JP2021038114A - シリコン素材及びそのシリコン素材を含むリチウムイオン電池 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン素材の体積変化を吸収し、金属製物質の少ない植物性原料からシリコン素材及びそのシリコン素材を含むリチウム二次電池を提供することにある。
【解決手段】植物性原料を粉砕してシリカ源を得る前処理工程と、シリカ源を燃焼しシリカを抽出する燃焼工程と、燃焼工程で得られた燃焼物から炭素を除去する精製工程と、を含み、燃焼工程は、チャンバー内に燃焼用ガスを供給し、チャンバー内の前記シリカ源をプラズマ雰囲気において加熱する加熱工程により製造された非結晶シリカを使用し、その非結晶シリカを前駆体とし、炭素成分を除去し生成したシリコンを中心に含み、そのシリコンと炭素の間に空間３１４を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２６

Description

本発明は、植物性原料から効率よく非結晶性の微粒子を抽出し、その微粒子からシリコン等の負極活性物質に適したシリコン素材及びそのシリコン素材を含むリチウム二次電池に関するものである。

従来から微粒二酸化ケイ素としてのシリカは一般的な粉体と比べた場合、吸水性が低い。これを利用して、アイシャドーやファウンデーションといった化粧品において湿気による固形化を防ぐ役割として使用されるほか、安定化などの目的でクリームや乳液に使用されている。また、二酸化ケイ素は、純度の高いシリコンを使用した電池材料の負極材にも使用されてきている。

このシリカの内、結晶性シリカは有害性物質であることが知られているが、非結晶シリカは、有害物質に指定されておらず、化粧品、食品（サプリメントを含む）、あるいは農業用肥料並びに飼料（家畜用及び愛がん動物用）の用途に利用し得るものである。

例えば、特許文献１には、シリコンを負極活性物質として含むリチウム二次電池の発明が開示されており、詳細には、微粒子は、結晶子及び粒子の一方を ２個以上含む結晶金属、又は、結晶子及び粒子の両方を 含む結晶金属であるコアと、コアの表面を被覆する非結晶金属酸化物被膜と、から構成されるコアシェル構造を有する負極活性物質に関する発明である。

例えば、特許文献２には、炭素系負極活物質と、多孔性ＳｉＯｘ粒子 （０≦ｘ＜２）とを含んでなり、前記多孔性ＳｉＯｘ粒子が、表面にコーティングされた酸化膜層を含んでなり、前記多孔性ＳｉＯｘ粒子が、多孔性Ｓｉ粒子であり、前記酸化膜層の厚さが、４０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、前記多孔性ＳｉＯｘ粒子の比表面積が、５ｍ２／ｇから５０ｍ２／ｇであることを特徴とする、負極活物質に関する発明である。

特開２０１９−４３８２１号公報 特開２０１８−１２０８６６号公報

上述したようにシリコン系負極活物質は、従来から高い容量を表すものと知られており、シリコンを負極材として採用するリチウム二次電池が多くなってきている。
しかしながら、充放電を繰り返すリチウム二次電池は、最大４００％以上の体積変化を引き起こし、シリコン材料内での電子の行き来が阻害されることになり、また、時にはシリコン粒子が破壊され要因ともなる。そのため、従来例のようなシリコンの体積変化を吸収する必要があった。

また、従来のシリコンを代表とする微粒子は、鉱物又は砂等のＳｉＯ_２から生成される材料が多く、製造工程の際の残留物として金属性の成分を多く含んでいる材料が多かった。そのため、金属性の残留物を除去する手間を多く必要としてきた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、シリコン素材の体積変化を吸収し、金属製物質の少ない植物性原料からシリコン素材及びそのシリコン素材を含むリチウム二次電池を提供することにある。

植物性原料から生成した非結晶シリカを前駆体とし、炭素成分を除去し生成したシリコンを中心に含み、そのシリコンと炭素の間に空間を備えたことを特徴とする。

以上の特徴により、本発明は、シリコンが膨張しても空間により膨張を吸収することが可能である。

実施形態のシリカの生成の工程を示す図である。 実施形態の実施例１のプラズマ装置の構成を示す概要図である。 実施形態の実施例２のプラズマ装置の構成を示す概要図である。 実施形態の実施例７の乾燥装置の構成を示す概要図である。 実施形態の製造工程における熱の温度とシリカの理論収率との関係を示す図である。 実施形態の実施例４の高周波誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。 実施形態の実施例４の高周波誘導加熱装置の構成を示す概要図である。 実施形態の実施例４の高周波誘導加熱装置の一部を現す断面図である。 実施形態の実施例４の高周波誘導加熱装置の一部を現す概要図である。 実施形態の実施例４の高周波誘導加熱装置の一部を現す概要図である。 実施形態の実施例３のプラズマ装置の構成を示す概要図である。 実施形態の実施例５の高周波誘導加熱装置の一部を現す概要図である。 実施形態の実施例６のマイクロ波誘導加熱装置の一部を現す概要図である。 実施形態の誘導加熱装置により炭素源を燃焼させた様子を説明する説明図である。 実施形態の実施例９のシリコンの生成工程を示す図である。 実施形態の実施例１０のシリコンの生成工程を示す図である。 実施形態の実施例１０のシリコンを生成するプラズマ装置の構成を示す概要図である。 実施形態の実施例１１のシリコンを生成するプラズマ装置の構成を示す概要図である。 実施形態の製造方法により製造されたシリコンの電子顕微鏡写真である。 実施形態の製造方法により製造されたシリコンの透過した走査透過電子顕微鏡写真である。 実施形態の製造方法により製造されたシリコンの電子顕微鏡写真である。 実施形態の製造方法により製造されたシリコンの透過した走査透過電子顕微鏡写真である。 実施形態の製造方法により製造されたシリコンの電子顕微鏡写真である。 実施形態の製造方法により製造されたシリコンのＸ線回折のスペクトルである。 実施形態の製造方法により製造されたシリカの電子顕微鏡写真である。 実施形態の実施例１２の微粒子の構造を現す概要図である。

本発明にかかるシリコン素材及びそのシリコン素材を含むリチウム二次電池に関するものである。図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。

＜植物性原料＞
実施例１又は実施例７によってシリカ１９を製造する植物性原料９について説明する。本発明は、食物の残渣や廃棄される植物性原料９を使用して最終生成物である非結晶性のシリカを製造する。植物性原料９は、植物や木材等を使用するが、特に植物を収穫した際の残渣等の廃棄される植物性原料９を、原料として使用すれば安価に、原料を入手することが可能である。

表１は、植物性原料９の成分表である。表１は、最も左に示す原料を構成する成分の割合を以下右に百分率で示している。例えば、稲わらは、炭素（Ｃ）が３７．４％、窒素（Ｎ）が０．５３％、リン（Ｐ）が０．０６％、リン酸（Ｐ_２Ｏ_５）が０．１４％、カリウム（Ｋ）が１．７５％、カリ（Ｋ_２Ｏ）が２．１１％、カルシウム（Ｃａ）が０．０５％、マグネシウム（Ｍｇ）が０．１９％及びナトリウム（Ｎａ）が０．１１％となっている。

ここで、植物由来のケイ素含有の多孔質の植物性原料９は、低温（８００℃以上且つ１１５０℃以下）にて燃焼させることにより図６に示すように、非結晶の状態によりシリカ（ＳｉＯ２）の抽出が可能である。植物性原料９は、細胞が軸に沿って規則正しく配列し、細胞壁にケイ酸が沈積して肥厚している構造のものが多くある。
ケイ化細胞列の間には圧縮された狭い細胞列があり、炭素化後に燃焼物を除去することにより高い比表面積を有するシリカ１９を得ることが可能である。上述したように植物性原料９は、シリカ（ＳｉＯ２）が１３％以上且つ３５％以下と多くケイ素が含まれるものが適している。

ケイ素が比較的多く含まれる植物性原料９の例として表１に示しているが、稲わらの他に、小麦わら、大麦わら、米ぬか、もみ殻、そばわら、大豆わら、サツマイモのつる、カブの葉、ニンジンの葉、トウモロコシの稈、サトウキビ梢頭部、ヤシ粕、ピーナッツ殻、みかんの皮、レッド杉のおがくず、カラ松の樹皮及び銀杏の落ち葉がある。その他、残渣ではなく植物そのものを使用しても良く。

例えば、竹は、繊維素がセルロース、ヘミセルロース、リグニンで構成され、ミネラルが鉄、マグネシウム、カルシウム、マンガン、銅、ニッケル等から構成されているため。 また、竹又は竹の葉には焼成すると、シラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）が抽出され、焼成の過程でＳｉＯ４となって抽出される。

表２、３は、本発明にて、上述した表１の植物性原料９の内、シリカを製造する方法で最も適している植物性原料の成分組成表である。表２は、原料を構成する成分の割合を百分率で示している。例えば、水分が８％〜１０％、灰分が１５％〜１０％、脂質が０．１％〜０．５％、リグニンが１８％〜２５％、ヘミセルロースが１６％〜２０％、セルロースが３０％〜３５％及びその他が５％〜１０％である。このように、燃焼物となる有機質の 主な成分は、リグニン、ヘミセルロース、セルロースである。

表３は、表２に示す植物性原料９の無機質の化学成分である。表２に示す植物性原料９は、セルロース等の有機質が８０ｗｔ％であり、無機質は２０ｗｔ％である。表３の無機質の化学成分は、ＳｉＯ_２が９２．１４ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３が０．０４ｗｔ％、ＣａＯが０．４８ｗｔ％、Ｆｅ_２Ｏ_３が０．０３ｗｔ％、Ｋ_２Ｏが３．２ｗｔ％、ＭｇＯが０．１６ｗｔ％、ＭｎＯが０．１８ｗｔ％、Ｎａ２Ｏが０．０９ｗｔ％となっている。表２に示す植物性原料９は、無機質にシリカ（ＳｉＯ_２）が多く含まれている。

（実施例１）
＜プラズマ装置１＞
実施例１のプラズマ装置１０について図２を参照し説明する。本実施例は、後述する製造工程の燃焼工程Ｓ３を示している。図２は、実施例１のプラズマ装置１０の構成を示す概要図である。プラズマ装置１０は、主に、燃焼用ガス６、コントロール装置２０、チャンバー１、真空ポンプ３０から構成されている。尚、乾燥工程Ｓ２は、燃焼工程Ｓ３と兼ねても良い。

ガスボンベに収められる燃焼用ガス６は、主に空気又は酸素を使用したが、その他に空気又は酸素にヘリウム、ネオン、窒素等を混合したガスが挙げられる。燃焼用ガス６は、導入管７からガス量コントロール装置２１を経由し、チャンバー１に充填が可能である。ガス量コントロール装置２１は、燃焼用ガス６の流量を調整することが可能である。

チャンバー１は、制御弁２２と接続され、真空ポンプ３０によりチャンバー１内を真空状態に減圧が可能である。チャンバー１に接続され、チャンバー１内に燃焼用ガス６を導入している。制御弁２２とチャンバー１との間には、チャンバー１内の真空状態を大気圧に開放するリーク弁２３が設けられている。また、チャンバー１内の空気を導入する導出管８と真空ポンプ３０との間にも制御弁１４と、チャンバー１内の真空状態を大気圧に開放するリーク弁１５とが設けられている。

また、温度制御装置２４は、高周波電源４を制御し、チャンバー１内の温度保持や保持時間等を管理している。本実施例１のプラズマ装置１０は、真空状態に近い低圧下に、作動ガスとして、上述した燃焼用ガス６を充填し、電極間であるカソード２及びアノード３間に高電流を流し、アーク放電により熱プラズマを得る方法である。このカソード２及びアノード３間には、カーボン製のるつぼ５が設置され、そのるつぼ５には上述した植物性原料９が入っている。植物性原料９は、アーク放電による熱プラズマにより８００℃から１１５０℃の温度帯の加熱により、１０〜３０分程度でシリカ１９が抽出される。

（実施例２）
＜プラズマ装置２＞
実施例１の他の変形例のプラズマ装置１００について図３を参照し説明する。本実施例は、後述する製造工程の燃焼工程Ｓ３を示している。図３は、プラズマ装置１０と同じ構成を示す箇所には同じ符号を付し、同じ構成の箇所は説明を省略する。

プラズマ装置１００は、主に、燃焼用ガス６、コントロール装置２０、チャンバー１、真空ポンプ３０から構成されている。主にプラズマ装置１００と異なる箇所は、熱プラズマを得る方法として、プラズマ用の燃焼用ガス６を流し、４ＭＨｚの高周波磁場を高周波電源３２から高周波コイル３１に印加することにより、熱プラズマを発生している点である。植物性原料９は、アーク放電による熱プラズマにより８００℃から１１５０℃の温度帯の加熱により、１０〜３０分程度でシリカ１９が抽出される。

以上のようなプラズマ装置１０、１００、２００を使用することにより熱分解が困難なリグニンであっても分解が可能である。また、シリカ１９は絶縁性が高いが、プラズマ装置１０、１００、２００の高周波の交流を印可させることにより、絶縁であるシリカ１９（ＳｉＯ２）が分解可能であり、微細な非結晶のシリカが抽出可能である。
上述したプラズマ装置の他にバリヤ放電、コロナ放電、パルス放電及び直流放電型により熱プラズマを得る方法がある。

（実施例３）
実施例３のプラズマ装置１００Ａについて図１１を参照し説明する。図１１は、プラズマ装置１０及びプラズマ装置１００と同じ構成を示す箇所には同じ符号を付し、同じ構成の箇所は説明を省略する。

プラズマ装置１００Ａは、実施例２と同様な誘導結合型プラズマトーチによる熱プラズマである。プラズマ装置１００Ａは、高周波誘導加熱にて炭素素材を得る方法として、酸化させないように燃焼用ガス６を流し、３ＭＨｚの高周波磁場を高周波電源３２から高周波コイル３１に印加することにより、高周波の交流の誘導加熱による燃焼を行っている点である。植物性原料９は、熱プラズマにより８００℃から１１５０℃のの温度帯の加熱により、１０〜３０分程度で燃焼される。

移動ロッド１２５は、上下に移動が可能である。図１１に示すように、アルゴンガスと燃焼用ガスを混合した燃焼用ガス６又は水素ガス混入した燃焼用ガス６は、誘導加熱により、約１万℃まで昇温され、数十ｍ／ｓ以下の流速にて噴射し、導出管８からガスを導出している。また、導出管８の他に急冷するための急冷ガスを導出管８附近から噴出させてから導出管８から導出させても良い。

また、プラズマ装置１００Ａは、内部の温度が高いため、水冷装置として水冷２重管１２１が採用されている。プラズマ装置１００Ａは、冷たい不導体水を給水管１２３ａから供給し、高温の不導体水を排水管１２３ｂにより回収して内部の温度上昇を抑えている。

主にプラズマ装置１００と高周波誘導加熱にてシリカ１９を得る方法は同じであるが、異なる箇所は、上昇ロッド１２５を備えている点が異なっている。図１１に示すように、トーチは、炎型の温度分布（Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ）を示している。例えば、後述する乾燥工程Ｓ２の３００℃から４００℃に必要な領域は、Ｔｃを示し、移動ロッド１２５はＰｃの位置に到達すると、３００℃から４００℃の温度で乾燥工程Ｓ２が可能である。

また、後述する燃焼工程Ｓ３の８００℃から１１５０℃に必要な領域は、Ｔｂを示し、移動ロッド１２５はＰｂの位置に到達すると、８００℃から１１５０℃の温度で燃焼工程Ｓ３が可能である。更に、１１５０℃以上の温度でシリカの分解が必要な場合等の燃焼工程Ｓ３が必要な領域は、Ｔａを示し、移動ロッド１２５はＰａの位置に到達すると、１１５０℃以上の温度で乾燥工程Ｓ２又は燃焼工程Ｓ３が可能である。このように、プラズマ装置１００Ａは、移動ロッド１２５の設置の位置により温度の調整が可能であるため、一台の装置で様々な製造工程に対応が可能となる。

また、プラズマ装置１０、１００、１００Ａの装置における熱プラズマにより加熱された燃焼用ガス６、２１７が流れており、植物性原料や燃焼する対象は瞬時に蒸発・ガス化される。植物性原料９等の燃焼する対象は、核生成及び凝縮が行われ、急激な急冷の工程によりナノ粒子における化学反応が行われる。そのため、ナノ粒子化や化学反応を短時間で行うことができるため量産化に優れている。
以上のようなプラズマ装置１０、１００、１００Ａを使用することにより熱分解が困難なリグニン又はその他の不純物等であっても分解が可能である。

上述したプラズマ装置１０、１００、１００Ａは、高周波誘導結合型プラズマトーチであり、酸化雰囲気や還元雰囲気を自由に選択可能である。
上述したプラズマ装置１０、１００、１００Ａは、交流の高周波高電圧を印加すると、ケイ素等の絶縁体を通すことで電極間にフィラメント状のプラズマが時間的、空間的にランダムに発生する。非結晶のシリカ１９が形成される。また、コロナ放電により電極から放出される電子は、チャンバー１内や植物性原料の電子や分子に衝突することで、励起や解離やイオン化が起こる。

このような高エネルギーの空間では、気相反応が起こり、特に燃焼用ガス６、２１７化に、若干量の反応性ガスを混ぜることにより、−ＯＨ（ヒドロキシル基）、−ＣＨＯ、−Ｃ＝Ｏ（カルボニル基）、−ＣＯＯＨ（カルボキシル基）などの官能基が生成され、親水性が付与される。

（実施例４）
本実施例は、図６から図１０を参照し、上述したシリカ１９を製造する高周波誘導加熱装置２００について説明する。高周波誘導加熱装置２００は、磁場を生成し交流の高周波の誘導加熱により、導体である被加熱対象を加熱する装置である。被加熱対象は、後述するカーボンで形成した収納箱２０５である。

高周波誘導加熱装置２００は、主に量産が可能なように、透視可能な石英管２０３の内部に植物性原料である植物性原料９を収容するカーボン又はカーボンの複合材料により形成した複数の収納箱２０５を設けている。この高周波誘導加熱装置２００は、コイル２４３に交流の高周波電流を流すと、交番磁束が導体を貫通し、高密度の渦電流が流れ、そのジュール熱で導体が急速に加熱される。

そのため、植物性原料９の中にシリカ（ＳｉＯ_２）等の絶縁物があっても磁束が透過し植物性原料９が導電し、植物性原料９自体も加熱され、また加熱が加速し短時間で燃焼することができる。また、シリカ（ＳｉＯ_２）１９等の絶縁物自体は、交番磁束を貫通させるため植物性原料９自体は、収納箱２０５からの加熱のみであり、また溶融する温度ではないため、そのまま残り、シリカ（ＳｉＯ_２）１９等の多くの絶縁物が残る。

先ず、図６及び図７を参照し、高周波誘導加熱装置２００について説明する。左フランジ２３１と右フランジ２３２の間に透明な円柱状の石英管２０３を設けている。左右のフランジ２３１、２３２により、石英管２０３の内部を真空状態や低圧状態に保つことが可能なように密封及び開放が可能である。

また、石英管２０３は、左右のフランジ２３１、２３２の開放された一方から脱着可能である。左右のフランジ２３１、２３２は、水冷式の冷却機能を備えている。
尚、石英管２０３は、左右のフランジ２３１、２３２の両側から挟み込むように脱着及び固定する方法であっても良い。

図７に示すように右フランジ２３２は、燃焼用ガス２１７や燃焼用ガス２１８の流量を制御する制御弁２２４と接続される配管と接続され、燃焼用ガス２１７又は燃焼用ガス２１８を石英管２０３の内部に満たすことが可能である。また、右フランジ２３２は、低真空圧力計２１９と接続し、左フランジ２３１は、フィルタ２２１を経由し、圧力制御バルブ２２２や制御弁２２４と接続している。

また、制御弁２２４は、工程に応じ温度条件や燃焼時間に応じて燃焼用ガス２１７又は燃焼用ガス２１８を切り替えて石英管２０３内に流入することが可能である。
制御装置２１０は、圧力制御バルブ２２２や制御弁２２４と接続したドライポンプ２２３により、石英管２０３の内部の圧力を制御している。

高周波コイル２４０は石英管２０３の周囲を取り囲むように形成され、コイル２４３が支持されるコイル支持具２４２が駆動装置１（２１４）に固定されている。その駆動装置１（２１４）は、レール２３６に沿って、Ｘ、−Ｘ方向へ移動を行う。駆動装置１（２１４）は、モータが使用されている。尚、モータの替わりにリニヤ駆動等であっても良い。

高周波コイル２４０は、Ｘ、−Ｘ方向への移動が可能である点が異なり、一度設置すれば植物性原料９を収容する複数の収納箱２０５を順次燃焼させることが可能であるため、一度に多くの植物性原料９を燃焼させることが可能である。また、高周波コイル２４０は、コイル２４３の近傍にコイル２４３から発する電磁波の影響を少なくするため遮蔽板２４１を備えている。

高周波誘導加熱装置２００は、燃焼用ガス２１７を流し、２０ＫＨｚの高周波磁場を高周波電源２１２から高周波コイル２４０に印加することにより、図５に示すように高周波誘導加熱により、８００℃以上且つ１１５０℃以下で比較的大きな収率が得られた。燃焼用ガス２１７は、燃焼時に直物性原料９から発生するガスが石英管２０３内に留まらないように燃焼用ガス２１７を流して、発生したガスを収集する役割と酸化させないようにする役割とを有している。

以上のような高周波誘導加熱装置２００は、高周波コイル２４０と燃焼用ガス２１７を使用することにより熱分解が困難なリグニンであっても燃焼時において導電性が付与されてきた場合に、自身も発熱するため速く分解が可能である。また、高周波誘導加熱装置２００は、製造工程においてガス等の燃焼とは異なり、温度管理が簡単であると同時に、毒性のある物質等が発生しない点、また急速加熱（昇温速度１０℃／分から１００℃／分程度まで調整可能である）が可能である点、短時間で温度を上げて均一に燃焼させることができる点等により、短時間で多量に量産化するには最適である。

高周波電源２１２は、コイル２４３や電源を冷却するための水冷の冷却装置２１３が設けられている。また、石英管２０３内にて燃焼時に発生するタール成分等がドライポンプ２２３に影響を及ぼさないために、不織布、綿、紙等で形成したフィルタ２２１を設けている。

また、図６に示す温度制御装置２１１は、図７に示すように熱電対２３５が各々の収納箱２０５に近接して設けられている。従って、これら温度制御装置２１１から得られた情報により制御装置２１０は、所望する温度により燃焼させることが可能である。特に温度により収率が異なるために温度管理が重要である。

電気炉２５０は、石英管２０３の周囲を取り囲むように形成され、駆動装置２（２１６）に固定されている。その駆動装置２（２１６）は、レール２３６に沿って、Ｘ、−Ｘ方向へ移動を行う。駆動装置２（２１６）は、モータが使用されている。尚、モータの替わりにリニヤ駆動等であっても良い。

電気炉２５０は、ジュール熱を利用するような、備えられる発熱体からの熱により１２００℃近くまで温度を上げることが可能であり、燃焼用ガス２１８を供給しながら石英管２０３内を清掃することが可能である。また、燃焼用ガス２１８は燃焼の支援用として用いられ、燃焼用ガス２１８は空気等の気体が考えられる。

尚、電気炉２５０は、電磁誘導電流を利用する低周波誘導炉、渦電流を利用する高周波誘導炉、孤高の高熱を利用するアーク炉等でも良い。また、電気炉２５０は、燃焼用ガス２１８である酸素を供給し、燃焼することによりＣＯ_２として除去し、本来透明である石英管２０３に付いた燃焼物を除去し清掃することが可能である。そうすることにより、高周波コイル２４０による、石英管２０３の内部の表面に付いた燃焼した燃えカスを除き、磁場が透過しやすくすることが可能である。

次に、図７から図１０を参照し、石英管２０３及び収納箱２０５について説明する。図９及び図１０に示すように、収納箱２０５は、植物性原料９を収納するように上端が開放した箱状に炭素材料により形成されている。特に、高周波誘導加熱装置２００は、上述したプラズマ装置１０、１００に比較して多くの量を燃焼できるように収納箱２０５を複数個設けている。

また、図１０（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、収納箱２０５は筐体２５７と同じカーボン製の蓋２５５が設けられている。蓋２５５は、燃焼時に植物性原料９の有機物から発生するガスや水蒸気による突沸等による植物性原料９の飛散を防ぐためである。蓋２５５は、ガスや水蒸気等を逃がすためにガス抜き孔２５６が４隅に設けられている。

収納箱２０５は、蓋２５５の下方に、ステンレス製の網２５８を更に設けても良い。網２５８は、植物性原料９の周囲を覆うように設けても良く、また植物性原料９の上方だけ覆うよういにしても良い。網２５８は、飛散を抑え、更に燃焼用ガス２１７が通過すると共に誘導加熱による熱を上方から伝えやすくする効果もある。

図１０（Ａ）に示すように、収納箱２０５は、近傍に複数設けることにより燃焼用ガス２１７が流れる方向から順番に加熱すると、加熱された燃焼用ガス２１７が隣の収納箱２０５に収められた植物性原料９を温め、植物性原料９が予め乾燥される。そのため、収納箱２０５の２個目以降は燃焼時間が１個目よりも短くすることができる。また、植物性原料９から発生するガスによって突沸するようなことはない。

表面に４隅に棒状の片が突出した上端片部２０８と、裏面に両端の上方に突出した片状の下端片部２０７を複数設けた載置台２０６に、収納箱２０５は固定される。収納箱２０５は、下方の上端片部２０８と同じ位置に、上端片部２０８の片が挿入することが可能な穴が設けられ、その穴に上端片部２０８が嵌合し、収納箱２０５は載置台２０６に固定される。

収納箱２０５を固定した載置台２０６は、土台２０２に設けられた溝である土台溝２０４に沿って下端片部２０７を嵌合させ土台２０２に載置される。土台溝２０４は、収納箱２０５をずらして設置できるように、幅方向にＹ１分ずらして複数本設けられている。また、収納箱２０５は、幅方向だけでなく、図７に示すようにＸ方向に所定間隔Ｘ１離間させて設けられている。

図７及び図８に示すようにＹ１方向又はＸ方向に収納箱２０５を離間させることにより、加熱による燃焼の際に、燃焼する目標以外の収納箱２０５が影響を受けることを極力防ぐようにしている。また、土台２０２は、温度制御を可能にするため、土台溝２０４の近傍に熱電対が固定できる空間となる熱電対収納スペース２０９を確保している。

図８に示すように、石英管２０３は、透明な石英で形成した外径が１２５ｍｍ程度の円形の筒状に設けている。また、載置台２０６は、石英管２０３の内部の中心より下方に収納箱２０５を設置できる幅に形成されている。

高周波誘導加熱装置２００は、炭素を得るように構成されているが、温度条件によりバイオマス材料からケイ素を含むシリカの抽出を行うことも可能であり、特に非結晶シリカを製造することも可能である。また、上述した乾燥工程Ｓ２だけでなく燃焼工程Ｓ３も電気炉２５０により可能である。そのため、同一の装置で様々な工程を温度管理しながら行うことが可能である。高周波誘導加熱装置２００は、温度速度勾配や温度を高周波の出力を変えることにより自由に可変することが可能であるため、様々な原料に対応可能である。

以上の高周波誘導加熱装置２００は、熱を与える部分である高周波コイル２４０又は電気炉２５０が移動し、収納箱２０５に収められる植物性原料９に熱を与えるため、原料が移動するコンベア式と比較し、圧力制御が可能な空間内を容易に作り上げることができる。また、コンベア式は、コンベア等に必要な油分との化学反応が懸念され、不純物が混ざる要因ともなる。また、コンベア式と比較し、高周波誘導加熱装置２００は、燃焼用ガスの混入等の装置が複雑になる等のコストが掛かる心配もない。高周波誘導加熱装置２００は、石英管２０３の外部に設けられているため、外からの点検、整備作業も容易である。

また、１つの装置で、後述する乾燥工程Ｓ２又は燃焼工程Ｓ３の工程に使用することも可能である。更に、高周波誘導加熱装置２００は、温度条件を変えれば、他の物質も製造することも可能である。以上のように高周波誘導加熱装置２００は、多機能な装置であるために生産効率だけでなく多用途にも応用が可能である。

尚、高周波誘導加熱装置２００は、載置台２０６を一台にし、石英管２０３の長さも一台にしたコンパクトな高周波誘導加熱装置２００であっても良い。これにより一台１０分定で燃焼工程Ｓ２は完了するので、台数を多くすることにより大量生産が可能である。

（実施例５）
実施例５の高周波誘導加熱装置２００Ａについて図１２を参照し説明する。図１２は、実施例４の高周波誘導加熱装置２００と同じ構成を示す箇所には同じ符号を付し、同じ構成の箇所は説明を省略する。

高周波誘導加熱装置２００Ａは、シリコンを製造するにあたって３０００℃以上の加熱が可能なように、水冷装置として水冷２重管２６３が採用されている。高周波誘導加熱装置２００Ａは、冷たい不導体水を給水管２６２ａから供給し、高温になった不導体水を排水管２６２ｂにより回収して内部の温度上昇を抑えている。また燃焼用ガス１７ａは、カーボン製の収納るつぼ２６５に載置された植物性原料９の上方に、孔の空いた蓋２６７から排出される有機物の燃焼の際に発生するガスを含んだ排気ガス２１７ｂ等を回収する排出管が設けられている。

（実施例６）
実施例６のマイクロ波誘導加熱装置２００Ｂについて図１３を参照し説明する。マイクロ波誘導加熱装置２００Ｂは、３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数の電磁波２７３を照射するマイクロ波発生装置２７２を設け、マイクロ波を遮蔽する筐体内に、セラミック収納箱２７４に植物性原料９を収納する。マイクロ波誘導加熱装置２００Ｂは、植物性原料９に含まれる水分及び誘導体をマイクロ波によって振動させる誘導加熱により加熱する。

特に、図１４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、マイクロ波誘導加熱装置２００Ｂは、Ｈ２Ｏ等の水分２６を含んだ植物性原料９がシリカ１９となる場合に、自己が発熱するために、熱効率が良く、水分を含んだ有機物は徐々に小さくなり燃焼させる。また、直物性原料９は、空気孔や水分を運ぶ基幹あるため、特に水を多く含んだ植物性原料９は、マイクロ波誘導加熱装置２００Ｂによる加熱・分解に最適である。
高周波誘導加熱装置２００、２００Ａ、２００Ｂによる効果は、自己又は誘導体や導体が発熱するため、熱効率が良く、昇温速度が速い点が挙げられる。また、高周波誘導加熱装置２００、２００Ａ２００Ｂは温度管理が容易である。

（実施例７）
＜乾燥装置＞
図４は、上述したプラズマ装置１０、１００により植物性原料９から不純物を除去して高純度のシリカ１９を抽出する乾燥装置４０の例である。本実施例は、後述する製造工程の乾燥工程Ｓ２を示している。
加熱炉４２を２０００℃近くまで高温に加熱することが可能である。大型るつぼ５０には、シリカ１９を入れ酸素雰囲気で空気が流れる状態にし、３００℃程度の温度で２時間程度の加熱及び乾燥の処理を行う。

（実施例８）
＜シリカ生成のプロセスフロー＞
図１を参照し、ナノレベルのシリカ１９を製造する方法について実施例１から実施例７の製造装置を使用し、ナノレベルのシリカ１９の製造工程を説明する。図１は、実施形態のシリカ１９を製造する工程を示すプロセスフローを示す図である。
先ず、植物性原料９をミル機等により細かく粉砕する。ここで、粉砕方法は、ミル、ミキサー、グラインダー等が挙げられる。

次に、シリカを多く含む植物性原料９は、炭水化物の除去のみならず、アルカリ金属等の不純物が多く含まれている。そのため、本発明では前処理工程（Ｓ１）にて、強酸を使用すると環境や人的な負荷や強酸使用後の処理に負担がかかるため、環境又は人的な負荷の少ない有機酸を使用して植物性原料９の中にある炭水化物並びにアルカリ金属不純物の分解及び溶出を行う。その後、純水等で有機酸や溶出した不純物を洗い流す洗浄処理を行い、１００℃程度の熱風による乾燥後に上述した燃焼工程（Ｓ３）の処理を行い高純度の非結晶性のシリカ１９を生成する。有機酸は、クエン酸、シュウ酸、リンゴ酸及びギ酸等がある。

例えば、濃度５％から１５％のクエン酸の水溶液に植物性原料９を１５分から１２０分程度浸す浸透処理をし、その後水洗いし、有機酸の除去である洗浄処理を行った後、乾燥させて燃焼工程Ｓ３を行うと不純物が１％未満となるという結果がある。このときの有機酸の濃度は１％から２０％程度が最適であり、また有機酸水溶液の液温は２０℃から８０℃が良い。また、浸透時間は６０分から１２０分程度である。

そして、前処理工程Ｓ１の後は、洗浄処理した植物性原料９は、３００℃程度、２時間電気炉等で乾燥工程Ｓ２を行う。このとき、乾燥工程Ｓ２と以降の燃焼工程Ｓ３を同時に行っても良い。

次に、燃焼行程Ｓ３は、酸素を少量供給し６００℃から１１００℃の温度で植物性原料９を燃焼させる。非結晶のシリカ１９を抽出するには１０００℃以下が良く、有機酸５％で且つ８００℃程度の温度で燃焼させると良い。また、乾燥処理は、１００℃程度の温度での熱風や炉に入れての乾燥等がある。

乾燥又は燃焼は、上述したプラズマ装置１０、１００、２００を使用することにより熱分解が困難なリグニンであっても分解が可能である。また、シリカ１９は絶縁性が高いが、プラズマ装置の高周波の交流を印可させることにより、絶縁であるシリカ１９（ＳｉＯ２）が粉砕可能であり、微細な非結晶のシリカ１９が抽出可能である。

また、前処理において塩化水素（ＨＣＬ）を希釈した溶液に植物性原料９を浸し、乾燥させてから燃焼工程Ｓ３に進んでも良く。希釈した塩化水素溶液にセルロースの一部が溶出し、燃焼工程Ｓ３後の純度を上げることが可能である。

実施例１から実施例７の製造装置の内、実施例１及び実施例２の図２及び図３に示すプラズマ装置１０、１００を使用した場合の燃焼工程Ｓ３を説明する。乾燥工程Ｓ２で生成した植物性原料９を０．８ｇ程度をるつぼ５に入れて金属の網等で覆う。上述したプラズマ装置１０、１００の所定の加熱する位置にるつぼ５を配置する。チャンバー１内の圧を真空ポンプ３０により８０Ｐａまで減圧を行い、燃焼用ガス６をチャンバー１内に８から１０ｍｌ／分の流量により注入し、チャンバー１内は、１３００から１５００Ｐａの圧力に保たれている。

同様に、実施例４の図６から図１０に示す高周波誘導加熱装置２００を使用した場合の燃焼工程Ｓ３を説明する。前処理工程Ｓ１で植物性原料９を収納容器２０５内に敷き詰め、金属の網等で覆う。上述した高周波誘導加熱装置２００の所定の加熱する位置に複数の収納容器２０５をずらして配置する。石英管２０３内の圧をドライポンプ２２３により８０Ｐａまで減圧を行い、燃焼用ガス２１７を石英管２０３内に８から１０ｍｌ／分の流量により注入し、チャンバー１内は、１３００Ｐａから１５００Ｐａの圧力に保たれている。

出願人は、図５に示すように、実施例４における高周波誘導加熱により２００℃から１１００℃の温度の間を１００℃刻みにより燃焼工程Ｓ３を行い、植物性原料９を燃焼する際の温度と収率を求めた。０．８ｇの植物性原料９から得られたシリカ１９の重量を割り得られた値を図５に示している。８００℃から１１５０℃にて３６％と最も大きな収率が測定され、８００℃以上且つ１１５０℃以下で比較的大きな収率が得られた。また、シリカ１９は、１１５０℃若しくは１０００℃以下にて非結晶状態となるため、８００℃から１０００℃までの温度で燃焼させることが好ましい。
本測定では、稲わら、ぬか、ヤシ殻、もみ殻及びピーナッツ殻等を行ったが、同様の結果が得られた。

実施例７における加熱炉４２を使用した燃焼工程Ｓ２を説明する。先ず、実施例７の図４に示す乾燥装置４０の加熱炉４２を２０００℃近くまで高温にし、大型るつぼ５０には、植物性原料９を入れ空気が流れる状態にし、６００℃以上１０００℃以下で１時間加熱処理を行うことで、炭素をＣＯ２として除去し、ＳｉＯ_２を得ることができる。これにより純度の高いＳｉＯ２が生成される。シリカ１９を非結晶のまま残すためには１０００℃以下が最適である。

同様に、実施例４における燃焼工程Ｓ２を説明する。先ず、実施例４の図６から図１０に示すプラズマ装置２００の電気炉２５０を１０００℃近くまで高温にし、先程の燃焼工程Ｓ２で焼成し、燃焼用ガス２１７の供給を止め、大気圧状態にした後、石英管２０３内に燃焼用ガス２１８である酸素を供給するか、空気が流し、収納容器２０５には、先程の燃焼工程２にて燃焼させたシリカ１９を入れ空気又は酸素が供給できる状態にし、６００℃で１時間加熱処理を行うことで、炭素をＣＯ_２として除去し、シリカ１９（ＳｉＯ_２）を得ることができる。これにより、図２５に示すような純度の高い非結晶性のシリカ１９（ＳｉＯ_２）が生成される。図２５は、図１９は、シリカ１９の１，０００倍の電子顕微鏡写真である。

（実施例９）
＜シリコン生成のプロセスフロー＞
図１５を参照し、シリコン１１３を製造する方法について製造工程を説明する。図１５は、実施形態のシリコン１１３を製造する工程を示すプロセスフローを示す図である。上述した製造工程のＳ１からＳ３から生成された純度の高いシリカ１９（ＳｉＯ_２）を使用し、Ｓ４からＳ５の工程により多結晶の純度の高いシリコン１１３を製造する。

化１の反応式は、抽出したシリカ１９のケイ素（Ｓｉ）とＨＣｌガスを反応させている。反応温度は、３００℃から３５０℃にて反応させる。反応後に得られる生成物は、トリクロロシランガス（ＳｉＨＣｌ_３）、ＳｉＣｌ_４及び塩化物の混合物となる。このように金属ガス処理工程Ｓ４においてトリクロロシランガス（ＳｉＨＣｌ_３）が生成される。

この高純度のＳｉＨＣｌ_３とＨ_２とを真空状態で反応させ１５００℃に加熱する。そうすると化２の反応式にみられるＳｉＨＣｌ３のＨ_２による還元反応と、化３の反応式にみられる熱分解により、シリコン（Ｓｉ又はＳｉＯ）と３ＳｉＣｌ_４が生成され、ＳｉＨＣｌ_３の約１／３が多結晶シリコンを形成する。
このようにシリコン生成工程Ｓ５において高純度の多結晶シリコン１１３（Ｓｉ又はＳｉＯ）が生成される。このシリコン１３は、太陽電池の材料、燃料電池の負極材及びＬＳＩデバイス又はＶＬＳＩデバイス等の電子回路の材料として使用される。

尚、トリクロロシランガス（ＳｉＨＣｌ_３）の他に、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）、四臭化ケイ素（ＳｉＢｒ_４）、四ヨウ化ケイ素（ＳｉＩ_４）といったハロゲン化Ｓｉを水素還元及び熱分解により純度の高い多結晶のシリコン１１３を製造することも可能である。

（実施例１０）
＜他のシリコン生成のプロセスフロー＞
図１６及び図１７を参照し、シリコン１１３を製造する方法について製造工程を説明する。図１６は、他の実施形態のシリコン１１３を製造する工程を示すプロセスフローを示す図である。上述した製造工程のＳ１からＳ３から生成された純度の高いシリカ１９（ＳｉＯ２）を使用し、シリコン生成工程Ｓ５−１の工程により多結晶の純度の高いシリコンを製造する。

図１７は、他の実施形態のシリコン１１３の製造工程を示す概要図である。図１７に示すシリコン生成装置６０は、ガスボンベからリーク弁６４を操作し、またポンプ及びリーク弁６５を操作した上で、燃焼用ガス６２を室内に充填させ、燃焼用ガス６２の雰囲気にする。ガスボンベに収められる燃焼用ガス６は、主にアルゴンを使用したが、その他にヘリウム、ネオン、窒素等が挙げられる。

次に、非結晶性のシリカ１９を金属６１（アルミニュウムやマグネシウム）により圧力Ｐを掛けながら、上述したプラズマ装置１０、１００、２００を使用し、熱プラズマ６３により４ＭＨｚの高周波磁場を高周波電源３２から高周波コイル３１に印加することにより、熱プラズマを発生させている。

アーク放電による熱プラズマ６３により６００℃から１０００℃の温度帯の加熱によりシリカ１９を圧力Ｐを掛けて金属と反応させ、化４に示すようにシリコン１１３（Ｓｉ又はＳｉＯ）を抽出する。本実施例では、アルミニュウムを例にして説明すると、化４に示すようにシリカ（ＳｉＯ_２）とアルミニュウム（Ａｌ）とを反応させて酸化アルミニュウム（Ａｌ２Ｏ３）とシリコン（Ｓｉ若しくはＳｉＯ）を生成する。好ましくは、燃焼用ガス６２の雰囲気で８００℃で反応させる。

尚、プラズマ装置１０、１００、２００に使用される燃焼用ガス６の他に、酸素を含んだ空気であっても良く、炭素等を燃焼させて除去できる状態であれば良い。

（実施例１１）
図１６及び図１８を参照し、シリコン１１３及びシリコン１１３を製造する方法について説明する。
図１６は、他の実施形態のシリコン１１３を製造する工程を示すプロセスフローを示す図である。上述した製造工程のＳ１からＳ３から生成された純度の高いシリカ１９（ＳｉＯ２）を使用し、シリコン生成工程Ｓ５−１の工程により多結晶の純度の高いシリコンを製造する。

図１６は、他の実施形態のシリコン１１３の製造工程を示す概要図である。図１８に示すシリコン生成装置６０Ａは、ガスボンベからリーク弁を操作し、またポンプ及びリーク弁を操作した上で、燃焼用ガス６２を室内６５に充填させ、燃焼用ガス６２の雰囲気にする。ガスボンベに収められる燃焼用ガス６２は、主にアルゴンを使用したが、その他にヘリウム、ネオン、窒素等が挙げられる。

次に、非結晶性のシリカ１９とマグネシウム６１Ｍを直径が２０ｍｍのロッド６４の上に混入し、ジルコニアやアルミナの材料により形成したロッド６４を両側から押し、シリカ１９とマグネシウム６１Ｍに０．１から０．９Ｍｐａの圧力Ｐを掛けながら、ロッド６４の両端から直流電流５００Ａから２５００Ａの燃焼用ガス６２を流しながら、放電プラズマ焼結法により６５０℃から８００℃の温度で３０分加熱する。この際、熱プラズマにより、シリカ１９とマグネシウム６１Ｍの分子間にアーク放電が起こり、更に反応が進み短時間で反応が完了し純度の高いシリコン（Ｓｉ）の生成が可能である。

熱プラズマ６３により６００℃から１０００℃の温度帯の加熱によりシリカ１９を圧力Ｐを掛けてマグネシウムと反応させ、化５に示すようにシリコン１１３（Ｓｉ又はＳｉＯ）を抽出する。

本実施例では、マグネシウムを例にして説明すると、化５に示すようにシリカ（ＳｉＯ_２）とマグネシュウム（２Ｍｇ）とを反応させて酸化マグネシュウム（２ＭｇＯ）とシリコン（Ｓｉ）を生成する。好ましくは、燃焼用ガス６２の雰囲気で８００℃で反応させる。ここで、シリカ１９（ＳｉＯ_２）とマグネシュウム（２Ｍｇ）の割合は、シリカ１９を１に対し、０．５〜２．０の割合が良い。

（シリコン）
以上のように上述した実施例９から実施例１１により製造したシリコン１１３の電子顕微鏡写真を図１９から図２２に示す。図１９は、シリコン１１３の２０，０００倍の電子顕微鏡写真である。図２０は、図１９に示すシリコン１１３を透過して現した２０，０００倍の走査透過電子顕微鏡写真である。図２１は、シリコン１１３の１００，０００倍の電子顕微鏡写真である。図２２は、図２１に示すシリコン１１３を透過して現した１００，０００倍の走査透過電子顕微鏡写真である。図２３は、シリコン１１３の１２，０００倍の電子顕微鏡写真である。図２４は、シリコン１１３のＸ線回折により現したスペクトル図を示している。図２５は、シリカ１９の１０００倍の電子顕微鏡写真である。

図２１及び図２２は、２０ｎｍから６０ｎｍの球状のシリコン１１３の微粒子が凝集している図を示している。また、図２４にシリコン１１３のＸ線回折により現したスペクトル図を示している。図２４は、格子面を現すミラー指数（１１１）、（２２０）、（３１１）、（４００）、（３３１）、（４２２）を示している。また、表４は、ミラー指数のそれぞれについて、（１１１）を１００とした場合の強度比を示している。
（１１１）を１００とすると、（２２０）は５４、（３１１）は４１、（４００）は１２、（３３１）は１３、（４２２）は１６であり、（４００）の強度比は、（４２２）又は（３３１）よりも小さな値を示している。表４及び図２４に示すように、シリコン１１３は単結晶を示している。

図２５は、上述した製造装置により製造したシリカ１９を示している。シリカ１９は、ＢＥＴ法５μｍから１５μｍの幅を持った鱗片状の表面を形成している。シリカ１９は、窒素吸脱着等温線測定を行い、ＢＥＴ法により求めた比表面積が２３１ｍ^２／ｇである。シリコン１１３を製造するに際し、２００〜２５０ｍ^２／ｇのシリカ１９を使用すると比表面積の大きなシリコン１１３が形成される。

（実施例１２）
上述して生成した微小なシリコン１１３を使用して、リチウム二次電池に使用するシリコン系負極活物質に適した微粒子３１０を製造する製造装置及び製造方法について説明する。

＜シリコン素材＞
図２６は、微粒子３１０の構造を現す概要図である。図２６（Ａ）は、シリコン１１３の周囲にシリコン１１３を酸処理または酸化雰囲気で加熱した球状又は層状のシリカ（ＳｉＯ_２）で形成した除去部３１２を形成する。
次に、微粒子３１０は、除去部３１２の更に周囲にカーボン３１０によるコーティングを行う。コーティングは、カーボンシート等の炭素素材の上に、除去部３１２を含んだシリコン１１３を乗せ、不活性ガス及び水素ガスを含んだ雰囲気により６００℃から９００℃の温度のもと圧力を大気圧力下で炭化させることにより、除去部３１２の周囲にカーボン３１３を付着させる。

そして、最後に除去部３１２を無機酸等にて除去することにより図２６（Ｂ）のように空間３１４を備えた微粒子３１０が形成される。無機酸には、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ホウ酸及びフッ化水素酸があり、これらのうちシリカ（ＳｉＯ_２）とフッ化水素酸（６ＨＦ）による反応により、水（Ｈ_２Ｏ）と四フッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）を生成し、ケイ素を除くことが可能である。

以上の構成によりシリコン１１３が膨張しても空間により膨張を吸収することが可能であり、また植物性原料により生成されたシリコン１１３は、凹凸が形成されているため、図１９から図２３に示すように比表面積が大きく膨張を吸収することが可能である。また、植物性原料９から製造された比表面積が大きいカーボン３１３を使用すればシリコン１１３の膨張も吸収可能である。、

尚、除去部３１２は、シリカ（ＳｉＯ_２）の他にでんぷん等を使用しても良く、カーボン３１３を表面に接着した後に、カーボン３１３を焼結してもよく、このときにでんぷんを熱で分解する事で空間３１４を備えた微粒子３１０を形成しても良い。
尚、カーボン３１０は、上述した植物性原料９から製造した炭素素材であっても良く、例えば、多孔性の窒素吸脱着等温線測定を行い、ＢＥＴ法により求めた比表面積が７００から１８００ｍ^２／ｇの炭素素材であっても良く。またカーボン３１０は、植物性原料から生成される非結晶性の炭素素材であって、１μｍ以下の微小なケイ素成分及びカリウム成分を含んだ凹凸を備えたことを特徴とする炭素素材であっても良い。

尚、カーボン３１０は、細孔径が０．２ｎｍから２ｎｍの微細な細孔が形成されていることを特徴とする炭素素材であっても良い。また、カーボン３１０は、２４ｗｔ％から３５ｗｔ％のケイ素成分を含んだことを特徴とする炭素素材。また、カーボン３１０は、微小なケイ素又はカリウムを全体に均一に含んだことを特徴とする炭素素材。カーボン３１０は、分解したカリウム又は過酸化カリウムの何れかの凝集体を含んだことを特徴とする炭素素材。表面にケイ素成分又はカリウム成分を含んだ５０ｎｍから１００ｎｍ前後の凹凸を備えたことを特徴とする炭素素材であっても良い。

１ チャンバー
２ カソード
３ アノード
４、３２ 高周波電源
５ るつぼ
６、２１７ 燃焼用ガス
７ 導入管
８ 導出管
９ 植物性原料
１０、１００、２００ プラズマ装置
１４、２２ 制御弁
１５、２３、６４、６５ リーク弁
１９ シリカ
２０ コントロール装置
２１ ガス量コントロール装置
３０ 真空ポンプ
３１ 高周波コイル
４０ 不純物除去装置
４２ 加熱炉
５０ 大型るつぼ
６０、６０Ａ シリコン生成装置
６１、６１Ｍ 金属
６２ 燃焼用ガス
６３ 熱プラズマ
６４ ロッド
６５ 室内
１１３ シリコン
２０２ 土台
２０３ 石英管
２０４ 土台溝
２０５ 収納容器
２０６ 載置台
２０７ 下端片部
２０８ 上端片部
２０９ 収納スペース
２１０ 制御装置
２１１ 温度制御装置
２１２ 高周波電源
２１３ 冷却装置
２１４ 駆動装置１
２１５ 電源制御装置
２１６ 駆動装置２
２１８ 燃焼用ガス
２１９ 真空圧力計
２２１ フィルタ
２２３ ドライポンプ
２２４ 制御弁
２３１ 左フランジ
２３２ 右フランジ
２３５ 熱電対
２３６ レール
２４０ 高周波コイル
２４１ 遮蔽板
２４２ コイル支持具
２４３ コイル
２５０ 電気炉
３１２ 除去部
３１０ 微粒子
３１３ カーボン
３１４ 空間
Ｐ 圧力
Ｓ１ 前処理工程
Ｓ２ 乾燥工程
Ｓ３ 燃焼工程
Ｓ４ 金属ガス処理工程
Ｓ５、Ｓ５−１ シリコン生成工程。

Claims (7)

1. 植物性原料から生成した非結晶シリカを前駆体とし、炭素成分を除去し生成したシリコンを中心に含み、そのシリコンと炭素の間に空間を備えたことを特徴とするシリコン素材。
2. 前記植物性原料は、シリカを１３％から３５％以下含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコン素材。
3. 前記非結晶シリカは、５μｍから１５μｍの幅を持った鱗片状の表面を形成していることを特徴とする請求項１及び請求項２の何れか一項に記載のシリコン。
4. ２０ｎｍから６０ｎｍの球状を形成していることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のシリコン素材。
5. ミラー指数で現す（４００）強度比は、ミラー指数で現す（４２２）又はミラー指数で現す（３３１）よりも小さな値を示していることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のシリコン素材。
6. 前記非結晶シリカは、ＢＥＴ法により求めた比表面積が２００から２５０ｍ^２／ｇであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のシリコン素材。
7. 請求項１から請求項６の何れか一項に記載のシリコン素材を負極材として含んでいることを特徴とするリチウムイオン電池。