JP2019534537A - リチウムイオン電池用炭素被覆シリコン粒子 - Google Patents
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Abstract
Description
a)シリコン粒子および1つ以上の溶融可能炭素前駆体を含んでなる混合物を、該溶融可能炭素前駆体が完全に溶融(溶融段階)するまで、<400℃の温度まで加熱し、次いで、このように得られた溶融炭素前駆体を炭化する、乾燥法;または
b)シリコン粒子を1つ以上の炭素前駆体を用いて炭素で被覆するCVD法であって、CVD法(化学蒸着法、化学気相成長法)の実施中に粒子を撹拌し、かつCVD法を、雰囲気の総体積に対して、0.1体積%〜80体積%の程度まで炭素前駆体を含有する雰囲気中で行う、CVD法(化学蒸着、化学気相成長)、
による、方法をさらに提供する。
該アノードは前述した本発明のアノード材料をベースとし;
フル充電されたリチウムイオン電池のアノード材料は部分的にのみリチウム化されていることを特徴とする、
リチウムイオン電池をさらに提供する。
該アノードは前述した本発明のアノード材料をベースとし;
該アノードはリチウムイオン電池のフル充電時に部分的にのみリチウム化されていることを特徴とする、
方法をさらに提供する。
N型サンプル熱電対を備えている、カスケード制御を用いたCarbolite GmbHの1200℃三ゾーン管状炉(TFZ12/65/550/E301)を用いて炭化を行った。指定した温度は、熱電対の位置における管状炉の内部温度に基づく。いずれの場合も炭化される出発材料を1つ以上の石英ガラス製燃焼ボード(QCS GmbH)中に量り入れ、石英ガラス製の作業チューブに導入した。炭化に使用される設定および処理パラメーターは、それぞれの実施例中に報告されている。
Carbolite GmbHの使用された1000℃のCVD反応器(HTR11/150)は、温度制御されるセラミックライニングを備える電気加熱された回転窯内にある石英ガラスドラムから成る。反応ゾーンに沿った加熱速度は、10〜20K/分であり;加熱ドラムは反応ゾーン内で均一な温度分布を有する。指定温度は、熱電対の位置におけるドラムの目標内部温度に基づいている。
閉じた炉の蓋で、ガラスドラムを雰囲気から熱的に遮蔽する。処理中、ガラスドラムを回転(315°、振動周波数6〜8/分)し、粉体の追加混合を確実にする壁の膨らみを有する。ガス導管を石英ガラスドラムと連結する。この場合、バイパスにより、その温度が熱電対により制御されたバブラー槽が前駆体蒸気の生成のためにスイッチを入れて作動させられるのを可能とする。生成された副産物およびパージガスを反対側のオフガス管中に吸い出す。化学気相蒸着のために使用される設定および処理パラメーターは、使用される前駆体に応じて異なる。
炭化または化学気相蒸着後に得られたC被覆Si粉末を、ステンレス鋼製篩いで水を用いてAS 200 basic sieving machine(Retsch GmbH)を用いて、湿式篩い分けにより、>20μmの大きいサイズを取り除いた。超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル:0.75;時間:30分)によってエタノール中に、粉状製品を分散(固形含有率20%)し、篩い(20μm)を用いて篩分け塔に適用した。無限時間プリセレクションおよび50〜70%の振幅で、水流を通過させて篩分けを行った。底部に存在するシリコン含有懸濁液を200nmナイロン膜によりろ過し、ろ過残渣を100℃および50〜80ミリバールにおいて真空乾燥キャビネット内で一定の質量になるまで乾燥した。
Zeiss Ultra55走査型電子顕微鏡およびエネルギー分散型INCA X視野X線分光計を用いて顕微鏡分析を行った。分析前に、サンプルを、帯電現象を防止するためにBaltec SCD500スパッタ/炭素コーティング装置を用いて炭素蒸着に付した。
層厚さおよび炭素構造の分析を、Zeiss Libra120透過電子顕微鏡で行った。樹脂マトリックス中に包埋後のミクロトーム切片または粉末から直接的にサンプルを調製した。超音波によって2mLのイソプロパノール中に各サンプルのスパチュラ先端量を分散し、これを銅グリッドに適用することによりこれを行った。これは、100℃において1分間ホットプレート上で両側を乾燥した。
C含有率をLeco CS230分析計で確定し;OおよびN含有率を決定するために、Leco TCH−600分析計を使用した。得られた炭素被覆シリコン粒子中の他の元素の定性測定および定量測定を、ICP(誘導結合プラズマ)発光分光計(Optima7300DV、Perkin Elmer社)によって行った。この目的のため、サンプルを、マイクロ波(Microwave3000、Anton Paar社)下で酸消化(HF/HNO3)に付した。ICP−OESによる決定は、ISO11885「水質−誘導結合プラズマ−光学発光による選択元素の決定(ICP−OES)(ISO 11885:2007);EN ISO 11885:2009のドイツ版」を手引きとし、これは、酸性水溶液(例えば、酸性化飲用水、廃水、および他の水サンプル、土壌および沈降物の王水抽出物)の分析に使用される。
ISO13320に従って、堀場製作所製LA950を用いて静的レーザー散乱によって、粒度分布を決定した。サンプルの調製では、個々の粒子よりむしろ集塊物の大きさを測定しないように、測定溶液中の粒子の分散に特に注意を払わなければならない。ここで分析されたC被覆Si粒子に関して、粒子をエタノール中で分散した。この目的のため、測定前に、必要に応じて、分散液を、LS24d5ソノトロードを備えたHielscherモデルUIS250v超音波実験室用装置内で250Wの超音波で4分間処理した。
材料の比表面積を、DIN ISO9277:2003−05に従ってBET法によりSorptomatic199090装置(Porotec社)またはSA−9603MP装置(堀場製作所)を用いて窒素でのガス吸着により測定した。
液体媒体に対するC被覆Si粒子におけるシリコンの接近容易性の決定を、既知のシリコン含有率(元素分析から)を有する材料に対して次の試験方法により行った。
最初に、0.5〜0.6gのC被覆シリコンをNaOH(4M;H2O)およびエタノールの混合物(1:1、体積基準)20mLを用いて超音波によって分散してから、40℃で120分間撹拌した。粒子を、200nmナイロン膜によりろ過し、中性pHまで水で洗浄してから、100℃/50〜80ミリバールにおいて乾燥キャビネット内で乾燥した。NaOH処理後のシリコン含有率を決定し、試験前のSi含有率と比較した。液密は、アルカリ処理後のサンプルのSi含有率パーセントおよび未処理C被覆粒子のSi含有率パーセントの商に対応する。
C被覆サンプルの比抵抗を、制御された圧(60MPa以下)下、圧力チャンパー(ダイラジアス6mm)および油圧ユニット(Caver社、米国、モデル3851CE−9;S/N:130306)から成るKeithley社の測定システム、2602システムソースメーターID266404において決定した。
a)GC測定(ヘッドスペース)による:
シリコン粉末の水素発生を決定するため、50mgのサンプルをGCヘッドスペースバイアル(体積22mL)に量り入れ、5mLの酢酸リチウム緩衝液(pH7;0.1M)を添加し、このバイアルを密閉し、30分間撹拌しながらアルミニウムブロック内で80℃まで加熱した。気相中の水素含有率の決定を、GC測定によって行った。熱導電性検出により検出した。水素含有率を、気相中の体積パーセントで報告した。検出された気体は酸素、窒素およびアルゴンであった。
閉じた系における圧増大を決定するため、200mgのシリコン粉末を約10バールの圧用に設計された密封可能なガラス管中に導入し、20mLの酢酸リチウム緩衝液(pH7;0.1M)を添加してから、この系を60分間アルミニウムブロック内で80℃まで加熱し、圧増大を読み取った。デジタル圧力計によって測定した。シリコン粉末を含まない緩衝液の圧増大(ブランク値)により測定値を補正した。
流動床ジェットミルにおけるソーラーシリコン製造からの粗Siスパル(spall)の粉砕による先行技術に従って、シリコン粉末を製造した(粉砕ガスとして7バールにおいて90m3/時の窒素を用いたNetzsch−Condux CGS16)。
エタノール中高度希釈した懸濁液で粒度を決定した。
図1中の乾燥SiダストのSEM画像(拡大倍率7500倍)は、サンプルが個々の非凝集多片状粒子から成ることを示している。
元素組成:Si ≧98重量%;C 0.10重量%;H <0.01重量%;O 0.21重量%。
粒度分布:単峰性;D10:2.77μm、D50:5.27μm、D90:8.76μm;(D90−D10)/D50=1.14;(D90−D10)=6.0μm。
比表面積(BET):2.231m2/g。
Si不浸透性:0%
粉末導電率:95.89μS/cm。
ガス発生:4.43体積%の水素(方法a);3.71バール(方法b)。
C被覆マイクロSi(乾式方法):
238.00gの実施例1からのシリコン粉末(d50=5.27μm)および13.00gのピッチ(Petromasse ZL 250M)を80rpmで3時間ボールミルローラーベッド(Siemens/Groschopp)によって機械的に混合した。
248.00gのSi/ピッチ混合物を石英ガラスボート(QCS GmbH)中に導入し、不活性ガスとして窒素/H2を用いてN型サンプル熱電対を備えているカスケード制御を用いて三ゾーン管状炉(TFZ12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:
第一加熱速度10℃/分、温度350℃、保持時間30分(ピッチは完全に溶解した)、N2/H2流速200mL/分;それから、加熱速度3℃/分、温度550℃で直接的にさらに;加熱速度10℃/分、温度1000℃で直接的にさらに;それから保持時間2時間、N2/H2流速200mL/分で炭化した。
冷却後、242.00gの黒色粉末を得て(炭化収率98%)、これを湿式篩分けによって大きなサイズを取り除いた。D99<20μmの粒度を有するC被覆Si粒子239.00gを得た。
図2は、得られたC被覆Si粒子のSEM画像(拡大倍率7500倍)を示し、図3は、TEM画像(拡大倍率40,000倍)を示す。
元素組成:Si ≧94重量%;C 2.88重量%;H 0.01重量%;O 0.44重量%;N 0重量%。
粒度分布:単峰性;D10:3.46μm、D50:5.52μm、D90:8.59μm;(D90−D10)/D50=0.93。
比表面積(BET):1.20m2/g。
Si不浸透性:約100%
粉末導電率:20003.08μS/cm。
ガス発生:H2発生はなかった(方法a);圧増大はなかった(方法b)。
流動床ジェットミルにおけるソーラーシリコン製造からの粗Si破砕片の粉砕による先行技術に従って、シリコン粉末を製造した(粉砕ガスとして7バールにおいて90m3/時の窒素を用いたNetzsch−Condux CGS16)。
エタノール中、高希釈した懸濁液で粒度を決定した。
元素組成:Si ≧99重量%;C <0.1重量%;O 0.34重量%;N <0.1重量%。
粒度分布:単峰性;D10:2.23μm、D50:4.45μm、D90:7.78μm;(D90−D10)/D50=1.25;(D90−D10)=5.5μm。
比表面積(BET):2.4m2/g。
Si不浸透性:0%
粉末導電率:94.39μS/cm。
C被覆マイクロSi(乾式方法):
270.00gの実施例3からのシリコン粉末(D50=4.45μm)および30.00gのポリアクリロニトリル(PAN)を80rpmで3時間ボールミルローラーベッド(Siemens/Groschopp)によって機械的に混合した。
298.00gのSi/PAN混合物を石英ガラスボート(QCS GmbH)中に導入し、不活性ガスとして窒素/H2を用いてN型サンプル熱電対を備えているカスケード制御を用いて三ゾーン管状炉(TFZ12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:
第一加熱速度10℃/分、温度300℃、保持時間90分(ピッチは完全に溶解した)、N2/H2流速200mL/分;それから、加熱速度10℃/分、温度1000℃、保持時間3時間、N2/H2流速200mL/分で直接的にさらに炭化した。
冷却後、280.00gの黒色粉末を得て(炭化収率94%)、これを湿式篩分けによって大きなサイズを取り除いた。D99<20μmの粒度を有するC被覆Si粒子267.00gを得た。
図4は、得られたC被覆Si粒子のSEM画像(拡大倍率7500倍)を示し、図5は、TEM画像(拡大倍率40,000倍)を示す。
元素組成:Si ≧94重量%;C 5.01重量%;O 0.61重量%;N 0.3重量%。
粒度分布:単峰性;D10:2.35μm、D50:4.51μm、D90:8.01μm;(D90−D10)/D50=1.26。
比表面積(BET):1.3m2/g。
Si不浸透性:約100%
粉末導電率:50678.78μS/cm。
ガス発生:H2発生はなかった(方法a);圧増大はなかった(方法b)。
実施例4からのC被覆マイクロSiを含む本発明のアノード:
29.71gのポリアクリル酸(一定重量になるまで85℃で乾燥;Sigma−Aldrich、Mw 約450,000g/モル)および756.60gの脱イオン水をポリアクリル酸が完全に溶解するまで2.5時間振盪機(290/分)によって撹拌した。水酸化リチウム一水和物(Sigma−Aldrich)を、pHが7.0(WTW pH 340i pHメーターおよびSenTix RJDプローブにより測定)になるまで小分けして溶液に添加した。その後、溶液をさらに4時間振盪機によって混合した。
7.00gの実施例2からの非凝集炭素被覆シリコン粒子を、12.50gの中和したポリアクリル酸溶液および5.10gの脱イオン水中に、20℃で冷却しながら、4.5m/s(メートル/秒)の周速度で5分間、12m/sの周速度で30分間ディソルバーによって分散した。2.50gの黒鉛(Imerys、KS6L C)の添加後、混合物を、12m/sの周速度でさらに30分間撹拌した。脱気後、ギャップ高さ0.20mmを有するフィルムアプリケーター(Erichsen、モデル360)によって分散液を0.03mmの厚さを有する銅箔(Schlenk Metallfolien、SE−Cu58)に塗布した。それから、このように得られたアノード被膜を、50℃、空気圧1バールにおいて60分間乾燥した。
乾燥アノード被膜の平均基本重量は2.90mg/cm2であり、被膜密度は0.8g/cm3であった。
実施例5からのアノードを備える本発明のリチウムイオン電池:
電気化学試験を、二電極配置におけるボタン電池(CR2032型、Hohsen Corp.)で行った。実施例5からの電極被膜を対電極または負電極(Dm=15mm)として使用し、94.0%の含有率および14.8mg/cm2の平均基本重量を有するリチウム−ニッケル−マンガン−コバルト酸化物6:2:2をベースとする被膜(Custom Cells社から供給)を作用電極または正電極(Dm=15mm)として使用した。120μLの電解液で浸漬されたガラス繊維ろ紙(Whatman、GDタイプD)はセパレータ(Dm=16mm)としての機能を果たした。使用された電解液は、炭酸フルオロエチレンおよび炭酸エチルメチルの3:7(v/v)混合物中の1.0モル濃度溶液の六フッ化リン酸リチウムから成り、これに、ビニレンカーボネートの2.0重量%を添加した。グローブボックス(<1ppm H2O、O2)内に電池を作成し;使用された全成分の乾燥物質の含水量は20ppm未満であった。
電気化学試験を20℃で行った。電流が1.2mA/g(C/100に対応)未満または15mA/g(C/8に対応)になるまで、第一サイクルにおいて5mA/g(C/25に対応)およびその後のサイクルにおける60mA/g(C/2に対応)の定電流ならびに定電圧において4.2Vの電圧制限に達成時にcc/cv法(定電流/定電圧)により電池を充電した。3.0Vの電圧制限に達するまで、第一サイクルにおいて5mA/g(C/25に対応)およびその後のサイクルにおける60mA/g(C/2に対応)の定電流でcc法(定電流)により電池を放電した。選択された比電流は、正電極の被膜の重量に基づいていた。
実施例5および6の処方物を基礎として、リチウムイオン電池をアノードの部分的リチウム化されたセルバランスにより作動させた。
実施例3からの被覆されていないマイクロSiを含む本発明でないアノード:
実施例3からのシリコン粒子を実施例5に記載されているように使用してアノードを製造した。
このように製造されたアノード被膜の平均基本重量は2.94mg/cm2であり、被膜密度は0.9g/cm3であった。
比較例7からのアノードを備える本発明でないリチウムイオン電池:
被覆されていないシリコン粒子を含んでなる比較例7からのアノードを、実施例6に記載されているように試験した。
比較例7および8の処方物を基礎として、リチウムイオン電池をアノードの部分的リチウム化されたセルバランスにより作動させた。
20.00gの実施例1からのシリコン粉末(D50=5.27μm)を室温においてCarbolite GmbHのCVD反応器(HTR11/150)のガラス管に移動した。サンプルの導入後、プロセスガスでパージ処理を行った(10分 アルゴン 3slm(標準リットル毎分);3分 エテンおよびH2 各1slm、5分 アルゴン 3slm)。20K/分の加熱速度で、反応ゾーンを900℃まで加熱した。パージおよび加熱の間でも、管を回転(8/分の振動周波数で315°)して粉末を混合した。目標温度に達成時、10分間保持した。次のガス組成を用いて3.6slmの総ガス流速で30分の反応時間CVD被覆を行った:
2モルのエテン、0.3slm、8.33体積%;アルゴン 2.4slm、66.67体積%;H2 0.9slm、26体積%。
冷却後、15.00gの黒色粉末を得て(収率75%)、これを湿式篩分けによって大きなサイズを取り除いた。D99<20μmの粒度を有するC被覆Si粒子14.50gを得た。
図6は、得られたC被覆Si粒子のSEM画像(拡大倍率7500倍)を示し、図7は、TEM画像(拡大倍率20,000倍)を示す。
元素組成:Si ≧94重量%;C 2.54重量%;H <0.01重量%;O 0.10重量%;N <0.01重量%。
粒度分布:単峰性;D10:2.79μm、D50:5.26μm、D90:8.77μm;(D90−D10)/D50=1.44。
比表面積(BET):2.10m2/g。
Si不浸透性:約100%
粉末導電率:818267.37μS/cm。
ガス発生:H2発生はなかった(方法a);圧増大はなかった(方法b)。
凝集したC被覆マイクロSi(トルエンからピッチベース):
3.00gのピッチ(Petromasse ZL250M)を室温において100mLのトルエンに溶解し、24時間撹拌した。70.00gの実施例1からのシリコン粉末(D50=5.27μm)を超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル0.9;時間:60分)によってこのピッチ溶液中に分散した。溶媒を減圧下で除去した後に、70.00gの黒色粉末を得た。
69.00gのSi/ピッチ粉末を石英ガラスボート(QCS GmbH)中に導入し、不活性ガスとして窒素/H2を用いてN型サンプル熱電対を備えているカスケード制御を用いて三ゾーン管状炉(TFZ12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:
第一加熱速度10℃/分、温度350℃、保持時間30分、N2/H2流速200mL/分;それから、加熱速度3℃/分、温度550℃で直接的にさらに;加熱速度10℃/分、温度1000℃で直接的にさらに;それから保持時間2時間、N2/H2流速200mL/分で炭化した。
冷却後、68.00gの黒色粉末を得て(炭化収率98%)、これを湿式篩分けによって大きなサイズを取り除いた。D99<20μmの粒度を有するC被覆Si粒子5.00gを得た。
図8は、得られたC被覆Si粒子のSEM画像(拡大倍率7500倍)を示す。
元素組成:Si ≧93重量%;C 2.05重量%;H 0.02重量%;O 0.46重量%;N <0.01重量%。
粒度分布:単峰性;D10:3.61μm、D50:5.88μm、D90:9.29μm;(D90−D10)/D50=0.97。
比表面積(BET):1.33m2/g。
Si不浸透性:<1%。
粉末導電率:3413.97μS/cm。
凝集したC被覆マイクロSi(DMFからPANベース):
5.00gのポリアクリロニトリル(PAN)を、室温において333mLのジメチルホルムアミド(DMF)中に溶解した。8.00gの実施例3からのシリコン粉末(D50=4.45μm)を超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル0.9;時間:30分)によってこのPAN溶液中に分散した。B−295イナートループおよびB−296除湿装置(BUECHI GmbH)を備えたタイプB−290研究室用噴霧乾燥器(BUECHI GmbH)を用いて、得られた分散液を散布し乾燥した(ノズルチップ0.7mm;ノズルキャップ1.4mm;ノズル温度130℃;N2ガスフ流速30;アスピレーター100%;ポンプ20%)。7.57gの褐色粉末を得た(収率58%)。
6.86gのSi/PAN粉末を石英ガラスボート(QCS GmbH)中に導入し、不活性ガスとして窒素/H2を用いてN型サンプル熱電対を備えているカスケード調整を用いて三ゾーン管状炉(TFZ12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:
第一加熱速度10℃/分、温度300℃、保持時間90分、N2/H2流速200mL/分;それから、加熱速度10℃/分、温度1000℃、保持時間3時間、N2/H2流速200mL/分で直接的にさらに炭化した。
冷却後、4.86gの黒色粉末を得て(炭化収率71%)、これを湿式篩分けによって大きなサイズを取り除いた。D99<20μmの粒度を有するC被覆Si粒子4.10gを得た。
図9は、得られたC被覆Si粒子のSEM画像(拡大倍率7500倍)を示す。
元素組成:Si ≧75重量%;C 19.9重量%;O 3.08重量%;N 0.97重量%。
粒度分布:単峰性;D10:5.69μm、D50:8.98μm、D90:14.2μm;(D90−D10)/D50=0.95。
比表面積(BET):10.3m2/g。
Si不浸透性:約100%
粉末導電率:66714.85μS/cm。
比較例11からの凝集したC被覆マイクロSiを含む本発明でないアノード
比較例11からの凝集した炭素被覆シリコンマイクロ粒子を実施例5に記載されているように使用してアノードを製造した。
このように製造されたアノード被膜の平均基本重量は3.0mg/cm2であり、被膜密度は0.6g/cm3であった。
比較例12からのアノードを備える本発明でないリチウムイオン電池:
比較例12からの凝集した炭素被覆シリコンマイクロ粒子を含むアノードを、実施例6に記載されているように試験した。
比較例12および13の処方物を基礎として、リチウムイオン電池をアノードの部分的リチウム化されたセルバランスにより作動させた。
凝集したC被覆マイクロSiを含んでなる比較例12からのアノードの高密度化:
比較例12からの凝集した炭素被覆シリコンマイクロ粒子含むアノードを、一軸実験用成形機(L.O.T.)によって圧縮ダイで高密度化した。
このように製造されたアノード被膜の平均基本重量は3.0mg/cm2であり、被膜密度は0.9g/cm3であった。
比較例14からのアノードを備える本発明でないリチウムイオン電池:
凝集した炭素被覆シリコンマイクロ粒子を含んでなる比較例14からの高密度化アノードを、実施例6に記載されているように試験した。
比較例14および15の処方物を基礎として、リチウムイオン電池をアノードの部分的リチウム化されたセルバランスにより作動させた。
Claims (15)
- 非凝集炭素被覆シリコン粒子であって、1〜15μmの平均粒径d50を有し、いずれの場合にも炭素被覆シリコン粒子の総重量に対して、≦10重量%の炭素および≧90重量%のシリコンを含有する、非凝集炭素被覆シリコン粒子。
- 前記非凝集炭素被覆シリコン粒子が、≦40%の凝集度(篩分け分析によって決定)を有することを特徴とする、請求項1に記載の非凝集炭素被覆シリコン粒子。
- 前記非凝集炭素被覆シリコン粒子の炭素被膜が、1〜100nmの範囲の平均層厚さ(決定方法:走査型電子顕微鏡(SEM))を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の非凝集炭素被覆シリコン粒子。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の炭素被覆シリコン粒子の製造方法であって、
a)シリコン粒子および1つ以上の溶融可能炭素前駆体を含んでなる混合物を、前記溶融可能炭素前駆体が完全に溶融するまで、<400℃の温度まで加熱し、次いで、このように得られた前記溶融炭素前駆体を炭化する、乾燥法;または
b)シリコン粒子を1つ以上の炭素前駆体を用いて炭素で被覆するCVD法であって、前記CVD法の実施中に前記粒子を撹拌し、かつ前記CVD法を、雰囲気の総体積に対して、0.1体積%〜80体積%の程度まで炭素前駆体を含有する雰囲気中で行う、CVD法、
による、方法。 - 前記非凝集炭素被覆シリコン粒子の製造用の反応物として使用される前記シリコン粒子が、1μm以上かつ15μm未満の直径パーセンタイル値d50を有する体積基準粒度分布を有することを特徴とする、請求項4に記載の炭素被覆シリコン粒子の製造方法。
- 前記非凝集炭素被覆シリコン粒子の体積基準粒度分布d50と、前記非凝集炭素被覆シリコン粒子の製造用の反応物として使用される前記シリコン粒子の体積基準粒度分布d50との差が、≦5μmであることを特徴とする、請求項4または5に記載の炭素被覆シリコン粒子の製造方法。
- 1つ以上の炭素前駆体を、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、イソブタン、ヘキサン、エチレン、プロピレン、ブテン、アセチレン、ベンゼン、トルエン、スチレン、エチルベンゼン、ジフェニルメタン、ナフタレン、フェノール、クレゾール、ニトロベンゼン、クロロベンゼン、ピリジン、アントラセン、およびフェナントレンを含む群から選択されることを特徴とする、請求項4〜6のいずれか一項に記載の炭素被覆シリコン粒子の製造方法。
- 前記CVD法を、雰囲気の総体積に対して、1体積%〜30体積%の程度まで炭素前駆体を含有する雰囲気中で行うことを特徴とする、請求項4〜7のいずれか一項に記載の炭素被覆シリコン粒子の製造方法。
- ポリアクリロニトリル、単糖類、二糖類および多糖類、ポリアニリン、ポリスチレン、ピッチならびにタールを含む群から選択される1つ以上の溶融可能炭素前駆体を使用することを特徴とする、請求項4〜6のいずれか一項に記載の炭素被覆シリコン粒子の製造方法。
- 非凝集炭素被覆シリコン粒子であって、1〜15μmの平均粒径d50を有し、いずれの場合にも、請求項4〜9のいずれか一項に記載の方法により得ることができる炭素被覆シリコン粒子の総重量に対して、≦10重量%の炭素および≧90重量%のシリコンを含有する、非凝集炭素被覆シリコン粒子。
- 1つ以上のバインダー、必要に応じて黒鉛、必要に応じて1つ以上のさらなる導電性成分および必要に応じて1つ以上の添加剤を含んでなるリチウムイオン電池用アノード材料であって、請求項1〜3または請求項10のいずれか一項に記載の炭素被覆シリコン粒子が1つ以上存在することを特徴とする、アノード材料。
- カソード、アノード、セパレータおよび電解液を含んでなるリチウムイオン電池であって、前記アノードが請求項11に記載のアノード材料をベースとすることを特徴とする、リチウムイオン電池。
- フル充電された前記リチウムイオン電池の前記アノード材料が部分的にのみリチウム化されていることを特徴とする、請求項12に記載のリチウムイオン電池。
- 前記フル充電された電池の前記部分的にリチウム化されたアノード材料中のシリコン原子に対するリチウム原子の比が、≦2.2であることを特徴とする、請求項13に記載のリチウムイオン電池。
- 前記リチウムイオン電池の前記アノード材料中のシリコン容量が、シリコンのグラム当たりの最大容量4200mAhに対して、≦50%の程度まで利用することを特徴とする、請求項13または14に記載のリチウムイオン電池。
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