JP2019204684A - Negative electrode active material and method for manufacturing negative electrode - Google Patents

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加代子 湯川
Kayoko Yugawa
加代子 湯川
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Abstract

To further improve a method for manufacturing a silicon-containing negative electrode active material by doping a lithium-doped negative electrode active material with lithium.SOLUTION: A method for manufacturing a lithium-doped negative electrode active material comprises a doping step of bringing a silicon-containing negative electrode active material with a lithium complex solution prepared by dissolving a lithium metal and a polycyclic aromatic compound in an organic solvent, thereby doping the negative electrode active material with lithium. In the doping step, a negative electrode active material slurry containing the negative electrode active material and the organic solvent is kept below 50°C and then the lithium complex solution is dropped.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は負極活物質を製造する方法及び負極を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a negative electrode active material and a method for producing a negative electrode.

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

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

ところで、ケイ素を含有する負極活物質の不可逆容量は大きい。このため、これらの負極活物質に予めリチウムをドープすることで、当該ケイ素を含有する負極活物質の不可逆容量をキャンセルする技術が提案されている。
以下、必要に応じて、ケイ素を含有する負極活物質をケイ素含有負極活物質と称し、ケイ素含有負極活物質を有する負極をケイ素含有負極と称し、リチウムがドープされたケイ素含有負極活物質をリチウムドープ負極活物質と称し、リチウムがドープされたケイ素含有負極をリチウムドープ負極と称する。
By the way, the irreversible capacity | capacitance of the negative electrode active material containing a silicon is large. For this reason, the technique which cancels the irreversible capacity | capacitance of the negative electrode active material containing the said silicon | silicone by doping lithium to these negative electrode active materials previously is proposed.
Hereinafter, if necessary, the negative electrode active material containing silicon is referred to as a silicon-containing negative electrode active material, the negative electrode having a silicon-containing negative electrode active material is referred to as a silicon-containing negative electrode, and the silicon-containing negative electrode active material doped with lithium is referred to as lithium. This is referred to as a doped negative electrode active material, and a silicon-containing negative electrode doped with lithium is referred to as a lithium-doped negative electrode.

非特許文献1、非特許文献2、特許文献6〜特許文献8には、ケイ素含有負極活物質にリチウムをドープする各種の方法が紹介されている。
特許文献6には、ケイ素含有負極活物質にリチウムをドープする方法として、金属リチウムを液体アンモニアに溶解した溶液、又は、n−ブチルリチウムを有機溶剤に溶解した溶液に、ケイ素含有負極活物質、又は、当該ケイ素含有負極活物質を用いた負極を浸漬する方法が紹介されている。
特許文献7には、溶剤の存在下で、金属リチウムとケイ素含有負極活物質とを混練混合する方法が紹介されている。
非特許文献1には、ナフタレンをテトラヒドロフランに溶解させた溶液に金属リチウムを溶解させたドープ溶液に、ケイ素含有負極を浸漬して、リチウムドープ負極を得る方法が紹介されている。
非特許文献2には、ナフタレン及び金属リチウムをブチルメチルエーテルに溶解させて得られた溶液に、ケイ素含有負極を浸漬して、リチウムドープ負極を得る方法が紹介されている。
特許文献8には、アルカリ金属と、当該アルカリ金属に溶媒和する有機溶媒と、求電子置換反応性を有する配位子と、を混合して得られたアルカリ金属錯体に、ケイ素含有負極を浸漬等して、リチウムドープ負極を得る方法が紹介されている。当該特許文献8の実施例において、上記の配位子としてはナフタレン、フルオレン、アズレン、アセナフチレン、ビフェニレン、ピレン、テトラセン、ベンズアントラセン等の多環芳香族化合物が用いられ、有機溶媒としてはテトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメトキシエタン、ジメチルスルホキシドが用いられている。
Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Patent Documents 6 to 8 introduce various methods for doping lithium into a silicon-containing negative electrode active material.
In Patent Document 6, as a method for doping lithium into a silicon-containing negative electrode active material, a solution containing metallic lithium dissolved in liquid ammonia, or a solution obtained by dissolving n-butyl lithium in an organic solvent, a silicon-containing negative electrode active material, Or the method of immersing the negative electrode using the said silicon-containing negative electrode active material is introduced.
Patent Document 7 introduces a method of kneading and mixing metallic lithium and a silicon-containing negative electrode active material in the presence of a solvent.
Non-Patent Document 1 introduces a method of obtaining a lithium-doped negative electrode by immersing a silicon-containing negative electrode in a dope solution in which metallic lithium is dissolved in a solution in which naphthalene is dissolved in tetrahydrofuran.
Non-Patent Document 2 introduces a method of obtaining a lithium-doped negative electrode by immersing a silicon-containing negative electrode in a solution obtained by dissolving naphthalene and metallic lithium in butyl methyl ether.
In Patent Document 8, a silicon-containing negative electrode is immersed in an alkali metal complex obtained by mixing an alkali metal, an organic solvent solvated with the alkali metal, and a ligand having electrophilic substitution reactivity. For example, a method for obtaining a lithium-doped negative electrode has been introduced. In the examples of Patent Document 8, polycyclic aromatic compounds such as naphthalene, fluorene, azulene, acenaphthylene, biphenylene, pyrene, tetracene, and benzanthracene are used as the ligand, and tetrahydrofuran, propylene are used as the organic solvent. Carbonate, ethylene carbonate, dimethoxyethane, and dimethyl sulfoxide are used.

本発明の発明者は、実際にこれらの方法によってリチウムドープ負極活物質を製造してみた。すると、必ずしもこれらの全ての方法においてリチウムイオン二次電池に好適なリチウムドープ負極活物質が得られる訳ではないことがわかった。
例えば、本発明の発明者は、特許文献6や特許文献7に紹介されている方法により上記のシリコン材料にリチウムをドープした。その結果、得られたリチウムドープ負極活物質は、酸素の含有量は増加したものの、リチウムのドープ量は非常に少ない量であった。
つまり、リチウムイオン二次電池に好適なリチウムドープ負極活物質を得るためには、従来知られているリチウムのドープ方法は充分とはいえず、ケイ素含有負極活物質にリチウムをドープする方法の更なる向上が求められている。
The inventor of the present invention actually manufactured a lithium-doped negative electrode active material by these methods. Then, it turned out that the lithium dope negative electrode active material suitable for a lithium ion secondary battery is not necessarily obtained by all these methods.
For example, the inventor of the present invention doped the above silicon material with lithium by the method introduced in Patent Documents 6 and 7. As a result, the obtained lithium-doped negative electrode active material had a very small amount of lithium doped, although the oxygen content increased.
That is, in order to obtain a lithium-doped negative electrode active material suitable for a lithium ion secondary battery, the conventionally known lithium doping method is not sufficient, and a method for doping lithium into a silicon-containing negative electrode active material is not sufficient. There is a need for improvement.

特開2014−203595号公報JP 2014-203595 A 特開2015−57767号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-57767 特開2015−185509号公報JP 2015-185509 A 特開2015−179625号公報JP-A-2015-179625 国際公開第2015/114692号International Publication No. 2015/114692 特開平10−294104号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-294104 特開2016−189331号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-189331 特開2015−43310号公報JP-A-2015-43310

益尾 雄大、他5名、「Li−Naphthalene錯体溶液を用いた鱗片状シリコン負極へのプレドープ法の検討」、電池討論会講演要旨集、2014年11月19日 Volume 55th、Page 88Masuo, Y. and five others, “Examination of pre-doping method to flaky silicon negative electrode using Li-Naphtharene complex solution”, Abstracts of Battery Conference, 19 November 2014, Volume 55th, Page 88 Toru Tabuchi、他2名、「Li−doping process for LixSiO−negative active material synthesized by chemical method for lithium−ion cells」、Journal of Power Sources 146(2005)507−509Toru Tabuchi, two others, "Li-doping process for LixSiO-negative active materialized by chemical method for the 50th month, 50"

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたものであり、ケイ素含有負極活物質にリチウムをドープしてリチウムドープ負極活物質を製造する方法の更なる向上を図ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to further improve a method for producing a lithium-doped negative electrode active material by doping lithium into a silicon-containing negative electrode active material.

上記課題を解決する本発明の負極活物質の製造方法は、
ケイ素を含有する負極活物質に、金属リチウムと多環芳香族化合物とを有機溶剤に溶解したリチウム錯体溶液を接触させて、前記負極活物質にリチウムをドープするドープ工程を有し、
前記ドープ工程は、前記負極活物質と有機溶剤とを含む負極活物質懸濁液を50℃以下にして前記リチウム錯体溶液を滴下する、リチウムドープされた負極活物質の製造方法である。
The method for producing a negative electrode active material of the present invention that solves the above problems is as follows.
A negative electrode active material containing silicon, contacting a lithium complex solution obtained by dissolving metallic lithium and a polycyclic aromatic compound in an organic solvent, and doping the negative electrode active material with lithium;
The dope step is a method for producing a lithium-doped negative electrode active material, in which a negative electrode active material suspension containing the negative electrode active material and an organic solvent is made 50 ° C. or lower and the lithium complex solution is dropped.

本発明の負極活物質の製造方法によると、ケイ素含有負極活物質にリチウムをドープして、リチウムイオン二次電池の電池特性を更に向上させ得るリチウムドープ負極活物質を製造し得る。   According to the method for producing a negative electrode active material of the present invention, a lithium-doped negative electrode active material that can further improve the battery characteristics of a lithium ion secondary battery can be produced by doping lithium into the silicon-containing negative electrode active material.

実施例1のリチウムドープ負極活物質のSEM像である。2 is a SEM image of a lithium-doped negative electrode active material of Example 1. 比較例3のリチウムドープ負極活物質のSEM像である。4 is a SEM image of a lithium-doped negative electrode active material of Comparative Example 3. 比較例2のリチウムドープ負極活物質のSEM像である。4 is a SEM image of a lithium-doped negative electrode active material of Comparative Example 2. 実施例1のリチウムドープ負極活物質の表面曲線である。2 is a surface curve of the lithium-doped negative electrode active material of Example 1. 比較例3のリチウムドープ負極活物質の表面曲線である。10 is a surface curve of a lithium-doped negative electrode active material of Comparative Example 3. 実施例1、実施例4、及び比較例1〜比較例4の各負極活物質の粉体抵抗を表すグラフである。6 is a graph showing powder resistance of each negative electrode active material of Example 1, Example 4, and Comparative Examples 1 to 4.

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

本発明の負極活物質の製造方法で得られる負極活物質は、リチウムドープされたケイ素含有負極活物質である。以下、必要に応じて、当該負極活物質を本発明の負極活物質と称し、当該本発明の負極活物質を負極活物質層に含む負極を本発明の負極と称する。更に、必要に応じて、本発明の負極活物質の製造方法を本発明の製造方法と称し、当該本発明の製造方法を含む負極の製造方法を本発明の負極の製造方法と称する。   The negative electrode active material obtained by the method for producing a negative electrode active material of the present invention is a lithium-doped silicon-containing negative electrode active material. Hereinafter, as necessary, the negative electrode active material is referred to as a negative electrode active material of the present invention, and a negative electrode including the negative electrode active material of the present invention in a negative electrode active material layer is referred to as a negative electrode of the present invention. Furthermore, the negative electrode active material production method of the present invention is referred to as the production method of the present invention, and the negative electrode production method including the production method of the present invention is referred to as the negative electrode production method of the present invention as necessary.

本発明の製造方法は、ドープ工程を有する。
ドープ工程は、ケイ素を含有する負極活物質に、金属リチウムと多環芳香族化合物とを有機溶剤に溶解したリチウム錯体溶液を接触させて、負極活物質にリチウムをドープする工程であり、当該ドープ工程では、負極活物質と有機溶剤とを含む負極活物質懸濁液を50℃以下にしてリチウム錯体溶液を滴下する。
The manufacturing method of this invention has a dope process.
The doping step is a step in which a lithium complex solution in which metallic lithium and a polycyclic aromatic compound are dissolved in an organic solvent is brought into contact with a silicon-containing negative electrode active material, and the negative electrode active material is doped with lithium. In the step, the negative electrode active material suspension containing the negative electrode active material and the organic solvent is brought to 50 ° C. or lower, and the lithium complex solution is dropped.

本発明の製造方法では、当該ドープ工程によって、ケイ素含有負極活物質にリチウムをドープして、リチウムドープ負極活物質を得る。なお、リチウム錯体溶液を用いるドープ方法は、非特許文献1、2又は特許文献8に紹介されている。以下、必要に応じて、リチウム錯体溶液を用いたドープ方法を湿式ドープ法と称する。   In the production method of the present invention, the silicon-containing negative electrode active material is doped with lithium by the doping step to obtain a lithium-doped negative electrode active material. A doping method using a lithium complex solution is introduced in Non-Patent Documents 1 and 2 or Patent Document 8. Hereinafter, a doping method using a lithium complex solution is referred to as a wet doping method as necessary.

本発明の発明者は、特許文献8に紹介されている湿式ドープ法によって、実際に、リチウムドープ負極活物質を製造した。そして、当該方法で得られたリチウムドープ負極活物質を用いて、実際に、負極を製造するための負極合材スラリーを調整した。負極合材スラリーはリチウムドープ負極活物質、溶剤及び結着剤を含有する。当該負極合材スラリーを負極集電体上に塗工して負極合材層を形成し、当該負極合材層の形成された負極集電体を乾燥及び加熱することで、負極活物質層が負極集電体上に形成された負極が得られる。   The inventor of the present invention actually manufactured a lithium-doped negative electrode active material by the wet doping method introduced in Patent Document 8. And the negative mix slurry for manufacturing a negative electrode was actually adjusted using the lithium dope negative electrode active material obtained by the said method. The negative electrode mixture slurry contains a lithium-doped negative electrode active material, a solvent, and a binder. The negative electrode mixture slurry is applied on the negative electrode current collector to form a negative electrode mixture layer, and the negative electrode current collector on which the negative electrode mixture layer is formed is dried and heated, whereby the negative electrode active material layer is formed. A negative electrode formed on the negative electrode current collector is obtained.

しかし、本発明の発明者が上記の湿式ドープ法で得られたリチウムドープ負極活物質を用いて負極合材スラリーを調製したところ、当該負極合材スラリーはゲル化してしまって、負極集電体に塗工することができなかった。つまり、従来の湿式ドープ法では負極活物質層を塗布形成するのに適したリチウムドープ負極活物質を得ることができなかった。   However, when the inventor of the present invention prepared a negative electrode mixture slurry using the lithium-doped negative electrode active material obtained by the above wet doping method, the negative electrode mixture slurry was gelled, and the negative electrode current collector Could not be applied. That is, the conventional wet doping method cannot obtain a lithium-doped negative electrode active material suitable for coating and forming a negative electrode active material layer.

本発明の発明者は、湿式ドープ法で得られたリチウムドープ負極活物質をCO処理することで、ゲル化を抑制し、負極集電体に塗工可能な負極合材スラリーを製造し得ることを見出した。発明者は、当該負極合材スラリーを用いて製造した負極を用いて、リチウムイオン二次電池を製造した。しかし、このリチウムイオン二次電池の電池性能は、期待を上回るものではなかった。具体的には、当該リチウムイオン二次電池は、特に初期容量及び容量維持率の面で、更なる向上を図り得ると考えられた。 The inventor of the present invention can produce a negative electrode mixture slurry that can be applied to a negative electrode current collector by suppressing gelation by treating the lithium-doped negative electrode active material obtained by the wet doping method with CO 2. I found out. The inventor manufactured a lithium ion secondary battery using the negative electrode manufactured using the negative electrode mixture slurry. However, the battery performance of this lithium ion secondary battery did not exceed expectations. Specifically, it was considered that the lithium ion secondary battery could be further improved, particularly in terms of initial capacity and capacity maintenance rate.

本発明の発明者は、湿式ドープ法で得られたリチウムドープ負極活物質において、リチウムのドープが不均一である可能性があることに気付いた。リチウムのドープが不均一である場合、例えば、ケイ素含有負極活物質の表面にリチウムの厚い層や大きな粒が付着している場合等には、負極活物質によるリチウムの吸蔵及び放出が当該リチウムの厚い層や大きな粒によって阻害され、リチウムイオン二次電池の初期容量や容量維持率に影響する虞がある。   The inventor of the present invention has noticed that lithium doping may be uneven in the lithium-doped negative electrode active material obtained by the wet doping method. When lithium doping is uneven, for example, when a thick layer or large particles of lithium adhere to the surface of the silicon-containing negative electrode active material, the insertion and extraction of lithium by the negative electrode active material There is a possibility that the initial capacity and capacity retention rate of the lithium ion secondary battery may be affected by the thick layer or large grains.

本発明の発明者は、ケイ素含有負極活物質へのリチウムのドープを均一に行うべく更なる鋭意研究を重ねた結果、湿式ドープ法によるドープ工程を穏やかな条件下で行うという着想を得た。そして、穏やかな条件下で湿式ドープ法によりリチウムドープ負極活物質を実際に製造し、更に、当該リチウムドープ負極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を製造したところ、目論見通り、当該リチウムイオン二次電池の電池特性は向上した。   The inventor of the present invention has obtained an idea that a doping process by a wet doping method is performed under mild conditions as a result of further intensive studies to uniformly dope lithium into a silicon-containing negative electrode active material. Then, a lithium-doped negative electrode active material was actually manufactured by a wet doping method under mild conditions, and a lithium-ion secondary battery was manufactured using the lithium-doped negative electrode active material. The battery characteristics of the secondary battery were improved.

つまり、本発明の製造方法では、ケイ素含有負極活物質と有機溶剤とを含む負極活物質懸濁液を50℃以下にしてリチウム錯体溶液を滴下することで、湿式ドープ工程を行う。こうすることで、リチウムの不均一なドープを抑制し、リチウムイオン二次電池の電池特性を向上させ得るリチウムドープ負極活物質を製造できる。
また、後述するように、このような新たなドープ方法により得られたリチウムドープ負極活物質は、CO処理なしでもゲル化が抑制され、負極集電体に塗工可能な負極合材スラリーを形成できるという、リチウムイオン二次電池を製造する上で非常に有利な特性を示すこともわかった。
以下、本発明の製造方法を工程毎に説明する。
That is, in the production method of the present invention, the wet dope process is performed by dropping the lithium complex solution to a negative electrode active material suspension containing a silicon-containing negative electrode active material and an organic solvent at 50 ° C. or lower. By carrying out like this, the lithium dope negative electrode active material which can suppress the non-uniform dope of lithium and can improve the battery characteristic of a lithium ion secondary battery can be manufactured.
Further, as will be described later, the lithium-doped negative electrode active material obtained by such a new doping method has a negative electrode mixture slurry that can be applied to a negative electrode current collector, with gelation suppressed even without CO 2 treatment. It has also been found that it can be formed and has a very advantageous characteristic in manufacturing a lithium ion secondary battery.
Hereafter, the manufacturing method of this invention is demonstrated for every process.

本発明の製造方法におけるドープ工程では、金属リチウムと多環芳香族化合物とを有機溶剤に溶解したリチウム錯体溶液をケイ素含有負極活物質に接触させる。その際、ケイ素含有負極活物質と有機溶剤とを含む負極活物質懸濁液にリチウム錯体溶液を滴下する。また、このときの負極活物質懸濁液の温度を50℃以下とする。   In the doping step in the production method of the present invention, a lithium complex solution in which metallic lithium and a polycyclic aromatic compound are dissolved in an organic solvent is brought into contact with the silicon-containing negative electrode active material. In that case, a lithium complex solution is dripped at the negative electrode active material suspension containing a silicon-containing negative electrode active material and an organic solvent. Further, the temperature of the negative electrode active material suspension at this time is set to 50 ° C. or lower.

〔ドープ工程〕
湿式ドープ法では、具体的には、上記のリチウム錯体溶液をケイ素含有負極活物質に接触させることで、ケイ素含有負極活物質にリチウムをドープする。リチウム錯体溶液において、リチウムイオン、有機溶剤及び多環芳香族化合物は錯体を形成すると考えられる。したがって有機溶剤としては、リチウムと配位可能なO、N、Sなどのヘテロ元素を有する非プロトン性の有機溶剤を選択すれば良い。また、多環芳香族化合物としては、ラジカルアニオンを維持し得る安定な化学構造を有するものを選択すれば良い。本発明の製造方法では、金属リチウム及び有機溶剤とともに多環芳香族化合物を選択することで、リチウムドープ負極活物質の工業的な生産に適する安定した錯体溶液を得ることができるといえる。
[Doping process]
Specifically, in the wet doping method, lithium is doped into the silicon-containing negative electrode active material by bringing the lithium complex solution into contact with the silicon-containing negative electrode active material. In the lithium complex solution, lithium ions, organic solvents and polycyclic aromatic compounds are considered to form complexes. Accordingly, as the organic solvent, an aprotic organic solvent having a hetero element such as O, N, or S capable of coordinating with lithium may be selected. Further, as the polycyclic aromatic compound, a compound having a stable chemical structure capable of maintaining a radical anion may be selected. In the manufacturing method of this invention, it can be said that the stable complex solution suitable for industrial production of a lithium dope negative electrode active material can be obtained by selecting a polycyclic aromatic compound with metallic lithium and an organic solvent.

有機溶剤は、上記の条件を満たすものであれば良く、非特許文献1、特許文献2及び特許文献8等に記載されているものの1種又は複数種を選択すれば良い。   The organic solvent should just satisfy | fill said conditions, and what is necessary is just to select the 1 type or multiple types of what is described in the nonpatent literature 1, patent document 2, patent document 8, etc.

より具体的には、有機溶剤としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド等の環状炭酸エステル類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−ヘキサノラクトン、δ−オクタノラクトン等の環状エステル類、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、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸ビニル、メチルアクリレート、メチルメタクリレート等の鎖状エステル類、オキセタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、2−メチルテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロピラン、フラン、フルフラール、1,2−ジオキサン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン、クラウンエーテル等の環状エーテル類、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン等の鎖状エーテル類、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル、マロノニトリル、グルタロニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル等のニトリル類、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ヘキサメチルスルホルトリアミド等のアミド類が挙げられる。その他、ピリジン等を用いても良い。   More specifically, examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl sulfoxide, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-hexanolactone, and δ-octanolactone. Cyclic esters such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, methyl formate, ethyl formate, vinyl acetate, methyl acrylate, methyl methacrylate, etc. Esters, oxetane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 2-methyltetrahydrofuran, 2-methyltetrahydropyran, furan, furfural, 1,2-dioxane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane Sun, 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane, cyclic ethers such as crown ether, chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, ethoxymethoxyethane, acetonitrile, Nitriles such as pionitrile, acrylonitrile, malononitrile, glutaronitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, hexamethylsulfoltri Amides such as amides may be mentioned. In addition, pyridine or the like may be used.

多環芳香族化合物としては、非特許文献1、特許文献2及び特許文献8等に記載されているものの1種又は複数種を選択すれば良い。   As a polycyclic aromatic compound, what is necessary is just to select the 1 type or multiple types of what is described in the nonpatent literature 1, the patent document 2, and the patent document 8.

より具体的には、多環芳香族化合物としては、アズレン、ナフタレン、ビフェニレン、1−メチルナフタレン、2−メチルナフタレン、サポタリン等の2環の芳香族炭化水素、アセナフテン、アセナフチレン、アントラセン、フルオレン、フェナレン、フェナントレン等の3環の芳香族炭化水素、ベンズアントラセン(ベンズ[a]アントラセン)、ベンゾ[a]フルオレン、ベンゾ[c]フェナントレン、クリセン(ベンゾ[a]フェナントレン)、フルオランテン、ピレン、テトラセン(ベンズ[b]アントラセン)、トリフェニレン等の4環の芳香族炭化水素、ベンゾピレン、ベンゾ[a]ピレン、ベンゾ[e]ピレン、ベンゾ[a]フルオランテン、ベンゾ[b]フルオランテン、ベンゾ[j]フルオランテン、ベンゾ[k]フルオランテン、ジベンズ[a,h]アントラセン、ジベンズ[a,j]アントラセン、ペンタセン、ペリレン、ピセン、テトラフェニレン等の5環の芳香族炭化水素、アンタントレン、1,12−ベンゾペリレン、サーキュレン、コランニュレン、コロネン、ジコロニレン、ジインデノペリレン、ヘリセン、ヘプタセン、ヘキサセン、ケクレン、オバレン、ゼトレン等の6環以上の芳香族炭化水素が挙げられる。   More specifically, examples of the polycyclic aromatic compound include azulene, naphthalene, biphenylene, 1-methylnaphthalene, 2-methylnaphthalene, sapotallin and other aromatic aromatic hydrocarbons, acenaphthene, acenaphthylene, anthracene, fluorene, phenalene. , Tricyclic aromatic hydrocarbons such as phenanthrene, benzanthracene (benz [a] anthracene), benzo [a] fluorene, benzo [c] phenanthrene, chrysene (benzo [a] phenanthrene), fluoranthene, pyrene, tetracene (benz) [B] anthracene), tetracyclic aromatic hydrocarbons such as triphenylene, benzopyrene, benzo [a] pyrene, benzo [e] pyrene, benzo [a] fluoranthene, benzo [b] fluoranthene, benzo [j] fluoranthene, benzo [K] Fluo Nthene, dibenz [a, h] anthracene, dibenz [a, j] anthracene, pentacene, perylene, picene, tetraphenylene, and other 5-ring aromatic hydrocarbons, anthanthrene, 1,12-benzoperylene, circulene, corannulene , Coronene, dicolonylene, diindenoperylene, helicene, heptacene, hexacene, ketrene, ovalene, zetrene and the like aromatic hydrocarbons.

これらの各種の多環芳香族炭化水素の水素は、場合によっては、メチル基等の置換基で置換されても良い。但し、リチウムとの錯体を効率良く形成するためには、置換後の多環芳香族化合物における上記の置換基の数は、少ない方が好ましいといえる。多環芳香族化合物における上記の置換基の数は、0〜2の範囲内であるのが好ましく、0〜1の範囲内であるのがより好ましく、0であるのが特に好ましい。   In some cases, hydrogen of these various polycyclic aromatic hydrocarbons may be substituted with a substituent such as a methyl group. However, in order to efficiently form a complex with lithium, it can be said that it is preferable that the number of the substituents in the polycyclic aromatic compound after substitution is small. The number of the substituents in the polycyclic aromatic compound is preferably in the range of 0 to 2, more preferably in the range of 0 to 1, and particularly preferably 0.

更に、ドープ工程の効率を考慮すると、リチウム錯体溶液は多くのリチウムを含むのが好ましいと考えられる。そうすると、リチウムと錯体を形成する多環芳香族化合物としては嵩高くないものを選択するのが好ましいと考えられる。したがって、多環芳香族化合物としては環の数の少ないものを選択するのが好ましく、例えば、2〜4環の芳香族化合物を用いるのが好ましく、2〜3環の芳香族化合物を用いるのがより好ましく、2環の芳香族化合物を用いるのが特に好ましいといえる。   Furthermore, considering the efficiency of the doping process, it is considered preferable that the lithium complex solution contains a large amount of lithium. In this case, it is considered preferable to select a polycyclic aromatic compound that forms a complex with lithium, which is not bulky. Therefore, it is preferable to select a polycyclic aromatic compound having a small number of rings. For example, it is preferable to use a 2- to 4-ring aromatic compound, and it is preferable to use a 2- to 3-ring aromatic compound. It is more preferable to use a bicyclic aromatic compound.

リチウム錯体溶液において、金属リチウムと多環芳香族化合物との比は、モル比で、1:5〜1:1の範囲内であるのが好ましく、1:3〜1:1の範囲内であるのがより好ましく、1:1.5〜1:1の範囲内であるのが特に好ましい。   In the lithium complex solution, the molar ratio of metallic lithium to polycyclic aromatic compound is preferably in the range of 1: 5 to 1: 1, and in the range of 1: 3 to 1: 1. Is more preferable, and it is particularly preferable to be within the range of 1: 1.5 to 1: 1.

リチウム錯体溶液における金属リチウムの濃度は、0.1〜5mol/Lの範囲内であるのが好ましく、0.2〜3mol/Lの範囲内であるのがより好ましく、0.5〜2mol/Lの範囲内であるのが更に好ましい。   The concentration of metallic lithium in the lithium complex solution is preferably in the range of 0.1 to 5 mol / L, more preferably in the range of 0.2 to 3 mol / L, and 0.5 to 2 mol / L. More preferably, it is in the range.

負極活物質懸濁液に用いる有機溶剤としては、リチウム錯体溶液に用いたものを同じものを用いても良いし、異なるものを用いても良いが、ドープ工程の効率を考慮すると、懸濁液の有機溶剤としてはリチウム錯体溶液の有機溶剤と同じものを用いるのが好ましい。   As the organic solvent used for the negative electrode active material suspension, the same one as used for the lithium complex solution may be used, or a different one may be used. As the organic solvent, it is preferable to use the same organic solvent as the lithium complex solution.

リチウム錯体溶液の濃度や滴下の速度は特に限定しないが、滴下は負極活物質懸濁液を攪拌しつつ行うのが好ましく、滴下後も攪拌した状態を所定時間維持するのがより好ましい。
リチウム錯体溶液の滴下は、負極活物質懸濁液を50℃以下としつつ行う。当該温度は40℃以下であるのが好ましく、25℃未満であるのがより好ましく、10℃以下であるのが更に好ましい。当該温度の下限は特にないが、−10℃以上とするのが合理的である。なお、負極活物質懸濁液だけでなく、リチウム錯体溶液も50℃以下とするのがより好ましい。
The concentration of the lithium complex solution and the dropping speed are not particularly limited, but the dropping is preferably performed while stirring the negative electrode active material suspension, and it is more preferable to maintain the stirring state after the dropping for a predetermined time.
The dropwise addition of the lithium complex solution is performed while keeping the negative electrode active material suspension at 50 ° C. or lower. The temperature is preferably 40 ° C. or less, more preferably less than 25 ° C., and still more preferably 10 ° C. or less. There is no particular lower limit to the temperature, but it is reasonable to set the temperature to −10 ° C. or higher. In addition to the negative electrode active material suspension, the lithium complex solution is more preferably set to 50 ° C. or lower.

ケイ素含有負極活物質に対するリチウム錯体溶液の量もまた特に問わないが、ケイ素含有負極活物質に対するリチウム量が過少であれば充分な量のリチウムをケイ素含有負極活物質にドープし難い。また、ケイ素含有負極活物質に対するリチウム量が過多であればケイ素含有負極活物質がリチウムで厚く覆われてしまい、負極活物質として充分に機能し難くなる可能性がある。したがって、ケイ素含有負極活物質に対するリチウム錯体溶液の量には好ましい範囲があると考えられる。   The amount of the lithium complex solution with respect to the silicon-containing negative electrode active material is not particularly limited, but if the amount of lithium with respect to the silicon-containing negative electrode active material is too small, it is difficult to dope a sufficient amount of lithium into the silicon-containing negative electrode active material. In addition, if the amount of lithium is excessive with respect to the silicon-containing negative electrode active material, the silicon-containing negative electrode active material is thickly covered with lithium, which may make it difficult to sufficiently function as the negative electrode active material. Therefore, it is considered that there is a preferable range for the amount of the lithium complex solution with respect to the silicon-containing negative electrode active material.

具体的には、1gのケイ素含有負極活物質に対して供給されるリチウムの量(総量)は、0.01〜0.20gの範囲内であるのが好ましく、0.015〜0.15gの範囲内であるのがより好ましく、0.02〜0.12gの範囲内であるのが更に好ましいと考えられる。また、1gのケイ素含有負極活物質に対して1分当たりに供給されるリチウムの量は、0.00004〜0.007gの範囲内であるのが好ましく、0.00006g〜0.005gの範囲内であるのがより好ましく、0.00008g〜0.004gの範囲内であるのが更に好ましいと考えられる。   Specifically, the amount (total amount) of lithium supplied to 1 g of the silicon-containing negative electrode active material is preferably in the range of 0.01 to 0.20 g, and 0.015 to 0.15 g. It is more preferable that it is within the range, and it is considered that it is more preferable that it is within the range of 0.02 to 0.12 g. The amount of lithium supplied per minute per 1 g of the silicon-containing negative electrode active material is preferably in the range of 0.00004 to 0.007 g, and in the range of 0.00006 g to 0.005 g. It is more preferable that it is in the range of 0.00008 g to 0.004 g.

リチウムとケイ素含有負極活物質とがこのような関係になるように、リチウム錯体溶液のリチウム濃度、及び、リチウム錯体溶液の滴下速度をコントロールすれば、ケイ素含有負極活物質へのリチウムのドープ量を最適化でき、かつ、ケイ素含有負極活物質にリチウムを均一にドープできると考えられる。   By controlling the lithium concentration of the lithium complex solution and the dropping rate of the lithium complex solution so that lithium and the silicon-containing negative electrode active material have such a relationship, the amount of lithium doped into the silicon-containing negative electrode active material can be reduced. It can be optimized and the silicon-containing negative electrode active material can be uniformly doped with lithium.

上記のドープ工程によって、リチウム錯体溶液とケイ素含有負極活物質との錯体化混合液には、リチウムドープ負極活物質が形成される。当該リチウムドープ負極活物質は、濾過等の既知の方法によって錯体化混合液から分離できる。分離後のリチウムドープ負極活物質は、必要に応じて洗浄しても良い。洗浄に用いる溶剤としては、ドープ工程に用いた有機溶剤と同じものを用いるのが好ましいが、その他、上記した各種の有機溶剤を用いても良い。   Through the above doping process, a lithium-doped negative electrode active material is formed in the complexed mixed liquid of the lithium complex solution and the silicon-containing negative electrode active material. The lithium-doped negative electrode active material can be separated from the complexed mixed solution by a known method such as filtration. You may wash | clean the lithium dope negative electrode active material after isolation | separation as needed. As the solvent used for cleaning, it is preferable to use the same organic solvent as used in the dope process, but various other organic solvents described above may be used.

本発明の製造方法では、ドープ工程を前処理工程と本ドープ工程とで構成しても良い。この場合の本ドープ工程は、前処理工程後のケイ素含有負極活物質を用いること以外は、上記のドープ工程と同様である。したがって、本明細書では本ドープ工程の説明は割愛する。   In the manufacturing method of the present invention, the dope process may be composed of a pretreatment process and a main dope process. The main doping process in this case is the same as the above doping process except that the silicon-containing negative electrode active material after the pretreatment process is used. Therefore, the description of this dope process is omitted in this specification.

前処理工程は、ケイ素含有負極活物質をフッ素アニオン含有溶液で処理する工程である。ケイ素含有負極活物質をフッ素アニオン含有溶液で処理することで、ケイ素含有負極活物質の表面に存在するSiOが除去される。これにより、ケイ素含有負極活物質の表面においては、比表面積が増大し、また、電池反応に寄与するSiの濃度も高まると推測される。つまり、前処理工程を経たケイ素含有負極活物質は、リチウムイオン二次電池に優れた電池特性を付与し得る。 The pretreatment step is a step of treating the silicon-containing negative electrode active material with a fluorine anion-containing solution. By treating the silicon-containing negative electrode active material with a fluorine anion-containing solution, SiO 2 present on the surface of the silicon-containing negative electrode active material is removed. Thereby, it is estimated that the specific surface area increases on the surface of the silicon-containing negative electrode active material, and the concentration of Si contributing to the battery reaction also increases. That is, the silicon-containing negative electrode active material that has undergone the pretreatment step can impart excellent battery characteristics to the lithium ion secondary battery.

フッ素アニオン含有溶液としては、HF、HBF又はHPFから選択される酸を含有する溶液や、フッ化アンモニウム、フッ化テトラメチルアンモニウム、フッ化テトラブチルアンモニウムなどのフッ化アンモニウム塩を含有する溶液が例示される。フッ素アニオン含有溶液における上記酸又はフッ化アンモニウム塩の含有率としては、2〜20質量%が好ましく、5〜15質量%がより好ましく、7〜13質量%がさらに好ましい。前処理工程の処理効率を考慮すると、フッ素アニオン含有溶液としてはフッ化水素酸を用いるのが特に好ましい。 Examples of the fluorine anion-containing solution include a solution containing an acid selected from HF, HBF 4 or HPF 6, and a solution containing an ammonium fluoride salt such as ammonium fluoride, tetramethylammonium fluoride, and tetrabutylammonium fluoride. Is exemplified. As content of the said acid or ammonium fluoride salt in a fluorine anion containing solution, 2-20 mass% is preferable, 5-15 mass% is more preferable, 7-13 mass% is further more preferable. Considering the treatment efficiency of the pretreatment step, it is particularly preferable to use hydrofluoric acid as the fluorine anion-containing solution.

また、フッ素アニオン含有溶液が、フッ素アニオンを供給する酸と、当該酸以外の酸とを含む混合酸溶液であってもよい。フッ素アニオンを供給する酸以外の酸が触媒として作用して、前処理工程の反応速度が速くなる場合がある。フッ素アニオンを供給する酸以外の酸としては、強酸が好ましい。具体的な強酸としては、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、硝酸、硫酸を例示できる。   Further, the fluorine anion-containing solution may be a mixed acid solution containing an acid that supplies the fluorine anion and an acid other than the acid. An acid other than the acid supplying the fluorine anion may act as a catalyst, and the reaction rate of the pretreatment process may be increased. As an acid other than the acid supplying the fluorine anion, a strong acid is preferable. Specific examples of the strong acid include hydrogen chloride, hydrogen bromide, hydrogen iodide, nitric acid, and sulfuric acid.

混合酸溶液における、フッ素アニオンを供給する酸と、当該酸以外の酸との質量比は、1:0.1〜1:10の範囲内が好ましく、1:0.5〜1:5の範囲内がより好ましく、1:1〜1:3の範囲内がさらに好ましい。   The mass ratio of the acid supplying the fluorine anion to the acid other than the acid in the mixed acid solution is preferably in the range of 1: 0.1 to 1:10, and in the range of 1: 0.5 to 1: 5. The inside is more preferable, and the range of 1: 1 to 1: 3 is more preferable.

フッ素アニオン含有溶液の溶媒としては、水、メタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール、テトラヒドロフランを例示できる。   Examples of the solvent for the fluorine anion-containing solution include water, methanol, ethanol, propanol, 2-propanol, and tetrahydrofuran.

フッ素アニオンによる酸素除去反応を好適に制御する観点から、前処理工程は、撹拌下のフッ素アニオン含有溶液にケイ素含有負極活物質を添加する方法で行われるのが好ましく、さらに、−10〜10℃の範囲内で行われるのが好ましい。   From the viewpoint of suitably controlling the oxygen removal reaction by the fluorine anion, the pretreatment step is preferably performed by a method of adding a silicon-containing negative electrode active material to the fluorine anion-containing solution under stirring, and further, −10 to 10 ° C. It is preferable to be performed within the range.

前処理工程で処理されたケイ素含有負極活物質を単離するために、適宜、濾過工程、洗浄工程、乾燥工程を実施してもよい。また、前処理工程は、不活性ガス雰囲気で行われるのが好ましい。   In order to isolate the silicon-containing negative electrode active material treated in the pretreatment step, a filtration step, a washing step, and a drying step may be appropriately performed. The pretreatment step is preferably performed in an inert gas atmosphere.

本発明の負極活物質の製造方法は、負極の製造方法の一工程とみなすこともできる。当該負極の製造方法によると、前処理工程によって少なくとも表面が改質された本発明の負極活物質を用いることで、リチウムイオン二次電池に優れた電池特性を付与し得る負極を製造できる。   The manufacturing method of the negative electrode active material of this invention can also be regarded as one process of the manufacturing method of a negative electrode. According to the method for producing a negative electrode, a negative electrode capable of imparting excellent battery characteristics to a lithium ion secondary battery can be produced by using the negative electrode active material of the present invention having at least a surface modified by a pretreatment step.

以下、本発明の製造方法に用いるケイ素含有負極活物質、及び、その他の電池構成要素について説明する。   Hereinafter, the silicon-containing negative electrode active material used in the production method of the present invention and other battery components will be described.

本発明の製造方法に用いるケイ素含有負極活物質は、文字通り、ケイ素を含有する負極活物質である。この種の負極活物質は、ケイ素がリチウムと合金化することでリチウムを吸蔵及び放出すると考えられる。
このようなケイ素含有負極活物質としては、ケイ素単体(金属シリコン)、ケイ素単体と二酸化ケイ素に不均化するSiO(0.3≦x≦1.6)などのケイ素系材料、ケイ素単体若しくはケイ素系材料と後述する炭素系材料等を組み合わせた複合体が挙げられる。更には、ケイ素系材料として、特許文献5に開示されるシリコン材料を用いることも好ましい。特許文献5には、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料が開示されている。そして当該特許文献5には、CaSiと酸とを反応させてCaを除去したポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成し、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させたシリコン材料を製造したこと、及び、当該シリコン材料を活物質として具備するリチウムイオン二次電池が記載されている。
The silicon-containing negative electrode active material used in the production method of the present invention is literally a negative electrode active material containing silicon. This type of negative electrode active material is considered to occlude and release lithium when silicon is alloyed with lithium.
Examples of such a silicon-containing negative electrode active material include silicon simple substance (metal silicon), silicon-based materials such as SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6) disproportionate to silicon simple substance and silicon dioxide, silicon simple substance or Examples include composites in which a silicon-based material and a carbon-based material described later are combined. Furthermore, it is also preferable to use the silicon material disclosed in Patent Document 5 as the silicon-based material. Patent Document 5 discloses a silicon material having a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. In Patent Document 5, a layered silicon compound mainly composed of polysilane obtained by reacting CaSi 2 and an acid to remove Ca is synthesized, and the layered silicon compound is heated at 300 ° C. or more to release hydrogen. In addition, a lithium ion secondary battery including the silicon material manufactured as an active material is described.

本発明の負極活物質の製造方法で用いるケイ素含有負極活物質としては、当該特許文献5に開示されているシリコン材料を好ましく用い得る。本明細書においては、特に説明のない場合、特許文献5に開示されている「複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料」を単にシリコン材料と呼ぶ。   As the silicon-containing negative electrode active material used in the method for producing a negative electrode active material of the present invention, the silicon material disclosed in Patent Document 5 can be preferably used. In the present specification, unless otherwise specified, the “silicon material having a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction” disclosed in Patent Document 5 is simply referred to as a silicon material.

シリコン材料の具体的な合成工程としては、CaSiを酸と反応させてCaを除去した層状ポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を得る工程、及び、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱する加熱工程の両工程を経て、シリコン材料を合成する工程を例示できる。 As a specific synthesis process of the silicon material, a process of obtaining a layered silicon compound mainly composed of layered polysilane obtained by reacting CaSi 2 with an acid to remove Ca, and heating the layered silicon compound at 300 ° C. or higher. A step of synthesizing the silicon material through both steps of the heating step can be exemplified.

原料のCaSiは、一般にCa層とSi層が積層した構造からなる。CaSiは、公知の製造方法で合成してもよく、市販されているものを採用してもよい。CaSiは、あらかじめ粉砕し、粉末状にしておくことが好ましい。 The raw material CaSi 2 generally has a structure in which a Ca layer and a Si layer are laminated. CaSi 2 may be synthesized by a known production method, or a commercially available one may be adopted. CaSi 2 is preferably pulverized and powdered in advance.

層状シリコン化合物を得る工程においては、層状のCaSiのうちCaが酸のHで置換されつつ、SiがSi−H結合を形成する。層状シリコン化合物は、原料のCaSiによるSi層の基本骨格が維持されているため、層状をなす。 In the step of obtaining a layered silicon compound, Si forms Si—H bonds while Ca is replaced with acid H in layered CaSi 2 . The layered silicon compound has a layered shape because the basic skeleton of the Si layer by the raw material CaSi 2 is maintained.

酸としては、フッ化水素酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸、蟻酸、酢酸、メタンスルホン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロヒ素酸、フルオロアンチモン酸、ヘキサフルオロケイ酸、ヘキサフルオロゲルマン酸、ヘキサフルオロスズ(IV)酸、トリフルオロ酢酸、ヘキサフルオロチタン酸、ヘキサフルオロジルコニウム酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フルオロスルホン酸が例示される。これらの酸を単独又は併用して使用すれば良い。   Acids include hydrofluoric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, formic acid, acetic acid, methanesulfonic acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluoroarsenic acid And fluoroantimonic acid, hexafluorosilicic acid, hexafluorogermanic acid, hexafluorotin (IV) acid, trifluoroacetic acid, hexafluorotitanic acid, hexafluorozirconic acid, trifluoromethanesulfonic acid, and fluorosulfonic acid. These acids may be used alone or in combination.

特に、酸として、フッ素アニオンを生じ得る酸を採用するのが好ましい場合がある。当該酸を採用することにより、層状シリコン化合物に生じ得るSi−O結合やSiと他の酸のアニオンとの結合(例えば、塩酸の場合にはSi−Cl結合)を減少することができる。なお、層状シリコン化合物にSi−O結合やSi−Cl結合が存在すると、次の加熱工程を経ても、シリコン材料にSi−O結合やSi−Cl結合が存在する場合がある。   In particular, it may be preferable to employ an acid capable of generating a fluorine anion as the acid. By employing the acid, Si—O bonds that can occur in the layered silicon compound and bonds between Si and anions of other acids (for example, Si—Cl bonds in the case of hydrochloric acid) can be reduced. Note that when a Si—O bond or a Si—Cl bond exists in the layered silicon compound, a Si—O bond or a Si—Cl bond may exist in the silicon material even after the next heating step.

層状シリコン化合物を得る工程において、酸は、CaSiに対して2当量以上のプロトンを供給できる量で用いればよい。同工程は無溶媒で行ってもよいが、目的物の分離やCaClなどの副生物の除去の観点から溶媒として水を採用するのが好ましい。同工程の反応条件は、真空などの減圧条件又は不活性ガス雰囲気下とすることが好ましく、また、氷浴などの室温以下の温度条件とするのが好ましい。同工程の温度範囲としては、−40〜20℃、−20〜15℃、−10〜10℃を例示できる。同工程の反応時間は適宜設定すれば良い。 In the step of obtaining the layered silicon compound, the acid may be used in an amount capable of supplying 2 equivalents or more of protons to CaSi 2 . Although this step may be performed without a solvent, it is preferable to employ water as a solvent from the viewpoint of separation of a target product and removal of by-products such as CaCl 2 . The reaction conditions in this step are preferably reduced pressure conditions such as vacuum or an inert gas atmosphere, and are preferably temperature conditions of room temperature or lower such as an ice bath. Examples of the temperature range in this step include −40 to 20 ° C., −20 to 15 ° C., and −10 to 10 ° C. What is necessary is just to set the reaction time of the same process suitably.

酸として塩酸を用いた場合の層状シリコン化合物を得る工程の化学反応を理想的な反応式で示すと以下のとおりとなる。
3CaSi+6HCl→Si+3CaCl
The chemical reaction in the step of obtaining the layered silicon compound when hydrochloric acid is used as the acid is represented by the following ideal reaction formula.
3CaSi 2 + 6HCl → Si 6 H 6 + 3CaCl 2

上記反応式において、Siが理想的な層状シリコン化合物に該当する。 In the above reaction formula, Si 6 H 6 corresponds to an ideal layered silicon compound.

層状シリコン化合物を得る工程においては、水存在下で行われるのが好ましい。そしてSiは水と反応し得るため、通常は、層状シリコン化合物がSiなる化合物のみで得られることはほとんどなく、酸素や酸由来の元素を含有する。 The step of obtaining the layered silicon compound is preferably performed in the presence of water. Since Si 6 H 6 can react with water, the layered silicon compound is rarely obtained only with a compound of Si 6 H 6 , and usually contains an element derived from oxygen or an acid.

層状シリコン化合物を得る工程以後は、層状シリコン化合物を濾取する濾過工程、層状シリコン化合物を洗浄する洗浄工程、層状シリコン化合物を乾燥する乾燥工程を、必要に応じて適宜実施するのが好ましい。   After the step of obtaining the layered silicon compound, it is preferable to appropriately perform a filtration step for filtering out the layered silicon compound, a washing step for washing the layered silicon compound, and a drying step for drying the layered silicon compound as necessary.

次に、層状シリコン化合物を300℃以上で加熱する加熱工程について説明する。同工程は、前記層状シリコン化合物から水素や水などを離脱させ、シリコン材料を得る工程である。この工程の化学反応を理想的な反応式で示すと以下のとおりとなる。
Si→6Si+3H
Next, a heating process for heating the layered silicon compound at 300 ° C. or higher will be described. This step is a step of obtaining a silicon material by removing hydrogen, water, etc. from the layered silicon compound. The chemical reaction of this step is represented by an ideal reaction formula as follows.
Si 6 H 6 → 6Si + 3H 2

ただし、加熱工程に実際に用いられる層状シリコン化合物は酸素や酸由来の元素を含有し、さらに不可避不純物も含有するため、実際に得られるシリコン材料も酸素や酸由来の元素を含有し、さらに不可避不純物も含有するものとなる。   However, since the layered silicon compound actually used in the heating process contains oxygen and acid-derived elements and also contains unavoidable impurities, the actually obtained silicon material also contains oxygen and acid-derived elements and is unavoidable. It also contains impurities.

加熱工程は通常の大気下よりも酸素含有量の少ない非酸化性雰囲気下で行われるのが好ましい。非酸化性雰囲気としては、真空を包含する減圧雰囲気、不活性ガス雰囲気を例示できる。加熱温度は、300℃〜1000℃の範囲内が好ましく、500℃〜900℃の範囲内がより好ましく、600℃〜900℃の範囲内がさらに好ましい。加熱温度が低すぎると水素の離脱が十分でない場合がある。他方、加熱温度が高すぎると、シリコン材料におけるシリコンの結晶化が過剰に進行するため、シリコン材料を負極活物質として用いる場合、その性能低下に繋がる虞がある。加熱時間は加熱温度に応じて適宜設定すれば良く、また、反応系外に抜けていく水素などの量を測定しながら加熱時間を決定するのも好ましい。加熱温度及び加熱時間を適宜選択することにより、製造されるシリコン材料に含まれるアモルファスシリコン及びシリコン結晶子の割合、並びに、シリコン結晶子の大きさを調整することもでき、さらには、製造されるシリコン材料に含まれる、アモルファスシリコン及びシリコン結晶子を含むナノ水準の厚みの層の形状や大きさを調整することもできる。   The heating step is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere having a lower oxygen content than in normal air. Examples of the non-oxidizing atmosphere include a reduced-pressure atmosphere including a vacuum and an inert gas atmosphere. The heating temperature is preferably within the range of 300 ° C to 1000 ° C, more preferably within the range of 500 ° C to 900 ° C, and even more preferably within the range of 600 ° C to 900 ° C. If the heating temperature is too low, hydrogen may not be sufficiently released. On the other hand, if the heating temperature is too high, crystallization of silicon in the silicon material proceeds excessively, and therefore, when the silicon material is used as the negative electrode active material, there is a risk of performance degradation. What is necessary is just to set a heating time suitably according to heating temperature, and it is also preferable to determine a heating time, measuring the quantity of hydrogen etc. which escapes out of a reaction system. By appropriately selecting the heating temperature and the heating time, the ratio of amorphous silicon and silicon crystallites contained in the silicon material to be manufactured, and the size of the silicon crystallites can be adjusted. The shape and size of a nano-level layer including amorphous silicon and silicon crystallites included in the silicon material can also be adjusted.

シリコン結晶子のサイズとしては、ナノサイズのものが好ましい。具体的には、シリコン結晶子サイズは、0.5nm〜300nmの範囲内が好ましく、1nm〜100nmの範囲内がより好ましく、1nm〜50nmの範囲内がさらに好ましく、1nm〜10nmの範囲内が特に好ましい。なお、シリコン結晶子サイズは、シリコン材料に対してX線回折測定(XRD測定)を行い、得られたXRDチャートのSi(111)面の回折ピークの半値幅を用いたシェラーの式から算出される。   The size of the silicon crystallite is preferably nano-sized. Specifically, the silicon crystallite size is preferably in the range of 0.5 nm to 300 nm, more preferably in the range of 1 nm to 100 nm, still more preferably in the range of 1 nm to 50 nm, and particularly in the range of 1 nm to 10 nm. preferable. Note that the silicon crystallite size is calculated from the Scherrer equation using X-ray diffraction measurement (XRD measurement) on the silicon material and using the half-value width of the diffraction peak of the Si (111) plane of the obtained XRD chart. The

加熱工程により、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料を得ることができる。この構造は、走査型電子顕微鏡などによる観察で確認できる。シリコン材料をリチウムイオン二次電池の負極活物質として使用する場合を考慮すると、リチウムイオンの効率的な挿入及び脱離反応のためには、板状シリコン体は厚さが10nm〜100nmの範囲内のものが好ましく、20nm〜50nmの範囲内のものがより好ましい。また、板状シリコン体の長軸方向の長さは、0.1μm〜50μmの範囲内のものが好ましい。また、板状シリコン体は、(長軸方向の長さ)/(厚さ)が2〜1000の範囲内であるのが好ましい。なお、板状シリコン体の積層構造は、原料のCaSiにおけるSi層の名残りと考えられる。 By the heating step, a silicon material having a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are stacked in the thickness direction can be obtained. This structure can be confirmed by observation with a scanning electron microscope or the like. Considering the case where a silicon material is used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, the plate-like silicon body has a thickness in the range of 10 nm to 100 nm for efficient insertion and desorption reaction of lithium ions. Are preferable, and those within the range of 20 nm to 50 nm are more preferable. The length of the plate-like silicon body in the major axis direction is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm. The plate-like silicon body preferably has a (length in the major axis direction) / (thickness) range of 2 to 1000. The laminated structure of the plate-like silicon body is considered to be a remnant of the Si layer in the raw material CaSi 2 .

シリコン材料の粒径は特に問わないが、シリコン材料の平均粒子径が小さい程、前処理工程による効果が大きくなる。また、シリコン材料の平均粒子径が過小であれば、前処理工程による効果が過大になり、負極活物質としての充分な機能を保ち難くなる虞がある。
上記した前処理工程を効果的に行うためには、シリコン材料の平均粒子径は1〜50μmの範囲内であるのが好ましく、1.5〜25μmの範囲内であるのがより好ましく、2〜10μmの範囲内であるのが更に好ましい。
The particle size of the silicon material is not particularly limited. However, the smaller the average particle size of the silicon material, the greater the effect of the pretreatment process. Further, if the average particle size of the silicon material is too small, the effect of the pretreatment process becomes excessive, and it may be difficult to maintain a sufficient function as the negative electrode active material.
In order to effectively perform the above pretreatment step, the average particle size of the silicon material is preferably in the range of 1 to 50 μm, more preferably in the range of 1.5 to 25 μm, More preferably, it is in the range of 10 μm.

ところで、上記のシリコン材料に代表されるケイ素含有負極活物質は、黒鉛等の他の負極活物質に比べて、導電性に劣るとされている。したがってケイ素含有負極活物質は、カーボンコートして負極に用いるのが一般的である。ところが、後述するように、本発明の製造方法で得られる負極活物質の一態様は、カーボンコートを行わなくても、初期放電容量や容量維持率に代表される電池特性を向上させ得る。   By the way, the silicon-containing negative electrode active material typified by the above silicon material is considered to be inferior in conductivity as compared with other negative electrode active materials such as graphite. Therefore, the silicon-containing negative electrode active material is generally carbon coated and used for the negative electrode. However, as will be described later, one embodiment of the negative electrode active material obtained by the production method of the present invention can improve battery characteristics typified by the initial discharge capacity and capacity retention rate without performing carbon coating.

ところで、微粒状のケイ素含有負極活物質を用いる場合には、熱CVD法によりカーボンコートを行うと、カーボンコートの際にケイ素含有負極活物質の凝集等が生じて、リチウムイオン二次電池の電池特性が悪化する場合がある。したがって、本発明の製造方法において微粒状のケイ素含有負極活物質を用いる場合には、特に、熱CVD法によるカーボンコートを行わないのが好ましい。なお、本明細書において、熱CVD法とは、ケイ素含有負極活物質と炭素源ガスとを、当該炭素源ガスの炭化温度以上に加熱して炭素コート層を形成する方法を意味する。また、ここでいう微粒状とは、具体的には、ケイ素含有負極活物質の平均粒子径が2.8μm以下、2.6μm以下、2.4μm以下、2.2μm以下、2.0μm以下の各範囲内にあることを意味する。   By the way, in the case of using a finely divided silicon-containing negative electrode active material, if carbon coating is performed by a thermal CVD method, aggregation of the silicon-containing negative electrode active material occurs during the carbon coating, and the battery of the lithium ion secondary battery The characteristics may deteriorate. Accordingly, when a finely divided silicon-containing negative electrode active material is used in the production method of the present invention, it is particularly preferable not to perform carbon coating by a thermal CVD method. In this specification, the thermal CVD method means a method in which a silicon-containing negative electrode active material and a carbon source gas are heated to a temperature higher than the carbonization temperature of the carbon source gas to form a carbon coat layer. In addition, the fine particle here means specifically that the average particle diameter of the silicon-containing negative electrode active material is 2.8 μm or less, 2.6 μm or less, 2.4 μm or less, 2.2 μm or less, 2.0 μm or less. Means within each range.

一方、平均粒子径の比較的大きなケイ素含有負極活物質を本発明の製造方法に用いる場合には、カーボンコートを行っても、電池特性に優れるリチウムイオン二次電池が得られる。したがって、本発明の製造方法においてカーボンコートを行う場合には、ケイ素含有負極活物質として平均粒子径の比較的大きなものを用いるのが良い。具体的には、カーボンコートを行う場合、ケイ素含有負極活物質の平均粒子径の好ましい範囲として、3.2μm以上、3.4μm以上、3.6μm以上、3.8μm以上、4.0μm以上の各範囲が挙げられる。   On the other hand, when a silicon-containing negative electrode active material having a relatively large average particle size is used in the production method of the present invention, a lithium ion secondary battery excellent in battery characteristics can be obtained even if carbon coating is performed. Accordingly, when carbon coating is performed in the production method of the present invention, it is preferable to use a silicon-containing negative electrode active material having a relatively large average particle size. Specifically, when carbon coating is performed, a preferable range of the average particle diameter of the silicon-containing negative electrode active material is 3.2 μm or more, 3.4 μm or more, 3.6 μm or more, 3.8 μm or more, 4.0 μm or more. Each range is mentioned.

本発明の負極活物質の平均粒子径は特に限定しないが、0.5μm〜10.0μmの範囲内であるのが好ましく、1.0μm〜8.0μmの範囲内であるのがより好ましく、1.5μm〜6.0μmの範囲内であるのが特に好ましい。   The average particle size of the negative electrode active material of the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.5 μm to 10.0 μm, more preferably in the range of 1.0 μm to 8.0 μm. It is particularly preferable that it is in the range of 0.5 μm to 6.0 μm.

本発明の製造方法で得られる本発明の負極活物質は、ケイ素及びリチウムを含有するものである。本発明の負極活物質におけるリチウム含有量は特に限定しないが、質量百分率で、1.0%〜20.0%の範囲内であるのが好ましく、1.5%〜12.0%の範囲内であるのがより好ましく、2.0%〜8.0%の範囲内であるのが特に好ましい。   The negative electrode active material of the present invention obtained by the production method of the present invention contains silicon and lithium. The lithium content in the negative electrode active material of the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 1.0% to 20.0% by mass percentage, and in the range of 1.5% to 12.0%. It is more preferable that it is in the range of 2.0% to 8.0%.

既述したように、本発明の製造方法によると、穏やかな条件でリチウムを湿式ドープする。このため、本発明の製造方法で得られる本発明の負極活物質は、リチウムが均一にドープされ、滑らかな表面を有する。本発明の負極活物質の表面粗さは0.01μm未満であるのが好ましく、0.001μm〜0.008μmの範囲内であるのが好ましく、0.003μm〜0.006μmの範囲内であるのが特に好ましい。   As described above, according to the manufacturing method of the present invention, lithium is wet-doped under mild conditions. For this reason, the negative electrode active material of the present invention obtained by the production method of the present invention is uniformly doped with lithium and has a smooth surface. The surface roughness of the negative electrode active material of the present invention is preferably less than 0.01 μm, preferably in the range of 0.001 μm to 0.008 μm, and in the range of 0.003 μm to 0.006 μm. Is particularly preferred.

本発明の負極活物質は、リチウムイオン二次電池用の負極に用い得る。負極は、負極集電体と、当該負極集電体上に形成された負極活物質層とで構成される。負極活物質層には本発明の負極活物質が含まれる。
負極活物質層には、ケイ素含有負極活物質がリチウムドープされた本発明の負極活物質と、ケイ素を含有しないその他の負極活物質とを併用しても良い。当該その他の負極活物質としては、一般的な負極活物質、すなわち、炭素、ゲルマニウム、錫などの14族元素、アルミニウム、インジウムなどの13族元素、亜鉛、カドミウムなどの12族元素、アンチモン、ビスマスなどの15族元素、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、銀、金などの11族元素の少なくとも1種の単体、化合物または合金を選択すれば良い。上記合金又は化合物の具体例としては、Ag−Sn合金、Cu−Sn合金、Co−Sn合金等の錫系材料、各種黒鉛などの炭素系材料、が挙げられる。また、負極活物質として、Nb、TiO、LiTi12、WO、MoO、Fe等の酸化物、又は、Li3−xN(M=Co、Ni、Cu)で表される窒化物を採用しても良い。負極活物質層には、本発明の負極活物質を必須とした上で、これらのその他の負極活物質の一種以上を使用することができる。本発明の負極活物質にケイ素含有負極活物質を複数種用いても良い。なお、複数種のケイ素含有負極活物質を併用する場合、ドープ工程で基準とするケイ素含有負極活物質の量は、当該複数種のケイ素含有負極活物質の和となる。また、ドープ工程で基準とする負極活物質の量は、あくまでもケイ素含有負極活物質であり、ケイ素を含有しない負極活物質については除外される。
The negative electrode active material of the present invention can be used for a negative electrode for a lithium ion secondary battery. The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer contains the negative electrode active material of the present invention.
In the negative electrode active material layer, the negative electrode active material of the present invention in which the silicon-containing negative electrode active material is lithium-doped and other negative electrode active materials not containing silicon may be used in combination. Other negative electrode active materials include general negative electrode active materials, that is, group 14 elements such as carbon, germanium, and tin, group 13 elements such as aluminum and indium, group 12 elements such as zinc and cadmium, antimony, bismuth, and the like. A group 15 element such as magnesium, alkaline earth metals such as magnesium and calcium, and at least one simple substance, compound or alloy of group 11 elements such as silver and gold may be selected. Specific examples of the alloy or compound include tin-based materials such as Ag—Sn alloy, Cu—Sn alloy, and Co—Sn alloy, and carbon-based materials such as various graphites. Further, as the negative electrode active material, Nb 2 O 5, TiO 2 , Li 4 Ti 5 O 12, WO 2, MoO 2, Fe 2 O 3 oxide such, or, Li 3-x M x N (M = Co Nitride represented by Ni, Cu) may be employed. In the negative electrode active material layer, the negative electrode active material of the present invention is essential, and one or more of these other negative electrode active materials can be used. A plurality of silicon-containing negative electrode active materials may be used in the negative electrode active material of the present invention. In addition, when using together multiple types of silicon-containing negative electrode active material, the quantity of the silicon-containing negative electrode active material used as a reference | standard by a dope process becomes the sum of the said multiple types of silicon-containing negative electrode active material. Moreover, the quantity of the negative electrode active material used as a reference | standard by a dope process is a silicon-containing negative electrode active material to the last, and excludes about the negative electrode active material which does not contain silicon.

負極活物質層は、本発明の負極活物質及び結着剤の他に、必要に応じて、導電助剤等の添加剤を適宜適当な量で含有し得る。リチウムイオン二次電池における正極活物質層もまた同様に、後述する正極活物質の他に、添加剤を適宜適当な量で含有し得るため、以下の項では負極活物質層及び正極活物質層を包括して説明する。以下、必要に応じて、負極及び正極を包括して電極といい、負極活物質及び正極活物質を包括して活物質といい、負極活物質層及び正極活物質層を包括して活物質層という。   In addition to the negative electrode active material and the binder of the present invention, the negative electrode active material layer can appropriately contain an additive such as a conductive additive in an appropriate amount as necessary. Similarly, since the positive electrode active material layer in the lithium ion secondary battery can contain an appropriate amount of additives in addition to the positive electrode active material described later, in the following section, the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer Is comprehensively described. Hereinafter, if necessary, the negative electrode and the positive electrode are collectively referred to as an electrode, the negative electrode active material and the positive electrode active material are collectively referred to as an active material, and the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer are collectively referred to as an active material layer. That's it.

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

その他、結着剤として、カルボキシル基等の親水基を有するポリマーを採用しても良い。親水基を有するポリマーを結着剤として配合することで、本発明の負極活物質を有する本発明の負極に、より優れた電池性能を付与できる。親水基を有するポリマーとしては、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸などのカルボキシル基含有ポリマーを挙げることができる。結着剤としては、これらのカルボキシル基含有ポリマーをジアミンで架橋した架橋ポリマーや、カルボキシル基含有ポリマーとポリアミドイミドとの混合物又は反応物が好適である。この種の結着剤については、国際公開第2016/063882号に開示される方法で製造できかつ使用できる。   In addition, as the binder, a polymer having a hydrophilic group such as a carboxyl group may be employed. By blending a polymer having a hydrophilic group as a binder, more excellent battery performance can be imparted to the negative electrode of the present invention having the negative electrode active material of the present invention. Examples of the polymer having a hydrophilic group include carboxyl group-containing polymers such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid. As the binder, a cross-linked polymer obtained by cross-linking these carboxyl group-containing polymers with diamine, and a mixture or a reaction product of a carboxyl group-containing polymer and a polyamideimide are preferable. This type of binder can be produced and used by the method disclosed in WO2016 / 063882.

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

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

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

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

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

集電体の表面に活物質層を形成する方法としては、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に電極合材のスラリーを塗布すればよい。該スラリーを集電体の表面に塗布後、乾燥する。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。   As a method of forming the active material layer on the surface of the current collector, a conventionally known method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method can be used. The electrode mixture slurry may be applied to the surface of the electric body. The slurry is applied to the surface of the current collector and then dried. In order to increase the electrode density, the dried product may be compressed.

本発明の負極は、正極、電解液及び必要に応じてセパレータとともに、リチウムイオン二次電池等の電池を構成し得る。正極、電解液、セパレータ等は定法により製造したものを用いれば良い。   The negative electrode of the present invention can constitute a battery such as a lithium ion secondary battery together with the positive electrode, the electrolytic solution, and, if necessary, a separator. As the positive electrode, the electrolytic solution, the separator, etc., those manufactured by a conventional method may be used.

正極に用いる正極活物質については特に限定されず、リチウムイオン二次電池用の一般的な正極活物質を使用し得る。
リチウムイオン二次電池用の一般的な正極活物質としては、層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3)で表されるリチウム複合金属酸化物、LiMnOを挙げることができる。また、正極活物質として、LiMn等のスピネル構造の金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物と層状化合物の混合物で構成される固溶体、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。さらに、正極活物質として、LiFePOFなどのLiMPOF(Mは遷移金属)で表されるタボライト系化合物、LiFeBOなどのLiMBO(Mは遷移金属)で表されるボレート系化合物を挙げることができる。正極活物質として用いられるいずれの金属酸化物も上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能である。
正極は、上記した正極活物質を用いて、上記した本発明の負極と同様に製造し得る。
It does not specifically limit about the positive electrode active material used for a positive electrode, The general positive electrode active material for lithium ion secondary batteries can be used.
As a general positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a general formula of a layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d De O f (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, At least one element selected from Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, V, 1.7 ≦ f ≦ 3) And lithium composite metal oxide, Li 2 MnO 3 . Further, as a positive electrode active material, a spinel structure metal oxide such as LiMn 2 O 4 , a solid solution composed of a mixture of a spinel structure metal oxide and a layered compound, LiMPO 4 , LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (wherein M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe). Furthermore, as the positive electrode active material, tavorite compound (the M a transition metal) LiMPO 4 F, such as LiFePO 4 F represented by, Limbo 3 such LiFeBO 3 (M is a transition metal) include borate-based compound represented by be able to. Any metal oxide used as the positive electrode active material may have the above composition formula as a basic composition, and a metal element contained in the basic composition may be substituted with another metal element.
The positive electrode can be produced in the same manner as the negative electrode of the present invention described above, using the positive electrode active material described above.

本発明の負極は、正極及び必要に応じて既知のセパレータとともに電池容器に入れ、電解液を注入してリチウムイオン二次電池とすれば良い。   The negative electrode of the present invention may be placed in a battery container together with a positive electrode and a known separator as necessary, and a lithium ion secondary battery may be injected by injecting an electrolytic solution.

電解液は、有機溶媒と当該有機溶媒に溶解されたリチウム塩とを含む。
有機溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類等が使用できる。環状エステル類としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状エステル類としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等を例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを例示できる。電解液には、これらの有機溶媒を単独で用いてもよいし、又は、複数を併用してもよい。電解液に用いる有機溶媒は、ドープ工程に用いる有機溶剤と同じものを用いても良いし、異なるものを用いても良い。ドープ工程で用いた有機溶剤のリチウムイオン二次電池への持ち込みを考慮すると、電解液に用いる有機溶媒と、ドープ工程に用いる有機溶剤とは同じものであるのが好ましい。
The electrolytic solution includes an organic solvent and a lithium salt dissolved in the organic solvent.
As the organic solvent, cyclic esters, chain esters, ethers and the like can be used. Examples of cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, and gamma valerolactone. Examples of chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetic acid alkyl ester. Examples of ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane. In the electrolytic solution, these organic solvents may be used alone or in combination. The organic solvent used for the electrolytic solution may be the same as the organic solvent used for the dope process, or may be different. In consideration of bringing the organic solvent used in the dope process into the lithium ion secondary battery, the organic solvent used in the electrolytic solution and the organic solvent used in the dope process are preferably the same.

リチウム塩としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等を例示できる。 Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and the like.

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

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。また、実施形態及び以下の実施例を含む本明細書に示した各構成要素は、それぞれ任意に抽出し組み合わせて実施することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art. Moreover, each component shown in this specification including the embodiment and the following examples can be arbitrarily extracted and combined.

以下に、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。なお、本発明は、これらの実施例等によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. In addition, this invention is not limited by these Examples.

(実施例1)
(負極活物質の製造方法)
(シリコン材料製造工程)
氷浴中の35質量%HCl水溶液507gに、アルゴンガス雰囲気下、50gのCaSi(Ca含有量38.9質量%)を加えて撹拌した。CaSiとHClとのモル比は1:10であった。反応液から発泡が無くなったのを確認した後、更に同条件下、合計で3時間攪拌した。その後、反応液を室温まで昇温し、濾過を行った。濾過残渣を300mlの蒸留水で3回洗浄した後、300mlのエタノールで洗浄し、減圧乾燥して、ポリシランを含む層状シリコン化合物を分離した。Oの含有量を1体積%以下としたアルゴンガス雰囲気下、当該層状シリコン化合物を900℃で1時間加熱して、シリコン材料を得た。
Example 1
(Method for producing negative electrode active material)
(Silicon material manufacturing process)
50 g of CaSi 2 (Ca content: 38.9% by mass) was added to 507 g of a 35% by mass HCl aqueous solution in an ice bath and stirred under an argon gas atmosphere. The molar ratio of CaSi 2 to HCl was 1:10. After confirming that foaming disappeared from the reaction solution, the mixture was further stirred for 3 hours under the same conditions. Thereafter, the reaction solution was heated to room temperature and filtered. The filtration residue was washed with 300 ml of distilled water three times, then with 300 ml of ethanol, and dried under reduced pressure to separate the layered silicon compound containing polysilane. The layered silicon compound was heated at 900 ° C. for 1 hour in an argon gas atmosphere with an O 2 content of 1% by volume or less to obtain a silicon material.

このシリコン材料をジェットミルNJ−30(株式会社アイシンナノテクノロジーズ)で粉砕した。ジェットミルによる粉砕後のシリコン材料の粒子の平均粒子径D50は4.335μmであった。なお、当該シリコン材料のD10は1.404μmであり、D90は9.508μmであった。
本明細書において、D50、D10、D90とは、各々、一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置で測定した場合における、D50、D10、D90を意味する。また、平均粒子径とはD50を意味する。
This silicon material was pulverized with a jet mill NJ-30 (Aisin Nano Technologies). The average particle diameter D50 of the silicon material particles after pulverization by the jet mill was 4.335 μm. Note that D10 of the silicon material was 1.404 μm, and D90 was 9.508 μm.
In this specification, D50, D10, and D90 mean D50, D10, and D90, respectively, when measured with a general laser diffraction particle size distribution measuring apparatus. Moreover, an average particle diameter means D50.

(ドープ工程)
上記のシリコン材料を用い、以下のようにドープ工程を行った。
グローブボックス内で、脱水テトラヒドロフラン44.8gにナフタレン6.46gを溶解させた後、金属リチウムを0.35g添加し、室温(25℃)で3時間攪拌してリチウム錯体溶液を調製した。このリチウム錯体溶液に含まれるリチウムの量及びナフタレンの量は各々0.05モルであった。
(Dope process)
The above silicon material was used for the doping process as follows.
In a glove box, 6.46 g of naphthalene was dissolved in 44.8 g of dehydrated tetrahydrofuran, 0.35 g of lithium metal was added, and the mixture was stirred at room temperature (25 ° C.) for 3 hours to prepare a lithium complex solution. The amount of lithium and the amount of naphthalene contained in this lithium complex solution were each 0.05 mol.

上記のリチウム錯体溶液を滴下漏斗に入れた。これとは別に、シリコン材料7.0g及び脱水テトラヒドロフラン44.8gをフラスコに入れて負極活物質懸濁液とし、当該フラスコを滴下漏斗に取り付けた。アルゴンガス雰囲気下、当該フラスコ内の負極活物質懸濁液を0℃で攪拌しつつ3時間かけて上記のリチウム錯体溶液をフラスコ内に滴下した。滴下終了後、フラスコ内の混合物を更に15時間攪拌した。攪拌終了後、濾過を行い、濾過残渣をテトラヒドロフランで洗浄し、洗浄後の濾過残渣を減圧下で乾燥させて、リチウムドープ負極活物質とした。以上の工程で、実施例1の負極活物質を得た。   The above lithium complex solution was placed in a dropping funnel. Separately, 7.0 g of silicon material and 44.8 g of dehydrated tetrahydrofuran were placed in a flask to form a negative electrode active material suspension, and the flask was attached to a dropping funnel. The lithium complex solution was dropped into the flask over 3 hours while stirring the negative electrode active material suspension in the flask at 0 ° C. in an argon gas atmosphere. After completion of dropping, the mixture in the flask was further stirred for 15 hours. After completion of the stirring, filtration was performed, the filtration residue was washed with tetrahydrofuran, and the washed filtration residue was dried under reduced pressure to obtain a lithium-doped negative electrode active material. The negative electrode active material of Example 1 was obtained through the above steps.

なお、実施例1のドープ工程においては、1gのシリコン材料に対し、0.05gのリチウムが、1分あたり0.00028gずつ供給されるよう、リチウム錯体溶液の濃度及び滴下速度がコントロールされた。   In addition, in the dope process of Example 1, the density | concentration and dripping speed | rate of the lithium complex solution were controlled so that 0.050028g of lithium might be supplied per 1g with respect to 1g of silicon materials.

実施例1の負極活物質の平均粒子径は4.354μmであり、リチウムドープによる凝集や造粒はみられなかった。   The average particle diameter of the negative electrode active material of Example 1 was 4.354 μm, and aggregation and granulation due to lithium doping were not observed.

(実施例2)
リチウム錯体溶液のリチウム濃度が異なること、及び、ドープ工程における滴下を室温で行ったこと以外は実施例1と同様に、実施例2の負極活物質を得た。
実施例2におけるドープ工程の詳細を以下に説明する。
(Example 2)
A negative electrode active material of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the lithium concentration of the lithium complex solution was different and that the dropping in the doping process was performed at room temperature.
Details of the dope process in Example 2 will be described below.

(ドープ工程)
上記のシリコン材料を用い、以下のようにドープ工程を行った。
グローブボックス内で、脱水テトラヒドロフラン32.0gにナフタレン9.2gを溶解させた後、金属リチウムを0.5g添加し、室温で3時間攪拌してリチウム錯体溶液を調製した。このリチウム錯体溶液に含まれるリチウムの量及びナフタレンの量は各々0.07モルであった。
(Dope process)
The above silicon material was used for the doping process as follows.
In a glove box, 9.2 g of naphthalene was dissolved in 32.0 g of dehydrated tetrahydrofuran, 0.5 g of metallic lithium was added, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours to prepare a lithium complex solution. The amount of lithium and the amount of naphthalene contained in this lithium complex solution were each 0.07 mol.

上記のリチウム錯体溶液を滴下漏斗に入れた。これとは別に、シリコン材料10.0g及び脱水テトラヒドロフラン64.1gをフラスコに入れて負極活物質懸濁液とし、当該フラスコを滴下漏斗に取り付けた。アルゴンガス雰囲気下、当該フラスコ内の負極活物質懸濁液を室温(25℃)で攪拌しつつ3時間かけて上記のリチウム錯体溶液をフラスコ内に滴下した。滴下終了後、フラスコ内の混合物を更に15時間攪拌した。攪拌終了後、濾過を行い、濾過残渣をテトラヒドロフランで洗浄し、洗浄後の濾過残渣を減圧下で乾燥させて、リチウムドープ負極活物質とした。以上の工程で、実施例2の負極活物質を得た。   The above lithium complex solution was placed in a dropping funnel. Separately, 10.0 g of silicon material and 64.1 g of dehydrated tetrahydrofuran were placed in a flask to form a negative electrode active material suspension, and the flask was attached to a dropping funnel. The lithium complex solution was dropped into the flask over 3 hours while stirring the negative electrode active material suspension in the flask at room temperature (25 ° C.) under an argon gas atmosphere. After completion of dropping, the mixture in the flask was further stirred for 15 hours. After completion of the stirring, filtration was performed, the filtration residue was washed with tetrahydrofuran, and the washed filtration residue was dried under reduced pressure to obtain a lithium-doped negative electrode active material. Through the above steps, the negative electrode active material of Example 2 was obtained.

なお、実施例2のドープ工程においては、1gのシリコン材料に対し、0.05gのリチウムが、1分あたり0.00028gずつ供給されるよう、リチウム錯体溶液の濃度及び滴下速度がコントロールされた。   In addition, in the dope process of Example 2, the density | concentration and dripping speed | rate of the lithium complex solution were controlled so that 0.050028g of lithium might be supplied per 1g with respect to 1g of silicon materials.

(実施例3)
ケイ素含有負極活物質として、SiOを用いたこと、及び、負極活物質懸濁液を0℃で攪拌しつつリチウム錯体溶液の滴下を行ったこと以外は、実施例2と同様のドープ工程により、実施例3の負極活物質を得た。
したがって実施例3のドープ工程においては、1gのケイ素含有負極活物質に対し、0.05gのリチウムが、1分あたり0.00028gずつ供給されるよう、リチウム錯体溶液の濃度及び滴下速度がコントロールされた。
Example 3
Except that SiO was used as the silicon-containing negative electrode active material, and the lithium complex solution was dropped while stirring the negative electrode active material suspension at 0 ° C., the same doping step as in Example 2 was performed. The negative electrode active material of Example 3 was obtained.
Therefore, in the doping step of Example 3, the concentration and dropping rate of the lithium complex solution are controlled so that 0.05 g of lithium is supplied at a rate of 0.00028 g per minute per 1 g of the silicon-containing negative electrode active material. It was.

(比較例1)
ドープ工程を行わなかったこと以外は実施例1と同様に、比較例1の負極活物質を製造した。比較例1の負極活物質は、実施例1のドープ工程前の負極活物質、つまり実施例1で用いたシリコン材料と同じである。
(Comparative Example 1)
A negative electrode active material of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the dope process was not performed. The negative electrode active material of Comparative Example 1 is the same as the negative electrode active material before the doping step of Example 1, that is, the silicon material used in Example 1.

(比較例2)
比較例2では、ドープ工程における滴下を60℃で行い、ドープ工程後にCO処理工程を行った。比較例2におけるドープ工程及びCO処理工程の詳細を以下に説明する。
(ドープ工程)
グローブボックス内で、脱水テトラヒドロフラン12.8gにナフタレン3.7gを溶解させた後、金属リチウムを0.2g添加し、室温で2時間攪拌してリチウム錯体溶液を調製した。このリチウム錯体溶液に含まれるリチウムの量及びナフタレンの量は各々0.03モルであった。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the dropping in the doping process was performed at 60 ° C., and the CO 2 treatment process was performed after the doping process. Details of the dope process and the CO 2 treatment process in Comparative Example 2 will be described below.
(Dope process)
In a glove box, 3.7 g of naphthalene was dissolved in 12.8 g of dehydrated tetrahydrofuran, 0.2 g of metallic lithium was added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours to prepare a lithium complex solution. The amount of lithium and the amount of naphthalene contained in this lithium complex solution were each 0.03 mol.

上記のリチウム錯体溶液を滴下漏斗に入れた。これとは別に、実施例1で用いたものと同じシリコン材料2.0g及び脱水テトラヒドロフラン12.8gをフラスコに入れて負極活物質懸濁液とし、当該フラスコを滴下漏斗に取り付けた。アルゴンガス雰囲気下、当該フラスコ内の負極活物質懸濁液を60℃で攪拌しつつ1.5時間かけて上記のリチウム錯体溶液をフラスコ内に滴下した。滴下終了後、フラスコ内の混合物を更に19時間攪拌した。攪拌終了後、濾過を行い、濾過残渣をテトラヒドロフランで洗浄し、洗浄後の濾過残渣を減圧下で乾燥させて、リチウムドープ負極活物質とした。   The above lithium complex solution was placed in a dropping funnel. Separately, 2.0 g of the same silicon material as used in Example 1 and 12.8 g of dehydrated tetrahydrofuran were placed in a flask to form a negative electrode active material suspension, and the flask was attached to a dropping funnel. The lithium complex solution was dropped into the flask over 1.5 hours while stirring the negative electrode active material suspension in the flask at 60 ° C. in an argon gas atmosphere. After completion of dropping, the mixture in the flask was further stirred for 19 hours. After completion of the stirring, filtration was performed, the filtration residue was washed with tetrahydrofuran, and the washed filtration residue was dried under reduced pressure to obtain a lithium-doped negative electrode active material.

比較例2のドープ工程においては、1gのシリコン材料に対し、0.1gのリチウムが、1分あたり0.00056gずつ供給されるよう、リチウム錯体溶液の濃度及び滴下速度がコントロールされた。   In the doping process of Comparative Example 2, the concentration and dropping rate of the lithium complex solution were controlled such that 0.1 g of lithium was supplied at a rate of 0.00056 g per minute per 1 g of silicon material.

(CO処理工程)
ドープ工程で得られたリチウムドープ負極活物質を、COガス中に2時間放置した。以上の工程で、比較例2の負極活物質を得た。
(CO 2 treatment process)
The lithium-doped negative electrode active material obtained in the doping step was left in CO 2 gas for 2 hours. The negative electrode active material of Comparative Example 2 was obtained through the above steps.

(比較例3)
比較例3では、ドープ工程において、負極活物質懸濁液にリチウム錯体溶液を滴下するのではなくリチウム錯体溶液にシリコン材料を一度に加え、かつ、このときの温度を室温とした。また、比較例3ではドープ工程後にCO処理工程を行った。
比較例3におけるドープ工程及びCO処理工程の詳細を以下に説明する。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, in the dope process, the lithium complex solution was not dropped into the negative electrode active material suspension, but the silicon material was added to the lithium complex solution all at once, and the temperature at this time was room temperature. Also, it was CO 2 treatment step after Comparative Example 3, doping step.
Details of the doping process and the CO 2 treatment process in Comparative Example 3 will be described below.

(ドープ工程)
グローブボックス内で、脱水テトラヒドロフラン10.2gにナフタレン0.74gを溶解させた後、金属リチウムを0.04g添加し、室温で4時間攪拌してリチウム錯体溶液を調製した。このリチウム錯体溶液に含まれるリチウムの量及びナフタレンの量は各々0.006モルであった。
(Dope process)
In a glove box, 0.74 g of naphthalene was dissolved in 10.2 g of dehydrated tetrahydrofuran, 0.04 g of metallic lithium was added, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours to prepare a lithium complex solution. The amount of lithium and the amount of naphthalene contained in this lithium complex solution were each 0.006 mol.

上記のリチウム錯体溶液に、実施例1と同じシリコン材料0.82gを添加し、室温で19時間攪拌した。攪拌終了後、濾過を行い、濾過残渣をテトラヒドロフランで洗浄し、洗浄後の濾過残渣を減圧下で乾燥させて、リチウムドープ負極活物質とした。   To the above lithium complex solution, 0.82 g of the same silicon material as in Example 1 was added and stirred at room temperature for 19 hours. After completion of the stirring, filtration was performed, the filtration residue was washed with tetrahydrofuran, and the washed filtration residue was dried under reduced pressure to obtain a lithium-doped negative electrode active material.

(CO処理工程)
ドープ工程で得られたリチウムドープ負極活物質を、COガス中に1時間放置した。以上の工程で、比較例3の負極活物質を得た。
(CO 2 treatment process)
The lithium-doped negative electrode active material obtained in the doping step was left in CO 2 gas for 1 hour. The negative electrode active material of Comparative Example 3 was obtained through the above steps.

(比較例4)
比較例4では、比較例3と同様に、ドープ工程において室温にてリチウム錯体溶液にシリコン材料を一度に加え、ドープ工程後にCO処理工程を行った。
比較例4におけるドープ工程及びCO処理工程の詳細を以下に説明する。
(ドープ工程)
グローブボックス内で、脱水テトラヒドロフラン17.8gにナフタレン5.3gを溶解させた後、金属リチウムを0.29g添加し、室温で2時間攪拌してリチウム錯体溶液を調製した。このリチウム錯体溶液に含まれるリチウムの量及びナフタレンの量は各々0.04モルであった。
このリチウム錯体溶液に、実施例1で用いたものと同じシリコン材料0.82gを添加して錯体化混合液を得た。この錯体化混合液を室温で80時間攪拌し、その後、濾過を行い、濾過残渣をテトラヒドロフランにより洗浄した。洗浄後の濾過残渣を減圧下で乾燥させて、リチウムドープ負極活物質を得た。
(CO処理工程)
ドープ工程で得られたリチウムドープ負極活物質を、COガス中に2時間放置した。以上の工程で、比較例4の負極活物質を得た。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, as in Comparative Example 3, a silicon material was added to the lithium complex solution at one time at room temperature in the doping step, and a CO 2 treatment step was performed after the doping step.
Details of the dope process and the CO 2 treatment process in Comparative Example 4 will be described below.
(Dope process)
In a glove box, 5.3 g of naphthalene was dissolved in 17.8 g of dehydrated tetrahydrofuran, 0.29 g of metallic lithium was added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours to prepare a lithium complex solution. The amount of lithium and the amount of naphthalene contained in this lithium complex solution were each 0.04 mol.
To this lithium complex solution, 0.82 g of the same silicon material as used in Example 1 was added to obtain a complexed mixed solution. The complexed mixture was stirred at room temperature for 80 hours, then filtered, and the filter residue was washed with tetrahydrofuran. The filtered residue after washing was dried under reduced pressure to obtain a lithium-doped negative electrode active material.
(CO 2 treatment process)
The lithium-doped negative electrode active material obtained in the doping step was left in CO 2 gas for 2 hours. The negative electrode active material of Comparative Example 4 was obtained through the above steps.

(比較例5)
ドープ工程前のSiOを比較例5の負極活物質とした。
(Comparative Example 5)
SiO before the doping step was used as the negative electrode active material of Comparative Example 5.

(負極活物質の分析1)
(1.成分分析)
マルチタイプICP発光分光分析装置 ICPE−9820(株式会社島津製作所製)を用いて、実施例1〜実施例3及び比較例2〜比較例4の各リチウムドープ負極活物質のリチウム量を実測した。なお、比較例3及び比較例4についてはCO処理工程前のものを試料とした。分析結果を表1に示す。
(Analysis of negative electrode active material 1)
(1. Component analysis)
Using a multi-type ICP emission spectroscopic analyzer ICPE-9820 (manufactured by Shimadzu Corporation), the lithium amounts of the lithium-doped negative electrode active materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4 were measured. In Comparative Example 3 and Comparative Example 4 was a sample of that before CO 2 process. The analysis results are shown in Table 1.

ドープ工程を行った実施例1〜実施例3及び比較例2〜比較例4の各負極活物質には、何れも、リチウムがドープされていた。   Each of the negative electrode active materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4 in which the doping process was performed was doped with lithium.

(2.表面観察)
実施例1、比較例2及び比較例3のリチウムドープ負極活物質をSEM(走査型電子顕微鏡)にて観察した。実施例1のリチウムドープ負極活物質のSEM像を図1に示し、比較例3のリチウムドープ負極活物質のSEM像を図2に示し、比較例2のリチウムドープ負極活物質のSEM像を図3に示す。
(2. Surface observation)
The lithium-doped negative electrode active materials of Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 were observed with a SEM (scanning electron microscope). The SEM image of the lithium doped negative electrode active material of Example 1 is shown in FIG. 1, the SEM image of the lithium doped negative electrode active material of Comparative Example 3 is shown in FIG. 2, and the SEM image of the lithium doped negative electrode active material of Comparative Example 2 is shown. 3 shows.

図1〜図3に示されるように、比較例2及び比較例3のリチウムドープ負極活物質の表面には白色に見える部分と暗色に見える部分とがそれぞれ偏って存在し、両者のコントラストが際立っているのに対し、実施例1のリチウムドープ負極活物質の表面は均一な灰色に見える。
図1〜図3に示される各リチウムドープ負極活物質の表面に白色に見えるものは、リチウムであると考えられる。比較例2及び比較例3のリチウムドープ負極活物質の表面には、リチウムの非常に多い領域とリチウムの非常に少ない領域とが存在していると考えられる。つまり、比較例2及び比較例3のリチウムドープ負極活物質の表面におけるリチウムの分布には、偏りがあると考えられる。これに対して、均一な灰色に見える実施例1では、リチウムがリチウムドープ負極活物質の表面全体に均一に分散していると考えられる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the surface of the lithium-doped negative electrode active material of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 has a white portion and a dark portion that are biased, and the contrast between them is conspicuous. In contrast, the surface of the lithium-doped negative electrode active material of Example 1 appears uniform gray.
It is thought that what looks white on the surface of each lithium dope negative electrode active material shown by FIGS. 1-3 is lithium. It is considered that a region with a large amount of lithium and a region with a very small amount of lithium are present on the surfaces of the lithium-doped negative electrode active materials of Comparative Examples 2 and 3. That is, it is considered that the lithium distribution on the surfaces of the lithium-doped negative electrode active materials of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 is uneven. On the other hand, in Example 1 that appears to be uniform gray, it is considered that lithium is uniformly dispersed over the entire surface of the lithium-doped negative electrode active material.

実施例1と比較例3との主要な違いは、滴下によるコート工程を行ったか否かであり、実施例1と比較例2との主要な違いは、コート工程を50℃以下で行ったか否かである。この結果から、コート工程を滴下により行い、かつ、50℃以下で行うことで、リチウムが均一にドープされたリチウムドープ負極活物質が得られるといえる。   The main difference between Example 1 and Comparative Example 3 is whether or not the coating process was performed by dripping, and the main difference between Example 1 and Comparative Example 2 was whether or not the coating process was performed at 50 ° C. or less. It is. From this result, it can be said that a lithium-doped negative electrode active material in which lithium is uniformly doped can be obtained by performing the coating process by dropping and performing the coating process at 50 ° C. or lower.

(3.表面粗さ)
実施例1のリチウムドープ負極活物質及び比較例3のリチウムドープ負極活物質の3D−SEM像を撮像し、その表面曲線を取得した。実施例1のリチウムドープ負極活物質の表面曲線を図4に示し、比較例3のリチウムドープ負極活物質の表面曲線を図5に示す。
(3. Surface roughness)
3D-SEM images of the lithium-doped negative electrode active material of Example 1 and the lithium-doped negative electrode active material of Comparative Example 3 were taken, and surface curves thereof were obtained. The surface curve of the lithium-doped negative electrode active material of Example 1 is shown in FIG. 4, and the surface curve of the lithium-doped negative electrode active material of Comparative Example 3 is shown in FIG.

図4及び図5に示すように、実施例1のリチウムドープ負極活物質の表面曲線は比較的なだらかであったのに対し、比較例3のリチウムドープ負極活物質の表面曲線は比較的凹凸の大きなものであった。図4を基に実施例1のリチウムドープ負極活物質の表面の算術平均粗さRaを算出し、図5を基に比較例3のリチウムドープ負極活物質の表面の算術平均粗さRaを算出した。その結果、実施例1のリチウムドープ負極活物質の表面の平均粗さRaは0.005μmであり、比較例3のリチウムドープ負極活物質の表面の平均粗さRaは0.01μmであった。   4 and 5, the surface curve of the lithium-doped negative electrode active material of Example 1 was relatively gentle, whereas the surface curve of the lithium-doped negative electrode active material of Comparative Example 3 was relatively uneven. It was a big one. The arithmetic average roughness Ra of the surface of the lithium-doped negative electrode active material of Example 1 is calculated based on FIG. 4, and the arithmetic average roughness Ra of the surface of the lithium-doped negative electrode active material of Comparative Example 3 is calculated based on FIG. did. As a result, the average roughness Ra of the surface of the lithium-doped negative electrode active material of Example 1 was 0.005 μm, and the average roughness Ra of the surface of the lithium-doped negative electrode active material of Comparative Example 3 was 0.01 μm.

上記の結果から、リチウムドープ負極活物質の表面の平均粗さRaが0.01μmを下回る場合に、リチウムドープ負極活物質におけるリチウムドープの偏りは小さいとみなし得る。また、当該平均粗さRaが小さい程、リチウムドープ負極活物質にはリチウムが均一にドープされている、とみなし得る。具体的には、リチウムドープ負極活物質の表面の平均粗さRaは、0.001μm〜0.008μmの範囲内であるのが好ましく、0.001μm〜0.007μmの範囲内であるのがより好ましく、0.003μm〜0.006μmの範囲内であるのが更に好ましいといえる。   From the above results, when the average roughness Ra of the surface of the lithium-doped negative electrode active material is less than 0.01 μm, it can be considered that the bias of lithium dope in the lithium-doped negative electrode active material is small. Moreover, it can be considered that the lithium-doped negative electrode active material is more uniformly doped with lithium as the average roughness Ra is smaller. Specifically, the average roughness Ra of the surface of the lithium-doped negative electrode active material is preferably in the range of 0.001 μm to 0.008 μm, and more preferably in the range of 0.001 μm to 0.007 μm. Preferably, it can be said that it is still more preferable that it exists in the range of 0.003 micrometer-0.006 micrometer.

(負極製造工程)
実施例1の負極活物質と、溶剤と、結着剤とを混合して負極合材スラリーを製造した。
具体的には、実施例1の負極活物質72.5質量部、導電助剤としてアセチレンブラック13.5質量部、結着剤としてポリアミドイミド14質量部、及び、溶剤として適量のN−メチル−2−ピロリドンを混合して、負極合材スラリーを得た。
負極集電体として厚さ20μmの電解銅箔を準備した。この銅箔の表面に、ドクターブレードを用いて、上記の負極合材スラリーを塗布し、乾燥して、負極集電体上に負極合材層を形成した。その後ロールプレス機により、集電体と負極合材層を強固に密着接合させた。これを減圧条件下、240℃で2時間加熱乾燥して、負極集電体上に負極活物質層が形成された実施例1の負極を製造した。
(Negative electrode manufacturing process)
A negative electrode mixture slurry was produced by mixing the negative electrode active material of Example 1, a solvent, and a binder.
Specifically, 72.5 parts by mass of the negative electrode active material of Example 1, 13.5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, 14 parts by mass of polyamideimide as a binder, and an appropriate amount of N-methyl-as a solvent 2-Pyrrolidone was mixed to obtain a negative electrode mixture slurry.
An electrolytic copper foil having a thickness of 20 μm was prepared as a negative electrode current collector. The negative electrode mixture slurry was applied to the surface of the copper foil using a doctor blade and dried to form a negative electrode mixture layer on the negative electrode current collector. Thereafter, the current collector and the negative electrode composite material layer were firmly and closely joined by a roll press. This was heated and dried at 240 ° C. for 2 hours under reduced pressure to produce the negative electrode of Example 1 in which the negative electrode active material layer was formed on the negative electrode current collector.

(リチウムイオン二次電池の製造方法)
上記の負極製造工程で得られた負極を評価極として、リチウムイオン二次電池(ハーフセル)を製造した。対極としては厚さ500μmの金属リチウム箔を用いた。
対極をφ14mm、評価極をφ11mmに裁断し、両極の間にセパレータとして、ヘキストセラニーズ社製のガラスフィルター及びCelgard社製のCelgard2400を介装して電極体とした。この電極体を電池ケースである宝泉株式会社製のCR2032型コイン電池用部材に収容した。そして、当該電池ケースに、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比1:1で混合した混合溶媒にLiPFを1Mの濃度で溶解した非水電解液を注入し、電池ケースを密閉して、実施例1のリチウムイオン二次電池を得た。
(Method for producing lithium ion secondary battery)
A lithium ion secondary battery (half cell) was manufactured using the negative electrode obtained in the negative electrode manufacturing step as an evaluation electrode. A metal lithium foil having a thickness of 500 μm was used as the counter electrode.
The counter electrode was cut to φ14 mm and the evaluation electrode was cut to φ11 mm, and a glass filter manufactured by Hoechst Celanese and Celgard 2400 manufactured by Celgard were interposed as separators between the electrodes. This electrode body was accommodated in a CR2032-type coin battery member manufactured by Hosen Co., Ltd., which is a battery case. Then, a nonaqueous electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1M was injected into a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1, and the battery case was sealed, and the battery case was sealed. The lithium ion secondary battery of Example 1 was obtained.

実施例2、実施例3及び比較例1〜比較例5の各負極活物質を用い、実施例1と同様に、実施例2、実施例3及び比較例1〜比較例5の各負極並びにリチウムイオン二次電池を製造した。   Using each negative electrode active material of Example 2, Example 3 and Comparative Examples 1 to 5, each negative electrode and lithium of Example 2, Example 3 and Comparative Examples 1 to 5 were the same as Example 1. An ion secondary battery was manufactured.

(リチウムイオン二次電池の評価1)
実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例5の各リチウムイオン二次電池について、25℃、電流0.2mAで評価極の対極に対する電圧が0.01Vになるまで充電を行い、次いで25℃、電流0.2mAで評価極の対極に対する電圧が1Vになるまで放電を行った。このときの放電容量を初期放電容量とした。また、(初期放電容量/初期充電容量)×100を初期効率として算出した。なお、ここでは評価極にLiを吸蔵させることを充電といい、評価極からLiを放出させることを放電という。
次いで、実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例5の各リチウムイオン二次電池につき、25℃、電流0.5mAで0.01Vまで充電し1Vまで放電を行う1V−0.01Vの充放電サイクルを50サイクル行った。50サイクル後の各リチウムイオン二次電池につき、初期放電容量の測定と同様の条件で放電容量を測定した。このときの放電容量をサイクル後放電容量とし、(サイクル後放電容量/初期放電容量)×100を容量維持率(%)として算出した。結果を表2に示す。
(Evaluation of lithium ion secondary battery 1)
About each lithium ion secondary battery of Example 1- Example 3 and Comparative Example 1- Comparative Example 5, it charges until the voltage with respect to the counter electrode of an evaluation electrode will be 0.01V at 25 degreeC and electric current 0.2mA, and then Discharge was performed at 25 ° C. and a current of 0.2 mA until the voltage with respect to the counter electrode of the evaluation electrode became 1V. The discharge capacity at this time was defined as the initial discharge capacity. Further, (initial discharge capacity / initial charge capacity) × 100 was calculated as the initial efficiency. In addition, letting the evaluation electrode occlude Li is referred to as charging, and discharging Li from the evaluation electrode is referred to as discharging.
Next, for each of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5, 1V-0.01V is charged to 25V at a current of 0.5 mA up to 0.01V and discharged to 1V. 50 charge / discharge cycles were performed. For each lithium ion secondary battery after 50 cycles, the discharge capacity was measured under the same conditions as the measurement of the initial discharge capacity. The discharge capacity at this time was calculated as the post-cycle discharge capacity, and (post-cycle discharge capacity / initial discharge capacity) × 100 was calculated as the capacity retention rate (%). The results are shown in Table 2.

表2に示すように、実施例1〜実施例3のリチウムイオン二次電池では、高い初期放電容量、初期効率と高い容量維持率とが両立された。これは、各実施例のリチウムイオン二次電池では、負極活物質を製造するにあたり、ドープ工程において滴下によりリチウムドープを行い、かつ、60℃を下回る温度でドープ工程を行ったことに因るものと考えられる。また、実施例1と実施例2とを比較すると、初期放電容量の向上及び容量維持率の向上のためには、ドープ工程の温度は低い方が好ましいといえる。   As shown in Table 2, in the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3, high initial discharge capacity, initial efficiency, and high capacity retention ratio were compatible. This is because in the lithium ion secondary battery of each example, when producing the negative electrode active material, lithium doping was performed by dropping in the doping process, and the doping process was performed at a temperature lower than 60 ° C. it is conceivable that. Moreover, when Example 1 and Example 2 are compared, it can be said that the temperature of the dope process is preferably lower in order to improve the initial discharge capacity and the capacity retention rate.

更に、実施例1及び実施例2のドープ工程においては、1gのケイ素含有負極活物質に対して0.05gのリチウムを、1分あたりに0.00028gとなる速度で供給した。これに対して、比較例2のドープ工程においては、1gのケイ素含有負極活物質に対して0.1gのリチウムを、1分あたりに0.00056gとなる速度で供給した。比較例2のリチウムイオン二次電池は、実施例1のリチウムイオン二次電池及び実施例2のリチウムイオン二次電池に比べて、初期放電容量、初期効率及び容量維持率の面で大きく劣っていることから、ドープ工程におけるリチウムの供給量及び供給速度もまた、リチウムイオン二次電池の初期放電容量、初期効率及び容量維持率に影響すると考えられる。つまり、ドープ工程においては、1gのケイ素含有負極活物質に対して0.1g未満のリチウムを供給するとともに、1gのケイ素含有負極活物質に対して1分あたりに供給するリチウムの量が0.00056g未満となる速度で行うのが良いと考えられる。好ましくは、ドープ工程において1gのケイ素含有負極活物質に対して供給されるリチウムの量は0.07g以下であり、1gのケイ素含有負極活物質に対して1分あたりに供給されるリチウムの量は0.00039g以下となる速度で供給するのが良いと考えられる。   Further, in the doping process of Example 1 and Example 2, 0.05 g of lithium was supplied at a rate of 0.00028 g per minute with respect to 1 g of the silicon-containing negative electrode active material. On the other hand, in the doping process of Comparative Example 2, 0.1 g of lithium was supplied to 1 g of the silicon-containing negative electrode active material at a rate of 0.00056 g per minute. The lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 is greatly inferior in terms of the initial discharge capacity, the initial efficiency, and the capacity maintenance rate as compared with the lithium ion secondary battery of Example 1 and the lithium ion secondary battery of Example 2. Therefore, it is considered that the supply amount and supply speed of lithium in the dope process also affect the initial discharge capacity, initial efficiency, and capacity retention rate of the lithium ion secondary battery. That is, in the doping step, less than 0.1 g of lithium is supplied to 1 g of the silicon-containing negative electrode active material, and the amount of lithium supplied per minute to 1 g of the silicon-containing negative electrode active material is 0.00. It is thought that it is good to carry out at the speed | velocity | rate which becomes less than 00005g. Preferably, the amount of lithium supplied to 1 g of silicon-containing negative electrode active material in the doping step is 0.07 g or less, and the amount of lithium supplied per minute to 1 g of silicon-containing negative electrode active material. Is considered to be supplied at a speed of 0.00039 g or less.

また、上記した2.表面観察の結果を鑑みると、低温で滴下によるドープ工程を行うことで、ケイ素含有負極活物質にリチウムが均一にドープされ、その結果、リチウムイオン二次電池の初期放電容量及び容量維持率の向上が実現すると考えられる。   In addition, the above-mentioned 2. In view of the results of surface observation, the silicon-containing negative electrode active material is uniformly doped with lithium by performing a dripping step at a low temperature. As a result, the initial discharge capacity and capacity retention rate of the lithium ion secondary battery are improved. Is considered to be realized.

次に、シリコン材料の粒径及びシリコン材料のカーボンコートがリチウムドープに及ぼす影響を、以下の実施例及び比較例により検討した。   Next, the influence of the silicon material particle size and the silicon coating of the silicon material on the lithium doping was examined by the following examples and comparative examples.

(実施例4)
(負極活物質の製造方法)
(シリコン材料製造工程)
実施例1と同様に製造したシリコン材料をジェットミルNJ−30(株式会社アイシンナノテクノロジーズ)で粉砕した。ジェットミルによる粉砕後のサイクロン回収品のシリコン材料の粒子の平均粒子径D50は1.912μmであり、当該シリコン材料は微粒状のシリコン材料といえる。なお、当該シリコン材料のD10は0.795μmであり、D90は3.875μmであった。
Example 4
(Method for producing negative electrode active material)
(Silicon material manufacturing process)
The silicon material produced in the same manner as in Example 1 was pulverized with a jet mill NJ-30 (Aisin Nano Technologies, Inc.). The average particle diameter D50 of the silicon material particles of the cyclone recovered product after pulverization by the jet mill is 1.912 μm, and it can be said that the silicon material is a finely divided silicon material. In addition, D10 of the silicon material was 0.795 μm, and D90 was 3.875 μm.

(ドープ工程)
上記のシリコン材料を用い、以下のようにドープ工程を行った。
グローブボックス内で、脱水テトラヒドロフラン40.0gにナフタレン11.54gを溶解させた後、金属リチウムを0.63g添加し、室温で3時間攪拌してリチウム錯体溶液を調製した。このリチウム錯体溶液に含まれるリチウムの量及びナフタレンの量は各々0.09モルであった。
(Dope process)
The above silicon material was used for the doping process as follows.
In a glove box, 11.54 g of naphthalene was dissolved in 40.0 g of dehydrated tetrahydrofuran, 0.63 g of metallic lithium was added, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours to prepare a lithium complex solution. The amount of lithium and the amount of naphthalene contained in this lithium complex solution were each 0.09 mol.

上記のリチウム錯体溶液を滴下漏斗に入れた。これとは別に、シリコン材料10.0g及び脱水テトラヒドロフラン80.1gをフラスコに入れて負極活物質懸濁液とし、当該フラスコを滴下漏斗に取り付けた。アルゴンガス雰囲気下、当該フラスコ内の負極活物質懸濁液を0℃で攪拌しつつ2時間30分かけて上記のリチウム錯体溶液をフラスコ内に滴下した。滴下終了後、フラスコ内の混合物を更に15時間攪拌した。攪拌終了後、濾過を行い、濾過残渣をテトラヒドロフランで洗浄し、洗浄後の濾過残渣を減圧下で乾燥させて、リチウムドープ負極活物質とした。以上の工程で、実施例4の負極活物質を得た。   The above lithium complex solution was placed in a dropping funnel. Separately, 10.0 g of silicon material and 80.1 g of dehydrated tetrahydrofuran were placed in a flask to form a negative electrode active material suspension, and the flask was attached to a dropping funnel. The lithium complex solution was dropped into the flask over 2 hours 30 minutes while stirring the negative electrode active material suspension in the flask at 0 ° C. in an argon gas atmosphere. After completion of dropping, the mixture in the flask was further stirred for 15 hours. After completion of the stirring, filtration was performed, the filtration residue was washed with tetrahydrofuran, and the washed filtration residue was dried under reduced pressure to obtain a lithium-doped negative electrode active material. Through the above steps, the negative electrode active material of Example 4 was obtained.

なお、実施例4のドープ工程においては、1gのシリコン材料に対し、0.063gのリチウムが、1分あたり0.00042gずつ供給されるよう、リチウム錯体溶液の濃度及び滴下速度がコントロールされた。   In addition, in the dope process of Example 4, the density | concentration and dripping speed | rate of the lithium complex solution were controlled so that 0.063g lithium might be supplied to 1g silicon material at a rate of 0.00042g per minute.

実施例4の負極活物質の平均粒子径は1.934μmであった。   The average particle diameter of the negative electrode active material of Example 4 was 1.934 μm.

(比較例6)
ドープ工程を行わなかったこと以外は実施例4と同様に、比較例6の負極活物質を製造した。比較例6の負極活物質は、実施例4のドープ工程前の負極活物質、つまり実施例4で用いたシリコン材料と同じである。
(Comparative Example 6)
A negative electrode active material of Comparative Example 6 was produced in the same manner as in Example 4 except that the dope process was not performed. The negative electrode active material of Comparative Example 6 is the same as the negative electrode active material before the doping step of Example 4, that is, the silicon material used in Example 4.

(比較例7)
実施例4で用いたものと同じ微粒状のシリコン材料を用い、熱CVD法によりカーボンコートを行って比較例7の負極活物質を得た。比較例7の負極活物質の製造方法の詳細を以下に説明する。
(カーボンコート工程)
実施例4と同じシリコン材料製造工程で得られた、平均粒子径1.912μmのシリコン材料を用い、以下のように熱CVD法によるカーボンコートを行った。
シリコン材料5.07gをカーボン製の容器に入れて、ロータリーキルン型の加熱炉に配置した。酸素濃度が0.95%以下になるまで炉内をアルゴンガスで置換した。アルゴンガスによる置換後、流量1.6L/分でアルゴンガスを流通させつつ炉内を1時間かけて900℃まで昇温し、その後15分かけて880℃にまで冷却した。炉内の温度を880℃としたままで、炉内に流量0.4L/分のプロパンガスと流量1.6L/分のアルゴンガスとの混合ガスを30分間流通させた。
以上の工程で、比較例7の負極活物質を得た。比較例7の負極活物質は、カーボンコートされた微粒状のシリコン材料である。
(Comparative Example 7)
The same fine particulate silicon material as used in Example 4 was used, and carbon coating was performed by a thermal CVD method to obtain a negative electrode active material of Comparative Example 7. The detail of the manufacturing method of the negative electrode active material of the comparative example 7 is demonstrated below.
(Carbon coating process)
Using a silicon material having an average particle diameter of 1.912 μm obtained in the same silicon material production process as in Example 4, carbon coating was performed by thermal CVD as follows.
5.07 g of silicon material was placed in a carbon container and placed in a rotary kiln type heating furnace. The inside of the furnace was replaced with argon gas until the oxygen concentration became 0.95% or less. After replacement with argon gas, the temperature in the furnace was raised to 900 ° C. over 1 hour while flowing argon gas at a flow rate of 1.6 L / min, and then cooled to 880 ° C. over 15 minutes. While maintaining the temperature in the furnace at 880 ° C., a mixed gas of propane gas having a flow rate of 0.4 L / min and argon gas having a flow rate of 1.6 L / min was passed through the furnace for 30 minutes.
The negative electrode active material of Comparative Example 7 was obtained through the above steps. The negative electrode active material of Comparative Example 7 is a carbon-coated finely divided silicon material.

比較例7の負極活物質の平均粒子径は2.459μmであった。   The average particle diameter of the negative electrode active material of Comparative Example 7 was 2.459 μm.

(負極活物質の分析2)
上記の負極活物質の分析1と同様に、実施例4の負極活物質のリチウム量を実測した。その結果、実施例4の負極活物質にはリチウムがドープされていた。
(Analysis of negative electrode active material 2)
Similarly to Analysis 1 of the negative electrode active material described above, the amount of lithium in the negative electrode active material of Example 4 was measured. As a result, the negative electrode active material of Example 4 was doped with lithium.

(リチウムイオン二次電池の評価2)
実施例4、比較例6及び比較例7の負極活物質を用いて、実施例1と同様に、実施例4、比較例6及び比較例7の負極並びにリチウムイオン二次電池を製造した。
実施例4、比較例6及び比較例7のリチウムイオン二次電池につき、上記のリチウムイオン二次電池の評価1と同様に初期放電容量を測定した。また、実施例4及び比較例7のリチウムイオン二次電池については、上記のリチウムイオン二次電池の評価1と同様に容量維持率を測定した。リチウムイオン二次電池の評価2の結果を、上記の負極活物質の分析2の結果とともに、表3及び表4に示す。なお、表3及び表4には実施例1の結果も併記した。
(Evaluation of lithium ion secondary battery 2)
Using the negative electrode active materials of Example 4, Comparative Example 6 and Comparative Example 7, the negative electrodes and lithium ion secondary batteries of Example 4, Comparative Example 6 and Comparative Example 7 were produced in the same manner as Example 1.
For the lithium ion secondary batteries of Example 4, Comparative Example 6 and Comparative Example 7, the initial discharge capacity was measured in the same manner as in Evaluation 1 of the lithium ion secondary battery. Moreover, about the lithium ion secondary battery of Example 4 and Comparative Example 7, the capacity | capacitance maintenance factor was measured similarly to evaluation 1 of said lithium ion secondary battery. The results of evaluation 2 of the lithium ion secondary battery are shown in Tables 3 and 4 together with the results of Analysis 2 of the negative electrode active material. Tables 3 and 4 also show the results of Example 1.

実施例1のリチウムイオン二次電池は、ドープ工程において、1gのケイ素含有負極活物質に対して0.05gのリチウムを、1分あたりに0.00028gとなる速度で供給して得られたものである。これに対して、実施例4のリチウムイオン二次電池は、ドープ工程において、1gのケイ素含有負極活物質に対して0.063gのリチウムを、1分あたりに0.00042gとなる速度で供給して得られたものである。つまり、実施例4の負極活物質は、実施例1の負極活物質に比べて、ドープ工程におけるリチウムのドープ量及びドープ速度が大きい。
しかし、表3に示すように、このような実施例4の負極活物質を用いた実施例4のリチウムイオン二次電池は、初期放電容量、初期効率及び容量維持率において、実施例1のリチウムイオン二次電池と比べても遜色のない性能を示した。容量維持率については、寧ろ、実施例4のリチウムイオン二次電池の方が優れていた。したがって、本発明の製造方法において微粒状のケイ素含有負極活物質を用いる場合には、リチウムイオン二次電池の電池特性を更に向上させ得るといえる。
The lithium ion secondary battery of Example 1 was obtained by supplying 0.05 g of lithium to 1 g of the silicon-containing negative electrode active material at a rate of 0.00028 g per minute in the doping step. It is. On the other hand, the lithium ion secondary battery of Example 4 supplies 0.063 g of lithium to 1 g of silicon-containing negative electrode active material at a rate of 0.00042 g per minute in the doping step. It was obtained. That is, the negative electrode active material of Example 4 has a larger lithium doping amount and doping rate than the negative electrode active material of Example 1.
However, as shown in Table 3, the lithium ion secondary battery of Example 4 using the negative electrode active material of Example 4 has the initial discharge capacity, the initial efficiency, and the capacity retention rate. Compared to the ion secondary battery, it showed the same performance. Rather, the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery of Example 4 was superior. Therefore, it can be said that the battery characteristics of the lithium ion secondary battery can be further improved when a finely divided silicon-containing negative electrode active material is used in the production method of the present invention.

ところで、既述したように、ケイ素含有負極活物質の抵抗は比較的大きいため、ケイ素含有負極活物質をカーボンコートして負極に用いるのが一般的である。しかし、表4に示すように、平均粒子径1.9μmと微細な粒子状のシリコン材料に熱CVD法によってカーボンコートを行った比較例7では、カーボンコート後の平均粒子径が2.5μmと増大していた。そして、この比較例7のリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、カーボンコート前のシリコン材料を負極活物質として用いた比較例6のリチウムイオン二次電池の初期放電容量に比べて著しく低下していた。
この結果は、微細な粒子状のケイ素含有負極活物質を熱CVD法でカーボンコートすることで、当該ケイ素含有負極活物質が凝集するか又は造粒され、その結果、リチウムイオン二次電池の電池性能に悪影響があることを示唆する。
Incidentally, as described above, since the resistance of the silicon-containing negative electrode active material is relatively large, it is common to use the silicon-containing negative electrode active material as a negative electrode after carbon coating. However, as shown in Table 4, in Comparative Example 7 in which carbon coating was performed on a fine particle silicon material having an average particle size of 1.9 μm by a thermal CVD method, the average particle size after carbon coating was 2.5 μm. It was increasing. The initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 7 is significantly lower than the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 6 using the silicon material before carbon coating as the negative electrode active material. It was.
The result is that the silicon-containing negative electrode active material is agglomerated or granulated by carbon-coating a fine particulate silicon-containing negative electrode active material by a thermal CVD method. As a result, the battery of the lithium ion secondary battery Suggests a negative impact on performance.

一方、このような微粒状のシリコン材料や、平均粒子径の比較的大きなシリコン材料を、カーボンコートせず、本発明のドープ工程によりリチウムドープして負極活物質として用いた、実施例1のリチウムイオン二次電池、及び、実施例4のリチウムイオン二次電池は、優れた初期放電容量及び容量維持率を示した。この結果から、本発明の製造方法でリチウムドープを行う場合には、ケイ素含有負極活物質の粒子径を問わず、カーボンコートを行わなくても電池特性に優れるリチウムイオン二次電池が得られるといえる。   On the other hand, the lithium of Example 1 in which such a finely divided silicon material or a silicon material having a relatively large average particle diameter was used as a negative electrode active material by carbon doping without lithium coating by the doping process of the present invention. The ion secondary battery and the lithium ion secondary battery of Example 4 exhibited excellent initial discharge capacity and capacity retention rate. From this result, when lithium doping is performed by the production method of the present invention, a lithium ion secondary battery having excellent battery characteristics can be obtained without performing carbon coating regardless of the particle diameter of the silicon-containing negative electrode active material. I can say that.

なお、後述するように、平均粒子径の比較的大きなケイ素含有負極活物質を用い本発明の製造方法によるリチウムドープを行う場合には、カーボンコートしても、優れた電池特性を発揮し得る負極活物質が得られる。一方、上記したように、微粒状のケイ素含有負極活物質を用いる場合には、ケイ素含有負極活物質をカーボンコートすると、リチウムイオン二次電池の電池特性が悪化する場合がある。
したがって、本発明の製造方法において微粒状のケイ素含有負極活物質を用いる場合には、ケイ素含有負極活物質のカーボンコートを行わないのが好ましい。ここでいう微粒状とは、具体的には、ケイ素含有負極活物質の平均粒子径が2.8μm以下であることを意味する。好ましくは、ケイ素含有負極活物質の平均粒子径は2.6μm以下、2.4μm以下、2.2μm以下、2.0μm以下の各範囲内とできる。
As will be described later, when lithium doping is performed by the production method of the present invention using a silicon-containing negative electrode active material having a relatively large average particle size, a negative electrode that can exhibit excellent battery characteristics even when carbon-coated. An active material is obtained. On the other hand, as described above, when a finely divided silicon-containing negative electrode active material is used, if the silicon-containing negative electrode active material is carbon coated, the battery characteristics of the lithium ion secondary battery may be deteriorated.
Therefore, when a finely divided silicon-containing negative electrode active material is used in the production method of the present invention, it is preferable not to perform carbon coating of the silicon-containing negative electrode active material. The fine particle here means specifically that the average particle diameter of the silicon-containing negative electrode active material is 2.8 μm or less. Preferably, the average particle diameter of the silicon-containing negative electrode active material can be within a range of 2.6 μm or less, 2.4 μm or less, 2.2 μm or less, or 2.0 μm or less.

(実施例5)
(負極活物質の製造方法)
(カーボンコート工程)
実施例1と同じシリコン材料製造工程で得られた、平均粒子径4.335μmのシリコン材料を用い、以下のように熱CVD法によるカーボンコートを行った。
シリコン材料15gをカーボン製の容器に入れて、ロータリーキルン型の加熱炉に配置した。酸素濃度が1%以下になるまで炉内をアルゴンガスで置換した。アルゴンガスによる置換後、流量1.6L/分でアルゴンガスを流通させつつ炉内を1時間かけて900℃まで昇温し、その後15分かけて880℃にまで冷却した。炉内の温度を880℃としたままで、炉内に流量0.4L/分のプロパンガスと流量1.6L/分のアルゴンガスとの混合ガスを30分間流通させた。
(Example 5)
(Method for producing negative electrode active material)
(Carbon coating process)
Using a silicon material having an average particle diameter of 4.335 μm obtained in the same silicon material manufacturing process as in Example 1, carbon coating was performed by a thermal CVD method as follows.
15 g of silicon material was put in a carbon container and placed in a rotary kiln type heating furnace. The inside of the furnace was replaced with argon gas until the oxygen concentration became 1% or less. After replacement with argon gas, the temperature in the furnace was raised to 900 ° C. over 1 hour while flowing argon gas at a flow rate of 1.6 L / min, and then cooled to 880 ° C. over 15 minutes. While maintaining the temperature in the furnace at 880 ° C., a mixed gas of propane gas having a flow rate of 0.4 L / min and argon gas having a flow rate of 1.6 L / min was passed through the furnace for 30 minutes.

(ドープ工程)
上記のカーボンコート後のシリコン材料を用い、以下のようにドープ工程を行った。
グローブボックス内で、脱水テトラヒドロフラン44.8gにナフタレン6.46gを溶解させた後、金属リチウムを0.35g添加し、室温で3時間攪拌してリチウム錯体溶液を調製した。このリチウム錯体溶液に含まれるリチウムの量及びナフタレンの量は各々0.05モルであった。
(Dope process)
The dope process was performed as follows using the silicon material after the carbon coating.
In a glove box, 6.46 g of naphthalene was dissolved in 44.8 g of dehydrated tetrahydrofuran, 0.35 g of lithium metal was added, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours to prepare a lithium complex solution. The amount of lithium and the amount of naphthalene contained in this lithium complex solution were each 0.05 mol.

上記のリチウム錯体溶液を滴下漏斗に入れた。これとは別に、上記のカーボンコートされたシリコン材料7.0g及び脱水テトラヒドロフラン44.8gをフラスコに入れて負極活物質懸濁液とし、当該フラスコを滴下漏斗に取り付けた。アルゴンガス雰囲気下、当該フラスコ内の負極活物質懸濁液を0℃で攪拌しつつ3時間かけて上記のリチウム錯体溶液をフラスコ内に滴下した。滴下終了後、フラスコ内の混合物を更に15時間攪拌した。攪拌終了後、濾過を行い、濾過残渣をテトラヒドロフランで洗浄し、洗浄後の濾過残渣を減圧下で乾燥させて、リチウムドープ負極活物質とした。以上の工程で、実施例5の負極活物質を得た。   The above lithium complex solution was placed in a dropping funnel. Separately, 7.0 g of the carbon-coated silicon material and 44.8 g of dehydrated tetrahydrofuran were placed in a flask to form a negative electrode active material suspension, and the flask was attached to a dropping funnel. The lithium complex solution was dropped into the flask over 3 hours while stirring the negative electrode active material suspension in the flask at 0 ° C. in an argon gas atmosphere. After completion of dropping, the mixture in the flask was further stirred for 15 hours. After completion of the stirring, filtration was performed, the filtration residue was washed with tetrahydrofuran, and the washed filtration residue was dried under reduced pressure to obtain a lithium-doped negative electrode active material. Through the above steps, the negative electrode active material of Example 5 was obtained.

なお、実施例5のドープ工程においては、カーボンコートされたシリコン材料1gに対し、0.05gのリチウムが、1分あたり0.0002778gずつ供給されるよう、リチウム錯体溶液の濃度及び滴下速度がコントロールされた。なお、カーボンコートによる質量の増加は微々たるものであるため、上記のカーボンコートされたシリコン材料1gは、シリコン材料1gと読み替えることも可能である。   In the doping process of Example 5, the concentration and dropping rate of the lithium complex solution were controlled so that 0.05 g of lithium was supplied at a rate of 0.0002778 g per minute per 1 g of the carbon-coated silicon material. It was done. Since the mass increase due to the carbon coating is slight, the carbon-coated silicon material 1g described above can be read as the silicon material 1g.

(比較例8)
ドープ工程を行わなかったこと以外は実施例5と同様に、比較例8の負極活物質を製造した。比較例8の負極活物質は、実施例5のドープ工程前の負極活物質、つまり実施例5で用いたシリコン材料と同じである。
(Comparative Example 8)
A negative electrode active material of Comparative Example 8 was produced in the same manner as Example 5 except that the dope process was not performed. The negative electrode active material of Comparative Example 8 is the same as the negative electrode active material before the doping step of Example 5, that is, the silicon material used in Example 5.

(負極活物質の分析3)
上記の負極活物質の分析1と同様に、実施例5の負極活物質のリチウム量を実測した。その結果、実施例5の負極活物質にはリチウムがドープされていた。
(Analysis of negative electrode active material 3)
Similarly to Analysis 1 of the negative electrode active material described above, the amount of lithium in the negative electrode active material of Example 5 was measured. As a result, the negative electrode active material of Example 5 was doped with lithium.

(リチウムイオン二次電池の評価3)
実施例5及び比較例8の負極活物質を用いて、実施例1と同様に、実施例5及び比較例8の負極並びにリチウムイオン二次電池を製造した。
実施例5及び比較例8のリチウムイオン二次電池につき、上記のリチウムイオン二次電池の評価1と同様に初期放電容量を測定した。また、実施例5のリチウムイオン二次電池については、上記のリチウムイオン二次電池の評価1と同様に容量維持率も測定した。リチウムイオン二次電池の評価3の結果を、上記の負極活物質の分析3の結果とともに、表5に示す。
(Evaluation 3 of lithium ion secondary battery)
Using the negative electrode active material of Example 5 and Comparative Example 8, the negative electrode and lithium ion secondary battery of Example 5 and Comparative Example 8 were produced in the same manner as Example 1.
For the lithium ion secondary batteries of Example 5 and Comparative Example 8, the initial discharge capacity was measured in the same manner as in Evaluation 1 of the lithium ion secondary battery. Moreover, about the lithium ion secondary battery of Example 5, the capacity | capacitance maintenance factor was also measured similarly to evaluation 1 of said lithium ion secondary battery. The results of Evaluation 3 of the lithium ion secondary battery are shown in Table 5 together with the results of Analysis 3 of the negative electrode active material.

表5に示すように、平均粒子径4.335μmのシリコン材料に熱CVD法によるカーボンコートを行い、その後、滴下によるドープ工程を行った実施例5のリチウムイオン二次電池では、上記の表3、4に示す比較例7のように初期放電容量の悪化もなく、優れた初期放電容量、初期効率及び容量維持率を示した。   As shown in Table 5, in the lithium ion secondary battery of Example 5 in which a silicon material having an average particle diameter of 4.335 μm was carbon coated by a thermal CVD method and then doped by dropping, As shown in Comparative Example 7 shown in FIG. 4, the initial discharge capacity was not deteriorated, and excellent initial discharge capacity, initial efficiency, and capacity retention ratio were exhibited.

この結果から、ケイ素含有負極活物質に熱CVD法によるカーボンコートを施し、更にドープ工程を行う場合には、平均粒子径の比較的大きなものを用いれば良いことがわかる。具体的には、比較例7で用いたケイ素含有負極活物質の平均粒子径1.912μmを超える平均粒子径のケイ素含有負極活物質であれば、カーボンコートとドープ工程との両方を行うのに適するといえる。より具体的には、この場合のケイ素含有負極活物質としては平均粒子径3.2μm以上のものが好ましく、3.4μm以上のものがより好ましく、3.6μm以上のものが更に好ましく、3.8μm以上のものがなお好ましく、4.0μm以上のものが特に好ましいといえる。   From this result, it is understood that when a silicon coating is applied to the silicon-containing negative electrode active material by a thermal CVD method and a doping process is further performed, a material having a relatively large average particle diameter may be used. Specifically, if the silicon-containing negative electrode active material having an average particle diameter exceeding 1.912 μm of the average particle diameter of the silicon-containing negative electrode active material used in Comparative Example 7, both the carbon coating and the doping step are performed. It can be said that it is suitable. More specifically, the silicon-containing negative electrode active material in this case preferably has an average particle diameter of 3.2 μm or more, more preferably 3.4 μm or more, and still more preferably 3.6 μm or more. It is more preferable that the thickness is 8 μm or more, and 4.0 μm or more is particularly preferable.

(負極活物質の分析4)
(4.NMR測定 シグナル強度比)
実施例1、比較例3及び比較例4の負極活物質につき、固体Li−NMR測定を行った。装置としてChemagnetics製CMX300型核磁気共鳴装置を使用し、5mmプロープ、繰り返し時間10秒、積算回数2500回にて室温で測定を行った。外部標準として塩化リチウム水溶液(0ppm)を用いた。
実施例1比較例3及び比較例4の負極活物質のNMRスペクトルには、0ppm付近のメインシグナルが観測された。その一方で、各NMRスペクトルには、金属リチウムに由来する260ppm付近のシグナルは観察されなかった。更に、比較例4の負極活物質のNMRスペクトルでは、18ppm付近に実施例1の負極活物質にはみられないシグナルが観測された。各NMRスペクトルにつき波形分離を行い、−400ppm〜600ppmにおけるシグナル強度比を得た。これらの分析結果から、実施例1、比較例3及び比較例4の各負極活物質に含まれると予想されるリチウム化合物と、当該リチウム化合物毎のシグナル強度比とを算出した。結果を表6に示す。
(Analysis of negative electrode active material 4)
(4. NMR measurement signal intensity ratio)
The negative electrode active materials of Example 1, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 were subjected to solid 7 Li-NMR measurement. A CMX300 type nuclear magnetic resonance apparatus manufactured by Chemagnetics was used as the apparatus, and the measurement was performed at room temperature with a 5 mm probe, a repetition time of 10 seconds, and an integration count of 2500 times. An aqueous lithium chloride solution (0 ppm) was used as an external standard.
Example 1 In the NMR spectra of the negative electrode active materials of Comparative Example 3 and Comparative Example 4, a main signal near 0 ppm was observed. On the other hand, no signal around 260 ppm derived from metallic lithium was observed in each NMR spectrum. Further, in the NMR spectrum of the negative electrode active material of Comparative Example 4, a signal not observed in the negative electrode active material of Example 1 was observed around 18 ppm. Waveform separation was performed for each NMR spectrum to obtain a signal intensity ratio at -400 ppm to 600 ppm. From these analysis results, a lithium compound expected to be contained in each negative electrode active material of Example 1, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 and a signal intensity ratio for each lithium compound were calculated. The results are shown in Table 6.

表6の結果から、実施例1のように滴下によるドープ工程を行うことで、負極活物質の表面における炭酸リチウム等のリチウム無機塩の割合が低減すると考えられる。例えば炭酸リチウムは、一般的な電圧でのリチウムイオン二次電池の充放電には関与しないことが知られている。このため、滴下によるドープ工程を行う本発明の製造方法は、負極活物質の表面の炭酸リチウムを低減させることで、リチウムイオン二次電池の容量増大に寄与し得ると考えられる。
また、滴下による実施例1の製造方法で得られたリチウムドープ負極活物質においては、ケミカルシフトが4〜6ppmであるLi12Si14等のリチウムとケイ素との合金の割合が高い。このようにケイ素との合金としてドープされたリチウムは、リチウムイオン二次電池の充放電反応に寄与し易いと考えられる。つまり、滴下によるドープ工程を行う本発明の製造方法は、リチウムをケイ素との合金の状態でケイ素含有負極活物質にドープできることで、リチウムイオン二次電池の容量増大に寄与し得るとも考えられる。
From the result of Table 6, it is thought that the ratio of lithium inorganic salts, such as lithium carbonate, in the surface of a negative electrode active material reduces by performing the dope process by dripping like Example 1. FIG. For example, it is known that lithium carbonate does not participate in charging / discharging of a lithium ion secondary battery at a general voltage. For this reason, it is thought that the manufacturing method of this invention which performs the dope process by dripping can contribute to the capacity | capacitance increase of a lithium ion secondary battery by reducing the lithium carbonate of the surface of a negative electrode active material.
Moreover, in the lithium dope negative electrode active material obtained with the manufacturing method of Example 1 by dripping, the ratio of lithium and silicon alloys such as Li 12 Si 14 having a chemical shift of 4 to 6 ppm is high. Thus, it is thought that lithium doped as an alloy with silicon is likely to contribute to the charge / discharge reaction of the lithium ion secondary battery. That is, it is considered that the manufacturing method of the present invention in which the doping process is performed by dripping can contribute to the capacity increase of the lithium ion secondary battery by being able to dope lithium into the silicon-containing negative electrode active material in the state of an alloy with silicon.

具体的には、本発明の負極活物質では、固体Li−NMRにより得られたNMRスペクトルにおいて、ケミカルシフトが4〜6ppmであるシグナルの強度比は7以上、より好ましくは10以上と考えられる。 Specifically, in the negative electrode active material of the present invention, in the NMR spectrum obtained by solid 7 Li-NMR, the signal intensity ratio with a chemical shift of 4 to 6 ppm is considered to be 7 or more, more preferably 10 or more. .

(5.NMR測定 緩和時間)
実施例1、比較例3及び比較例4の負極活物質につき、固体Li−NMR緩和時間測定を行った。装置としてブルカー・バイオスピン株式会社製 AVANCE600型核磁気共鳴装置(600Hz)を用い、試料回転速度10KHzにて緩和期間T1を測定した。結果を表7に示す。
(5. NMR measurement relaxation time)
The negative electrode active materials of Example 1, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 were measured for solid 7 Li-NMR relaxation time. The relaxation period T1 was measured at a sample rotation speed of 10 KHz using an AVANCE 600 type nuclear magnetic resonance apparatus (600 Hz) manufactured by Bruker BioSpin Corporation. The results are shown in Table 7.

緩和時間T1が短ければ、測定時にエネルギーが与えられた原子核の近傍に当該エネルギーを受け渡すことができる原子核が多く存在することを意味し、固体Li−NMR測定の場合には、あるLiの近傍に他のLiが存在する可能性が高いことを示唆する。
実施例1と比較例3とを比較すると、実施例1の負極活物質は、比較例3の負極活物質に比べてリチウム量の実測値が小さいにも拘わらず、比較例3の負極活物質に比べて緩和時間T1が短い。この結果は、実施例1の負極活物質では比較例3の負極活物質に比べてLiが均一に分散していることを意味すると考えられる。実施例1のリチウムイオン二次電池が比較例3のリチウムイオン二次電池よりも初期放電容量及び容量維持率の面で優れていることからも、このことが裏付けられる。
If the relaxation time T1 is short, it means that there are many nuclei capable of transferring the energy in the vicinity of the nucleus to which energy is given at the time of measurement. In the case of solid 7 Li-NMR measurement, This suggests that there is a high possibility that other Li exists in the vicinity.
When Example 1 and Comparative Example 3 are compared, the negative electrode active material of Example 1 is smaller in the measured amount of lithium than the negative electrode active material of Comparative Example 3, but the negative electrode active material of Comparative Example 3 The relaxation time T1 is shorter than This result is considered to mean that Li was uniformly dispersed in the negative electrode active material of Example 1 as compared with the negative electrode active material of Comparative Example 3. This is supported by the fact that the lithium ion secondary battery of Example 1 is superior to the lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 in terms of initial discharge capacity and capacity retention rate.

また、実施例1と比較例4とを比較すると、比較例4の負極活物質は実施例1の負極活物質よりも緩和時間T1が短い。また、比較例4のリチウムイオン二次電池は、初期放電容量や容量維持率の面において、実施例1のリチウムイオン二次電池に劣る。これは、比較例4の負極活物質は実施例1の負極活物質に比べてLi量の実測値が遙かに大きいことに起因すると考えられる。このことから、負極活物質におけるLi量の実測値が過大である場合にも緩和時間T1が短くなるものの、この場合にはリチウムイオン二次電池の電池性能が低下するといえる。   Further, when Example 1 and Comparative Example 4 are compared, the negative electrode active material of Comparative Example 4 has a relaxation time T1 shorter than that of the negative electrode active material of Example 1. Moreover, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 4 is inferior to the lithium ion secondary battery of Example 1 in terms of initial discharge capacity and capacity retention rate. This is probably because the negative electrode active material of Comparative Example 4 has a much larger measured value of Li amount than the negative electrode active material of Example 1. From this, it can be said that the battery performance of the lithium ion secondary battery is lowered in this case, although the relaxation time T1 is shortened even when the measured value of the Li amount in the negative electrode active material is excessive.

上記の結果を勘案すると、リチウムドープ負極活物質により良好な電池性能を付与する為には、Li量の実測値すなわちリチウム含有量が低いこと、及び、緩和時間T1がある程度短いことを両立するのが良いといえる。
具体的には、負極活物質のリチウム含有量が質量百分率で2.0〜8.0%の範囲内であり、かつ、緩和時間T1が1.8秒以下であるのが好ましいといえる。
Considering the above results, in order to provide good battery performance with the lithium-doped negative electrode active material, both the measured value of Li amount, that is, the lithium content is low and the relaxation time T1 is somewhat short. Is good.
Specifically, it can be said that the lithium content of the negative electrode active material is preferably in the range of 2.0 to 8.0% by mass and the relaxation time T1 is preferably 1.8 seconds or less.

なお、負極活物質のリチウム含有量のより好ましい下限値として、2.25%、2.5%、2.75%、3%の各値を挙げ得る。負極活物質のリチウム含有量の好ましい上限値としては、7.5%、6.5%、5.5%、4.5%の各値を挙げ得る。緩和時間T1のより好ましい上限値としては、1.78秒、1.75秒、1.73秒、1.7秒の各値を挙げ得る。緩和時間T1の好ましい下限値としては、1.55秒、1.58秒、1.6秒、1.63秒の各値を挙げ得る。   In addition, as a more preferable lower limit value of the lithium content of the negative electrode active material, values of 2.25%, 2.5%, 2.75%, and 3% can be given. As a preferable upper limit value of the lithium content of the negative electrode active material, respective values of 7.5%, 6.5%, 5.5%, and 4.5% may be mentioned. More preferable upper limit values of the relaxation time T1 may include values of 1.78 seconds, 1.75 seconds, 1.73 seconds, and 1.7 seconds. Examples of preferable lower limit values of the relaxation time T1 include values of 1.55 seconds, 1.58 seconds, 1.6 seconds, and 1.63 seconds.

(6.粉体抵抗)
実施例1、実施例4、比較例1〜比較例4の各負極活物質につき、各々粉体抵抗を測定した。測定装置としては、株式会社 三菱化学アナリテック製の粉体抵抗測定器を用い、4kN〜20kNの範囲で各負極活物質に荷重を加えつつ各荷重における各負極活物質の粉体抵抗を測定した。当該試験で用いた各負極活物質の特徴を表8に示し、結果を図6に示す。なお、図6の縦軸は粉体抵抗(Ω・cm)であり、横軸は荷重(kN)である。
また、図6に示すグラフにおける、荷重4kNと8kNとの二点間の直線の傾きの絶対値を算出した。結果を表9に示す。
(6. Powder resistance)
For each of the negative electrode active materials of Example 1, Example 4, and Comparative Examples 1 to 4, the powder resistance was measured. As a measuring device, a powder resistance measuring device manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. was used, and the powder resistance of each negative electrode active material at each load was measured while applying a load to each negative electrode active material in the range of 4 kN to 20 kN. . The characteristics of each negative electrode active material used in the test are shown in Table 8, and the results are shown in FIG. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 6 is powder resistance (ohm * cm), and a horizontal axis is a load (kN).
In addition, the absolute value of the slope of the straight line between two points of loads 4 kN and 8 kN in the graph shown in FIG. 6 was calculated. The results are shown in Table 9.

図6及び表9に示すように、縦軸に粉体抵抗(Ω・cm)をとり横軸に荷重(kN)をとったグラフにおける、荷重4kNと8kNとの二点間の直線の傾きの大きさは、実施例4において最大であり、次いで実施例1が大きかった。これらに比べて、比較例1〜比較例4の負極活物質では、当該傾きの大きさは小さかった。この結果から、本発明の製造方法で製造した本発明の負極活物質であるか否かは、当該傾きの大きさで判別可能だと考えられる。
具体的には、本発明の負極活物質では、当該傾きの絶対値は、好ましくは2×10以上、より好ましくは3×10以上、更に好ましくは4×10以上、特に好ましくは5×10以上であると考えられる。
As shown in FIG. 6 and Table 9, in the graph in which the vertical axis represents the powder resistance (Ω · cm) and the horizontal axis represents the load (kN), the slope of the straight line between the two points of loads 4 kN and 8 kN is shown. The size was the largest in Example 4, followed by Example 1. Compared with these, in the negative electrode active materials of Comparative Examples 1 to 4, the magnitude of the inclination was small. From this result, it is considered that whether or not it is the negative electrode active material of the present invention manufactured by the manufacturing method of the present invention can be determined by the magnitude of the inclination.
Specifically, in the negative electrode active material of the present invention, the absolute value of the slope is preferably 2 × 10 7 or more, more preferably 3 × 10 7 or more, still more preferably 4 × 10 7 or more, and particularly preferably 5 It is considered to be 10 7 or more.

Claims (15)

ケイ素を含有する負極活物質に、金属リチウムと多環芳香族化合物とを有機溶剤に溶解したリチウム錯体溶液を接触させて、前記負極活物質にリチウムをドープするドープ工程を有し、
前記ドープ工程は、前記負極活物質と有機溶剤とを含む負極活物質懸濁液を50℃以下にして前記リチウム錯体溶液を滴下する、リチウムドープされた負極活物質の製造方法。
A negative electrode active material containing silicon, contacting a lithium complex solution obtained by dissolving metallic lithium and a polycyclic aromatic compound in an organic solvent, and doping the negative electrode active material with lithium;
The said dope process is a manufacturing method of the lithium dope negative electrode active material which makes the negative electrode active material suspension containing the said negative electrode active material and the organic solvent 50 degrees C or less, and dripping the said lithium complex solution.
前記ドープ工程は、前記負極活物質懸濁液を25℃未満にして前記リチウム錯体溶液を滴下する、請求項1に記載の負極活物質の製造方法。   2. The method for producing a negative electrode active material according to claim 1, wherein in the doping step, the lithium complex solution is dropped by setting the negative electrode active material suspension to less than 25 ° C. 3. 前記ドープ工程において、1gの前記負極活物質に対して、0.07g以下のリチウムを0.00039g/分以下の速度で供給する、請求項1又は請求項2に記載の負極活物質の製造方法。   3. The method for producing a negative electrode active material according to claim 1, wherein in the doping step, 0.07 g or less of lithium is supplied at a rate of 0.00039 g / min or less to 1 g of the negative electrode active material. . 前記ケイ素を含有する負極活物質として、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料を用いる、請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の負極活物質の製造方法。   The negative electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein a silicon material having a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in a thickness direction is used as the negative electrode active material containing silicon. A method for producing an active material. 前記ドープ工程は、
前記負極活物質をフッ素アニオン含有溶液で処理する前処理工程と、
前記前処理工程後の前記負極活物質に、金属リチウムと多環芳香族化合物とを有機溶剤に溶解したリチウム錯体溶液を接触させ、前記負極活物質にリチウムをドープする本ドープ工程と、を有する、請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の負極活物質の製造方法。
The dope process includes
A pretreatment step of treating the negative electrode active material with a fluorine anion-containing solution;
A main doping step in which a lithium complex solution obtained by dissolving metallic lithium and a polycyclic aromatic compound in an organic solvent is brought into contact with the negative electrode active material after the pretreatment step, and the negative electrode active material is doped with lithium. The manufacturing method of the negative electrode active material as described in any one of Claims 1-4.
前記ケイ素を含有する負極活物質として、平均粒子径3.2μm以上のものを用い、
前記ドープ工程前に、前記ケイ素を含有する負極活物質をカーボンコートするカーボンコート工程を含む、請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の負極活物質の製造方法。
As the negative electrode active material containing silicon, a material having an average particle diameter of 3.2 μm or more is used.
The manufacturing method of the negative electrode active material as described in any one of Claims 1-5 including the carbon coating process of carbon-coating the negative electrode active material containing the silicon before the said dope process.
前記ケイ素を含有する負極活物質として、平均粒子径2.8μm以下のものを用い、
前記ドープ工程後に熱CVDによりカーボンコートする工程を含まない、請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の負極活物質の製造方法。
As the negative electrode active material containing silicon, a material having an average particle diameter of 2.8 μm or less is used.
The manufacturing method of the negative electrode active material as described in any one of Claims 1-5 which does not include the process of carbon-coating by thermal CVD after the said dope process.
請求項6又は請求項7に記載の製造方法で得られた負極活物質を用いて負極を製造する負極製造工程を有する、負極の製造方法。   The manufacturing method of a negative electrode which has a negative electrode manufacturing process which manufactures a negative electrode using the negative electrode active material obtained by the manufacturing method of Claim 6 or Claim 7. 請求項8に記載の負極製造工程を有する、リチウムイオン二次電池の製造方法。   The manufacturing method of a lithium ion secondary battery which has a negative electrode manufacturing process of Claim 8. 表面粗さRaが0.0001μm〜0.008μmである、リチウムドープされたケイ素を含有する負極活物質。   A negative electrode active material containing lithium-doped silicon having a surface roughness Ra of 0.0001 μm to 0.008 μm. 前記ケイ素を含有する負極活物質は、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料である、請求項10に記載の負極活物質。   The negative electrode active material according to claim 10, wherein the silicon-containing negative electrode active material is a silicon material having a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. 前記負極活物質の平均粒子径は2.8μm以下であり、カーボンコートされていない、請求項10又は請求項11に記載の負極活物質。   The average particle diameter of the said negative electrode active material is 2.8 micrometers or less, The negative electrode active material of Claim 10 or Claim 11 which is not carbon-coated. 固体Li−NMR測定により得られたNMRスペクトルにおいて、ケミカルシフトが4〜6ppmであるシグナルの強度比が7以上である、リチウムドープされたケイ素を含有する負極活物質。 Solid 7 A negative electrode active material containing lithium-doped silicon, wherein an NMR spectrum obtained by Li-NMR measurement has a chemical shift of 4 to 6 ppm and a signal intensity ratio of 7 or more. リチウム含有量が質量百分率で2.0%〜8.0%であり、かつ、固体Li−NMR測定による緩和時間T1が1.8秒以下である、リチウムドープされたケイ素を含有する負極活物質。 A negative electrode active material containing lithium-doped silicon, wherein the lithium content is 2.0% to 8.0% by mass and the relaxation time T1 by solid 7 Li-NMR measurement is 1.8 seconds or less. material. 縦軸に粉体抵抗(Ω・cm)をとり横軸に荷重(kN)をとったグラフにおいて、荷重4kNと8kNとの二点間の直線の傾きの絶対値が2×10以上である、リチウムドープされたケイ素を含有する負極活物質。 In the graph in which the vertical axis represents powder resistance (Ω · cm) and the horizontal axis represents load (kN), the absolute value of the slope of the straight line between the two points of load 4 kN and load 8 kN is 2 × 10 7 or more. A negative electrode active material containing lithium-doped silicon.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023096148A1 (en) * 2021-11-25 2023-06-01 주식회사 엘지에너지솔루션 Negative electrode active material, method for producing negative electrode active material, negative electrode slurry, negative electrode, and secondary battery

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