JP2019220350A - Negative electrode material for lithium ion battery, negative electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery - Google Patents

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Abstract

To provide a negative electrode material for a lithium ion battery, excellent in battery performance of large discharge capacity and high charge/discharge efficiency and also suppressed in battery swelling due to charge/discharge.SOLUTION: A negative electrode material for a lithium ion battery contains a complex including crystalline silicon oxide and crystalline silicon. The crystalline silicon oxide contains cristobalite and quartz, and a ratio (Icr/Iqz) of a peak intensity (Icr) in the range of diffraction angle 2θ=21.5±0.5° and a peak intensity (Iqz) in the range of diffraction angle 2θ=26.5±0.5° in powder X-ray diffractometry using a CuKα ray is 3-100.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムイオン電池用負極材料、リチウムイオン電池用負極及びリチウムイオン電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode material for a lithium ion battery, a negative electrode for a lithium ion battery, and a lithium ion battery.

従来、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛材料は、リチウムイオン電池の負極材料として広く使用されている。   Conventionally, graphite materials such as natural graphite and artificial graphite have been widely used as negative electrode materials for lithium ion batteries.

しかしながら、黒鉛材料の理論電気容量は372mAh/gと小さいため、リチウムイオン電池の高容量化を達成することができない。   However, since the theoretical electric capacity of the graphite material is as small as 372 mAh / g, it is not possible to achieve a high capacity lithium ion battery.

リチウムイオン電池の高容量化を達成するために、スズ、ケイ素等を使用した負極材料が知られており、低コストの観点から、ケイ素を使用した負極材料の実用化の検討が進んでいる。   Negative electrode materials using tin, silicon, and the like are known in order to achieve high capacity lithium ion batteries. From the viewpoint of low cost, practical use of negative electrode materials using silicon is being studied.

ケイ素単体の理論電気容量は4400mAh/gと極めて大きいが、リチウムイオンを挿入した際の電池の体積膨脹が大きく、粒子、更には電極膜の破壊が生じるだけでなく、充放電サイクルが極めて短いため、リチウムイオン電池としての機能を十分に果たすことができない。   Although the theoretical electric capacity of silicon alone is extremely large at 4400 mAh / g, the volume expansion of the battery when lithium ions are inserted is large, and not only the particles and the electrode film are destroyed but also the charge / discharge cycle is extremely short. However, the function as a lithium ion battery cannot be sufficiently performed.

そこで、ケイ素の含有率を低下させて理論電気容量を制限し、且つケイ素の結晶子サイズを小さくすることにより、電池の膨化を抑制すること考えられている。この手段として、ケイ素合金、ケイ素酸化物等をリチウムイオン電池の負極材料として使用する方法が知られている(特許文献1、特許文献2等)。   Thus, it has been considered to suppress the expansion of the battery by reducing the silicon content to limit the theoretical electric capacity and reducing the crystallite size of silicon. As this means, a method of using a silicon alloy, a silicon oxide or the like as a negative electrode material of a lithium ion battery is known (Patent Document 1, Patent Document 2, etc.).

特許第3952180号公報Japanese Patent No. 3,952,180 特許第6256346号公報Japanese Patent No. 6256346

特許文献1及び特許文献2に記載のケイ素酸化物であるSiOの理論電気容量は2000mAh/gであり、黒鉛材料の理論電気容量に比べて、理論電気容量が大きい。しかしながら、SiOの充放電効率は75%であり、黒鉛材料の充放電効率(90〜95%)よりも低いため、SiOを負極材料として使用し、リチウムイオン電池を作製した際に、充放電効率を高めるために、余分な正極材料の添加が必要になるという問題がある。   The theoretical electric capacity of SiO, which is a silicon oxide described in Patent Documents 1 and 2, is 2000 mAh / g, which is larger than the theoretical electric capacity of a graphite material. However, the charge / discharge efficiency of SiO is 75%, which is lower than the charge / discharge efficiency of graphite material (90 to 95%). However, there is a problem that it is necessary to add an extra positive electrode material in order to increase the temperature.

更に、特許文献1及び特許文献2に記載の技術では、リチウムイオンの挿入によって電池の膨張が大きくなり、粒子間の導通不良等の負極膜の破壊が生じるため、充放電サイクル寿命の早期劣化が引き起こされるという問題がある。   Furthermore, in the techniques described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, the expansion of the battery is increased by the insertion of lithium ions, and the destruction of the negative electrode film such as poor conduction between particles occurs. There is a problem that is caused.

本発明は、これらの問題に鑑みなされたものであって、放電容量が大きいこと、及び充放電効率が高いことという電池性能に優れており、且つ充放電に伴う電池の膨化が抑制されたリチウムイオン電池を提供可能なリチウムイオン電池用負極材料を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems, and has an excellent battery performance such as a large discharge capacity and a high charge / discharge efficiency, and a lithium battery in which expansion of the battery due to charge / discharge is suppressed. An object is to provide a negative electrode material for a lithium ion battery capable of providing an ion battery.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の成分を含有する結晶性二酸化ケイ素と、結晶性ケイ素とを含む複合体を含有するリチウムイオン電池用負極材料を使用することにより、上記課題を達成できることを見出した。本発明は、本発明者らがさらに研究を重ね、完成させたものである。   The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, used a crystalline silicon dioxide containing a specific component and a negative electrode material for a lithium ion battery containing a composite containing crystalline silicon. By doing so, it has been found that the above-mentioned problem can be achieved. The present invention has been completed by the present inventors by further research.

即ち、本発明は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
項1.結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体を含有し、
前記結晶性二酸化ケイ素がクリストバライト(cristobalite)及び石英(quartz)を含有し、
CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=21.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Icr)と、回折角2θ=26.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Iqz)との比(Icr/Iqz)が、3〜100である、リチウムイオン電池用負極材料。
項2.CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=28.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Isi)と、回折角2θ=26.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Iqz)との比(Isi/Iqz)が、3〜50であり、且つ
前記結晶性ケイ素の結晶サイズが、10nm以上である、項1に記載のリチウムイオン電池用負極材料。
項3.前記複合体の表面の一部又は全部に炭素を含有し、且つ
前記炭素の含有割合が、前記複合体の全質量に対して、5〜10質量%である、項1又は2に記載のリチウムイオン電池用負極材料。
項4.前記複合体が、XSiO、XSi及びXSi(但し、Xは、Li、Na及びKよりなる群から選択される少なくとも1種の元素である)よりなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ金属複合酸化物を含有し、且つ
前記アルカリ金属複合酸化物の含有割合が、前記複合体の全質量に対して、0.1〜10質量%である、項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用負極材料。
項5.平均粒子径が5〜20μm、窒素吸着BET比表面積が1〜10m/g、及び充填密度1.5g/cmにおける粉体抵抗が1〜1000Ω・cmである、項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用負極材料。
項6.項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用負極材料と、集電体とを備える、リチウムイオン電池用負極。
項7.正極と、リチウムイオンを含有する電解質と、項6に記載の負極とを備えるリチウムイオン電池。
That is, the present invention provides the following aspects of the invention.
Item 1. Containing a composite comprising crystalline silicon dioxide and crystalline silicon,
The crystalline silicon dioxide contains cristobalite and quartz,
In the powder X-ray diffraction method using CuKα radiation, the intensity (Icr) of the peak existing in the range of diffraction angle 2θ = 21.5 ± 0.5 ° and the diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.5 ° A negative electrode material for a lithium ion battery, wherein the ratio (Icr / Iqz) to the intensity of the existing peak (Iqz) is 3 to 100.
Item 2. In the powder X-ray diffraction method using CuKα radiation, the intensity (Isi) of the peak existing in the range of diffraction angle 2θ = 28.5 ± 0.5 ° and the range of diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.5 ° Item 4. The negative electrode material for a lithium ion battery according to Item 1, wherein the ratio (Isi / Iqz) to the intensity of the existing peak (Iqz) is 3 to 50, and the crystal size of the crystalline silicon is 10 nm or more. .
Item 3. The lithium according to claim 1 or 2, wherein carbon is contained in part or all of the surface of the composite, and the content ratio of the carbon is 5 to 10% by mass with respect to the total mass of the composite. Anode material for ion batteries.
Item 4. The composite is composed of X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5 and X 6 Si 2 O 7 (where X is at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K). It contains at least one alkali metal composite oxide selected from the group consisting of: and the content ratio of the alkali metal composite oxide is 0.1 to 10% by mass relative to the total mass of the composite. The negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of items 1 to 3.
Item 5. Any one of the items 1 to 4, which has an average particle diameter of 5 to 20 μm, a nitrogen adsorption BET specific surface area of 1 to 10 m 2 / g, and a powder resistance of 1 to 1000 Ω · cm at a packing density of 1.5 g / cm 3 . 2. The negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 1.
Item 6. Item 6. A negative electrode for a lithium ion battery, comprising the negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of Items 1 to 5, and a current collector.
Item 7. 7. A lithium ion battery comprising a positive electrode, an electrolyte containing lithium ions, and the negative electrode according to item 6.

本発明によれば、放電容量が大きいこと、及び充放電効率が高いことという電池性能に優れており、且つ充放電に伴う電池の膨化が抑制されたリチウムイオン電池を提供可能なリチウムイオン電池用負極材料を提供することができる。   Advantageous Effects of Invention According to the present invention, for a lithium-ion battery capable of providing a lithium-ion battery having excellent battery performance such as a large discharge capacity and high charge-discharge efficiency, and in which the expansion of the battery due to charge-discharge is suppressed. A negative electrode material can be provided.

図1は、実施例5及び比較例2で得られたリチウムイオン電池用負極材料並びに原料SiOの粉末X線回折法による分析の結果を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the results of analysis of the negative electrode materials for lithium ion batteries and raw material SiO obtained in Example 5 and Comparative Example 2 by powder X-ray diffraction. 図2(A)は、原料SiOの透過電子顕微鏡(TEM)写真である。図2(B)は、比較例2で得られたリチウムイオン電池用負極材料のTEM写真である。図2(C)は、実施例5で得られたリチウムイオン電池用負極材料のTEM写真である。FIG. 2A is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the raw material SiO. FIG. 2B is a TEM photograph of the negative electrode material for a lithium ion battery obtained in Comparative Example 2. FIG. 2C is a TEM photograph of the negative electrode material for a lithium ion battery obtained in Example 5. 図3は、実施例5及び比較例2で得られたリチウムイオン電池の充放電曲線の測定結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the measurement results of the charge / discharge curves of the lithium ion batteries obtained in Example 5 and Comparative Example 2.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。   In this specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including numerical values described before and after “to” as a minimum value and a maximum value, respectively.

1.リチウムイオン電池用負極材料
本発明のリチウムイオン電池用負極材料(以下、「負極材料」と略称する場合がある)は、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体を含有し、前記結晶性二酸化ケイ素がクリストバライト(cristobalite)及び石英(quartz)を含有する。
1. The negative electrode material for a lithium ion battery The negative electrode material for a lithium ion battery of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “negative electrode material”) contains crystalline silicon dioxide and a composite containing crystalline silicon. Silicon dioxide contains cristobalite and quartz.

本発明のリチウムイオン電池用負極材料は、CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=21.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Icr)と、回折角2θ=26.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Iqz)との比(Icr/Iqz)が、3〜100である。   The negative electrode material for a lithium ion battery of the present invention has a peak intensity (Icr) in the range of diffraction angle 2θ = 21.5 ± 0.5 ° in a powder X-ray diffraction method using CuKα ray, and a diffraction angle 2θ = The ratio (Icr / Iqz) to the peak intensity (Iqz) existing in the range of 26.5 ± 0.5 ° is 3 to 100.

本発明のリチウムイオン電池用負極材料は、これらの構成を備えることにより、放電容量が大きいこと、及び充放電効率が高いことという電池性能に優れており、且つ充放電に伴う電池の膨化が抑制されたリチウムイオン電池を提供することができる。   The negative electrode material for a lithium ion battery of the present invention, having these structures, has excellent battery performance such as high discharge capacity and high charge / discharge efficiency, and suppresses expansion of the battery due to charge / discharge. A lithium ion battery can be provided.

本発明の負極材料において、Icrとは、CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=21.5±0.5°の範囲内のクリストバライトに由来するピークの強度を意味する。   In the negative electrode material of the present invention, Icr means a peak intensity derived from cristobalite within a diffraction angle 2θ = 21.5 ± 0.5 ° in a powder X-ray diffraction method using CuKα radiation.

本発明の負極材料において、Iqzとは、CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=26.5±0.5°の範囲内の石英に由来するピークの強度を意味する。   In the negative electrode material of the present invention, Iqz means the intensity of a peak derived from quartz in a range of a diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.5 ° in a powder X-ray diffraction method using CuKα radiation.

本発明の負極材料において、ピークの強度(Icr)とピークの強度(Iqz)との比(Icr/Iqz)が3未満である場合、リチウムイオン電池用負極材料中に非結晶性ケイ素が多くなるため、充放電効率が低下する。   In the negative electrode material of the present invention, when the ratio (Icr / Iqz) of the peak intensity (Icr) to the peak intensity (Iqz) is less than 3, amorphous silicon increases in the negative electrode material for a lithium ion battery. Therefore, the charge / discharge efficiency decreases.

本発明の負極材料において、当該ピークの強度(Icr)とピークの強度(Iqz)との比(Icr/Iqz)が100超である場合、結晶性二酸化ケイ素の増大によって電気抵抗が増大するため、放電容量および充放電効率が低下する。   In the negative electrode material of the present invention, when the ratio (Icr / Iqz) of the peak intensity (Icr) to the peak intensity (Iqz) is more than 100, the electrical resistance increases due to an increase in crystalline silicon dioxide. Discharge capacity and charge / discharge efficiency decrease.

CuKα線を用いる本発明の負極材料のX線回折(XRD)法による測定は、下記実施例で説明される方法により行なわれる。   The measurement of the negative electrode material of the present invention by X-ray diffraction (XRD) using CuKα radiation is performed by the method described in the following examples.

本発明の負極材料は、上記Icr/Iqzが、3.5〜80であることがより好ましく、4〜70であることが更に好ましく、5〜60であることが特に好ましい。   In the negative electrode material of the present invention, the ratio Icr / Iqz is more preferably from 3.5 to 80, further preferably from 4 to 70, and particularly preferably from 5 to 60.

本発明の負極材料において、二酸化ケイ素とケイ素との複合体を得る方法としては、例えば、以下の(1)〜(3)の方法が挙げられる。
(1)非結晶又は結晶性の二酸化ケイ素と、非結晶又は結晶性のケイ素とを均一に混合することにより混合物を得て、当該混合物中の二酸化ケイ素が融解する温度まで加熱する方法
(2)非結晶又は結晶性の二酸化ケイ素と、非結晶又は結晶性のケイ素とを均一に混合することにより混合物を得て、メカノケミカル的に粉砕メディアを用いて、当該混合物に衝撃を加える方法
(3)非結晶又は結晶性の二酸化ケイ素と、非結晶又は結晶性のケイ素とを均一に混合することにより混合物を得て、当該混合物を真空中で加熱して得られた蒸発物を堆積回収する方法
In the negative electrode material of the present invention, examples of a method for obtaining a composite of silicon dioxide and silicon include the following methods (1) to (3).
(1) A method of uniformly mixing amorphous or crystalline silicon dioxide and amorphous or crystalline silicon to obtain a mixture, and heating the mixture to a temperature at which silicon dioxide in the mixture is melted (2). A method of uniformly mixing amorphous or crystalline silicon dioxide and amorphous or crystalline silicon to obtain a mixture and mechanochemically using a grinding media to impact the mixture (3). A method for obtaining a mixture by uniformly mixing amorphous or crystalline silicon dioxide and amorphous or crystalline silicon, and depositing and collecting an evaporant obtained by heating the mixture in a vacuum.

上記(1)及び(2)の方法において、二酸化ケイ素とケイ素との混合比率を任意に調整することができる。   In the above methods (1) and (2), the mixing ratio between silicon dioxide and silicon can be arbitrarily adjusted.

上記(3)の方法は、真空中での加熱における二酸化ケイ素とケイ素との酸化還元反応によるものであり、二酸化ケイ素とケイ素との混合比率に関わらず、堆積回収された蒸発物はSiO(SiO+Si)となる。 The method (3) is based on the oxidation-reduction reaction between silicon dioxide and silicon in heating in vacuum, and the deposited and recovered evaporant is SiO (SiO) regardless of the mixing ratio of silicon dioxide and silicon. 2 + Si).

上記(1)、(2)又は(3)の方法で得られた二酸化ケイ素とケイ素との複合体を粉砕して粒度を調整した後、リチウム、ナトリウム及びカリウムよりなる群から選択される少なくとも1種の金属を含むアルカリ金属源を混合し、当該アルカリ金属源の融解温度以上で加熱する。これにより、アルカリ金属源が二酸化ケイ素とケイ素との複合体の内部に浸透し、二酸化ケイ素の結晶化及びケイ素の結晶化が促進される。   After the composite of silicon dioxide and silicon obtained by the method (1), (2) or (3) is pulverized to adjust the particle size, at least one selected from the group consisting of lithium, sodium and potassium The alkali metal source containing the seed metal is mixed and heated above the melting temperature of the alkali metal source. Thereby, the alkali metal source penetrates into the inside of the composite of silicon dioxide and silicon, and crystallization of silicon dioxide and crystallization of silicon are promoted.

二酸化ケイ素とケイ素との複合体の粉砕には、ハンマーミル、ボールミル、ジェットミル等の乾式粉砕機、又は湿式のビーズミルを用いることができる。   For the pulverization of the composite of silicon dioxide and silicon, a dry pulverizer such as a hammer mill, a ball mill, or a jet mill, or a wet bead mill can be used.

上記アルカリ金属源としては、特に限定されるものではなく、公知のアルカリ金属源を広く使用できる。例えば、酸化リチウム(LiO)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)等の酸化物;水酸化リチウム(LiOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)等の水酸化物;炭酸リチウム(LiCO)、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸カリウム(KCO)、塩化リチウム(LiCl)、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)、硝酸リチウム(LiNO)、リン酸リチウム(LiPO)、硫酸リチウム(LiSO)、リン酸水素二リチウム(LiHPO)、リン酸二水素リチウム(LiHPO)、硫酸ナトリウム(NaSO)、硫酸カリウム(KSO)等のアルカリ金属の無機酸塩;酢酸リチウム(CHCOOLi)、蓚酸リチウム((COOLi))、酢酸ナトリウム(CHCOONa)、酢酸カリウム(CHCOOK)等のアルカリ金属の有機酸塩が好適に用いられる。これらのアルカリ金属源の中でも、二酸化ケイ素の結晶化及びケイ素の結晶化を促進させる点から、LiOH,LiCO、LiO、LiSO、CHCOOLi、NaOH,NaCO、NaO、NaSO、CHCOONa、KOH,KCO、KO、KSO及びCHCOOKがより好ましく、LiCO及びCHCOOLiが特に好ましい。上記アルカリ金属源は、単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The alkali metal source is not particularly limited, and a wide range of known alkali metal sources can be used. For example, oxides such as lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide (Na 2 O), and potassium oxide (K 2 O); lithium hydroxide (LiOH), sodium hydroxide (NaOH), and potassium hydroxide (KOH) Hydroxides such as lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), lithium chloride (LiCl), sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl) , Lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), dilithium hydrogen phosphate (Li 2 HPO 4 ), lithium dihydrogen phosphate (LiH 2 PO 4 ) , Sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), potassium sulfate (K 2 SO 4 ) and other inorganic acid salts of alkali metals; lithium acetate (CH 3 Organic acid salts of alkali metals such as COOLi), lithium oxalate ((COOLi) 2 ), sodium acetate (CH 3 COONa), and potassium acetate (CH 3 COOK) are preferably used. Among these alkali metal sources, LiOH, Li 2 CO 3 , Li 2 O, Li 2 SO 4 , CH 3 COOLi, NaOH, Na 2 CO 3 from the viewpoint of promoting crystallization of silicon dioxide and crystallization of silicon. , Na 2 O, Na 2 SO 4 , CH 3 COONa, KOH, K 2 CO 3 , K 2 O, K 2 SO 4 and CH 3 COOK are more preferable, and Li 2 CO 3 and CH 3 COOLi are particularly preferable. The above alkali metal sources may be used alone or in combination of two or more.

アルカリ金属源の使用割合は、二酸化ケイ素とケイ素との混合物及びアルカリ金属源の全質量に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.2〜18質量%であることがより好ましく、0.3〜16質量%であることが更に好ましく、0.5〜15質量%であることが特に好ましい。   The use ratio of the alkali metal source is preferably from 0.1 to 20% by mass, more preferably from 0.2 to 18% by mass, based on the total mass of the mixture of silicon dioxide and silicon and the alkali metal source. The content is more preferably from 0.3 to 16% by mass, and particularly preferably from 0.5 to 15% by mass.

アルカリ金属源の含有割合がこのような範囲内であれば、二酸化ケイ素の結晶化及びケイ素の結晶化が進行し易くなり、高い充放電効率と低膨化を両立することができる。また、アルカリ金属源の含有割合がこのような範囲内であれば、電気化学的に挿入されるリチウムイオンが阻害されることがないため、放電容量が増加する。   When the content ratio of the alkali metal source is within such a range, crystallization of silicon dioxide and crystallization of silicon become easy to proceed, and both high charge / discharge efficiency and low expansion can be achieved. Further, when the content ratio of the alkali metal source is within such a range, lithium ions inserted electrochemically are not hindered, so that the discharge capacity increases.

粒度を調整した二酸化ケイ素とケイ素との複合体と、アルカリ金属源とを反応させる際の雰囲気は、ケイ素の酸化抑制の点から、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気であることが好ましい。当該反応によって、XSiO、XSi及びXSi(但し、Xは、Li、Na及びKよりなる群から選択される少なくとも1種の元素である)よりなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ金属複合酸化物が生成される。 The atmosphere in which the composite of silicon dioxide and silicon whose particle size has been adjusted and the alkali metal source are reacted is preferably an inert atmosphere such as nitrogen or argon from the viewpoint of suppressing oxidation of silicon. By the reaction, X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5 and X 6 Si 2 O 7 (where X is at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K) At least one alkali metal composite oxide selected from the group is produced.

それ故、本発明の負極材料において、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体は、更に、XSiO、XSi及びXSi(X但し、Xは、Li、Na及びKよりなる群から選択される少なくとも1種の元素である)よりなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ金属複合酸化物を、当該複合体の全質量に対して0.1〜10質量%含むことができる。 Therefore, in the negative electrode material of the present invention, the composite containing crystalline silicon dioxide and crystalline silicon further includes X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5, and X 6 Si 2 O 7 (where X is , Li, Na, and K), at least one alkali metal composite oxide selected from the group consisting of 0.1% and 0.1% based on the total mass of the composite. 1-10 mass% can be contained.

本発明の負極材料において、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体は、XSiO、XSi及びXSi(但し、Xは、Li、Na及びKよりなる群から選択される少なくとも1種の元素である)よりなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ金属複合酸化物を含有し、且つ当該アルカリ金属複合酸化物の含有割合が、当該複合体の全質量に対して、0.1〜10質量%であることが好ましい。 In the negative electrode material of the present invention, crystalline silicon dioxide and a composite containing crystalline silicon are X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5 and X 6 Si 2 O 7 (where X is Li, Na and K). At least one element selected from the group consisting of: (a) at least one element selected from the group consisting of: Is preferably 0.1 to 10% by mass based on the total mass of the polymer.

本発明の負極材料において、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体は、XSiO、XSi及びXSi(但し、Xは、Li、Na及びKよりなる群から選択される少なくとも1種の元素である)よりなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ金属複合酸化物を含有し、且つ当該アルカリ金属複合酸化物の含有割合が、前記複合体の全質量に対して、0.2〜9質量%であることがより好ましい。 In the negative electrode material of the present invention, crystalline silicon dioxide and a composite containing crystalline silicon are X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5 and X 6 Si 2 O 7 (where X is Li, Na and K). At least one element selected from the group consisting of the above-mentioned composites, and the content of the alkali metal composite oxide is at least one of the above-mentioned composites. Is more preferably from 0.2 to 9% by mass based on the total mass of the polymer.

本発明の負極材料において、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体は、XSiO、XSi及びXSi(但し、Xは、Li、Na及びKよりなる群から選択される少なくとも1種の元素である)よりなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ金属複合酸化物を含有し、且つ当該アルカリ金属複合酸化物の含有割合が、前記複合体の全質量に対して、0.25〜8質量%であることが更に好ましい。 In the negative electrode material of the present invention, crystalline silicon dioxide and a composite containing crystalline silicon are X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5 and X 6 Si 2 O 7 (where X is Li, Na and K). At least one element selected from the group consisting of the above-mentioned composites, and the content of the alkali metal composite oxide is at least one of the above-mentioned composites. Is more preferably 0.25 to 8% by mass based on the total mass of

本発明の負極材料において、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体は、XSiO、XSi及びXSi(但し、Xは、Li、Na及びKよりなる群から選択される少なくとも1種の元素である)よりなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ金属複合酸化物を含有し、且つ当該アルカリ金属複合酸化物の含有割合が、前記複合体の全質量に対して、0.3〜7質量%であることが特に好ましい。 In the negative electrode material of the present invention, crystalline silicon dioxide and a composite containing crystalline silicon are X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5 and X 6 Si 2 O 7 (where X is Li, Na and K). At least one element selected from the group consisting of the above-mentioned composites, and the content of the alkali metal composite oxide is at least one of the above-mentioned composites. Is particularly preferably from 0.3 to 7% by mass based on the total mass of the polymer.

本発明の負極材料において、「結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体」は、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素のみからなる複合体が好ましい。   In the negative electrode material of the present invention, the “composite containing crystalline silicon dioxide and crystalline silicon” is preferably a complex composed of only crystalline silicon dioxide and crystalline silicon.

本発明の負極材料において、「結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体」は、結晶性二酸化ケイ素、結晶性ケイ素、並びにXSiO、XSi及びXSi(但し、Xは、Li、Na及びKよりなる群から選択される少なくとも1種の元素である)よりなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ金属複合酸化物のみからなる複合体がより好ましい。上記アルカリ金属複合酸化物の中でも、LiSiO、LiSi及びLiSiよりなる群から選択される少なくとも1種のリチウム複合酸化物がより好ましい。本発明の負極材料は、リチウム複合酸化物として、LiSiO、LiSi及びLiSiを含むことが特に好ましい。 In the negative electrode material of the present invention, “crystalline silicon dioxide and a composite containing crystalline silicon” include crystalline silicon dioxide, crystalline silicon, and X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5, and X 6 Si 2 O 7 (where X is at least one element selected from the group consisting of Li, Na, and K), a composite comprising at least one alkali metal composite oxide selected from the group consisting of preferable. Among the alkali metal composite oxides, at least one lithium composite oxide selected from the group consisting of Li 2 SiO 3 , Li 2 Si 2 O 5 and Li 6 Si 2 O 7 is more preferable. It is particularly preferable that the negative electrode material of the present invention contains Li 2 SiO 3 , Li 2 Si 2 O 5 and Li 6 Si 2 O 7 as the lithium composite oxide.

本発明のリチウムイオン電池用負極材料は、CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=28.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Isi)と、回折角2θ=26.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Iqz)との比(Isi/Iqz)が、3〜50であり、且つ当該結晶性ケイ素の結晶サイズが、10nm以上であることが好ましい。この場合において、前記結晶サイズの上限は、70nmであることが好ましい。   The negative electrode material for a lithium ion battery of the present invention has a peak intensity (Isi) in the range of diffraction angle 2θ = 28.5 ± 0.5 ° in a powder X-ray diffraction method using CuKα ray, and a diffraction angle 2θ = The ratio (Isi / Iqz) to the peak intensity (Iqz) existing in the range of 26.5 ± 0.5 ° is 3 to 50, and the crystal size of the crystalline silicon is 10 nm or more. Is preferred. In this case, the upper limit of the crystal size is preferably 70 nm.

本発明の負極材料において、Isiとは、CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=28.5±0.5°の範囲内のケイ素に由来するピークの強度を意味する。   In the negative electrode material of the present invention, Isi means a peak intensity derived from silicon within a diffraction angle 2θ = 28.5 ± 0.5 ° in a powder X-ray diffraction method using CuKα radiation.

上記ピークの強度(Isi)とピークの強度(Iqz)との比(Isi/Iqz)が3以上である場合は、リチウムイオンを可逆的に吸脱蔵できるケイ素量が増大するため、放電容量が大きくなり、Isi/Iqzが50以下である場合には、リチウムイオンを挿入したケイ素の膨脹を緩和する二酸化ケイ素が多くなるため、充放電に伴う電池の膨化が抑制される。   When the ratio (Isi / Iqz) of the peak intensity (Isi) to the peak intensity (Iqz) is 3 or more, the amount of silicon capable of reversibly absorbing and desorbing lithium ions increases, so that the discharge capacity is reduced. If the ratio is larger and Isi / Iqz is 50 or less, the amount of silicon dioxide that relaxes the expansion of silicon into which lithium ions have been inserted increases, so that expansion of the battery due to charging and discharging is suppressed.

本発明のリチウムイオン電池用負極材料は、CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=28.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Isi)と、回折角2θ=26.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Iqz)との比(Isi/Iqz)が、4〜45であり、且つ当該結晶性ケイ素の結晶サイズが、15nm以上60nm以下であることがより好ましい。   The negative electrode material for a lithium ion battery of the present invention has a peak intensity (Isi) in the range of diffraction angle 2θ = 28.5 ± 0.5 ° in a powder X-ray diffraction method using CuKα ray, and a diffraction angle 2θ = The ratio (Isi / Iqz) to the peak intensity (Iqz) existing in the range of 26.5 ± 0.5 ° is 4 to 45, and the crystal size of the crystalline silicon is 15 nm or more and 60 nm or less. More preferably, there is.

本発明のリチウムイオン電池用負極材料は、CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=28.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Isi)と、回折角2θ=26.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Iqz)との比(Isi/Iqz)が、5〜40であり、且つ当該結晶性ケイ素の結晶サイズが、20nm以上55nm以下であることが更に好ましい。   The negative electrode material for a lithium ion battery of the present invention has a peak intensity (Isi) in the range of diffraction angle 2θ = 28.5 ± 0.5 ° in a powder X-ray diffraction method using CuKα ray, and a diffraction angle 2θ = The ratio (Isi / Iqz) to the peak intensity (Iqz) existing in the range of 26.5 ± 0.5 ° is 5 to 40, and the crystal size of the crystalline silicon is 20 nm or more and 55 nm or less. More preferably, it is.

本発明の負極材料において、結晶性ケイ素の結晶サイズの測定方法としては、CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=28.5±0.5°の範囲に存在するSi(111)のピークの情報からScherrerの式を用いて計算する方法が挙げられる。なお、TEM撮影から、本発明の負極材料における結晶性ケイ素の結晶形状を確認することができる。   In the negative electrode material of the present invention, as a method for measuring the crystal size of crystalline silicon, a powder X-ray diffraction method using CuKα ray has a diffraction angle 2θ = 28.5 ± 0.5 ° in the range of Si (111). From the information on the peak of the above formula using Scherrer's formula. In addition, the crystal shape of crystalline silicon in the negative electrode material of the present invention can be confirmed from the TEM image.

Scherrerの式は、D=Kλ/βcosθであり、当該式中の結晶性ケイ素のDは結晶サイズを意味する。また、当該式中のβは結晶子による回折X線の拡がり、θは回折角、λはX線源の波長を意味する。さらに、当該式中のKはScherrer定数であり、球形結晶粒の体積加重平均直径として定義し、K=8/3π(0.8488)とする。   The Scherrer equation is D = Kλ / βcosθ, where D of crystalline silicon means crystal size. In the above formula, β denotes the spread of the diffracted X-ray by the crystallite, θ denotes the diffraction angle, and λ denotes the wavelength of the X-ray source. Further, K in the equation is a Scherrer constant, defined as a volume-weighted average diameter of the spherical crystal grains, and K = 8 / 3π (0.8488).

TEM観察では、結晶による規則性濃淡部分を画像解析して長辺と短辺を求め、撮影倍率から結晶性ケイ素の結晶形状を確認することができる。   In TEM observation, the long and short sides are obtained by image analysis of the regular shading portion of the crystal, and the crystal shape of crystalline silicon can be confirmed from the photographing magnification.

二酸化ケイ素が非結晶性の場合、電気化学的還元に使用されるリチウムイオンの取り込みが多いため、充放電効率が低下し、膨化も大きい。そのため、本発明において、二酸化ケイ素は電気化学的に還元が進行しにくい結晶性の二酸化ケイ素である。   When the silicon dioxide is non-crystalline, a large amount of lithium ions used for electrochemical reduction are taken in, so that the charge / discharge efficiency is reduced and the expansion is large. Therefore, in the present invention, silicon dioxide is crystalline silicon dioxide in which reduction does not easily progress electrochemically.

また、本発明の負極材料において、結晶性の二酸化ケイ素は、クリストバライト(cristobalite)及び石英(quartz)を含有する。   In the negative electrode material of the present invention, the crystalline silicon dioxide contains cristobalite and quartz.

クリストバライトは、非結晶性の二酸化ケイ素とアルカリ金属源とが高温(850℃程度以上)で反応した際に形成される。   Cristobalite is formed when amorphous silicon dioxide reacts with an alkali metal source at a high temperature (about 850 ° C. or higher).

本発明の負極材料において、結晶性の二酸化ケイ素は、クリストバライト及び石英を主体とすることが好ましい。ここで、クリストバライト及び石英を主体とするとは、結晶性の二酸化ケイ素を構成するクリストバライト及び石英の含有割合が、結晶性の二酸化ケイ素の全質量に対して、51質量%以上であることを意味する。   In the negative electrode material of the present invention, the crystalline silicon dioxide is preferably composed mainly of cristobalite and quartz. Here, “mainly composed of cristobalite and quartz” means that the content ratio of cristobalite and quartz constituting crystalline silicon dioxide is 51% by mass or more based on the total mass of crystalline silicon dioxide. .

本発明の負極材料において、結晶性の二酸化ケイ素は、クリストバライト及び石英に加えて、更にトリジマイト(trydiymite)を含有してもよい。結晶性の二酸化ケイ素がトリジマイトを含有する場合、トリジマイトの含有割合は、結晶性の二酸化ケイ素の全質量に対して、1〜25質量%であることが好ましい。   In the negative electrode material of the present invention, the crystalline silicon dioxide may further contain trydiymite in addition to cristobalite and quartz. When the crystalline silicon dioxide contains tridymite, the content ratio of tridymite is preferably 1 to 25% by mass based on the total mass of the crystalline silicon dioxide.

なお、クリストバライト及びトリジマイトは分離が困難であるため、トリジマイトは結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体中に、不可避的に含まれていてもよい。   Since cristobalite and tridymite are difficult to separate, tridymite may be inevitably contained in the composite containing crystalline silicon dioxide and crystalline silicon.

本発明の負極材料は、結晶性二酸化ケイ素と結晶性ケイ素とを10:90〜90:10(質量比)の割合で含有することが好ましい。   The negative electrode material of the present invention preferably contains crystalline silicon dioxide and crystalline silicon in a ratio of 10:90 to 90:10 (mass ratio).

本発明の負極材料は、結晶性二酸化ケイ素と結晶性ケイ素とを80:20〜50:50(質量比)の割合で含有することがより好ましい。   More preferably, the negative electrode material of the present invention contains crystalline silicon dioxide and crystalline silicon in a ratio of 80:20 to 50:50 (mass ratio).

本発明の負極材料は、結晶性二酸化ケイ素と結晶性ケイ素とを75:25〜60:40(質量比)の割合で含有することが更に好ましい。   More preferably, the negative electrode material of the present invention contains crystalline silicon dioxide and crystalline silicon in a ratio of 75:25 to 60:40 (mass ratio).

本発明の負極材料は、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体の表面の一部又は全部に炭素を含有し、且つ当該炭素の含有割合が、当該複合体の全質量に対して、5〜10質量%であることが好ましい。   The negative electrode material of the present invention contains crystalline silicon dioxide and part or all of the surface of the composite containing crystalline silicon, and the content of the carbon is based on the total mass of the composite. It is preferably from 5 to 10% by mass.

本発明の負極材料がこのような構成を備えることにより、電気伝導性が高くなることからリチウムイオンの受容性が良好となる。炭素の含有割合は、電気伝導性と可逆容量の点から、複合体の全質量に対して、5.5〜9.5質量%であることがより好ましく、6〜9質量%であることが更に好ましく、6.5〜8.5質量%であることが特に好ましい。   When the negative electrode material of the present invention has such a configuration, the electrical conductivity is increased, so that the lithium ion acceptability is improved. The content ratio of carbon is more preferably 5.5 to 9.5% by mass, and preferably 6 to 9% by mass with respect to the total mass of the composite, from the viewpoint of electric conductivity and reversible capacity. More preferably, it is particularly preferably 6.5 to 8.5% by mass.

本発明の負極材料において、上記炭素としては、結晶質の炭素及び非晶質の炭素のいずれも使用することができる。   In the negative electrode material of the present invention, any of crystalline carbon and amorphous carbon can be used as the carbon.

結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体の表面の一部又は全部に炭素を付与し、炭素被膜層を形成する方法としては、以下の(1)〜(4)の方法が挙げられる。これら(1)〜(4)の方法の中でも、炭素を均一に上記複合体の表面の一部又は全部に付与して導電性を得る点から、(3)及び(4)の方法が好ましい。
(1)黒鉛、ガラス状炭素及びカーボンブラックよりなる群から選択される少なくとも1種の炭素源と、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体とを混合して混合物とし、ボールミル、振動ボールミル、アトライター又はメカノフュージョンを用い、減圧、真空又は不活性ガスの雰囲気下、メカノケミカル反応で、当該複合体の表面に炭素を付与する方法(乾式メカノケミカル法)
(2)黒鉛、ガラス状炭素及びカーボンブラックよりなる群から選択される少なくとも1種の炭素粉末と、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体とを水又は有機溶媒に分散させた後、水又は有機溶媒を分離除去して固形分を得て、その後、不活性雰囲気下で当該固形分を熱処理することにより、当該複合体の表面に炭素を付与する方法(湿式複合法)
(3)炭素源としての炭化水素ガスを含む雰囲気中で、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素の複合体を熱処理することにより、当該複合体の表面に炭素を蒸着する方法(化学蒸着法)
(4)炭素源としてのピッチと、結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体とを混合して混合物とし、その後、不活性雰囲気下で熱処理することにより、当該複合体の表面に炭素を付与する方法(ピッチ被覆法)
The following methods (1) to (4) may be mentioned as methods for forming carbon coating layers by imparting carbon to part or all of the surface of the composite containing crystalline silicon dioxide and crystalline silicon. Among these methods (1) to (4), the methods (3) and (4) are preferable from the viewpoint that conductivity is obtained by uniformly applying carbon to part or all of the surface of the composite.
(1) A ball mill, a vibrating ball mill, by mixing at least one carbon source selected from the group consisting of graphite, glassy carbon, and carbon black with a composite containing crystalline silicon dioxide and crystalline silicon to form a mixture. Of applying carbon to the surface of the composite by a mechanochemical reaction under reduced pressure, vacuum or an inert gas atmosphere using an attritor or mechanofusion (dry mechanochemical method)
(2) After dispersing at least one kind of carbon powder selected from the group consisting of graphite, glassy carbon and carbon black, and a composite containing crystalline silicon dioxide and crystalline silicon in water or an organic solvent, A method in which water or an organic solvent is separated and removed to obtain a solid content, and then the solid content is heat-treated in an inert atmosphere to impart carbon to the surface of the composite (wet composite method)
(3) A method of heat-treating a composite of crystalline silicon dioxide and crystalline silicon in an atmosphere containing a hydrocarbon gas as a carbon source, thereby depositing carbon on the surface of the composite (chemical vapor deposition method).
(4) Pitch as a carbon source and a composite containing crystalline silicon dioxide and crystalline silicon are mixed to form a mixture, and then heat-treated in an inert atmosphere to deposit carbon on the surface of the composite. Method of applying (pitch coating method)

上記(2)の方法において、有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール等を使用することができる。   In the method (2), as the organic solvent, for example, methanol, ethanol, or the like can be used.

上記(3)の方法において、炭化水素ガスとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン、アセチレン、トルエン、ベンゼン、キシレン、スチレン、ナフタレン等を使用することができる。これらの炭化水素ガスは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   In the method (3), as the hydrocarbon gas, for example, methane, ethane, propane, acetylene, toluene, benzene, xylene, styrene, naphthalene and the like can be used. One of these hydrocarbon gases may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

上記(1)及び(2)の方法において、乾燥粉末を更に不活性雰囲気下で加熱処理してもよく、(1)〜(4)の方法において、炭素被膜層の緻密性を高め、電解液との反応性を抑制するために、熱処理温度は700℃以上であることが好ましく、800℃以上であることがより好ましく、900℃以上であることが更に好ましい。また、ケイ素の結晶子を所望の大きさで生成させる点から、1300℃以下であることが好ましく、1200℃以下であることがより好ましく、1100℃以下であることが更に好ましい。   In the above methods (1) and (2), the dried powder may be further subjected to a heat treatment under an inert atmosphere. In the methods (1) to (4), the denseness of the carbon coating layer is increased, The heat treatment temperature is preferably 700 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher, and even more preferably 900 ° C. or higher, in order to suppress the reactivity with OH. Further, the temperature is preferably 1300 ° C. or lower, more preferably 1200 ° C. or lower, further preferably 1100 ° C. or lower, from the viewpoint of generating silicon crystallites of a desired size.

上記(1)〜(4)の方法において、熱処理時間は、用いる炭素源の種類やその付与量によって適宜選択され、例えば、1時間〜10時間が好ましく、2時間〜8時間がより好ましい。   In the above methods (1) to (4), the heat treatment time is appropriately selected depending on the type of the carbon source to be used and the amount to be applied, and for example, preferably 1 hour to 10 hours, more preferably 2 hours to 8 hours.

上記(1)〜(4)の方法において、熱処理は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気下で行うことが好ましい。熱処理のための装置としては、流動層反応炉、回転炉、トンネル炉、バッチ炉等を使用することができる。   In the above methods (1) to (4), the heat treatment is preferably performed in an inert atmosphere such as nitrogen or argon. As a device for the heat treatment, a fluidized bed reactor, a rotary furnace, a tunnel furnace, a batch furnace, or the like can be used.

本発明の負極材料は、平均粒子径が5〜20μm、窒素吸着BET比表面積が1〜10m/g、及び充填密度1.5g/cmにおける粉体抵抗が1000Ω・cm以下であることが好ましい。 The negative electrode material of the present invention may have an average particle diameter of 5 to 20 μm, a nitrogen adsorption BET specific surface area of 1 to 10 m 2 / g, and a powder resistance of 1,000 Ω · cm or less at a packing density of 1.5 g / cm 3 . preferable.

平均粒子径が5〜20μmの範囲内にある場合、負極膜内で負極粒子が均一に分散して膨化を抑制する効果が大きくなり、充放電サイクルの長寿命化を図ることができる。   When the average particle diameter is in the range of 5 to 20 μm, the effect of uniformly dispersing the negative electrode particles in the negative electrode film and suppressing expansion is increased, and the life of the charge / discharge cycle can be extended.

窒素吸着BET比表面積が1m/g以上である場合、リチウムイオンの挿脱入の抵抗が小さくなり、リチウムイオン電池の入出力特性が向上する。また、窒素吸着BET比表面積が10m/g以下である場合、活物質の表面における電解質又は溶媒の分解量が小さくなり、リチウムイオン電池の初期の充放電効率が向上する。 When the nitrogen adsorption BET specific surface area is 1 m 2 / g or more, the resistance of lithium ion insertion / removal decreases, and the input / output characteristics of the lithium ion battery improve. Further, when the nitrogen-adsorbed BET specific surface area is 10 m 2 / g or less, the amount of decomposition of the electrolyte or the solvent on the surface of the active material is reduced, and the initial charge / discharge efficiency of the lithium ion battery is improved.

充填密度1.5g/cmにおける粉体抵抗が1〜1000Ω・cmである場合、電気抵抗の低減によって、電子移動抵抗が低下するため、リチウムイオン電池の入出力特性が向上する。 When the powder resistance at a packing density of 1.5 g / cm 3 is 1 to 1000 Ω · cm, the input / output characteristics of the lithium ion battery are improved because the electron transfer resistance is reduced due to the reduction in electric resistance.

黒鉛等の炭素材料のみで構成される粒子は、充填密度1.5g/cmにおける粉体抵抗が0.005〜0.1Ω・cmである。これに対して、絶縁ないし半導体領域で使用される二酸化ケイ素及びケイ素の混合物においては、炭素被覆により0.1Ω・cm未満の粉体抵抗とすることが困難であり、良好な導電性を得る観点から、充填密度1.5g/cmにおける粉体抵抗が1Ω・cmが特に好ましい。 Particles composed only of a carbon material such as graphite have a powder resistance of 0.005 to 0.1 Ω · cm at a packing density of 1.5 g / cm 3 . On the other hand, in the case of a mixture of silicon dioxide and silicon used in an insulating or semiconductor region, it is difficult to obtain a powder resistance of less than 0.1 Ω · cm by carbon coating, and a good conductivity is obtained. Therefore, the powder resistance at a packing density of 1.5 g / cm 3 is particularly preferably 1 Ω · cm.

本発明の負極材料は、平均粒子径が7〜18μm、窒素吸着BET比表面積が2〜8m/g、及び充填密度1.5g/cmにおける粉体抵抗が1〜600Ω・cm以下であることがより好ましい。 The negative electrode material of the present invention has an average particle diameter of 7 to 18 μm, a nitrogen adsorption BET specific surface area of 2 to 8 m 2 / g, and a powder resistance at a packing density of 1.5 g / cm 3 of 1 to 600 Ω · cm or less. Is more preferable.

本発明の負極材料は、発明の効果を損なわない範囲であれば、他の添加剤を含有していてもよい。他の添加剤としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、及びこれらの炭素被覆品、難黒鉛化炭素等が挙げられる。   The negative electrode material of the present invention may contain other additives as long as the effects of the present invention are not impaired. Other additives include, for example, artificial graphite, natural graphite, their carbon-coated products, non-graphitizable carbon, and the like.

2.リチウムイオン電池用負極
本発明のリチウムイオン電池用負極(以下、「負極」と略称する場合がある)は、上記負極材料と、集電体とを備える。
2. Negative Electrode for Lithium Ion Battery The negative electrode for a lithium ion battery of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “negative electrode”) includes the above negative electrode material and a current collector.

本発明の負極は、集電体と、当該集電体上に設けられた上記負極材料を含む負極膜材層とを有する。   The negative electrode of the present invention has a current collector and a negative electrode film material layer including the negative electrode material provided on the current collector.

本発明の負極は、例えば、上記負極材料、結着剤、溶剤又は水等の溶媒、及び必要により増粘剤、導電助剤、従来知られている炭素系負極材料等を混合した塗布液を調製し、この塗布液を集電体に付与(塗布)した後、溶媒を乾燥し、加圧成形して負極膜を形成することにより得られる。一般に、結着剤及び溶媒等と混練して、シート状、ペレット状等の形状に成形される。   The negative electrode of the present invention is, for example, a coating solution obtained by mixing the above negative electrode material, a binder, a solvent such as a solvent or water, and, if necessary, a thickener, a conductive auxiliary, and a conventionally known carbon-based negative electrode material. It is obtained by preparing and applying (coating) this coating solution to the current collector, drying the solvent, and press-molding to form a negative electrode film. Generally, the mixture is kneaded with a binder, a solvent, and the like, and formed into a shape such as a sheet or a pellet.

負極用の集電体の材質としては、電気化学的な安定性から、例えば、銅、ニッケル、ステンレス、アルミニウム、クロム、銀及びそれらの合金等の金属材料を使用することが好ましい。これらの中でも、加工し易さ及びコストの点から、銅が好ましい。   As the material of the current collector for the negative electrode, for example, it is preferable to use a metal material such as copper, nickel, stainless steel, aluminum, chromium, silver, and an alloy thereof from the viewpoint of electrochemical stability. Among these, copper is preferred from the viewpoint of ease of processing and cost.

本発明の負極において、集電体は銅を主体とすることがより好ましい。ここで、銅を主体とするとは、集電体を構成する銅の含有割合が、集電体の全質量に対して、51質量%以上であることを意味する。   In the negative electrode of the present invention, it is more preferable that the current collector mainly contains copper. Here, “mainly composed of copper” means that the content ratio of copper constituting the current collector is 51% by mass or more based on the total mass of the current collector.

結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド等の有機系の化合物;スチレンブタジエンゴム(SBR)エマルジョン等の水系を用いることができる。SBRエマルジョン等の水系の結着剤を用いる場合、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘剤を用いることもできる。   As the binder, for example, an organic compound such as polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, polyimide, or polyamideimide; or an aqueous compound such as styrene butadiene rubber (SBR) emulsion can be used. When using an aqueous binder such as an SBR emulsion, a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC) can be used.

結着剤の含有量は、負極の強度、電池容量、導電性を良好にする点から、負極材料の100質量部に対して、上記有機系の化合物を用いる場合は3〜15質量部であることが好ましい。   The content of the binder is 3 to 15 parts by mass when the above-mentioned organic compound is used, based on 100 parts by mass of the anode material, from the viewpoint of improving the strength, battery capacity, and conductivity of the anode. Is preferred.

結着剤の含有量は、負極の強度、電池容量、導電性を良好にする点から、負極材料の100質量部に対して、上記水系の結着剤を用いる場合は1〜10質量部であることが好ましい。   The content of the binder is from 1 to 10 parts by mass when the above-mentioned aqueous binder is used with respect to 100 parts by mass of the anode material, from the viewpoint of improving the strength, battery capacity and conductivity of the anode. Preferably, there is.

3.リチウムイオン電池
本発明のリチウムイオン電池は、正極と、リチウムイオンを含有する電解質と、上記負極とを備える。
3. Lithium-ion battery The lithium-ion battery of the present invention includes a positive electrode, an electrolyte containing lithium ions, and the negative electrode.

リチウムイオン電池の製造方法としては、例えば、まず正極と上記負極とをセパレータを介して対向して配置し、それらを捲回する。得られたスパイラル状の捲回群を電池缶に挿入し、予め負極の集電体に溶接しておいたタブ端子を電池缶底に溶接する。得られた電池缶に電解質を含む電解液を注入し、更に予め正極の集電体に溶接しておいたタブ端子を電池の蓋に溶接し、蓋を絶縁性のガスケットを介して電池缶の上部に配置し、蓋と電池缶とが接した部分をかしめて密閉することによってリチウムイオン電池を得る。   As a method for manufacturing a lithium ion battery, for example, first, a positive electrode and the negative electrode are arranged to face each other with a separator interposed therebetween, and they are wound. The obtained spiral wound group is inserted into a battery can, and a tab terminal previously welded to the negative electrode current collector is welded to the bottom of the battery can. An electrolyte containing an electrolyte is injected into the obtained battery can, and a tab terminal previously welded to the current collector of the positive electrode is welded to a battery cover, and the cover is connected to the battery can through an insulating gasket. A lithium ion battery is obtained by placing it on the upper part and caulking and sealing the portion where the lid and the battery can are in contact.

リチウムイオン電池の形状としては、例えば、円筒型、角型、ボタン型等の形態が挙げられる。   Examples of the shape of the lithium ion battery include a cylindrical shape, a square shape, and a button shape.

上記正極は、上記負極と同様にして、集電体の表面上に正極膜を形成することにより得ることができる。上記正極における集電体としては、上記負極で説明した集電体と同様のものを用いることができる。   The positive electrode can be obtained by forming a positive electrode film on the surface of the current collector in the same manner as the negative electrode. As the current collector in the positive electrode, the same as the current collector described in the negative electrode can be used.

本発明のリチウムイオン電池の正極に用いられる材料(以下、「正極材料」と略称する場合がある)については、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、ニッケルアルミ3元系(LiNiCoAlO2)等が挙げられる。 Materials used for the positive electrode of the lithium ion battery of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “positive electrode material”) include, for example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), ternary nickel aluminum (LiNiCoAlO 2 ) and the like.

上記セパレータとしては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド等の多孔質フィルム等を用いることができる。   As the separator, for example, a porous film such as polypropylene (PP), polyethylene, polyamide, polyimide, polyester, and polyphenylene sulfide can be used.

上記電解質を含む電解液としては、特に制限されず、公知の材料を用いることができる。例えば、電解液としては、有機溶媒に電解質を溶解させた溶液を用いることにより、リチウムイオン電池を製造することができる。   The electrolyte containing the electrolyte is not particularly limited, and a known material can be used. For example, a lithium ion battery can be manufactured by using a solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent as an electrolyte.

電解質としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiClF、LiAsF、LiSbF、LiAlO、LiAlCl、LiCl、LiI等の溶媒和しにくいアニオンを生成するリチウム塩を用いることができる。これらのなかでは、誘電率及び安全性の点から、LiPFが好ましい。 As the electrolyte, for example, can be used LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4 , LiClF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlO 4, LiAlCl 4, LiCl, lithium salt that produces a hard anion solvated such LiI . Among them, LiPF 6 is preferable from the viewpoint of permittivity and safety.

有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ブチレンカーボネート(BC)、γ一ブチロラクトン(GBL)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)等を使用することができる。これらの有機溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上の混合溶媒として用いてもよい。これらのなかでは、誘電率及び低温作動性の点から、ECをDMC、DEC、MECで溶解し、SEI被膜形成材としてビニレンカーボネート(VC)やフルオロエチレンカーボネート(FEC)を添加するのが好ましい。   Examples of the organic solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), butylene carbonate (BC), and γ-butyrolactone (GBL). , 1,2-dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF) and the like can be used. These organic solvents may be used alone or as a mixed solvent of two or more. Among these, it is preferable to dissolve EC with DMC, DEC, and MEC and add vinylene carbonate (VC) or fluoroethylene carbonate (FEC) as a SEI film forming material from the viewpoints of dielectric constant and low-temperature operability.

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらのみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to only these.

(実施例1)
<リチウムイオン電池用負極材料の作製>
二酸化ケイ素粉末(和光純薬工業社製、試薬特級)60gとケイ素粉末(和光純薬工業社製、試薬特級)28gとを混合し、窒素置換をした遊星ボールミル(フリッチュ製、P−5)で10時間メカノケミカル処理をした後、400メッシュの試験篩で整粒し、平均粒子径が5μmの二酸化ケイ素及びケイ素の混合物を得た。当該混合物99.5gに、アルカリ金属源として炭酸リチウム(和光純薬工業社製、試薬特級)を0.5g(0.5質量%)混合し、窒素雰囲気で、1000℃で2時間焼成処理を行うことにより複合体を得た。得られた複合体45gに、平均粒子径が10μmの天然黒鉛を5g(炭素量:10質量%)加え、遊星ボールミル(フリッチュ製、P−5)を用いて真空雰囲気で10分間乾式混合した。その後、窒素雰囲気下、1000℃で2時間熱処理を行うことにより、上記複合体への炭素担持(乾式メカノケミカル法)を行い、実施例1のリチウムイオン電池用負極材料(以下、実施例1の負極材料と称する)を作製した。
(Example 1)
<Preparation of negative electrode material for lithium ion battery>
A planetary ball mill (Fritsch, P-5) obtained by mixing 60 g of silicon dioxide powder (Wako Pure Chemical Industries, special grade reagent) and 28 g of silicon powder (Wako Pure Chemical Industries, special grade reagent) and replacing with nitrogen. After the mechanochemical treatment for 10 hours, the mixture was sized with a 400-mesh test sieve to obtain a mixture of silicon dioxide and silicon having an average particle size of 5 μm. 0.5 g (0.5% by mass) of lithium carbonate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) as an alkali metal source was mixed with 99.5 g of the mixture, and calcined at 1000 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. By doing so, a complex was obtained. To 45 g of the obtained composite, 5 g (carbon content: 10% by mass) of natural graphite having an average particle size of 10 μm was added, and dry-mixed for 10 minutes in a vacuum atmosphere using a planetary ball mill (Fritsch, P-5). Thereafter, the composite was loaded with carbon (dry mechanochemical method) by performing a heat treatment at 1000 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, and the negative electrode material for a lithium ion battery of Example 1 (hereinafter referred to as Example 1). (Referred to as a negative electrode material).

<平均粒子径の測定方法>
実施例1の負極材料(約0.01mg)を界面活性剤(関東化学社製、商品名:ツィーン20)約0.01質量%水溶液中に入れ、振動攪拌機(島津製作所社製、商品名:SALD−MS23)で分散した。得られた分散液をレーザー回折式粒度分布測定装置(島津製作所製、SALD2300)の試料水槽に入れ、超音波をかけながらポンプで循環させ、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定した。得られた粒度分布の体積累積50%粒径(D50%)を平均粒子径とした。実施例1の負極材料の平均粒子径の測定結果を表2に示す。以下、実施例及び比較例において、リチウムイオン電池用負極材料の平均粒子径の測定は同様にして行った。
<Measurement method of average particle size>
The negative electrode material of Example 1 (about 0.01 mg) was placed in an aqueous solution of about 0.01% by mass of a surfactant (trade name: Tween 20, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), and a vibration stirrer (trade name, manufactured by Shimadzu Corporation, trade name: SALD-MS23). The resulting dispersion was placed in a sample water tank of a laser diffraction type particle size distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, SALD2300), circulated by a pump while applying ultrasonic waves, and measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device. The volume cumulative 50% particle size (D50%) of the obtained particle size distribution was defined as the average particle size. Table 2 shows the measurement results of the average particle diameter of the negative electrode material of Example 1. Hereinafter, in Examples and Comparative Examples, measurement of the average particle diameter of the negative electrode material for a lithium ion battery was performed in the same manner.

<炭素量の測定方法>
実施例1の負極材料の炭素量を抵抗炉加熱燃焼−赤外分析法にて測定した。抵抗炉加熱燃焼−赤外分析法は、炉内にて酸素気流で測定試料を加熱燃焼させ、試料中の炭素及び硫黄をそれぞれCO及びSOに変換し、赤外線吸収法によって定量する分析方法である。測定装置、測定条件等は下記の通りである。実施例1の負極材料の炭素量の測定結果を表2に示す。以下、実施例及び比較例において、リチウムイオン電池用負極材料の炭素量の測定は同様にして行った。
・装置:炭素硫黄濃度計(LECO社製、SC832DR)
赤外検出器(LECO社製、商品名:CO2赤外線検出器)
・焼成温度:1350℃
・測定試料:約0.1g
・分析時間:約2分
・標準試料:CaCO
<Method of measuring carbon content>
The carbon content of the negative electrode material of Example 1 was measured by resistance furnace heating combustion-infrared analysis. Resistance furnace heating combustion-Infrared analysis method is an analysis method in which a measurement sample is heated and burned in an oxygen stream in a furnace, carbon and sulfur in the sample are converted into CO 2 and SO 2 respectively, and quantified by an infrared absorption method. It is. The measuring device, measuring conditions, etc. are as follows. Table 2 shows the measurement results of the carbon amount of the negative electrode material of Example 1. Hereinafter, in Examples and Comparative Examples, the measurement of the carbon content of the negative electrode material for a lithium ion battery was performed in the same manner.
-Apparatus: Carbon sulfur concentration meter (SC832DR, manufactured by LECO)
Infrared detector (product name: CO 2 infrared detector, manufactured by LECO)
・ Firing temperature: 1350 ° C
・ Measurement sample: about 0.1g
・ Analysis time: about 2 minutes ・ Standard sample: CaCO 3

<CuKα線による粉末X線回折法>
実施例1の負極材料を粉末X線回折法(XRD)により分析した。具体的には、粉末X線回折装置(リガク社製、RINT−TTRIII)を用いて、試料ステージに測定試料(約1g)を載せて以下の条件でX線回折測定を行った。
・線源:CuKα線
・管電圧:50kV
・管電流:300mA
・ステップ幅:0.02°
・測定速度:10sec/step
・測定角度範囲(2θ):10〜90°
<X-ray powder diffraction method using CuKα radiation>
The negative electrode material of Example 1 was analyzed by powder X-ray diffraction (XRD). Specifically, using a powder X-ray diffractometer (Rigaku Corporation, RINT-TTRIII), a measurement sample (about 1 g) was placed on a sample stage, and X-ray diffraction measurement was performed under the following conditions.
・ Radiation source: CuKα ray ・ Tube voltage: 50 kV
-Tube current: 300 mA
・ Step width: 0.02 °
・ Measurement speed: 10 sec / step
・ Measurement angle range (2θ): 10 to 90 °

得られたX線回折図形に基づき、観測されたピークの強度を求めた。すなわち、X軸を角度(2θ[°])とし、Y軸を強度(cps[counts per second])として得られたX線回折図形において、各ピークの頂点のY座標の値を、当該各ピークの強度として求めた。実施例1の負極材料の「Icr/Iqz」及び「Isi/Iqz」の測定結果を表2に示す。以下、実施例及び比較例において、リチウムイオン電池用負極材料のCuKα線による粉末X線回折法は同様にして行った。   Based on the obtained X-ray diffraction pattern, the intensity of the observed peak was determined. That is, in the X-ray diffraction pattern obtained by setting the X axis as an angle (2θ [°]) and the Y axis as intensity (cps [counts per second]), the value of the Y coordinate of the peak of each peak is represented by the value of each peak. Was determined as the strength. Table 2 shows the measurement results of “Icr / Iqz” and “Isi / Iqz” of the negative electrode material of Example 1. Hereinafter, in Examples and Comparative Examples, the powder X-ray diffraction method using CuKα radiation of the negative electrode material for lithium ion batteries was performed in the same manner.

<ケイ素結晶サイズの計算方法>
上記粉末X線回折で得られたX線回折図形より、Si(111)に帰属するピークから、以下のScherrerの式より、実施例1の負極材料におけるSiの結晶子サイズ(ケイ素結晶サイズ)を計算した。計算結果を表2に示す。以下、実施例及び比較例において、リチウムイオン電池用負極材料のケイ素結晶サイズの測定方法は同様にして行った。
Scherrerの式:D=Kλ/βcosθ
β=[(Bexp)−(Bi)]1/2
D:結晶子サイズ(nm)
K:Scherrer定数(8/3π)
λ:Cu-Kα線波長(0.154056nm)
θ:Si(111)のピーク角度
Bexp:Si(111)の半値幅
Bi:NIST SRM 640e(Si標準試料)の半値幅
<Calculation method of silicon crystal size>
From the X-ray diffraction pattern obtained by the powder X-ray diffraction, the crystallite size (silicon crystal size) of Si in the negative electrode material of Example 1 was determined from the peak attributed to Si (111) by the following Scherrer's formula. Calculated. Table 2 shows the calculation results. Hereinafter, in Examples and Comparative Examples, the measurement method of the silicon crystal size of the negative electrode material for a lithium ion battery was performed in the same manner.
Scherrer's equation: D = Kλ / βcosθ
β = [(Bexp) 2 − (Bi) 2 ] 1/2
D: crystallite size (nm)
K: Scherrer constant (8 / 3π)
λ: Cu-Kα ray wavelength (0.154056 nm)
θ: peak angle of Si (111) Bexp: half width of Si (111) Bi: half width of NIST SRM 640e (Si standard sample)

<LiSiO、LiSi及びLiSiの含有割合の計算方法>
上記の粉末X線回折で得られたX線回折図形を統合粉末X線解析ソフトウエア(リガク社製:PDXL)におけるRIR(Reference Intensity Ratio:参照強度比)法によって処理し、実施例1の負極材料における、LiSiO、LiSi及びLiSiの含有割合を計算した。計算結果を表2に示す。以下、実施例2〜7及び比較例3において、リチウムイオン電池用負極材料におけるLiSiO、LiSi及びLiSiの含有割合の測定方法は同様にして行った。
<Method for calculating content ratio of Li 2 SiO 3 , Li 2 Si 2 O 5 and Li 6 Si 2 O 7 >
The X-ray diffraction pattern obtained by the above powder X-ray diffraction was processed by a RIR (Reference Intensity Ratio) method using integrated powder X-ray analysis software (Rigaku Corporation: PDXL), and the negative electrode of Example 1 was treated. The content ratio of Li 2 SiO 3 , Li 2 Si 2 O 5 and Li 6 Si 2 O 7 in the material was calculated. Table 2 shows the calculation results. Hereinafter, in Examples 2 to 7 and Comparative Example 3, the method of measuring the content ratio of Li 2 SiO 3 , Li 2 Si 2 O 5 and Li 6 Si 2 O 7 in the negative electrode material for a lithium ion battery was performed in the same manner. .

<粉体抵抗の測定方法>
実施例1の負極材料の粉体抵抗は粉体抵抗計(三菱化学アナリティック社製、商品名:PD−51)を用いて測定した。具体的には、測定試料である実施例1の負極材料(約1g)を測定容器に入れて4kN、6kN、8kN、10kN、12kN、16kN、18kN、及び20kNで加圧し、各加圧時の粉体抵抗の値をロレスタ―による4探針法で測定し、容器内の粉体厚を本体付属のノギスで測定した。各加圧時の粉体抵抗と粉体の充填密度から、充填密度が1.5g/cmにおける粉体抵抗を求めた。その結果を表2に示す。以下、実施例及び比較例において、リチウムイオン電池用負極材料の充填密度1.5g/cmにおける粉体抵抗の測定方法は同様にして行った。
<Method of measuring powder resistance>
The powder resistance of the negative electrode material of Example 1 was measured using a powder resistance meter (trade name: PD-51, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytic Inc.). Specifically, the negative electrode material (approximately 1 g) of Example 1 as a measurement sample was put in a measurement container and pressurized at 4 kN, 6 kN, 8 kN, 10 kN, 12 kN, 16 kN, 18 kN, and 20 kN, and each pressurization was performed. The value of the powder resistance was measured by a four-probe method using a lorester, and the thickness of the powder in the container was measured with a caliper attached to the main body. From the powder resistance at each pressurization and the packing density of the powder, the powder resistance at a packing density of 1.5 g / cm 3 was determined. Table 2 shows the results. Hereinafter, in Examples and Comparative Examples, the method of measuring the powder resistance at a packing density of 1.5 g / cm 3 of the negative electrode material for a lithium ion battery was performed in the same manner.

<窒素吸着BET比表面積の測定方法>
実施例1の負極材料の窒素吸着BET比表面積を窒素吸着能に基づいて測定した。窒素吸着測定装置としては、比表面積計(マウンテック社製、Macsorb HM1210)を用い、測定試料である実施例1の負極材料(約0.5g)を350℃で真空加熱した後、液体窒素温度(77K)で窒素ガスのBET吸着法で測定した。測定結果を表2に示す。以下、実施例及び比較例において、リチウムイオン電池用負極材料の窒素吸着BET比表面積の測定方法は同様にして行った。
<Method for measuring nitrogen adsorption BET specific surface area>
The nitrogen adsorption BET specific surface area of the negative electrode material of Example 1 was measured based on the nitrogen adsorption ability. As a nitrogen adsorption measurement device, a specific surface area meter (Macsorb HM1210, manufactured by Mountech Co., Ltd.) was used, and the negative electrode material of Example 1 (about 0.5 g) as a measurement sample was vacuum-heated at 350 ° C. 77K) using a nitrogen gas BET adsorption method. Table 2 shows the measurement results. Hereinafter, in Examples and Comparative Examples, the measurement method of the nitrogen-adsorbed BET specific surface area of the negative electrode material for a lithium ion battery was performed in the same manner.

<リチウムイオン電池用負極の作製>
実施例1の負極材料の粉末5質量%と、炭素系負極材料としてメディアン粒子径が15μmの天然黒鉛(青島黒龍社製、BD15−097)とを95質量%混合した。その後、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(ダイセル化学社製、CMC#2200)1質量%と、結着剤としてスチレンブタジエンラバーエマルジョン1質量%とを加えて混練し、均一なスラリーを作製した。得られたスラリーを、厚み10μmの圧延銅箔(日本製箔社製)上にブレードコーターで塗付し、ブレードギャップを調整して塗布量が7.5mg/cmとした。その後、大気中、120℃の熱風で10分間乾燥させることによって硬化処理を行い、リチウムイオン電池用負極を得た。
<Preparation of negative electrode for lithium ion battery>
5% by mass of the powder of the negative electrode material of Example 1 and 95% by mass of natural graphite having a median particle diameter of 15 μm (BD15-097, manufactured by Aoshima Kuroyu Co., Ltd.) as a carbon-based negative electrode material were mixed. Thereafter, 1% by mass of carboxymethylcellulose (CMC # 2200, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) as a thickener and 1% by mass of styrene butadiene rubber emulsion as a binder were added and kneaded to prepare a uniform slurry. The obtained slurry was applied on a 10 μm-thick rolled copper foil (manufactured by Nippon Foil Co., Ltd.) using a blade coater, and the blade gap was adjusted to adjust the application amount to 7.5 mg / cm 2 . Thereafter, a curing treatment was performed by drying in the air with hot air at 120 ° C. for 10 minutes to obtain a negative electrode for a lithium ion battery.

<リチウムイオン電池の作製>
上記手法で作製したリチウムイオン電池用負極をφ13mmに打ち抜き、当該負極とアルミ箔にLiNiCoAl活物質を成膜した正極(2.2mAh/cm)とを、2016型コインセル中でPPセパレータを挟んで対向させて捲回して円筒缶に装填した。その後、電解液としての1mol/LのLiPFを含むEC(エチレンカーボネート)/DEC(ジエチルカーボネート)/DMC(ジメチルカーボネート)(1:1:1体積比)とVC(ビニレンカーボネート)(1体積%)との混合液を当該円筒缶に注液して上フタを封口し、リチウムイオン電池を作製した。
<Production of lithium ion battery>
The negative electrode for a lithium ion battery prepared by the above method was punched into φ13 mm, and the negative electrode and a positive electrode (2.2 mAh / cm 2 ) in which a LiNiCoAl active material was formed on an aluminum foil were sandwiched between PP separators in a 2016 type coin cell. It was wound facing up and loaded into a cylindrical can. Thereafter, EC (ethylene carbonate) / DEC (diethyl carbonate) / DMC (dimethyl carbonate) (1: 1: 1 volume ratio) containing 1 mol / L LiPF 6 as an electrolytic solution and VC (vinylene carbonate) (1 vol%) ) Was injected into the cylindrical can, and the upper lid was sealed to produce a lithium ion battery.

(リチウムイオン電池の評価)
<放電容量、充放電効率、膨化率>
上記手法で作製したリチウムイオン電池について、25℃の恒温槽中で、定電流0.5mA/cmで電圧が0.01Vに達するまで充電し、さらに0.01Vの定電圧で、0.05mA/cmの電流になるまで充電した。充電後の電気容量を1サイクル目の充電容量とした。その後、定電流0.5mA/cmで、電圧が1.5Vまで放電した。放電後の電気容量を1サイクル目の放電容量とした。1サイクル目の放電容量を1サイクル目の充電容量で除した値を充放電効率とした。
(Evaluation of lithium ion battery)
<Discharge capacity, charge / discharge efficiency, expansion rate>
The lithium ion battery produced by the above method was charged in a constant temperature bath at 25 ° C. at a constant current of 0.5 mA / cm 2 until the voltage reached 0.01 V, and further charged at a constant voltage of 0.01 V at a current of 0.05 mA. / Cm 2 until the current reached. The electric capacity after charging was defined as the charging capacity in the first cycle. Thereafter, the battery was discharged to a voltage of 1.5 V at a constant current of 0.5 mA / cm 2 . The electric capacity after the discharge was defined as the discharge capacity in the first cycle. The value obtained by dividing the discharge capacity at the first cycle by the charge capacity at the first cycle was defined as the charge / discharge efficiency.

また、充放電前の電極膜の厚み(電池の厚み)を100とし、充電状態でリチウムイオン電池を解体して電極膜の厚みをマイクロメーター(ミツトヨ社製、商品名:MDC−25SX)で測定し、膨化率[(充電状態の電極膜の厚み/充放電前の電極膜の厚み)×100](%)として算出した。実施例1で得られたリチウムイオン電池の放電容量の測定結果、並びに充放電効率及び膨化率の計算結果を表2に示す。   The thickness of the electrode film before charging / discharging (thickness of the battery) is set to 100, the lithium ion battery is disassembled in a charged state, and the thickness of the electrode film is measured with a micrometer (trade name: MDC-25SX, manufactured by Mitutoyo Corporation). The expansion ratio was calculated as [(thickness of electrode film in charged state / thickness of electrode film before charge / discharge) × 100] (%). Table 2 shows the measurement results of the discharge capacity of the lithium ion battery obtained in Example 1, and the calculation results of the charge / discharge efficiency and the expansion rate.

(実施例2)
実施例1と同様にして、平均粒子径が5μmの二酸化ケイ素及びケイ素の混合物を得て、当該混合物に、アルカリ金属源として炭酸リチウムを1g(1質量%)混合し、窒素雰囲気で、1000℃で2時間焼成処理を行った。得られた複合体と、平均粒子径が10μmの天然黒鉛3.5g、水100g、界面活性剤としてCMC(ダイセル#1120)0.2gを、ボールミルに入れて10時間、湿式混合した。処理した分散液を冷凍し、凍結乾燥機で水分を除去した。乳鉢で解砕、200メッシュで篩分した後、窒素雰囲気下、950℃で4時間熱処理を行うことにより、上記複合体への炭素担持を行い、リチウムイオン電池用負極材料(以下、実施例2の負極材料と称する)を作製した。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, a mixture of silicon dioxide and silicon having an average particle diameter of 5 μm was obtained, and 1 g (1% by mass) of lithium carbonate was mixed with the mixture as an alkali metal source. For 2 hours. The obtained composite, 3.5 g of natural graphite having an average particle diameter of 10 μm, 100 g of water, and 0.2 g of CMC (Daicel # 1120) as a surfactant were wet-mixed for 10 hours in a ball mill. The treated dispersion was frozen and water was removed with a freeze dryer. After being crushed in a mortar and sieved with a 200 mesh, the composite was loaded with carbon by performing a heat treatment at 950 ° C. for 4 hours under a nitrogen atmosphere to obtain a negative electrode material for a lithium ion battery (hereinafter, Example 2). Of the negative electrode material).

実施例2の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。実施例2の負極材料を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表2に示す。   The negative electrode material of Example 2 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Example 2, a negative electrode for a lithium ion battery was manufactured in the same manner as in Example 1. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the evaluation results.

(実施例3)
実施例1と同様にして、平均粒子径が5μmの二酸化ケイ素及びケイ素の混合物を得て、当該混合物に、アルカリ金属源として炭酸リチウムを3g(3質量%)混合し、窒素雰囲気で、1000℃で2時間焼成処理を行った。得られた複合体に、アルゴンガスをキャリヤーとしてアセチレンガスを流し、750℃の熱処理温度で化学的気相蒸着(CVD)処理を行うことにより、上記複合体への炭素担持を行い、リチウムイオン電池用負極材料(以下、実施例3の負極材料と称する)を作製した。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, a mixture of silicon dioxide and silicon having an average particle diameter of 5 μm was obtained, and 3 g (3% by mass) of lithium carbonate was mixed with the mixture as an alkali metal source. For 2 hours. An acetylene gas is flowed through the obtained composite using argon gas as a carrier, and a chemical vapor deposition (CVD) treatment is performed at a heat treatment temperature of 750 ° C., whereby carbon is loaded on the composite and a lithium ion battery is provided. A negative electrode material for use (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Example 3) was produced.

実施例3の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。実施例3の負極材料を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表2に示す。   The negative electrode material of Example 3 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Example 3, a negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the evaluation results.

(実施例4)
実施例1と同様にして、平均粒子径が5μmの二酸化ケイ素及びケイ素の混合物を得て、当該混合物に、アルカリ金属源として炭酸リチウムを10g(10質量%)混合し、窒素雰囲気で、1000℃で2時間焼成処理を行った。得られた複合体に、実施例3と同様にしてCVD処理を行うことにより、上記複合体への炭素担持を行い、リチウムイオン電池用負極材料(以下、実施例4の負極材料と称する)を作製した。
(Example 4)
In the same manner as in Example 1, a mixture of silicon dioxide and silicon having an average particle diameter of 5 μm was obtained, and 10 g (10% by mass) of lithium carbonate was mixed with the mixture as an alkali metal source. For 2 hours. The obtained composite is subjected to a CVD treatment in the same manner as in Example 3, whereby carbon is supported on the composite, and a negative electrode material for a lithium ion battery (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Example 4) is obtained. Produced.

実施例4の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。実施例4の負極材料を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表2に示す。   The negative electrode material of Example 4 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Example 4, a negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the evaluation results.

(比較例1)
実施例1と同様にして、平均粒子径が5μmの二酸化ケイ素及びケイ素の混合物を得て、当該混合物を窒素雰囲気で、1000℃で2時間焼成処理を行った。得られた複合体に、750℃の熱処理温度でアルゴンガスをキャリヤーとし、アセチレンガスを炭素源にして化学的気相蒸着(CVD)処理を行うことにより、上記複合体への炭素担持を行い、リチウムイオン電池用負極材料(以下、比較例1の負極材料と称する)を作製した。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 1, a mixture of silicon dioxide and silicon having an average particle diameter of 5 μm was obtained, and the mixture was subjected to a baking treatment at 1000 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. The obtained composite is subjected to a chemical vapor deposition (CVD) process using an argon gas as a carrier and an acetylene gas as a carbon source at a heat treatment temperature of 750 ° C. to carry carbon on the composite, A negative electrode material for a lithium ion battery (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Comparative Example 1) was produced.

比較例1の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。比較例1の負極材料を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表2に示す。比較例1では、アルカリ金属源を使用していないため、表1において「アルカリ金属源との焼成処理の温度、焼成時間」を「―」と記載した。   The negative electrode material of Comparative Example 1 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Comparative Example 1, a negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the evaluation results. In Comparative Example 1, since the alkali metal source was not used, “Temperature and calcination time of the calcination treatment with the alkali metal source” was described as “−” in Table 1.

(実施例5)
<リチウムイオン電池用負極材料の作製>
SiOは、二酸化ケイ素粉末(和光純薬工業製、試薬一級)300gとケイ素粉末(和光純薬工業、試薬)300gとを、V型混合器(筒井理化学機器社製、商品名:VM−2型)で混合して真空雰囲気下、1100℃で10時間加熱し、蒸発したSiOを析出堆積させSiOの堆積物を得た。この堆積物をジェットミル(セイシン企業社製、商品名:コジェットシステムα―mkV)で平均粒子径5μmに粉砕し、粉砕物を得た。その後、当該粉砕物95gに、アルカリ金属源として酢酸リチウム(和光純薬工業社製、試薬特級)を5g(5質量%)混合し、窒素雰囲気下、800℃で1時間焼成処理を行うことにより複合体を得た。得られた複合体100gと、残炭率70%の石炭系ピッチ(軟化点250℃)10gとをV型混合器(筒井理化学機器製、商品名:VM−2型)で混合して混合物を得た。この混合物を、窒素雰囲気下、1000℃で2時間熱処理を行うことにより、上記複合体への炭素担持を行い、リチウムイオン電池用負極材料を作製した(以下、実施例5の負極材料と称する)。実施例5の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。評価結果を表4に示す。
(Example 5)
<Preparation of negative electrode material for lithium ion battery>
SiO is a V-type mixer (manufactured by Tsutsui Rikagaku Kiki Co., Ltd., trade name: VM-2 type) prepared by mixing 300 g of silicon dioxide powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, first grade) and 300 g of silicon powder (reagent, Wako Pure Chemical Industries). ) And heated in a vacuum atmosphere at 1100 ° C. for 10 hours to deposit and deposit the evaporated SiO to obtain a deposit of SiO. This deposit was pulverized to an average particle diameter of 5 μm with a jet mill (trade name: Cojet System α-mkV, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) to obtain a pulverized product. Thereafter, 5 g (5 mass%) of lithium acetate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as an alkali metal source was mixed with 95 g of the pulverized material, and the mixture was calcined at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. The complex was obtained. 100 g of the obtained composite and 10 g of coal-based pitch (softening point: 250 ° C.) having a residual carbon ratio of 70% were mixed with a V-type mixer (trade name: VM-2, manufactured by Tsutsui Physical and Chemical Instruments) to obtain a mixture. Obtained. This mixture was subjected to a heat treatment at 1000 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, whereby carbon was supported on the composite, and a negative electrode material for a lithium ion battery was produced (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Example 5). . The negative electrode material of Example 5 was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 4 shows the evaluation results.

<リチウムイオン電池用負極の作製>
実施例5の負極材料の粉末5質量%と、炭素系負極材料としてメディアン粒子径が15μmの天然黒鉛(青島黒龍社製、BD15−097)とを95質量%混合した。その後、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(ダイセル化学社製、CMC#2200)1質量%と、結着剤としてスチレンブタジエンラバーエマルジョン(SBRエマルジョン)1質量%とを加えて混練し、均一なスラリーを作製した。得られたスラリーを、厚み10μmの圧延銅箔(日本製箔社製)上にブレードコーターで塗付し、ブレードギャップを調整して塗布量を7.5mg/cmとした。その後、大気中、120℃の熱風で10分間乾燥させることによって硬化処理を行い、リチウムイオン電池用負極を得た。
<Preparation of negative electrode for lithium ion battery>
5% by mass of the powder of the negative electrode material of Example 5 and 95% by mass of natural graphite having a median particle size of 15 μm (BD15-097, manufactured by Aoshima Kuroyu Co., Ltd.) as a carbon-based negative electrode material were mixed. Thereafter, 1% by mass of carboxymethylcellulose (CMC # 2200, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) as a thickener and 1% by mass of styrene butadiene rubber emulsion (SBR emulsion) as a binder are added and kneaded to produce a uniform slurry. did. The obtained slurry was applied on a rolled copper foil (manufactured by Nippon Foil Co., Ltd.) having a thickness of 10 μm with a blade coater, and the blade gap was adjusted to adjust the application amount to 7.5 mg / cm 2 . Thereafter, a curing treatment was performed by drying in the air with hot air at 120 ° C. for 10 minutes to obtain a negative electrode for a lithium ion battery.

<リチウムイオン電池の作製>
実施例5で作製したリチウムイオン電池用負極をφ13mmに打ち抜き、当該負極とアルミ箔にLiNiCoAl活物質を成膜した正極(2.2mAh/cm)とを、2016型コインセル中でPPセパレータを挟んで対向させて捲回して円筒缶に装填した。その後、電解液としての1mol/LのLiPFを含むEC(エチレンカーボネート)/DEC(ジエチルカーボネート)/MEC(メチルエチルカーボネート)(1:1:1体積比)とVC(ビニレンカーボネート)(1体積%)との混合液を当該円筒缶に注液して上フタを封口し、リチウムイオン電池を作製した。
<Production of lithium ion battery>
The negative electrode for a lithium ion battery prepared in Example 5 was punched into φ13 mm, and the negative electrode and a positive electrode (2.2 mAh / cm 2 ) having a LiNiCoAl active material formed on an aluminum foil were sandwiched with a PP separator in a 2016 type coin cell. And wound into a cylindrical can. Thereafter, EC (ethylene carbonate) / DEC (diethyl carbonate) / MEC (methyl ethyl carbonate) (1: 1: 1 volume ratio) containing 1 mol / L LiPF 6 as an electrolytic solution and VC (vinylene carbonate) (1 volume) %) Was injected into the cylindrical can, and the upper lid was sealed to produce a lithium ion battery.

(リチウムイオン電池の評価)
<放電容量、充放電効率、膨化率>
上記手法で作製したリチウムイオン電池について、実施例1と同様にして評価した。これらの結果を表4に示す。
(Evaluation of lithium ion battery)
<Discharge capacity, charge / discharge efficiency, expansion rate>
The lithium ion battery produced by the above method was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 4 shows the results.

(実施例6)
酢酸リチウムの添加量を10g(10質量%)に変更した以外は実施例5と同様にして、リチウムイオン電池用負極材料(以下、実施例6の負極材料と称する)を作製した。
(Example 6)
A negative electrode material for a lithium ion battery (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Example 6) was produced in the same manner as in Example 5, except that the addition amount of lithium acetate was changed to 10 g (10% by mass).

実施例6の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。実施例6の負極材料を使用し、実施例5と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例5と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。   The negative electrode material of Example 6 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Example 6, a negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 5. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 5. Table 4 shows the evaluation results.

(実施例7)
酢酸リチウムの添加量を15g(15質量%)に変更した以外は実施例5と同様にして、リチウムイオン電池用負極材料(以下、実施例7の負極材料と称する)を作製した。
(Example 7)
A negative electrode material for a lithium ion battery (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Example 7) was produced in the same manner as in Example 5, except that the addition amount of lithium acetate was changed to 15 g (15% by mass).

実施例7の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。実施例7の負極材料を使用し、実施例5と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例5と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。   The negative electrode material of Example 7 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Example 7, a negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 5. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 5. Table 4 shows the evaluation results.

(比較例2)
実施例5と同様にして、SiOは、二酸化ケイ素粉末(和光純薬工業製、試薬一級)300gとケイ素粉末(和光純薬工業、試薬)300gとを、V型混合器(筒井理化学機器社製、商品名:VM−2型)で混合して真空雰囲気下、1100℃で10時間加熱し、蒸発したSiOを析出堆積させSiOの堆積物を得た。この堆積物をジェットミル(セイシン企業社製、商品名:コジェットシステムα−mkV)で平均粒子径5μmに粉砕し、粉砕物を得た。得られた粉砕物100gと、残炭率70%の石炭系ピッチ(軟化温度250℃)10gとを、V型混合器(筒井理化学機器製、商品名:VM−2型)で混合して混合物を得た。この混合物を、窒素雰囲気下、1000℃で2時間熱処理し、更にアセチレンガスを炭素源とした化学蒸着法(CVD)を行うことにより、上記複合体への炭素担持を行い、リチウムイオン電池用負極材料(以下、比較例2の負極材料と称する)を作製した。
(Comparative Example 2)
In the same manner as in Example 5, SiO was obtained by mixing 300 g of silicon dioxide powder (Wako Pure Chemical Industries, first grade reagent) and 300 g of silicon powder (Wako Pure Chemical Industries, reagent) with a V-type mixer (Tsutsui Chemical Chemical Instruments Co., Ltd.). (Trade name: VM-2 type), and heated at 1100 ° C. for 10 hours in a vacuum atmosphere to deposit and deposit evaporated SiO to obtain a deposit of SiO. This deposit was pulverized to an average particle diameter of 5 μm with a jet mill (trade name: Cojet System α-mkV, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) to obtain a pulverized product. A mixture obtained by mixing 100 g of the obtained pulverized product and 10 g of coal-based pitch having a residual carbon ratio of 70% (softening temperature: 250 ° C.) with a V-type mixer (trade name: VM-2, manufactured by Tsutsui Chemical Chemical Instruments). Got. This mixture is heat-treated at 1000 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, and further subjected to a chemical vapor deposition method (CVD) using acetylene gas as a carbon source to carry carbon on the composite, thereby obtaining a negative electrode for a lithium ion battery. A material (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Comparative Example 2) was produced.

比較例2の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。比較例2の負極材料を使用し、実施例5と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例5と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。比較例2では、アルカリ金属源を使用していないため、表3において「アルカリ金属源との焼成処理の温度、焼成時間」を「―」と記載した。比較例2では、アルカリ金属源を使用していないため、表4において「LiSiO、LiSi及びLiSiの含有割合」を「未検出」と記載した。 The negative electrode material of Comparative Example 2 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Comparative Example 2, a negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 5. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 5. Table 4 shows the evaluation results. In Comparative Example 2, since the alkali metal source was not used, “Temperature and firing time of the calcination treatment with the alkali metal source” was described as “−” in Table 3. In Comparative Example 2, the “content ratio of Li 2 SiO 3 , Li 2 Si 2 O 5 and Li 6 Si 2 O 7 ” was described as “not detected” in Table 4 because no alkali metal source was used.

(比較例3)
酢酸リチウムの添加量を20g(20質量%)に変更した以外は実施例5と同様にして、リチウムイオン電池用負極材料(以下、比較例3の負極材料と称する)を作製した。
(Comparative Example 3)
A negative electrode material for a lithium ion battery (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Comparative Example 3) was produced in the same manner as in Example 5, except that the addition amount of lithium acetate was changed to 20 g (20% by mass).

比較例3の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。比較例3の負極材料を使用し、実施例5と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例5と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。   The negative electrode material of Comparative Example 3 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Comparative Example 3, a negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 5. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 5. Table 4 shows the evaluation results.

(実施例8)
実施例5と同様にして、SiOは、二酸化ケイ素粉末(和光純薬工業製、試薬一級)300gとケイ素粉末(和光純薬工業、試薬)300gとを、V型混合器(筒井理化学機器社製、商品名:VM−2型)で混合して真空雰囲気下、1100℃で10時間加熱し、蒸発したSiOを析出堆積させSiOの堆積物を得た。この堆積物をジェットミル(セイシン企業社製、商品名:コジェットシステムα―mkV)で平均粒子径5μmに粉砕し、粉砕物を得た。その後、当該粉砕物95gに、アルカリ金属源として炭酸リチウム(和光純薬工業社製、試薬特級)を5g(5質量%)混合し、窒素雰囲気下、1050℃で1時間焼成処理を行うことにより複合体を得た。得られた複合体100gと、残炭率70%の石炭系ピッチ(軟化点250℃)10gとをV型混合器(筒井理化学機器製、商品名:VM−2型)で混合して混合物を得た。この混合物を、窒素雰囲気下、1050℃で2時間熱処理を行うことにより、上記複合体への炭素担持を行い、リチウムイオン電池用負極材料(以下、実施例8の負極材料と称する)を作製した。
(Example 8)
In the same manner as in Example 5, SiO was obtained by mixing 300 g of silicon dioxide powder (Wako Pure Chemical Industries, first grade reagent) and 300 g of silicon powder (Wako Pure Chemical Industries, reagent) with a V-type mixer (Tsutsui Chemical Chemical Instruments Co., Ltd.). (Trade name: VM-2 type), and heated at 1100 ° C. for 10 hours in a vacuum atmosphere to deposit and deposit evaporated SiO to obtain a deposit of SiO. This deposit was pulverized to an average particle diameter of 5 μm with a jet mill (trade name: Cojet System α-mkV, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) to obtain a pulverized product. Thereafter, 5 g (5% by mass) of lithium carbonate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) as an alkali metal source was mixed with 95 g of the pulverized material, and calcined at 1050 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. The complex was obtained. 100 g of the obtained composite and 10 g of coal-based pitch (softening point: 250 ° C.) having a residual carbon ratio of 70% were mixed with a V-type mixer (trade name: VM-2, manufactured by Tsutsui Physical and Chemical Instruments) to obtain a mixture. Obtained. This mixture was subjected to a heat treatment at 1050 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to carry carbon on the composite, thereby producing a negative electrode material for a lithium ion battery (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Example 8). .

実施例8の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。実施例8の負極材料を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表6に示す。表6における実施例8の「XSiO、XSi及びXSiの含有割合(質量%)」とは、「LiSiO、LiSi及びLiSiの含有割合(質量%)」を意味する。 The negative electrode material of Example 8 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Example 8, a negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 6 shows the evaluation results. The “content ratio (% by mass) of X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5, and X 6 Si 2 O 7 ” in Example 8 in Table 6 means “Li 2 SiO 3 , Li 2 Si 2 O 5 and Li 6 Si 2 O 7 content ratio (% by mass) ”.

(実施例9)
アルカリ金属源として炭酸リチウムを炭酸ナトリウムに変更した以外は、実施例8と同様にして、リチウムイオン電池用負極材料(以下、実施例9の負極材料と称する)を作製した。
(Example 9)
A negative electrode material for a lithium ion battery (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Example 9) was produced in the same manner as in Example 8, except that lithium carbonate was changed to sodium carbonate as an alkali metal source.

実施例9の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。実施例9の負極材料を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表6に示す。表6における実施例9の「XSiO、XSi及びXSiの含有割合(質量%)」とは、「NaSiO、NaSi及びNaSiの含有割合(質量%)」を意味する。 The negative electrode material of Example 9 was evaluated in the same manner as in Example 1. A negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode material of Example 9 was used. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 6 shows the evaluation results. The “content ratio (% by mass) of X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5, and X 6 Si 2 O 7 ” in Example 9 in Table 6 means “Na 2 SiO 3 , Na 2 Si 2 O 5 and Na 6 Si 2 O 7 content ratio (% by mass) ”.

<NaSiO、NaSi及びNaSiの含有割合の計算方法>
実施例9の負極材料を、実施例1と同様の条件で、XRDにより分析した。XRDで得られたX線回折図形を統合粉末X線解析ソフトウエア(リガク社製:PDXL)におけるRIR(Reference Intensity Ratio:参照強度比)法によって処理し、実施例9の負極材料における、NaSiO、NaSi及びNaSiの含有割合を計算した。
<Method for calculating content ratio of Na 2 SiO 3 , Na 2 Si 2 O 5 and Na 6 Si 2 O 7 >
The negative electrode material of Example 9 was analyzed by XRD under the same conditions as in Example 1. The X-ray diffraction pattern obtained by XRD was processed by a RIR (Reference Intensity Ratio: reference intensity ratio) method using integrated powder X-ray analysis software (PDXL, manufactured by Rigaku Corporation), and Na 2 in the negative electrode material of Example 9 was used. The content ratios of SiO 3 , Na 2 Si 2 O 5 and Na 6 Si 2 O 7 were calculated.

(実施例10)
アルカリ金属源として炭酸リチウムを炭酸カリウムに変更した以外は、実施例8と同様にして、リチウムイオン電池用負極材料(以下、実施例10の負極材料と称する)を作製した。
(Example 10)
A negative electrode material for a lithium ion battery (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Example 10) was produced in the same manner as in Example 8, except that lithium carbonate was changed to potassium carbonate as the alkali metal source.

実施例10の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。実施例10の負極材料を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表6に示す。表6における実施例10の「XSiO、XSi及びXSiの含有割合(質量%)」とは、「KSiO、KSi及びKSiの含有割合(質量%)」を意味する。 The negative electrode material of Example 10 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Example 10, a negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 6 shows the evaluation results. The “content ratios (% by mass) of X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5, and X 6 Si 2 O 7 ” in Example 10 in Table 6 are “K 2 SiO 3 , K 2 Si 2 O 5 and K 6 Si 2 O 7 content ratio (% by mass) ”.

<KSiO、KSi及びKSiの含有割合の計算方法>
実施例10の負極材料を、実施例1と同様の条件で、XRDにより分析した。XRDで得られたX線回折図形を統合粉末X線解析ソフトウエア(リガク社製:PDXL)におけるRIR(Reference Intensity Ratio:参照強度比)法によって処理し、実施例10の負極材料における、KSiO、KSi及びKSiの含有割合を計算した。
<Method for calculating the content ratio of K 2 SiO 3 , K 2 Si 2 O 5 and K 6 Si 2 O 7 >
The negative electrode material of Example 10 was analyzed by XRD under the same conditions as in Example 1. The X-ray diffraction pattern obtained by XRD was processed by RIR (Reference Intensity Ratio: reference intensity ratio) method using integrated powder X-ray analysis software (PDXL, manufactured by Rigaku Corporation), and K 2 in the negative electrode material of Example 10 was used. The content ratios of SiO 3 , K 2 Si 2 O 5 and K 6 Si 2 O 7 were calculated.

(比較例4)
炭酸リチウムの代わりに、アルカリ土類金属源として炭酸カルシウムを用いた以外は、実施例8と同様にして、リチウムイオン電池用負極材料(以下、比較例4の負極材料と称する)を作製した。
(Comparative Example 4)
A negative electrode material for a lithium ion battery (hereinafter, referred to as a negative electrode material of Comparative Example 4) was produced in the same manner as in Example 8, except that calcium carbonate was used as an alkaline earth metal source instead of lithium carbonate.

比較例4の負極材料について、実施例1と同様にして評価した。比較例4の負極材料を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池用負極を作製した。更に作製したリチウムイオン電池用負極を使用し、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製し、評価した。評価結果を表6に示す。比較例4では、アルカリ金属源の代わりにアルカリ土類金属源を使用したため、表6において「XSiO、XSi及びXSiの含有割合」を「未検出」と記載した。 The negative electrode material of Comparative Example 4 was evaluated in the same manner as in Example 1. Using the negative electrode material of Comparative Example 4, a negative electrode for a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1. Further, using the prepared negative electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 6 shows the evaluation results. In Comparative Example 4, the content of X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5 and X 6 Si 2 O 7 was not detected in Table 6 because an alkaline earth metal source was used instead of the alkali metal source. ".

以下図1について説明する。図1は、実施例5及び比較例2で得られたリチウムイオン電池用負極材料のCuKα線による粉末X線回折法による分析の結果、並びに原料SiOのCuKα線による粉末X線回折法による分析の結果を示す図である。   Hereinafter, FIG. 1 will be described. FIG. 1 shows the results of the analysis of the negative electrode materials for lithium ion batteries obtained in Example 5 and Comparative Example 2 by the powder X-ray diffraction method using CuKα radiation and the analysis of the raw material SiO by the powder X-ray diffraction method using CuKα radiation. It is a figure showing a result.

原料SiOは、実施例5及び比較例2に記載の通り、二酸化ケイ素とケイ素とを混合し、真空中で加熱することでSiOとして気化して析出堆積させ、ジェットミルで平均粒子径5μmに粉砕したものであり、析出堆積後に加熱処理はしていない。そのため、原料SiOは、CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=17〜26°付近に、非結晶性二酸化ケイ素由来のブロードなピークを示した。   As described in Example 5 and Comparative Example 2, the raw material SiO was mixed with silicon dioxide and silicon, and was vaporized as SiO by heating in a vacuum to precipitate and deposit, and pulverized to an average particle diameter of 5 μm by a jet mill. No heat treatment was performed after the deposition. Therefore, the raw material SiO showed a broad peak derived from amorphous silicon dioxide at a diffraction angle 2θ of around 17 to 26 ° in a powder X-ray diffraction method using CuKα radiation.

また、原料SiOは、回折角2θ=26.5°付近に石英(quartz)由来の小さなピーク、及び回折角2θ=28.5°付近にケイ素Si(111)由来の小さなピークを示した。   The raw material SiO showed a small peak derived from quartz at a diffraction angle of 2θ = 26.5 ° and a small peak derived from silicon Si (111) at a diffraction angle of 2θ = 28.5 °.

当該原料SiOを不活性雰囲気下、1000℃程度で加熱すると、回折角2θ=28.5°付近のSi(111)由来のピーク、回折角2θ=47.0°付近のSi(220)由来のピーク、及び回折角2θ=56.0°付近のSi(311)由来のピークが成長し、SiOとの分離、いわゆる不均化反応が生じる。 When the raw material SiO is heated at about 1000 ° C. in an inert atmosphere, a peak derived from Si (111) at a diffraction angle 2θ of about 28.5 ° and a Si (220) derived at a diffraction angle 2θ of about 47.0 ° are obtained. A peak and a peak derived from Si (311) near the diffraction angle 2θ = 56.0 ° grow, and separation from SiO 2, that is, a so-called disproportionation reaction occurs.

図1において、回折角2θ=17〜26°付近の非結晶性二酸化ケイ素由来のブロードなピークは、加熱によって原料SiOより強度が高くなっているが、明確な結晶化までは至っていない。   In FIG. 1, the broad peak derived from amorphous silicon dioxide at a diffraction angle of 2θ = 17 to 26 ° is higher in intensity than the raw material SiO by heating, but has not yet reached a clear crystallization.

また、図1において、回折角2θ=26.5°付近の石英(quartz)由来の小さなピークは、原料SiOと同程度の強度であった。   Further, in FIG. 1, a small peak derived from quartz near the diffraction angle 2θ = 26.5 ° had almost the same intensity as the raw material SiO.

上記不均化反応が生じた後に、炭化水素ガスによる化学蒸着法による炭素被覆を行うことにより、或いは、ピッチ等の炭素源と原料SiOとを1000℃程度で加熱して炭素被覆を行うことにより、粉体抵抗の低いSiO/Cを得ることができる。   After the disproportionation reaction occurs, by performing carbon coating by a chemical vapor deposition method using a hydrocarbon gas, or by heating a carbon source such as pitch and raw material SiO at about 1000 ° C. to perform carbon coating. And SiO / C with low powder resistance can be obtained.

実施例5で得られた負極材料の回折角2θ=26.5°付近の石英由来のピークは、原料SiOの回折角2θ=26.5°付近の石英由来のピークと同程度の強度を示した。   The peak derived from quartz near the diffraction angle 2θ = 26.5 ° of the negative electrode material obtained in Example 5 shows almost the same intensity as the peak derived from quartz near the diffraction angle 2θ = 26.5 ° of the raw material SiO. Was.

実施例5で得られた負極材料は、回折角2θ=21.5°付近及び36.0°付近にクリストバライト(cristobalite)由来の鋭いピークを示した。これらのピークはトリジマイトのピークとも重なる。   The negative electrode material obtained in Example 5 showed sharp peaks derived from cristobalite at diffraction angles 2θ = around 21.5 ° and around 36.0 °. These peaks also overlap with the tridymite peak.

更に、実施例5で得られた負極材料は、回折角2θ=28.5°、47.5°及び56.0°付近にケイ素由来の鋭いピーク、2θ=68.0、76.5及び88.0°付近にケイ素由来のピークを示した。このように、アルカリ金属源と非結晶性の酸化ケイ素とを加熱することにより、二酸化ケイ素の結晶化及びケイ素の結晶化を進行させることができる。   Further, the negative electrode material obtained in Example 5 has sharp peaks derived from silicon near diffraction angles 2θ = 28.5 °, 47.5 ° and 56.0 °, and 2θ = 68.0, 76.5 and 88. A peak derived from silicon was shown around 0.0 °. Thus, by heating the alkali metal source and the amorphous silicon oxide, crystallization of silicon dioxide and crystallization of silicon can be advanced.

以下図2の(A)〜(C)について説明する。図2(A)は、原料SiOの透過電子顕微鏡(TEM)写真である。図2(B)は、比較例2で得られたリチウムイオン電池用負極材料のTEM写真である。図2(C)は、実施例5で得られたリチウムイオン電池用負極材料のTEM写真である。   Hereinafter, (A) to (C) of FIG. 2 will be described. FIG. 2A is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the raw material SiO. FIG. 2B is a TEM photograph of the negative electrode material for a lithium ion battery obtained in Comparative Example 2. FIG. 2C is a TEM photograph of the negative electrode material for a lithium ion battery obtained in Example 5.

原料SiOは、非結晶性の二酸化ケイ素と非結晶性のケイ素とが混在した状態であるため、結晶格子に起因するケイ素回折コントラストが見られず、ケイ素の結晶サイズが明確に確認できなかった(図2(A))。   Since the raw material SiO is in a state where amorphous silicon dioxide and amorphous silicon are mixed, the silicon diffraction contrast caused by the crystal lattice was not seen, and the crystal size of silicon could not be clearly confirmed ( FIG. 2 (A)).

比較例2で得られた負極材料では、原料SiO(平均粒子径5μm)を石炭系ピッチと混合し、窒素雰囲気化1000℃で2時間加熱したことによって、結晶格子に起因するケイ素回折コントラストが見られた(図2(B))。また、ケイ素結晶の長辺及び短辺は、それぞれ約5nmであった(図2(B))。当該ケイ素結晶は、粉末X線回折で得られたX線回折図形より、Scherrerの式に基づき計算した結果を反映していることが確認できた。   In the negative electrode material obtained in Comparative Example 2, the raw material SiO (average particle size: 5 μm) was mixed with coal-based pitch, and heated at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere for 2 hours, whereby the silicon diffraction contrast due to the crystal lattice was observed. (FIG. 2B). The long side and the short side of the silicon crystal were each about 5 nm (FIG. 2B). From the X-ray diffraction pattern obtained by powder X-ray diffraction, it was confirmed that the silicon crystal reflects the result calculated based on Scherrer's formula.

実施例5で得られた負極材料では、原料SiO(平均粒子径5μm)にアルカリ金属源を添加して窒素雰囲気下800℃で1時間加熱し、更に石炭系ピッチを混合して1000℃で2時間加熱したことによって、結晶格子に起因するケイ素回折コントラストが確認できた(図2(C))。   In the negative electrode material obtained in Example 5, an alkali metal source was added to the raw material SiO (average particle diameter: 5 μm), heated at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and further mixed with coal-based pitch at 1000 ° C. for 2 hours. By heating for a time, a silicon diffraction contrast due to the crystal lattice was confirmed (FIG. 2C).

結晶成長したケイ素の明確な回折コントラストが確認でき、ケイ素結晶の長辺は約40nmであり、ケイ素結晶の短辺が約25nmであった(図2(C))。当該ケイ素結晶は、粉末X線回折で得られたX線回折図形より、Scherrerの式に基づき計算した結果を反映していることが確認できた。   Clear diffraction contrast of the crystal-grown silicon was confirmed. The long side of the silicon crystal was about 40 nm, and the short side of the silicon crystal was about 25 nm (FIG. 2C). From the X-ray diffraction pattern obtained by powder X-ray diffraction, it was confirmed that the silicon crystal reflects the result calculated based on Scherrer's formula.

以下図3について説明する。図3は、実施例5及び比較例2で得られたリチウムイオン電池の充放電曲線の測定結果を示す図である。   Hereinafter, FIG. 3 will be described. FIG. 3 is a diagram showing the measurement results of the charge / discharge curves of the lithium ion batteries obtained in Example 5 and Comparative Example 2.

比較例2で得られた負極材料を使用したリチウムイオン電池は、充電時の過電圧が大きく、充電容量が460mAh/g、放電容量が405mAh/g、充放電効率が88.0%であった。   The lithium ion battery using the negative electrode material obtained in Comparative Example 2 had a large overvoltage during charging, a charge capacity of 460 mAh / g, a discharge capacity of 405 mAh / g, and a charge / discharge efficiency of 88.0%.

実施例5で得られた負極材料を使用したリチウムイオン電池は、充電時の過電圧が低く、放電時には0.5V(vs.Li/Li)付近に結晶性ケイ素に由来するプラトーが観察された。また、充電容量が435mAh/g、放電容量が396mAh/g、充放電効率が91.0%であった。 In the lithium ion battery using the negative electrode material obtained in Example 5, the overvoltage was low during charging, and a plateau derived from crystalline silicon was observed around 0.5 V (vs. Li + / Li) during discharging. . The charge capacity was 435 mAh / g, the discharge capacity was 396 mAh / g, and the charge / discharge efficiency was 91.0%.

Claims (7)

結晶性二酸化ケイ素及び結晶性ケイ素を含む複合体を含有し、
前記結晶性二酸化ケイ素がクリストバライト(cristobalite)及び石英(quartz)を含有し、
CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=21.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Icr)と、回折角2θ=26.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Iqz)との比(Icr/Iqz)が、3〜100である、リチウムイオン電池用負極材料。
Containing a composite comprising crystalline silicon dioxide and crystalline silicon,
The crystalline silicon dioxide contains cristobalite and quartz,
In the powder X-ray diffraction method using CuKα radiation, the intensity (Icr) of the peak existing in the range of diffraction angle 2θ = 21.5 ± 0.5 ° and the diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.5 ° A negative electrode material for a lithium ion battery, wherein the ratio (Icr / Iqz) to the intensity of the existing peak (Iqz) is 3 to 100.
CuKα線による粉末X線回折法における、回折角2θ=28.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Isi)と、回折角2θ=26.5±0.5°の範囲に存在するピークの強度(Iqz)との比(Isi/Iqz)が、3〜50であり、且つ
前記結晶性ケイ素の結晶サイズが、10nm以上である、請求項1に記載のリチウムイオン電池用負極材料。
In the powder X-ray diffraction method using CuKα radiation, the intensity (Isi) of the peak existing in the range of diffraction angle 2θ = 28.5 ± 0.5 ° and the range of diffraction angle 2θ = 26.5 ± 0.5 ° The negative electrode for a lithium ion battery according to claim 1, wherein the ratio (Isi / Iqz) to the intensity (Iqz) of the existing peak is 3 to 50, and the crystal size of the crystalline silicon is 10 nm or more. material.
前記複合体の表面の一部又は全部に炭素を含有し、且つ
前記炭素の含有割合が、前記複合体の全質量に対して、5〜10質量%である、請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池用負極材料。
3. The composite according to claim 1, wherein the composite contains carbon on a part or all of a surface thereof, and a content ratio of the carbon is 5 to 10 mass% with respect to a total mass of the composite. 4. Negative electrode material for lithium ion batteries.
前記複合体が、XSiO、XSi及びXSi(但し、Xは、Li、Na及びKよりなる群から選択される少なくとも1種の元素である)よりなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ金属複合酸化物を含有し、且つ
前記アルカリ金属複合酸化物の含有割合が、前記複合体の全質量に対して、0.1〜10質量%である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用負極材料。
The composite is composed of X 2 SiO 3 , X 2 Si 2 O 5 and X 6 Si 2 O 7 (where X is at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K). It contains at least one alkali metal composite oxide selected from the group consisting of: and the content ratio of the alkali metal composite oxide is 0.1 to 10% by mass relative to the total mass of the composite. The negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 1.
平均粒子径が5〜20μm、窒素吸着BET比表面積が1〜10m/g、及び充填密度1.5g/cmにおける粉体抵抗が1〜1000Ω・cmである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用負極材料。 The powder resistance is 1 to 1000 Ω · cm at an average particle diameter of 5 to 20 μm, a nitrogen adsorption BET specific surface area of 1 to 10 m 2 / g, and a packing density of 1.5 g / cm 3 . The negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 1. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用負極材料と、集電体とを備える、リチウムイオン電池用負極。   A negative electrode for a lithium ion battery, comprising: the negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 1; and a current collector. 正極と、リチウムイオンを含有する電解質と、請求項6に記載の負極とを備えるリチウムイオン電池。   A lithium ion battery comprising a positive electrode, an electrolyte containing lithium ions, and the negative electrode according to claim 6.
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