JP2022190387A - Composite active material for lithium secondary battery and manufacturing method for the same - Google Patents

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Yuto Ishizuka
太地 荒川
Taichi Arakawa
俊輝 岩嶋
Toshiki IWASHIMA
日出彦 三崎
Hidehiko Misaki
篤 摩庭
Atsushi Maniwa
徹也 梶田
Tetsuya Kajita
壽也 渡邊
Toshiya Watanabe
昌則 阿部
Masanori Abe
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Abstract

To provide a composite active material for a lithium secondary battery with high capacity retention and coulombic efficiency.SOLUTION: The composite active material for a lithium secondary battery includes Si or a Si compound, amorphous carbon, and a void. Si or a Si compound is present around the void, and Si or a Si compound is adhered to amorphous carbon.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウム二次電池用複合活物質およびその製造方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite active material for lithium secondary batteries and a method for producing the same.

リチウム二次電池は比較的高いエネルギー密度、軽量、長寿命といった特徴のため、家庭用電化製品において広く使用されている。しかし、電気自動車開発の進展に伴い、大容量、高速充放電特性、良好なサイクル特性、かつ安全性に優れた電池の開発に対する要望が一層増大している。このような高出力用途には、既存のリチウム二次電池において使用されるものよりも比容量の高い電極が必要となる。 Lithium secondary batteries are widely used in consumer electronics due to their characteristics of relatively high energy density, light weight and long life. However, with the development of electric vehicles, the demand for development of batteries with large capacity, high-speed charging/discharging characteristics, good cycle characteristics, and excellent safety is increasing. Such high power applications require electrodes with higher specific capacities than those used in existing lithium secondary batteries.

現在、炭素系材料(例えば、黒鉛)が市販のリチウム二次電池における主要な負極材料として用いられているが、その充電容量は黒鉛の形態において、グラム当たり約372ミリアンペア時(mAh/g)程度である。近年、炭素に代わる高容量の負極材料として盛んに研究されている物質としてシリコンが挙げられる。シリコンの理論容量は約4200mAh/gと黒鉛の10倍以上である。しかし、シリコンを負極材料として用いる場合、シリコンの低い電子伝導性や、充放電に伴うシリコンの大きな体積変化による粒子の崩壊、連続的な電解液の分解、などの課題を解決する必要がある。 Carbon-based materials (e.g., graphite) are currently used as the main negative electrode material in commercial lithium secondary batteries, and their charge capacity in the form of graphite is about 372 milliampere hours per gram (mAh/g). is. In recent years, silicon has been actively studied as a high-capacity negative electrode material to replace carbon. The theoretical capacity of silicon is about 4200 mAh/g, which is more than ten times that of graphite. However, when using silicon as a negative electrode material, it is necessary to solve problems such as the low electronic conductivity of silicon, the collapse of particles due to large volume changes of silicon during charging and discharging, and the continuous decomposition of the electrolyte.

これらの課題を解決するべく、電子伝導性材料とシリコンを組み合わせたり、体積変化を緩和するための空隙を導入したりするといった取り組みがなされてきた。非特許文献1ではシリコンと炭素を組み合わせることで電子伝導性と容量の向上を部分的に達成している。しかし、膨張収縮に伴う連続的な電解液の分解が抑制できておらず、充放電効率が黒鉛に比べて低いなどの課題がある。また、特許文献1において、複合活物質を導電性マトリクスに内包することで導電性と体積変化の緩和を達成できると報告している。該特許には材料の合成法および電池評価結果について具体的な記述が存在しないが、活物質周囲に空隙が存在しないために体積変化による応力を直接緩和することができず、連続的な電解液の分解が抑制できないため、充放電効率の劣化が大きいと容易に推測される。 In order to solve these problems, efforts have been made to combine electronically conductive materials and silicon, or to introduce voids to mitigate the volume change. Non-Patent Document 1 partially achieves improvement in electron conductivity and capacity by combining silicon and carbon. However, continuous decomposition of the electrolytic solution due to expansion and contraction cannot be suppressed, and there are problems such as lower charge-discharge efficiency than graphite. Moreover, in Patent Document 1, it is reported that by encapsulating a composite active material in a conductive matrix, conductivity and reduction in volume change can be achieved. Although there is no specific description of the material synthesis method and battery evaluation results in the patent, since there are no voids around the active material, the stress due to volume change cannot be directly relieved, and the continuous electrolyte solution It can be easily assumed that the deterioration of the charge-discharge efficiency is large because the decomposition of the battery cannot be suppressed.

これまで述べたように、リチウム二次電池に使用するための改善された負極が依然として必要とされている。とりわけ、安定な負極性能を達成することは、多くの高容量材料にとって課題となっている。 As previously mentioned, there remains a need for improved negative electrodes for use in lithium secondary batteries. Above all, achieving stable negative electrode performance is a challenge for many high-capacity materials.

特許第6449154号公報Japanese Patent No. 6449154

Kong Lijuan et al.,Electrochimica Acta,2016,198,144-155.Kong Lijuan et al. , Electrochimica Acta, 2016, 198, 144-155.

一方、近年、電池の使用安全性の点から、容量が高いことだけでなく、充放電を繰り返した後においても電極材料の体積が膨張しないことが求められている。電極材料の体積膨張が大きいと、電解液の液漏れの発生や、電池の寿命の低下が起きる。また、近年、電極材料に対する要求特性が非常に高まってきており、サイクル特性に対する要求水準もより一層高まっている。 On the other hand, in recent years, from the viewpoint of safety in use of batteries, not only high capacity but also electrode materials that do not expand in volume even after repeated charging and discharging are required. If the volume expansion of the electrode material is large, leakage of the electrolyte occurs and the service life of the battery is shortened. Moreover, in recent years, the required properties of electrode materials have increased significantly, and the required level of cycle properties has also increased.

本発明は、上記実情に鑑みて、容量維持率及びクーロン効率が高いリチウム二次電池用複合活物質を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a composite active material for a lithium secondary battery with high capacity retention rate and coulombic efficiency.

本発明者らは、従来技術について鋭意検討を行った結果、サイクル特性評価の前にエージングを行うことでシリコンの構造を変化させ、炭素マトリックス内壁面に沿った構造(中空構造)を形成する。これにより、シリコンと炭素マトリックス間の接触面積が大きくなり、リチウム導電性が向上することで充放電時のリチウム供給効率が向上し、長期サイクル安定性も向上することを見出した。 As a result of intensive studies on conventional techniques, the inventors of the present invention changed the structure of silicon by performing aging before evaluating cycle characteristics to form a structure (hollow structure) along the inner wall surface of the carbon matrix. As a result, the contact area between the silicon and the carbon matrix increases, the lithium conductivity improves, the lithium supply efficiency during charging and discharging improves, and the long-term cycle stability also improves.

本発明は以下の実施態様と有するものである。 The present invention has the following embodiments.

SiまたはSi化合物、非晶性炭素及び空隙を含むリチウム二次電池用複合活物質であって、空隙の周囲にSiまたはSi化合物が存在し、SiまたはSi化合物が該非晶性炭素と付着していることを特徴とするリチウム二次電池用複合活物質である。 A composite active material for a lithium secondary battery containing Si or a Si compound, amorphous carbon, and voids, wherein Si or the Si compound is present around the voids, and the Si or the Si compound adheres to the amorphous carbon A composite active material for a lithium secondary battery characterized by

本発明のリチウム二次電池用複合活物質によれば、容量維持率が高く及びクーロン効率が高く、サイクル特性に優れたリチウム二次電池を実現できる。 According to the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, a lithium secondary battery having a high capacity retention rate, a high coulombic efficiency, and excellent cycle characteristics can be realized.

上記リチウム二次電池用複合活物質においては、前記SiまたはSi化合物の体積に対する、前記空隙体積の比が0.5~50であることが好ましい。 In the composite active material for a lithium secondary battery, the ratio of the pore volume to the volume of the Si or Si compound is preferably 0.5-50.

上記リチウム二次電池用複合活物質においては、前記空隙一つの当たりに収容される前記SiまたはSi化合物の平均個数が4以下であることが好ましい。 In the above composite active material for a lithium secondary battery, it is preferable that the average number of Si or Si compounds accommodated in one of the pores is 4 or less.

上記リチウム二次電池用複合活物質においては、前記SiまたはSi化合物と、前記SiまたはSi化合物を収容する前記空隙の内壁面との最短距離が10nm以下であることが好ましい。 In the above composite active material for a lithium secondary battery, the shortest distance between the Si or Si compound and the inner wall surface of the void accommodating the Si or Si compound is preferably 10 nm or less.

上記リチウム二次電池用複合活物質においては、前記複数の空隙のそれぞれの空隙において、その周囲に配置された空隙までの最短距離が、1.0μm以下であることが好ましい。 In the above composite active material for a lithium secondary battery, it is preferable that the shortest distance between each of the plurality of voids and the voids arranged around the voids is 1.0 μm or less.

上記リチウム二次電池用複合活物質は、外側に外層をさらに有し、前記外層が、結晶性炭素、又は、10nm以上の細孔径を有する非晶性炭素を含むことが好ましい。 Preferably, the composite active material for a lithium secondary battery further has an outer layer, and the outer layer contains crystalline carbon or amorphous carbon having a pore diameter of 10 nm or more.

上記リチウム二次電池用複合活物質においては、前記結晶性炭素が、以下の条件(1)~(3)の少なくとも1つを満たすことが好ましい。
(1)ICP発光分光分析法による26元素(Al、Ca、Cr、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、V、Zn、Zr、Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cu、Mo、Pb、Sb、Se、Th、Tl、U)の不純物半定量値より求めた純度が99重量%以上であること。
(2)酸素フラスコ燃焼法によるイオンクロマトグラフィー(IC)測定法によるS量が1重量%以下であること。
(3)BET比表面積100m/g以下であること。
In the composite active material for lithium secondary batteries, the crystalline carbon preferably satisfies at least one of the following conditions (1) to (3).
(1) 26 elements (Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, V, Zn, Zr, Ag, As, Ba, Be, Cd, Co, Cu, Mo, Pb, Sb, Se, Th, Tl, U) purity obtained from semi-quantitative values of impurities is 99% by weight or more.
(2) The amount of S determined by an ion chromatography (IC) measurement method using an oxygen flask combustion method is 1% by weight or less.
(3) A BET specific surface area of 100 m 2 /g or less.

上記リチウム二次電池用複合活物質の粒径(D50)は0.3~50μmであることが好ましい。 The particle size (D50) of the composite active material for lithium secondary batteries is preferably 0.3 to 50 μm.

上記リチウム二次電池用複合活物質のBET比表面積は100m/g以下であることが好ましい。 The BET specific surface area of the composite active material for lithium secondary batteries is preferably 100 m 2 /g or less.

また、本発明は、上述したリチウム二次電池用複合活物質を製造する方法であって、前記SiまたはSi化合物に、高分子膜を被覆して第1粒子を得る第1工程と、前記第1粒子に非晶性炭素の前駆体を混合または被覆して第2粒子を得る第2工程と、前記第2粒子を集合させて焼成し、焼成体を形成する第3工程と、さらに充放電する第4工程を含む、リチウム二次電池用複合活物質の製造方法である。 The present invention also provides a method for producing the aforementioned composite active material for a lithium secondary battery, comprising: a first step of coating the Si or Si compound with a polymer film to obtain first particles; A second step of mixing or coating one particle with an amorphous carbon precursor to obtain a second particle, a third step of aggregating and firing the second particles to form a fired body, and charging and discharging. a method for producing a composite active material for a lithium secondary battery, including a fourth step of

本発明のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法によれば、初回充電時に体積変化が抑制された電極材料の作製が可能であり、かつ高容量でサイクル特性に優れたリチウム二次電池を実現できるリチウム二次電池用複合活物質を製造することができる。 According to the method for producing a composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, it is possible to produce an electrode material whose volume change is suppressed during the initial charge, and a lithium secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics is produced. A realizable composite active material for a lithium secondary battery can be produced.

上記製造方法においては、前記高分子膜は、モノマー、開始剤及び分散剤を用いて形成されることが好ましい。 In the manufacturing method described above, the polymer film is preferably formed using a monomer, an initiator and a dispersant.

上記製造方法は、第3工程の後、焼成体に炭素被覆する工程を含むことが好ましい
上記製造方法においては、前記非晶性炭素の前駆体がポリアクリロニトリルであることが好ましい。
The above production method preferably includes a step of carbon-coating the fired body after the third step. In the above production method, the amorphous carbon precursor is preferably polyacrylonitrile.

また本発明は、上記リチウム二次電池用複合活物質を含むリチウム二次電池用電極組成物である。 The present invention also provides an electrode composition for a lithium secondary battery containing the composite active material for a lithium secondary battery.

本発明のリチウム二次電池用電極組成物によれば、初回充電時に体積変化が抑制された電極材料の作製が可能であり、かつ高容量でサイクル特性に優れたリチウム二次電池を実現できるリチウム二次電池の電極を製造することができる。 According to the electrode composition for a lithium secondary battery of the present invention, it is possible to prepare an electrode material in which the volume change is suppressed at the time of the first charge, and lithium can realize a lithium secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics. Electrodes for secondary batteries can be produced.

さらに本発明は、上記リチウム二次電池用複合活物質を含む電極である。 Further, the present invention is an electrode containing the composite active material for a lithium secondary battery.

本発明の電極によれば、初回充電時に体積変化が抑制され、かつ高容量でサイクル特性に優れたリチウム二次電池を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the electrode of this invention, the volume change is suppressed at the time of initial charge, and it can implement|achieve the lithium secondary battery which has high capacity|capacitance and was excellent in cycling characteristics.

なお、本発明において、「非晶性炭素」とは、(002)面のX線回折ピークの半値幅が3°以上である炭素をいう。 In the present invention, “amorphous carbon” refers to carbon having an X-ray diffraction peak half width of 3° or more on the (002) plane.

また、「結晶性炭素」とは、(002)面のX線回折ピークの半値幅が3°未満である炭素をいう。 "Crystalline carbon" refers to carbon whose X-ray diffraction peak half width of the (002) plane is less than 3°.

本発明によれば、初回の充電後の体積膨張が抑制された電極材料の作製が可能で、かつ、高容量でサイクル特性に優れたリチウム二次電池を実現できるリチウム二次電池用複合活物質、リチウム二次電池用電極組成物、リチウム二次電池用電極並びにリチウム二次電池用複合活物質の製造方法が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a composite active material for a lithium secondary battery is capable of producing an electrode material with suppressed volume expansion after the first charge, and realizing a lithium secondary battery with high capacity and excellent cycle characteristics. , an electrode composition for a lithium secondary battery, an electrode for a lithium secondary battery, and a method for producing a composite active material for a lithium secondary battery.

<リチウム二次電池用複合活物質>
以下に、本発明のリチウム二次電池用複合活物質(複合材料)について、図1及び図6を用い、本発明の一例を示しながら詳述する。図1は、本発明のリチウム二次電池用複合活物質の一例を示す模式図、図6は本発明の実施例1で製造した複合活物質の断面SEM像(×30,000倍)である。
<Composite Active Material for Lithium Secondary Batteries>
The composite active material (composite material) for a lithium secondary battery of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 and 6 while showing an example of the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional SEM image (×30,000) of the composite active material produced in Example 1 of the present invention. .

本発明のリチウム二次電池用複合活物質は、Si系材料及び非晶性炭素を含むリチウム二次電池用複合活物質であって、該Si系材料が該非晶性炭素内に内包されており、該Si系材料が該非晶性炭素内に内包された構造が複数存在するリチウム二次電池用複合活物質である。本発明のリチウム二次電池用複合活物質においては、非晶性炭素が空隙を内包し、Si系材料内に空隙が存在する。 The composite active material for lithium secondary batteries of the present invention is a composite active material for lithium secondary batteries containing a Si-based material and amorphous carbon, wherein the Si-based material is included in the amorphous carbon. and a composite active material for a lithium secondary battery in which a plurality of structures in which the Si-based material is enclosed in the amorphous carbon are present. In the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, voids are included in the amorphous carbon, and the voids are present in the Si-based material.

詳細に述べると、図1に示すように、本発明のリチウム二次電池用複合活物質100は、複数の空隙3を有するマトリクス1と、空隙3内に収容されるSi系材料2とを含み、マトリクス1が非晶性炭素を含むリチウム二次電池用複合活物質である。Si系材料は、SiまたはSi合金である。 Specifically, as shown in FIG. 1, the composite active material 100 for lithium secondary batteries of the present invention includes a matrix 1 having a plurality of voids 3 and a Si-based material 2 accommodated in the voids 3. , the matrix 1 is a composite active material for a lithium secondary battery containing amorphous carbon. Si-based materials are Si or Si alloys.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質によれば、容量維持率及びクーロン効率が高いリチウム二次電池を実現できる。 According to the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, a lithium secondary battery with high capacity retention rate and coulombic efficiency can be realized.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質は、図6のように、非晶性炭素に複数の空隙3を内包し、Si系材料2内に空隙3を内包する構造を有する。すなわち、マトリクス1内に複数の空隙3が含まれ、Si系材料2内に空隙3が収容されている。 The composite active material for a lithium secondary battery of the present invention has a structure in which a plurality of voids 3 are included in amorphous carbon and voids 3 are included in Si-based material 2, as shown in FIG. That is, the matrix 1 contains a plurality of voids 3 , and the Si-based material 2 contains the voids 3 .

さらに、複合活物質100は、マトリクス1内に複数の空隙3を有し、Si系材料2内に空隙3を収容しているため、非晶性炭素からなるシェル内の空隙にコアとしてSi系材料を収容したコア-シェル粒子の集合体と比べて以下の利点を有する。すなわち、電子やリチウムイオンの導通パスがマトリクス1により十分に確保され、電子やリチウムイオンの移動に対する抵抗が低減される。このため、レート特性の低下や充放電に伴う容量維持率の低下が抑制される。 Furthermore, since the composite active material 100 has a plurality of voids 3 in the matrix 1 and contains the voids 3 in the Si-based material 2, Si-based cores are formed in the voids in the shell made of amorphous carbon. It has the following advantages compared to a collection of core-shell particles containing material. That is, the matrix 1 sufficiently secures conduction paths for electrons and lithium ions, and resistance to movement of electrons and lithium ions is reduced. Therefore, deterioration in rate characteristics and deterioration in capacity retention rate due to charging and discharging are suppressed.

以上より、本発明のリチウム二次電池用複合活物質は、リチウム二次電池で使用される電極材料(特に負極材料)に使用される複合活物質として有用である。 As described above, the composite active material for lithium secondary batteries of the present invention is useful as a composite active material used for electrode materials (especially negative electrode materials) used in lithium secondary batteries.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質は非晶性炭素を含む。非晶性炭素の含有率は、20質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、100質量%であることが特に好ましい。非晶性炭素の含有率が20質量%以上であることで、緻密性が向上し、複合活物質内への電解液の侵入を抑制することができることでサイクル特性が向上する。 The composite active material for lithium secondary batteries of the present invention contains amorphous carbon. The amorphous carbon content is preferably 20% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and particularly preferably 100% by mass. When the amorphous carbon content is 20% by mass or more, the denseness is improved, and the infiltration of the electrolytic solution into the composite active material can be suppressed, thereby improving the cycle characteristics.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質における空隙は、SiまたはSi化合物の膨張応力を緩和するために導入される。このため、SiまたはSi化合物の体積に対する空隙体積の比が0.5~50であることが好ましく、より好ましくは1~30であり、より一層好ましくは2~10、さらに好ましくは3~10、特に好ましくは3~7である。体積比がこの範囲にあることで、複合活物質の膨張が緩和され、かつ、複合活物質の体積容量が低くなりにくい。 The voids in the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention are introduced to relax the expansion stress of Si or Si compounds. Therefore, the ratio of void volume to Si or Si compound volume is preferably 0.5 to 50, more preferably 1 to 30, even more preferably 2 to 10, still more preferably 3 to 10, 3 to 7 are particularly preferred. When the volume ratio is within this range, expansion of the composite active material is moderated, and the volumetric capacity of the composite active material is less likely to decrease.

SiまたはSi化合物の体積に対する空隙体積の比の算出方法として、以下の方法が挙げられる。 Methods for calculating the ratio of void volume to Si or Si compound volume include the following methods.

まず、断面加工装置を用いてリチウム二次電池用負極を電極の垂直方向(厚さ方向)に切断する。あるいは、複合活物質を切断する。断面加工に用いる装置としては、より明瞭な画像を得るためにクロスセクションポリッシャーを用いることが好ましい。その後、顕微鏡を用いて、得られた断面部分を観察する。ここで用いられる顕微鏡としては、解像度や観察範囲を十分得る必要があるため、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いることが好ましい。ここで得られた顕微鏡像のことを、以下、「断面SEM像」と呼ぶことにする。その後、得られた2次電子像の印刷画像の上に透明シートを2枚重ね、1枚のシートにはSiまたはSi化合物に相当する部分をペンで塗りつぶし、もう1枚のシートには空隙に相当する部分をペンで塗りつぶす。透明シートとしては、作業性が良いことからOHPシート(オーバーヘッドプロジェクター用シート)を用いることが好ましい。次に、それぞれの画像をJPEG又はTIFFデータに変換し、Nano Hunter NS2K-Pro(ナノシステム株式会社)を用いて2値化し、SiまたはSi化合物に相当する部分の面積S1と空隙に相当する部分の面積S2を算出する。その後、こうして算出された面積S1及びS2を、SiまたはSi化合物に相当する部分の体積V1と空隙に相当する部分の体積V2に換算する。このとき、SiまたはSi化合物に相当する部分及び空隙に相当する部分を円であると仮定し、以下の式(A)を用いて円の半径rを算出し、算出された半径rに基づき、以下の式(B)を用いて体積Vを算出する。こうして、SiまたはSi化合物の体積に対する空隙の体積の比を算出できる。
r=(面積/π)1/2・・・(A)
V=4πr/3・・・(B)
本発明における非晶性炭素の(002)面のX線回折ピークの半値幅は15°以下であることが好ましく、さらに好ましくは3°~12°である。非晶性炭素の(002)面のX線回折ピークの半値幅が15°以下であることで、初回の充放電効率が向上する。
First, the negative electrode for a lithium secondary battery is cut in the vertical direction (thickness direction) of the electrode using a cross section processing device. Alternatively, the composite active material is cut. A cross-section polisher is preferably used as an apparatus for cross-section processing in order to obtain a clearer image. After that, the obtained cross-sectional portion is observed using a microscope. As the microscope used here, it is preferable to use a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) because it is necessary to obtain sufficient resolution and observation range. The microscopic image obtained here is hereinafter referred to as a "cross-sectional SEM image". After that, two transparent sheets were placed on the printed image of the secondary electron image obtained. Fill in the corresponding part with a pen. As the transparent sheet, it is preferable to use an OHP sheet (overhead projector sheet) because of its good workability. Next, each image is converted to JPEG or TIFF data, binarized using Nano Hunter NS2K-Pro (Nano System Co., Ltd.), and the area S1 of the portion corresponding to Si or Si compound and the portion corresponding to the void , the area S2 of is calculated. After that, the areas S1 and S2 thus calculated are converted into the volume V1 of the portion corresponding to Si or Si compound and the volume V2 of the portion corresponding to the void. At this time, assuming that the portion corresponding to Si or the Si compound and the portion corresponding to the void are circles, the radius r of the circle is calculated using the following formula (A), and based on the calculated radius r, The volume V is calculated using the following formula (B). Thus, the ratio of void volume to Si or Si compound volume can be calculated.
r=(area/π) 1/2 (A)
V=4πr 3 /3 (B)
The half width of the X-ray diffraction peak of the (002) plane of amorphous carbon in the present invention is preferably 15° or less, more preferably 3° to 12°. When the half width of the X-ray diffraction peak of the (002) plane of amorphous carbon is 15° or less, the initial charge/discharge efficiency is improved.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質において、非晶性炭素に含まれる空隙一つ当たりに収容されるSiまたはSi化合物の平均個数は、4以下であることが好ましく、さらに好ましくは2以下である。平均個数が4以下であることで、電子伝導性がさらに担保され、かつ、SiまたはSi化合物の膨張が効率的に緩和される。 In the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, the average number of Si or Si compounds contained in each void contained in the amorphous carbon is preferably 4 or less, more preferably 2 or less. is. When the average number is 4 or less, the electron conductivity is further ensured, and the expansion of Si or Si compound is efficiently alleviated.

非晶性炭素に含まれる空隙一つ当たりに内包されるSiまたはSi化合物の平均個数の算出方法として、以下の方法が挙げられる。 As a method for calculating the average number of Si or Si compounds contained in each void contained in amorphous carbon, the following method can be used.

上述の方法で得られた複合活物質の断面SEM像について、SiまたはSi化合物が内包されている空隙を複数選択し、それらの空隙に内包されるSiまたはSi化合物の個数の合計値を計測する。選択する空隙の個数は多いほど良いが、作業性の観点から10個以上、好ましくは20個以上である。計測したSiまたはSi化合物の個数の合計値を、計測した空隙の数で割って平均値を計算することで、非晶性炭素中の空隙一つの当たりに収容されるSiまたはSi化合物の平均個数を算出することができる。 For the cross-sectional SEM image of the composite active material obtained by the above method, a plurality of voids containing Si or Si compounds are selected, and the total number of Si or Si compounds contained in those voids is measured. . The number of voids to be selected should be as large as possible, but from the viewpoint of workability, it is 10 or more, preferably 20 or more. By calculating the average value by dividing the total number of measured Si or Si compounds by the number of measured voids, the average number of Si or Si compounds accommodated per void in amorphous carbon can be calculated.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質中のSiまたはSi化合物と、SiまたはSi化合物を収容する空隙の内壁面との最短距離は10nm以下が好ましい。最短距離が10nm以下であることで、電子およびリチウムイオンの伝導性がより向上する。複合活物質中のSiまたはSi化合物と、SiまたはSi化合物を収容する空隙の内壁面との最短距離の算出方法としては、断面SEM像上で距離を計測する方法が挙げられる。上記最短距離は、10nm以下であることがより好ましく、5nm以下であることがより一層好ましい。特に、上記最短距離は0nmであることが好ましい。すなわち、SiまたはSi化合物と空隙の内壁面とが接触していることが好ましい。この場合、充電時にSiまたはSi化合物が膨張する際に、SiまたはSi化合物が空隙の内壁面に加える応力がより効果的に低減される。 The shortest distance between Si or the Si compound in the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention and the inner wall surface of the void containing Si or the Si compound is preferably 10 nm or less. When the shortest distance is 10 nm or less, the conductivity of electrons and lithium ions is further improved. As a method of calculating the shortest distance between Si or a Si compound in the composite active material and the inner wall surface of the void containing Si or the Si compound, there is a method of measuring the distance on a cross-sectional SEM image. The shortest distance is more preferably 10 nm or less, and even more preferably 5 nm or less. In particular, the shortest distance is preferably 0 nm. That is, it is preferable that Si or the Si compound and the inner wall surface of the void are in contact with each other. In this case, when the Si or Si compound expands during charging, the stress applied to the inner wall surfaces of the voids by Si or the Si compound is more effectively reduced.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質においては、複数の空隙のそれぞれの空隙において、その周囲に配置された空隙までの最短距離が1.0μm以下、より好ましくは0.7μm以下、さらに好ましくは0.5μm以下であることが好ましい。この場合、SiまたはSi化合物と電解液との接触がより抑制され、電池の寿命がより向上する。また、上記最短距離が1.0μm以下であることで、マトリクス1による電子伝達効果が高まる。また、マトリクス1が断面で見て網目状であることが電子伝達の点で好ましい。 In the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, in each of the plurality of voids, the shortest distance to the voids arranged around the voids is 1.0 μm or less, more preferably 0.7 μm or less, more preferably 0.7 μm or less. is preferably 0.5 μm or less. In this case, contact between Si or the Si compound and the electrolyte is further suppressed, and the life of the battery is further improved. Further, when the shortest distance is 1.0 μm or less, the electron transfer effect of the matrix 1 is enhanced. In terms of electron transfer, the matrix 1 preferably has a mesh shape when viewed in cross section.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質の粒径(D50:50%体積粒径)は、0.3~50μmであることが好ましく、0.3~40μmであることがより好ましい。リチウム二次電池用複合活物質の粒径(D50)が0.3~50μmであることで電極表面の平滑性や電極中の複合活物質の密度を向上させることができる。すなわち、上記粒径が0.3μm以上であることで、リチウム二次電池用複合活物質を含む電極形成用組成物を塗工する際に複数の複合活物質からなる凝集体が形成されにくくなり、電極形成用組成物の塗工性が向上するため、電極表面の平滑性をより向上させることができる。また、上記粒径が50μm以下であることで、電極における複合活物質の充填性がより向上し、電極中の複合活物質の密度をより向上させることができる。 The particle size (D50: 50% volume particle size) of the composite active material for lithium secondary batteries of the present invention is preferably 0.3 to 50 μm, more preferably 0.3 to 40 μm. When the particle size (D50) of the composite active material for a lithium secondary battery is 0.3 to 50 μm, the smoothness of the electrode surface and the density of the composite active material in the electrode can be improved. That is, when the particle size is 0.3 μm or more, aggregates composed of a plurality of composite active materials are less likely to be formed when an electrode-forming composition containing a composite active material for a lithium secondary battery is applied. Since the coatability of the electrode-forming composition is improved, the smoothness of the electrode surface can be further improved. Further, when the particle size is 50 μm or less, the filling property of the composite active material in the electrode can be further improved, and the density of the composite active material in the electrode can be further improved.

なお、粒径(D90:90%体積粒径)は、1~75μmであることが好ましく、2~60μmであることがより好ましい。リチウム二次電池用複合活物質の粒径(D90)が1~75μmであることで電極表面の平滑性や電極中の複合活物質の密度を向上させることができる。すなわち、上記粒径が1μm以上であることで、リチウム二次電池用複合活物質を含む電極形成用組成物を塗工する際に複数の複合活物質からなる凝集体が形成されにくくなり、電極形成用組成物の塗工性が向上するため、電極表面の平滑性をより向上させることができる。また、上記粒径が75μm以下であることで、電極における複合活物質の充填性がより向上し、電極中の複合活物質の密度をより向上させることができる。 The particle size (D90: 90% volume particle size) is preferably 1 to 75 μm, more preferably 2 to 60 μm. When the particle size (D90) of the composite active material for a lithium secondary battery is 1 to 75 μm, the smoothness of the electrode surface and the density of the composite active material in the electrode can be improved. That is, when the particle size is 1 μm or more, aggregates composed of a plurality of composite active materials are less likely to be formed when an electrode-forming composition containing a composite active material for a lithium secondary battery is applied. Since the coatability of the forming composition is improved, the smoothness of the electrode surface can be further improved. Further, when the particle size is 75 μm or less, the filling property of the composite active material in the electrode can be further improved, and the density of the composite active material in the electrode can be further improved.

D50およびD90は、レーザー回折散乱法により測定した累積粒度分布の累積50%、累積90%の粒径にそれぞれ該当する。 D50 and D90 correspond to the cumulative 50% and cumulative 90% particle sizes of the cumulative particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method, respectively.

なお、測定に際しては、リチウム二次電池用複合活物質を液体に加えて超音波などを利用しながら激しく混合し、作製した分散液を、装置(レーザ粒度分布計)にサンプルとして導入し、粒径(D50又はD90)の測定を行う。該複合活物質と液体がうまくなじまない時は、必要に応じて界面活性剤などを添加しても良い。液体としては作業上、水やアルコール、低揮発性の有機溶媒を用いることが好ましい。 In the measurement, the composite active material for lithium secondary batteries was added to the liquid and vigorously mixed using ultrasonic waves, etc., and the prepared dispersion liquid was introduced as a sample into a device (laser particle size distribution analyzer), and the particles were measured. A diameter (D50 or D90) measurement is taken. If the composite active material and the liquid do not mix well, a surfactant or the like may be added as necessary. As the liquid, it is preferable to use water, alcohol, or a low-volatility organic solvent for workability.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質は、BET比表面積が100m/g以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.5~70m/g、特に好ましくは0.5~30m/gである。BET比表面積が100m/g以下であることで、前記複合活物質の内部に空隙を導入しつつ、電解液との接触及び充放電により活物質表面に形成される固体電解質層(SEI)を抑制し、初回充放電効率と容量維持率を改善できる。 The composite active material for lithium secondary batteries of the present invention preferably has a BET specific surface area of 100 m 2 /g or less, more preferably 0.5 to 70 m 2 /g, particularly preferably 0.5 to 30 m 2 /g. is g. With a BET specific surface area of 100 m 2 /g or less, a solid electrolyte layer (SEI) formed on the surface of the active material by contact with the electrolytic solution and charging and discharging while introducing voids inside the composite active material. can be suppressed, and the initial charge/discharge efficiency and capacity retention rate can be improved.

なお、BET比表面積は、窒素吸着によるBET法(JIS Z 8830、一点法)を用いて測定された値である。 The BET specific surface area is a value measured using the BET method (JIS Z 8830, one-point method) by nitrogen adsorption.

本発明でいうSiとは、汎用グレードの金属シリコン以上の純度のものであれば特に限定されない。具体的には、このようなSiとしては、純度が98重量%程度の汎用グレードの金属シリコン、純度が2~4Nのケミカルグレードの金属シリコン、塩素化して蒸留精製した4Nより高純度のポリシリコン、単結晶成長法による析出工程を経た超高純度の単結晶シリコン、もしくはそれらに周期表13族もしくは15族元素をドーピングして、p型またはn型としたもの、半導体製造プロセスで発生したウエハの研磨や切断の屑、プロセスで不良となった廃棄ウエハなどが挙げられる。 The Si referred to in the present invention is not particularly limited as long as it has a purity equal to or higher than that of general-purpose grade metallic silicon. Specifically, such Si includes general-purpose grade metallic silicon with a purity of about 98% by weight, chemical grade metallic silicon with a purity of 2 to 4N, and polysilicon with a purity higher than 4N that has been chlorinated and purified by distillation. , ultra-high-purity single-crystal silicon that has undergone a deposition process by a single-crystal growth method, or doped with an element of group 13 or 15 of the periodic table to make it p-type or n-type, wafers generated in the semiconductor manufacturing process scraps from polishing and cutting, and waste wafers that have become defective in the process.

本発明でいうSi化合物とは、Si合金とSiを含む非金属化合物をいう。 The Si compound referred to in the present invention refers to a Si alloy and a non-metallic compound containing Si.

Si合金とは、Siが主成分の合金である。前記Si合金において、Si以外に含まれる元素としては、周期表2~15族の元素の一つ以上が好ましく、合金に含まれる相の融点が900℃以上となる元素が好ましい。周期表2~15族の元素の中でも、2~4、7、8、11~14族が好ましい。 A Si alloy is an alloy containing Si as a main component. In the Si alloy, the element other than Si is preferably one or more elements of Groups 2 to 15 of the periodic table, and preferably an element in which the melting point of the phase contained in the alloy is 900° C. or higher. Among the elements of groups 2 to 15 of the periodic table, groups 2 to 4, 7, 8, and 11 to 14 are preferred.

Siを含む非金属化合物とはSiが主成分の酸化物、炭化物、窒化物、フッ化物、硫化物、リン化物、水素化物である。 Nonmetallic compounds containing Si are oxides, carbides, nitrides, fluorides, sulfides, phosphides, and hydrides containing Si as a main component.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質において、SiまたはSi化合物の粒径(D50)は0.01~5μmであることが好ましく、さらに好ましくは0.01~1μmであり、特に好ましくは0.05~0.6μmである。D50が0.01μm以上であると、表面酸化による容量や初期効率が低下しにくい。D50が5μm以下であると、リチウム挿入による膨張で割れが生じにくく、サイクル劣化がより起こりにくい。なお、粒径(D50)はレーザー粒度分布計で測定した体積平均径である。 In the composite active material for lithium secondary batteries of the present invention, the particle size (D50) of Si or Si compound is preferably 0.01 to 5 μm, more preferably 0.01 to 1 μm, and particularly preferably 0 0.05 to 0.6 μm. When D50 is 0.01 μm or more, the capacity and initial efficiency are less likely to decrease due to surface oxidation. When D50 is 5 μm or less, cracking due to expansion due to lithium insertion is less likely to occur, and cycle deterioration is less likely to occur. The particle diameter (D50) is the volume average diameter measured with a laser particle size distribution meter.

SiまたはSi化合物の含有量は、SiまたはSi化合物及び非晶性炭素の合計100質量部において5~80質量部であることが好ましく、15~50質量部であることが特に好ましい。SiまたはSi化合物及び非晶性炭素の合計100質量部に対するSiまたはSi化合物の含有量が5質量部以上である場合、より十分に大きい容量が得られる。SiまたはSi化合物及び非晶性炭素の合計100質量部に対するSiまたはSi化合物の含有量が80質量部以下である場合、サイクル劣化がより起こりにくい。 The content of Si or Si compound is preferably 5 to 80 parts by mass, particularly preferably 15 to 50 parts by mass, based on the total of 100 parts by mass of Si or Si compound and amorphous carbon. When the content of Si or Si compound is 5 parts by mass or more with respect to the total of 100 parts by mass of Si or Si compound and amorphous carbon, a sufficiently large capacity can be obtained. When the content of Si or Si compound is 80 parts by mass or less with respect to a total of 100 parts by mass of Si or Si compound and amorphous carbon, cycle deterioration is less likely to occur.

本発明の非晶性炭素は、非結晶性を有する炭素であれば特に制限はないが、非晶性炭素としては、黒鉛以外の非晶質もしくは微結晶の炭素質物が好ましい。 The amorphous carbon of the present invention is not particularly limited as long as it is amorphous carbon, but amorphous or microcrystalline carbonaceous materials other than graphite are preferable as the amorphous carbon.

黒鉛以外の非晶質もしくは微結晶の炭素質物は、非晶性炭素の前駆体を焼成することで得られる。このような非晶性炭素の前駆体としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリグリセリン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリイミド樹脂、レゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シアネート樹脂、フラン樹脂、ケトン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリロニトリル-スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ピロール、ドーパミン、アルギン酸アンモニウム、セルロース、グルコース、サッカリン、フルクトース等の糖類、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、メソフェーズピッチ、コークス、低分子重質油、またはそれらの誘導体等が挙げられる。その中でもポリアニリン、ポリピロール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリイミド樹脂、レゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、ドーパミン、グルコース、サッカリン、フルクトース等の糖類、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、またはそれらの誘導体等が好ましく、特に好ましくはポリアニリン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)またはそれらの誘導体である。 Amorphous or microcrystalline carbonaceous materials other than graphite are obtained by firing precursors of amorphous carbon. Examples of such amorphous carbon precursors include polyaniline, polypyrrole, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyglycerin, polyparaphenylene vinylene, polyimide resin, resorcinol-formaldehyde resin, phenol resin, epoxy resin, melamine resin, Urea resin, cyanate resin, furan resin, ketone resin, unsaturated polyester resin, urethane resin, acrylonitrile-styrene (AS) resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, pyrrole, dopamine, ammonium alginate, cellulose, glucose, saccharin , sugars such as fructose, coal-based pitch (eg, coal tar pitch), petroleum-based pitch, mesophase pitch, coke, low-molecular-weight heavy oil, or derivatives thereof. Among them, polyaniline, polypyrrole, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyimide resin, resorcinol-formaldehyde resin, phenolic resin, sugars such as dopamine, glucose, saccharin, fructose, coal-based pitch (eg, coal tar pitch), petroleum-based pitch, or Derivatives thereof are preferred, and particularly preferred are polyaniline, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, phenol resin, coal-based pitch (eg, coal tar pitch), and derivatives thereof.

非晶性炭素の前駆体を焼成する際の温度(焼成温度)は炭化する温度であればよく、300~1500℃であることが好ましく、特に好ましくは500~1300℃であり、より好ましくは600~1100℃である。焼成温度が300℃以上であると炭化が進行しやすい。一方、焼成温度が1500℃以下である場合、SiまたはSi化合物と後述する不活性ガスとの反応が起こりにくく、放電容量の低下が発生しにくくなる傾向にある。 The temperature (firing temperature) for firing the amorphous carbon precursor may be any temperature at which carbonization occurs, preferably 300 to 1500°C, particularly preferably 500 to 1300°C, and more preferably 600°C. ~1100°C. When the firing temperature is 300° C. or higher, carbonization tends to proceed. On the other hand, when the firing temperature is 1500° C. or lower, the reaction between Si or the Si compound and the inert gas described later tends to be less likely to occur, and the decrease in discharge capacity tends to be less likely to occur.

焼成は、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましく、用いる不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられる。その中でも窒素が好ましい。 Firing is preferably performed in an inert gas atmosphere, and examples of the inert gas used include nitrogen, argon, and helium. Among them, nitrogen is preferred.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質において、非晶性炭素の含有量はSiまたはSi化合物及び非晶性炭素の合計100質量部において20~95質量部であることが好ましく、30~85質量部であることが特に好ましい。非晶性炭素の含有量がSiまたはSi化合物及び非晶性炭素の合計100質量部において20質量部以上である場合、非晶性炭素がSiまたはSi化合物を覆うことができ、導電パスが十分となって容量劣化が起こりにくい。非晶性炭素の含有量がSiまたはSi化合物及び非晶性炭素の合計100質量部において95質量部以下である場合、十分な容量が得られやすい。 In the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, the content of amorphous carbon is preferably 20 to 95 parts by mass, preferably 30 to 85 parts by mass, based on a total of 100 parts by mass of Si or Si compound and amorphous carbon. Parts by mass are particularly preferred. When the content of amorphous carbon is 20 parts by mass or more in a total of 100 parts by mass of Si or Si compound and amorphous carbon, amorphous carbon can cover Si or Si compound, and the conductive path is sufficient. As a result, capacity deterioration is less likely to occur. When the content of amorphous carbon is 95 parts by mass or less based on the total of 100 parts by mass of Si or Si compound and amorphous carbon, a sufficient capacity is likely to be obtained.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質は、さらに外側に外層をさらに有し、外層が、結晶性炭素、もしくは10nm以上の細孔径を有する非晶性炭素を含んでも良い。外層に結晶性炭素が存在することで、プレス成形により電極を製造する時に複合活物質同士間の密着性が向上したり、複合活物質表面の平滑性が向上したりする。その結果、電極の密度がより向上する。また、複合活物質が、外側に非晶性炭素を含む外層をさらに有する場合、非晶性炭素の細孔径としては10nm以上1000nm以下であることが好ましく、さらに好ましくは10nm以上500nm以下、特に好ましくは10nm以上200nm以下である。細孔径がこの範囲内にあることで、複合活物質と電解液とのなじみが良くなり、リチウム二次電池において充電容量が向上したり、レート特性が向上したりする。具体的には非晶性炭素の細孔径が10nm以上であると、複合活物質と電解液とのなじみが良好になり、細孔径が1000nm以下であると電極の密度が低下しにくくなり、リチウム二次電池においてSiと電解液との反応が起こりにくくなって、容量維持率が低下しにくくなる。 The composite active material for a lithium secondary battery of the present invention may further have an outer layer, and the outer layer may contain crystalline carbon or amorphous carbon having a pore size of 10 nm or more. The presence of crystalline carbon in the outer layer improves adhesion between the composite active materials when an electrode is produced by press molding, and improves the smoothness of the surface of the composite active material. As a result, the electrode density is further improved. In addition, when the composite active material further has an outer layer containing amorphous carbon on the outside, the pore diameter of the amorphous carbon is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 10 nm or more and 500 nm or less, and particularly preferably. is 10 nm or more and 200 nm or less. When the pore diameter is within this range, the compatibility between the composite active material and the electrolytic solution is improved, and the charge capacity and rate characteristics of the lithium secondary battery are improved. Specifically, when the pore diameter of the amorphous carbon is 10 nm or more, the compatibility between the composite active material and the electrolytic solution is improved, and when the pore diameter is 1000 nm or less, the electrode density is less likely to decrease, and lithium In the secondary battery, the reaction between Si and the electrolytic solution is less likely to occur, and the capacity retention rate is less likely to decrease.

外層における細孔径はBJH法によって測定することができる。測定装置としては、株式会社島津製作所 自動比表面積/細孔分布測定装置 Tristar 3000を用いることができる。 The pore size in the outer layer can be measured by the BJH method. As a measuring device, an automatic specific surface area/pore size distribution measuring device Tristar 3000 manufactured by Shimadzu Corporation can be used.

非晶性炭素は、リチウム二次電池用複合活物質に含まれる非晶性炭素と同一でも異なってもよい。外層に含まれる非晶性炭素がリチウム二次電池用複合活物質に含まれる非晶性炭素と異なる場合、さらに充放電効率を向上できる。 The amorphous carbon may be the same as or different from the amorphous carbon contained in the composite active material for lithium secondary batteries. When the amorphous carbon contained in the outer layer is different from the amorphous carbon contained in the composite active material for lithium secondary batteries, the charge/discharge efficiency can be further improved.

本発明の結晶性炭素は、結晶性を有するものであれば特に制限はないが、結晶性炭素としては、黒鉛由来の炭素が好ましい。 The crystalline carbon of the present invention is not particularly limited as long as it has crystallinity, but carbon derived from graphite is preferable as the crystalline carbon.

黒鉛由来の炭素は、黒鉛を焼成することで得られる。このような黒鉛としては、天然黒鉛材、人造黒鉛等が挙げられる。その中でも通常グラファイトと呼ばれる天然黒鉛を薄片化した薄片化黒鉛が好ましい。 Graphite-derived carbon is obtained by firing graphite. Examples of such graphite include natural graphite materials and artificial graphite. Among them, exfoliated graphite obtained by exfoliating natural graphite, which is usually called graphite, is preferable.

本明細書においては、薄片化黒鉛とは、グラフェンシートの積層数が400層以下の黒鉛を意味する。なお、グラフェンシートは主にファンデルワールス力によって互いに結合している。 In the present specification, exfoliated graphite means graphite having 400 or less layers of graphene sheets. Note that the graphene sheets are bonded together mainly by van der Waals forces.

薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの層の数は、リチウムイオンと化合可能な電池活物質と薄片化黒鉛とがより均一に分散し、リチウム二次電池用複合活物質を用いた電池材料の膨張がより抑制される点、および/又は、リチウム二次電池のサイクル特性がより優れる点で、300以下であることが好ましく、200以下であることがより好ましく、150以下であることがさらに好ましい。グラフェンシートの層の数は、取り扱い性の点からは、5層以上であることが好ましい。 The number of layers of graphene sheets in the exfoliated graphite is such that the battery active material capable of combining with lithium ions and the exfoliated graphite are more uniformly dispersed, and the expansion of the battery material using the composite active material for lithium secondary batteries is more efficient. It is preferably 300 or less, more preferably 200 or less, and even more preferably 150 or less in terms of suppression and/or better cycle characteristics of the lithium secondary battery. The number of graphene sheet layers is preferably 5 or more from the viewpoint of handleability.

なお、薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの層の数は透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて測定することができる。 The number of graphene sheet layers in exfoliated graphite can be measured using a transmission electron microscope (TEM).

薄片化黒鉛の平均厚みは、リチウム二次電池のレート特性がより優れる点で、40nm以下であることが好ましく、22nm以下であることがより好ましい。薄片化黒鉛の平均厚みは、製造手順が簡素化されることから、4nm以上であることが好ましい。 The average thickness of the exfoliated graphite is preferably 40 nm or less, more preferably 22 nm or less, from the viewpoint of better rate characteristics of the lithium secondary battery. The average thickness of exfoliated graphite is preferably 4 nm or more because the production procedure is simplified.

なお、上記平均厚みの測定方法としては、TEMによって薄片化黒鉛を観察し、10個以上の薄片化黒鉛中の積層したグラフェンシートの層の厚みを測定して、その値を算術平均することによって平均厚みを得る方法が用いられる。 In addition, as a method for measuring the average thickness, exfoliated graphite is observed with a TEM, the thickness of the layer of graphene sheets laminated in 10 or more exfoliated graphite is measured, and the values are arithmetically averaged. A method of obtaining an average thickness is used.

薄片化黒鉛は、黒鉛化合物をその層面間において剥離し薄片化して得られる。 Exfoliated graphite is obtained by exfoliating a graphite compound between its layers and exfoliating it into flakes.

薄片化黒鉛としては、例えば、いわゆる膨張黒鉛が挙げられる。 Examples of exfoliated graphite include so-called expanded graphite.

膨張黒鉛中には、黒鉛が含まれており、膨張黒鉛は、例えば、鱗片状黒鉛を濃硫酸や硝酸や過酸化水素水等で処理し、グラフェンシートの隙間にこれら薬液をインターカレートさせ、さらに加熱してインターカレートされた薬液が気化する際にグラフェンシートの隙間を広げることによって得られる。なお、後述するように、膨張黒鉛を出発原料として所定のリチウム二次電池用複合活物質を製造することができる。つまり、リチウム二次電池用複合活物質中の黒鉛として、膨張黒鉛を使用することもできる。 Expanded graphite contains graphite. Expanded graphite is produced, for example, by treating flake graphite with concentrated sulfuric acid, nitric acid, hydrogen peroxide solution, etc., and intercalating these chemicals in the gaps between graphene sheets. Further, it is obtained by widening the gaps between the graphene sheets when the intercalated chemical solution is vaporized by heating. As will be described later, a predetermined composite active material for a lithium secondary battery can be produced using expanded graphite as a starting material. In other words, expanded graphite can also be used as the graphite in the composite active material for lithium secondary batteries.

また、黒鉛として、球形化処理が施された膨張黒鉛も挙げられる。球形化処理の手順は後段で詳述する。なお、後述するように、膨張黒鉛に球形化処理を実施する際には、他の成分(例えば、ハードカーボン及びソフトカーボンの前駆体、リチウムイオンと化合可能な電池活物質など)と共に、球形化処理が実施されてもよい。 In addition, expanded graphite that has been subjected to a spheroidizing treatment can also be used as graphite. The procedure of the sphering process will be detailed later. As will be described later, when the expanded graphite is subjected to a spheronization treatment, other components (for example, hard carbon and soft carbon precursors, battery active materials that can be combined with lithium ions, etc.) are used together with spheroidization. Processing may be performed.

結晶性炭素又は黒鉛は、以下の(1)~(3)の少なくとも1つを満たすことが好ましい。
(1)純度が99重量%以上、若しくは不純物量が10000ppm以下であること。
(2)S量が1重量%以下であること
(3)BET比表面積が100m/g以下であること。
Crystalline carbon or graphite preferably satisfies at least one of the following (1) to (3).
(1) The purity is 99% by weight or more, or the amount of impurities is 10000 ppm or less.
(2) S content is 1% by weight or less (3) BET specific surface area is 100 m 2 /g or less.

純度が99重量%以上、若しくは不純物量が10000ppm以下であると、不純物由来のSEI形成による不可逆容量が少なくなるため、初回の充電容量に対する放電容量である初回充放電効率が低くなりにくい傾向がある。 When the purity is 99% by weight or more, or the amount of impurities is 10000 ppm or less, the irreversible capacity due to the formation of SEI derived from impurities decreases, so the initial charge-discharge efficiency, which is the discharge capacity relative to the initial charge capacity, tends to be difficult to decrease. .

S量が1重量%以下であると、(1)と同様に不可逆容量が少なくなるため、初回充放電効率が低くなりにくい。さらに好ましくは、S量が0.5重量%以下である。 When the amount of S is 1% by weight or less, the irreversible capacity is decreased as in (1), and the initial charge/discharge efficiency is less likely to decrease. More preferably, the S content is 0.5% by weight or less.

結晶性炭素又は黒鉛のBET比表面積は、さらに好ましくは、5~100m/gであり、特に好ましくは、20~50m/gである。結晶性炭素又は黒鉛のBET比表面積が100m/g以下であると、結晶性炭素又は黒鉛と電解液とが反応する面積を小さくできるため、初回充放電効率が低くなりにくくなる。 The BET specific surface area of crystalline carbon or graphite is more preferably 5 to 100 m 2 /g, particularly preferably 20 to 50 m 2 /g. When the BET specific surface area of the crystalline carbon or graphite is 100 m 2 /g or less, the area where the crystalline carbon or graphite reacts with the electrolytic solution can be reduced, so the initial charge/discharge efficiency is less likely to decrease.

なお、結晶性炭素又は黒鉛の比表面積は、窒素吸着によるBET法(JIS Z 8830、一点法)を用いて測定したものである。 The specific surface area of crystalline carbon or graphite is measured using the BET method (JIS Z 8830, one-point method) by nitrogen adsorption.

不純物量の測定は、ICP発光分光分析法により、以下の26元素(Al、Ca、Cr、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、V、Zn、Zr、Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cu、Mo、Pb、Sb、Se、Th、Tl、U)の不純物半定量値により測定する。また、S量の測定は、酸素フラスコ燃焼法で黒鉛を燃焼吸収処理した後、フィルターで濾過してイオンクロマトグラフィー(IC)測定により行う。
<リチウム二次電池用複合活物質の製造方法>
次に、本発明のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法について図2~4を用いて説明する。図2は、本発明のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法における第1粒子の一例を示す模式断面図、図3は、本発明のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法における第2粒子の一例を示す模式断面図、図4は、図3の第2粒子の集合体の一例を示す模式断面図である。
The amount of impurities is measured by ICP emission spectrometry, the following 26 elements (Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, V, Zn, Zr, Ag, As, Ba, Be, Cd, Co, Cu, Mo, Pb, Sb, Se, Th, Tl, U) are measured by semi-quantitative impurity values. In addition, the amount of S is measured by ion chromatography (IC) after subjecting graphite to combustion absorption treatment by the oxygen flask combustion method, filtering it with a filter.
<Method for producing composite active material for lithium secondary battery>
Next, a method for producing a composite active material for lithium secondary batteries according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the first particles in the method for producing a composite active material for lithium secondary batteries of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of two particles, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of an aggregate of the second particles in FIG.

図2~図4に示すように、本発明のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法は、上述したリチウム二次電池用複合活物質を製造する方法であって、SiまたはSi化合物に、高分子膜を被覆して第1粒子を得る第1工程と、第1粒子に非晶性炭素の前駆体を混合または被覆して第2粒子を得る第2工程と、複数の第2粒子を集合させ、その集合体を焼成し、焼成体を形成する第3工程と、さらに充放電する第4工程を含む。 As shown in FIGS. 2 to 4, the method for producing a composite active material for a lithium secondary battery of the present invention is a method for producing the above-described composite active material for a lithium secondary battery, comprising Si or a Si compound, A first step of coating a polymer film to obtain first particles, a second step of mixing or coating the first particles with an amorphous carbon precursor to obtain second particles, and a plurality of second particles. It includes a third step of assembling and sintering the aggregate to form a sintered body, and a fourth step of charging and discharging.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法によれば、初回充電時に体積変化が抑制された電極材料の作製が可能であり、かつ高容量でサイクル特性に優れたリチウム二次電池を実現できるリチウム二次電池用複合活物質を製造することができる。 According to the method for producing a composite active material for a lithium secondary battery of the present invention, it is possible to produce an electrode material whose volume change is suppressed during the initial charge, and a lithium secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics is produced. A realizable composite active material for a lithium secondary battery can be produced.

上記製造方法においては、高分子膜は、例えばモノマー、開始剤及び必要に応じて分散剤を用いて形成される。この溶液は分散剤を含むことが好ましい。 In the production method described above, the polymer film is formed using, for example, a monomer, an initiator and, if necessary, a dispersant. This solution preferably contains a dispersing agent.

上記製造方法においては、焼成は例えば不活性雰囲気下で行われる。 In the manufacturing method described above, firing is performed, for example, in an inert atmosphere.

また、上記第3工程は、上記第2粒子に、必要に応じて結晶性炭素を混合して第1混合物を得る工程と、第1混合物を造粒して圧密化し、第2混合物を得る工程と、第2混合物を粉砕および球形化処理して略球状の複合粒子を形成する工程と、該複合粒子を焼成体として不活性雰囲気中で焼成する工程とを含んでもよい。 The third step includes a step of mixing the second particles with crystalline carbon as necessary to obtain a first mixture, and a step of granulating and compacting the first mixture to obtain a second mixture. and pulverizing and spheronizing the second mixture to form substantially spherical composite particles, and firing the composite particles as a fired body in an inert atmosphere.

上記製造方法は、第3工程の後、焼成体に炭素被覆する工程をさらに含んでも含んでいなくてもよいが、含むことが好ましい。 The above production method may or may not further include a step of carbon-coating the fired body after the third step, but it is preferable to include it.

SiまたはSi化合物としては、粒径(D50)が0.01~5μmの粉末を使用することが好ましい。所定の粒径のSiまたはSi化合物を得るためには、上述のSiまたはSi化合物の原料(インゴット、ウエハ、粉末などの状態)を粉砕機で粉砕し、場合によっては分級機を用いる。SiまたはSi化合物の原料がインゴット、ウエハなどの塊の場合、最初はジョークラッシャー等の粗粉砕機を用いて粉末化した後、微粉砕装置を用いて微粉砕することができる。このような微粉砕装置としては、例えば、ボール、ビーズなどの粉砕媒体を運動させ、その運動エネルギーによる衝撃力や摩擦力、圧縮力を利用して被砕物を粉砕するボールミル、媒体撹拌ミルや、ローラによる圧縮力を利用して粉砕を行うローラミルや、被砕物を高速で内張材に衝突もしくは粒子相互に衝突させ、その衝撃による衝撃力によって粉砕を行うジェットミルや、ハンマー、ブレード、ピンなどを固設したローターの回転による衝撃力を利用して被砕物を粉砕するハンマーミル、ブレードミル、ピンミル、ディスクミルや、剪断力を利用するコロイドミルや高圧湿式対向衝突式分散機「アルティマイザー」などを用いることができる。 As Si or Si compound, it is preferable to use a powder having a particle size (D50) of 0.01 to 5 μm. In order to obtain Si or a Si compound having a predetermined particle size, the Si or Si compound raw material (ingot, wafer, powder, etc.) is pulverized by a pulverizer, and a classifier is used in some cases. When the raw material of Si or Si compound is a lump such as an ingot or a wafer, it can be pulverized using a coarse pulverizer such as a jaw crusher and then pulverized using a fine pulverizer. Examples of such fine pulverization devices include ball mills, medium agitating mills, and the like, in which pulverizing media such as balls and beads are moved, and impact, friction, and compression forces generated by the kinetic energy of the pulverization media are used to pulverize the material. Roller mills that use the compressive force of rollers to pulverize, jet mills that pulverize materials by colliding them against the lining material at high speed or colliding particles with each other, and pulverize them by the impact force of the impact, hammers, blades, pins, etc. Hammer mills, blade mills, pin mills, and disk mills that use the impact force generated by the rotation of a fixed rotor to crush crushed materials, colloid mills that use shear force, and the high-pressure wet opposed-collision disperser "Ultimizer." etc. can be used.

粉砕は、湿式粉砕、乾式粉砕のいずれも用いることができる。さらに微粉砕するには、例えば、湿式のビーズミルを用い、ビーズの径を段階的に小さくすること等により非常に細かい粒子を得ることができる。また、粉砕後に粒度分布を整えるため、乾式分級や湿式分級もしくはふるい分け分級を用いることができる。乾式分級は、主として気流を用い、分散、分離(細粒子と粗粒子の分離)、捕集(固体と気体の分離)、排出のプロセスが逐次もしくは同時に行われ、粒子相互間の干渉、粒子の形状、気流の乱れ、速度分布、静電気の影響などで分級効率を低下させないように、分級をする前に前処理(水分、分散性、湿度などの調整)を行うか、使用される気流の水分や酸素濃度を調整して行う。乾式で分級機が一体となっているタイプでは、一度に粉砕、分級が行われ、所望の粒度分布とすることが可能となる。 Either wet pulverization or dry pulverization can be used for the pulverization. For further fine pulverization, very fine particles can be obtained by, for example, using a wet bead mill to gradually reduce the diameter of the beads. In addition, dry classification, wet classification, or sieving classification can be used in order to adjust the particle size distribution after pulverization. Dry classification mainly uses air flow, and the processes of dispersion, separation (separation of fine and coarse particles), collection (separation of solid and gas), and discharge are performed sequentially or simultaneously, and interference between particles, particle In order not to reduce the classification efficiency due to the shape, airflow turbulence, velocity distribution, static electricity, etc., pretreatment (adjustment of moisture, dispersibility, humidity, etc.) is performed before classification, or the moisture content of the airflow used is and adjust the oxygen concentration. In the dry type with an integrated classifier, pulverization and classification are performed at once, and a desired particle size distribution can be obtained.

所定の粒径のSiまたはSi化合物を得る別の方法としては、プラズマやレーザー等でSiまたはSi化合物を加熱して蒸発させ、不活性雰囲気中で凝固させて得る方法、ガス原料を用いてCVDやプラズマCVD等で得る方法があり、これらの方法は0.1μm以下の超微粒子を得るのに適している。 Another method of obtaining Si or a Si compound with a predetermined particle size is a method of heating Si or a Si compound by plasma or laser to evaporate it and then solidifying it in an inert atmosphere, or CVD using a gas raw material. and plasma CVD, and these methods are suitable for obtaining ultrafine particles of 0.1 μm or less.

SiまたはSi化合物の表面は改質しても改質しなくてもよいが、SiまたはSi化合物とモノマーの反応を促進させるために、あらかじめSiまたはSi化合物粒子表面を改質することが好ましい。ここでいう改質とは、表面改質剤を用いる化学反応によってSiまたはSi化合物の表面状態を変化させ、ポリマー(高分子膜)の被覆を容易にする工程である。表面改質剤としては、分子内にアルコキシド基、カルボキシ基、又はヒドロキシ基を含む分子、塩基および酸化剤からなる群より選ばれた1種以上の化合物を用いることが好ましい。具体的な表面改質剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどのビニル系表面改質剤、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのエポキシ系表面改質剤、p-スチリルトリメトキシシランなどのスチリル系表面改質剤、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシランなどのメタクリル系表面改質剤、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのアクリル系表面改質剤、トリス-(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレートなどのイソシアヌレート系表面改質剤又は3-イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどのイソシアネート系表面改質剤、テトラエトキシシラン、塩酸、過酸化水素、硝酸、硫酸、過マンガン酸カリウム、二クロム酸カリウム、次亜塩素酸ナトリウム、三酸化クロム、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどの酸化剤、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの塩基が挙げられる。表面改質剤は、好ましくは3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、テトラエトキシシラン、過酸化水素、硝酸、塩酸、アンモニア、水酸化ナトリウムの群から選ばれる1種以上、特に好ましくは3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、塩酸、アンモニアの群から選ばれる1種以上である。 The surface of the Si or Si compound may or may not be modified, but it is preferable to modify the surface of the Si or Si compound particles in advance in order to promote the reaction between the Si or Si compound and the monomer. The term "modification" as used herein refers to a process of changing the surface state of Si or a Si compound through a chemical reaction using a surface modifier to facilitate coating with a polymer (polymer film). As the surface modifier, it is preferable to use one or more compounds selected from the group consisting of molecules containing an alkoxide group, a carboxyl group or a hydroxy group in the molecule, bases and oxidizing agents. Specific surface modifiers include, for example, vinyl-based surface modifiers such as vinyltrimethoxysilane and vinyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, and 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane. , 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane and other epoxy-based surface modifiers, p-styryltrimethoxysilane and other styryl-based surface modifiers, 3-methacryloxypropylmethyl Methacrylic surface modifiers such as dimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, acrylics such as 3-acryloxypropyltrimethoxysilane surface modifiers, isocyanurate surface modifiers such as tris-(trimethoxysilylpropyl) isocyanurate or isocyanate surface modifiers such as 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, tetraethoxysilane, hydrochloric acid, peroxide Oxidizing agents such as hydrogen, nitric acid, sulfuric acid, potassium permanganate, potassium dichromate, sodium hypochlorite, chromium trioxide, ammonium persulfate, potassium persulfate, ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium bicarbonate , potassium hydrogen carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate and the like. Surface modifiers are preferably 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, tetraethoxysilane, peroxide One or more selected from the group consisting of hydrogen oxide, nitric acid, hydrochloric acid, ammonia and sodium hydroxide, particularly preferably one or more selected from the group consisting of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, tetraethoxysilane, hydrochloric acid and ammonia. .

表面改質剤を用いる際には、SiまたはSi化合物100質量部に対して表面改質剤を0.1~800質量部添加することが好ましい。改質反応中の粒子の凝集を防ぐため、必要に応じてポリカルボン酸系の安定化剤を添加してもよい。改質反応を促進するため、必要に応じてアンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は炭酸水素ナトリウムなどの水に溶けてアルカリ性を示す化合物や、塩酸、硝酸、酢酸又は硫酸などの水に溶けて酸性を示す化合物などの残存反応促進剤を添加してもよい。反応性が高く、金属化合物が残存しないことから、アンモニアまたは塩酸または硝酸であることが好ましい。残存反応促進剤を用いる場合、SiまたはSi化合物100質量部に対して残存反応促進剤を0.005~54質量部添加することが好ましい。反応に用いる溶媒は、表面改質剤を溶解させることが可能な溶媒であればよい。このような溶媒としては、水、エタノール、メタノール、アセトン、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサン、ジクロロメタン、クロロホルムなどが挙げられる。溶媒としては、必要に応じてこれらの2種以上の混合溶媒を用いても良い。表面改質剤として3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン又はテトラエトキシシランを用いてSi粒子表面を改質する際には、水とエタノールの混合溶媒を用いることが好ましい。該混合溶媒における各溶媒の比率は、エタノール100質量部に対して、水が10~100質量部であることが好ましい。該混合溶媒中のエタノールに対する水の比率がこの範囲内であることで、溶媒中のSiまたはSi化合物が分散しやすく、なおかつ、改質反応が十分に進みやすくなる。 When using a surface modifier, it is preferable to add 0.1 to 800 parts by mass of the surface modifier to 100 parts by mass of Si or Si compound. In order to prevent aggregation of particles during the modification reaction, a polycarboxylic acid-based stabilizer may be added as necessary. In order to promote the reforming reaction, if necessary, a compound that dissolves in water such as ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, or sodium hydrogen carbonate and exhibits alkalinity, or a compound that dissolves in water such as hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, or sulfuric acid. Residual reaction accelerators such as compounds exhibiting acidity may be added. Ammonia, hydrochloric acid, or nitric acid is preferred because it has high reactivity and leaves no metal compound. When a residual reaction accelerator is used, it is preferable to add 0.005 to 54 parts by mass of the residual reaction accelerator to 100 parts by mass of Si or Si compound. The solvent used for the reaction may be any solvent capable of dissolving the surface modifier. Such solvents include water, ethanol, methanol, acetone, dimethylformamide, tetrahydrofuran, toluene, hexane, dichloromethane, chloroform, and the like. As the solvent, a mixed solvent of two or more of these may be used as necessary. When modifying the Si particle surface using 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane or tetraethoxysilane as the surface modifier, it is preferable to use a mixed solvent of water and ethanol. The ratio of each solvent in the mixed solvent is preferably 10 to 100 parts by mass of water per 100 parts by mass of ethanol. When the ratio of water to ethanol in the mixed solvent is within this range, the Si or Si compound in the solvent can be easily dispersed, and the reforming reaction can proceed sufficiently.

SiまたはSi化合物の表面を改質した後に、必要に応じて、ボールミルやビーズミルを用いて上記表面改質SiまたはSi化合物を解砕して微粒化しても良い。解砕に用いるボールとしてはジルコニア又はアルミナが好ましい。解砕時間は1~24時間が好ましく、より好ましくは1~12時間である。 After modifying the surface of Si or a Si compound, if necessary, the surface-modified Si or Si compound may be pulverized using a ball mill or a bead mill to form fine particles. Zirconia or alumina is preferable for the balls used for crushing. The crushing time is preferably 1 to 24 hours, more preferably 1 to 12 hours.

また、表面改質SiまたはSi化合物を解砕して微粒化した後、必要に応じて遠心分離により微粒化された表面改質SiまたはSi化合物を分離してもよい。このとき、遠心分離において、SiまたはSi化合物表面を改質する際に用いた溶媒を水に置換してもよい。 Moreover, after the surface-modified Si or Si compound is pulverized and atomized, the atomized surface-modified Si or Si compound may be separated by centrifugation if necessary. At this time, in the centrifugal separation, the solvent used for modifying the Si or Si compound surface may be replaced with water.

SiまたはSi化合物とモノマーの反応中は、マグネチックスターラー、スリーワンモーター、ホモミキサー、インラインミキサー、ビーズミル、ボールミルなどの一般的な混合機や攪拌機を用い、各原料を均一に混合することが好ましい。反応温度は40~100℃が好ましい。また、反応時間は0.5~72時間が好ましく、より好ましくは0.5~24時間である。反応時間がこの範囲にあることで、SiまたはSi化合物とモノマーの反応反応が十分に進行し、なおかつ、生産性が低下しにくくなる。 During the reaction of Si or a Si compound and a monomer, each raw material is uniformly mixed using a general mixer or stirrer such as a magnetic stirrer, a three-one motor, a homomixer, an in-line mixer, a bead mill, or a ball mill. The reaction temperature is preferably 40-100°C. Also, the reaction time is preferably 0.5 to 72 hours, more preferably 0.5 to 24 hours. When the reaction time is within this range, the reaction between Si or the Si compound and the monomer proceeds sufficiently, and the productivity is less likely to decrease.

SiまたはSi化合物に反応させるモノマーとしては、例えば、スチレン、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸sec-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸tert-ブチル、メタクリル酸2-エチルへキシル、メタクリル酸イソボニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシブチル、メタクリル酸トリエチレングリコールなどのメタクリル酸系、イタコン酸無水物、イタコン酸、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸sec-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸tert-ブチル、アクリル酸2-エチルへキシル、アクリル酸イソボルニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸2-ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸ヒドロキシブチルなどのアクリル酸系のモノマー、メタクリルアミド、N-メチルアクリルアミド、N、N’-ジメチルアクリルアミド、N-tert-ブチルメタクリルアミド、N-n-ブチルメタクリルアミド、N-メチロールメタクリルアミド、N-エチロールメタクリルアミドなどのメタクリルアミド系のモノマー、N,N’-メチレンビスアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、N-tert-ブチルアクリルアミド、N-n-ブチルアクリルアミド、N-メチロ-ルアクリルアミド、N-エチロールアクリルアミドなどのアクリルアミド系のモノマー、安息香酸ビニル、ジエチルアミノスチレン、ジエチルアミノアルファーメチルスチレン、p-ビニルベンゼンスルホン酸、p-ビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩、p-ビニルベンゼンスルホン酸リチウム塩、ジビニルベンゼン、酢酸ビニル、酢酸ブチル、塩化ビニル、フッ化ビニル、臭化ビニル、無水マレイン酸、N-フェニルマレイミド、N-ブチルマレイミド、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカルバゾール、アクリロニトリル、アニリン、ピロール、ウレタン重合に用いられるポリオール系のモノマー又はイソシアネート系のモノマーが挙げられる。高分子モノマーは、好ましくはスチレン、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸sec-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸tert-ブチル、メタクリル酸2-エチルへキシル、メタクリル酸イソボニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシブチル、メタクリル酸トリエチレングリコールなどのメタクリル酸系のモノマー、イタコン酸無水物、イタコン酸、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸sec-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸tert-ブチル、アクリル酸2-エチルへキシル、アクリル酸イソボルニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸2-ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸ヒドロキシブチルなどのアクリル酸系のモノマー、ジビニルベンゼン、アクリロニトリルであり、さらに好ましくは、スチレン、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸n-ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-プロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリロニトリル、特に好ましくはスチレン、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル又はアクリロニトリルである。 Examples of monomers to be reacted with Si or Si compounds include styrene, methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, sec-butyl methacrylate, methacrylic acid. methacrylic acids such as isobutyl, tert-butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, isobornyl methacrylate, benzyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, hydroxybutyl methacrylate, triethylene glycol methacrylate; system, itaconic anhydride, itaconic acid, acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, sec-butyl acrylate, isobutyl acrylate, tert acrylate acrylic acid-based monomers such as -butyl, 2-ethylhexyl acrylate, isobornyl acrylate, benzyl acrylate, phenyl acrylate, glycidyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, and hydroxybutyl acrylate , methacrylamide, N-methylacrylamide, N,N'-dimethylacrylamide, N-tert-butylmethacrylamide, Nn-butylmethacrylamide, N-methylolmethacrylamide, N-ethylolmethacrylamide, etc. acrylamide-based monomers such as N,N'-methylenebisacrylamide, N-isopropylacrylamide, N-tert-butylacrylamide, Nn-butylacrylamide, N-methylol acrylamide, N-ethylolacrylamide, Vinyl benzoate, diethylaminostyrene, diethylamino alpha-methylstyrene, p-vinylbenzenesulfonic acid, p-vinylbenzenesulfonic acid sodium salt, p-vinylbenzenesulfonic acid lithium salt, divinylbenzene, vinyl acetate, butyl acetate, vinyl chloride, fluorine Vinyl chloride, vinyl bromide, maleic anhydride, N-phenylmaleimide, N-butylmaleimide, N-vinylpyrrolidone, N-vinylcarbazole, acrylonitrile, aniline, pyrrole, polyol-based monomers used in urethane polymerization or isocyanate-based monomers monomers. Polymeric monomers are preferably styrene, methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, sec-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, tert- Methacrylic acid monomers such as butyl, 2-ethylhexyl methacrylate, isobornyl methacrylate, benzyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, hydroxybutyl methacrylate, triethylene glycol methacrylate, itaconic acid anhydride, itaconic acid, acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, sec-butyl acrylate, isobutyl acrylate, tert-butyl acrylate, acrylic acrylic monomers such as 2-ethylhexyl acid, isobornyl acrylate, benzyl acrylate, phenyl acrylate, glycidyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, and hydroxybutyl acrylate; divinylbenzene; Acrylonitrile, more preferably styrene, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, n-butyl acrylate, Acrylonitrile, particularly preferably styrene, methyl methacrylate, methyl acrylate or acrylonitrile.

用いる開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ系化合物、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化ベンゾイル、ジイソブチリルパーオキシド、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジラウロイルパーオキシド、ジベンゾイルパーオキシド、1,1-ジ(tert-へキシルペルオキシ)シクロヘキサン、1,1-ジ(tert-ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、tert-ブチルヒドロパーオキシドやジイソブチリルパーオキシド、tert-ヘキシルペルオキシイソプロピルモノカルボネート、tert-ブチルペルオキシイソプロピルモノカルボネート、2,5-ジ-メチル-2,5-ジ(ベンゾイルペルオキシ)ヘキサン、tert-ブチルペルオキシアセテート、ジ-tert-ヘキシルペルオキシド、ジ-tert-ブチルペルオキシド、ジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキシド、tert-ブチルヒドロペルオキシド等の過酸化物が挙げられる。 Examples of initiators to be used include azo compounds such as azobisisobutyronitrile, potassium persulfate, ammonium persulfate, benzoyl peroxide, diisobutyryl peroxide, di-n-propylperoxydicarbonate, diisopropylperoxydicarbonate. Carbonate, dilauroyl peroxide, dibenzoyl peroxide, 1,1-di(tert-hexylperoxy)cyclohexane, 1,1-di(tert-butylperoxy)cyclohexane, tert-butyl hydroperoxide and diisobutyryl peroxide , tert-hexylperoxyisopropyl monocarbonate, tert-butylperoxyisopropyl monocarbonate, 2,5-di-methyl-2,5-di(benzoylperoxy)hexane, tert-butylperoxyacetate, di-tert-hexyl peroxide , di-tert-butyl peroxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, tert-butyl hydroperoxide and the like.

モノマーのスラリーを得る際に用いる溶媒としては、例えば、水、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、プロパノール又はトルエンなどが挙げられ、好ましくは水、エタノール又はメタノール、特に好ましくは水又はエタノールである。これらは1種又は2種以上用いることができる。 Solvents used in obtaining the monomer slurry include, for example, water, ethanol, methanol, isopropyl alcohol, propanol, and toluene, preferably water, ethanol, or methanol, and particularly preferably water or ethanol. These can be used alone or in combination of two or more.

モノマーのスラリーにおけるモノマーの含有量は、0.5~20重量%であることが好ましく、特に好ましくは0.5~10重量%である。モノマーの含有量がこの範囲であることで、SiまたはSi化合物周囲の被覆体が十分な厚さを有することが可能となる。 The monomer content in the monomer slurry is preferably 0.5 to 20% by weight, particularly preferably 0.5 to 10% by weight. When the monomer content is within this range, the coating around Si or Si compound can have a sufficient thickness.

モノマーのスラリーにおける開始剤の含有量は、0.01~3重量%であることが好ましく、特に好ましくは0.01~1重量%である。 The initiator content in the monomer slurry is preferably 0.01 to 3% by weight, particularly preferably 0.01 to 1% by weight.

モノマーのスラリーは、SiまたはSi化合物の分散性を向上させるため、又は重合を促進させるため、分散剤を含有することが好ましい。該分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、スチレンスルホン酸ナトリウム、スチレンスルホン酸リチウム、スチレンスルホン酸アンモニウム、スチレンスルホン酸エチルエステルなどのスチレンスルホン酸系分散剤、カルボキシスチレン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸などのポリカルボン酸系分散剤、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合系分散剤、ポリエチレングリコール、ポリカルボン酸部分アルキルエステル系分散剤、ポリエーテル系分散剤、ポリアルキレンポリアミン系分散剤、アルキルスルホン酸系分散剤、四級アンモニウム系分散剤、高級アルコールアルキレンオキサイド系分散剤、多価アルコールエステル系分散剤、アルキルポリアミン系分散剤又はポリリン酸塩系分散剤が挙げられ、好ましくはポリアクリル酸系添加剤(分散剤)、スチレンスルホン酸系分散剤、ポリビニルピロリドン、特に好ましくはスチレンスルホン酸系分散剤及びポリビニルピロリドンである。 The monomer slurry preferably contains a dispersant to improve the dispersibility of Si or Si compound or to promote polymerization. Examples of the dispersant include polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, sodium styrenesulfonate, lithium styrenesulfonate, ammonium styrenesulfonate, styrenesulfonic acid-based dispersants such as ethyl styrenesulfonate, carboxystyrene, polyacrylic acid, Polycarboxylic acid-based dispersants such as polymethacrylic acid, naphthalenesulfonic acid formalin condensation-based dispersants, polyethylene glycol, polycarboxylic acid partial alkyl ester-based dispersants, polyether-based dispersants, polyalkylenepolyamine-based dispersants, alkylsulfonic acids system dispersants, quaternary ammonium-based dispersants, higher alcohol alkylene oxide-based dispersants, polyhydric alcohol ester-based dispersants, alkylpolyamine-based dispersants or polyphosphate-based dispersants, preferably polyacrylic acid-based dispersants agents (dispersants), styrenesulfonic acid-based dispersants and polyvinylpyrrolidone, particularly preferably styrenesulfonic acid-based dispersants and polyvinylpyrrolidone.

モノマーのスラリーにおける分散剤の含有量は、3重量%以下であることが好ましく、特に好ましくは0.001~2重量%である。分散剤の量がこの範囲内にあることで、SiまたはSi化合物同士の凝集が進行しにくくなる。もしくは、SiまたはSi化合物の周囲のポリマー(高分子膜)の膜厚が薄くなりにくくなる。 The content of the dispersant in the monomer slurry is preferably 3% by weight or less, particularly preferably 0.001 to 2% by weight. When the amount of the dispersing agent is within this range, aggregation of Si or Si compounds is less likely to proceed. Alternatively, the film thickness of the polymer (polymer film) surrounding Si or the Si compound becomes less likely to become thin.

モノマーのスラリーは、重合を促進するために、重合促進剤を含有してもよい。該重合促進剤としては、例えば、炭酸水素ナトリウム又は水酸化カリウムなどのpH調整剤が挙げられる。重合促進剤は、好ましくは炭酸水素ナトリウムである。 The monomer slurry may contain a polymerization accelerator to facilitate polymerization. Examples of the polymerization accelerator include pH adjusters such as sodium hydrogen carbonate and potassium hydroxide. The polymerization accelerator is preferably sodium bicarbonate.

なお、得られたSiまたはSi化合物に被覆された高分子膜は、後述する焼成により除去され空隙となるものである。 The obtained polymer film coated with Si or Si compound is removed by firing, which will be described later, to form voids.

高分子膜が被覆されたSiまたはSi化合物(第1粒子)に非晶性炭素の前駆体を混合又は被覆する方法としては、以下の製造方法1、2のいずれかの方法が挙げられる。 As a method of mixing or coating Si or a Si compound (first particles) coated with a polymer film with an amorphous carbon precursor, any one of the following production methods 1 and 2 can be used.

製造方法1:高分子膜の周囲に、非晶性炭素の前駆体となる高分子を重合によって混合又は被覆する方法。 Production method 1: A method of mixing or coating a polymer, which is a precursor of amorphous carbon, around a polymer film by polymerization.

製造方法2:高分子膜で被覆されたSiまたはSi化合物(第1粒子)と非晶性炭素の前駆体を、湿式又は乾式混合することで混合又は被覆する方法。 Production method 2: A method of mixing or coating Si or a Si compound (first particles) coated with a polymer film and an amorphous carbon precursor by wet or dry mixing.

製造方法1で用いる非晶性炭素の前駆体となる高分子は、焼成によって炭化して非晶性炭素となるものであれば特に制限はなく、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアニリン、ポリピロール、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリパラフェニレンビニレン、などが挙げられる。その中でもポリアニリン、ポリピロール、ポリアクリロニトリルが好ましい。非晶性炭素の前駆体となる高分子は、特に好ましくはポリアニリン、ポリアクリロニトリルである。このうち、ポリアクリロニトリルがより好ましい。この場合、より緻密性の高いマトリクスが得られ、複合活物質内部への電解液の侵入が抑制されることで、複合活物質内部での電解液の分解が抑制され、サイクル特性が向上する。 The polymer that is the precursor of amorphous carbon used in production method 1 is not particularly limited as long as it is carbonized by baking to become amorphous carbon. Examples include polyimide resin, polyaniline, polypyrrole, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyparaphenylenevinylene, and the like. Among them, polyaniline, polypyrrole and polyacrylonitrile are preferred. Polyaniline and polyacrylonitrile are particularly preferred as the polymer that serves as a precursor of amorphous carbon. Among these, polyacrylonitrile is more preferable. In this case, a more dense matrix is obtained, and penetration of the electrolytic solution into the composite active material is suppressed, thereby suppressing decomposition of the electrolytic solution inside the composite active material and improving cycle characteristics.

重合によって高分子を混合又は被覆する際には、上述した開始剤、モノマー、分散剤、重合促進剤および溶媒を用いることができる。 When mixing or coating the polymer by polymerization, the initiators, monomers, dispersants, polymerization accelerators and solvents described above can be used.

このとき、第1粒子がシードとなり反応が促進するため、表面改質剤を添加する必要はないが、必要に応じて上述の表面改質剤を添加しても良い。 At this time, since the first particles act as seeds and promote the reaction, it is not necessary to add a surface modifier, but the above-described surface modifier may be added as necessary.

製造方法2で用いる非晶性炭素の前駆体としては、焼成後に非晶性炭素となるものであれば特に制限はなく、例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリグリセリン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリイミド樹脂、レゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シアネート樹脂、フラン樹脂、ケトン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリロニトリル-スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ピロール、ドーパミン、アルギン酸アンモニウム、セルロース、グルコース、サッカリン、フルクトース等の糖類、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、メソフェーズピッチ、コークス、低分子重質油、またはそれらの誘導体等が挙げられる。その中でもポリアニリン、ポリピロール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリイミド樹脂、レゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、ドーパミン、グルコース、サッカリン、フルクトース等の糖類、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、またはそれらの誘導体等が好ましい。非晶性炭素の前駆体は、特に好ましくはポリアニリン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)またはそれらの誘導体である。 The precursor of amorphous carbon used in production method 2 is not particularly limited as long as it becomes amorphous carbon after firing. , polyimide resin, resorcinol-formaldehyde resin, phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, cyanate resin, furan resin, ketone resin, unsaturated polyester resin, urethane resin, acrylonitrile-styrene (AS) resin, acrylonitrile-butadiene- Styrene (ABS) resin, pyrrole, dopamine, ammonium alginate, cellulose, glucose, saccharin, sugars such as fructose, coal-based pitch (e.g., coal tar pitch), petroleum-based pitch, mesophase pitch, coke, low-molecular heavy oil, Alternatively, derivatives thereof and the like are included. Among them, polyaniline, polypyrrole, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyimide resin, resorcinol-formaldehyde resin, phenolic resin, sugars such as dopamine, glucose, saccharin, fructose, coal-based pitch (eg, coal tar pitch), petroleum-based pitch, or Derivatives thereof and the like are preferred. Precursors of amorphous carbon are particularly preferably polyaniline, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, phenolic resins, coal-based pitch (eg coal tar pitch) or derivatives thereof.

第1粒子と非晶性炭素の前駆体を混合する方法に特に制限はなく、例えば、第1粒子の乾燥物と非晶性炭素の前駆体を固体状態で混合する方法、第1粒子の乾燥物に、非晶性炭素前駆体を含むスラリーを含侵させて混合する方法、第1粒子を含むスラリーに非晶性炭素の前駆体を添加し液相中で混合させる方法などが使用できる。 The method of mixing the first particles and the amorphous carbon precursor is not particularly limited, and examples include a method of mixing the dried first particles and the amorphous carbon precursor in a solid state, and a method of drying the first particles. A method of impregnating a substance with a slurry containing an amorphous carbon precursor and mixing, a method of adding an amorphous carbon precursor to a slurry containing the first particles and mixing in a liquid phase, and the like can be used.

第1粒子の乾燥物と非晶性炭素前駆体を固体状態で混合する方法としては、例えば、第1粒子を乾燥させた後、第1粒子の乾燥物と非晶性炭素の前駆体を乳鉢中での混合、ボールミル、ビーズミル、ポットミル、ローラミル、ジェットミルなどを用いる混合が好ましく、特に乳鉢中での混合、ボールミルでの混合が好ましい。 As a method for mixing the dried first particles and the amorphous carbon precursor in a solid state, for example, after drying the first particles, the dried first particles and the amorphous carbon precursor are mixed in a mortar. Mixing in a mortar, mixing using a ball mill, bead mill, pot mill, roller mill, jet mill or the like is preferred, and mixing in a mortar or ball mill is particularly preferred.

第1粒子の乾燥物に非晶性炭素の前駆体を含むスラリーを含侵させて混合する方法としては、例えば、第1粒子を乾燥させた後、非晶性炭素の前駆体を溶剤に溶解させ溶液又は分散させスラリーとし、その溶液又はスラリーに第1粒子の乾燥物を添加して混合する方法、非晶性炭素の前駆体を高濃度で溶剤に溶解又は分散させて粘度の高い溶液又はスラリーとし、第1粒子の乾燥物に添加して混合する方法などが使用できる。溶剤は非晶性炭素の前駆体を溶解又は分散さえできれば特に制限はなく、例えばエタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル類、ベンゼン、ニトロベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族化合物類、ピリジン、ピペリジン、シクロヘキサノン、シクロヘキサン、ヘキサン、酢酸エチル、アセトン、ジクロロメタン、クロロホルム、クレオソート油、グリセリン、水等が挙げられ、その中でもエタノール、メタノール等のアルコール類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、トルエン、キシレン等の芳香族化合物類、シクロヘキサノン、水等が好ましく、特にエタノール、キシレン、水等が好ましい。混合の方法に特に制限はなく、マグネチックスターラー、スリーワンモーター、ホモミキサー、インラインミキサー、ビーズミル、ボールミルなどの一般的な混合機や攪拌機を用いることができる。 As a method of impregnating and mixing the dried first particles with the slurry containing the amorphous carbon precursor, for example, after drying the first particles, the amorphous carbon precursor is dissolved in a solvent. A method in which a solution or dispersion is prepared to form a slurry, and the dried first particles are added to the solution or slurry and mixed; A method of preparing a slurry, adding it to the dried product of the first particles, and mixing them, or the like can be used. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the precursor of amorphous carbon. Aromatic compounds, pyridine, piperidine, cyclohexanone, cyclohexane, hexane, ethyl acetate, acetone, dichloromethane, chloroform, creosote oil, glycerin, water, etc. Among them, alcohols such as ethanol and methanol, ethers such as tetrahydrofuran aromatic compounds such as toluene and xylene, cyclohexanone and water are preferred, and ethanol, xylene and water are particularly preferred. The mixing method is not particularly limited, and general mixers and stirrers such as magnetic stirrers, three-one motors, homomixers, in-line mixers, bead mills and ball mills can be used.

第1粒子を含むスラリーに非晶性炭素前駆体を添加し液相中で混合させる方法に特に制限はなく、マグネチックスターラー、スリーワンモーター、ホモミキサー、インラインミキサー、ビーズミル、ボールミルなどの一般的な混合機や攪拌機を用いることができる。スラリーとする溶媒としては、特に制限はなく、例えばエタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル類、ベンゼン、ニトロベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族化合物類、ピリジン、ピペリジン、シクロヘキサノン、シクロヘキサン、ヘキサン、酢酸エチル、アセトン、ジクロロメタン、クロロホルム、クレオソート油、グリセリン、水等が挙げられる。その中でもエタノール、メタノール等のアルコール類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、トルエン、キシレン等の芳香族化合物類、シクロヘキサノン、水等が好ましく、特にエタノール、キシレン、水等が好ましい。 The method of adding the amorphous carbon precursor to the slurry containing the first particles and mixing in the liquid phase is not particularly limited. A mixer or stirrer can be used. The solvent for the slurry is not particularly limited, and examples include alcohols such as ethanol, methanol and isopropyl alcohol, ethers such as tetrahydrofuran and diethyl ether, aromatic compounds such as benzene, nitrobenzene, toluene and xylene, pyridine and piperidine. , cyclohexanone, cyclohexane, hexane, ethyl acetate, acetone, dichloromethane, chloroform, creosote oil, glycerin, water, and the like. Among them, alcohols such as ethanol and methanol, ethers such as tetrahydrofuran, aromatic compounds such as toluene and xylene, cyclohexanone and water are preferred, and ethanol, xylene and water are particularly preferred.

第1粒子に非晶性炭素の前駆体を混合又は被覆した混合物(第2粒子)を複数集合させて焼成する温度は、300~1500℃であることが好ましく、より好ましくは500~1300℃であり、特に好ましくは600~1100℃である。焼成温度が300℃以上であると、SiまたはSi化合物の周囲に形成されたポリマーが残存しにくくなり、初回体積放電容量の低下、更には初回充放電効率の低下や初回電極膨張率の上昇が生じにくい。一方、焼成温度が1500℃以下である場合、SiまたはSi化合物と後述する不活性ガスとの反応が起こりにくく、放電容量の低下が発生しにくくなる傾向にある。 The temperature at which a plurality of mixtures (second particles) in which the first particles are mixed or coated with the amorphous carbon precursor is aggregated and fired is preferably 300 to 1500 ° C., more preferably 500 to 1300 ° C. and particularly preferably 600 to 1100°C. When the firing temperature is 300° C. or higher, the polymer formed around Si or the Si compound is less likely to remain, resulting in a decrease in the initial volume discharge capacity, a decrease in the initial charge/discharge efficiency, and an increase in the initial electrode expansion coefficient. unlikely to occur. On the other hand, when the firing temperature is 1500° C. or lower, the reaction between Si or the Si compound and the inert gas described later tends to be less likely to occur, and the decrease in discharge capacity tends to be less likely to occur.

焼成は、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が好ましく、特に窒素が好ましい。 Firing is preferably performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, nitrogen, argon, helium, etc. are preferable, and nitrogen is particularly preferable.

この焼成を行うことにより、SiまたはSi化合物の周囲の高分子膜が揮発し、SiまたはSi化合物の周囲に空隙が生じるとともに、第2粒子の集合体の非晶性炭素の前駆体が炭化し、非晶性炭素とSiまたはSi化合物の複合粒子が焼成体として生成するものである。 By performing this baking, the polymer film around Si or the Si compound is volatilized, voids are generated around the Si or the Si compound, and the amorphous carbon precursor of the aggregate of the second particles is carbonized. , composite particles of amorphous carbon and Si or a Si compound are produced as a sintered body.

充放電する第4工程ついては、第3工程に引き続いて行うことのみならず、後述するリチウム二次電池用負極としても行うことができる。 The fourth step of charging and discharging can be performed not only after the third step, but also as a negative electrode for a lithium secondary battery, which will be described later.

具体的な充放電工程としては、例えばコインセルにて、20~65℃の恒温環境でサイクル充放電工程を行うことができる。充放電工程におけるサイクル充放電条件について、充放電電流は0.01~10Cが好ましく、特に好ましくは0.05~5Cであり、充放電電圧は0.010~1.5V vs. Li/Li+の範囲内で行うことができる。充電は定電流―定電圧充電(CCCV充電)で行い、放電は定電流放電(CC放電)で行うことができる。また、サイクル数は1~100サイクルが好ましく、特に好ましくは50~100サイクルである。 As a specific charging/discharging process, for example, a cyclic charging/discharging process can be performed in a constant temperature environment of 20 to 65° C. in a coin cell. Regarding the cycle charge/discharge conditions in the charge/discharge process, the charge/discharge current is preferably 0.01 to 10 C, particularly preferably 0.05 to 5 C, and the charge/discharge voltage is 0.010 to 1.5 V vs. It can be done within the Li/Li+ range. Charging can be performed by constant current-constant voltage charging (CCCV charging), and discharging can be performed by constant current discharging (CC discharging). Also, the number of cycles is preferably 1 to 100 cycles, particularly preferably 50 to 100 cycles.

上記複合粒子に第3工程の後炭素被覆する方法としては、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により炭素被覆する方法又は炭素前駆体を加熱下に気化させて炭素被覆する方法又は該複合粒子に炭素前駆体を混合し、さらに焼成することで炭素被覆する方法が挙げられる。 As a method of carbon-coating the composite particles after the third step, there is a method of carbon-coating by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a method of vaporizing a carbon precursor under heating to coat with carbon, or a method of applying a carbon precursor to the composite particles. A method of carbon-coating by mixing the body and then firing it may be mentioned.

CVD法により上記複合粒子に炭素被覆する方法は、炭素化合物を加熱することにより炭素被覆することができる。 In the method of carbon-coating the composite particles by the CVD method, the carbon-coating can be performed by heating the carbon compound.

ここで、用いる炭素化合物としては、例えばメタン、エチレン、アセチレン、プロピレン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、アントラセン、ピレン、アセナフチレン、ジヒドロアントラセン、ジフェニレンサルファイド、チオキサンテン、チアントレン、カルバゾール、アクリジン、縮合多環フェナジン化合物等が挙げられ、その中でもエチレン、アセチレン、プロピレン、トルエン、キシレン、ナフタレン、アントラセン等が好ましく、特に好ましくはエチレン、アントラセン、トルエン等である。 Examples of carbon compounds used here include methane, ethylene, acetylene, propylene, benzene, toluene, xylene, naphthalene, anthracene, pyrene, acenaphthylene, dihydroanthracene, diphenylene sulfide, thioxanthene, thianthrene, carbazole, acridine, condensed poly( Cyclic phenazine compounds and the like can be mentioned, among which ethylene, acetylene, propylene, toluene, xylene, naphthalene, anthracene and the like are preferred, and ethylene, anthracene, toluene and the like are particularly preferred.

炭素化合物を加熱する際の温度は300~1500℃が好ましく、特に好ましくは500~1100℃等である。 The temperature for heating the carbon compound is preferably 300 to 1500°C, particularly preferably 500 to 1100°C.

CVD法では炭素化合物が炭素として複合粒子に被覆されればよく、常圧か減圧かは問わない。 In the CVD method, the composite particles may be coated with the carbon compound as carbon, and the pressure may be normal pressure or reduced pressure.

炭素前駆体を加熱下に気化させて炭素被覆する方法で用いる炭素前駆体は、焼成後に炭素となるものであれば特に制限はない。このような炭素前駆体としては、例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリグリセリン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリイミド樹脂、レゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シアネート樹脂、フラン樹脂、ケトン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリロニトリル-スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ピロール、ドーパミン、アルギン酸アンモニウム、セルロース、グルコース、サッカリン、フルクトース等の糖類、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、メソフェーズピッチ、コークス、低分子重質油、またはそれらの誘導体等が挙げられる。その中でもポリアニリン、ポリピロール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリイミド樹脂、レゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、ドーパミン、グルコース、サッカリン、フルクトース等の糖類、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、またはそれらの誘導体等が好ましく、特に好ましくはポリアニリン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)またはそれらの誘導体である。 The carbon precursor used in the method of vaporizing the carbon precursor under heating to coat with carbon is not particularly limited as long as it becomes carbon after firing. Examples of such carbon precursors include polyaniline, polypyrrole, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyglycerin, polyparaphenylenevinylene, polyimide resin, resorcinol-formaldehyde resin, phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, cyanate resin. , furan resin, ketone resin, unsaturated polyester resin, urethane resin, acrylonitrile-styrene (AS) resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, pyrrole, dopamine, ammonium alginate, cellulose, sugars such as glucose, saccharin, fructose , coal-based pitch (eg, coal tar pitch), petroleum-based pitch, mesophase pitch, coke, low-molecular-weight heavy oil, or derivatives thereof. Among them, polyaniline, polypyrrole, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyimide resin, resorcinol-formaldehyde resin, phenolic resin, sugars such as dopamine, glucose, saccharin, fructose, coal-based pitch (eg, coal tar pitch), petroleum-based pitch, or Derivatives thereof are preferred, and particularly preferred are polyaniline, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, phenol resin, coal-based pitch (eg, coal tar pitch), and derivatives thereof.

加熱する際の温度は、炭素前駆体が気化する温度であればよく、300~1500℃が好ましく、特に好ましくは500~1300℃であり、より好ましくは600~1100℃である。300℃以上であると、炭素前駆体が残存しにくくなり、初回体積放電容量の低下、更には初回充放電効率の低下や初回電極膨張率の上昇が生じにくい。一方、1500℃以下である場合、SiまたはSi化合物と後述する不活性ガスとの反応が起こりにくく、放電容量の低下が発生しにくくなる傾向にある。 The heating temperature may be any temperature at which the carbon precursor is vaporized, preferably 300 to 1500.degree. C., particularly preferably 500 to 1300.degree. C., and more preferably 600 to 1100.degree. When the temperature is 300° C. or higher, the carbon precursor is less likely to remain, and the initial volumetric discharge capacity is less likely to decrease, the initial charge/discharge efficiency is less likely to decrease, and the initial electrode expansion coefficient is less likely to increase. On the other hand, when the temperature is 1500° C. or lower, the reaction between Si or Si compound and an inert gas described later tends to be less likely to occur, and the decrease in discharge capacity tends to be less likely to occur.

炭素前駆体の加熱下での気化は、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。用いる不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられる。その中でも窒素が好ましい。 It is preferable to vaporize the carbon precursor under heating in an inert gas atmosphere. Nitrogen, argon, helium, etc. are mentioned as an inert gas to be used. Among them, nitrogen is preferred.

上記複合粒子に炭素前駆体を混合し、さらに焼成することで炭素被覆する方法における炭素前駆体の被覆方法としては、上述の第1粒子と非晶性炭素前駆体を混合する方法と同様の方法を用いることができる。 The carbon precursor coating method in the method of mixing the carbon precursor with the composite particles and then calcining the carbon precursor is the same as the method of mixing the first particles and the amorphous carbon precursor described above. can be used.

上記複合粒子に炭素前駆体を混合し、さらに焼成することで炭素被覆する方法における炭素前駆体としては、炭素前駆体を加熱下に気化させて炭素被覆する方法で用いる炭素前駆体と同様のものを用いることができる。 The carbon precursor in the method of mixing the composite particles with the carbon precursor and then firing the carbon precursor to coat with carbon is the same as the carbon precursor used in the method of vaporizing the carbon precursor under heating to coat with carbon. can be used.

焼成する際の温度は、炭素前駆体が気化する温度であればよく、300~1500℃が好ましく、特に好ましくは500~1300℃であり、より好ましくは600~1100℃である。300℃以上であると、炭素前駆体が残存しにくくなり、初回体積放電容量の低下、更には初回充放電効率の低下や初回電極膨張率の上昇が生じにくい。一方、1500℃以下である場合、SiまたはSi化合物と後述する不活性ガスとの反応が起こりにくく、放電容量の低下が発生しにくくなる傾向にある。 The firing temperature may be any temperature at which the carbon precursor vaporizes, preferably 300 to 1500.degree. C., particularly preferably 500 to 1300.degree. C., and more preferably 600 to 1100.degree. When the temperature is 300° C. or higher, the carbon precursor is less likely to remain, and the initial volumetric discharge capacity is less likely to decrease, the initial charge/discharge efficiency is less likely to decrease, and the initial electrode expansion coefficient is less likely to increase. On the other hand, when the temperature is 1500° C. or lower, the reaction between Si or Si compound and an inert gas described later tends to be less likely to occur, and the decrease in discharge capacity tends to be less likely to occur.

炭素前駆体を焼成させる際には、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましく、用いる不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられ、その中でも窒素が好ましい。 When the carbon precursor is calcined, it is preferably carried out in an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas to be used include nitrogen, argon, and helium, among which nitrogen is preferred.

本発明で、第2粒子に必要に応じて混合する結晶性炭素としては、天然黒鉛、石油や石炭のピッチを黒鉛化した人造黒鉛等が利用できる。結晶性炭素の形状としては、鱗片状、小判状もしくは球状、円柱状もしくはファイバー状等が用いられる。また、それらの結晶性炭素を酸処理、酸化処理した後、熱処理することにより膨張させて黒鉛層間の一部が剥離してアコーディオン状となった膨張黒鉛もしくは膨張黒鉛の粉砕物、または超音波等により層間剥離させたグラフェン等も用いることができる。膨張黒鉛もしくは膨張黒鉛の粉砕物はその他の結晶性炭素に比べて可とう性に優れており、後述する複合粒子を形成する工程において、粉砕された粒子が再結着して略球状の複合粒子を容易に形成することができる。上記の点で、膨張黒鉛もしくは膨張黒鉛の粉砕物を用いることが好ましい。第2粒子と混合する前の結晶性炭素の粒子サイズとしては天然黒鉛や人造黒鉛では1~100μm、膨張黒鉛もしくは膨張黒鉛の粉砕物、グラフェンでは5μm~5mmであることが好ましい。 In the present invention, natural graphite, artificial graphite obtained by graphitizing petroleum or coal pitch, and the like can be used as the crystalline carbon that is optionally mixed with the second particles. As the shape of the crystalline carbon, scale-like, oval-like or spherical, columnar or fiber-like is used. In addition, expanded graphite obtained by subjecting the crystalline carbon to an acid treatment or an oxidation treatment, followed by heat treatment to expand the graphite layers so that a portion of the graphite layers are exfoliated to form an accordion, or a pulverized product of the expanded graphite, or ultrasonic waves, etc. Graphene or the like, which is delaminated by a method, can also be used. Expanded graphite or pulverized expanded graphite is more flexible than other crystalline carbons, and in the step of forming composite particles described later, the pulverized particles are re-bonded to form substantially spherical composite particles. can be easily formed. In view of the above, it is preferable to use expanded graphite or pulverized expanded graphite. The particle size of the crystalline carbon before being mixed with the second particles is preferably 1 to 100 μm for natural graphite and artificial graphite, and 5 μm to 5 mm for expanded graphite, pulverized expanded graphite, and graphene.

上記第2粒子に、結晶性炭素を混合する際に、よりSiまたはSi化合物と結晶性炭素を結着させることができることから、炭素化合物を加えることができる。炭素化合物としてはSiまたはSi化合物と結晶性炭素を結合させることができ、かつ、焼成後に残炭成分が無いことが好ましく、例えば、グリセリン、ジグリセリン、トリグリセリン、ポリグリセリン、ジグリセリン脂肪酸エステル、トリグリセリン脂肪酸エステルなどのグリセリン系、メントール、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、トリペンタエリトリトール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、トリメチロールプロパンなどのグリコール系、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)、ポリビニルピロリドン等が挙げられ、好ましくは、グリセリン、ポリグリセリン、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)、ポリビニルピロリドン、特に好ましくはグリセリンである。 When mixing crystalline carbon with the second particles, the carbon compound can be added because Si or the Si compound and the crystalline carbon can be bound more. As the carbon compound, it is preferable that Si or a Si compound and crystalline carbon can be combined and that there is no residual carbon component after firing. Glycerols such as triglycerol fatty acid esters, glycols such as menthol, pentaerythritol, dipentaerythritol, tripentaerythritol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene oxide, trimethylolpropane, poly(diallyldimethylammonium chloride) ), polyvinylpyrrolidone, and the like, preferably glycerin, polyglycerin, poly(diallyldimethylammonium chloride), polyvinylpyrrolidone, and particularly preferably glycerin.

上記高第2粒子に、結晶性炭素を混合する際には、溶媒を用いることが好ましく、該溶媒としては、例えば、キノリン、ピリジン、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、クレオソート油、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ニトロベンゼン、グリセリン、メントール、ポリビニルアルコール、水、エタノール、メタノールを使用することができる。 When the high secondary particles are mixed with crystalline carbon, it is preferable to use a solvent. Examples of the solvent include quinoline, pyridine, toluene, benzene, tetrahydrofuran, creosote oil, tetrahydrofuran, cyclohexanone, and nitrobenzene. , glycerin, menthol, polyvinyl alcohol, water, ethanol, methanol can be used.

第2粒子と結晶性炭素との混合方法としては、第2粒子及び結晶性炭素を含むスラリー中の第2粒子及び結晶性炭素からなる固形分の合計の濃度が高い場合には、混練機(ニーダー)やレーディゲミキサーを用いることができる。溶媒を用いる場合は、上述の混練機の他、スリーワンモーター、スターラー、ナウターミキサー、レーディゲミキサー、ヘンシェルミキサー、ハイスピードミキサー、ホモミキサー、インラインミキサー等を用いることができる。 As a method for mixing the second particles and crystalline carbon, when the total concentration of solids composed of the second particles and crystalline carbon in the slurry containing the second particles and crystalline carbon is high, a kneader ( kneader) or Loedige mixer can be used. When a solvent is used, a three-one motor, a stirrer, a Nauta mixer, a Loedige mixer, a Henschel mixer, a high-speed mixer, a homomixer, an in-line mixer, etc. can be used in addition to the kneader described above.

溶媒を用い溶媒を除去する場合は、そのままこれらの装置でジャケット加熱したり、振動乾燥機、パドルドライヤー、ロータリーエバポレーター、薄膜蒸発機、スプレードライヤー、コニカルドライヤー、減圧乾燥機などで溶媒を除去したりすることができる。乾燥作業の前に、遠心分離機、フィルタープレス、吸引濾過器、加圧濾過機などの装置で固液分離することができる。過剰な炭素化合物が残っていると、焼成後に複合活物質同士を連結し、その後、粉砕・解砕工程が必要になる上、負極の容量低下の原因になるため、これらの固液分離作業を行うことが好ましい。 When using a solvent to remove the solvent, the jacket can be heated directly with these devices, or the solvent can be removed with a vibration dryer, paddle dryer, rotary evaporator, thin film evaporator, spray dryer, conical dryer, vacuum dryer, etc. can do. Solid-liquid separation can be carried out with an apparatus such as a centrifugal separator, a filter press, a suction filter, or a pressure filter before the drying operation. If excess carbon compounds remain, the composite active materials will be linked together after firing, and after that, the pulverization and crushing process will be required, and it will cause a decrease in the capacity of the negative electrode. preferably.

これらの装置で、溶媒除去の過程における撹拌を1~100時間続けることで、SiまたはSi化合物、結晶性炭素と必要に応じて炭素化合物との混合物(第1混合物)は造粒・圧密化される。また、溶媒除去後の混合物をローラーコンパクタ等の圧縮機によって圧縮し、解砕機で粗粉砕することにより、造粒・圧密化することができる。これらの造粒・圧密化物の大きさは、その後の粉砕工程での取り扱いの容易さから0.1~5mmが好ましい。 By continuing stirring in the process of solvent removal in these apparatuses for 1 to 100 hours, a mixture (first mixture) of Si or a Si compound, crystalline carbon, and optionally a carbon compound is granulated and compacted. be. Further, the mixture after removing the solvent can be compressed with a compressor such as a roller compactor, and coarsely pulverized with a crusher to be granulated and compacted. The size of these granulated/consolidated products is preferably 0.1 to 5 mm for ease of handling in the subsequent pulverization step.

造粒・圧密化の方法は、圧縮力を利用して被砕物を粉砕するボールミル、媒体撹拌ミルや、ローラによる圧縮力を利用して粉砕を行うローラミルや、被砕物を高速で内張材に衝突もしくは粒子相互に衝突させ、その衝撃による衝撃力によって粉砕を行うジェットミルや、ハンマー、ブレード、ピンなどを固設したローターの回転による衝撃力を利用して被砕物を粉砕するハンマーミル、ブレードミル、ピンミル、ディスクミル等の乾式の粉砕方法が好ましい。また、粉砕後に粒度分布を整えるため、風力分級、ふるい分け等の乾式分級が用いられる。粉砕機と分級機が一体となっているタイプでは、一度に粉砕、分級が行われ、所望の粒度分布とすることが可能となる。 The methods of granulation and compaction include ball mills that use compressive force to pulverize crushed materials, medium agitating mills, roller mills that crush crushed materials using compressive force from rollers, and crushed materials that are used as lining materials at high speed. Jet mills that use the impact force generated by colliding or colliding particles with each other to pulverize, hammer mills and blades that pulverize materials using the impact force generated by the rotation of a rotor with hammers, blades, pins, etc. Dry pulverization methods such as mills, pin mills and disk mills are preferred. In addition, dry classification such as wind classification and sieving is used in order to adjust the particle size distribution after pulverization. In a type in which a pulverizer and a classifier are integrated, pulverization and classification are performed at once, and a desired particle size distribution can be obtained.

造粒・圧密化して得られる混合物(第2混合物)を粉砕及び球形化処理を施す方法としては、上述の粉砕方法により粉砕して粒度を整えた後、専用の球形化装置を通す方法と、上述のジェットミルやローターの回転による衝撃力を利用して被砕物を粉砕する方法を繰り返す方法、もしくは処理時間を延長することで球形化する方法がある。専用の球形化装置としては、ホソカワミクロン社のファカルティ(商品名)、ノビルタ(商品名)、メカノフュージョン(商品名)、日本コークス工業社のCOMPOSI、奈良機械製作所社のハイブリダイゼーションシステム、アーステクニカ社のクリプトロンオーブ、クリプトロンエディ等が挙げられる。 As a method of pulverizing and spheronizing the mixture (second mixture) obtained by granulation and compaction, there is a method of pulverizing by the above pulverization method to adjust the particle size and passing it through a dedicated spheronization device; There is a method of repeating the above-mentioned method of pulverizing the crushed material using the impact force caused by the rotation of the jet mill or rotor, or a method of prolonging the treatment time to make the crushed material spherical. Dedicated sphering devices include Hosokawa Micron's Faculty (trade name), Nobilta (trade name), and Mechanofusion (trade name), Nippon Coke Industry's COMPOSI, Nara Machinery's Hybridization System, and Earth Technica's. Kryptron Orb, Kryptron Eddy, etc. can be mentioned.

上記粉砕および球形化処理を行うことにより、略球状の複合粒子を得ることができる。 Composite particles having a substantially spherical shape can be obtained by performing the pulverization and spheronization treatment.

得られた複合粒子は焼成し、焼成体を得る。 The obtained composite particles are fired to obtain a fired body.

焼成温度は300~1200℃が好ましく、特に好ましくは600~1200℃である。焼成温度が300℃以上であると、SiまたはSi化合物に被覆した高分子膜の未熱分解成分が残存しにくくなり、初回充放電効率が低下しにくく、初回充電膨張率が高くなりにくくなる。一方、焼成温度が1200℃以下である場合、SiまたはSi化合物と炭素との反応が起こりにくくなり、放電容量の低下が発生しにくくなる。 The firing temperature is preferably 300 to 1200°C, particularly preferably 600 to 1200°C. When the firing temperature is 300° C. or higher, unthermally decomposed components of the polymer film coated with Si or Si compound are less likely to remain, the initial charge/discharge efficiency is less likely to decrease, and the initial charge expansion coefficient is less likely to increase. On the other hand, when the firing temperature is 1200° C. or lower, the reaction between Si or Si compound and carbon is less likely to occur, and the discharge capacity is less likely to decrease.

複合粒子の焼成は、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。用いる不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられる。その中でも窒素が好ましい。 Firing of the composite particles is preferably carried out in an inert gas atmosphere. Nitrogen, argon, helium, etc. are mentioned as an inert gas to be used. Among them, nitrogen is preferred.

上記焼成体に炭素被覆する方法としては、上述のCVD法により炭素被覆する方法又は炭素前駆体を加熱下に気化させて炭素被覆する方法又は該焼成粉に炭素前駆体を混合し、さらに焼成することで炭素被覆する方法を用いることができる。
<リチウム二次電池用電極組成物>
本発明のリチウム二次電池用電極組成物は、本発明のリチウム二次電池用複合活物質と、結着剤と、溶剤とを含む。
As a method for carbon-coating the fired body, there is a method of carbon-coating by the above-described CVD method, a method of vaporizing a carbon precursor under heating and coating with carbon, or a method of mixing a carbon precursor with the fired powder and further firing. Therefore, a method of carbon coating can be used.
<Electrode composition for lithium secondary battery>
The electrode composition for lithium secondary batteries of the present invention comprises the composite active material for lithium secondary batteries of the present invention, a binder, and a solvent.

本発明のリチウム二次電池用電極組成物によれば、初回充電時に体積変化が抑制された電極材料の作製が可能であり、かつ高容量でサイクル特性に優れたリチウム二次電池を実現できるリチウム二次電池の電極を製造することができる。 According to the electrode composition for a lithium secondary battery of the present invention, it is possible to prepare an electrode material in which the volume change is suppressed at the time of the first charge, and lithium can realize a lithium secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics. Electrodes for secondary batteries can be produced.

使用する結着剤としては、公知の材料を使用でき、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸又は膠などが用いられる。 As the binder to be used, known materials can be used. Glue is used.

また、溶剤としては、例えば、水、イソプロピルアルコール、N-メチルロリドン又はジメチルホルムアミドなどが挙げられる。 Examples of solvents include water, isopropyl alcohol, N-methylrollidone, dimethylformamide, and the like.

本発明のリチウム二次電池用電極組成物は、本発明のリチウム二次電池用複合活物質と結着剤とを混合し、溶剤を用いてペースト化することによって得ることができる。なお、ペースト化を行う際には、必要に応じて、公知の攪拌機、混合機、混練機、ニーダーなどを用い、リチウム二次電池用複合活物質、結着剤及び溶剤を攪拌混合してもよい。
<リチウム二次電池用電極>
次に、本発明のリチウム二次電池用電極について図5を用いて説明する。図5は、本発明の電極の一例を示す模式図である。図5に示すように、本発明のリチウム二次電池用電極200は、上述したリチウム二次電池用複合活物質100を含む。
The electrode composition for a lithium secondary battery of the present invention can be obtained by mixing the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention with a binder and forming a paste using a solvent. In addition, when making a paste, if necessary, a known stirrer, mixer, kneader, kneader, etc. may be used to stir and mix the composite active material for lithium secondary batteries, the binder and the solvent. good.
<Electrodes for lithium secondary batteries>
Next, the lithium secondary battery electrode of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the electrode of the present invention. As shown in FIG. 5, the lithium secondary battery electrode 200 of the present invention includes the lithium secondary battery composite active material 100 described above.

本発明のリチウム二次電池用電極によれば、初回充電時に体積変化が抑制され、かつ高容量でサイクル特性に優れたリチウム二次電池を実現できる。 According to the lithium secondary battery electrode of the present invention, it is possible to realize a lithium secondary battery that is suppressed in volume change at the time of initial charging, has a high capacity, and has excellent cycle characteristics.

本発明のリチウム二次電池用電極は、リチウム二次電池の負極として有用である。 The lithium secondary battery electrode of the present invention is useful as a negative electrode of a lithium secondary battery.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質を使用してリチウム二次電池用負極を製造する方法は、公知の方法を使用することができる。 A known method can be used to manufacture a negative electrode for a lithium secondary battery using the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention.

例えば、負極合剤含有スラリーを上述したリチウム二次電池用電極組成物として用意する。当該負極合剤含有スラリーを、集電体上、例えば銅箔上、に塗布することで、リチウム二次電池用負極を得ることができる。 For example, a negative electrode mixture-containing slurry is prepared as the aforementioned electrode composition for a lithium secondary battery. A negative electrode for a lithium secondary battery can be obtained by applying the negative electrode mixture-containing slurry onto a current collector, such as a copper foil.

なお、集電体としては銅箔以外に、電池のサイクルがより優れる点で、三次元構造を有する集電体が好ましい。三次元構造を有する集電体の材料としては、例えば、炭素繊維、スポンジ状カーボン(スポンジ状樹脂にカーボンを塗工したもの)、銅以外の金属などが挙げられる。 In addition to the copper foil, the current collector is preferably a current collector having a three-dimensional structure because the cycle of the battery is superior. Materials for the current collector having a three-dimensional structure include, for example, carbon fiber, sponge-like carbon (sponge-like resin coated with carbon), and metals other than copper.

三次元構造を有する集電体(多孔質集電体)としては、金属や炭素の導電体の多孔質体が挙げられる。このような導電体の多孔質体としては、平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、金属発泡体、金属織布、金属不織布、炭素繊維織布、及び炭素繊維不織布などが挙げられる。 Current collectors having a three-dimensional structure (porous current collectors) include porous conductors of metals and carbon. Examples of such conductive porous materials include plain-woven wire mesh, expanded metal, lath mesh, metal foam, metal woven fabric, metal non-woven fabric, carbon fiber woven fabric, and carbon fiber non-woven fabric.

リチウム二次電池用複合活物質を用いて負極合剤含有スラリーを調製する場合、導電材として導電性カーボンブラック、カーボンナノファイバー及びカーボンナノチューブからなる群より選ばれる1種以上を添加することが好ましい。上記工程により得られたリチウム二次電池用複合活物質の形状が粒状化(特に、略球形化)していても、該負極合剤含有スラリーにカーボンブラック、カーボンナノファイバー及びカーボンナノチューブからなる群より選ばれる1種以上を配合することで複合活物質の粒子同士の接触が点接触になりにくくなる。カーボンブラック、カーボンナノファイバー及びカーボンナノチューブからなる群より選ばれる1種以上はスラリー溶剤の乾燥時に該リチウム二次電池用複合活物質が接触して形成する毛細管部分に集中的に凝集することが出来るので、サイクルに伴う接点切れ(抵抗増大)を防止することが出来る。 When preparing a slurry containing a negative electrode mixture using a composite active material for a lithium secondary battery, it is preferable to add one or more selected from the group consisting of conductive carbon black, carbon nanofibers and carbon nanotubes as a conductive material. . Even if the shape of the composite active material for lithium secondary batteries obtained by the above steps is granular (particularly approximately spherical), the group consisting of carbon black, carbon nanofibers and carbon nanotubes is added to the slurry containing the negative electrode mixture. By blending more than one selected, the contact between particles of the composite active material is less likely to be point contact. At least one selected from the group consisting of carbon black, carbon nanofibers and carbon nanotubes can concentrate in the capillary portion formed by contacting the composite active material for a lithium secondary battery during drying of the slurry solvent. Therefore, disconnection of contacts (increase in resistance) due to cycles can be prevented.

カーボンブラック、カーボンナノファイバー及びカーボンナノチューブからなる群より選ばれる1種以上の配合量は、リチウム二次電池用複合活物質100質量部に対して、0.2~4質量部であることが好ましく、0.5~2質量部であることがより好ましい。カーボンナノチューブとしては、シングルウォールカーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブが挙げられる。
<リチウム二次電池>
リチウム二次電池は、上述した電極としての負極と、正極と、電解液と、セパレータとを含む。リチウム二次電池は、その他電池構成要素(例えば、集電体、ガスケット、封口板、ケースなど)をさらに含んでもよい。リチウム二次電池は、常法にしたがって円筒型、角型あるいはボタン型などの形態を有することができる。
(正極)
本発明のリチウム二次電池用複合活物質を使用して得られる負極を有するリチウム二次電池に使用される正極としては、公知の正極材料を使用した正極を使用することができる。
The amount of one or more selected from the group consisting of carbon black, carbon nanofibers and carbon nanotubes is preferably 0.2 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite active material for lithium secondary batteries. , more preferably 0.5 to 2 parts by mass. Carbon nanotubes include single-wall carbon nanotubes and multi-wall carbon nanotubes.
<Lithium secondary battery>
A lithium secondary battery includes the above-described negative electrode as an electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and a separator. The lithium secondary battery may further include other battery components (eg current collector, gasket, sealing plate, case, etc.). A lithium secondary battery can have a shape such as a cylindrical shape, a rectangular shape, or a button shape according to a conventional method.
(positive electrode)
As a positive electrode used in a lithium secondary battery having a negative electrode obtained by using the composite active material for lithium secondary batteries of the present invention, a positive electrode using a known positive electrode material can be used.

正極の製造方法としては公知の方法が挙げられ、正極材料、結合剤および導電剤よりなる正極合剤を集電体の表面に塗布する方法などが挙げられる。正極材料(正極活物質)としては、酸化クロム、酸化チタン、酸化コバルト、五酸化バナジウムなどの金属酸化物や、LiCoO、LiNiO、LiNi1-yCo、LiNi1-x-yCoAl、LiMnO、LiMn、LiFeOなどのリチウム金属酸化物、硫化チタン、硫化モリブデンなどの遷移金属のカルコゲン化合物、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリピロールなどの導電性を有する共役系高分子物質などが挙げられる。
(電解液)
本発明のリチウム二次電池用複合活物質を使用して得られる負極を有するリチウム二次電池に使用される電解液としては、公知の電解液を使用することができる。
Examples of the method for manufacturing the positive electrode include known methods, such as a method of applying a positive electrode mixture comprising a positive electrode material, a binder and a conductive agent to the surface of a current collector. Examples of positive electrode materials (positive electrode active materials) include metal oxides such as chromium oxide, titanium oxide, cobalt oxide, vanadium pentoxide, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-y Co y O 2 , and LiNi 1-xy . Lithium metal oxides such as CoxAlyO2 , LiMnO2 , LiMn2O4 , and LiFeO2 ; transition metal chalcogen compounds such as titanium sulfide and molybdenum sulfide; and conductive materials such as polyacetylene, polyparaphenylene, and polypyrrole. Examples include conjugated polymer substances.
(Electrolyte)
Known electrolytes can be used as electrolytes used in lithium secondary batteries having a negative electrode obtained by using the composite active material for lithium secondary batteries of the present invention.

例えば、電解液中に含まれる電解質塩として、LiPF、LiBF、LiAsF、LiClO、LiB(C、LiCl、LiBr、LiCFSO、LiCHSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiN(CFCHOSO、LiN(CFCFOSO、LiN(HCFCFCHOSO、LiN{(CFCHOSO、LiB{C(CF、LiN(SOCF、LiC(SOCF、LiAlCl又はLiSiFなどのリチウム塩を用いることができる。特にLiPFおよびLiBFが酸化安定性の点から好ましい。 For example, electrolyte salts contained in the electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiB(C 6 H 5 ) 4 , LiCl, LiBr, LiCF 3 SO 3 , LiCH 3 SO 3 , LiN(CF 3SO2 ) 2 , LiC ( CF3SO2 ) 3 , LiN ( CF3CH2OSO2 ) 2 , LiN ( CF3CF3OSO2 ) 2 , LiN ( HCF2CF2CH2OSO2 ) 2 , LiN{( CF3 ) 2CHOSO2}2, LiB{C6H3(CF3)2 } 4 , LiN ( SO2CF3 ) 2 , LiC ( SO2CF3 ) 3 , LiAlCl4 or LiSiF6 , etc. can be used. LiPF 6 and LiBF 4 are particularly preferred from the viewpoint of oxidation stability.

電解質溶液中の電解質塩濃度は0.1~5モル/リットルであることが好ましく、0.5~3モル/リットルであることがより好ましい。 The electrolyte salt concentration in the electrolyte solution is preferably 0.1 to 5 mol/liter, more preferably 0.5 to 3 mol/liter.

電解液で使用される溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート、1,1-または1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、γ-ブチロラクトン、1,3-ジオキソフラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、アニソール、ジエチルエーテルなどのエーテル、スルホラン、メチルスルホランなどのチオエーテル、アセトニトリル、クロロニトリル、プロピオニトリルなどのニトリル、ホウ酸トリメチル、ケイ酸テトラメチル、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン、酢酸エチル、トリメチルオルトホルメート、ニトロベンゼン、塩化ベンゾイル、臭化ベンゾイル、テトラヒドロチオフェン、ジメチルスルホキシド、3-メチル-2-オキサゾリン、エチレングリコール又はジメチルサルファイトなどの非プロトン性有機溶媒を用いることができる。 Solvents used in the electrolytic solution include, for example, carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate, 1,1- or 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2 - methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, 1,3-dioxofuran, 4-methyl-1,3-dioxolane, anisole, ethers such as diethyl ether, sulfolane, thioethers such as methylsulfolane, acetonitrile, chloronitrile, propionitrile, etc. nitrile, trimethyl borate, tetramethyl silicate, nitromethane, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, ethyl acetate, trimethyl orthoformate, nitrobenzene, benzoyl chloride, benzoyl bromide, tetrahydrothiophene, dimethyl sulfoxide, 3-methyl-2- Aprotic organic solvents such as oxazoline, ethylene glycol or dimethylsulfite can be used.

なお、電解液の代わりに、高分子固体電解質、高分子ゲル電解質などの高分子電解質を使用してもよい。高分子固体電解質または高分子ゲル電解質のマトリクスを構成する高分子化合物としては、ポリエチレンオキサイドやその架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのメタクリレート系高分子化合物、ポリアクリレートなどのアクリレート系高分子化合物、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)又はビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系高分子化合物が好ましい。これらは、混合して使用することもできる。酸化還元安定性などの観点から、PVDF又はビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系高分子化合物が特に好ましい。
(セパレータ)
本発明のリチウム二次電池用複合活物質を使用して得られる負極を有するリチウム二次電池に使用されるセパレータとしては、公知の材料を使用できる。セパレータとしては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜などが例示される。合成樹脂製微多孔膜が好適であり、なかでもポリオレフィン系微多孔膜が、膜厚、膜強度、膜抵抗などの点から好適である。具体的には、ポリエチレンおよびポリプロピレン製微多孔膜、またはこれらを複合した微多孔膜などである。
A polymer electrolyte such as a solid polymer electrolyte or a polymer gel electrolyte may be used instead of the electrolytic solution. Polymer compounds that make up the matrix of solid polymer electrolytes or polymer gel electrolytes include ether-based polymer compounds such as polyethylene oxide and its crosslinked products, methacrylate-based polymer compounds such as polymethacrylate, and acrylate-based compounds such as polyacrylate. Polymer compounds, fluorine-based polymer compounds such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer are preferred. These can also be mixed and used. From the viewpoint of oxidation-reduction stability, fluorine-based polymer compounds such as PVDF and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer are particularly preferable.
(separator)
A known material can be used as a separator for a lithium secondary battery having a negative electrode obtained by using the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention. Examples of separators include woven fabrics, non-woven fabrics, synthetic resin microporous membranes, and the like. Synthetic resin microporous membranes are preferred, and polyolefin microporous membranes are particularly preferred in terms of film thickness, membrane strength, membrane resistance, and the like. Specifically, it is a microporous membrane made of polyethylene and polypropylene, or a microporous membrane combining these.

本発明のリチウム二次電池は、各種携帯電子機器に用いられ、特にノート型パソコン、ノート型ワープロ、パームトップ(ポケット)パソコン、携帯電話、携帯ファックス、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオカメラ、携帯テレビ、ポータブルCD、ポータブルMD、電動髭剃り機、電子手帳、トランシーバー、電動工具、ラジオ、テープレコーダー、デジタルカメラ、携帯コピー機、携帯ゲーム機などに用いることができる。また、本発明のリチウム二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車、自動販売機、電動カート、ロードレベリング用蓄電システム、家庭用蓄電器、分散型電力貯蔵機システム(据置型電化製品に内蔵)、非常時電力供給システムなどの二次電池として用いることもできる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The lithium secondary battery of the present invention is used in various portable electronic devices, particularly notebook personal computers, notebook word processors, palmtop (pocket) personal computers, mobile phones, mobile facsimiles, mobile printers, headphone stereos, video cameras, and mobile televisions. , portable CDs, portable MDs, electric shavers, electronic notebooks, transceivers, power tools, radios, tape recorders, digital cameras, portable copiers, portable game machines, and the like. In addition, the lithium secondary battery of the present invention can be used in electric vehicles, hybrid vehicles, vending machines, electric carts, power storage systems for load leveling, household power storage devices, distributed power storage systems (built into stationary electrical appliances), emergency It can also be used as a secondary battery for a time power supply system.

本発明のリチウム二次電池用複合活物質の一例を示す模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a composite active material for a lithium secondary battery of the present invention; FIG. 本発明のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法における第1粒子の一例を示す模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of first particles in the method for producing a composite active material for lithium secondary batteries of the present invention. 本発明のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法における第2粒子の一例を示す模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of second particles in the method for producing a composite active material for lithium secondary batteries of the present invention. 図3の第2粒子の集合体の一例を示す模式断面図である。4 is a schematic cross-sectional view showing an example of an aggregate of second particles in FIG. 3. FIG. 本発明の電極の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the electrode of this invention. 本発明の実施例1で製造した複合活物質の断面SEM像(×30,000倍)である。1 is a cross-sectional SEM image (×30,000) of the composite active material produced in Example 1 of the present invention.

以下、実施例により、本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these.

<実施例1>
(シリコン表面改質工程)
D50が200nmのシリコン粒子を含むエタノールスラリーをシリコン量が87.5gになるようにビーカーに投入し、15分間超音波照射を行い、その後、合計のエタノール量が2212gになるように追加し、シリコンスラリーを得た。その後、ポリカルボン酸系分散剤192.5g、塩酸5.0g、水700gを上記シリコンスラリーに添加し、回転数250rpmの条件で30分間撹拌を行った。その後、テトラエトキシシラン(TEOS)175gを上記スラリーに添加し、70℃に昇温した。70℃で12時間撹拌を行い、その後、得られたシリコンスラリーを回転数4800rpm、回転時間25分の条件で遠心分離処理し、エタノールで再分散した。得られたスラリーに対して、直径1.0mmのジルコニアボールを用いたボールミルを8時間行い、シリコンスラリーを得た。これを回転数4800rpm、回転時間60分の条件で遠心分離処理し、水で再分散した。
<Example 1>
(Silicon surface modification step)
An ethanol slurry containing silicon particles with a D50 of 200 nm was put into a beaker so that the amount of silicon was 87.5 g, ultrasonic irradiation was performed for 15 minutes, and then ethanol was added so that the total amount of ethanol was 2212 g. A slurry was obtained. After that, 192.5 g of a polycarboxylic acid-based dispersant, 5.0 g of hydrochloric acid, and 700 g of water were added to the silicon slurry, and the mixture was stirred for 30 minutes at a rotation speed of 250 rpm. After that, 175 g of tetraethoxysilane (TEOS) was added to the above slurry and the temperature was raised to 70°C. After stirring at 70° C. for 12 hours, the resulting silicon slurry was centrifuged at 4800 rpm for 25 minutes and re-dispersed in ethanol. The obtained slurry was subjected to ball milling using zirconia balls with a diameter of 1.0 mm for 8 hours to obtain a silicon slurry. This was subjected to centrifugal separation under the conditions of a rotation speed of 4800 rpm and a rotation time of 60 minutes, and redispersed with water.

(シリコン被覆工程)
上記スラリーをシリコン固形分量が22.2gとなるように秤量して丸底フラスコに移し、合計の水量が6116gとなるように追加で水を添加した。フラスコ系内を窒素パージした後、液温を35℃に昇温した。その後、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(MPS)0.84gをフラスコ内に加え、30分間攪拌した。蒸留したスチレンモノマー140.3gと80gの水に溶解させたp-スチレンスルホン酸リチウム(LiSS)0.65gを添加し、2時間攪拌した。その後、液温を62℃に昇温させ、80gの水に溶解させた過硫酸アンモニウム(APS)1.8gを添加した。その後、還流下で10時間加熱撹拌を続けた。得られた反応液を回転数4800rpm、回転時間5分の条件で遠心分離処理し、得られた沈殿を水で再分散。得られた上澄みを回転数4800rpm、回転時間15分の条件でさらに遠心分離処理し、得られた沈殿を水で再分散。得られた上澄みを回転数4800rpm、回転時間30分の条件でさらに遠心分離処理し、得られた沈殿を水で再分散。最後に得られた上澄みを回転数4800rpm、回転時間45分の条件で遠心分離処理し、得られた沈殿を水で再分散することでポリスチレン被覆シリコンスラリーを得た。
(Silicon coating process)
The above slurry was weighed to a silicon solid content of 22.2 g, transferred to a round-bottomed flask, and additional water was added to bring the total amount of water to 6116 g. After purging the inside of the flask system with nitrogen, the liquid temperature was raised to 35°C. After that, 0.84 g of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPS) was added into the flask and stirred for 30 minutes. 140.3 g of distilled styrene monomer and 0.65 g of lithium p-styrenesulfonate (LiSS) dissolved in 80 g of water were added and stirred for 2 hours. After that, the liquid temperature was raised to 62° C., and 1.8 g of ammonium persulfate (APS) dissolved in 80 g of water was added. Thereafter, heating and stirring were continued for 10 hours under reflux. The resulting reaction solution was subjected to centrifugal separation under conditions of a rotation speed of 4800 rpm and a rotation time of 5 minutes, and the resulting precipitate was redispersed in water. The resulting supernatant was further subjected to centrifugal separation under the conditions of 4,800 rpm and 15 minutes of rotation, and the resulting precipitate was redispersed in water. The resulting supernatant was further subjected to centrifugal separation under the conditions of 4800 rpm and 30 minutes of rotation, and the obtained precipitate was redispersed in water. Finally, the obtained supernatant was subjected to centrifugal separation under the conditions of 4800 rpm for 45 minutes of rotation, and the resulting precipitate was redispersed in water to obtain a polystyrene-coated silicon slurry.

ポリスチレン被覆シリコンの水スラリーを固形分が5.0gになるようにビーカーに秤量し、合計の水量が1380gになるように水を追加した。フラスコ系内を窒素パージした後、液温を35℃に昇温した。その後、アクリロニトリルモノマー36.3gを添加し、2時間攪拌した。その後、液温を62℃に昇温させ、50gの水に溶解させたAPS1.1gを添加した。その後、還流下で10時間加熱撹拌を続けた。得られた反応液を回転数4800rpm、回転時間25分の条件で遠心分離処理し、エタノールで再分散することでポリマー被覆シリコンスラリーを得た。 An aqueous slurry of polystyrene-coated silicon was weighed into a beaker to a solids content of 5.0 g and additional water was added to bring the total amount of water to 1380 g. After purging the inside of the flask system with nitrogen, the liquid temperature was raised to 35°C. After that, 36.3 g of acrylonitrile monomer was added and stirred for 2 hours. After that, the liquid temperature was raised to 62° C., and 1.1 g of APS dissolved in 50 g of water was added. Thereafter, heating and stirring were continued for 10 hours under reflux. The resulting reaction solution was centrifuged under the conditions of 4800 rpm for 25 minutes, and re-dispersed with ethanol to obtain a polymer-coated silicon slurry.

その後、上記ポリマー被覆シリコンを、ダイアフラムポンプで減圧にしつつ65℃に加熱し溶媒を除去、乾燥することで混合乾燥物を得た。 After that, the polymer-coated silicon was heated to 65° C. while reducing the pressure with a diaphragm pump to remove the solvent and dried to obtain a mixed dried product.

(解砕工程)
上記混合乾燥物をブレードミルに入れて水冷しながら、15000rpmで150秒粉砕し、同時に球形化した。
(Crushing process)
The dried mixed product was placed in a blade mill and pulverized at 15,000 rpm for 150 seconds while cooling with water, and simultaneously spheroidized.

(焼成工程)
得られた粉末を石英ボートに入れて、管状炉で窒素ガスを流しながら、最高温度900℃で1時間焼成した。これにより、焼成粉を得た。
(Baking process)
The obtained powder was placed in a quartz boat and fired in a tubular furnace at a maximum temperature of 900° C. for 1 hour while flowing nitrogen gas. A sintered powder was thus obtained.

(気相コートによる炭素被覆工程)
得られた焼成粉を回転焼成炉にセットし、管内に267SCCMの流量の窒素ガス及び、133SCCMの流量のエチレンガスを流し、2rpmにて回転させながら電気ヒーターで920℃まで加熱した。その状態を57分間保持する事で炭素被覆を行い、リチウム二次電池用複合活物質を得た。
(Carbon coating process by vapor phase coating)
The fired powder thus obtained was placed in a rotary firing furnace, and a nitrogen gas flow rate of 267 SCCM and an ethylene gas flow rate of 133 SCCM were passed through the tube, and heated to 920° C. with an electric heater while rotating at 2 rpm. By maintaining this state for 57 minutes, carbon coating was performed to obtain a composite active material for a lithium secondary battery.

(リチウム二次電池用負極の作製)
得られたリチウム二次電池用複合活物質92.5重量%(固形分全量中の含有量。以下同じ。)に対して、導電助剤としてアセチレンブラック0.5重量%、バインダとしてポリカルボン酸系バインダ7.0重量%、及び、水とを混合して負極合剤含有スラリーを調製した。
(Preparation of negative electrode for lithium secondary battery)
With respect to 92.5% by weight of the obtained composite active material for lithium secondary batteries (content in the total solid content; the same applies hereinafter), 0.5% by weight of acetylene black as a conductive agent and polycarboxylic acid as a binder 7.0% by weight of the system binder and water were mixed to prepare a negative electrode mixture-containing slurry.

得られた負極合剤含有スラリーを、アプリケータを用いて固形分塗布量が2.0mg/cmになるように厚みが10μmの銅箔に塗布し、90℃で真空乾燥機にて12時間乾燥した。乾燥後、14mmφの円形に打ち抜き、室温下、送り速度1m/min、圧力4.0t/cmの条件でロールプレスし、さらに真空下、110℃で2時間熱処理して、厚みが32μmの負極合剤層を形成したリチウム二次電池用負極を得た。 The resulting negative electrode mixture-containing slurry was applied to a copper foil having a thickness of 10 μm using an applicator so that the solid content coating amount was 2.0 mg/cm 2 , and dried in a vacuum dryer at 90° C. for 12 hours. Dried. After drying, the negative electrode was punched into a circle of 14 mmφ, roll-pressed at room temperature at a feed rate of 1 m/min and a pressure of 4.0 t/cm 2 , and further heat-treated at 110°C for 2 hours under vacuum to obtain a negative electrode having a thickness of 32 µm. A negative electrode for a lithium secondary battery having a mixture layer formed thereon was obtained.

(サイクル特性評価用セルの作製と評価および内包物質が中空構造を有する複合材料の作製)
評価用コインセルは、グローブボックス中でコインセルに上記負極、21mmφのガラスフィルター、16mmφで厚み0.6mmの金属リチウムおよびその基材のステンレス箔を、各々、電解液にディップしたのち、この順に積層し、最後に蓋をねじ込み作製した。電解液はエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比1対1の混合溶媒とし、これにFEC(フルオロエチレンカーボネート)を2体積%添加し、LiPF6を1.2モル/リットルの濃度になるように溶解させたものを使用した。評価用コインセルは、さらにシリカゲルを入れた密閉ガラス容器に入れて、シリコンゴムの蓋を通した電極を充放電装置に接続した。
(Preparation and Evaluation of Cycle Characteristic Evaluation Cell and Preparation of Composite Material Having Hollow Structure of Encapsulated Substance)
The coin cell for evaluation was prepared by dipping the negative electrode, a glass filter of 21 mmφ, a metal lithium of 16 mmφ and a thickness of 0.6 mm, and a stainless steel foil as a base material into the coin cell in a glove box, and then laminating them in this order. , and finally screwed on the lid. The electrolytic solution is a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1:1, to which 2% by volume of FEC (fluoroethylene carbonate) is added, and LiPF6 is dissolved to a concentration of 1.2 mol/liter. I used something else. The coin cell for evaluation was placed in a sealed glass container containing silica gel, and the electrodes were connected to a charging/discharging device through a silicon rubber lid.

評価用コインセルは25℃の恒温室にて、サイクル試験した。充電は、0.3Cで充電後、0.010Vの定電圧で電流値が0.03Cになるまで行った。 The coin cell for evaluation was cycle-tested in a temperature-controlled room at 25°C. After charging at 0.3C, charging was performed at a constant voltage of 0.010V until the current value reached 0.03C.

また放電は、0.3Cの定電流で1.5Vの電圧値まで行った。初回放電容量と初回充放電効率は、初回充放電試験の結果とした。 Discharge was performed at a constant current of 0.3C to a voltage value of 1.5V. The initial discharge capacity and the initial charge/discharge efficiency were the results of the initial charge/discharge test.

また、サイクル特性は、前記充放電条件にて100回充放電試験した時の、50および100サイクル目の充放電効率として評価したところ、50サイクル目の充放電効率が99.6%、100サイクル目の充放電効率が99.9%であった。 In addition, the cycle characteristics were evaluated as the charge-discharge efficiency at the 50th and 100th cycles when the charge-discharge test was performed 100 times under the charge-discharge conditions. The charge/discharge efficiency of the eye was 99.9%.

図6の断面SEM画像より、充放電前において複合活物質はSiまたはSi合金が非晶性炭素内に内包されており、SiまたはSi合金が該非晶性炭素内に内包された構造が複数存在し、結晶性炭素が空隙を内包しているものであり、また、充放電後の断面SEM画像より、内包物質が該非晶性炭素の内壁に付着している構造を取っていることがわかる。 From the cross-sectional SEM image of FIG. 6, the composite active material has Si or Si alloy included in amorphous carbon before charging and discharging, and there are multiple structures in which Si or Si alloy is included in the amorphous carbon. However, the crystalline carbon encloses voids, and cross-sectional SEM images after charging and discharging show that the encapsulating material adheres to the inner wall of the amorphous carbon.

<比較例1>
(シリコン被覆工程)
実施例1と同様の方法で得られたスラリーをシリコン固形分量が16.6gとなるように秤量して丸底フラスコに移し、合計の水量が4590gとなるように追加で水を添加した。フラスコ系内を窒素パージした後、液温を35℃に昇温した。その後、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(MPS)0.63gをフラスコ内に加え、30分間攪拌した。蒸留したスチレンモノマー52.6gと60gの水に溶解させたp-スチレンスルホン酸リチウム(LiSS)0.48gを添加し、2時間攪拌した。その後、液温を62℃に昇温させ、60gの水に溶解させた過硫酸アンモニウム(APS)1.3gを添加した。その後、還流下で10時間加熱撹拌を続けた。得られた反応液を回転数4800rpm、回転時間45分の条件で遠心分離処理し、エタノールで再分散することでポリスチレン被覆シリコンスラリーを得た。
<Comparative Example 1>
(Silicon coating process)
A slurry obtained in the same manner as in Example 1 was weighed so that the silicon solid content was 16.6 g, transferred to a round bottom flask, and additional water was added so that the total amount of water was 4590 g. After purging the inside of the flask system with nitrogen, the liquid temperature was raised to 35°C. After that, 0.63 g of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPS) was added to the flask and stirred for 30 minutes. 52.6 g of distilled styrene monomer and 0.48 g of lithium p-styrenesulfonate (LiSS) dissolved in 60 g of water were added and stirred for 2 hours. After that, the liquid temperature was raised to 62° C., and 1.3 g of ammonium persulfate (APS) dissolved in 60 g of water was added. Thereafter, heating and stirring were continued for 10 hours under reflux. The resulting reaction solution was centrifuged under the conditions of 4800 rpm and 45 minutes of rotation, and re-dispersed with ethanol to obtain a polystyrene-coated silicon slurry.

上記ポリスチレン被覆シリコンのエタノールスラリーを固形分が8.7gになるようにビーカーに秤量し、合計のエタノール量が1273gになるようにエタノールを追加した。得られたスラリーに水248mLに分散させた臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム8.0gを加え、マグネチックスターラーで10分間攪拌を行った。その後、アンモニウムヒドロキシド34.6g、水268mLを上記スラリーに添加し、30分間攪拌を行った。その後、テトラエトキシシラン16.9gを添加し、3時間攪拌を行った。得られたスラリーを回転数4800rpm、回転時間10分の条件で遠心分離処理し、上澄みを廃棄した。沈降物を減圧乾燥してSi@void@SiO粒子粉末を得た。 The above ethanol slurry of polystyrene-coated silicon was weighed into a beaker so that the solid content was 8.7 g, and ethanol was added so that the total amount of ethanol was 1273 g. 8.0 g of hexadecyltrimethylammonium bromide dispersed in 248 mL of water was added to the obtained slurry, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer for 10 minutes. After that, 34.6 g of ammonium hydroxide and 268 mL of water were added to the slurry and stirred for 30 minutes. After that, 16.9 g of tetraethoxysilane was added and stirred for 3 hours. The resulting slurry was subjected to centrifugal separation under the conditions of 4800 rpm and 10 minutes of rotation, and the supernatant was discarded. The sediment was dried under reduced pressure to obtain Si@void@SiO 2 particle powder.

(焼成工程)
得られた粉末を石英ボ-トに入れて、管状炉で窒素ガスを流しながら、最高温度900℃で1時間焼成して焼成粉を得た。
(Baking process)
The obtained powder was placed in a quartz boat and fired in a tubular furnace at a maximum temperature of 900° C. for 1 hour while flowing nitrogen gas to obtain a fired powder.

(気相コートによる炭素被覆工程)
得られた焼成粉を焼成炉に導入し、窒素を流しながらコールタールピッチを炭素前駆体とした気相コートを行った。焼成条件は、昇温速度を5℃/minとし、300℃で1時間、600℃で5時間、900℃で1時間加熱とした。気相コートによって炭素が導入された殻構造粒子を得た。
(Carbon coating process by vapor phase coating)
The obtained fired powder was introduced into a firing furnace, and gas phase coating was performed using coal tar pitch as a carbon precursor while flowing nitrogen. The firing conditions were a heating rate of 5° C./min, heating at 300° C. for 1 hour, 600° C. for 5 hours, and 900° C. for 1 hour. A shell-structured particle into which carbon was introduced was obtained by vapor-phase coating.

(リチウム二次電池用負極の作製)
得られた殻構造粒子100質量部に対し、57質量部の黒鉛を加え、比較例のリチウム二次電池用複合活物質とした。
(Preparation of negative electrode for lithium secondary battery)
57 parts by mass of graphite was added to 100 parts by mass of the obtained shell-structured particles to obtain a composite active material for a lithium secondary battery as a comparative example.

得られたリチウム二次電池用複合活物質92.5重量%(固形分全量中の含有量。以下同じ。)に対して、導電助剤としてアセチレンブラック0.5重量%、バインダとしてポリカルボン酸系バインダ7.0重量%、及び、水とを混合して負極合剤含有スラリーを調製した。 With respect to 92.5% by weight of the obtained composite active material for lithium secondary batteries (content in the total solid content; the same applies hereinafter), 0.5% by weight of acetylene black as a conductive agent and polycarboxylic acid as a binder 7.0% by weight of the system binder and water were mixed to prepare a negative electrode mixture-containing slurry.

得られた負極合剤含有スラリーを、アプリケータを用いて固形分塗布量が2.0mg/cmになるように厚みが10μmの銅箔に塗布し、90℃で真空乾燥機にて12時間乾燥した。乾燥後、14mmφの円形に打ち抜き、圧力1.0t/cmの条件で一軸プレスし、さらに真空下、110℃で2時間熱処理して、厚みが22μmの負極合剤層を形成したリチウム二次電池用負極を得た。 The resulting negative electrode mixture-containing slurry was applied to a copper foil having a thickness of 10 μm using an applicator so that the solid content coating amount was 2.0 mg/cm 2 , and dried in a vacuum dryer at 90° C. for 12 hours. Dried. After drying, the lithium secondary was punched into a circle of 14 mmφ, uniaxially pressed under the condition of a pressure of 1.0 t/cm 2 , and further heat-treated at 110°C for 2 hours under vacuum to form a negative electrode mixture layer having a thickness of 22 µm. A battery negative electrode was obtained.

(サイクル特性評価用セルの作製と評価)
評価用コインセルは、グローブボックス中でコインセルに上記リチウム二次電池用負極、21mmφのガラスフィルター、16mmφで厚み0.6mmの金属リチウムおよびその基材のステンレス箔を、各々、電解液にディップしたのち、この順に積層し、最後に蓋をねじ込み作製した。電解液はエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比1対1の混合溶媒とし、これにFEC(フルオロエチレンカーボネート)を2体積%添加し、LiPF6を1.2モル/リットルの濃度になるように溶解させたものを使用した。評価用コインセルは、さらにシリカゲルを入れた密閉ガラス容器に入れて、シリコンゴムの蓋を通した電極を充放電装置に接続した。
(Preparation and Evaluation of Cycle Characteristic Evaluation Cell)
The coin cell for evaluation was prepared by dipping the negative electrode for a lithium secondary battery, a glass filter of 21 mmφ, a metal lithium of 16 mmφ and a thickness of 0.6 mm, and a stainless steel foil as a base material of the lithium secondary battery in a glove box in an electrolytic solution. , were laminated in this order, and finally a lid was screwed and manufactured. The electrolytic solution is a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1:1, to which 2% by volume of FEC (fluoroethylene carbonate) is added, and LiPF6 is dissolved to a concentration of 1.2 mol/liter. I used something else. The coin cell for evaluation was placed in a sealed glass container containing silica gel, and the electrodes were connected to a charging/discharging device through a silicon rubber lid.

評価用コインセルは25℃の恒温室にて、サイクル試験した。充電は、0.3Cで充電後、0.010Vの定電圧で電流値が0.03Cになるまで行った。 The coin cell for evaluation was cycle-tested in a temperature-controlled room at 25°C. After charging at 0.3C, charging was performed at a constant voltage of 0.010V until the current value reached 0.03C.

また放電は、0.3Cの定電流で1.5Vの電圧値まで行った。初回放電容量と初回充放電効率は、初回充放電試験の結果とした。 Discharge was performed at a constant current of 0.3C to a voltage value of 1.5V. The initial discharge capacity and the initial charge/discharge efficiency were the results of the initial charge/discharge test.

また、サイクル特性は、前記充放電条件にて100回充放電試験した時の、50および100サイクル目の充放電効率として評価したところ、50サイクル目の充放電効率が99.1%、100サイクル目の充放電効率が99.0%であった。 In addition, the cycle characteristics were evaluated as the charge-discharge efficiency at the 50th and 100th cycles when the charge-discharge test was performed 100 times under the charge-discharge conditions. The charge/discharge efficiency of the eye was 99.0%.

実施例では、内包物質が該非晶性炭素の内壁に付着することで接触面積が増大し、サイクル中の充放電効率が向上している。すなわち、充放電サイクル特性が良好である。 In the examples, the encapsulating substance adheres to the inner wall of the amorphous carbon, thereby increasing the contact area and improving the charge-discharge efficiency during the cycle. That is, the charge/discharge cycle characteristics are good.

1 非晶性炭素
2 Si化合物
3 空隙
1 amorphous carbon 2 Si compound 3 void

Claims (15)

SiまたはSi化合物、非晶性炭素及び空隙を含むリチウム二次電池用複合活物質であって、空隙の周囲にSiまたはSi化合物が存在し、SiまたはSi化合物が該非晶性炭素と付着していることを特徴とするリチウム二次電池用複合活物質。 A composite active material for a lithium secondary battery containing Si or a Si compound, amorphous carbon, and voids, wherein Si or the Si compound is present around the voids, and the Si or the Si compound adheres to the amorphous carbon A composite active material for a lithium secondary battery, characterized by comprising: 前記SiまたはSi化合物の体積に対する前記空隙の体積の比が0.5~50である請求項1に記載のリチウム二次電池用複合活物質。 2. The composite active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the ratio of the volume of said pores to the volume of said Si or Si compound is 0.5-50. 前記マトリクスに含まれる前記空隙一つ当たりに収容される前記SiまたはSi化合物の平均個数が4以下である請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用複合活物質。 3. The composite active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the average number of said Si or Si compounds contained in each said void contained in said matrix is 4 or less. 前記SiまたはSi化合物と、前記SiまたはSi化合物を収容する前記空隙の内壁面との最短距離が10nm以下である請求項1~3のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用複合活物質。 The composite active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the shortest distance between said Si or Si compound and the inner wall surface of said void containing said Si or Si compound is 10 nm or less. . 前記複数の空隙のそれぞれの空隙において、その周囲に配置された空隙までの最短距離が1.0μm以下である請求項1~4のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用複合活物質。 The composite active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the plurality of pores has a shortest distance to the surrounding pores of 1.0 µm or less. 前記リチウム二次電池用複合活物質の外側に外層をさらに有し、
前記外層が、結晶性炭素、又は、10nm以上の細孔径を有する非晶性炭素を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用複合活物質。
further comprising an outer layer outside the composite active material for a lithium secondary battery;
The composite active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the outer layer contains crystalline carbon or amorphous carbon having a pore size of 10 nm or more.
前記結晶性炭素が、以下の条件(1)~(3)の少なくとも1つを満たす、請求項6に記載のリチウム二次電池用複合活物質。
(1)ICP発光分光分析法による26元素(Al、Ca、Cr、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、V、Zn、Zr、Ag、As、Ba、Be、Cd、Co、Cu、Mo、Pb、Sb、Se、Th、Tl、U)の不純物半定量値より求めた純度が99重量%以上であること。
(2)酸素フラスコ燃焼法によるイオンクロマトグラフィー(IC)測定法によるS量が1重量%以下であること。
(3)BET比表面積100m/g以下であること。
7. The composite active material for a lithium secondary battery according to claim 6, wherein said crystalline carbon satisfies at least one of the following conditions (1) to (3).
(1) 26 elements (Al, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, V, Zn, Zr, Ag, As, Ba, Be, Cd, Co, Cu, Mo, Pb, Sb, Se, Th, Tl, U) purity obtained from semi-quantitative values of impurities is 99% by weight or more.
(2) The amount of S determined by an ion chromatography (IC) measurement method using an oxygen flask combustion method is 1% by weight or less.
(3) A BET specific surface area of 100 m 2 /g or less.
前記複合活物質の粒径(D50)が0.3~50μmである請求項1~70のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用複合活物質。 The composite active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 70, wherein the composite active material has a particle size (D50) of 0.3 to 50 µm. 前記複合活物質のBET比表面積が100m/g以下である請求項1~8のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用複合活物質。 The composite active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the composite active material has a BET specific surface area of 100 m 2 /g or less. 請求項1に記載のリチウム二次電池用複合活物質を製造する方法であって、
前記SiまたはSi化合物に高分子膜を被覆して第1粒子を得る第1工程と、
前記第1粒子に非晶性炭素の前駆体を混合または被覆して第2粒子を得る第2工程と、
複数の前記第2粒子を集合させて焼成し、焼成体を形成する第3工程と
さらに充放電する第4工程を含む、リチウム二次電池用複合活物質の製造方法。
A method for producing the composite active material for a lithium secondary battery according to claim 1,
a first step of obtaining first particles by coating the Si or Si compound with a polymer film;
a second step of mixing or coating the first particles with an amorphous carbon precursor to obtain second particles;
A method for producing a composite active material for a lithium secondary battery, comprising: a third step of aggregating and firing a plurality of said second particles to form a fired body; and a fourth step of further charging and discharging.
前記高分子膜が、モノマー、開始剤及び分散剤を用いて形成される、請求項10に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 11. The method of manufacturing a composite active material for a lithium secondary battery according to claim 10, wherein the polymer film is formed using a monomer, an initiator and a dispersant. 第3工程の後、焼成体に炭素被覆する工程を含む、請求項10又は11に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 12. The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to claim 10, further comprising a step of carbon-coating the fired body after the third step. 前記非晶性炭素の前駆体がポリアクリロニトリルである請求項10~12のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 10 to 12, wherein the amorphous carbon precursor is polyacrylonitrile. 請求項1~9ずれか一項に記載のリチウム二次電池用複合活物質を含むリチウム二次電池用電極組成物。 An electrode composition for lithium secondary batteries, comprising the composite active material for lithium secondary batteries according to any one of claims 1 to 9. 請求項1~9のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用複合活物質を含むリチウム二次電池用電極。 An electrode for lithium secondary batteries comprising the composite active material for lithium secondary batteries according to any one of claims 1 to 9.
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