even when the heat treatment is performed, the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane having the above peak ratio remains I 2 even after the heat treatment. The state of −1 / I 2-2 > 1 is also maintained.

このようなシリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物においては、シリコン系ナノ粒子が、熱処理前の水素ポリシルセスキオキサンに由来するケイ素酸化物構造を介して互いに化学的かつ強固に結合(例えば、Si−O−Si結合)している。その結果、一次粒子のシリコン系ナノ粒子がネットワーク構造を形成し、一次粒子が集合した二次集合体を形成している。   In such a silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product, the silicon-based nanoparticles chemically and strongly react with each other through the silicon oxide structure derived from the hydrogen polysilsesquioxane before heat treatment. It is bonded (for example, Si-O-Si bond). As a result, silicon-based nanoparticles of primary particles form a network structure, and a secondary aggregate in which primary particles are collected is formed.

上記ネットワーク構造において、シリコン系ナノ粒子を除くケイ素酸化物構造の部分(即ち、シリコン系ナノ粒子を繋ぐ骨格部分)は、シリコン系ナノ粒子の膨張収縮に対する緩衝層の役割を果たし、その結果充放電の繰り返しの際に発生するシリコン系ナノ粒子の微細化を抑制しているものと推察される。
そして、本発明においては、上記酸化物構造体における粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径D50が3.0μm未満に制御されていることから、以下の実施例に示されるとおり、より高いレベルの容量維持率を確保することが可能となる。
In the above network structure, the portion of the silicon oxide structure (ie, the skeleton connecting the silicon nanoparticles) excluding the silicon nanoparticles plays a role of a buffer layer for expansion and contraction of the silicon nanoparticles, and as a result, charge and discharge It is inferred that the miniaturization of silicon-based nanoparticles generated at the time of repetition of is suppressed.
And in the present invention, the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in the particle size distribution in the above-mentioned oxide structure is controlled to be less than 3.0 μm, so higher levels can be obtained as shown in the following examples. It is possible to secure the capacity maintenance rate of

なお、「シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物」について記載した上記構成は、「シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物」の概念にのみ限定されるものではなく、特に矛盾の無い限り上位概念である「ケイ素酸化物構造体」において広く採用され得るものである点留意されたい。即ち、それら「ケイ素酸化物構造体」の実施形態も本明細書に実質的に記載されるものである。   In addition, the said structure described about "silicon | silicone-type nanoparticle containing hydrogen polysilsesquioxane baking material" is not limited only to the concept of "silicon | silicone-type nanoparticle containing hydrogen polysilsesquioxane baking material", It should be noted that it can be widely adopted in the broader term "silicon oxide structure" unless there is a particular contradiction. That is, those “silicon oxide structure” embodiments are also substantially as described herein.

以下、参考例、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be more specifically described by way of reference examples, examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the examples.

参考例、実施例および比較例において調製した試料のいくつかについて、各種分析・評価を行った。
各参考例、実施例及び比較例における「赤外分光法測定」、「元素分析測定」及び「粒度分布測定」の測定装置/測定方法、並びに「電池特性の評価」は、以下のとおりである。
Various analyzes and evaluations were performed on some of the samples prepared in the reference examples, examples, and comparative examples.
The measurement devices / methods of “infrared spectroscopy measurement”, “elemental analysis measurement” and “particle size distribution measurement” and “evaluation of battery characteristics” in each reference example, example and comparative example are as follows: .

(赤外分光法測定)
赤外分光法測定は、赤外分光装置として、Thermo Fisher Scientific製 Nicolet iS5 FT−IRを用いて、KBr法による透過測定(分解能4cm−1、スキャン回数16回、データ間隔 1.928cm−1、検出器 DTGS KBr)にて、1000〜1200cm−1にあるSi−O−Si結合に由来するピーク2の強度(I)を測定した。なお、各々のピーク強度は、対象のピークの始点と終点を直線で結び、部分的にベースライン補正を行った後、ベースラインからピークトップまでの高さを計測して求めた。Si−O−Si結合に由来するピークは、2箇所に存在するため、ピーク分離を行いピーク位置が1170cm−1付近のピークの強度をI2−1、1070cm−1付近のピークの強度をI2−2とし、2ピークのうち高強度なピークの強度をIと規定した。
(Infrared spectroscopy measurement)
Infrared spectroscopy measurement is transmission measurement by KBr method using a Nicolet iS5 FT-IR manufactured by Thermo Fisher Scientific as an infrared spectrometer (resolution 4 cm −1 , scanning number 16 times, data interval 1.928 cm −1 , In a detector DTGS KBr), the intensity (I 2 ) of peak 2 derived from the Si—O—Si bond at 1000 to 1200 cm −1 was measured. Each peak intensity was obtained by connecting the start point and the end point of the target peak with a straight line, partially performing baseline correction, and then measuring the height from the baseline to the peak top. Peak derived from the bond of Si-O-Si, in order to exist in two places, the intensity of the peak around -1 peak position 1170cm perform peak separation I 2-1, the intensity of the peak around 1070 cm -1 I 2-2 and the high-intensity peak intensities of the two peaks was defined as I 2.

(元素分析)
元素組成分析については、試料粉末をペレット状に固めたのち、2.3MeVに加速したHeイオンを試料に照射し、後方散乱粒子のエネルギースペクトル、及び前方散乱された水素原子のエネルギースペクトルを解析することにより水素を含めた確度の高い組成値が得られるRBS(ラザフォード後方散乱分析)/HFS(水素前方散乱分析)法により行った。測定装置はNational Electrostatics Corporation製 Pelletron 3SDHにて、入射イオン:2.3MeV He、RBS/HFS同時測定時入射角:75deg.、散乱角:160deg.、試料電流:4nA、ビーム径:2mmφの条件で測定した。
(Elemental analysis)
For elemental composition analysis, solidify the sample powder into a pellet, irradiate the sample with He ions accelerated to 2.3 MeV, and analyze the energy spectrum of the backscattered particles and the energy spectrum of the forward-scattered hydrogen atoms. This is done by the RBS (Rutherford Backscattering Analysis) / HFS (Hydrogen Forward Scattering Analysis) method, which gives highly accurate composition values including hydrogen. The measurement apparatus used is Pelletron 3SDH manufactured by National Electrostatics Corporation, and incident ions: 2.3 MeV He, RBS / HFS simultaneous measurement incident angle: 75 deg. , Scattering angle: 160 deg. Sample current: 4 nA, and beam diameter: 2 mmφ.

(粒度分布の測定)
以下の実施例1及び2並びに比較例4〜8においては、調製したシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(10)〜(16)について粒度分布を測定し、特に粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径 D50を算出した。粒度分布の測定方法は以下の通りである。調製したシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物を少量ビーカーに取り、水および0.5%トリトンX−100水溶液を数滴加え、株式会社日本精機製作所製超音波ホモジナイザーUS−150を用いて3分間分散処理して測定用サンプルを調製した。この測定用サンプルを、マイクロトラック・ベル株式会社製レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置MT3300IIを用いて測定した。
(Measurement of particle size distribution)
In the following Examples 1 and 2 and Comparative Examples 4 to 8, the particle size distribution of the prepared silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (10) to (16) is measured, and in particular, 50% in the particle size distribution The cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 was calculated. The measurement method of particle size distribution is as follows. Take a small amount of the prepared silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product in a beaker, add a few drops of water and 0.5% triton X-100 aqueous solution, and use ultrasonic homogenizer US-150 manufactured by Nippon Seiki Co., Ltd. Dispersion treatment was carried out for 3 minutes to prepare a measurement sample. The measurement sample was measured using a laser diffraction scattering particle size distribution measuring apparatus MT3300II manufactured by Microtrack Bell Inc.

(走査型電子顕微鏡による観察)
株式会社キーエンス製 VE−9800または株式会社日立ハイテクノロジーズ製SU−90を用い、任意の加速電圧で測定した。
(Observation by scanning electron microscope)
It measured at arbitrary acceleration voltages using Keyence Corporation VE-9800 or Hitachi High-Technologies Corporation SU-90.

(電池特性の評価)
所定の実施例又は比較例の試料を含有する負極活物質を用いてリチウムイオン電池を作製し、電池の充放電特性を、次のようにして測定した。
株式会社ナガノ製BTS2005Wを用い、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物1g当たり、100mAの電流で、Li電極に対して0.001Vに達するまで定電流充電し、次に0.001Vの電圧を維持しつつ、電流が活物質1g当たり20mA以下の電流値になるまで定電圧充電を実施した。
充電が完了したセルは、約30分間の休止期間を経た後、活物質1g当たり100mAの電流で電圧が1.5Vに達するまで定電流放電を行った。
また、充電容量は、定電圧充電が終了するまで積算電流値から計算し、放電容量は、電池電圧が1.5Vに到達するまでの積算電流値から計算し、初回の放電容量を初回の充電容量で除した値を100分率で表したものを初期充放電効率とした。各充放電の切り替え時には、30分間、開回路で休止した。
(Evaluation of battery characteristics)
A lithium ion battery was produced using the negative electrode active material containing the sample of a predetermined example or a comparative example, and the charge / discharge characteristic of the battery was measured as follows.
Using BTS 2005 W manufactured by Nagano, constant current charge is performed at a current of 100 mA per gram of silicon nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane until it reaches 0.001 V with respect to the Li electrode, and then 0.001 V While maintaining the voltage, constant voltage charging was performed until the current reached a current value of 20 mA or less per 1 g of the active material.
The charged cells were subjected to a constant current discharge at a current of 100 mA per 1 g of the active material until a voltage of 1.5 V was reached after a rest period of about 30 minutes.
In addition, the charge capacity is calculated from the integrated current value until the constant voltage charge ends, and the discharge capacity is calculated from the integrated current value until the battery voltage reaches 1.5 V, and the first discharge capacity is the first charge The value obtained by dividing the value by volume and expressing it in percentage is regarded as the initial charge and discharge efficiency. At the time of switching of each charge and discharge, the circuit was paused for 30 minutes.

充放電サイクル特性についても同様の条件で行った。
なお、充放電効率は、初回(充放電の第1サイクル目)の充電容量に対する放電容量の比率とした。また、容量維持率は、参考例2〜12及び比較例1〜5については、初回の放電容量に対する、充放電50回目のサイクルにおける放電容量の比率とし、実施例1及び2並びに比較例4〜8については、初回の放電容量に対する、充放電100回目のサイクルにおける放電容量の比率とした。
The same conditions were used for charge and discharge cycle characteristics.
In addition, charge / discharge efficiency was made into the ratio of discharge capacity with respect to charge capacity of the first time (1st cycle of charge / discharge). The capacity retention rate is the ratio of the discharge capacity in the 50th cycle of charge and discharge to the discharge capacity of the first time for Reference Examples 2 to 12 and Comparative Examples 1 to 5, and Examples 1 and 2 and Comparative Examples 4 to 4 The ratio of the discharge capacity in the 100th cycle of charge and discharge to the discharge capacity of the first time was taken as the value of 8.

[参考例1]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(1)の調製)
50mlビーカーに純水20gとシリコンナノパウダー(シグマアルドリッチ、100nm未満(体積基準平均粒径、ただし、10nmは超える))1.92gを入れ、超音波洗浄機にてシリコンナノ粒子分散水溶液を調製した。500mlの三つ口フラスコに、このシリコン微粒子分散液と36重量%濃度の塩酸2.43g(24mmol)及び純水218.6gを仕込み、室温にて10分攪拌してシリコンナノ粒子を全体に分散させ、撹拌下にトリエトキシシラン(東京化成工業社製)45g(274mmol)を25℃にて滴下した。滴下終了後、撹拌しながら25℃にて加水分解反応および縮合反応を2時間行った。
反応時間経過後、反応物をメンブランフィルター(孔径0.45μm、親水性)にてろ過し、固体を回収した。得られた固体を80℃にて10時間、減圧乾燥し、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(1)(参考例1)16.4gを得た。
[Reference Example 1]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Powder (1))
In a 50 ml beaker, 20 g of pure water and 1.92 g of silicon nanopowder (Sigma Aldrich, less than 100 nm (however, 10 nm exceeds)) were added, and a silicon nanoparticle dispersed aqueous solution was prepared with an ultrasonic cleaner. . This silicon fine particle dispersion, 2.43 g (24 mmol) of 36% by weight hydrochloric acid and 218.6 g of pure water are charged in a 500 ml three-necked flask, and stirred at room temperature for 10 minutes to disperse the silicon nanoparticles throughout. Then, 45 g (274 mmol) of triethoxysilane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added dropwise at 25 ° C. while stirring. After completion of the dropwise addition, the hydrolysis reaction and the condensation reaction were carried out for 2 hours at 25 ° C. while stirring.
After the reaction time, the reaction product was filtered through a membrane filter (pore diameter 0.45 μm, hydrophilic) to recover a solid. The obtained solid was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 10 hours to obtain 16.4 g of silicon nanoparticles-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (1) (Reference Example 1).

[参考例2]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)の調製)
参考例1のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(1)10.0gをSSA−Sグレードのアルミナ製ボートにのせた後、該ボートを真空パージ式チューブ炉 KTF43N1−VPS(光洋サーモシステム社製)にセットし、熱処理条件として、アルゴンガス雰囲気下(高純度アルゴンガス99.999%)にて、アルゴンガスを250ml/分の流量で供給しつつ、4℃/分の割合で昇温し、900℃で1時間焼成することで、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの焼成物を得た。
次いで、得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物を乳鉢にて5分間解砕粉砕し、目開き32μmのステンレス製篩を用いて分級することにより最大粒子径が32μmであるシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)9.58gを得た。
[Reference Example 2]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Calcined Product (1))
After placing 10.0 g of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (1) of Reference Example 1 on an SSA-S grade alumina boat, the boat is placed in a vacuum purge type tube furnace KTF43N1-VPS The heat treatment conditions are set at a rate of 4 ° C./minute while supplying argon gas at a flow rate of 250 ml / minute under an argon gas atmosphere (high purity argon gas 99.999%). By heating and baking at 900 ° C. for 1 hour, a baked product of silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane was obtained.
Subsequently, the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product is crushed and ground for 5 minutes in a mortar, and classified using a stainless steel sieve having an opening of 32 μm, and thus the maximum particle diameter is 32 μm. 9.58 g of nanoparticles-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (1) was obtained.

(負極の作製)
カルボキシメチルセルロースの2重量%水溶液20g中に、上記シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)3.2gと0.4gのデンカ株式会社製アセチレンブラックを加え、フラスコ内で攪拌子を用いて15分間混合した後、固形分濃度が15重量%となるよう蒸留水を加え、さらに15分間撹拌してスラリー状組成物を調製した。このスラリー状組成物をプライミックス社製の薄膜旋回型高速ミキサー(フィルミックス40−40型)に移し、回転数20m/sで30秒間、撹拌分散を行った。分散処理後のスラリーを、ドクターブレード法により、銅箔ロール上にスラリーを200μmの厚さにて塗工した。
塗工後、80℃のホットプレートにて90分間乾燥した。乾燥後、負極シートを2t小型精密ロールプレス(サンクメタル社製)にてプレスした。プレス後、φ14.50mmの電極打ち抜きパンチHSNG−EPにて電極を打ち抜き、ガラスチューブオーブンGTO―200(SIBATA)にて、80℃で、16時間減圧乾燥を行い、負極を作製した。
(Fabrication of negative electrode)
In 20 g of a 2% by weight aqueous solution of carboxymethyl cellulose, 3.2 g of the silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (1) and 0.4 g of acetylene black manufactured by Denka Co., Ltd. were added, and a stirrer was used in the flask. After mixing for 15 minutes using it, distilled water was added so that solid content concentration might be 15 weight%, and it stirred for further 15 minutes, and prepared the slurry-like composition. This slurry-like composition was transferred to a thin-film spinning high-speed mixer (Filmix 40-40 type) manufactured by Plymix Co., and stirred and dispersed at a rotation number of 20 m / s for 30 seconds. The slurry after the dispersion treatment was coated on a copper foil roll at a thickness of 200 μm by a doctor blade method.
After coating, it was dried on an 80 ° C. hot plate for 90 minutes. After drying, the negative electrode sheet was pressed with a 2 t small precision roll press (manufactured by Sunk Metal Co., Ltd.). After pressing, the electrode was punched out with a φ14.50 mm electrode punching punch HSNG-EP, and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 16 hours in a glass tube oven GTO-200 (SIBATA) to produce a negative electrode.

(リチウムイオン電池の作製及び評価)
図7に示す構造の2032型コイン電池を作製した。負極1として上記負極体、対極3として金属リチウム、セパレータ2として微多孔性のポリプロピレン製フィルムを使用し、電解液としてLiPF6を1モル/Lの割合で溶解させたエチレンカーボネートとジエチルカーボネート1:1(体積比)混合溶媒にフルオロエチレンカーボネートを5重量%添加したものを使用した。
次いで、リチウムイオン電池の電池特性の評価を既述の方法で実施した。
(Preparation and evaluation of lithium ion battery)
A 2032 type coin battery having a structure shown in FIG. 7 was produced. Ethylene carbonate and diethyl carbonate in which LiPF 6 is dissolved at a ratio of 1 mol / L as the electrolyte using the above negative electrode body as the negative electrode 1, metal lithium as the counter electrode 3, and a microporous polypropylene film as the separator 2 (Volume ratio) What added 5 weight% of fluoro ethylene carbonate to mixed solvent was used.
Subsequently, evaluation of the battery characteristic of a lithium ion battery was implemented by the method as stated above.

[参考例3]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(2)の調製)
500mlビーカーに純水200gとシリコンナノパウダー(シグマアルドリッチ、<100nm未満(体積基準平均粒径、ただし、10nmは超える))19.2gを入れ、超音波洗浄機にてシリコンナノ粒子分散水溶液を調製した。3lのセパラブルフラスコに、このシリコンナノ粒子分散液と36重量%濃度の塩酸12.2g(120mmol)及び純水0.94kg、室温にて10分攪拌してシリコンナノ粒子を全体分散させ、撹拌下にトリメトキシシラン(東京化成工業社製)167g(1.37mol)を25℃にて滴下した。滴下終了後、撹拌しながら25℃にて加水分解反応および縮合反応を2時間行った。
反応時間経過後、反応物をメンブランフィルター(孔径0.45μm、親水性)にてろ過し、固体を回収した。得られた固体を80℃にて10時間、減圧乾燥し、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(2)(参考例3)95.2gを得た。
[Reference Example 3]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Powder (2))
200 g of pure water and 19.2 g of silicon nanopowder (Sigma Aldrich, less than 100 nm (volume based average particle size but more than 10 nm)) are placed in a 500 ml beaker, and a silicon nanoparticle dispersed aqueous solution is prepared with an ultrasonic cleaner. did. In a 3 l separable flask, this silicon nanoparticle dispersion, 12.2 g (120 mmol) of 36 wt% hydrochloric acid and 0.94 kg of pure water are stirred at room temperature for 10 minutes to disperse the entire silicon nanoparticles and stir Below, 167 g (1.37 mol) of trimethoxysilane (made by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was dripped at 25 degreeC. After completion of the dropwise addition, the hydrolysis reaction and the condensation reaction were carried out for 2 hours at 25 ° C. while stirring.
After the reaction time, the reaction product was filtered through a membrane filter (pore diameter 0.45 μm, hydrophilic) to recover a solid. The obtained solid was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 10 hours to obtain 95.2 g of silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (2) (Reference Example 3).

[参考例4]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(2)の調製)
参考例3のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(2)を用いて、参考例2と同様の方法で、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(2)を調製した。
[Reference Example 4]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Calcined Product (2))
Using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (2) of Reference Example 3, a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (2) was prepared in the same manner as in Reference Example 2. .

(負極の作製、リチウムイオン電池の作製及び評価)
得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(2)を用いて、参考例2のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)を用いたときと同様にして、負極体を作製し、それを備えたリチウムイオン電池の電池特性を評価した。
(Production of negative electrode, production and evaluation of lithium ion battery)
Using the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (2), the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (1) of Reference Example 2 is used in the same manner as in A negative electrode body was produced, and the battery characteristics of a lithium ion battery provided with it were evaluated.

[参考例5]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(3)の調製)
シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの調製において、シリコンナノパウダー(シグマアルドリッチ、100nm未満(体積基準平均粒径、ただし、10nmは超える))仕込み量を、77.0gに変えた以外は、参考例3と同様の手順で、調製を行い、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(3)(参考例5)153gを得た。
得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(3)(参考例5)の赤外分光スペクトルを図1に、SEM写真を図2に示す。
[Reference Example 5]
(Preparation of silicon nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane powder (3))
In preparation of silicon nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane, silicon nanopowder (Sigma Aldrich, less than 100 nm (volume based average particle size, but more than 10 nm)) loading amount was changed to 77.0 g except The preparation was carried out in the same manner as in Reference Example 3 to obtain 153 g of silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (3) (Reference Example 5).
The infrared spectrum of the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (3) (Reference Example 5) is shown in FIG. 1, and the SEM photograph is shown in FIG.

[参考例6]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(3)の調製)
参考例5のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(3)を用いて、参考例2と同様の方法で、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(3)を調製した。
[Reference Example 6]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Calcined Product (3))
Using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (3) of Reference Example 5, a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (3) was prepared in the same manner as in Reference Example 2. .

(負極の作製、リチウムイオン電池の作製及び評価)
得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(3)を用いて、参考例2のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)を用いたときと同様に負極の作製を行い、それを備えたリチウムイオン電池の電池特性を評価した。
(Production of negative electrode, production and evaluation of lithium ion battery)
Using the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (3), the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (1) of Reference Example 2 is used similarly to the negative electrode. Preparation was performed, and the battery characteristic of the lithium ion battery provided with it was evaluated.

[参考例7]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(4)の調製)
シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの調製において、縮合触媒として36重量%濃度の塩酸12.2g(120mmol)を代わりに、酢酸(和光特級試薬)7.2g(120mmol)を用いた以外は参考例5と同様の手順で調製を行い、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(4)(参考例7)95.4gを得た。
[Reference Example 7]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Powder (4))
In the preparation of silicon nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane, 7.2 g (120 mmol) of acetic acid (Wako special grade reagent) was used instead of 12.2 g (120 mmol) of 36 wt% hydrochloric acid as a condensation catalyst. The preparation was carried out in the same manner as in Reference Example 5 to obtain 95.4 g of silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (4) (Reference Example 7).

[参考例8]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(4)の調製)
参考例4のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(4)を用いて、参考例2と同様の方法で、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(4)を調製した。
[Reference Example 8]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Calcined Product (4))
A silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (4) was prepared in the same manner as in Reference Example 2 using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (4) of Reference Example 4 .

(負極の作製、リチウムイオン電池の作製及び評価)
得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(4)について、参考例2のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)を用いたときと同様に負極体を作製し、それを備えたリチウムイオン電池の電池特性を評価した。
(Production of negative electrode, production and evaluation of lithium ion battery)
A negative electrode body was prepared in the same manner as when using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (1) of Reference Example 2 for the obtained silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane product (4). The battery characteristics of a lithium ion battery equipped with the same were evaluated.

[参考例9]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(5)の調製)
100mlビーカーに純水50gとシリコンナノパウダー(シグマアルドリッチ、100nm未満(体積基準平均粒径、ただし、10nmは超える))6.63gを入れ、超音波洗浄機にてシリコンナノ粒子分散水溶液を調製した。500mlの三つ口フラスコに、このシリコンナノ粒子分散液と純水46gを仕込んで10分間攪拌した後、フラスコ内を窒素にて置換した。続いてフラスコを氷冷しながら、撹拌下にトリクロロシラン16.0g(118mmol)を20℃にて滴下した。滴下終了後、撹拌しながら20℃にて加水分解反応および縮合反応を2時間行った。
反応時間経過後、メンブランフィルター(孔径0.45μm、親水性)を用いて反応物をろ過し、固体を回収した。得られた固体を80℃にて10時間、減圧乾燥し、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(5)(参考例9)12.6gを得た。
[Reference Example 9]
(Preparation of silicon nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane powder (5))
In a 100 ml beaker, 50 g of pure water and 6.63 g of silicon nanopowder (Sigma Aldrich, less than 100 nm (however, 10 nm exceeds)) were added, and a silicon nanoparticle dispersed aqueous solution was prepared with an ultrasonic cleaner. . The silicon nanoparticle dispersion and 46 g of pure water were charged in a 500 ml three-necked flask and stirred for 10 minutes, and then the inside of the flask was purged with nitrogen. Subsequently, 16.0 g (118 mmol) of trichlorosilane was added dropwise at 20 ° C. with stirring while ice-cooling the flask. After completion of the dropwise addition, the hydrolysis reaction and the condensation reaction were carried out for 2 hours at 20 ° C. while stirring.
After the reaction time had elapsed, the reaction product was filtered using a membrane filter (pore diameter 0.45 μm, hydrophilic) to recover a solid. The obtained solid was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 10 hours to obtain 12.6 g of silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (5) (Reference Example 9).

[参考例10]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(5)の調製)
参考例9のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(5)を用いて、参考例2と同様の方法で、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(5)を調製した。
[Reference Example 10]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Calcined Product (5))
A silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (5) was prepared in the same manner as in Reference Example 2 using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (5) of Reference Example 9 .

(負極の作製、リチウムイオン電池の作製及び評価)
得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(5)を用いて、参考例2のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)を用いたときと同様に負極を作製し、それを備えたリチウムイオン電池の電池特性を評価した。得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(5)(参考例10)の赤外分光スペクトルを図3に、SEM写真を図4に示す。
(Production of negative electrode, production and evaluation of lithium ion battery)
Similarly to the case of using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (1) of Reference Example 2 using the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (5), the negative electrode is obtained. The battery characteristics of a lithium ion battery prepared and provided with it were evaluated. The infrared spectrum of the obtained silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (5) (Reference Example 10) is shown in FIG. 3, and the SEM photograph is shown in FIG.

[参考例11]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(6)の調製)
上記シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(5)10.0gを用い、供給ガスをアルゴン−水素混合ガス(水素ガス濃度:10容積%)にしたこと以外は、参考例2と同様の方法で、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(6)9.83gを得た。
[Reference Example 11]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Calcined Product (6))
The same as Reference Example 2 except that 10.0 g of the silicon nanoparticles-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (5) was used, and the supply gas was changed to an argon-hydrogen mixed gas (hydrogen gas concentration: 10% by volume). Thus, 9.83 g of silicon nanoparticles-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (6) was obtained.

(負極の作製、リチウムイオン電池の作製及び評価)
該シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(6)について、参考例2のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)を用いたときと同様に負極体の作製を行い、それを備えたリチウムイオン二次電池の電池特性を評価した。
(Production of negative electrode, production and evaluation of lithium ion battery)
The negative electrode body was prepared in the same manner as in the case of using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (1) of Reference Example 2 with respect to the silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (6). The battery characteristics of the lithium ion secondary battery equipped with it were evaluated.

[参考例12]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(7)の調製)
上記シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(5)10.0gを用い、焼成温度を800℃にしたこと以外は、参考例2と同様に焼成物の調製を行い、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(7)9.81gを得た。
[Reference Example 12]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Calcined Product (7))
A baked product is prepared in the same manner as in Reference Example 2 except that 10.0 g of the above-mentioned hydrogen nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (5) is used and the firing temperature is set to 800 ° C. There were obtained 9.81 g of hydrogen polysilsesquioxane calcined product (7).

(負極の作製、リチウムイオン電池の作製及び評価)
該シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(7)について、参考例2のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)を用いたときと同様に負極体の作製を行い、それを備えたリチウムイオン二次電池の電池特性を評価した。
(Production of negative electrode, production and evaluation of lithium ion battery)
The negative electrode body was prepared in the same manner as in the case of using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (1) of Reference Example 2 with respect to the silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (7). The battery characteristics of the lithium ion secondary battery equipped with it were evaluated.

[比較例1]
(シリコンナノ粒子複合ケイ素酸化物(1)の調製)
市販の一酸化珪素(アルドリッチ社製 under325mesh)を20μmのステンレス製篩を用いて分級することにより最大粒子径が20μmである一酸化ケイ素粉末を得た。該20μm以下の一酸化珪素10.0gを、シリコンナノパウダー(シグマアルドリッチ、体積基準平均粒径<100nm(100nm未満))6.37gとジルコニア製の容器とジルコニア製ボールを用いて遊星ボールミルにて10分間ボールミリング処理混合し、シリコンナノ粒子混合ケイ素酸化物(1)を得た。得られたシリコンナノ粒子混合ケイ素酸化物(1)の赤外分光スペクトルを図3に示す(図3では比較例1と表記する)。次に、該シリコンナノ粒子混合ケイ素酸化物(1)にカルボキシメチルセルロースの2重量%水溶液5gを加え、ジルコニア製の容器とジルコニア製ボールを用いて遊星ボールミルにて2時間ボールミリング処理を行い、真空乾燥機にて100℃で8時間乾燥して水分を除去してシリコンナノ粒子複合ケイ素酸化物(1)(比較例1)を得た。
Comparative Example 1
(Preparation of silicon nanoparticle composite silicon oxide (1))
A commercially available silicon monoxide (under 325 mesh manufactured by Aldrich) was classified using a 20 μm stainless steel sieve to obtain a silicon monoxide powder having a maximum particle diameter of 20 μm. In a planetary ball mill, using 10.0 g of the silicon monoxide of 20 μm or less and 6.37 g of silicon nanopowder (Sigma Aldrich, volume-based average particle diameter <100 nm (less than 100 nm)) and a zirconia container and a zirconia ball The mixture was ball-milled and mixed for 10 minutes to obtain silicon nanoparticle mixed silicon oxide (1). The infrared spectrum of the obtained silicon nanoparticle mixed silicon oxide (1) is shown in FIG. 3 (shown as Comparative Example 1 in FIG. 3). Next, 5 g of a 2 wt% aqueous solution of carboxymethylcellulose is added to the silicon nanoparticle mixed silicon oxide (1), and ball milling is performed for 2 hours in a planetary ball mill using a zirconia container and a zirconia ball. It dried at 100 degreeC with a dryer for 8 hours, the water | moisture content was removed, and silicon nanoparticle composite silicon oxide (1) (comparative example 1) was obtained.

(負極の作製)
比較例1のシリコンナノ粒子複合ケイ素酸化物(1)を用いた以外は、参考例2と同様に行い負極体を作製した。
(Fabrication of negative electrode)
A negative electrode was produced in the same manner as in Reference Example 2 except that the silicon nanoparticle composite silicon oxide (1) of Comparative Example 1 was used.

(リチウムイオン電池の作製及び評価)
負極体として、上記シリコンナノ粒子複合ケイ素酸化物(1)から作製された負極を用いた以外は、参考例2のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)を用いたときと同様にしてリチウムイオン電池を作製し、それを備えた電池特性を評価した。
(Preparation and evaluation of lithium ion battery)
When the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (1) of Reference Example 2 is used except that the negative electrode produced from the above silicon nanoparticle composite silicon oxide (1) is used as the negative electrode body In the same manner, a lithium ion battery was produced, and the battery characteristics provided with it were evaluated.

[比較例2]
(水素シルセスキオキサン重合体(1)の調製)
3lのセパラブルフラスコに、36重量%濃度の塩酸12.2g(120mmol)及び純水1.19kgを仕込み、撹拌下にトリメトキシシラン(東京化成工業社製)167g(1.37mol)を25℃にて滴下した。滴下終了後、撹拌しながら25℃にて加水分解反応および縮合反応を2時間行った。
反応時間経過後、反応物をメンブランフィルター(孔径0.45μm、親水性)にてろ過し、固体を回収した。得られた固体を80℃にて10時間、減圧乾燥し、水素シルセスキオキサン重合体(1)(比較例2)76.0gを得た。
Comparative Example 2
(Preparation of Hydrogen Silsesquioxane Polymer (1))
In a 3 l separable flask, 12.2 g (120 mmol) of 36 wt% hydrochloric acid and 1.19 kg of pure water are charged, and 167 g (1.37 mol) of trimethoxysilane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) under stirring at 25 ° C. It dripped at. After completion of the dropwise addition, the hydrolysis reaction and the condensation reaction were carried out for 2 hours at 25 ° C. while stirring.
After the reaction time, the reaction product was filtered through a membrane filter (pore diameter 0.45 μm, hydrophilic) to recover a solid. The obtained solid was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 10 hours to obtain 76.0 g of hydrogen silsesquioxane polymer (1) (comparative example 2).

[比較例3]
(水素シルセスキオキサン重合体焼成物(1)の調製)
比較例2の水素シルセスキオキサン重合体(1)を用いて、参考例2と同様の方法で、水素シルセスキオキサン重合体焼成物(1)の調製を行った。
Comparative Example 3
(Preparation of calcined product of hydrogen silsesquioxane polymer (1))
Using the hydrogen silsesquioxane polymer (1) of Comparative Example 2, a baked product of hydrogen silsesquioxane polymer (1) was prepared in the same manner as in Reference Example 2.

(負極の作製、リチウムイオン電池の作製及び評価)
得られた水素シルセスキオキサン重合体焼成物(1)について、参考例2のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)を用いたときと同様に負極を作製し、それを備えたリチウムイオン電池の電池特性を評価した。
(Production of negative electrode, production and evaluation of lithium ion battery)
The obtained hydrogen silsesquioxane polymer fired product (1) was prepared as in the case of using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (1) of Reference Example 2 to prepare a negative electrode, The battery characteristics of the provided lithium ion battery were evaluated.

[参考例13]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(8)の調製)
焼成物の調製において、熱処理における焼成温度を1100℃にしたこと以外は、参考例2と同様に行い、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(8)を得た。
得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(8)(参考例13)の赤外分光測定の結果を図3に示す。
[Reference Example 13]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Calcined Product (8))
The preparation of the fired product was performed in the same manner as in Reference Example 2 except that the firing temperature in the heat treatment was set to 1100 ° C., to obtain a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (8).
The result of the infrared spectroscopy measurement of the obtained silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (8) (Reference Example 13) is shown in FIG.

(負極体の作製)
シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(8)を用いた以外は、参考例2のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)を用いたときと同様に行い負極体を作製した。
(リチウムイオン二次電池の作製及び評価)
負極体として、上記シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(8)から作製された負極体を用いた以外は参考例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製し、電池特性を評価した。
(Preparation of negative electrode body)
The same operation as in the case of using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane sintered product (1) of Reference Example 2 except that the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (8) is used, the negative electrode body Was produced.
(Preparation and evaluation of lithium ion secondary battery)
A lithium ion secondary battery is produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the negative electrode body produced from the silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (8) is used as the negative electrode body, and the battery characteristics are evaluated.

[参考例14]
(シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(9)の調製)
焼成物の調製において、熱処理における焼成温度を500℃にしたこと以外は、参考例2と同様に行い、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(9)を得た。
得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(9)(参考例14)の赤外分光測定の結果を図3に示す。
[Reference Example 14]
(Preparation of Silicon Nanoparticle-Containing Hydrogen Polysilsesquioxane Calcined Product (9))
The preparation of the fired product was performed in the same manner as in Reference Example 2 except that the firing temperature in the heat treatment was set to 500 ° C., to obtain a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (9).
The result of the infrared spectroscopy measurement of the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen-polysilsesquioxane calcined product (9) (Reference Example 14) is shown in FIG.

(負極体の作製、リチウムイオン電池の作製及び評価)
上記シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(9)を用いた以外は、参考例2のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(1)を用いたときと同様にしてリチウムイオン二次電池を作製し、電池特性を評価した。
(Production of negative electrode body, production and evaluation of lithium ion battery)
Lithium was prepared in the same manner as when using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (1) of Reference Example 2 except that the silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (9) was used. An ion secondary battery was produced and battery characteristics were evaluated.

[結果]
上記各参考例1〜14及び比較例1〜3の結果によると、適量のSi−H結合を有しシリコンナノ粒子表面と水素ポリシルセスキオキサンとの間に化学的な結合を有し、かつ新しい構造を有する、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン並びにこれらの焼成物が得られた。そして、これら焼成物から作製される二次電池用負極活物質は何れも、初期放電容量と50サイクル目の放電容量ともに従来の炭素系負極活物質よりも放電容量が高く、良好な初期充放電効率を有していた。更に加えて、これら二次電池用負極活物質は、充放電サイクルによる容量低下が少なく、高い容量維持率を有するものであった。
したがって、特定のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンは、所定の熱処理加工することにより、リチウムイオン電池負極活物質として十分に実用に耐え、高容量を求められる最新電池の負極材料として利用可能な物質となり得る有用な化合物であると評価できる。
[result]
According to the results of Reference Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 3 above, it has an appropriate amount of Si—H bonds and has a chemical bond between the surface of the silicon nanoparticle and the hydrogen polysilsesquioxane, And, silicon nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane and calcined products thereof having a new structure were obtained. The negative electrode active materials for secondary batteries produced from these fired products have higher initial discharge capacities and 50th cycle discharge capacities than conventional carbon-based negative electrode active materials, and good initial charge and discharge. It had efficiency. In addition, these negative electrode active materials for secondary batteries have a high capacity retention rate with little decrease in capacity due to charge and discharge cycles.
Therefore, specific silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane can be used as a negative electrode material of the latest battery which can sufficiently withstand practical use as a lithium ion battery negative electrode active material by performing predetermined heat treatment processing. It can be evaluated that it is a useful compound that can be

一方、比較例1で示されるように、シリコンナノ粒子表面が化学的な結合を持たず、Si−H結合を有していないケイ素酸化物から作製された負極活物質を用いた負極を採用した電池特性は、上記参考例並びに後述の実施例に係る負極活物質を採用した負極と比較すると、初期充放電効率は、一定程度の値を示すものの、急激な容量低下が見られ、リチウムイオン電池としては実用的なレベルに達していなかった。   On the other hand, as shown in Comparative Example 1, a negative electrode using a negative electrode active material made of silicon oxide having no chemical bond and no Si-H bond on the surface of silicon nanoparticles was employed. As for the battery characteristics, although the initial charge / discharge efficiency shows a certain degree of value compared with the negative electrode employing the negative electrode active material according to the above-mentioned reference example and the examples described later, a rapid capacity decrease is observed, and a lithium ion battery As did not reach a practical level.

さらに、比較例3に係るシリコンナノ粒子を含まない水素ポリシルセスキオキサンの焼成物は、赤外吸収スペクトルにおいてSi−O−Si結合に由来するピークのうち、1170cm−1付近のピーク2−1の強度(I2−1)と1070cm−1付近のピーク2−2の強度(I2−2)の比(I2−1/I2−2)が1を超えておらず、各参考例に係る焼成物において見られるような、シリコンナノ粒子と水素ポリシルセスキオキサン由来のケイ素酸化物構造との化学的な結合によるネットワーク構造を有していかった。このようなシリコンナノ粒子表面と化学的な結合を持たないケイ素酸化物を用いた負極は、参考例や実施例で得られた負極活物質を採用した負極と比較すると、初期充放電効率は一定程度の値を示すものの、急激な容量低下が見られ、リチウムイオン二次電池としては実用的なレベルに達していなかった Furthermore, the calcined product of hydrogen polysilsesquioxane not containing silicon nanoparticles according to Comparative Example 3 has a peak 2-170 ° C- 1 in the infrared absorption spectrum among peaks derived from Si-O-Si bond. The ratio (I 2-1 / I 2-2 ) of the intensity (I 2-1 ) of 1 to the intensity (I 2-2 ) of the peak 2-2 near 1070 cm −1 does not exceed 1 and each reference As seen in the fired product according to the example, it had a network structure due to a chemical bond between silicon nanoparticles and a silicon oxide structure derived from hydrogen polysilsesquioxane. Such a negative electrode using silicon oxide that does not have a chemical bond with the surface of silicon nanoparticles has a constant initial charge / discharge efficiency as compared with a negative electrode using the negative electrode active material obtained in the reference example or the example. Although showing a value of the degree, a rapid capacity reduction was seen and it did not reach a practical level as a lithium ion secondary battery

なお、参考例13において示した1000℃を超える温度で焼成したシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物には適量のSi−H結合を有していないためか、この焼成物から作製された負極を採用した電池の特性は、サイクル特性は良好なものの、初回の放電容量が比較的低くかった。
さらに、参考例14のシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物には、Si−H結合が多すぎるためか、比較試験例13と同様にサイクル特性は良好なものの、初回の放電容量が低くかった。
It is to be noted that the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product fired at a temperature exceeding 1000 ° C. shown in Reference Example 13 may be produced from this fired product, probably because it does not have an appropriate amount of Si—H bonds. The characteristics of the battery employing the negative electrode were good in cycle characteristics but relatively low in initial discharge capacity.
Furthermore, the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product of Reference Example 14 has excellent Si-H bonds, so the cycle characteristics are good as in Comparative Test Example 13, but the initial discharge capacity is It was low.

参考例1〜14は、シリコンナノ粒子存在下における所定のケイ素化合物を加水分解及び縮合させる際、反応液のpHを本発明所定の範囲に調整されておらず、製造した各シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物においては、50%累積質量粒子径分布直径 D50が、本発明所定の範囲に入っていないものと思料される。
しかしながら、以下に示す実施例1及び2と、参考例1〜14とは、共にシリコンナノ粒子の存在下において所定のケイ素化合物(式(1))を加水分解及び縮合させることにより、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンないしそれらの焼成物を取得している点においては共通している。言い換えると、以下に示す実施例1及び2と参考例1〜14との違いは、実施例では所定のケイ素化合物を加水分解及び縮合させる際に反応液のpHを所定範囲に調整してシリコンナノ粒子の凝集を一定程度抑制しているのに対し、参考例1〜14ではそのようなpH調整によるシリコンナノ粒子凝集の制御を行っていない点にあり、両者において製造されるシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンの化学組成に本質的な差異は存在しないことが窺える。
In Reference Examples 1 to 14, when a predetermined silicon compound is hydrolyzed and condensed in the presence of silicon nanoparticles, the pH of the reaction solution is not adjusted to the predetermined range of the present invention, and each silicon nanoparticle-containing hydrogen produced In the polysilsesquioxane fired product, it is considered that the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 does not fall within the predetermined range of the present invention.
However, in Examples 1 and 2 shown below and Reference Examples 1 to 14, silicon nanoparticles are obtained by hydrolyzing and condensing a predetermined silicon compound (formula (1)) in the presence of silicon nanoparticles. It is common in the point which has obtained hydrogen polysilsesquioxane containing or those baking products. In other words, the difference between Examples 1 and 2 shown below and Reference Examples 1 to 14 is that in the Examples, the pH of the reaction solution is adjusted to a predetermined range when the predetermined silicon compound is hydrolyzed and condensed. While the aggregation of particles is suppressed to a certain extent, in Reference Examples 1 to 14, the control of silicon nanoparticle aggregation by such pH adjustment is not performed, and silicon nanoparticles containing hydrogen manufactured in both It can be seen that there is no essential difference in the chemical composition of polysilsesquioxane.

つまり、両者の化学組成に本質的な差異が存在しないということを考慮すると、参考例1〜14の結果は、以下のことを支持していることが理解される。即ち、本発明の数ある実施形態の中でも、特に一般式SiOx2y2で特定されるシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物に係る実施形態、一般式SiOx1y1で特定されるシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンに係る実施形態、並びに赤外分光法により測定したスペクトルにおいてSi−H結合に由来するピーク1の強度(I)とSi−O−Si結合に由来するピーク2の強度(I)との比(I/I)で特定されるシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン及びそれらの焼成物に係る実施形態は、各種電池特性をバランス良く発揮でき、かつより高いレベルの容量維持率を発揮し得ることが導き出せる。 That is, in consideration of the fact that there is no essential difference between the chemical compositions of the two, it is understood that the results of Reference Examples 1 to 14 support the following. That is, among the several embodiments of the present invention, the embodiment relating to the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product specified by the general formula SiO x 2 H y 2 is specified by the general formula SiO x 1 H y 1 embodiment of a silicon nanoparticle containing hydrogen polysilsesquioxane, as well as from the the bond of Si-O-Si peak intensity 1 derived from Si-H bonds in the spectrum measured by infrared spectroscopy (I 1) The embodiment according to the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane specified by the ratio (I 1 / I 2 ) to the intensity (I 2 ) of peak 2 and the fired products thereof exhibit various battery characteristics in a well-balanced manner It can be derived that it is possible to exhibit a higher level of capacity maintenance rate.

なお、本発明においては、言うまでもなく、上記原子組成ないし赤外分光法によるピーク強度による特定は必ずしも必須ではなく、50%累積質量粒子径分布直径D50が所定の範囲にあることが必須とされ、上記参考例についても、以下に示す実施例の結果を考慮すれば、50%累積質量粒子径分布直径D50が所定範囲に入るようにpHの調製を行えば、容量維持の向上が発揮され得ることは容易に予測される。   In the present invention, it is needless to say that specification by the above atomic composition or peak intensity by infrared spectroscopy is not necessarily essential, and it is essential that the 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 is in a predetermined range, Also in the above reference example, if pH is adjusted so that the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 falls within the predetermined range, the capacity retention can be improved, considering the results of the examples shown below. Is easily predicted.

以下、本発明の製造方法における所定のpH範囲と、製造されるシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物の粒度分布(50%累積質量粒子径分布直径 D50)及びそれを用いて作製した電池の電池特性との関係を示す実施例及び比較例を示す。   Hereinafter, the predetermined pH range in the production method of the present invention, the particle size distribution (50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50) of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product produced, and the product The Example and comparative example which show the relationship with the battery characteristic of a battery are shown.

[実施例1]
200mlビーカーに純水70gとシリコンナノパウダー(シグマアルドリッチ、<100nm未満(体積基準平均粒径、ただし、10nmは超える))11.2gを入れ、超音波洗浄機にてシリコンナノ粒子分散水溶液を調製した。500mlのセパラブルフラスコに、このシリコンナノ粒子分散液と36重量%濃度の塩酸1.76g(0.0174mmol)及び純水104g、室温にて10分攪拌してシリコンナノ粒子を全体分散させ、撹拌下にトリメトキシシラン(東京化成工業社製)32.9g(200mmol)を25℃にて滴下した。滴下終了後、撹拌しながら25℃にて加水分解反応および縮合反応を2時間行った。
なお、塩酸を投入した後の反応溶液のpHを測定したところ、以下の表3に示すとおりpHは4であった。
Example 1
In a 200-ml beaker, add 70 g of pure water and 11.2 g of silicon nanopowder (Sigma Aldrich, <100 nm (volume based average particle size but over 10 nm)), and prepare an aqueous solution of silicon nanoparticle dispersion with an ultrasonic cleaner. did. In a 500 ml separable flask, this silicon nanoparticle dispersion, 1.76 g (0.0174 mmol) of 36% by weight hydrochloric acid and 104 g of pure water are stirred at room temperature for 10 minutes to disperse the entire silicon nanoparticles and stir Below 32.9 g (200 mmol) of trimethoxysilane (made by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was dripped at 25 degreeC. After completion of the dropwise addition, the hydrolysis reaction and the condensation reaction were carried out for 2 hours at 25 ° C. while stirring.
In addition, when pH of the reaction solution after throwing in hydrochloric acid was measured, as shown in the following Table 3, pH was 4.

反応時間経過後、反応物をメンブランフィルター(孔径0.45μm、親水性)を用いてろ過し、固体を回収した。得られた固体を80℃にて10時間、減圧乾燥し、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(10)21.3gを得た。
さらに、上記得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(10)を用いて、参考例2と同様にして、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(10)を調製し、さらに負極並びに同負極を用いたリチウムイオン電池を作製して電池特性の評価を行った。
加えて、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(10)の走査型電子顕微鏡写真を図5に示す[(a):10,000倍、(b):1,000倍]。
さらに、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(10)の粒度分布を測定したところ、同焼成物は、図6に示すような粒度分布を有することが明らかとなった。加えて、50%累積質量粒子径分布直径 D50は、表3に示すとおり1.746μmであった。
After the reaction time, the reaction product was filtered using a membrane filter (pore diameter 0.45 μm, hydrophilic) to recover a solid. The obtained solid was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 10 hours to obtain 21.3 g of silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (10).
Furthermore, using the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (10) obtained above, a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (10) is prepared in the same manner as in Reference Example 2. Furthermore, a lithium ion battery using the negative electrode and the same negative electrode was produced, and the battery characteristics were evaluated.
In addition, a scanning electron micrograph of the silicon nanoparticle-containing calcined hydrogen polysilsesquioxane (10) is shown in FIG. 5 [(a): 10,000 times, (b): 1,000 times].
Furthermore, when the particle size distribution of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (10) was measured, it became clear that the calcined product has a particle size distribution as shown in FIG. In addition, the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 was 1.746 μm as shown in Table 3.

[実施例2]
実施例1において36重量%濃度の塩酸1.76g(0.0174mmol)に代えて酢酸0.104g(1.74mmol)を用いた以外は、実施例1と同様にしてシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(11)を製造した。
なお、酢酸を投入した後の反応溶液のpHを測定したところ、以下の表3に示すとおりpHは3.38であった。
上記得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(11)を用いて、参考例2と同様にして、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(11)を調製し、さらに負極並びに同負極を用いたリチウムイオン電池を作製して電池特性の評価を行った。
さらに、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(11)の粒度分布を測定したところ、50%累積質量粒子径分布直径 D50は、表3に示すとおり1.683μmであった。
Example 2
Similar to Example 1, except that 0.164 g (1.74 mmol) of acetic acid was used in place of 1.76 g (0.0174 mmol) of 36 wt% hydrochloric acid in Example 1, except that silicon nanoparticles containing hydrogen polysil A sesquioxane powder (11) was produced.
In addition, when pH of the reaction solution after throwing in acetic acid was measured, as shown in the following Table 3, pH was 3.38.
Using the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (11), a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (11) is prepared in the same manner as in Reference Example 2, Furthermore, a lithium ion battery using the negative electrode and the same negative electrode was produced and the battery characteristics were evaluated.
Furthermore, when the particle size distribution of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (11) was measured, the 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 was 1.683 μm as shown in Table 3.

[比較例4]
実施例1において36重量%濃度の塩酸1.76g(0.0174mmol)に代えて塩酸17.6g(174mmol)を用いた以外は、実施例1と同様にしてシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(12)を製造した。
なお、塩酸を投入した後の反応溶液のpHを測定したところ、以下の表3に示すとおりpHは0であった。
上記得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(12)を用いて、参考例2と同様にして、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(12)を調製し、さらに負極並びに同負極を用いたリチウムイオン電池を作製して電池特性の評価を行った。
さらに、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(12)の粒度分布を測定したところ、50%累積質量粒子径分布直径 D50は、表3に示すとおり3.194μmであった。
Comparative Example 4
In the same manner as in Example 1 except that 17.6 g (174 mmol) of hydrochloric acid was used instead of 1.76 g (0.0174 mmol) of 36 wt% hydrochloric acid in Example 1, a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane was used. Sun powder (12) was produced.
In addition, when pH of the reaction solution after throwing in hydrochloric acid was measured, as shown in the following Table 3, pH was 0.
Using the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (12), a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (12) is prepared in the same manner as in Reference Example 2, Furthermore, a lithium ion battery using the negative electrode and the same negative electrode was produced and the battery characteristics were evaluated.
Furthermore, when the particle size distribution of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (12) was measured, the 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 was 3.194 μm as shown in Table 3.

[比較例5]
実施例1において36重量%濃度の塩酸1.76g(0.0174mmol)に代えて塩酸1.76g(17.4mmol)を用いた以外は、実施例1と同様にしてシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(13)を製造した。
なお、塩酸を投入した後の反応溶液のpHを測定したところ、以下の表3に示すとおりpHは1であった。
上記得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(13)を用いて、参考例2と同様にして、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(13)を調製し、さらに負極並びに同負極を用いたリチウムイオン電池を作製して電池特性の評価を行った。
さらに、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(13)の粒度分布を測定したところ、この焼成物は、図6に示すような粒度分布を有しており、その50%累積質量粒子径分布直径 D50は、表3に示すとおり4.739μmであった。
Comparative Example 5
A silicon nanoparticle-containing hydrogen polysil was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.76 g (17.4 mmol) of hydrochloric acid was used instead of 1.76 g (0.0174 mmol) of 36 wt% hydrochloric acid in Example 1. A sesquioxane powder (13) was produced.
In addition, when pH of the reaction solution after throwing in hydrochloric acid was measured, as shown in the following Table 3, pH was 1.
Using the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (13), a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (13) is prepared in the same manner as in Reference Example 2, Furthermore, a lithium ion battery using the negative electrode and the same negative electrode was produced and the battery characteristics were evaluated.
Furthermore, when the particle size distribution of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (13) was measured, this calcined product has a particle size distribution as shown in FIG. Diameter distribution diameter D50 was 4.739 micrometers as shown in Table 3.

[比較例6]
実施例1において36重量%濃度の塩酸1.76g(0.0174mmol)に代えて塩酸176mg(1.74mmol)を用いた以外は、実施例1と同様にしてシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(14)を製造した。
なお、塩酸を投入した後の反応溶液のpHを測定したところ、以下の表3に示すとおりpHは2であった。
上記得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(14)を用いて、参考例2と同様にして、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(14)を調製し、さらに負極並びに同負極を用いたリチウムイオン電池を作製して電池特性の評価を行った。
さらに、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(14)の粒度分布を測定したところ、50%累積質量粒子径分布直径 D50は、表3に示すとおり4.749μmであった。
Comparative Example 6
A silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane was prepared in the same manner as in Example 1 except that 176 mg (1.74 mmol) of hydrochloric acid was used instead of 1.76 g (0.0174 mmol) of 36 wt% hydrochloric acid in Example 1. Sun powder (14) was produced.
In addition, when pH of the reaction solution after throwing in hydrochloric acid was measured, as shown in the following Table 3, pH was 2.
Using the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (14), a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (14) is prepared in the same manner as in Reference Example 2, Furthermore, a lithium ion battery using the negative electrode and the same negative electrode was produced and the battery characteristics were evaluated.
Furthermore, when the particle size distribution of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (14) was measured, the 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 was 4.749 μm as shown in Table 3.

[比較例7]
実施例1において36重量%濃度の塩酸1.76g(0.0174mmol)に代えて塩酸17.6mg(0.174mmol)を用いた以外は、実施例1と同様にしてシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(15)を製造した。
なお、塩酸を投入した後の反応溶液のpHを測定したところ、以下の表3に示すとおりpHは3であった。
上記得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(15)を用いて、参考例2と同様にして、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(15)を調製し、さらに負極並びに同負極を用いたリチウムイオン電池を作製して電池特性の評価を行った。
さらに、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(15)の粒度分布を測定したところ、50%累積質量粒子径分布直径 D50は、表3に示すとおり3.324μmであった。
Comparative Example 7
A silicon nanoparticle-containing hydrogen polysil was prepared in the same manner as in Example 1 except that 17.6 mg (0.174 mmol) of hydrochloric acid was used instead of 1.76 g (0.0174 mmol) of 36 wt% hydrochloric acid in Example 1. A sesquioxane powder (15) was produced.
In addition, when pH of the reaction solution after throwing in hydrochloric acid was measured, as shown in the following Table 3, pH was 3.
Using the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (15), a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (15) is prepared in the same manner as in Reference Example 2, Furthermore, a lithium ion battery using the negative electrode and the same negative electrode was produced and the battery characteristics were evaluated.
Furthermore, when the particle size distribution of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (15) was measured, the 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 was 3.324 μm as shown in Table 3.

[比較例8]
実施例1において36重量%濃度の塩酸1.76g(0.0174mmol)に代えて酢酸10.4g(174mmol)を用いた以外は、実施例1と同様にしてシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(16)を製造した。
なお、塩酸を投入した後の反応溶液のpHを測定したところ、以下の表3に示すとおりpHは2.38であった。
上記得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(16)を用いて、参考例2と同様にして、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(16)を調製し、さらに負極並びに同負極を用いたリチウムイオン電池を作製して電池特性の評価を行った。
さらに、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(16)の粒度分布を測定したところ、50%累積質量粒子径分布直径 D50は、表3に示すとおり5.244μmであった。
Comparative Example 8
In the same manner as in Example 1 except that 10.4 g (174 mmol) of acetic acid was used instead of 1.76 g (0.0174 mmol) of 36 wt% hydrochloric acid in Example 1, a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane was used. Sun powder (16) was produced.
In addition, when pH of the reaction solution after throwing in hydrochloric acid was measured, as shown in the following Table 3, pH was 2.38.
Using the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (16), a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (16) is prepared in the same manner as in Reference Example 2, Furthermore, a lithium ion battery using the negative electrode and the same negative electrode was produced and the battery characteristics were evaluated.
Furthermore, when the particle size distribution of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (16) was measured, the 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 was 5.244 μm as shown in Table 3.

[比較例9]
実施例1において36重量%濃度の塩酸1.76g(0.0174mmol)に代えて酢酸1.04g(17.4mmol)を用いた以外は、実施例1と同様にしてシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(17)を製造した。
なお、塩酸を投入した後の反応溶液のpHを測定したところ、以下の表3に示すとおりpHは2.88であった。
上記得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン粉体(17)を用いて、参考例2と同様にして、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(17)を調製し、さらに負極並びに同負極を用いたリチウムイオン電池を作製して電池特性の評価を行った。
さらに、シリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(17)の粒度分布を測定したところ、50%累積質量粒子径分布直径 D50は、表3に示すとおり3.022μmであった。
Comparative Example 9
A silicon nanoparticle-containing hydrogen polysil was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.04 g (17.4 mmol) of acetic acid was used instead of 1.76 g (0.0174 mmol) of 36% by weight hydrochloric acid in Example 1. A sesquioxane powder (17) was produced.
In addition, when pH of the reaction solution after throwing in hydrochloric acid was measured, as shown in the following Table 3, pH was 2.88.
Using the obtained silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane powder (17), a silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product (17) is prepared in the same manner as in Reference Example 2, Furthermore, a lithium ion battery using the negative electrode and the same negative electrode was produced and the battery characteristics were evaluated.
Furthermore, when the particle size distribution of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (17) was measured, the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 was 3.022 μm as shown in Table 3.

以下の表3に、実施例1及び2、並びに比較例4〜8について、各種ケイ素化合物を加水分解及び縮合させた際の反応液pHの値、得られたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(10)〜(17)の50%累積質量粒子径分布直径 D50の値、並びに電池特性の測定結果及び評価結果を示す。   In Table 3 below, the values of the reaction solution pH when hydrolyzing and condensing various silicon compounds for Examples 1 and 2 and Comparative Examples 4 to 8, the obtained silicon nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane are obtained. The value of 50% accumulation mass particle diameter distribution diameter D50 of sun baking products (10)-(17), and the measurement result and evaluation result of a battery characteristic are shown.

[結果]
表3に示すとおり、シリコンナノ粒子の存在下で所定のケイ素化合物を加水分解及び縮合させる反応において、反応溶液のpHを比較的高い弱酸性領域に調整した実施例1及び2においては、取得したシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(10)及び(11)の50%累積質量粒子径分布直径 D50は、それぞれ1.746μm及び1.683μmとなり、粒径が顕著に小さくなった。また、特に実施例1の粒度分布と比較例5の粒度分布とが図6のグラフに示されている。図6に示されるとおり、比較例5の粒度ピークに対して実施例1の粒度ピークは水平方向左側にシフトしており、比較例5よりも粒度が小さいことが見て取れる。
さらに加えて、pHを制御/モニタリングしていない参考例5及び10において取得されたケイ素酸化物構造体は、それぞれ図2及び4の電子顕微鏡写真で観察される通り一次粒子が顕著に凝集ないし集合することにより二次集合体の粒度が相対的に大きいことが見て取れる。これに対して、pHを所定の範囲に制御した実施例1において取得されたケイ素酸化物構造体は、図5の電子顕微鏡写真で観察される通り、一次粒子の凝集ないし集合が抑制されており二次集合体の粒度は小さく微細なネットワーク構造となっている。
比較例4〜9については、反応溶液のpHは、本発明所定の範囲から逸脱するように調整したものであり、具体的には強酸性領域ないしその近傍に調整したものである。その結果、製造されるシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン焼成物(12)〜(17)の50%累積質量粒子径分布直径 D50はそれぞれ3.0μmを超えて大きい値となった(表3、図6の比較例5を参照)。
[result]
As shown in Table 3, in Examples 1 and 2 in which the pH of the reaction solution was adjusted to a relatively high weakly acidic region in the reaction of hydrolyzing and condensing a predetermined silicon compound in the presence of silicon nanoparticles, The 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired product (10) and (11) is 1.746 μm and 1.683 μm, respectively, and the particle size is significantly reduced. In particular, the particle size distribution of Example 1 and the particle size distribution of Comparative Example 5 are shown in the graph of FIG. As shown in FIG. 6, the particle size peak of Example 1 is shifted to the left in the horizontal direction with respect to the particle size peak of Comparative Example 5, and it can be seen that the particle size is smaller than Comparative Example 5.
In addition, the silicon oxide structures obtained in Reference Examples 5 and 10 in which the pH is not controlled / monitored show remarkable aggregation or aggregation of primary particles as observed in the electron micrographs of FIGS. 2 and 4 respectively. It can be seen that the particle size of the secondary assembly is relatively large. On the other hand, in the silicon oxide structure obtained in Example 1 in which the pH was controlled to a predetermined range, aggregation or aggregation of primary particles was suppressed as observed in the electron micrograph of FIG. The particle size of the secondary assembly is small and has a fine network structure.
In Comparative Examples 4 to 9, the pH of the reaction solution is adjusted so as to deviate from the predetermined range of the present invention, and specifically, it is adjusted to the strongly acidic region or in the vicinity thereof. As a result, the 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 of the silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane fired products (12) to (17) manufactured each had a large value exceeding 3.0 μm (Table 3 and Comparative Example 5 in FIG.

実施例1及び2と比較例4〜9との間における上記50%累積質量粒子径分布直径 D50の違いが生じた理由については、実施例1及び2においては、反応液のpHを比較的酸性度の低い領域に調整したことから、シリコンナノ粒子表面のゼータ電位の絶対値が大きくなり、シリコンナノ粒子同士の凝集が一定程度抑制され、シリコンナノ粒子の凝集によって形成される二次凝集物の平均粒径が減少したことに起因するものと推測される。言い換えると、比較例4〜9においては、反応液のpHを酸性度の高い領域に調整したことから、シリコンナノ粒子表面のゼータ電位の絶対値が小さくなり、シリコンナノ粒子同士の凝集が促進され、その結果、シリコンナノ粒子の凝集によって形成される二次凝集物の平均粒径が増加したことに起因すると考えられる。   As to the reason why the difference in 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 between Example 1 and 2 and Comparative Examples 4 to 9 occurred, in Examples 1 and 2, the pH of the reaction solution was relatively acidic. The absolute value of the zeta potential on the surface of the silicon nanoparticles is increased, the aggregation of the silicon nanoparticles is suppressed to a certain extent, and secondary aggregates formed by the aggregation of the silicon nanoparticles are adjusted. It is presumed that this is due to the decrease in average particle size. In other words, in Comparative Examples 4 to 9, since the pH of the reaction solution was adjusted to a region with high acidity, the absolute value of the zeta potential on the surface of the silicon nanoparticle becomes small, and aggregation of silicon nanoparticles is promoted. As a result, it is considered that this is attributed to the increase in the average particle size of secondary aggregates formed by the aggregation of silicon nanoparticles.

そして、電池評価の結果について見ると、上記のとおり50%累積質量粒子径分布直径 D50が小さい実施例1及び2については、サイクル試験(100サイクル)後における容量維持率は84%超の値を示し、これら実施例において製造した電池は高い容量維持率を保持していた。
これに対して、50%累積質量粒子径分布直径 D50が大きい比較例4〜9において製造した電池については、100サイクル後の容量保持率は84%を下回り、実施例よりも低い値であった。
And when it sees about the result of battery evaluation, the capacity retention rate after cycle test (100 cycles) has a value of more than 84% about Examples 1 and 2 where 50% cumulative mass particle diameter distribution diameter D50 is small as mentioned above. The batteries produced in these examples exhibited high capacity retention rates.
On the other hand, in the batteries manufactured in Comparative Examples 4 to 9 in which the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 is large, the capacity retention after 100 cycles was less than 84%, which is a lower value than in the example. .

上述のとおり、シリコンナノ粒子の存在下で所定のケイ素化合物を加水分解及び縮合させる際に反応溶液のpHを本発明所定の範囲に調整すれば、同加水分解及び縮合は適度に進行すると同時に、シリコンナノ粒子の凝集は適度に抑制され、生成されるシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン及びその焼成物におけるシリコンナノ粒子の二次集合体に関し、焼成物全体の平均粒子径(50%累積質量粒子径分布直径 D50)が好適な範囲に制御されることが示された。さらに、このように平均粒子径(50%累積質量粒子径分布直径 D50)が好適な範囲に制御されたシリコンナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサン及びその焼成物を用いて製造した本発明の二次電池用負極ないし二次電池は、高い電池特性を示し得ることが示された。   As described above, when the pH of the reaction solution is adjusted to the predetermined range of the present invention when hydrolyzing and condensing a predetermined silicon compound in the presence of silicon nanoparticles, the hydrolysis and condensation proceed at a suitable time, The aggregation of the silicon nanoparticles is moderately suppressed, and the average particle size of the entire sintered product (50% accumulation) with respect to the silicon nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane produced and the secondary aggregation of silicon nanoparticles in the calcined product It has been shown that the mass particle size distribution diameter D50) is controlled to a suitable range. Furthermore, the silicon nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane whose average particle size (50% cumulative mass particle size distribution diameter D50) is controlled in a suitable range as described above and the inventive product of the present invention manufactured using the calcined product thereof It has been shown that the negative electrode to secondary battery or secondary battery can exhibit high battery characteristics.

本発明は、二次電池の負極活物質、負極並びに二次電池として適用可能である。したがって、本発明は、負極材料を製造する化学分野、二次電池及び各種電子機器等の電気電子の分野、並びにハイブリッド自動車等の乗り物の分野において高い産業上の利用可能性を有する。   The present invention is applicable as a negative electrode active material of a secondary battery, a negative electrode, and a secondary battery. Therefore, the present invention has high industrial applicability in the field of chemistry that manufactures negative electrode materials, in the field of electric and electronics such as secondary batteries and various electronic devices, and in the field of vehicles such as hybrid vehicles.

1:負極材
2:セパレータ
3:リチウム対極

1: Anode material 2: Separator 3: Lithium counter electrode

Claims (28)

原子組成においてSiとOとを含むケイ素酸化物骨格と、
該ケイ素酸化物骨格に化学的に結合したシリコン系ナノ粒子と、
を構成要素として含んでなり、
粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径 D50が3.0μm未満である、
ケイ素酸化物構造体。
A silicon oxide skeleton containing Si and O in atomic composition,
Silicon-based nanoparticles chemically bonded to the silicon oxide skeleton;
Contains as a component,
50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in the particle size distribution is less than 3.0 μm,
Silicon oxide structure.
上記シリコン系ナノ粒子が一次粒子として集合した二次集合体が形成されている、請求項1に記載のケイ素酸化物構造体。   The silicon oxide structure according to claim 1, wherein a secondary aggregate in which the silicon-based nanoparticles are collected as primary particles is formed. Si−H結合を有する、請求項1又は2に記載のケイ素酸化物構造体。   The silicon oxide structure according to claim 1 or 2, which has a Si-H bond. 一般式SiOx2y2(0.01<x2<2、0<y2<0.35)で表される原子組成を有する、請求項1〜3の何れか1項に記載のケイ素酸化物構造体。 The silicon oxide structure according to any one of claims 1 to 3, which has an atomic composition represented by the general formula SiO x 2 H y 2 (0.01 <x2 <2, 0 <y2 <0.35). . 一般式SiOx2y2(0.3<x2<1.5、0.01<y2<0.35)で表わされる原子組成を有し、かつSi−H結合を有する、請求項1〜4の何れか1項に記載のケイ素酸化物構造体。 The atomic composition represented by the general formula SiO x 2 H y 2 (0.3 <x2 <1.5, 0.01 <y2 <0.35) and having a Si-H bond. The silicon oxide structure according to any one of the above. 本質的に炭素を含まない、請求項1〜5の何れか1項に記載のケイ素酸化物構造体。 The silicon oxide structure according to any one of claims 1 to 5, which is essentially free of carbon. 上記シリコン系ナノ粒子の体積基準平均粒径が10nm〜500nmである、請求項1〜6の何れか1項に記載のケイ素酸化物構造体。 The silicon oxide structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the volume-based average particle diameter of the silicon-based nanoparticle is 10 nm to 500 nm. 上記シリコン系ナノ粒子を5〜65質量%含有する、請求項1〜7の何れか1項に記載のケイ素酸化物構造体。 The silicon oxide structure according to any one of claims 1 to 7, which contains 5 to 65% by mass of the silicon-based nanoparticle. 赤外分光法により測定したスペクトルにおいて、820〜920cm−1にあるSi−H結合に由来するピーク1の強度(I)と1000〜1200cm−1にあるSi−O−Si結合に由来するピーク2の強度(I)の比(I/I)が0.01〜0.35の範囲にある、請求項1〜8の何れか1項に記載のケイ素酸化物構造体。 In the spectrum measured by infrared spectroscopy, a peak derived from Si-O-Si bond in 1000 to 1200 -1 and the intensity of peak 1 (I 1) derived from Si-H bonds in 820~920Cm -1 the ratio of the second intensity (I 2) (I 1 / I 2) is in the range of 0.01 to 0.35, silicon oxide structure according to any one of claims 1-8. 赤外分光法により測定したスペクトルにおいて、Si−O−Si結合に由来するピークのうち、1170cm−1付近の(ピーク2−1)の強度(I2−1)と1070cm−1付近のピーク(ピーク2−2)の強度(I2−2)の比(I2−1/I2−2)が1を超える、請求項1〜9の何れか1項に記載のケイ素酸化物構造体。 In the spectrum measured by infrared spectroscopy, Si-O-Si of the peak derived from a binding, 1170Cm strength (peak 2-1) in the vicinity of -1 (I 2-1) and 1070 cm -1 near the peak ( the ratio of the intensity (I 2-2) peak 2-2) (I 2-1 / I 2-2 ) is greater than 1, the silicon oxide structure according to any one of claims 1-9. 上記50%累積質量粒子径分布直径 D50が2.0μm以下である、請求項1〜10の何れか1項に記載のケイ素酸化物構造体。 The silicon oxide structure according to any one of claims 1 to 10, wherein the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 is 2.0 μm or less. 請求項1〜11の何れか1項に記載のケイ素酸化物構造体を含む、二次電池用負極活物質。 The negative electrode active material for secondary batteries containing the silicon oxide structure in any one of Claims 1-11. 請求項12に記載の二次電池用負極活物質を含む、二次電池用負極。 A negative electrode for a secondary battery, comprising the negative electrode active material for a secondary battery according to claim 12. 請求項13に記載の二次電池用負極を備えた、二次電池。 The secondary battery provided with the negative electrode for secondary batteries of Claim 13. 以下の工程(A)及び(B)を含む、請求項1〜11の何れか1項に記載のケイ素酸化物構造体を製造する方法:
(A)pH2.95以上の条件及びシリコン系ナノ粒子の存在下で、以下の一般式(1)で示されるケイ素化合物を加水分解および縮合反応させ、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを生成すること、
HSi(R) (1)
(式中、Rは、それぞれ同一あるいは異なる、ハロゲン、水素、炭素数1〜10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6〜20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7〜30の置換または非置換のアリールアルコキシから選択される基である。但し、炭素数1〜10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6〜20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7〜30の置換または非置換のアリールアルコキシにおいて、任意の水素はハロゲンで置換されていてもよい。);並びに
(B)上記シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを焼成することにより、上記ケイ素酸化物構造体を取得すること。
A method of producing a silicon oxide structure according to any one of claims 1 to 11, comprising the following steps (A) and (B):
(A) Hydrolysis and condensation reaction of a silicon compound represented by the following general formula (1) under the conditions of pH 2.95 or higher and in the presence of silicon-based nanoparticles, silicon-based nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane To generate
HSi (R) 3 (1)
(Wherein R represents identical or different, respectively, halogen, hydrogen, substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbons, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbons, and 7 to 30 carbons) It is a group selected from substituted or unsubstituted arylalkoxy, provided that substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbon atoms, and 7 to 30 carbon atoms In the substituted or unsubstituted arylalkoxy of the above, any hydrogen may be substituted with a halogen); and (B) the silicon oxidation by firing the silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane. Get the object structure.
工程(A)において、pH3.0〜7.0の条件で上記ケイ素化合物の加水分解および縮合反応を行う、請求項15に記載の方法。 The method according to claim 15, wherein in the step (A), the hydrolysis and condensation reaction of the silicon compound is performed under the condition of pH 3.0 to 7.0. 工程(A)において、pHが3.0以上となるように酸を添加したシリコン系ナノ粒子の分散液に上記ケイ素化合物を添加し、該ケイ素化合物の加水分解および縮合反応を行う、請求項15又は16に記載の方法。 In the step (A), the silicon compound is added to a dispersion of silicon-based nanoparticles to which an acid is added so that the pH is 3.0 or more, and the hydrolysis and condensation reaction of the silicon compound is performed. Or the method according to 16. 上記酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、クエン酸、塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項17に記載の方法。 The method according to claim 17, wherein the acid is at least one selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, citric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid. 上記酸が、塩酸又は酢酸である、請求項17又は18に記載の方法。 The method according to claim 17 or 18, wherein the acid is hydrochloric acid or acetic acid. 工程(B)が、非酸化性雰囲気下及び600℃〜900℃の温度で行われる、請求項15〜19の何れか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 15 to 19, wherein step (B) is performed under a non-oxidizing atmosphere and at a temperature of 600C to 900C. 上記非酸化性雰囲気が、水素ガス雰囲気、又は2容積%以上の水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気である、請求項21に記載の方法。 The method according to claim 21, wherein the non-oxidizing atmosphere is a hydrogen gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of 2 vol% or more of hydrogen gas and an inert gas. 上記シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンは、一般式SiOx1y1(0.25<x1<1.35、0.16<y1<0.90)で表わされる原子組成を有し、上記シリコン系ナノ粒子表面と水素ポリシルセスキオキサンとの間に化学的な結合を有する、請求項15〜21の何れか1項に記載の方法。 The silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane has an atomic composition represented by a general formula SiO x1 H y1 (0.25 <x1 <1.35, 0.16 <y1 <0.90), 22. A method according to any one of claims 15 to 21 having a chemical bond between the silicon based nanoparticle surface and hydrogen polysilsesquioxane. 以下の工程(A)を含む、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを製造する方法:
(A)pH2.95以上の条件及びシリコン系ナノ粒子の存在下で、以下の一般式(1)で示されるケイ素化合物を加水分解および縮合反応させ、シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンを生成すること、
HSi(R) (1)
(式中、Rは、それぞれ同一あるいは異なる、ハロゲン、水素、炭素数1〜10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6〜20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7〜30の置換または非置換のアリールアルコキシから選択される基である。但し、炭素数1〜10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6〜20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7〜30の置換または非置換のアリールアルコキシにおいて、任意の水素はハロゲンで置換されていてもよい。)。
Method for producing silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane, comprising the following step (A):
(A) Hydrolysis and condensation reaction of a silicon compound represented by the following general formula (1) under the conditions of pH 2.95 or higher and in the presence of silicon-based nanoparticles, silicon-based nanoparticles containing hydrogen polysilsesquioxane To generate
HSi (R) 3 (1)
(Wherein R represents identical or different, respectively, halogen, hydrogen, substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbons, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbons, and 7 to 30 carbons) It is a group selected from substituted or unsubstituted arylalkoxy, provided that substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbon atoms, and 7 to 30 carbon atoms In the substituted or unsubstituted arylalkoxy, any hydrogen may be substituted with halogen).
工程(A)において、pH3.0〜7.0の条件で上記ケイ素化合物の加水分解および縮合反応を行う、請求項23に記載の方法。 The method according to claim 23, wherein, in the step (A), the hydrolysis and condensation reaction of the silicon compound is performed under the condition of pH 3.0 to 7.0. 工程(A)において、pHが3.0以上となるように酸を添加したシリコン系ナノ粒子の分散液に上記ケイ素化合物を添加し、該ケイ素化合物の加水分解および縮合反応を行う、請求項23又は24に記載の方法。 The silicon compound is added to a dispersion of silicon-based nanoparticles to which an acid has been added so that the pH is 3.0 or more in the step (A), and the hydrolysis and condensation reaction of the silicon compound is carried out. Or the method according to 24. 上記酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、クエン酸、塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項25に記載の方法。 The method according to claim 25, wherein the acid is at least one selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, citric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid. 上記酸が、塩酸又は酢酸である、請求項25又は26に記載の方法。 27. The method of claim 25 or 26, wherein the acid is hydrochloric acid or acetic acid. 上記シリコン系ナノ粒子含有水素ポリシルセスキオキサンは、一般式SiOx1y1(0.25<x1<1.35、0.16<y1<0.90)で表わされる原子組成を有し、上記シリコン系ナノ粒子表面と水素ポリシルセスキオキサンとの間に化学的な結合を有する、請求項23〜27の何れか1項に記載の方法。

The silicon-based nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane has an atomic composition represented by a general formula SiO x1 H y1 (0.25 <x1 <1.35, 0.16 <y1 <0.90), 28. A method according to any one of claims 23 to 27, having a chemical bond between the silicon based nanoparticle surface and hydrogen polysilsesquioxane.

JP2017254486A 2017-12-28 2017-12-28 Hydrogen polysilsesquioxane containing silicon nanoparticles, silicon oxide structure and method for producing them Active JP6986201B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017254486A JP6986201B2 (en) 2017-12-28 2017-12-28 Hydrogen polysilsesquioxane containing silicon nanoparticles, silicon oxide structure and method for producing them

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017254486A JP6986201B2 (en) 2017-12-28 2017-12-28 Hydrogen polysilsesquioxane containing silicon nanoparticles, silicon oxide structure and method for producing them

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019119638A true JP2019119638A (en) 2019-07-22
JP6986201B2 JP6986201B2 (en) 2021-12-22

Family

ID=67307608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017254486A Active JP6986201B2 (en) 2017-12-28 2017-12-28 Hydrogen polysilsesquioxane containing silicon nanoparticles, silicon oxide structure and method for producing them

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6986201B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021128482A1 (en) 2020-11-11 2022-05-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha ACTIVE MATERIAL, SOLID STATE BATTERY, AND METHOD OF MAKING AN ACTIVE MATERIAL
WO2024048288A1 (en) * 2022-09-01 2024-03-07 Dic株式会社 Negative electrode active material precursor, negative electrode active material, secondary battery, and method for producing negative electrode active material

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH054812A (en) * 1991-06-25 1993-01-14 Nippon Steel Chem Co Ltd Finely particulate semi-spherical silica, production thereof and resin film using same
JP2004063433A (en) * 2001-12-26 2004-02-26 Shin Etsu Chem Co Ltd Conductive silicon oxide powder, its manufacturing method, and negative electrode material for nonaqueous secondary battery using the same
JP2013161785A (en) * 2012-02-07 2013-08-19 Samsung Sdi Co Ltd Negative electrode active material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery including the negative electrode active material
WO2013172378A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 三井金属鉱業株式会社 Negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries
JP2014185052A (en) * 2013-03-22 2014-10-02 Dic Corp Hollow silica nanoparticles and method for producing the same
JP2015018626A (en) * 2013-07-09 2015-01-29 信越化学工業株式会社 Silicon oxide and production method therefor
JP2015149171A (en) * 2014-02-06 2015-08-20 信越化学工業株式会社 Negative electrode material for lithium ion secondary batteries, negative electrode, and lithium ion secondary battery
WO2017010365A1 (en) * 2015-07-10 2017-01-19 Jnc株式会社 Negative electrode active substance for lithium ion secondary battery and method for producing same
WO2017085908A1 (en) * 2015-11-18 2017-05-26 信越化学工業株式会社 Negative electrode active material, mixed negative electrode active material, negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, lithium ion secondary battery, method for producing negative electrode active material, and method for producing lithium ion secondary battery
JP2017516282A (en) * 2014-04-09 2017-06-15 オレンジ パワー リミテッド Negative electrode active material for secondary battery and method thereof

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH054812A (en) * 1991-06-25 1993-01-14 Nippon Steel Chem Co Ltd Finely particulate semi-spherical silica, production thereof and resin film using same
JP2004063433A (en) * 2001-12-26 2004-02-26 Shin Etsu Chem Co Ltd Conductive silicon oxide powder, its manufacturing method, and negative electrode material for nonaqueous secondary battery using the same
JP2013161785A (en) * 2012-02-07 2013-08-19 Samsung Sdi Co Ltd Negative electrode active material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery including the negative electrode active material
WO2013172378A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 三井金属鉱業株式会社 Negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries
JP2014185052A (en) * 2013-03-22 2014-10-02 Dic Corp Hollow silica nanoparticles and method for producing the same
JP2015018626A (en) * 2013-07-09 2015-01-29 信越化学工業株式会社 Silicon oxide and production method therefor
JP2015149171A (en) * 2014-02-06 2015-08-20 信越化学工業株式会社 Negative electrode material for lithium ion secondary batteries, negative electrode, and lithium ion secondary battery
JP2017516282A (en) * 2014-04-09 2017-06-15 オレンジ パワー リミテッド Negative electrode active material for secondary battery and method thereof
WO2017010365A1 (en) * 2015-07-10 2017-01-19 Jnc株式会社 Negative electrode active substance for lithium ion secondary battery and method for producing same
WO2017085908A1 (en) * 2015-11-18 2017-05-26 信越化学工業株式会社 Negative electrode active material, mixed negative electrode active material, negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, lithium ion secondary battery, method for producing negative electrode active material, and method for producing lithium ion secondary battery

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HOHL, A. ET AL., JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS, vol. 320, JPN6021014011, 2003, pages 255 - 280, ISSN: 0004488216 *
SOMODI, F. ET AL., NEW JOURNAL OF CHEMISTRY, vol. 39, JPN6021014010, 2015, pages 621 - 630, ISSN: 0004488215 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021128482A1 (en) 2020-11-11 2022-05-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha ACTIVE MATERIAL, SOLID STATE BATTERY, AND METHOD OF MAKING AN ACTIVE MATERIAL
KR20220064303A (en) 2020-11-11 2022-05-18 도요타 지도샤(주) Active material, all solid state battery, and methods for producing active material
CN114551847A (en) * 2020-11-11 2022-05-27 丰田自动车株式会社 Active material, all-solid-state battery, and method for producing active material
WO2024048288A1 (en) * 2022-09-01 2024-03-07 Dic株式会社 Negative electrode active material precursor, negative electrode active material, secondary battery, and method for producing negative electrode active material

Also Published As

Publication number Publication date
JP6986201B2 (en) 2021-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6941302B2 (en) Polysilsesquioxane-coated silicon nanoparticles or their fired product and its manufacturing method, negative electrode active material for lithium ion batteries, negative electrode for lithium ion batteries, and lithium ion batteries
JP6819024B2 (en) Hydrogen polysilsesquioxane containing silicon nanoparticles, its calcined product, and method for producing them
JP6987358B2 (en) A core-shell structure, a method for manufacturing the same, a composition for a negative electrode using the core-shell structure as a negative electrode active material, a negative electrode, and a secondary battery.
US10770717B2 (en) Composition for secondary battery negative electrode and negative electrode for secondary battery using the same and secondary battery
JP6726394B2 (en) Silicon nanoparticle-containing hydrogen polysilsesquioxane calcined product-metal oxide composite, method for producing the same, negative electrode active material for lithium ion battery, negative electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery
WO2020179409A1 (en) Sioc structure and composition for negative electrode using same, negative electrode, and secondary battery
WO2021241747A1 (en) Composite carbon particles and use thereof
JP2020138895A (en) SILICON-BASED FINE PARTICLE/SILICON-CONTAINING POLYMER COMPOSITE, SiOC STRUCTURE, AND COMPOSITION USING SiOC STRUCTURE FOR ANODE, ANODE AND SECONDARY BATTERY
JP6645514B2 (en) Method for producing negative electrode active material for lithium ion secondary battery
JP7052495B2 (en) Spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles and spherical silicon oxide fine particles, and a method for producing these.
TWI692904B (en) Negative electrode active material for lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof
JP6727558B2 (en) Silicon nanoparticle-containing fired product of hydrogen polysilsesquioxane, negative electrode active material for lithium ion battery, negative electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery
JP6986201B2 (en) Hydrogen polysilsesquioxane containing silicon nanoparticles, silicon oxide structure and method for producing them
JP2019040806A (en) Negative electrode active material for lithium ion battery and manufacturing method thereof, negative electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200703

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210329

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210416

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210614

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211028

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211110

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6986201

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150