JP2021123517A - Manufacturing method of porous silicon grain, manufacturing method of electrode for electricity storage device, manufacturing method of whole solid lithium ion secondary battery, porous silicon grain, electrode for electricity storage device, and whole solid lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

To provide an Si-containing material with more suppressed decrease in charge-discharge behavior.SOLUTION: A manufacturing method of a porous silicon grain includes: melting and granulating a silicon alloy involving 50 mass% or over of Al as a first element and 50 mass% or under of Si to give grains; and forming pores by removing the first element in the silicon alloy to obtain porous silicon grain. The porous silicon grain has an average grain diameter of 0.1 μm or over and 100 μm or under, includes a silicon having three-dimensional network backbone including voids, has an average void rate of 50 vol.% or over and 95 vol.% or under, includes Si of 85 mass% or over and Al of 15 mass% or under at an element ratio excluding oxygen.SELECTED DRAWING: None

Description

本明細書では、多孔質シリコン粒子の製造方法、蓄電デバイス用電極の製造方法、全固体リチウムイオン二次電池の製造方法、多孔質シリコン粒子、蓄電デバイス用電極及び全固体リチウムイオン二次電池を開示する。 In the present specification, a method for producing porous silicon particles, a method for producing an electrode for a power storage device, a method for manufacturing an all-solid-state lithium ion secondary battery, a porous silicon particle, an electrode for a power storage device, and an all-solid-state lithium ion secondary battery are described. Disclose.

従来、シリコンの負極材料において、塊状のSiを70質量部とAl粉末を30質量部混合したのちアルゴン雰囲気下で合金溶湯と、ヘリウムガスによるガスアトマイズ法で粒子化したのち、塩酸でAlを除去して得られた多孔質シリコンが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この多孔質シリコンでは、充放電時の活物質体積の膨張収縮による微粉化、集電体からの活物質の剥離や導電材との接触の欠如を完全に抑制することができるとしている。また、シリコン材料の製造方法としては、Mg、Co、Cr、Cu、Feなどを含む中間合金元素と、SiとのSi合金を、所定の溶湯元素を含む溶湯中で中間合金元素と溶湯元素とを置換した第2相とSi微粒子とに分離させ、第2相を除去することによって、多孔質シリコン粒子を得るものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。この多孔質シリコン粒子では、高容量と高サイクル特性を有するものとすることができるとしている。 Conventionally, in a negative electrode material of silicon, 70 parts by mass of massive Si and 30 parts by mass of Al powder are mixed, and then the alloy is atomized under an argon atmosphere by a gas atomization method using helium gas, and then Al is removed with hydrochloric acid. The resulting porous silicon has been proposed (see, for example, Patent Document 1). It is said that this porous silicon can completely suppress pulverization due to expansion and contraction of the volume of the active material during charging and discharging, peeling of the active material from the current collector, and lack of contact with the conductive material. Further, as a method for producing a silicon material, an intermediate alloy element containing Mg, Co, Cr, Cu, Fe, etc. and a Si alloy with Si are mixed with an intermediate alloy element and a molten metal element in a molten metal containing a predetermined molten metal element. It has been proposed to obtain porous silicon particles by separating the second phase and Si fine particles in which the above-mentioned material is substituted and removing the second phase (see, for example, Patent Document 2). It is said that the porous silicon particles can have high capacity and high cycle characteristics.

特開2004−214054号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-214504 特開2012−82125号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-82125

しかしながら、上述の特許文献1の製造方法では、Siの含有量が50質量%以上である合金を用いており、Siの膨張収縮に基づく不具合の抑制に対しては、まだ十分ではなかった。特許文献2の多孔質シリコン粒子の製造方法では、中間合金元素を含むシリコン合金を溶融し、所定の溶湯元素を含む溶湯中で置換する、即ち高温での処理が必要であり、簡便な製造工程が求められていた。 However, in the above-mentioned production method of Patent Document 1, an alloy having a Si content of 50% by mass or more is used, and it is not yet sufficient for suppressing defects due to expansion and contraction of Si. In the method for producing porous silicon particles of Patent Document 2, a silicon alloy containing an intermediate alloy element is melted and replaced in a molten metal containing a predetermined molten element, that is, a treatment at a high temperature is required, which is a simple manufacturing process. Was required.

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、充放電特性の低下をより抑制することができる多孔質シリコン粒子の製造方法、蓄電デバイス用電極の製造方法、全固体リチウムイオン二次電池の製造方法、多孔質シリコン粒子、蓄電デバイス用電極及び全固体リチウムイオン二次電池を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of such a problem, and is a method for producing porous silicon particles capable of further suppressing a decrease in charge / discharge characteristics, a method for producing an electrode for a power storage device, and an all-solid-state lithium ion secondary. A main object of the present invention is to provide a method for manufacturing a battery, porous silicon particles, an electrode for a power storage device, and an all-solid-state lithium ion secondary battery.

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、共晶組成近傍である配合比のAlを含むシリコン合金を作製し、Alを酸及び又はアルカリ処理で除去すると、充放電特性の低下をより抑制することができる多孔質シリコン粒子を得ることができることを見いだし、本開示の多孔質シリコン粒子の製造方法、蓄電デバイス用電極の製造方法、全固体リチウムイオン二次電池の製造方法、多孔質シリコン粒子、蓄電デバイス用電極及び全固体リチウムイオン二次電池を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above-mentioned object, the present inventors prepared a silicon alloy containing Al having a blending ratio close to that of the eutectic composition, and when Al was removed by acid and / or alkali treatment, charging and discharging were performed. It has been found that porous silicon particles capable of further suppressing deterioration of characteristics can be obtained, and the method for producing porous silicon particles of the present disclosure, the method for producing electrodes for power storage devices, and the production of an all-solid-state lithium ion secondary battery have been found. We have completed the method, porous silicon particles, electrodes for power storage devices, and all-solid-state lithium-ion secondary batteries.

即ち、本開示の多孔質シリコン粒子の製造方法は、
50質量%以上の第1元素であるAlと50質量%以下のSiとを含むシリコン合金を溶解して粒子化する粒子化工程と、
前記シリコン合金中の前記第1元素を除去して多孔質シリコン粒子を得る多孔化工程と、
を含むものである。
That is, the method for producing porous silicon particles of the present disclosure is as follows.
A particle-forming step of melting a silicon alloy containing 50% by mass or more of the first element Al and 50% by mass or less of Si to form particles.
A porosity step of removing the first element in the silicon alloy to obtain porous silicon particles,
Is included.

本開示の蓄電デバイス用電極の製造方法は、
上述した多孔質シリコン粒子の製造方法で得られた前記多孔質シリコン粒子を電極活物質として用い、該多孔質シリコン粒子の平均空隙率が5体積%以上50体積%以下の範囲となるように圧縮するプレス工程、
を含むものである。
The method for manufacturing electrodes for power storage devices of the present disclosure is described.
The porous silicon particles obtained by the above-mentioned method for producing porous silicon particles are used as an electrode active material and compressed so that the average porosity of the porous silicon particles is in the range of 5% by volume or more and 50% by volume or less. Pressing process,
Is included.

本開示の全固体リチウムイオン二次電池の製造方法は、
上述した蓄電デバイス用電極の製造方法で得られた前記蓄電デバイス用電極を負極として用い、正極とリチウムイオンを伝導する固体電解質と前記負極とを積層した積層体を作製し、前記作製した積層体を積層方向に拘束部材で拘束する積層拘束工程、
を含むものである。
The method for manufacturing the all-solid-state lithium-ion secondary battery of the present disclosure is as follows.
Using the storage device electrode obtained by the above-described method for manufacturing a power storage device electrode as a negative electrode, a laminate in which a positive electrode, a solid electrolyte that conducts lithium ions, and the negative electrode are laminated is produced, and the prepared laminate is produced. Lamination restraint process of restraining with a restraint member in the stacking direction,
Is included.

本開示の多孔質シリコン粒子は、
平均粒径が0.1μm以上100μm以下の範囲であり、空隙を有する三次元網目構造の骨格状シリコンを含み、平均空隙率が50体積%以上95体積%以下の範囲であり、酸素を除く元素の比率でSiを85質量%以上含み、Alを15質量%以下の範囲で含むものである。
The porous silicon particles of the present disclosure are
Elements having an average particle size in the range of 0.1 μm or more and 100 μm or less, containing skeletal silicon having a three-dimensional network structure with voids, an average porosity in the range of 50% by volume or more and 95% by volume or less, and excluding oxygen. Si is contained in the range of 85% by mass or more and Al is contained in the range of 15% by mass or less in the ratio of.

本開示の蓄電デバイス用電極は、上述した多孔質シリコン粒子を電極活物質として含み、該多孔質シリコン粒子の平均空隙率が5体積%以上50体積%以下の範囲に圧縮されているものである。 The electrode for a power storage device of the present disclosure contains the above-mentioned porous silicon particles as an electrode active material, and the average void ratio of the porous silicon particles is compressed in the range of 5% by volume or more and 50% by volume or less. ..

本開示の全固体リチウムイオン二次電池は、
正極活物質を含む正極と、
上述した蓄電デバイス用電極である負極と、
前記正極と前記負極との間に介在しリチウムイオンを伝導する固体電解質と、
を備えたものである。
The all-solid-state lithium-ion secondary battery of the present disclosure is
Positive electrode A positive electrode containing an active material and a positive electrode
The negative electrode, which is the electrode for the power storage device described above, and the negative electrode
A solid electrolyte that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts lithium ions,
It is equipped with.

本開示は、Siを含む材料において、充放電特性の低下をより抑制することができる。このような効果が得られる理由は以下のように推察される。例えば、リチウムイオン二次電池用シリコン負極は、理論容量が4199mAh/gであり、一般的な黒鉛の理論容量372mAh/gに比べ約10倍の値を示し、さらなる高容量化、高エネルギー密度化が期待されている。一方で、リチウムイオンを吸蔵したシリコンはLi4.4Siであり、リチウム吸蔵前のシリコンに対して約4倍まで体積が膨張する。一方、本開示によれば、シリコン合金に含まれる、主としてAlであるシリコン以外の物質を溶解する酸またはアルカリを用いることによってこれを選択的に除去し、細孔サイズが小さく、空隙率の大きい多孔質シリコン粒子を容易に生産できる。このように細孔サイズが小さく、空隙率が大きい多孔質シリコン粒子では、リチウムイオン二次電池などの蓄電デバイスに用いた場合、体積の膨張、収縮が大きく緩和されるため、例えば、充放電サイクル特性など充放電特性が向上するので、性能の高い蓄電デバイスを容易に得ることができる。 According to the present disclosure, deterioration of charge / discharge characteristics can be further suppressed in a material containing Si. The reason why such an effect can be obtained is presumed as follows. For example, the silicon negative electrode for a lithium ion secondary battery has a theoretical capacity of 4199 mAh / g, which is about 10 times higher than the theoretical capacity of 372 mAh / g of general graphite, and further increases the capacity and energy density. Is expected. On the other hand, the silicon that occludes lithium ions is Li 4.4 Si, and its volume expands to about four times that of silicon before lithium occlusal. On the other hand, according to the present disclosure, this is selectively removed by using an acid or alkali that dissolves a substance other than silicon, which is mainly Al, contained in the silicon alloy, and the pore size is small and the porosity is large. Porous silicon particles can be easily produced. Porous silicon particles having a small pore size and a large porosity have a large volume expansion and contraction when used in a power storage device such as a lithium ion secondary battery. Therefore, for example, a charge / discharge cycle. Since charge / discharge characteristics such as characteristics are improved, a high-performance power storage device can be easily obtained.

Al−Si二元系状態図。Al-Si dual system phase diagram. 蓄電デバイス10の構造の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the structure of a power storage device 10. 実験例1のガスアトマイズ後のAl−Si合金を観察したSEM像。SEM image of the Al—Si alloy after gas atomization of Experimental Example 1. 実験例1の多孔質シリコン粒子のSEM像及びEDAXマッピング像。SEM image and EDAX mapping image of the porous silicon particles of Experimental Example 1. 実験例1の多孔質シリコン粒子の細孔分布曲線。The pore distribution curve of the porous silicon particles of Experimental Example 1. 評価セル30の説明図。Explanatory drawing of evaluation cell 30. 実験例1、7の評価セルの充放電曲線。Charge / discharge curves of the evaluation cells of Experimental Examples 1 and 7.

(多孔質シリコン粒子の製造方法)
本開示の多孔質シリコン粒子の製造方法は、粒子化工程と、多孔化工程とを含む。粒子化工程では、第1元素であるAlとSiとを含むシリコン合金を溶解して粒子化する処理を行う。多孔化工程では、シリコン合金中の第1元素を除去して多孔質シリコン粒子を得る処理を行う。
(Manufacturing method of porous silicon particles)
The method for producing porous silicon particles of the present disclosure includes a particleization step and a porosification step. In the particle formation step, a process of melting a silicon alloy containing the first elements Al and Si to form particles is performed. In the porosification step, a process of removing the first element in the silicon alloy to obtain porous silicon particles is performed.

(粒子化工程)
粒子化工程では、第1元素を50質量%以上、Siを50質量%以下の範囲で含むシリコン合金を用いる。この工程では、第1元素を60質量%以上の範囲で含むシリコン合金を用いることが好ましく、70質量%以上の範囲で含むシリコン合金を用いることがより好ましく、80質量%以上含むシリコン合金を用いるものとしてもよい。また、この工程では、第1元素を92質量%以下の範囲で含むシリコン合金を用いることが好ましく、90質量%以下の範囲で含むシリコン合金を用いることがより好ましく、85質量%以下の範囲で含むシリコン合金を用いるものとしてもよい。第1元素をこのような範囲で含むシリコン合金では、空隙率をより高めると共に、より好適な形状、サイズの空隙を得ることができ好ましい。また、第1元素が92質量%以下では、シリコン骨格を保つことができ、50質量%以上では、空隙率をより高めることができる。Alの含有量が多いと、溶融して合金としたあと、急速冷却するとAlの単相が大きく析出するので、多くの空隙を形成させることができる。この工程では、共晶組成となる範囲で第1元素を含むシリコン合金を用いることが好ましい。共晶組成は、Alが87.6質量%であり、Siが12.6質量%であるが、共晶組成近傍としてもよく、亜共晶組成や過共晶組成の一部など、所定の幅を有するものとしてもよい。例えば、共晶組成に対して±3質量%の範囲を含むものとしてもよい。図1は、Al-Si二元系平衡状態図である。
(Particle process)
In the particle formation step, a silicon alloy containing the first element in the range of 50% by mass or more and Si in the range of 50% by mass or less is used. In this step, it is preferable to use a silicon alloy containing the first element in the range of 60% by mass or more, more preferably to use a silicon alloy containing 70% by mass or more, and to use a silicon alloy containing 80% by mass or more. It may be a thing. Further, in this step, it is preferable to use a silicon alloy containing the first element in the range of 92% by mass or less, more preferably to use a silicon alloy containing 90% by mass or less, and in the range of 85% by mass or less. A silicon alloy containing the mixture may be used. A silicon alloy containing the first element in such a range is preferable because it can further increase the porosity and obtain voids having a more suitable shape and size. Further, when the first element is 92% by mass or less, the silicon skeleton can be maintained, and when it is 50% by mass or more, the porosity can be further increased. When the Al content is high, a single phase of Al is largely precipitated when the alloy is melted to form an alloy and then rapidly cooled, so that many voids can be formed. In this step, it is preferable to use a silicon alloy containing the first element within the range of eutectic composition. The eutectic composition is 87.6% by mass for Al and 12.6% by mass for Si, but it may be in the vicinity of the eutectic composition, and a predetermined subeutectic composition or a part of the hypereutectic composition may be used. It may have a width. For example, it may include a range of ± 3% by mass with respect to the eutectic composition. FIG. 1 is an Al—Si dual system equilibrium state diagram.

この粒子化工程では、第1元素とSiとに加えCa、Cu、Mg、Na、Sr及びPのうち1以上を含む第2元素を含む前記シリコン合金を用いるものとしてもよい。このうち、第2元素としては、Ca、Na及びSrのうち1以上が好ましい。第2元素は、第1元素の含有量よりも少ないものであり、例えば、シリコン合金の全体に対して。10質量%以下の範囲が好ましく、5質量%以下の範囲でシリコン合金に含まれることがより好ましい。 In this particle formation step, the silicon alloy containing a second element containing one or more of Ca, Cu, Mg, Na, Sr and P in addition to the first element and Si may be used. Of these, as the second element, one or more of Ca, Na and Sr is preferable. The second element is less than the content of the first element, eg, for the entire silicon alloy. It is preferably contained in a silicon alloy in a range of 10% by mass or less, and more preferably in a range of 5% by mass or less.

この粒子化工程では、シリコン合金の溶湯をガスアトマイズ法、水アトマイズ法及びロール急冷法のうちいずれかの方法で粒子化するものとしてもよい。なお、シリコン合金の原料の溶湯を金型に鋳造して、得られたインゴットを破砕して粒子化するものとしてもよい。このうち、シリコン合金を粒子化する方法は、ガスアトマイズ法がより好ましい。ガスアトマイズでは、溶湯とする際にAr雰囲気で行うことが好ましく、粒子化の際は、ArやHe雰囲気下で行うことが好ましい。粒子化工程では、平均粒径が0.1μm以上100μm以下の範囲でシリコン合金を粒子化することが好ましい。この粒子は、例えば、平均粒径が0.5μm以上10μm以下であることが好ましく、1μm以上5μm以下がより好ましく、1μm以上3μm以下が更に好ましい。シリコン合金の粒子は、蓄電デバイスに求められる特性に応じて適宜選択すればよい。ここで、粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM)で粒子を観察し、各粒子の長径をその粒子の直径として集計し、粒子数で除算して平均した値として求めるものとする。 In this particle-forming step, the molten silicon alloy may be atomized by any one of a gas atomizing method, a water atomizing method, and a roll quenching method. The molten metal of the raw material of the silicon alloy may be cast into a mold, and the obtained ingot may be crushed into particles. Of these, the gas atomizing method is more preferable as the method for atomizing the silicon alloy. In gas atomization, it is preferable to carry out the molten metal in an Ar atmosphere, and it is preferable to carry out the particle formation in an Ar or He atmosphere. In the particle formation step, it is preferable to particle the silicon alloy in the range of the average particle size of 0.1 μm or more and 100 μm or less. For example, the average particle size of these particles is preferably 0.5 μm or more and 10 μm or less, more preferably 1 μm or more and 5 μm or less, and further preferably 1 μm or more and 3 μm or less. The silicon alloy particles may be appropriately selected according to the characteristics required for the power storage device. Here, the average particle size of the particles shall be obtained as an average value obtained by observing the particles with a scanning electron microscope (SEM), totaling the major axis of each particle as the diameter of the particles, and dividing by the number of particles. ..

(多孔化工程)
多孔化工程では、上記作製したシリコン合金の粒子からSi以外の物質を除去する処理を行う。Si以外の物質としては、例えば、第1元素のAlやその化合物、第2元素やその化合物などが挙げられる。この工程では、酸又はアルカリによって第1元素のAlやその化合物、第2元素やその化合物を選択的に除去することが好ましい。用いる酸またはアルカリは、シリコン合金中のシリコン以外の元素及び/又は化合物を溶出し、シリコンが溶出されないものが好ましく、塩酸、硫酸、水酸化ナトリウムなどが挙げられる。この酸又はアルカリは、水溶液とすることが好ましい。酸又はアルカリの濃度は、第1元素のAlやその化合物、第2元素やその化合物を除去できる範囲であれば特に限定されず、例えば、1mol/L以上5mol/L以下の範囲などにすることができる。この除去処理は、例えば、20℃〜60℃で加温するものとしてもよい。また、除去処理は、シリコン合金の粒子を酸又はアルカリ溶液に浸漬し、1〜5時間程度で撹拌を行うことが好ましい。得られた多孔質シリコン粒子は、その後、洗浄および乾燥を行う。
(Pollification process)
In the porosity step, a process of removing substances other than Si from the particles of the silicon alloy produced above is performed. Examples of the substance other than Si include Al of the first element and its compound, and the second element and its compound. In this step, it is preferable to selectively remove the first element Al and its compound, and the second element and its compound with an acid or an alkali. The acid or alkali used is preferably one that elutes elements and / or compounds other than silicon in the silicon alloy and does not elute silicon, and examples thereof include hydrochloric acid, sulfuric acid, and sodium hydroxide. The acid or alkali is preferably an aqueous solution. The concentration of the acid or alkali is not particularly limited as long as it can remove Al of the first element and its compound, and the second element and its compound, and is, for example, in the range of 1 mol / L or more and 5 mol / L or less. Can be done. This removal treatment may be performed by heating at, for example, 20 ° C. to 60 ° C. Further, in the removal treatment, it is preferable to immerse the silicon alloy particles in an acid or alkaline solution and stir for about 1 to 5 hours. The obtained porous silicon particles are then washed and dried.

多孔化工程では、Si以外の物質を85質量%以上100質量%以下の範囲で除去するものとしてもよい。例えば、第1元素や第2元素、その他の酸素などは、残存しても構わないが、多孔質シリコン粒子には不要成分であるため、より少ない方がより好ましい。この工程では、平均空隙率が50体積%以上95体積%以下の範囲の多孔質シリコン粒子を得るものとしてもよい。この平均空隙率は、水銀ポロシメータで測定した値とする。 In the porosity step, substances other than Si may be removed in the range of 85% by mass or more and 100% by mass or less. For example, the first element, the second element, and other oxygen may remain, but since they are unnecessary components for the porous silicon particles, it is more preferable that they are less. In this step, porous silicon particles having an average porosity in the range of 50% by volume or more and 95% by volume or less may be obtained. This average porosity is a value measured with a mercury porosity meter.

(多孔質シリコン粒子)
本開示の多孔質シリコン粒子は、上述した製造方法で作製されたものであり、平均粒径が0.1μm以上100μm以下の範囲であり、空隙を有する三次元網目構造の骨格状シリコンを含み、平均空隙率が50体積%以上95体積%以下の範囲であり、酸素を除く元素の比率でSiを85質量%以上含み、Alを15質量%以下の範囲で含むものである。この多孔質シリコン粒子において、平均空隙率は、より高いことが好ましく、60体積%以上が好ましく、70体積%以上がより好ましく、80体積%以上が更に好ましい。また、シリコン骨格の存在の必要性から、この平均空隙率は、95体積%以下が好ましく、90体積%以下がより好ましく、86体積%以下が更に好ましい。多孔質シリコン粒子において、空隙の細孔径は、1nm以上1μm以下の範囲が好ましく、10nm以上としてもよいし、50nm以上としてもよいし、100nm以上としてもよい。また、空隙の細孔径は、500nm以下としてもよいし、300nm以下としてもよいし、250nm以下としてもよい。
(Porous silicon particles)
The porous silicon particles of the present disclosure are produced by the above-mentioned production method, have an average particle size in the range of 0.1 μm or more and 100 μm or less, and contain skeleton-like silicon having a three-dimensional network structure having voids. The average porosity is in the range of 50% by volume or more and 95% by volume or less, Si is contained in the range of 85% by mass or more and Al is contained in the range of 15% by mass or less in the ratio of elements other than oxygen. In these porous silicon particles, the average porosity is preferably higher, preferably 60% by volume or more, more preferably 70% by volume or more, still more preferably 80% by volume or more. Further, from the necessity of the presence of the silicon skeleton, the average porosity is preferably 95% by volume or less, more preferably 90% by volume or less, and further preferably 86% by volume or less. In the porous silicon particles, the pore diameter of the voids is preferably in the range of 1 nm or more and 1 μm or less, and may be 10 nm or more, 50 nm or more, or 100 nm or more. The pore diameter of the void may be 500 nm or less, 300 nm or less, or 250 nm or less.

多孔質シリコン粒子は、平均粒径が0.1μm以上であることが好ましく、1μm以上がより好ましく、5μm以上としてもよい。また、この粒子は、平均粒径が10μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下が更に好ましい。この多孔質シリコン粒子は、酸素を除く元素の比率でSiを85質量%以上含むが、このSiの含有率は、より高いことが好ましく、90質量%以上としてもよいし、94質量%以上としてもよいし、96質量%以上としてもよい。また、Siの含有量は、酸素を除く元素の比率でSiを98質量%以下含むものとしてもよいし、97質量%以下含むものとしてもよいし、96質量%以下含むものとしてもよい。また、多孔質シリコン粒子は、Alを15質量%以下の範囲で含むが、Alの含有量は少ないことがより好ましく、10質量%以下が好ましく、6.5質量%以下がより好ましく、5.2質量%以下が更に好ましい。多孔質シリコン粒子は、Alを1質量%以上含むものとしてもよいし、2質量%以上含むものとしてもよいし、3質量%以上含むものとしてもよい。また、多孔質シリコン粒子は、15質量%以下の範囲で第2元素としてのCa、Cu、Mg、Na、Sr及びPのうち1以上を含むものとしてもよい。なお、Si以外の元素は、より少ないことが好ましい。 The average particle size of the porous silicon particles is preferably 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, and may be 5 μm or more. The average particle size of the particles is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and even more preferably 3 μm or less. The porous silicon particles contain 85% by mass or more of Si in terms of the ratio of elements other than oxygen, and the content of Si is preferably higher, 90% by mass or more, or 94% by mass or more. It may be 96% by mass or more. Further, the Si content may contain 98% by mass or less of Si, 97% by mass or less, or 96% by mass or less in terms of the ratio of elements other than oxygen. Further, the porous silicon particles contain Al in a range of 15% by mass or less, but the Al content is more preferably small, 10% by mass or less, more preferably 6.5% by mass or less, and 5. 2% by mass or less is more preferable. The porous silicon particles may contain 1% by mass or more of Al, 2% by mass or more, or 3% by mass or more. Further, the porous silicon particles may contain one or more of Ca, Cu, Mg, Na, Sr and P as the second element in the range of 15% by mass or less. It is preferable that the amount of elements other than Si is less.

(蓄電デバイス用電極)
本開示の蓄電デバイス用電極は、上述した多孔質シリコン粒子を電極活物質として備えたものである。この電極は、活物質の電位に対して対極の電位に基づいて正極又は負極のいずれかとなるが、リチウムをキャリアとする場合、負極とすることが好ましい。この電極は、例えば、リチウムイオン二次電池、ハイブリッドキャパシタ、空気電池などに利用することができる。蓄電デバイス用電極は、多孔質シリコン粒子の平均空隙率が5体積%以上50体積%以下の範囲に圧縮されているものとしてもよい。この電極では、作製時に圧縮することにより、多孔質シリコン粒子の空隙率が減少したものとしてもよい。多孔質シリコン粒子の空隙率が5体積%以上50体積%以下の範囲で作製したものに比して、50体積%以上95体積%で作製したのち圧縮してこの範囲としたものの方が、空隙の形状などによって、より良好な充放電特性を示す。例えば、多孔質シリコンの粒子をリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いる場合、細孔が小さいほどリチウムイオンが合金化する際に、均一に合金化するため、応力集中が減少し、電極そのものの劣化を防ぐことが可能となる。この圧縮後の多孔質シリコン粒子の平均空隙率は、蓄電デバイス用電極に求められる特性に応じて適宜調整すればよく、例えば、10体積%以上や、20体積%以上としてもよい。また、この圧縮後の多孔質シリコン粒子の平均空隙率は、例えば、40体積%以下や、30体積%以下としてもよい。
(Electrodes for power storage devices)
The electrode for a power storage device of the present disclosure includes the above-mentioned porous silicon particles as an electrode active material. This electrode is either a positive electrode or a negative electrode based on the potential of the opposite electrode with respect to the potential of the active material, but when lithium is used as a carrier, it is preferably a negative electrode. This electrode can be used, for example, in a lithium ion secondary battery, a hybrid capacitor, an air battery, or the like. The electrode for the power storage device may be one in which the average porosity of the porous silicon particles is compressed in the range of 5% by volume or more and 50% by volume or less. In this electrode, the porosity of the porous silicon particles may be reduced by compressing at the time of fabrication. Compared to those prepared in the range of 5% by volume or more and 50% by volume or less of the porosity of the porous silicon particles, those prepared in the range of 50% by volume or more and 95% by volume and then compressed to obtain the voids are in this range. Shows better charge / discharge characteristics depending on the shape of the. For example, when porous silicon particles are used as the negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, the smaller the pores, the more uniformly the lithium ions are alloyed when they are alloyed, so that the stress concentration is reduced and the electrode itself. It is possible to prevent the deterioration of the battery. The average porosity of the compressed porous silicon particles may be appropriately adjusted according to the characteristics required for the electrode for the power storage device, and may be, for example, 10% by volume or more or 20% by volume or more. Further, the average porosity of the compressed porous silicon particles may be, for example, 40% by volume or less or 30% by volume or less.

蓄電デバイス用電極は、集電体上に上述した多孔質シリコン粒子を形成し、集電体上に固着したものとしてもよい。この電極は、多孔質シリコン粒子を必要に応じて導電材や結着材と溶媒に混合しペースト状にして集電体上に塗布する工程か、多孔質シリコン粒子を必要に応じて導電材や結着材と混合して集電体に圧着する工程により作製することができる。この電極において、多孔質シリコン粒子の含有量は、より多いことが好ましく、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、85質量%以上が更に好ましい。導電材は、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDMゴム、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。溶媒としては、例えばN−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチレントリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加え、SBRなどのラテックスで活物質をスラリー化してもよい。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。集電体は、活物質の電位などに応じて適宜選択すればよいが、例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、銅、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1〜500μmのものが用いられる。活物質複合体の形成量は、蓄電デバイスに求められる所望の性能に応じて適宜設定すればよい。 The electrode for the power storage device may be one in which the above-mentioned porous silicon particles are formed on the current collector and fixed on the current collector. This electrode can be obtained by mixing porous silicon particles with a conductive material or binder and a solvent as needed to form a paste and applying it on a current collector, or by applying porous silicon particles to a conductive material or a conductive material as needed. It can be produced by a step of mixing with a binder and crimping to a current collector. In this electrode, the content of the porous silicon particles is preferably larger, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, still more preferably 85% by mass or more. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance. For example, graphite such as natural graphite (scaly graphite, scaly graphite) or artificial graphite, acetylene black, carbon black, or Ketjen. One or a mixture of two or more of black, carbon whisker, needle coke, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) can be used. The binder plays a role of binding the active material particles and the conductive material particles, and is, for example, a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluororubber, or polypropylene. Thermoplastic resins such as polyethylene, ethylene propylene diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM rubber, natural butyl rubber (NBR) and the like can be used alone or as a mixture of two or more. Further, an aqueous dispersion of cellulose-based binder or styrene-butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder, can also be used. As the solvent, for example, an organic solvent such as N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethylenetriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran can be used. .. Further, a dispersant, a thickener or the like may be added to water, and the active material may be slurried with a latex such as SBR. Examples of the coating method include roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater and the like, and any of these can be used to obtain an arbitrary thickness and shape. The current collector may be appropriately selected according to the potential of the active material, and for example, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, copper, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, and the like. For the purpose of improving adhesiveness, conductivity and oxidation resistance, a surface of aluminum, copper or the like treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. For these, it is also possible to oxidize the surface. Examples of the shape of the current collector include foil, film, sheet, net, punched or expanded, lath, porous body, foam, and fiber group forming body. As the thickness of the current collector, for example, one having a thickness of 1 to 500 μm is used. The amount of the active material complex formed may be appropriately set according to the desired performance required for the power storage device.

この電極において、電極活物質は、低拘束圧と容量維持率との両立が可能な範囲において、多孔質シリコン粒子に加えて、多孔質シリコン粒子以外の活物質が含まれていてもよい。例えば、電極活物質として、炭素質材料やLi4Ti512などが含まれていてもよい。ただし、電池容量を一層増大させる観点から、電極活物質全体を100質量%として、例えば、多孔質シリコン粒子が50質量%以上、好ましくは90質量%以上を占めることが好ましい。 In this electrode, the electrode active material may contain an active material other than the porous silicon particles in addition to the porous silicon particles within a range in which both a low restraining pressure and a capacity retention rate can be compatible. For example, the electrode active material may contain a carbonaceous material, Li 4 Ti 5 O 12, or the like. However, from the viewpoint of further increasing the battery capacity, it is preferable that the entire electrode active material is 100% by mass, for example, the porous silicon particles occupy 50% by mass or more, preferably 90% by mass or more.

(蓄電デバイス)
本開示の蓄電デバイスは、上述した多孔質シリコン粒子を有する電極を備えたものである。この蓄電デバイスは、正極と、負極と、正極及び負極の間に介在しキャリアイオンを伝導するイオン伝導媒体と、を備えたものとしてもよい。多孔質シリコン粒子は、負極活物質として用いることができる。この蓄電デバイスは、リチウムイオン二次電池、ハイブリッドキャパシタ、空気電池などのうちいずれかであるものとしてもよい。正極において、正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、基本組成式をLi(1-x)MnO2(0<x<1など、以下同じ)やLi(1-x)Mn24などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)CoO2などとするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiO2などとするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiaCobMnc2(a+b+c=1)などとするリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、基本組成式をLiV23などとするリチウムバナジウム複合酸化物、基本組成式をV25などとする遷移金属酸化物などを用いることができる。これらのうち、リチウムの遷移金属複合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、Li(1-x)Ni1/3Co1/3Mn1/32などが好ましい。なお、「基本組成式」とは、AlやMgなど他の元素を含んでもよい趣旨である。あるいは、正極活物質は、キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどに用いられている炭素質材料としてもよい。炭素質材料としては、例えば、活性炭類、コークス類、ガラス状炭素類、黒鉛類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維類、カーボンナノチューブ類、ポリアセン類などが挙げられる。このうち、高比表面積を示す活性炭類が好ましい。炭素質材料としての活性炭は、比表面積が1000m2/g以上であることが好ましく、1500m2/g以上であることがより好ましい。比表面積が1000m2/g以上では、放電容量をより高めることができる。この活性炭の比表面積は、作製の容易性から3000m2/g以下であることが好ましく、2000m2/g以下であることがより好ましい。正極に用いられる導電材や結着材、溶媒、集電体などは、上述した電極で例示したものを適宜利用することができる。
(Power storage device)
The power storage device of the present disclosure includes an electrode having the above-mentioned porous silicon particles. This power storage device may include a positive electrode, a negative electrode, and an ionic conduction medium that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts carrier ions. Porous silicon particles can be used as the negative electrode active material. The power storage device may be any one of a lithium ion secondary battery, a hybrid capacitor, an air battery, and the like. In the positive electrode, as the positive electrode active material, a sulfide containing a transition metal element, an oxide containing lithium and a transition metal element, or the like can be used. Specifically, transition metal sulfides such as TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 , and FeS 2, and the basic composition formula is Li (1-x) MnO 2 (0 <x <1, etc., the same applies hereinafter) and Li (1). -x) Lithium-manganese composite oxide with Mn 2 O 4, etc., Lithium cobalt composite oxide with basic composition formula as Li (1-x) CoO 2, etc., basic composition formula as Li (1-x) NiO 2, etc. lithium nickel composite oxide and a Li (1-x) Ni a Co b Mn c O 2 (a + b + c = 1) lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide, and the like basic formula, LiV 2 O 3 the basic formula A lithium vanadium composite oxide such as, or a transition metal oxide having a basic composition formula of V 2 O 5 or the like can be used. Of these, lithium transition metal composite oxides, such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , Li (1-x) Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2, and the like are preferred. The "basic composition formula" means that other elements such as Al and Mg may be contained. Alternatively, the positive electrode active material may be a carbonaceous material used in a capacitor, a lithium ion capacitor, or the like. Examples of the carbonaceous material include activated carbons, cokes, glassy carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, carbon fibers, carbon nanotubes, polyacenes and the like. Of these, activated carbons showing a high specific surface area are preferable. Activated carbon as a carbonaceous material preferably has a specific surface area of 1000 m 2 / g or more, and more preferably 1500 m 2 / g or more. When the specific surface area is 1000 m 2 / g or more, the discharge capacity can be further increased. The specific surface area of this activated carbon is preferably 3000 m 2 / g or less, and more preferably 2000 m 2 / g or less, from the viewpoint of ease of production. As the conductive material, the binder, the solvent, the current collector, and the like used for the positive electrode, those exemplified by the above-mentioned electrodes can be appropriately used.

イオン伝導媒体としては、支持塩を含む非水系電解液や非水系ゲル電解液などを用いることができる。非水電解液の溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、フラン類、スルホラン類及びジオキソラン類などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート類としてエチレンカーボネートやプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル−n−ブチルカーボネート、メチル−t−ブチルカーボネート、ジ−i−プロピルカーボネート、t−ブチル−i−プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状エステル類、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酪酸メチルなどの鎖状エステル類、ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタンなどのエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、などのフラン類、スルホラン、テトラメチルスルホランなどのスルホラン類、1,3−ジオキソラン、メチルジオキソランなどのジオキソラン類などが挙げられる。このうち、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組み合わせが好ましい。この組み合わせによると、充放電の繰り返しでの電池特性を表すサイクル特性が優れているばかりでなく、電解液の粘度、得られる電池の電気容量、電池出力などをバランスの取れたものとすることができる。支持塩は、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiSbF6、LiSiF6、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlCl4などが挙げられる。このうち、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4などの無機塩、及びLiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23などの有機塩からなる群より選ばれる1種又は2種以上の塩を組み合わせて用いることが電気特性の点から見て好ましい。この支持塩は、非水電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。支持塩を溶解する濃度が0.1mol/L以上では、十分な電流密度を得ることができ、5mol/L以下では、電解液をより安定させることができる。また、この非水電解液には、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を添加してもよい。 As the ion conducting medium, a non-aqueous electrolyte solution containing a supporting salt, a non-aqueous gel electrolyte solution, or the like can be used. Examples of the solvent for the non-aqueous electrolytic solution include carbonates, esters, ethers, nitriles, furans, sulfolanes, dioxolanes and the like, and these can be used alone or in combination. Specifically, as carbonates, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, and chloroethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl-n-butyl carbonate, and methyl-t. Chain carbonates such as -butyl carbonate, di-i-propyl carbonate, t-butyl-i-propyl carbonate, cyclic esters such as γ-butyl lactone and γ-valerolactone, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, Chain esters such as methyl butyrate, ethers such as dimethoxyethane, ethoxymethoxyethane, diethoxyethane, nitriles such as acetonitrile and benzonitrile, furans such as tetrahydrofuran and methyl tetrahydrofuran, sulfolane, tetramethylsulfolane and the like. Examples thereof include sulfolanes, dioxolanes such as 1,3-dioxolane and methyldioxolane. Of these, a combination of cyclic carbonates and chain carbonates is preferable. According to this combination, not only the cycle characteristics that express the battery characteristics by repeated charging and discharging are excellent, but also the viscosity of the electrolytic solution, the electric capacity of the obtained battery, the battery output, etc. can be balanced. can. Supporting salts include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiSbF 6 , LiSiF 6 , LiAlF 4 , LiSCN, LiClO. 4 , LiCl, LiF, LiBr, LiI, LiAlCl 4 and the like. Of these, from the group consisting of inorganic salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , and LiClO 4 , and organic salts such as LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiC (CF 3 SO 2 ) 3. It is preferable to use one selected salt or a combination of two or more salts from the viewpoint of electrical characteristics. The concentration of this supporting salt in the non-aqueous electrolyte solution is preferably 0.1 mol / L or more and 5 mol / L or less, and more preferably 0.5 mol / L or more and 2 mol / L or less. When the concentration at which the supporting salt is dissolved is 0.1 mol / L or more, a sufficient current density can be obtained, and when it is 5 mol / L or less, the electrolytic solution can be made more stable. Further, a flame retardant such as phosphorus or halogen may be added to this non-aqueous electrolytic solution.

また、液状のイオン伝導媒体の代わりに、固体のイオン伝導性ポリマーをイオン伝導媒体として用いることもできる。イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、アクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、フッ化ビニリデンなどのポリマーと支持塩とで構成されるポリマーゲルを用いることができる。更に、イオン伝導性ポリマーと非水系電解液とを組み合わせて用いることもできる。また、イオン伝導媒体としては、イオン伝導性ポリマーのほか、無機固体電解質あるいは有機ポリマー電解質と無機固体電解質の混合材料、若しくは有機バインダーによって結着された無機固体粉末などを利用することができる。 Further, instead of the liquid ion conductive medium, a solid ion conductive polymer can be used as the ion conductive medium. As the ionic conductive polymer, for example, a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinylpyrrolidone, vinylidene fluoride and a supporting salt can be used. Further, an ionic conductive polymer and a non-aqueous electrolyte solution can be used in combination. Further, as the ionic conductive medium, in addition to the ionic conductive polymer, an inorganic solid electrolyte, a mixed material of an organic polymer electrolyte and an inorganic solid electrolyte, an inorganic solid powder bound by an organic binder, or the like can be used.

蓄電デバイスは、負極と正極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、リチウム二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の薄い微多孔膜が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 The power storage device may include a separator between the negative electrode and the positive electrode. The separator is not particularly limited as long as it has a composition that can withstand the range of use of the lithium secondary battery. For example, a polymer non-woven fabric such as a polypropylene non-woven fabric or a polyphenylene sulfide non-woven fabric, or a thin fine olefin resin such as polyethylene or polypropylene A porous membrane can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

この蓄電デバイスの形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。図2は、蓄電デバイス10の構造の一例を示す説明図である。この蓄電デバイス10は、正極12と、負極15と、イオン伝導媒体18とを有する。正極12は、正極活物質13と、集電体14とを有する。負極15は、負極活物質16と、集電体17とを有する。負極活物質16は、上述した多孔質シリコン粒子21であり、空隙23を有する。 The shape of the power storage device is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Further, it may be applied to a large-sized vehicle used for an electric vehicle or the like. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the structure of the power storage device 10. The power storage device 10 has a positive electrode 12, a negative electrode 15, and an ion conductive medium 18. The positive electrode 12 has a positive electrode active material 13 and a current collector 14. The negative electrode 15 has a negative electrode active material 16 and a current collector 17. The negative electrode active material 16 is the above-mentioned porous silicon particles 21 and has voids 23.

(全固体リチウムイオン二次電池)
この蓄電デバイスは、全固体リチウムイオン二次電池とすることが好ましい。全固体電池では、電解液による性能の変化をより抑制することができ、更に安全性を高めることができ好ましい。この全固体リチウムイオン二次電池は、正極活物質を含む正極と、上述した蓄電デバイス用電極である負極と、正極と負極との間に介在しリチウムイオンを伝導する固体電解質と、を備えたものとしてもよい。正極は、上述した蓄電デバイスに示したいずれかを用いることができる。また、負極は、上述した蓄電デバイス用電極を用いることができる。
(All-solid-state lithium-ion secondary battery)
The power storage device is preferably an all-solid-state lithium-ion secondary battery. An all-solid-state battery is preferable because it can further suppress changes in performance due to the electrolytic solution and further enhance safety. This all-solid-state lithium-ion secondary battery includes a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode which is an electrode for a power storage device described above, and a solid electrolyte which is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts lithium ions. It may be a thing. As the positive electrode, any of the above-mentioned power storage devices can be used. Further, as the negative electrode, the above-mentioned electrode for a power storage device can be used.

固体電解質は、例えば、LiとLaとZrと少なくとも含むガーネット型酸化物としてもよい。この固体電解質は、基本組成がLi7.0+x-y(La3-x,Ax)(Zr2-y,Ty)O12であるものとしてもよい。但し、AはSr、Caのうち1種以上であり、TはNb、Taのうち1種以上であり、0<x≦1.0、0<y<0.75を満たすものである。あるいは、固体電解質は、基本組成(Li7-3z+x-yz)(La3-xx)(Zr2-yy)O12や、(Li7-3z+x-yz)(La3-xx)(Y2-yy)O12で表されるガーネット型酸化物であるものとしてもよい。但し、式中、元素MはAl,Gaのうち1以上、元素AはCa,Srのうち1以上、TはNb,Taのうち1以上であり、0≦z≦0.2、0≦x≦0.2、0≦y≦2であるものとしてもよい。この基本組成式において、0.05≦z≦0.1を満たすことがより好ましい。この基本組成式において、0.05≦x≦0.1を満たすことがより好ましい。また、この基本組成式において、0.1≦y≦0.8を満たすことがより好ましい。このような範囲では、イオン伝導度をより好適なものとすることができる。 The solid electrolyte may be, for example, a garnet-type oxide containing at least Li, La, and Zr. This solid electrolyte may have a basic composition of Li 7.0 + xy (La 3-x , A x ) (Zr 2-y , T y ) O 12 . However, A is one or more of Sr and Ca, T is one or more of Nb and Ta, and satisfies 0 <x ≦ 1.0 and 0 <y <0.75. Alternatively, the solid electrolyte has a basic composition (Li 7-3z + xy M z ) (La 3-x A x ) (Zr 2-y T y ) O 12 or (Li 7-3z + xy M z ) (La). It may be a garnet-type oxide represented by 3-x A x ) (Y 2-y T y ) O 12. However, in the formula, the element M is 1 or more of Al and Ga, the element A is 1 or more of Ca and Sr, and T is 1 or more of Nb and Ta, and 0 ≦ z ≦ 0.2 and 0 ≦ x. It may be assumed that ≦ 0.2 and 0 ≦ y ≦ 2. In this basic composition formula, it is more preferable to satisfy 0.05 ≦ z ≦ 0.1. In this basic composition formula, it is more preferable to satisfy 0.05 ≦ x ≦ 0.1. Further, in this basic composition formula, it is more preferable to satisfy 0.1 ≦ y ≦ 0.8. In such a range, the ionic conductivity can be made more suitable.

あるいは、固体電解質としては、例えば、一般的な、Li3N、LISICONと呼ばれるLi14Zn(GeO44、硫化物のLi3.25Ge0.250.754、ペロブスカイト型のLa0.5Li0.5TiO3、(La2/3Li3x1/3-2x)TiO3(□:原子空孔)、ガーネット型のLi7La3Zr212、NASICON型と呼ばれるLiTi2(PO43、Li1.30.3Ti1.7(PO34(M=Sc,Al)などが挙げられる。また、ガラスセラミックスである80Li2S・20P25(mol%)組成のガラスから得られたLi7311、さらに硫化物系で高い導電率を持つ物質であるLi10Ge2PS2なども挙げられる。ガラス系無機固体電解質ではLi2S−SiS2、Li2S−SiS2−LiI、Li2S−SiS2−Li3PO4、Li2S−SiS2−Li4SiO4、Li2S−P25、Li3PO4−Li4SiO4、Li3BO4−Li4SiO4、そしてSiO2、GeO2、B23、P25をガラス系物質としてLi2Oを網目修飾物質とするものなどが挙げられる。また、チオリシコン固体電解質としてLi2S−GeS2系、Li2S−GeS2−ZnS系、Li2S−Ga22系、Li2S−GeS2−Ga23系、Li2S−GeS2−P25系、Li2S−GeS2−SbS5系、Li2S−GeS2−Al23系、Li2S−SiS2系、Li2S−P25系、Li2S−Al23系、LiS−SiS2−Al23系、Li2S−SiS2−P25系などが挙げられる。これらの固体電解質は、板状に形成して正極と負極との間に配置するものとしてもよい。 Alternatively, as solid electrolytes, for example, general Li 3 N, Li 14 Zn (GeO 4 ) 4 called LISION, Li sulfide Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 , perovskite type La 0.5 Li 0.5 TiO 3 , (La 2/3 Li 3x1 / 3-2x ) TiO 3 (□: atomic pores), garnet type Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , NASICON type Li Ti 2 (PO 4 ) 3 , Li 1.3 M 0.3 Ti 1.7 (PO 3 ) 4 (M = Sc, Al) and the like. In addition, Li 7 P 3 S 11 obtained from glass having a composition of 80 Li 2 S / 20 P 2 S 5 (mol%), which is a glass ceramic, and Li 10 Ge 2 PS, which is a sulfide-based substance having high conductivity. 2 etc. can also be mentioned. For glass-based inorganic solid electrolytes, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2- LiI, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li 4 SiO 4 , Li 2 S- P 2 S 5 , Li 3 PO 4- Li 4 SiO 4 , Li 3 BO 4- Li 4 SiO 4 , and Li 2 O with SiO 2 , GeO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 as glass-based substances Examples thereof include those used as network modifiers. In addition, Li 2 S-GeS 2 system, Li 2 S-GeS 2- ZnS system, Li 2 S-Ga 2 S 2 system, Li 2 S-GeS 2 -Ga 2 S 3 system, Li 2 S as thioricicon solid electrolytes. -GeS 2 -P 2 S 5 series, Li 2 S-GeS 2- SbS 5 series, Li 2 S-GeS 2- Al 2 S 3 series, Li 2 S-SiS 2 series, Li 2 S-P 2 S 5 Examples include the Li 2 S-Al 2 S 3 system, the LiS-SiS 2- Al 2 S 3 system, and the Li 2 S-SiS 2- P 2 S 5 system. These solid electrolytes may be formed in a plate shape and arranged between the positive electrode and the negative electrode.

また、全固体リチウムイオン二次電池は、正極、固体電解質及び負極を積層した積層体を積層方向に対して拘束する拘束部材を備えるものとしてもよい。この拘束部材は、例えば、積層体の積層方向の両端側から積層体を挟む1対の板状部と、1対の板状部を連結する棒状部と、棒状部に連結されネジ構造等によって1対の板状部の間隔を調整する調整部とを備えるものとしてもよい。 Further, the all-solid-state lithium ion secondary battery may include a restraining member that restrains the laminated body in which the positive electrode, the solid electrolyte, and the negative electrode are laminated with respect to the stacking direction. This restraint member is, for example, formed by a pair of plate-shaped portions sandwiching the laminate from both ends in the stacking direction of the laminate, a rod-shaped portion connecting the pair of plate-shaped portions, and a screw structure connected to the rod-shaped portion. It may be provided with an adjusting portion for adjusting the distance between the pair of plate-shaped portions.

(蓄電デバイス用電極の製造方法)
本開示の蓄電デバイス用電極の製造方法は、上述した多孔質シリコン粒子の製造方法で得られた多孔質シリコン粒子を電極活物質として用い、多孔質シリコン粒子の平均空隙率が5体積%以上50体積%以下の範囲となるように圧縮するプレス工程、を含む。このプレス工程によれば、好適な細孔形状を維持したまま、空隙率を低下させ、エネルギー密度をより高めることができる。この工程では、多孔質シリコン粒子の平均空隙率が10体積%以上や20体積%以上の範囲、及び40体積%以下や30体積%以下の範囲になるよう圧縮してもよい。圧縮後の多孔質シリコン粒子の平均空隙率は、蓄電デバイス用電極に求められる特性に応じて適宜調整すればよい。このプレス工程では、例えば、2MPa以上20MPa以下の範囲で電極をプレスするものとしてもよい。また、プレス工程では、多孔質シリコン粒子を必要に応じて導電材や結着材と溶媒に混合しペースト状にして集電体上に塗布する処理か、多孔質シリコン粒子を必要に応じて導電材や結着材と混合して集電体に圧着する処理を行うものとしてもよい。多孔質シリコン粒子の配合量などは、蓄電デバイス用電極で説明した内容を適宜用いることができる。
(Manufacturing method of electrodes for power storage devices)
In the method for producing an electrode for a power storage device of the present disclosure, the porous silicon particles obtained by the above-mentioned method for producing porous silicon particles are used as an electrode active material, and the average porosity of the porous silicon particles is 5% by volume or more and 50. It includes a pressing step of compressing so as to be in the range of% by volume or less. According to this pressing step, the porosity can be lowered and the energy density can be further increased while maintaining a suitable pore shape. In this step, the porous silicon particles may be compressed so that the average porosity is in the range of 10% by volume or more, 20% by volume or more, and 40% by volume or less or 30% by volume or less. The average porosity of the compressed porous silicon particles may be appropriately adjusted according to the characteristics required for the electrode for the power storage device. In this pressing step, for example, the electrodes may be pressed in the range of 2 MPa or more and 20 MPa or less. In the pressing process, the porous silicon particles are mixed with a conductive material or a binder and a solvent as needed to form a paste and applied onto the current collector, or the porous silicon particles are conductive as needed. It may be mixed with a material or a binder and crimped to a current collector. As the blending amount of the porous silicon particles and the like, the contents described in the electrode for the power storage device can be appropriately used.

(蓄電デバイスの製造方法)
本開示の蓄電デバイスの製造方法は、上述した蓄電デバイス用電極の製造方法で得られた蓄電デバイス用電極を負極として用い、正極と負極とを対向させ、正極と負極との間にリチウムイオンを伝導するイオン伝導媒体を介在させるものとしてもよい。正極と負極との間にセパレータを介してもよい。正極、負極、イオン伝導媒体及びセパレータは、上述した蓄電デバイスで挙げたもののいずれかを適宜用いることができる。
(Manufacturing method of power storage device)
In the method for manufacturing a power storage device of the present disclosure, the electrode for a power storage device obtained by the method for manufacturing an electrode for a power storage device described above is used as a negative electrode, the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other, and lithium ions are inserted between the positive electrode and the negative electrode. An ionic conduction medium that conducts may be interposed. A separator may be interposed between the positive electrode and the negative electrode. As the positive electrode, the negative electrode, the ion conducting medium and the separator, any of those mentioned in the above-mentioned power storage device can be appropriately used.

(全固体リチウムイオン二次電池の製造方法)
本開示の全固体リチウムイオン二次電池の製造方法は、上述した蓄電デバイス用電極の製造方法で得られた蓄電デバイス用電極を負極として用い、正極とリチウムイオンを伝導する固体電解質と負極とを積層した積層体を作製する積層体作製工程を含む。この製造方法で用いる正極、負極、固体電解質は、上述した全固体リチウムイオン二次電池で挙げたもののいずれかを適宜用いることができる。また、この製造方法で用いる正極、負極、固体電解質の厚さやサイズは、所望の電池特性に合わせて適宜選択することができる。また、この製造方法では、蓄電デバイス用電極の製造方法におけるプレス工程を積層体作製工程で行うものとしてもよい。即ち、正極と固体電解質と負極とを積層した積層体をプレスする際に、同時に負極がプレスされるものとしてもよい。
(Manufacturing method of all-solid-state lithium-ion secondary battery)
In the method for manufacturing an all-solid-state lithium ion secondary battery of the present disclosure, the electrode for a power storage device obtained by the method for manufacturing an electrode for a power storage device described above is used as a negative electrode, and a positive electrode, a solid electrolyte that conducts lithium ions, and a negative electrode are used. Includes a laminate manufacturing step of producing a laminated laminate. As the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte used in this production method, any of the above-mentioned all-solid-state lithium ion secondary batteries can be appropriately used. Further, the thickness and size of the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte used in this production method can be appropriately selected according to the desired battery characteristics. Further, in this manufacturing method, the pressing step in the manufacturing method of the electrode for the power storage device may be performed in the laminate manufacturing step. That is, when pressing the laminate in which the positive electrode, the solid electrolyte, and the negative electrode are laminated, the negative electrode may be pressed at the same time.

この全固体リチウムイオン二次電池の製造方法は、作製した積層体を積層方向に拘束部材で拘束する積層拘束工程、を更に含むものとしてもよい。積層体の拘束圧は、例えば、2MPa以上20MPa以下の範囲が好ましい。 The method for manufacturing the all-solid-state lithium-ion secondary battery may further include a stacking restraint step of restraining the manufactured laminate with a restraining member in the stacking direction. The restraining pressure of the laminated body is preferably in the range of 2 MPa or more and 20 MPa or less, for example.

以上詳述したように、本開示は、Siを含む材料において、充放電特性の低下をより抑制することができる。このような効果が得られる理由は以下のように推察される。例えば、リチウムイオン二次電池用シリコン負極は、理論容量が4199mAh/gであり、一般的な黒鉛の理論容量372mAh/gに比べ約10倍の値を示し、さらなる高容量化、高エネルギー密度化が期待されている。一方で、リチウムイオンを吸蔵したシリコンはLi4.4Siであり、リチウム吸蔵前のシリコンに対して約4倍まで体積が膨張する。一方、本開示によれば、シリコン合金に含まれる、主としてAlであるシリコン以外の物質を溶解する酸またはアルカリを用いることによってこれを選択的に除去し、細孔サイズが小さく、空隙率の大きい多孔質シリコン粒子を容易に生産できる。このように細孔サイズが小さく、空隙率が大きい多孔質シリコン粒子では、リチウムイオン二次電池などの蓄電デバイスに用いた場合、体積の膨張、収縮が大きく緩和されるため、例えば、充放電サイクル特性など充放電特性が向上するので、性能の高い蓄電デバイスを容易に得ることができる。 As described in detail above, the present disclosure can further suppress a decrease in charge / discharge characteristics in a material containing Si. The reason why such an effect can be obtained is presumed as follows. For example, the silicon negative electrode for a lithium ion secondary battery has a theoretical capacity of 4199 mAh / g, which is about 10 times higher than the theoretical capacity of 372 mAh / g of general graphite, and further increases the capacity and energy density. Is expected. On the other hand, the silicon that occludes lithium ions is Li 4.4 Si, and its volume expands to about four times that of silicon before lithium occlusal. On the other hand, according to the present disclosure, this is selectively removed by using an acid or alkali that dissolves a substance other than silicon, which is mainly Al, contained in the silicon alloy, and the pore size is small and the porosity is large. Porous silicon particles can be easily produced. Porous silicon particles having a small pore size and a large porosity have a large volume expansion and contraction when used in a power storage device such as a lithium ion secondary battery. Therefore, for example, a charge / discharge cycle. Since charge / discharge characteristics such as characteristics are improved, a high-performance power storage device can be easily obtained.

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various embodiments as long as it belongs to the technical scope of the present disclosure.

以下には、本開示の多孔質シリコンおよび蓄電デバイスを具体的に作製した例を実験例として説明する。実験例1〜5が本開示の実施例であり、実験例6、7が比較例である。 Hereinafter, an example in which the porous silicon and the power storage device of the present disclosure are specifically manufactured will be described as an experimental example. Experimental Examples 1 to 5 are examples of the present disclosure, and Experimental Examples 6 and 7 are comparative examples.

[負極活物質の製造]
(実験例1)
10mm角の塊状のAlを87質量%と、塊状のSiを13質量%秤量して混合し、Ar不活性雰囲気中において高周波加熱法により溶解して合金溶湯とした。この合金溶湯をAr不活性ガスを用いたガスアトマイズ法によって平均粒径8μmのAlSi合金粉末を得た(粒子化工程)。なお、この合金粉末は、Al-Si共晶組成であり(図1参照)、共晶Si相およびAl相からなるAlSi合金粉末であった。得られた粉末に対してX線回折を行ったところ、結晶質相としてのAl相及びSi相の存在が確認された。次に、得られた合金粉末を純水中に希釈した3mol/Lの塩酸に入れ、室温25℃で1時間攪拌したのち十分に洗浄しながら濾過し、30℃の真空乾燥炉で2時間乾燥した(多孔化工程)。このようにして、実施例1の負極活物質を作製した。
[Manufacturing of negative electrode active material]
(Experimental Example 1)
87% by mass of 10 mm square lumpy Al and 13% by mass of lumpy Si were weighed and mixed, and melted by a high-frequency heating method in an Ar-inert atmosphere to obtain an alloy molten metal. An AlSi alloy powder having an average particle size of 8 μm was obtained from this molten alloy by a gas atomization method using an Ar inert gas (particulation step). This alloy powder had an Al—Si eutectic composition (see FIG. 1), and was an AlSi alloy powder composed of a eutectic Si phase and an Al phase. When the obtained powder was subjected to X-ray diffraction, the presence of Al phase and Si phase as crystalline phases was confirmed. Next, the obtained alloy powder was placed in 3 mol / L hydrochloric acid diluted in pure water, stirred at room temperature of 25 ° C. for 1 hour, filtered while thoroughly washing, and dried in a vacuum drying oven at 30 ° C. for 2 hours. (Pollation step). In this way, the negative electrode active material of Example 1 was produced.

(実験例2)
Alを82質量%、Siを18質量%用いたこと以外は上記実験例1と同様にして実験例2の負極活物質を製造した。なお、このときの合金粉末は、Al-Si過共晶組成であり、初晶Si、共晶Si相およびAl相からなるAlSi合金粉末であった。実験例1と同様の条件で酸処理を行い、実験例2の負極活物質とした。
(Experimental Example 2)
The negative electrode active material of Experimental Example 2 was produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that 82% by mass of Al and 18% by mass of Si were used. The alloy powder at this time had an Al—Si hypereutectic composition and was an AlSi alloy powder composed of primary crystal Si, eutectic Si phase and Al phase. The acid treatment was carried out under the same conditions as in Experimental Example 1 to obtain the negative electrode active material of Experimental Example 2.

(実験例3)
Alを73質量%、Siを27質量%用いたこと以外は上記実験例1と同様にして実験例3の負極活物質を製造した。なお、このときの合金粉末は、Al-Si過共晶組成であり、初晶Si、共晶Si相およびAl相からなるAlSi合金粉末であった。実験例1と同様の条件で酸処理を行い、実験例3の負極活物質とした。
(Experimental Example 3)
The negative electrode active material of Experimental Example 3 was produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that 73% by mass of Al and 27% by mass of Si were used. The alloy powder at this time had an Al—Si hypereutectic composition and was an AlSi alloy powder composed of primary crystal Si, eutectic Si phase and Al phase. The acid treatment was carried out under the same conditions as in Experimental Example 1 to obtain the negative electrode active material of Experimental Example 3.

(実験例4)
Alを90質量%、Siを10質量%を用いたこと以外は上記実験例1と同様にして実験例4の負極活物質を製造した。なお、このときの合金粉末は、Al-Si亜共晶組成であり、初晶Al、共晶Si相およびAl相からなるAlSi合金粉末であった。実験例1と同様の条件で酸処理を行い、実験例4の負極活物質とした。
(Experimental Example 4)
The negative electrode active material of Experimental Example 4 was produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that 90% by mass of Al and 10% by mass of Si were used. The alloy powder at this time had an Al—Si subeutectic composition and was an AlSi alloy powder composed of primary Al, eutectic Si phase and Al phase. The acid treatment was carried out under the same conditions as in Experimental Example 1 to obtain the negative electrode active material of Experimental Example 4.

(実験例5)
Alを87質量%、Siを10質量%、Cuを3質量%用いた以外は上記実験例1と同様にして実験例5の負極活物質を製造した。なお、このときの合金粉末は、初晶Al、共晶Si相およびAl2Cu相からなるAlSiCu合金粉末であった。実験例1と同様の条件で酸処理を行い、実験例5の負極活物質とした。
(Experimental Example 5)
The negative electrode active material of Experimental Example 5 was produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that 87% by mass of Al, 10% by mass of Si, and 3% by mass of Cu were used. The alloy powder at this time was an AlSiCu alloy powder composed of a primary crystal Al, a eutectic Si phase, and an Al 2 Cu phase. The acid treatment was carried out under the same conditions as in Experimental Example 1 to obtain the negative electrode active material of Experimental Example 5.

(実験例6)
Alを43質量%、Siを57質量%を用いたこと以外は上記実験例1と同様にして実験例6の負極活物質を製造した。なお、このときの合金粉末は、Al-Si過共晶組成であり、初晶Si、共晶Si相およびAl相からなるAlSi合金粉末であった。実験例1と同様の条件で酸処理を行い、実験例6の負極活物質とした。
(Experimental Example 6)
The negative electrode active material of Experimental Example 6 was produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that 43% by mass of Al and 57% by mass of Si were used. The alloy powder at this time had an Al—Si hypereutectic composition and was an AlSi alloy powder composed of primary crystal Si, eutectic Si phase and Al phase. The acid treatment was carried out under the same conditions as in Experimental Example 1 to obtain the negative electrode active material of Experimental Example 6.

(実験例7)
平均粒径が5μmのSi粉末を実験例7の負極活物質とした。
(Experimental Example 7)
A Si powder having an average particle size of 5 μm was used as the negative electrode active material of Experimental Example 7.

(多孔質シリコン粒子の物性測定)
酸処理後の多孔質シリコン粉末をHFとHNO3とで溶解し、ICP発光分光分析(ICP−OES,日立ハイテクサイエンス製PS3520UVDDII II)でポーラスシリコン中のAl量を測定した。また、走査電子顕微鏡(SEM,HITACHI製S−4300)およびエネルギー分散型X線分析(EDAX,HITACHI製S−4300)で観察、元素分析を行った。また、水銀ポロシメータ(カンタクローム製POWERMASTER60GT)で細孔分布を測定した。
(Measurement of physical properties of porous silicon particles)
The acid-treated porous silicon powder was dissolved in HF and HNO 3, and the amount of Al in porous silicon was measured by ICP emission spectroscopy (ICP-OES, PS3520U VDDII II manufactured by Hitachi High-Tech Science). In addition, observation and elemental analysis were performed with a scanning electron microscope (SEM, Hitachi S-4300) and energy dispersive X-ray analysis (EDAX, Hitachi S-4300). In addition, the pore distribution was measured with a mercury porosimeter (POWERMASTER 60GT manufactured by Kantachrome).

(物性測定結果と考察)
図3は、実験例1のガスアトマイズ後のAl−Si合金を観察したSEM像である。図3に示すように、大きな初晶Alの間に共晶Siが存在する構造が確認された。図4は、実験例1の多孔質シリコン粒子のSEM像及びEDAXマッピング像であり、図4Aが全体像、図4B、Cが拡大像、図4DがEDAX像である。実験例1では、原料の組成としてはSiが13質量%であるが、図4Bに示すように、粒子の形状を保っており、粒子内部まで空隙を有する三次元網目構造の骨格状シリコンを含む構造であることが確認された。また、EDAX像から、ごく少量のAl及びOが検出されたが、Siにより構造が構成されていることがわかった。また、室温の酸処理である多孔化工程によって、ほとんどの初晶Alが除去されることが確認された。ICP−OESで求めた多孔化処理後のAl濃度は4.2質量%であり、この結果からも、原料粉末の組成からみて大部分のアルミニウムが溶出して多孔質シリコンが形成されたと考えられた。図5は、実験例1の多孔質シリコン粒子の細孔分布曲線である。水ポロシメータでは、粒子間の空孔が測定結果に含まれることがあることから、多孔化処理前の合金粒子の測定と多孔化処理後の多孔質シリコン粒子の測定とを行い、その差分値を細孔容積とした。図5では、その差分を網掛けで示した。図5に示すように、細孔径は、1μm以下であり、これは、SEM像で確認した空隙の大きさと一致した。水銀ポロシメータで測定した結果、実験例1の多孔質シリコン粒子の細孔分布は、50〜500nmであり、細孔径は、200nm付近で最も多く、空隙率は76体積%であった。
(Physical property measurement results and consideration)
FIG. 3 is an SEM image of the Al—Si alloy after gas atomization of Experimental Example 1. As shown in FIG. 3, a structure in which eutectic Si exists between large primary crystals Al was confirmed. 4A and 4B are an SEM image and an EDAX mapping image of the porous silicon particles of Experimental Example 1, FIG. 4A is an overall image, FIGS. 4B and C are enlarged images, and FIG. 4D is an EDAX image. In Experimental Example 1, Si is 13% by mass as the composition of the raw material, but as shown in FIG. 4B, it contains skeletal silicon having a three-dimensional network structure that maintains the shape of the particles and has voids inside the particles. It was confirmed that it was a structure. In addition, although a very small amount of Al and O were detected in the EDAX image, it was found that the structure was composed of Si. It was also confirmed that most of the primary crystal Al was removed by the porosity step, which is an acid treatment at room temperature. The Al concentration after the porosification treatment determined by ICP-OES was 4.2% by mass, and from this result, it is considered that most of the aluminum was eluted to form porous silicon from the composition of the raw material powder. rice field. FIG. 5 is a pore distribution curve of the porous silicon particles of Experimental Example 1. In the water porosimeter, since the measurement results may include pores between the particles, the alloy particles before the porosification treatment and the porous silicon particles after the porosification treatment are measured, and the difference value is calculated. The pore volume was used. In FIG. 5, the difference is shown in shading. As shown in FIG. 5, the pore diameter was 1 μm or less, which was consistent with the size of the voids confirmed by the SEM image. As a result of measurement with a mercury porosimeter, the pore distribution of the porous silicon particles of Experimental Example 1 was 50 to 500 nm, the pore diameter was the largest at around 200 nm, and the porosity was 76% by volume.

実験例1〜7の原料組成比(質量%)、酸処理後の残存Al量(質量%)、空隙率(体積%)を表1にまとめた。Al量は、ICP−OESでの測定結果であり、空隙率は、粒子間空孔を除いた値である。表1に示すように、実験例1〜7の酸処理後の残存Al量は3.2〜6.2質量%であり、酸処理である多孔化処理によって、ほとんどのAlが溶出したことがわかった。実験例1〜5の空隙率は62〜86体積%であるのに対して、実験例6の空隙率は33体積%であり、空隙率が低かった。 Table 1 summarizes the raw material composition ratios (% by mass), the amount of residual Al after acid treatment (mass%), and the porosity (volume%) of Experimental Examples 1 to 7. The amount of Al is a measurement result by ICP-OES, and the porosity is a value excluding interparticle vacancies. As shown in Table 1, the amount of residual Al after the acid treatment in Experimental Examples 1 to 7 was 3.2 to 6.2% by mass, and most of the Al was eluted by the porosification treatment which is the acid treatment. all right. The porosity of Experimental Examples 1 to 5 was 62 to 86% by volume, whereas the porosity of Experimental Example 6 was 33% by volume, and the porosity was low.

Figure 2021123517
Figure 2021123517

(非水系電解液を用いたリチウム二次電池の作製)
実験例1〜7の各々の負極活物質を82質量%、導電材として平均粒径2μmのアセチレンブラックを6質量%、結着材としてのポリイミドを12質量%秤量して混合し、N−メチルピロリドンを加えてから攪拌して負極合材スラリーを作製した。次に、このスラリーを厚さ12μmの銅箔上に塗布して乾燥し、これを圧延して厚さ50μmの負極電極を作製した。この圧延によって、多孔質シリコン粒子は、三次元網目構造を維持したまま、その空隙率が50体積%程度に減少したものと見積もられた。作製した負極電極を直径16mmの円形に打ち抜き、この負極電極に多孔質ポロエチレン製セパレータを挟んで対極として金属リチウムを重ねて積層体とした。続いて、炭酸エチレン(EC)/炭酸ジメチル(DMC)/炭酸エチルメチル(EMC)を体積比で3:4:3で混合した混合溶媒にLiPF6を1mol/Lの濃度で添加した電解液を上記積層体へ注液することにより、トムセル型小型電池セルであるリチウム二次電池を製造した。得られたリチウム二次電池に対して、電池電圧0V〜1.5Vの範囲で0.2Cの電流密度による充放電を10サイクル繰り返し行った。
(Manufacturing a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte solution)
82% by mass of each of the negative electrode active materials of Experimental Examples 1 to 7, 6% by mass of acetylene black having an average particle size of 2 μm as a conductive material, and 12% by mass of polyimide as a binder were weighed and mixed, and N-methyl was mixed. After adding pyrrolidone, the mixture was stirred to prepare a negative electrode mixture slurry. Next, this slurry was applied onto a copper foil having a thickness of 12 μm, dried, and rolled to prepare a negative electrode having a thickness of 50 μm. It was estimated that by this rolling, the porosity of the porous silicon particles was reduced to about 50% by volume while maintaining the three-dimensional network structure. The prepared negative electrode electrode was punched into a circle having a diameter of 16 mm, and a porous poroethylene separator was sandwiched between the negative electrode electrode, and metallic lithium was laminated as a counter electrode to form a laminated body. Subsequently, an electrolytic solution in which LiPF 6 was added at a concentration of 1 mol / L to a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) / dimethyl carbonate (DMC) / ethyl carbonate (EMC) was mixed at a volume ratio of 3: 4: 3 was added. By injecting liquid into the above-mentioned laminate, a lithium secondary battery, which is a tom cell type small battery cell, was manufactured. The obtained lithium secondary battery was repeatedly charged and discharged for 10 cycles with a current density of 0.2 C in a battery voltage range of 0 V to 1.5 V.

(非水系電解液を用いたリチウム二次電池の特性)
実験例1〜7の初回放電容量(mAh/g)、10サイクル後の放電容量(mAh/g)及び容量維持率(%)をまとめて表2に示した。容量維持率は、1サイクル目の放電容量Q1と、10サイクル目の放電容量Q10とを用い、Q10/Q1×100の式から求めた。表2に示すように、実験例7で26%と低く、空隙を有さないシリコン粒子では、体積変化を吸収することができず、電極に不具合が発生したものと推察された。また、空隙率が33体積%と低い実験例6においても容量維持率は70%未満を示し、十分ではないことがわかった。一方、実験例1〜5のリチウム二次電池では、容量維持率が84〜93%と良好な値を示し、電極が安定的であることがわかった。このように、実験例1〜5に示すように、空隙率60体積%以上を示す多孔質シリコン粒子が圧縮されて空隙率5体積%以上50体積%以下の範囲になると特に容量維持率を高めることができることがわかった。
(Characteristics of lithium secondary battery using non-aqueous electrolyte solution)
Table 2 shows the initial discharge capacity (mAh / g) of Experimental Examples 1 to 7, the discharge capacity (mAh / g) after 10 cycles, and the capacity retention rate (%). Capacity retention, the discharge capacity to Q 1 1 cycle, using the discharge capacity Q 10 at the 10th cycle was determined from the equation: Q 10 / Q 1 × 100. As shown in Table 2, it was as low as 26% in Experimental Example 7, and it was presumed that the silicon particles having no voids could not absorb the volume change and the electrode had a problem. Further, even in Experimental Example 6 in which the porosity was as low as 33% by volume, the capacity retention rate was less than 70%, which was found to be insufficient. On the other hand, in the lithium secondary batteries of Experimental Examples 1 to 5, the capacity retention rate showed a good value of 84 to 93%, and it was found that the electrodes were stable. As described above, as shown in Experimental Examples 1 to 5, when the porous silicon particles having a porosity of 60% by volume or more are compressed and the porosity is in the range of 5% by volume or more and 50% by volume or less, the capacity retention rate is particularly increased. I found that I could do it.

Figure 2021123517
Figure 2021123517

(固体電解質を用いたリチウム全固体二次電池の作製)
(正極の作製)
ポリプロピレン製容器に、酪酸ブチルと、PVdF系バインダーである5質量%酪酸ブチル溶液と、正極活物質として平均粒径6μmのLiNi1/3Co1/3Mn1/32粒子と、固体電解質としてLi2S−P25を含むガラスセラミックと、導電材として気相成長炭素繊維(VGCF)とを加え、超音波分散装置(エスエムテー社製 UH−50)で30秒間攪拌した。正極活物質と固体電解質と導電材と結着材(固体成分)の質量比は、70:10:10:10とした。次に、容器を振とう器(柴田科学社製TTM−1)で3分間振とうさせ、さらに超音波分散装置で30秒間攪拌した。その後さらに振とう器で3分間振とうしてスラリーを得た。アプリケーターを使用してブレード法にて当該スラリーを、厚さ10μmのアルミニウム箔(昭和電工社製)上に塗工した。その後、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させることにより、アルミニウム箔上に正極合材層(厚さ50μm)を備えた正極を得た。
(Manufacture of lithium all-solid-state secondary battery using solid electrolyte)
(Preparation of positive electrode)
In a polypropylene container, butyl butyrate, a 5% by mass butyl butyrate solution which is a PVdF-based binder, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 particles having an average particle size of 6 μm as a positive electrode active material, and a solid electrolyte. A glass ceramic containing Li 2 SP 2 S 5 and a vapor-grown carbon fiber (VGCF) as a conductive material were added, and the mixture was stirred with an ultrasonic disperser (UH-50 manufactured by SMT) for 30 seconds. The mass ratio of the positive electrode active material, the solid electrolyte, the conductive material, and the binder (solid component) was 70:10:10:10. Next, the container was shaken with a shaker (TTM-1 manufactured by Shibata Scientific Technology Co., Ltd.) for 3 minutes, and further stirred with an ultrasonic disperser for 30 seconds. Then, the slurry was further shaken with a shaker for 3 minutes to obtain a slurry. The slurry was applied onto an aluminum foil (manufactured by Showa Denko Co., Ltd.) having a thickness of 10 μm by a blade method using an applicator. Then, it was dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes to obtain a positive electrode having a positive electrode mixture layer (thickness 50 μm) on an aluminum foil.

(負極の作製)
負極活物質としてのSi粒子(多孔質シリコン粒子を含む)に対し、レーザー回折・光散乱法に基づく粒度分布測定装置(Malvern社製Scirocco2000)により粒度測定を行った。負極に含まれるシリコン材料の平均粒子径(D50)は、5〜15μmであり、D10は1〜2μm及びD90は10〜20μmであった。なお、測定した体積基準の粒度分布において、微粒子側からの累積10体積%に相当する粒径をD10、累積50体積%に相当する粒径をD50、累積90体積%に相当する粒径をD90とした。ポリプロピレン製容器に、酪酸ブチルと、PVdF系バインダーの5質量%酪酸ブチル溶液と、負極活物質として実験例1〜7のSi粒子と、固体電解質としてLi2S−P25を含むガラスセラミックとを加え、超音波分散装置(エスエムテー社製UH−50)で30秒間攪拌した。次に、容器を振とう器(柴田科学社製TTM−1)で30秒間振とうさせて、スラリーを得た。アプリケーターを使用してブレード法にて当該スラリーを厚さ10μmの銅箔上に塗工した。その後、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させることにより、銅箔上に負極合材層(厚さ30μm)を備えた負極を得た。
(Preparation of negative electrode)
The particle size of Si particles (including porous silicon particles) as the negative electrode active material was measured by a particle size distribution measuring device (Sirocco2000 manufactured by Malvern) based on a laser diffraction / light scattering method. The average particle size (D50) of the silicon material contained in the negative electrode was 5 to 15 μm, D10 was 1 to 2 μm, and D90 was 10 to 20 μm. In the measured volume-based particle size distribution, the particle size corresponding to the cumulative 10% by volume from the fine particle side is D10, the particle size corresponding to the cumulative 50% by volume is D50, and the particle size corresponding to the cumulative 90% by volume is D90. And said. A glass ceramic containing butyl butyrate, a 5% by mass butyl butyrate solution of a PVdF-based binder, Si particles of Experimental Examples 1 to 7 as a negative electrode active material, and Li 2 SP 2 S 5 as a solid electrolyte in a polypropylene container. Was added, and the mixture was stirred with an ultrasonic disperser (UH-50 manufactured by SMT) for 30 seconds. Next, the container was shaken with a shaker (TTM-1 manufactured by Shibata Scientific Technology Co., Ltd.) for 30 seconds to obtain a slurry. The slurry was applied onto a copper foil having a thickness of 10 μm by a blade method using an applicator. Then, it was dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes to obtain a negative electrode having a negative electrode mixture layer (thickness 30 μm) on a copper foil.

(固体電解質層の作製)
ポリプロピレン製容器に、ヘプタンと、BR系バインダーの5質量%ヘプタン溶液と、固体電解質としてLiI−LiBr−Li2S−P25を含むガラスセラミックとを加え、超音波分散装置(エスエムテー社製UH−50)で30秒間攪拌した。次に、容器を振とう器(柴田科学社製TTM−1)で30秒間振とうさせて、スラリーを得た。アプリケーターを使用してブレード法にて当該スラリーを基材(アルミニウム箔)上に塗工した。その後、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させることにより、基材上に固体電解質層(厚さ15μm)を形成した。
(Preparation of solid electrolyte layer)
To a polypropylene container, heptane, a 5% by mass heptane solution of a BR-based binder, and a glass ceramic containing LiI-LiBr-Li 2 SP 2 S 5 as a solid electrolyte are added, and an ultrasonic disperser (manufactured by SMT) is added. It was stirred with UH-50) for 30 seconds. Next, the container was shaken with a shaker (TTM-1 manufactured by Shibata Scientific Technology Co., Ltd.) for 30 seconds to obtain a slurry. The slurry was coated on a base material (aluminum foil) by a blade method using an applicator. Then, the solid electrolyte layer (thickness 15 μm) was formed on the base material by drying on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes.

(全固体リチウムイオン電池の作製)
固体電解質層が正極合材層と接触するように、固体電解質層と正極とを積層して、1ton/cm2でプレスした。その後、基材を剥がして、固体電解質層と正極との二層体とした。次に、二層体の固体電解質層と負極合材層とが接触するように、二層体と負極とを積層して、6ton/cm2でプレスすることで、正極と負極との間に固体電解質を有する積層体を得た。得られた積層体(セル)について図6に示すようなネジ締め式の拘束部材35を用いて所定の拘束圧力にて拘束し、全固体リチウムイオン電池である評価セルとした。図6は、評価セル30の説明図である。評価セル30は、全固体リチウム二次電池であり、拘束部材31、正極32、負極35、固体電解質38、電池ケース39を備える。正極32、負極35及び固体電解質38は、積層体37を構成する。電池ケース39は、積層体37を収容している。拘束部材37は、積層体37が剥離しない方向に四方から電池ケース39を拘束する。
(Manufacturing of all-solid-state lithium-ion battery)
The solid electrolyte layer and the positive electrode were laminated and pressed at 1 ton / cm 2 so that the solid electrolyte layer was in contact with the positive electrode mixture layer. Then, the base material was peeled off to form a two-layer body consisting of a solid electrolyte layer and a positive electrode. Next, the two layers and the negative electrode are laminated so that the solid electrolyte layer of the two layers and the negative electrode mixture layer come into contact with each other, and pressed at 6 ton / cm 2 between the positive electrode and the negative electrode. A laminate having a solid electrolyte was obtained. The obtained laminate (cell) was restrained at a predetermined restraining pressure using a screw tightening type restraining member 35 as shown in FIG. 6 to obtain an evaluation cell which is an all-solid-state lithium ion battery. FIG. 6 is an explanatory diagram of the evaluation cell 30. The evaluation cell 30 is an all-solid-state lithium secondary battery, and includes a restraint member 31, a positive electrode 32, a negative electrode 35, a solid electrolyte 38, and a battery case 39. The positive electrode 32, the negative electrode 35, and the solid electrolyte 38 constitute the laminate 37. The battery case 39 houses the laminated body 37. The restraining member 37 restrains the battery case 39 from all sides in a direction in which the laminated body 37 does not peel off.

(全固体リチウムイオン電池の性能評価)
得られた全固体リチウムイオン二次電池の評価セルに対して、電池電圧3.0V〜4.5Vの範囲で0.2Cの電流密度による充放電を5サイクル繰り返し行った。容量維持率は、1サイクル目の放電容量Q1と、5サイクル目の放電容量Q5とを用い、Q5/Q1×100の式から求めた。また、拘束状態で電池ケース内に圧力センサ(共和電業製ロードセル)を挿入し、充放電時の拘束圧の変動を測定した。
(Performance evaluation of all-solid-state lithium-ion battery)
The evaluation cell of the obtained all-solid-state lithium-ion secondary battery was repeatedly charged and discharged for 5 cycles with a current density of 0.2 C in a battery voltage range of 3.0 V to 4.5 V. Capacity retention, the discharge capacity to Q 1 1 cycle, using the discharge capacity Q 5 at the fifth cycle was calculated from the equation Q 5 / Q 1 × 100. In addition, a pressure sensor (load cell manufactured by Kyowa Electric Co., Ltd.) was inserted into the battery case in the restrained state, and the fluctuation of the restraint pressure during charging and discharging was measured.

(全固体リチウムイオン電池の特性)
図7は、実験例1、7の評価セルの充放電曲線である。また、実験例1〜7の電極におけるシリコン粒子の空隙率(体積%)、初回拘束圧変動値、2サイクル目の拘束圧変動値、初回放電容量(mAh/g)、5サイクル目の放電容量(mAh/g)及び容量維持率(%)を表3にまとめた。拘束圧変動値は、実験例7を100として規格化した相対値を表3に示した。図7、表3に示すように、実験例1、7の初回放電容量は、それぞれ147mAh/g、141mAh/gと大差ないのに対し、実験例1の初回および2サイクル目の拘束圧変動は、実験例7に対する相対値としてそれぞれ65.0%、72.7%と大幅に減少した。また、容量維持率についても、実験例7の97.2%に比して実験例1が98.6%であり、実験例1が好適であった。なお、サイクル数をより増加すると、実験例7の低下がより顕著になり、容量維持率の差が更に開くことが予想された。また、同様に、実験例2〜5の初回及び2サイクル目の拘束圧変動は、実験例7に対する相対値として61.3〜68.8%、65.9〜75.0%であり、実験例6,7に比して拘束圧がより低減されることがわかった。実験例2〜5の容量維持率についても98.6〜98.7%であり、容量維持率も向上することがわかった。
(Characteristics of all-solid-state lithium-ion battery)
FIG. 7 is a charge / discharge curve of the evaluation cells of Experimental Examples 1 and 7. Further, the void ratio (volume%) of the silicon particles in the electrodes of Experimental Examples 1 to 7, the initial restraint pressure fluctuation value, the second cycle restraint pressure fluctuation value, the initial discharge capacity (mAh / g), and the fifth cycle discharge capacity. (MAh / g) and capacity retention rate (%) are summarized in Table 3. Table 3 shows the relative values of the restraint pressure fluctuation values standardized with Experimental Example 7 as 100. As shown in FIGS. 7 and 3, the initial discharge capacities of Experimental Examples 1 and 7 are not much different from 147 mAh / g and 141 mAh / g, respectively, whereas the fluctuations in the restraining pressure in the first and second cycles of Experimental Example 1 are the same. As relative values to Experimental Example 7, they decreased significantly to 65.0% and 72.7%, respectively. In addition, the capacity retention rate of Experimental Example 1 was 98.6% as compared with 97.2% of Experimental Example 7, and Experimental Example 1 was preferable. It was expected that when the number of cycles was increased, the decrease in Experimental Example 7 became more remarkable, and the difference in capacity retention rate further widened. Similarly, the restraint pressure fluctuations in the first and second cycles of Experimental Examples 2 to 5 were 61.3 to 68.8% and 65.9 to 75.0% as relative values to Experimental Example 7, and the experiment was conducted. It was found that the restraining pressure was further reduced as compared with Examples 6 and 7. The capacity retention rate of Experimental Examples 2 to 5 was also 98.6 to 98.7%, and it was found that the capacity retention rate was also improved.

Figure 2021123517
Figure 2021123517

なお、本発明は上述した実験例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-mentioned experimental examples, and can be carried out in various embodiments as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

本開示は、二次電池の技術分野に利用可能である。 The present disclosure is available in the technical field of secondary batteries.

10 蓄電デバイス、12 正極、13 正極活物質、14 集電体、15 負極、16 負極活物質、17 集電体、18 イオン伝導媒体、21 多孔質シリコン粒子、23 空隙、30 評価セル、31 拘束部材、32 正極、35 負極、37 積層体、38 固体電解質、39 電池ケース。 10 power storage device, 12 positive electrode, 13 positive electrode active material, 14 current collector, 15 negative electrode, 16 negative electrode active material, 17 current collector, 18 ion conductive medium, 21 porous silicon particles, 23 voids, 30 evaluation cells, 31 restraints. Members, 32 positive electrodes, 35 negative electrodes, 37 laminates, 38 solid electrolytes, 39 battery cases.

Claims (14)

50質量%以上の第1元素であるAlと50質量%以下のSiとを含むシリコン合金を溶解して粒子化する粒子化工程と、
前記シリコン合金中の前記第1元素を除去して多孔質シリコン粒子を得る多孔化工程と、
を含む多孔質シリコン粒子の製造方法。
A particle-forming step of melting a silicon alloy containing 50% by mass or more of the first element Al and 50% by mass or less of Si to form particles.
A porosity step of removing the first element in the silicon alloy to obtain porous silicon particles,
A method for producing porous silicon particles including.
前記粒子化工程では、前記第1元素と前記Siとに加えCa、Cu、Mg、Na、Sr及びPのうち1以上を含む第2元素を含む前記シリコン合金を用いる、請求項1に記載の多孔質シリコン粒子の製造方法。 The first element according to claim 1, wherein in the particle formation step, the silicon alloy containing a second element containing one or more of Ca, Cu, Mg, Na, Sr and P in addition to the first element and the Si is used. A method for producing porous silicon particles. 前記多孔化工程では、酸又はアルカリによって前記第1元素を選択的に除去する、請求項1又は2に記載の多孔質シリコン粒子の製造方法。 The method for producing porous silicon particles according to claim 1 or 2, wherein in the porosity step, the first element is selectively removed by an acid or an alkali. 前記多孔化工程では、Si以外の物質を85質量%以上100質量%以下の範囲で除去する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多孔質シリコン粒子の製造方法。 The method for producing porous silicon particles according to any one of claims 1 to 3, wherein in the porosity step, substances other than Si are removed in a range of 85% by mass or more and 100% by mass or less. 前記多孔化工程では、平均空隙率が50体積%以上95体積%以下の範囲の前記多孔質シリコン粒子を得る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の多孔質シリコン粒子の製造方法。 The method for producing porous silicon particles according to any one of claims 1 to 4, wherein in the porosity step, the porous silicon particles having an average porosity in the range of 50% by volume or more and 95% by volume or less are obtained. 前記粒子化工程では、前記シリコン合金の溶湯をガスアトマイズ法、水アトマイズ法及びロール急冷法のうちいずれかの方法で粒子化する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の多孔質シリコン粒子の製造方法。 The porous silicon particles according to any one of claims 1 to 5, wherein in the particle formation step, the molten metal of the silicon alloy is atomized by any one of a gas atomization method, a water atomization method and a roll quenching method. Manufacturing method. 前記粒子化工程では、平均粒径が0.1μm以上100μm以下の範囲で前記シリコン合金を粒子化する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の多孔質シリコン粒子の製造方法。 The method for producing porous silicon particles according to any one of claims 1 to 6, wherein in the particle formation step, the silicon alloy is particleized in a range where the average particle size is 0.1 μm or more and 100 μm or less. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の多孔質シリコン粒子の製造方法で得られた前記多孔質シリコン粒子を電極活物質として用い、該多孔質シリコン粒子の平均空隙率が5体積%以上50体積%以下の範囲となるように圧縮するプレス工程、
を含む蓄電デバイス用電極の製造方法。
The porous silicon particles obtained by the method for producing porous silicon particles according to any one of claims 1 to 7 are used as an electrode active material, and the average porosity of the porous silicon particles is 5% by volume or more. Pressing process that compresses to a range of 50% by volume or less,
A method for manufacturing an electrode for a power storage device including.
請求項8に記載の蓄電デバイス用電極の製造方法で得られた前記蓄電デバイス用電極を負極として用い、正極とリチウムイオンを伝導する固体電解質と前記負極とを積層した積層体を作製し、前記作製した積層体を積層方向に拘束部材で拘束する積層拘束工程、
を含む全固体リチウムイオン二次電池の製造方法。
Using the storage device electrode obtained by the method for manufacturing a power storage device electrode according to claim 8 as a negative electrode, a laminate in which a positive electrode, a solid electrolyte conducting lithium ions, and the negative electrode are laminated is produced. Lamination restraint step of restraining the produced laminate with a restraint member in the stacking direction,
A method for manufacturing an all-solid-state lithium-ion secondary battery including.
平均粒径が0.1μm以上100μm以下の範囲であり、空隙を有する三次元網目構造の骨格状シリコンを含み、平均空隙率が50体積%以上95体積%以下の範囲であり、酸素を除く元素の比率でSiを85質量%以上含み、Alを15質量%以下の範囲で含む、
多孔質シリコン粒子。
Elements having an average particle size in the range of 0.1 μm or more and 100 μm or less, containing skeletal silicon having a three-dimensional network structure with voids, an average porosity in the range of 50% by volume or more and 95% by volume or less, and excluding oxygen. Si is contained in the range of 85% by mass or more and Al is contained in the range of 15% by mass or less.
Porous silicon particles.
平均空隙率が60体積%以上である、請求項10に記載の多孔質シリコン粒子。 The porous silicon particles according to claim 10, wherein the average porosity is 60% by volume or more. 15質量%以下の範囲でCa、Cu、Mg、Na、Sr及びPのうち1以上を含む、請求項10又は11に記載の多孔質シリコン粒子。 The porous silicon particles according to claim 10 or 11, which contain one or more of Ca, Cu, Mg, Na, Sr and P in the range of 15% by mass or less. 請求項10〜12のいずれか1項に記載の多孔質シリコン粒子を電極活物質として含み、該多孔質シリコン粒子の平均空隙率が5体積%以上50体積%以下の範囲に圧縮されている、蓄電デバイス用電極。 The porous silicon particles according to any one of claims 10 to 12 are contained as an electrode active material, and the average porosity of the porous silicon particles is compressed in the range of 5% by volume or more and 50% by volume or less. Electrodes for power storage devices. 正極活物質を含む正極と、
請求項13に記載の蓄電デバイス用電極である負極と、
前記正極と前記負極との間に介在しリチウムイオンを伝導する固体電解質と、
を備えた全固体リチウムイオン二次電池。
Positive electrode A positive electrode containing an active material and a positive electrode
The negative electrode, which is the electrode for the power storage device according to claim 13,
A solid electrolyte that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts lithium ions,
All-solid-state lithium-ion secondary battery with.
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