JP5390336B2 - Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery, method for producing negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery, negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池用負極材料と、非水電解質二次電池用の負極材の製造方法、この方法で製造された負極材を用いた非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池に関するものである。   The present invention relates to a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery, a method for producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte using the negative electrode material produced by this method The present invention relates to a negative electrode for a secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、携帯型の電子機器、通信機器等の著しい発展に伴い、経済性と機器の小型化、軽量化の観点から、高エネルギー密度の非水電解質二次電池が強く要望されている。
従来、この種の非水電解質二次電池の高容量化策として、例えば、負極材料にB、Ti、V、Mn、Co、Fe、Ni、Cr、Nb、Mo等の酸化物及びそれらの複合酸化物を用いる方法(特許文献1,2等参照)、溶融急冷したM100−xSi(x≧50at%,M=Ni,Fe,Co,Mn)を負極材に用いる方法(特許文献3参照)、酸化珪素を用いる方法(特許文献4参照)、SiO、GeO及びSnOを用いる方法(特許文献5参照)等が提案されている。
In recent years, with the remarkable development of portable electronic devices, communication devices, etc., there is a strong demand for non-aqueous electrolyte secondary batteries with high energy density from the viewpoints of economy and downsizing and weight reduction of devices.
Conventionally, as a measure for increasing the capacity of this type of non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, negative electrode materials such as oxides such as B, Ti, V, Mn, Co, Fe, Ni, Cr, Nb, and Mo and composites thereof A method using an oxide (see Patent Documents 1 and 2, etc.), a method using M 100-x Si x (x ≧ 50 at%, M = Ni, Fe, Co, Mn) that has been melt-quenched and cooled as a negative electrode material (Patent Document 3) And a method using silicon oxide (see Patent Document 4), a method using Si 2 N 2 O, Ge 2 N 2 O, and Sn 2 N 2 O (see Patent Document 5), and the like.

珪素は、現在実用化されている炭素材料の理論容量372mAh/gより遙かに高い理論容量(4200mAh/g)を示すことから、電池の小型化と高容量化において最も期待される材料である。
珪素は、その製法により結晶構造の異なった種々の形態が知られている。例えば、単結晶珪素を負極活物質の支持体として使用したリチウムイオン二次電池が提案されており(特許文献6参照)、単結晶珪素、多結晶珪素及び非晶質珪素のLiSi(但し、xは0〜5)なるリチウム合金を使用したリチウムイオン二次電池が提案されている(特許文献7参照)。これは非晶質珪素を用いたLiSi、具体的にはモノシランをプラズマ分解した非晶質珪素で被覆した結晶性珪素の粉砕物が例示されている。しかしながら、珪素分を30wt%、導電剤としてのグラファイトを55wt%使用しており、珪素の電池容量を十分発揮させることができなかった。
Silicon shows the theoretical capacity (4200 mAh / g) which is much higher than the theoretical capacity of 372 mAh / g of the carbon material currently in practical use, and is the most expected material for miniaturization and high capacity of the battery. .
Various forms of silicon having different crystal structures are known depending on the production method. For example, a lithium ion secondary battery using single crystal silicon as a support for the negative electrode active material has been proposed (see Patent Document 6), and Li x Si of single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon (provided that , X is 0 to 5), and a lithium ion secondary battery using a lithium alloy has been proposed (see Patent Document 7). This is exemplified by Li x Si using amorphous silicon, specifically, a pulverized product of crystalline silicon coated with amorphous silicon obtained by plasma decomposition of monosilane. However, 30 wt% of silicon and 55 wt% of graphite as a conductive agent were used, and the battery capacity of silicon could not be fully exhibited.

また、負極材に導電性を付与する目的として、酸化珪素を例とする金属酸化物と黒鉛とをメカニカルアロイング後、炭化処理する方法(特許文献8参照)、Si粒子表面を化学蒸着法により炭素層で被覆する方法(特許文献9参照)、酸化珪素粒子表面を化学蒸着法により炭素層で被覆する方法(特許文献10参照)が提案されている。
しかしながら、粒子表面に炭素層を設けることによって導電性を改善することはできるが、珪素負極の克服すべき課題である充放電に伴う大きな体積変化の緩和、これに伴う集電性の劣化とサイクル特性の低下を防止することはできなかった。
Further, for the purpose of imparting conductivity to the negative electrode material, a method of mechanically alloying a metal oxide such as silicon oxide and graphite, followed by carbonization (see Patent Document 8), and a Si particle surface by chemical vapor deposition A method of coating with a carbon layer (see Patent Document 9) and a method of coating the surface of silicon oxide particles with a carbon layer by chemical vapor deposition (see Patent Document 10) have been proposed.
However, the conductivity can be improved by providing a carbon layer on the particle surface, but the large volume change accompanying charging / discharging, which is a problem to be overcome by the silicon negative electrode, is mitigated, and the current collecting deterioration and cycle are associated with this. The deterioration of characteristics could not be prevented.

このため、近年では、珪素の電池容量利用率を制限して体積膨張を抑制する方法(特許文献9,11,12,13等参照)、あるいは多結晶粒子の粒界を体積変化の緩衝帯とするべくアルミナを添加した珪素融液を急冷する技術(特許文献14参照)、α,β−FeSiの混相多結晶体からなる多結晶粒子(特許文献15参照)、単結晶珪素インゴットの高温塑性加工(特許文献16参照)が提案されている。 Therefore, in recent years, a method for suppressing the volume expansion by limiting the battery capacity utilization rate of silicon (see Patent Documents 9, 11, 12, 13, etc.), or the grain boundary of the polycrystalline particles is used as a buffer zone for volume change. Technology for rapidly cooling a silicon melt to which alumina is added (see Patent Document 14), polycrystalline particles made of a mixed phase polycrystal of α, β-FeSi 2 (see Patent Document 15), and high-temperature plasticity of a single crystal silicon ingot Processing (see Patent Document 16) has been proposed.

この他珪素活物質の積層構造を工夫することで体積膨張を緩和する方法も提案されており、例えば珪素負極を2層に配置する方法(特許文献17参照)、炭素や他金属及び酸化物で被覆あるいはカプセル化して粒子の崩落を抑制する方法(特許文献18−24参照)等が開示されている。また、集電体に直接珪素を気相成長させる方法において、成長方向を制御することで体積膨張によるサイクル特性の低下を抑制する方法も提案されている(特許文献25参照)。   In addition, a method of reducing volume expansion by devising a laminated structure of silicon active materials has also been proposed. For example, a method of disposing silicon negative electrodes in two layers (see Patent Document 17), carbon, other metals, and oxides. A method of covering or encapsulating to suppress particle collapse (see Patent Document 18-24) and the like are disclosed. In addition, in a method in which silicon is directly grown in a vapor phase on a current collector, a method has been proposed in which the growth direction is controlled to suppress deterioration in cycle characteristics due to volume expansion (see Patent Document 25).

しかしながら、珪素表面を炭素被覆して導電化したり非晶質金属層で被覆したりする等して負極材のサイクル特性を高めるという方法では、珪素本来の電池容量の半分程度を発揮できるにすぎず、さらなる高容量化が求められていた。
また、結晶粒界を持つ多結晶珪素では、提案された方法では冷却速度の制御が困難であり、安定した物性を再現することが難しかった。
However, the method of improving the cycle characteristics of the negative electrode material by, for example, coating the silicon surface with carbon to make it conductive or coating with an amorphous metal layer can only exhibit about half of the original battery capacity of silicon. Therefore, further increase in capacity has been demanded.
In addition, with polycrystalline silicon having crystal grain boundaries, it is difficult to control the cooling rate by the proposed method, and it is difficult to reproduce stable physical properties.

一方、酸化珪素はSiO(ただし、xは酸化被膜のため理論値の1よりわずかに大きい)と表記することができるが、X線回折による分析では数nm〜数十nm程度のアモルファスシリコンがシリカ中に微分散している構造をとっている。このため、電池容量は珪素と比較して小さいものの炭素と比較すれば質量あたりで5〜6倍と高く、さらには体積膨張も小さく、負極活物質として使用しやすいと考えられていた。
しかしながら、酸化珪素は不可逆容量が大きく、初期効率が70%程度と非常に低いため、実際に電池を作製した場合では正極の電池容量を過剰に必要とし、活物質あたり5〜6倍の容量増加分に見合うだけの電池容量の増加を期待することができなかった。
On the other hand, silicon oxide can be expressed as SiO x (where x is an oxide film and is slightly larger than the theoretical value of 1). However, in the analysis by X-ray diffraction, amorphous silicon of about several nm to several tens of nm is The structure is finely dispersed in silica. For this reason, although the battery capacity is small compared to silicon, the battery capacity is 5-6 times higher than the mass, and further, the volume expansion is small.
However, silicon oxide has a large irreversible capacity, and the initial efficiency is very low at about 70%. Therefore, when a battery is actually manufactured, the battery capacity of the positive electrode is excessively required, and the capacity increases by 5 to 6 times per active material. We could not expect an increase in battery capacity to meet the minute.

このように、酸化珪素の実用上の問題点は著しく初期効率が低い点にあり、これを解決する手段としては不可逆容量分を補充する方法、不可逆容量を抑制する方法が挙げられる。例えばLi金属をあらかじめドープすることで、不可逆容量分を補う方法が有効であることが報告されている。例えば、Li金属をドープするためには負極活物質表面にLi箔を貼り付ける方法(特許文献26参照)、負極活物質表面にLi蒸着を行う方法(特許文献27参照)等が開示されている。
しかしながら、Li箔の貼り付けでは酸化珪素負極の初期効率に見合ったLi薄体の入手が困難で、かつ高コストであり、Li蒸気による蒸着は製造工程が複雑となり実用的でない等の問題があった。
As described above, the practical problem of silicon oxide is that the initial efficiency is remarkably low, and methods for solving this include a method of replenishing the irreversible capacity and a method of suppressing the irreversible capacity. For example, it has been reported that a method of compensating for the irreversible capacity by doping Li metal in advance is effective. For example, in order to dope Li metal, a method of attaching a Li foil to the surface of the negative electrode active material (see Patent Document 26), a method of performing Li deposition on the surface of the negative electrode active material (see Patent Document 27), and the like are disclosed. .
However, it is difficult to obtain a Li thin body suitable for the initial efficiency of the silicon oxide negative electrode by attaching the Li foil, and the cost is high, and vapor deposition using Li vapor is not practical because the manufacturing process is complicated. It was.

一方、LiドープによらずにSiの質量割合を高めることで初期効率を増加させる方法が開示されている。
ひとつには珪素粉末を酸化珪素粉末に添加して酸化珪素の質量割合を減少させる方法であり(特許文献28参照)、他方では酸化珪素の製造段階において珪素蒸気を同時に発生、析出することで珪素と酸化珪素の混合固体を得る方法である(特許文献29参照)。
しかしながら、珪素は酸化珪素と比較して高い初期効率と電池容量を併せ持つが、充電時に400%もの体積膨張率を示す活物質であり、酸化珪素と炭素材料の混合物に添加する場合であっても、体積膨張率が非常に大きくなる。更に、結果的に炭素材料を20質量%以上添加して電池容量を1000mAh/gに抑えることが必要であった。一方、珪素と酸化珪素の蒸気を同時に発生させて混合固体を得る方法では、珪素の蒸気圧が低いことから、2000℃を超える高温での製造工程を必要とし、作業上問題があった。
On the other hand, a method for increasing the initial efficiency by increasing the mass ratio of Si irrespective of Li doping is disclosed.
One is a method in which silicon powder is added to silicon oxide powder to reduce the mass ratio of silicon oxide (see Patent Document 28), and the other is silicon by simultaneously generating and depositing silicon vapor in the production stage of silicon oxide. This is a method for obtaining a mixed solid of silicon oxide and silicon oxide (see Patent Document 29).
However, silicon has both high initial efficiency and battery capacity compared to silicon oxide, but is an active material that exhibits a volume expansion coefficient of 400% during charging, and even when added to a mixture of silicon oxide and carbon material. The volume expansion coefficient becomes very large. Furthermore, as a result, it was necessary to add 20% by mass or more of a carbon material to suppress the battery capacity to 1000 mAh / g. On the other hand, in the method of obtaining a mixed solid by simultaneously generating vapors of silicon and silicon oxide, since the vapor pressure of silicon is low, a manufacturing process at a high temperature exceeding 2000 ° C. is required, and there is a problem in operation.

特許第3008228号公報Japanese Patent No. 3008228 特許第3242751号公報Japanese Patent No. 3242751 特許第3846661号公報Japanese Patent No. 3846661 特許第2997741号公報Japanese Patent No. 2999741 特許第3918311号公報Japanese Patent No. 3918311 特許第2964732号公報Japanese Patent No. 2964732 特許第3079343号公報Japanese Patent No. 3079343 特開2000−243396号公報JP 2000-243396 A 特開2000−215887号公報JP 2000-215887 A 特開2002−42806号公報JP 2002-42806 A 特開2000−173596号公報JP 2000-173596 A 特許第3291260号公報Japanese Patent No. 3291260 特開2005−317309号公報JP 2005-317309 A 特開2003−109590号公報JP 2003-109590 A 特開2004−185991号公報JP 2004-185991 A 特開2004−303593号公報JP 2004-303593 A 特開2005−190902号公報JP 2005-190902 A 特開2005−235589号公報JP 2005-235589 A 特開2006−216374号公報JP 2006-216374 A 特開2006−236684号公報JP 2006-236684 A 特開2006−339092号公報JP 2006-339092 A 特許第3622629号公報Japanese Patent No. 3622629 特開2002−75351号公報JP 2002-75351 A 特許第3622631号公報Japanese Patent No. 3622631 特開2006−338996号公報JP 2006-338996 A 特開平11−086847号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-086847 特開2007−122992号公報JP 2007-122992 A 特許第3982230号公報Japanese Patent No. 3982230 特開2007−290919号公報JP 2007-290919 A

以上のように、珪素系活物質は金属単体及びその酸化物であってもそれぞれ解決課題を有しており、実用上問題となっていた。
そこで、十分にLiの吸蔵、放出に伴う体積変化の抑制、粒子の割れによる微粉化や集電体からの剥離による導電性の低下を緩和することが可能であり、大量生産が可能で、コスト的に有利であって、かつ携帯電話用等の特に繰り返しのサイクル特性を重要視される用途に適応することが可能な負極活物質が望まれていた。
As described above, even if the silicon-based active material is a single metal or an oxide thereof, each has a problem to be solved, which has been a problem in practical use.
Therefore, it is possible to sufficiently suppress the volume change associated with insertion and extraction of Li, to reduce the pulverization due to particle cracking, and to reduce the decrease in conductivity due to peeling from the current collector. Therefore, there has been a demand for a negative electrode active material that is particularly advantageous and that can be applied to applications in which repetitive cycle characteristics are particularly important, such as for mobile phones.

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、酸化珪素の欠点である電極の膨張と、ガス発生による電池の膨張を解決し、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池負極用として有効な負極材料と、負極材の製造方法、ならびにこの方法で製造された負極材を用いた非水電解質二次電池の負極と、非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and solves the expansion of the electrode, which is a defect of silicon oxide, and the expansion of the battery due to gas generation, and is used for a negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in cycle characteristics. An object is to provide an effective negative electrode material, a method for producing a negative electrode material, a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode material produced by this method, and a nonaqueous electrolyte secondary battery.

上記課題を解決するため、本発明では、非水電解質を用いる二次電池用の負極に用いられる負極材料であって、該負極材料は、一般式SiOで表される酸化珪素粒子の表面上に炭素皮膜が被覆されたものであり、かつ前記炭素皮膜は熱プラズマ処理されたものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極材料を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a negative electrode material used for a negative electrode for a secondary battery using a nonaqueous electrolyte, the negative electrode material being on the surface of silicon oxide particles represented by the general formula SiO x. A negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery is provided, wherein the carbon film is coated with a carbon film, and the carbon film is subjected to a thermal plasma treatment.

このような負極材料は、高強度・高密度・高絶縁性なダイヤモンド構造の炭素と、電気伝導性のグラファイト構造の炭素の割合が、充放電時に伴う電極材料の膨張・収縮による電極破壊が強く防止され、かつ導電性の高い導電ネットワークを有するのに適した割合の炭素皮膜に被覆された酸化珪素粒子である。すなわち、高容量、かつサイクル特性に優れた、例えばリチウムイオン二次電池の負極に好適な非水電解質を用いる二次電池用の負極材料が提供される。   In such a negative electrode material, the ratio of high-strength, high-density, high-insulation carbon with diamond structure and carbon with electrically conductive graphite structure is strong, and electrode destruction due to expansion / contraction of electrode material during charge / discharge is strong Silicon oxide particles coated with a carbon coating in a proportion suitable to have a conductive network that is prevented and highly conductive. That is, a negative electrode material for a secondary battery using a non-aqueous electrolyte that has a high capacity and excellent cycle characteristics and is suitable for a negative electrode of, for example, a lithium ion secondary battery is provided.

そして、本発明では、非水電解質を用いる二次電池用の負極材の製造方法であって、少なくとも、一般式SiOで表される酸化珪素粒子の表面上に炭素を蒸着させる工程と、前記炭素蒸着後の酸化珪素粒子に熱プラズマ処理を行う工程と、前記熱プラズマ処理後の酸化珪素粒子と結着剤とを混合する工程とを有することを特徴とする非水電解質二次電池用負極材の製造方法を提供する。 In the present invention, there is provided a method for producing a negative electrode material for a secondary battery with a nonaqueous electrolyte, at least, a step of depositing carbon on the surface of the silicon oxide particles represented by the formula SiO x, wherein A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, comprising: a step of performing a thermal plasma treatment on silicon oxide particles after carbon deposition; and a step of mixing the silicon oxide particles after the thermal plasma treatment and a binder. A method of manufacturing a material is provided.

このように、炭素を蒸着させた酸化珪素粒子に対して熱プラズマ処理を行う。
これによって、酸化珪素粒子の表面を被覆する炭素材が、ダイヤモンド構造を有する炭素材とグラファイト構造を有する炭素材の割合が適当な値となり、高強度・高密度・高絶縁性とのダイヤモンドの特徴と、電気伝導性とのグラファイトの特徴が最適化され、充放電時に伴う電極材料の膨張・収縮による電極破壊を強く防止でき、かつ導電性の高い導電ネットワークを有する負極活物質を製造することができる。
そしてこのような非水電解質二次電池用負極材を用いることで、電池の変形が小さく、高い電池容量を維持しつつ、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を得ることができる。
In this manner, thermal plasma treatment is performed on the silicon oxide particles on which carbon is deposited.
As a result, the carbon material covering the surface of the silicon oxide particles has an appropriate ratio of the carbon material having a diamond structure and the carbon material having a graphite structure, and the characteristics of diamond having high strength, high density, and high insulation properties. In addition, the characteristics of graphite with electrical conductivity are optimized, and it is possible to strongly prevent electrode breakdown due to expansion / contraction of the electrode material during charge / discharge, and to produce a negative electrode active material having a highly conductive network. it can.
By using such a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent cycle characteristics while maintaining a high battery capacity with small deformation of the battery.

ここで、前記炭素蒸着後の酸化珪素粒子のBET比表面積を、5m/g以下とすることが好ましい。
このように、炭素蒸着後の酸化珪素粒子のBET比表面積を、5m/g以下とすることによって、酸化珪素粒子の表面上に炭素が均一に皮膜されたものとすることができ、負極材として用いる場合に、導電性が高く、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池用負極材を製造することができる。
Here, it is preferable that the BET specific surface area of the silicon oxide particles after carbon deposition is 5 m 2 / g or less.
Thus, by setting the BET specific surface area of the silicon oxide particles after carbon deposition to 5 m 2 / g or less, carbon can be uniformly coated on the surface of the silicon oxide particles. When used as, a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having high conductivity and excellent cycle characteristics can be produced.

また、前記結着剤を、ポリイミド樹脂とすることが好ましい。
このように、結着剤に、ポリイミド樹脂を用いることによって、銅箔等の集電体との密着性に優れ、また初期充放電効率が高く、充放電時の体積変化を緩和することができ、繰り返しによるサイクル特性及びサイクル効率が良好な非水電解質二次電池を製造することができる。
The binder is preferably a polyimide resin.
Thus, by using a polyimide resin as the binder, it has excellent adhesion to a current collector such as a copper foil, has high initial charge / discharge efficiency, and can reduce volume changes during charge / discharge. Thus, a non-aqueous electrolyte secondary battery having good cycle characteristics and cycle efficiency by repetition can be manufactured.

そして、前記炭素蒸着工程を、前記酸化珪素粒子上に、圧力50〜30000Pa、有機物のガス及び/または蒸気の雰囲気下、温度600〜1100℃にて炭素を化学蒸着させる工程とし、前記熱プラズマ処理工程を、前記炭素蒸着後の酸化珪素粒子を5000℃〜10000℃の温度の熱プラズマ雰囲気中に投入する工程とすることが好ましい。
このように、炭素蒸着処理の処理雰囲気の圧力を50Pa以上とすることによって、電池特性を向上させることができるとともに、過剰な真空能力が必要にならず、装置コスト、ランニングコストの増加を防止することができる。また30000Pa以下とすることによって、導電性が低下することによって粉体の粉体比抵抗が増加することを防止でき、非水電解質二次電池用負極材として用いた場合に電池容量が低下することを確実に防止できる。
そして、炭素蒸着処理温度を600℃以上とすることによって、短時間の蒸着処理とすることができ、歩留り向上を図ることができる。また1100℃以下とすることによって、化学蒸着処理により粒子同士が融着、凝集を起こす可能性を小さくすることができ、凝集面で導電性皮膜が形成されない危険性を極力小さくすることができる。よって、リチウムイオン二次電池負極材として用いた場合に、サイクル性能が低下するおそれを無くすことができ、サイクル特性の良好な非水電解質二次電池用負極材を得ることができる。
また、炭素蒸着後の酸化珪素粒子を5000℃〜10000℃の温度の熱プラズマ雰囲気中に投入することによって、表面を被覆する炭素皮膜中の炭素を、電池特性を向上させるのに好適なダイヤモンド構造炭素とグラファイト構造炭素の割合のものとすることができ、電池特性に優れた非水電解質二次電池用負極材とすることができる。
従って、更に電池の変形が小さく、高い電池容量を維持しつつ、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池用負極材を製造することができる。
The carbon deposition step is a step of chemically depositing carbon on the silicon oxide particles at a temperature of 600 to 1100 ° C. under a pressure of 50 to 30000 Pa, an organic gas and / or steam atmosphere, and the thermal plasma treatment. The step is preferably a step of putting the silicon oxide particles after carbon deposition into a thermal plasma atmosphere at a temperature of 5000 ° C. to 10000 ° C.
Thus, by setting the pressure of the processing atmosphere of the carbon vapor deposition process to 50 Pa or more, the battery characteristics can be improved and an excessive vacuum capacity is not required, thereby preventing an increase in apparatus cost and running cost. be able to. Moreover, by setting it as 30000 Pa or less, it can prevent that the powder specific resistance of a powder increases by reducing electroconductivity, and when it is used as a negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, the battery capacity decreases. Can be reliably prevented.
By setting the carbon vapor deposition temperature to 600 ° C. or higher, the vapor deposition treatment can be performed for a short time, and the yield can be improved. Moreover, by setting it as 1100 degrees C or less, possibility that particle | grains will melt | fuse and aggregate by a chemical vapor deposition process can be made small, and the danger that a conductive film will not be formed on the aggregation surface can be made small as much as possible. Therefore, when used as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, it is possible to eliminate the possibility that the cycle performance is lowered, and to obtain a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery with good cycle characteristics.
In addition, by introducing silicon oxide particles after carbon deposition into a thermal plasma atmosphere at a temperature of 5000 ° C. to 10,000 ° C., the diamond structure suitable for improving the battery characteristics of carbon in the carbon film covering the surface It can be made into the thing of the ratio of carbon and graphite structure carbon, and can be set as the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries excellent in the battery characteristic.
Therefore, it is possible to produce a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that is further excellent in cycle characteristics while further reducing battery deformation and maintaining a high battery capacity.

そして、本発明では、本発明に記載の非水電解質二次電池用負極材の製造方法により製造された非水電解質二次電池用負極材を含む負極であって、充電後の体積が充電前の2倍未満であることを特徴とする非水電解質二次電池用負極を提供する。
上述のように、本発明の製造方法によって製造された非水電解質二次電池用負極材は、表面にダイヤモンド構造の炭素とグラファイト構造の炭素を従来に比べて電池特性を改善できる割合でバランスよく含んだ酸化珪素粒子と結着剤からなる負極材である。従ってこのような非水電解質二次電池用負極材を用いた負極は、充電後の体積膨張が従来に比べて小さく抑制されたものであり、充電前の2倍未満となるものである。
And in this invention, it is a negative electrode containing the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries manufactured by the manufacturing method of the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries as described in this invention, Comprising: The volume after charge is before charge. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery is provided.
As described above, the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured by the manufacturing method of the present invention has a well-balanced ratio in which the surface of diamond-structured carbon and graphite-structured carbon can be improved compared to conventional materials. A negative electrode material comprising silicon oxide particles and a binder. Therefore, the negative electrode using such a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery has a volume expansion after charging suppressed as compared with the conventional case, and is less than twice that before charging.

また、本発明では、少なくとも、本発明に記載の非水電解質二次電池用負極と、正極と、セパレーターと、非水電解質とを備えたものであることを特徴とする非水電解質二次電池を提供する。
このように、電池の変形が小さく、高い電池容量を維持しつつ、サイクル特性に優れた本発明の非水電解質二次電池用負極と、正極と、セパレーターと、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池は、充放電を繰り返しても、従来に比べて電池の変形が小さく、また電池容量の低下が小さいサイクル特性に非常に優れた二次電池である。
In the present invention, a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising at least the negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, a positive electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte is provided. I will provide a.
As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode of the present invention having excellent cycle characteristics while maintaining a high battery capacity with a small deformation of the battery, a positive electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte are provided. The water electrolyte secondary battery is a secondary battery that is extremely excellent in cycle characteristics even when charging and discharging are repeated, with less deformation of the battery and less decrease in battery capacity.

ここで、前記非水電解質二次電池が、リチウムイオン二次電池であることが好ましい。
上述のように、本発明の非水電解質二次電池は、電池の変形や容量低下が小さな、サイクル特性に非常に優れた二次電池である。従って近年の高エネルギー密度化の要望が強いリチウムイオン二次電池として非常に好適なものである。
Here, the non-aqueous electrolyte secondary battery is preferably a lithium ion secondary battery.
As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a secondary battery that is extremely excellent in cycle characteristics with little deformation and reduced capacity of the battery. Therefore, it is very suitable as a lithium ion secondary battery which has a strong demand for higher energy density in recent years.

以上説明したように、本発明によれば、酸化珪素の欠点である電極の膨張と、ガス発生による電池の膨張が抑制され、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池の負極用として有効な負極材等が提供される。   As described above, according to the present invention, the expansion of the electrode, which is a defect of silicon oxide, and the expansion of the battery due to gas generation are suppressed, and it is effective as a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in cycle characteristics. A negative electrode material and the like are provided.

以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、電池の負極として用いた際の変形が小さく、高い電池容量を維持しつつ、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池用の負極材の開発が待たれていた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
As described above, the development of a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is small in deformation when used as a negative electrode of a battery and maintains a high battery capacity and excellent in cycle characteristics, has been awaited.

そこで、本発明者は、炭素材料の電池容量を上回り、稼働時の電池膨張が小さく、かつ酸化珪素の欠点である初期充放電効率の低さを克服し、初期充放電効率が高い活物質について検討した。   Accordingly, the present inventor has found that the active material has a high initial charge / discharge efficiency, which exceeds the battery capacity of the carbon material, has a small battery expansion during operation, and overcomes the low initial charge / discharge efficiency, which is a drawback of silicon oxide. investigated.

その結果、熱プラズマ処理された炭素皮膜が被覆された酸化珪素粒子を活物質として用ることによって、上記課題を解決できることを見出した。
そして、この活物質に結着剤を適量配合した負極材を用いることによって、充放電による膨張・収縮が繰り返されても負極材の破壊・粉化が防止でき、電極自体の導電性が低下しない非水電解質二次電池用負極材を製造することができることが判った。
更に、この負極材を非水電解質二次電池として用いると、ガス発生量が少なく、サイクル特性が良好な非水電解質二次電池が得られることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
As a result, it has been found that the above problems can be solved by using silicon oxide particles coated with a thermal plasma treated carbon film as an active material.
And by using a negative electrode material in which an appropriate amount of a binder is blended with this active material, the negative electrode material can be prevented from being destroyed or pulverized even if repeated expansion and contraction due to charging and discharging, and the conductivity of the electrode itself does not decrease. It turned out that the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries can be manufactured.
Furthermore, when this negative electrode material is used as a non-aqueous electrolyte secondary battery, it has been found that a non-aqueous electrolyte secondary battery with a small amount of gas generation and good cycle characteristics can be obtained, and the present invention has been made. .

以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の非水電解質を用いる二次電池用の負極に用いられる負極材料は、一般式SiOで表される酸化珪素粒子の表面上に炭素皮膜が被覆されたものであり、かつ被覆された炭素皮膜は熱プラズマ処理されたものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
The negative electrode material used for the negative electrode for a secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the present invention is one in which a carbon film is coated on the surface of silicon oxide particles represented by the general formula SiO x and coated. The carbon film has been subjected to a thermal plasma treatment.

このような負極材料は、酸化珪素粒子の表面に被覆された炭素皮膜の組成が、高強度・高密度・高絶縁性とのダイヤモンドの特徴と、電気伝導性とのグラファイトの特徴が最適化されるようなダイヤモンド構造を有する炭素材とグラファイト構造を有する炭素材の適当な割合となったものであり、充放電時に伴う電極材料の膨張・収縮による電極破壊が強く防止され、かつ導電性の高い導電ネットワークを有する高容量でサイクル特性に優れた非水電解質二次電池用の負極材料である。   In such negative electrode materials, the composition of the carbon film coated on the surface of silicon oxide particles is optimized for the characteristics of diamond with high strength, high density, and high insulation and the characteristics of graphite with electrical conductivity. The carbon material having a diamond structure and the carbon material having a graphite structure are in an appropriate ratio, and electrode destruction due to expansion / contraction of the electrode material during charge / discharge is strongly prevented, and the conductivity is high. A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a conductive network and a high capacity and excellent cycle characteristics.

以下、本発明の非水電解質二次電池用負極材の製造方法について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、一般式SiOで表される酸化珪素粒子の表面上に炭素を蒸着させる。
Hereinafter, although the manufacturing method of the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.
First, depositing carbon on the surface of the silicon oxide particles represented by the formula SiO x.

このため最初に一般式SiOで表される酸化珪素粒子を準備する。
ここで、本発明における酸化珪素とは、二酸化珪素と金属珪素との混合物を加熱して生成した酸化珪素ガスを冷却・析出して得られた非晶質珪素酸化物であり、一般式SiOで表されるものである。
その一般物性などは特に限定されないが、xの範囲は0.1≦x<2.0であることが望ましく、より好適には0.5≦x≦1.2である。
For this reason, first, silicon oxide particles represented by the general formula SiO x are prepared.
Here, the silicon oxide in the present invention is an amorphous silicon oxide obtained by cooling and precipitating a silicon oxide gas generated by heating a mixture of silicon dioxide and metal silicon, and has a general formula SiO x. It is represented by
The general physical properties and the like are not particularly limited, but the range of x is preferably 0.1 ≦ x <2.0, and more preferably 0.5 ≦ x ≦ 1.2.

このような酸化珪素の製造方法としては、例えば、二酸化珪素と金属珪素との混合物を減圧下、好適には5〜200Paで、1000〜1500℃に加熱して得られる酸化珪素ガスを、500〜1100℃で析出させることにより製造することができる。特に、析出室を500〜1100℃に保つことが重要であり、より望ましくは600〜950℃とするのがよい。
この条件であれば、酸化珪素中に析出してくる結晶珪素は数nm〜数十nmのナノサイズの粒子となるため、充放電時の体積膨張が非常に小さいものとなることから、非水電解質を用いる二次電池の負極材に好適に使用することができるものとなる。
一方、高温によって不均化が生じると、珪素粒子が増大する傾向が見られる上、電極膨張が増大する傾向を示すため、できるだけ低い温度に保持した酸化珪素を用いることが望ましい。目安として固体NMR(29Si−DD/MAS)測定において、−110ppm付近を中心とするブロードなシグナル面積と−84ppm付近のシグナル面積との比S−84/S−110が0.5<S−84/S−110<1.1である事が望ましい。
As such a method for producing silicon oxide, for example, a silicon oxide gas obtained by heating a mixture of silicon dioxide and metal silicon under reduced pressure, preferably at 5 to 200 Pa, and 1000 to 1500 ° C. It can manufacture by making it precipitate at 1100 degreeC. In particular, it is important to keep the precipitation chamber at 500 to 1100 ° C, and more preferably 600 to 950 ° C.
Under this condition, crystalline silicon deposited in silicon oxide becomes nano-sized particles of several nm to several tens of nm, and thus the volume expansion during charge / discharge is very small. It can be suitably used for a negative electrode material of a secondary battery using an electrolyte.
On the other hand, when disproportionation occurs at high temperatures, silicon particles tend to increase and electrode expansion tends to increase. Therefore, it is desirable to use silicon oxide kept at the lowest possible temperature. As a standard, in solid-state NMR ( 29 Si-DD / MAS) measurement, the ratio S −84 / S −110 of a broad signal area centered around −110 ppm to a signal area around −84 ppm is 0.5 <S −. It is desirable that 84 / S- 110 <1.1.

また、酸化珪素はさらに粉砕して酸化珪素粒子とする。なお、粒子径はレーザー回折散乱式粒度分布測定法により、その粒子の全体積を100%として累積カーブを求めたときに、その累積カーブが10%、50%、90%となる点の粒子径をそれぞれ10%径、50%径、90%径(μm)として評価するものとする。以下において粒子径とは、50%径の累積中位径D50(メジアン径)のことを意味するものである。
準備する酸化珪素粒子は、メジアン径D50が0.1〜20μmの範囲のものが望ましく、より好適には1〜10μmがより望ましい。メジアン径D50が0.1μm以上であれば、BET比表面積が大きく(10m/g以上)なることを抑制でき、また負極膜密度が小さくなりすぎることを抑制できる。そして、メジアン径D50が20μm以下であれば、負極膜を貫通してショートする原因となるおそれを確実に防止することができる。
Further, the silicon oxide is further pulverized into silicon oxide particles. The particle diameter is the particle diameter at the point where the cumulative curve becomes 10%, 50%, and 90% when the total curve is determined by the laser diffraction / scattering particle size distribution measurement method with the total volume of the particle being 100%. Are evaluated as 10% diameter, 50% diameter, and 90% diameter (μm), respectively. In the following, the particle diameter means a cumulative median diameter D 50 (median diameter) of 50% diameter.
Silicon oxide particles to be prepared are the median diameter D 50 is preferably in the range of 0.1 to 20 [mu] m, 1 to 10 [mu] m is more preferable and more preferable. If the median diameter D 50 0.1μm or more, can suppress the BET specific surface area is large (10 m 2 / g or more), also can be suppressed negative electrode film density is too small. Then, if the median diameter D 50 is 20μm or less, it is possible to reliably prevent the possibility of causing a short circuit through the negative electrode film.

ところで、酸化珪素粒子を所定の粒子径とするためには、一般的によく知られた粉砕機や分級機を用いることができる。
粉砕機の例としては、例えば、ボール、ビーズ等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、媒体撹拌ミルを用いることができる。また、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、粒子を相互に衝突させ、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を用いることもできる。そして、ハンマー、ブレード、ピン等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、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」等を用いることができる。
そして、この粉砕は、湿式、乾式共に用いることができる。
By the way, in order to make the silicon oxide particles have a predetermined particle diameter, a generally well-known pulverizer or classifier can be used.
As an example of a pulverizer, for example, a ball mill or a medium agitating mill that moves a pulverizing medium such as a ball or a bead and pulverizes a material to be crushed using an impact force, a frictional force, or a compressive force due to the kinetic energy is used. it can. It is also possible to use a roller mill that performs pulverization using the compressive force of the roller, or a jet mill that collides the object to be crushed with the lining material at high speed, collides particles with each other, and performs pulverization by the impact force of the impact. . And, hammer mill, pin mill, disk mill that pulverizes the material to be crushed using the impact force of the rotation of the rotor with fixed hammer, blade, pin, etc., colloid mill that uses shear force and high pressure wet counter collision type dispersion A machine “ultimizer” or the like can be used.
And this pulverization can be used for both wet and dry processes.

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行うことができる。
乾式分級では、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る。粒子相互間の干渉、粒子の形状、気流の流れの乱れ、速度分布、静電気の影響等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、湿度等の調整)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ことができる。また、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り、より好適である。
Further, since the particle size distribution is adjusted after pulverization, dry classification, wet classification, or sieving classification can be performed.
In dry classification, an air stream is mainly used, and dispersion, separation (separation of fine particles and coarse particles), collection (separation of solid and gas), and discharge are performed sequentially or simultaneously. Pre-treatment (adjustment of moisture, dispersibility, humidity, etc.) before classification so as not to reduce classification efficiency due to interference between particles, particle shape, air flow turbulence, velocity distribution, static electricity, etc. Or by adjusting the water content and oxygen concentration of the airflow used. In addition, a dry type in which a classifier is integrated is more preferable because pulverization and classification are performed at a time and a desired particle size distribution can be obtained.

そして、準備した酸化珪素粒子に対して、蒸着処理を行って、表面上に炭素を蒸着させる。
これによって、絶縁性の酸化珪素に導電性を付与することができる。
And the vapor deposition process is performed with respect to the prepared silicon oxide particle, and carbon is vapor-deposited on the surface.
Thereby, conductivity can be imparted to the insulating silicon oxide.

そして、この炭素蒸着は、酸化珪素粒子上に、圧力50〜30000Pa、有機物のガス及び/または蒸気の雰囲気下、温度600〜1100℃にて炭素を化学蒸着させる工程とすることができる。
圧力範囲は、50〜30000Paの減圧下、より望ましくは100〜20000Paであり、更には1000〜20000Paが望ましい。
このように、炭素蒸着処理の処理雰囲気の圧力が50Pa以上であれば、電池特性を向上させることができ、過剰な真空能力も必要でなく、装置コストやランニングコストの増加を防止できる。また30000Pa以下であれば、導電性の低下および粉体比抵抗が増加することを防ぐことができ、非水電解質二次電池用負極材として用いた場合に電池容量が低下することが確実に防止される。
And this carbon vapor deposition can be made into the process of carrying out the chemical vapor deposition of carbon on silicon oxide particle at the temperature of 600-1100 degreeC by the pressure of 50-30000 Pa, the atmosphere of organic substance gas, and / or a vapor | steam.
The pressure range is 50 to 30000 Pa under reduced pressure, more preferably 100 to 20000 Pa, and further preferably 1000 to 20000 Pa.
Thus, if the pressure of the processing atmosphere of carbon vapor deposition processing is 50 Pa or more, battery characteristics can be improved, excessive vacuum capacity is not required, and an increase in apparatus cost and running cost can be prevented. Moreover, if it is 30000 Pa or less, it can prevent that electrical conductivity falls and powder specific resistance increase, and when it is used as a negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, it is surely prevented that battery capacity falls. Is done.

温度範囲は600〜1100℃とすることが良く、800〜1050℃がより望ましい。
炭素蒸着処理の処理温度を600℃以上であれば、蒸着処理が短時間となり、歩留り向上を達成できる。また1100℃以下であれば、化学蒸着処理により粒子同士が融着、凝集することを防止でき、炭素皮膜が形成されない箇所が発生することを防止できる。すなわち、導電性の低下・サイクル性能が低下するおそれを無くすことができ、サイクル特性の良好な非水電解質二次電池用負極材を得ることができる。
The temperature range is preferably 600 to 1100 ° C, more preferably 800 to 1050 ° C.
If the processing temperature of carbon vapor deposition processing is 600 degreeC or more, vapor deposition processing will become a short time and a yield improvement can be achieved. Moreover, if it is 1100 degrees C or less, it can prevent that particle | grains fuse | melt and aggregate by a chemical vapor deposition process, and it can prevent that the location where a carbon membrane | film | coat is not formed generate | occur | produces. That is, it is possible to eliminate the possibility of a decrease in conductivity and a decrease in cycle performance, and it is possible to obtain a negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery with good cycle characteristics.

なお、処理時間は目的とする炭素被覆量、処理温度、有機物ガスの濃度(流速)や導入量等によって適宜選定されるが、通常、1〜10時間、特に2〜7時間程度が経済的にも効率的である。   The treatment time is appropriately selected depending on the target carbon coating amount, treatment temperature, organic gas concentration (flow rate), introduction amount, etc., but usually 1 to 10 hours, particularly about 2 to 7 hours is economical. Is also efficient.

ここで、炭素蒸着後の酸化珪素粒子のBET比表面積を、5m/g以下とすることができる。
このように、炭素蒸着後の酸化珪素粒子のBET比表面積が5m/g以下であれば、表面上に炭素がムラなく皮膜されたものであり、負極材として用いる場合に、導電性が高く、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池用負極材となる。
Here, the BET specific surface area of the silicon oxide particles after carbon deposition can be 5 m 2 / g or less.
Thus, if the BET specific surface area of silicon oxide particles after carbon deposition is 5 m 2 / g or less, carbon is uniformly coated on the surface, and when used as a negative electrode material, the conductivity is high. Thus, the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent cycle characteristics is obtained.

炭素被覆量は、特に限定されないが、炭素被覆酸化珪素粒子の総重量に占める割合が1〜30質量%が望ましく、より望ましくは5〜20質量%がよい。
1質量%以上であれば炭素被覆にばらつきが出ることを防止できるとともに、十分な導電性を得ることができる。一方、炭素量が30質量%以下であれば、炭素の割合が多くなって酸化珪素としての高い電池容量が減少することを防止でき、BET比表面積が10m/gを超えることによって電解液の分解反応が増大し、ガス発生などにより電池の膨張が生じることも確実に防止することができる。
Although the amount of carbon coating is not particularly limited, the proportion of the carbon-coated silicon oxide particles in the total weight is preferably 1 to 30% by mass, and more preferably 5 to 20% by mass.
When the content is 1% by mass or more, variation in the carbon coating can be prevented and sufficient conductivity can be obtained. On the other hand, if the amount of carbon is 30% by mass or less, it is possible to prevent a decrease in the high battery capacity as silicon oxide due to an increase in the proportion of carbon, and the BET specific surface area exceeds 10 m 2 / g. It is possible to reliably prevent the decomposition reaction from increasing and the battery from expanding due to gas generation or the like.

また、本発明における有機物ガスを発生する原料として用いられる有機物としては、特に非酸性雰囲気下において、熱分解して炭素(黒鉛)を生成し得るものが選択される。
例えば、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、ブタン、ブテン、ペンタン、イソブタン、ヘキサン等の炭化水素およびシクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘキセンなどの環式炭化水素の単独又は混合物、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、エチルベンゼン、ジフェニルメタン、ナフタレン、フェノール、クレゾール、ニトロベンゼン、クロルベンゼン、インデン、クマロン、ピリジン、アントラセン、フェナントレン等の1環〜3環の芳香族炭化水素又はこれらの混合物が挙げられる。
また、タール蒸留工程で得られるガス軽油、クレオソート油、アントラセン油、ナフサ分解タール油も単独又は混合物も用いることができる。
Further, as the organic substance used as a raw material for generating the organic gas in the present invention, an organic substance that can be thermally decomposed to generate carbon (graphite) is selected particularly in a non-acidic atmosphere.
For example, hydrocarbons such as methane, ethane, ethylene, acetylene, propane, butane, butene, pentane, isobutane, hexane, and cyclic hydrocarbons such as cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, cyclohexene, alone or as a mixture, benzene, Examples thereof include 1 to 3 aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, styrene, ethylbenzene, diphenylmethane, naphthalene, phenol, cresol, nitrobenzene, chlorobenzene, indene, coumarone, pyridine, anthracene, phenanthrene, and mixtures thereof.
In addition, gas gas oil, creosote oil, anthracene oil, and naphtha cracked tar oil obtained in the tar distillation step can be used alone or as a mixture.

そして、次に、炭素蒸着後の酸化珪素粒子に対して、熱プラズマ処理を行う。
この熱プラズマ処理に用いるプラズマ処理装置は、粉体をアルゴン等のガス気流にて搬送する粉体供給装置を備え、粉体が反応器上部よりプラズマ雰囲気に投入されるものとすることができる。
また、アルゴンあるいはアルゴン/水素を原料ガスとして用いた熱プラズマ雰囲気下に投入することによって処理されるものとすることが望ましい。
処理時間は概ね1秒以下とすることが望ましいが、短時間で処理することがより望ましく、これによって内部の酸化珪素粒子の不均化反応を抑制することができる。
Next, thermal plasma treatment is performed on the silicon oxide particles after carbon deposition.
The plasma processing apparatus used for this thermal plasma processing is equipped with a powder supply apparatus that transports powder in a gas stream such as argon, and the powder can be introduced into the plasma atmosphere from the upper part of the reactor.
Further, it is desirable that the treatment be performed by putting it in a thermal plasma atmosphere using argon or argon / hydrogen as a source gas.
The treatment time is preferably about 1 second or less, but it is more desirable to carry out the treatment in a short time, whereby the disproportionation reaction of the internal silicon oxide particles can be suppressed.

熱プラズマ処理を行った後の炭素被覆酸化珪素粒子は、ラマンスペクトル分析を行うと、1330cm−1と1580cm−1に散乱ピークを有し、それらの強度比I1330/I1580が、0.5<I1330/I1580<1.5となっているものとなる。
一般的に、炭素材は三つの同素体、すなわちダイヤモンド、グラファイト(黒鉛)、アモルファスカーボン(無定形炭素)に分けられる。これら炭素材料はそれぞれ特徴的な物性を有している。すなわち、ダイヤモンドは高強度、高密度、高絶縁性であり、グラファイトは電気伝導性に優れている。
ラマン強度が上記の値の範囲内であれば、酸化珪素粒子の表面を被覆する炭素皮膜中のダイヤモンド構造を有する炭素材とグラファイト構造を有する炭素材の割合が適当な値となり、上記のそれぞれの特徴が最適化され、結果として充放電時に伴う電極材料の膨張・収縮による電極破壊を防止でき、かつ導電ネットワークを有する負極材となる。
When the carbon-coated silicon oxide particles after the thermal plasma treatment are subjected to Raman spectral analysis, they have scattering peaks at 1330 cm −1 and 1580 cm −1 , and their intensity ratio I 1330 / I 1580 is 0.5 <I 1330 / I 1580 <1.5.
Generally, carbon materials are divided into three allotropes, namely diamond, graphite (graphite), and amorphous carbon (amorphous carbon). Each of these carbon materials has characteristic physical properties. That is, diamond has high strength, high density, and high insulation, and graphite has excellent electrical conductivity.
If the Raman intensity is within the above range, the ratio of the carbon material having a diamond structure and the carbon material having a graphite structure in the carbon film covering the surface of the silicon oxide particles becomes an appropriate value. The characteristics are optimized, and as a result, the electrode material can be prevented from being destroyed due to the expansion and contraction of the electrode material during charging and discharging, and the negative electrode material has a conductive network.

そして、この熱プラズマ処理は、炭素蒸着後の酸化珪素粒子を2000〜10000℃、特には5000℃〜10000℃の温度の熱プラズマ雰囲気中に投入するものとすることができる。
これによって、表面に被覆された炭素皮膜中のダイヤモンド構造の炭素とグラファイト構造の炭素の割合を、充放電時に伴う電極材料の膨張・収縮による電極破壊をより強く防止でき、かつより高い導電ネットワークを有する負極材とするのに好適な割合により容易にすることができる。
よって、更に電池の変形が小さく、高い電池容量を維持しつつ、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池用負極材を製造することができる。
In this thermal plasma treatment, silicon oxide particles after carbon deposition can be put into a thermal plasma atmosphere at a temperature of 2000 to 10000 ° C., particularly 5000 ° C. to 10000 ° C.
As a result, the ratio of diamond-structured carbon and graphite-structured carbon in the carbon film coated on the surface can be further prevented from electrode destruction due to expansion / contraction of the electrode material during charge / discharge, and a higher conductive network. This can be facilitated by a ratio suitable for the negative electrode material.
Therefore, it is possible to produce a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that is further excellent in cycle characteristics while maintaining a high battery capacity with a smaller deformation of the battery.

プラズマの発生条件は使用するプラズマトーチによって種々様々であるが、本発明においてはプラズマ接触時間を1秒以下とすることが望ましいため、粉体の供給量を高く設定することができる事から、1時間あたり2kg程度の処理量であっても出力35kw程度のプラズマトーチを選択できる。
アルゴン供給量は50〜200L/minが望ましいが、供給量が多すぎるとプラズマ状態を維持できなくなるため80〜150L/minとすることがより望ましく、水素プラズマ条件とするためには水素供給量をアルゴン供給量の1/20〜1/5L/minとすることが良い。
反応器内圧力は1〜25kPaとすると良いが、反応器内圧が上昇するとプラズマが不安定となるので1〜15kPaとすることがより望ましい。
上記の供給速度・処理条件であれば、0.1秒以下の処理が可能であり、より短時間での処理が可能となり、熱プラズマ処理での内部の酸化珪素粒子の不均化反応を更に抑制することができる。
There are various plasma generation conditions depending on the plasma torch to be used. In the present invention, it is desirable that the plasma contact time be 1 second or less, so that the amount of powder supply can be set high. Even with a throughput of about 2 kg per hour, a plasma torch with an output of about 35 kw can be selected.
The argon supply rate is desirably 50 to 200 L / min. However, if the supply amount is too large, the plasma state cannot be maintained, so 80 to 150 L / min is more desirable. The argon supply amount is preferably set to 1/20 to 1/5 L / min.
The reactor internal pressure is preferably 1 to 25 kPa, but the plasma becomes unstable when the reactor internal pressure increases, so that it is more preferably 1 to 15 kPa.
With the above supply rate and processing conditions, processing of 0.1 seconds or less is possible, processing in a shorter time is possible, and further disproportionation reaction of internal silicon oxide particles in thermal plasma processing Can be suppressed.

この熱プラズマ処理された後の炭素被覆酸化珪素粒子の平均粒子径は、処理前の酸化珪素粒子とほとんど同様の0.1〜50μmの範囲であり、1〜20μmがより望ましい。   The average particle diameter of the carbon-coated silicon oxide particles after the thermal plasma treatment is in the range of 0.1 to 50 μm, which is almost the same as that of the silicon oxide particles before the treatment, and more preferably 1 to 20 μm.

次に、熱プラズマ処理後の酸化珪素粒子と結着剤とを混合する。これによって、非水電解質二次電池用負極材が製造される。   Next, the silicon oxide particles after the thermal plasma treatment and the binder are mixed. Thereby, the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries is manufactured.

ここで結着剤としては、ポリイミド樹脂を用いることができ、芳香族ポリイミド樹脂がより望ましい。
結着剤としてポリイミド樹脂を用いることによって、集電体との密着性に優れ、また初期充放電効率が高く、充放電時の体積変化が緩和されて、繰り返しによるサイクル特性や効率が良好な非水電解質二次電池が得られる。
また、芳香族ポリイミド樹脂は耐溶剤性に優れ、集電体からの剥離や活物質の分離を強く抑制することができる。なお、結着剤は1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
Here, a polyimide resin can be used as the binder, and an aromatic polyimide resin is more desirable.
By using a polyimide resin as a binder, it has excellent adhesion to the current collector, high initial charge / discharge efficiency, volume change during charge / discharge is alleviated, and cycle characteristics and efficiency due to repetition are excellent. A water electrolyte secondary battery is obtained.
In addition, the aromatic polyimide resin is excellent in solvent resistance and can strongly suppress separation from the current collector and separation of the active material. In addition, a binder can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types as appropriate.

芳香族ポリイミド樹脂は、一般に有機溶剤に対して難溶性、特に電解液に対して膨潤あるいは溶解しないことが必要であり、一般的に高沸点の有機溶剤、例えばクレゾール等に溶解するのみである。
従って、電極ペーストの作製の際には、ポリイミドの前駆体であって、種々の有機溶剤、例えばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジオキソランに比較的易溶であるポリアミック酸の状態で添加し、300℃以上の温度で長時間加熱処理することにより、脱水、イミド化させて結着剤とするとよい。
Aromatic polyimide resins generally need to be poorly soluble in organic solvents, in particular not to swell or dissolve in the electrolyte, and generally only dissolve in high-boiling organic solvents such as cresol.
Therefore, when preparing the electrode paste, it is a precursor of polyimide and compared with various organic solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, ethyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, dioxolane. It is good to add in the state of a polyamic acid which is easy to dissolve, and heat-treat at a temperature of 300 ° C. or higher for a long time, thereby dehydrating and imidizing to form a binder.

この場合、芳香族ポリイミド樹脂としては、テトラカルボン酸二無水物とジアミンより構成される基本骨格を有するが、具体例としては、ピロメリット酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物及びビフェニルテトラカルボン酸二無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物及びシクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸二無水物等が挙げられ、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。   In this case, the aromatic polyimide resin has a basic skeleton composed of tetracarboxylic dianhydride and diamine. Specific examples thereof include pyromellitic dianhydride, benzophenone tetracarboxylic dianhydride and biphenyltetra. Arocyclic tetracarboxylic dianhydrides such as aromatic tetracarboxylic dianhydrides such as carboxylic dianhydrides, cyclobutane tetracarboxylic dianhydrides, cyclopentane tetracarboxylic dianhydrides and cyclohexane tetracarboxylic dianhydrides And aliphatic tetracarboxylic dianhydrides such as butanetetracarboxylic dianhydride can be used alone or in combination of two or more.

また、ジアミンとしては、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2’−ジアミノジフェニルプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、2,3−ジアミノナフタレン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ジ(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン等の芳香族ジアミン、脂環式ジアミン、脂肪族ジアミン等が挙げられ、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。   Examples of the diamine include p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 2,2′-diaminodiphenylpropane, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 4,4′-diaminobenzophenone, 2,3-diaminonaphthalene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 4,4′-di (4- Aminophenoxy) diphenyl sulfone, aromatic diamines such as 2,2′-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, alicyclic diamines, aliphatic diamines, and the like are included, one kind alone or two kinds The above can be used in appropriate combination.

ポリアミック酸中間体の合成方法としては、通常は溶液重合法が用いられる。溶液重合法に使用される溶剤としては、N,N’−ジメチルホルムアミド、N,N’−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルホスホルアミド及びブチロラクトン等が挙げられ、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。   As a method for synthesizing the polyamic acid intermediate, a solution polymerization method is usually used. Solvents used in the solution polymerization method include N, N′-dimethylformamide, N, N′-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, dimethyl sulfoxide, tetramethylurea, pyridine, dimethyl Examples include sulfone, hexamethylphosphoramide, and butyrolactone, which can be used alone or in appropriate combination of two or more.

また、反応温度は、通常、−20〜150℃の範囲内であるが、−5〜100℃の範囲が望ましい。さらに、ポリアミック酸中間体をポリイミド樹脂に転化するには、通常は、加熱により脱水閉環する方法がとられる。この加熱脱水閉環温度は140〜400℃、望ましくは150〜250℃の任意の温度を選択できる。この脱水閉環に要する時間は、上記反応温度にもよるが30秒間〜10時間、望ましくは5分間〜5時間が適当である。   The reaction temperature is usually in the range of -20 to 150 ° C, but is preferably in the range of -5 to 100 ° C. Furthermore, in order to convert the polyamic acid intermediate into a polyimide resin, a method of dehydrating and ring-closing by heating is usually employed. The heating and dehydrating ring-closing temperature can be selected from 140 to 400 ° C, preferably 150 to 250 ° C. The time required for this dehydration and ring closure is 30 seconds to 10 hours, preferably 5 minutes to 5 hours, although it depends on the reaction temperature.

このようなポリイミド樹脂としては、ポリイミド樹脂粉末のほか、ポリイミド前駆体のN−メチルピロリドン溶液等が入手できるが、例えば、U−ワニスA、U−ワニスS、UIP−R、UIP−S(宇部興産(株)製)やKAYAFLEX KPI−121(日本化薬(株)製)、リカコートSN−20、PN−20、EN−20(新日本理化(株)製)が挙げられる。   Examples of such polyimide resin include polyimide resin powder and N-methylpyrrolidone solution of a polyimide precursor. For example, U-varnish A, U-varnish S, UIP-R, UIP-S (Ube) Kosan Co., Ltd.), KAYAFLEX KPI-121 (Nippon Kayaku Co., Ltd.), Rika Coat SN-20, PN-20, EN-20 (Shin Nihon Rika Co., Ltd.).

また、上記非水電解質二次電池の負極材には、熱プラズマ処理された炭素被覆酸化珪素粒子と結着剤以外に、黒鉛等の導電剤を添加することができる。
この場合、導電剤の種類は特に限定されず、構成された電池において、分解や変質を起こさない電子伝導性の材料であればよい。具体的にはAl、Ti、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag、SnSi等の金属粉末や金属繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、各種のコークス粉末、メソフェーズ炭素、気相成長炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、各種の樹脂焼成体等の黒鉛等を用いることができる。
これらの導電剤は、予め水又はN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤の分散物を作製し、添加することで、珪素粒子に均一に付着、分散した電極ペーストを作製することができることから、上記溶剤分散物として添加することが望ましい。
なお、導電剤は上記溶剤に公知の界面活性剤を用いて分散を行うことができる。また、導電剤に用いる溶剤は、結着剤に用いる溶剤と同一のものであることが望ましい。
In addition to the carbon-coated silicon oxide particles subjected to thermal plasma treatment and the binder, a conductive agent such as graphite can be added to the negative electrode material of the nonaqueous electrolyte secondary battery.
In this case, the kind of the conductive agent is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not cause decomposition or alteration in the configured battery. Specifically, metal powder and metal fibers such as Al, Ti, Fe, Ni, Cu, Zn, Ag, SnSi, natural graphite, artificial graphite, various coke powders, mesophase carbon, vapor grown carbon fiber, pitch-based carbon Fiber, PAN-based carbon fiber, graphite such as various resin fired bodies, and the like can be used.
Since these conductive agents are prepared by adding a dispersion of water or a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone in advance, an electrode paste uniformly attached and dispersed on silicon particles can be prepared. It is desirable to add as the solvent dispersion.
The conductive agent can be dispersed in the solvent using a known surfactant. The solvent used for the conductive agent is preferably the same as the solvent used for the binder.

また、結着剤の他に、粘度調整剤としてカルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ソーダ、その他のアクリル系ポリマー又は脂肪酸エステル等を添加してもよい。   In addition to the binder, carboxymethyl cellulose, poly (sodium acrylate), other acrylic polymers or fatty acid esters may be added as a viscosity modifier.

ここで、負極材に対する炭素被覆酸化珪素粒子の配合量は50〜98質量%が望ましく、75〜96質量%、特には80〜96質量%がさらに望ましい。
そして、結着剤の配合量は、負極材中に1〜20質量%が好適であり、3〜15質量%がより望ましい。結着剤が少なすぎると負極活物質が分離することがあり、多すぎると空隙率が減少して絶縁膜が厚くなり、Liイオンの移動を阻害する場合がある。このため、1〜20質量%とすることが望ましい。
更に、導電剤の配合量は、負極材中に50質量%以下(負極材あたりの電池容量は概ね1000mAHr/g以上となる)が望ましく、1〜30質量%、更には1〜10質量%が望ましい。導電剤の量が少ないと、負極材の導電性に乏しい場合があり、初期抵抗が高くなる傾向がある。一方、導電剤の量の増加は電池容量の低下につながるおそれがある。
Here, the blending amount of the carbon-coated silicon oxide particles with respect to the negative electrode material is desirably 50 to 98 mass%, more desirably 75 to 96 mass%, and particularly desirably 80 to 96 mass%.
And 1-20 mass% is suitable in a negative electrode material, and, as for the compounding quantity of a binder, 3-15 mass% is more desirable. If the amount of the binder is too small, the negative electrode active material may be separated. If the amount is too large, the porosity is reduced and the insulating film becomes thick, which may inhibit the movement of Li ions. For this reason, it is desirable to set it as 1-20 mass%.
Furthermore, the blending amount of the conductive agent is desirably 50% by mass or less in the negative electrode material (the battery capacity per negative electrode material is approximately 1000 mAHr / g or more), 1-30% by mass, and further 1-10% by mass. desirable. When the amount of the conductive agent is small, the conductivity of the negative electrode material may be poor, and the initial resistance tends to increase. On the other hand, an increase in the amount of conductive agent may lead to a decrease in battery capacity.

そして、先に製造した非水電解質二次電池用負極材と、必要に応じて導電剤と、その他の添加剤とに、N−メチルピロリドン又は水等の結着剤の溶解、分散に適した溶剤を混練してペースト状の合剤とし、この合剤を集電体のシートに塗布し、乾燥・プレス等することで、非水電解質二次電池用の負極を製造することができる。
このような負極は、充電後の体積膨張が従来に比べて小さなものであり、充電前の2倍未満となるものである。なお、充填後の体積(V2)が充填前の体積(V1)の2倍未満、つまり(V2)/(V1)が2未満となる場合の測定条件は、後述する実施例1に記載した測定条件における値である。
ここで、本発明における集電体は、銅箔、ニッケル箔等、通常、負極の集電体として使用されている材料であれば、特に厚さ、表面処理の制限なく使用することができる。なお、合剤をシート状に成形する成形方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
And suitable for dissolution and dispersion of binders such as N-methylpyrrolidone or water in the previously produced negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery, conductive agent as necessary, and other additives. A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be produced by kneading a solvent into a paste-like mixture, applying the mixture to a sheet of a current collector, drying and pressing, and the like.
Such a negative electrode has a volume expansion after charging that is smaller than the conventional one, and is less than twice that before charging. Note that the measurement conditions when the volume (V2) after filling is less than twice the volume (V1) before filling, that is, (V2) / (V1) is less than 2, are the measurement conditions described in Example 1 described later. The value in the condition.
Here, the current collector in the present invention can be used without any limitation in thickness and surface treatment as long as it is a material usually used as a negative electrode current collector, such as a copper foil or a nickel foil. In addition, the shaping | molding method which shape | molds a mixture into a sheet form is not specifically limited, A well-known method can be used.

更に、このようにして得られた非水電解質二次電池用負極(成型体)、正極、セパレーター及び非水電解質を備えた非水電解質二次電池を製造することができ、特にリチウムイオン二次電池とすると好適である。
非水電解質二次電池は、上記負極材を用いる点に特徴を有し、その他の正極、セパレーター、非水電解質溶液等の材料及び電池形状等は限定されない。
Furthermore, a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with a negative electrode (molded body) for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte obtained in this manner can be manufactured, and in particular, a lithium ion secondary battery. A battery is preferred.
The nonaqueous electrolyte secondary battery is characterized in that the negative electrode material is used, and other materials such as the positive electrode, the separator, and the nonaqueous electrolyte solution, the battery shape, and the like are not limited.

ここで、正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び離脱することが可能な酸化物あるいは硫化物等が挙げられ、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
具体的には、TiS、MoS、NbS、ZrS、VS、V、MoO、Mg(V等のリチウムを含有しない金属硫化物もしくは酸化物、又はリチウム及びリチウムを含有するリチウム複合酸化物等が挙げられ、NbSe等の複合金属等も用いられる。中でも、エネルギー密度を高くするには、LiMetOを主体とするリチウム複合酸化物が望ましい。なお、Metは、コバルト、ニッケル、鉄及びマンガンのうちの1種以上が望ましく、pは通常0.05≦p≦1.10の範囲内の値である。
Here, examples of the positive electrode active material include oxides or sulfides capable of inserting and extracting lithium ions, and these can be used singly or in appropriate combination of two or more.
Specifically, TiS 2 , MoS 2 , NbS 2 , ZrS 2 , VS 2 , V 2 O 5 , MoO 3 , Mg (V 3 O 8 ) 2 or other metal sulfide or oxide not containing lithium, or Examples thereof include lithium and lithium composite oxide containing lithium, and composite metals such as NbSe 2 are also used. Among these, in order to increase the energy density, a lithium composite oxide mainly composed of Li p MetO 2 is desirable. Met is preferably one or more of cobalt, nickel, iron and manganese, and p is usually a value in the range of 0.05 ≦ p ≦ 1.10.

このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、層構造を持つLiCoO、LiNiO、LiFeO、LiNiCo1−r(但し、q及びrの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0<q<1、0.7<r≦1)、スピネル構造のLiMn及び斜方晶LiMnO等が挙げられる。さらに高電圧対応型として置換スピネルマンガン化合物としてLiMetMn1−s(0<s<1)も使用されており、この場合のMetはチタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅及び亜鉛等が挙げられる。 Specific examples of the lithium composite oxide, LiCoO 2, LiNiO 2, LiFeO 2, Li q Ni r Co 1-r O 2 ( where, the values of q and r is a charge-discharge state of the battery having the layer structure Generally, 0 <q <1, 0.7 <r ≦ 1), spinel-structured LiMn 2 O 4, orthorhombic LiMnO 2, and the like. Furthermore, LiMet s Mn 1-s O 4 (0 <s <1) is also used as a substituted spinel manganese compound as a high-voltage compatible type, where Met is titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper and zinc. Etc.

なお、上記のリチウム複合酸化物は、例えば、リチウムの炭酸塩、硝酸塩、酸化物あるいは水酸化物と、遷移金属の炭酸塩、硝酸塩、酸化物あるいは水酸化物とを所望の組成に応じて粉砕混合し、酸素雰囲気中において600〜1,000℃の範囲内の温度で焼成することにより調製することができる。   The lithium composite oxide is obtained by, for example, grinding lithium carbonate, nitrate, oxide or hydroxide, and transition metal carbonate, nitrate, oxide or hydroxide according to a desired composition. It can prepare by mixing and baking at the temperature within the range of 600-1,000 degreeC in oxygen atmosphere.

さらに、正極活物質としては有機物も使用することができる。例示すると、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセン、ポリスルフィド化合物等である。   Furthermore, an organic substance can also be used as the positive electrode active material. Illustrative examples include polyacetylene, polypyrrole, polyparaphenylene, polyaniline, polythiophene, polyacene, polysulfide compounds and the like.

以上の正極活物質は負極合材にも使用した導電剤や結着剤と共に混練して集電体に塗布され、公知の方法により正極(成型体)とすることができる。   The above positive electrode active material is kneaded together with the conductive agent and binder used for the negative electrode mixture and applied to the current collector, and can be formed into a positive electrode (molded body) by a known method.

また、正極と負極の間に用いられるセパレーターは電解液に対して安定であり、保液性に優れていれば特に制限はないが、一般的にはポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン及びこれらの共重合体やアラミド樹脂等の多孔質シート又は不織布が挙げられる。これらは単層あるいは多層に重ね合わせて使用してもよく、表面に金属酸化物等のセラミックスを積層してもよい。また、多孔質ガラス、セラミックス等も使用される。   In addition, the separator used between the positive electrode and the negative electrode is not particularly limited as long as it is stable with respect to the electrolytic solution and has excellent liquid retention, but generally, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, and their co-polymers. Examples thereof include porous sheets such as coalesced or aramid resin or non-woven fabrics. These may be used as a single layer or multiple layers, and ceramics such as metal oxide may be laminated on the surface. Moreover, porous glass, ceramics, etc. are also used.

非水電解質としては電解質塩及び非水溶媒を含む非水電解質溶液が挙げられる。
電解質塩としては、例えば、軽金属塩が挙げられる。軽金属塩にはリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、マグネシウム塩、カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩、アルミニウム塩等が挙げられ、目的に応じて1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。例えば、リチウム塩であれば、LiBF、LiClO、LiPF、LiAsF、CFSOLi、(CFSONLi、CSOLi、CFCOLi、(CFCONLi、CSOLi、C17SOLi、(CSONLi、(CSO)(CFSO)NLi、(FSO)(CFSO)NLi、((CFCHOSONLi、(CFSOCLi、(3,5−(CFBLi、LiCF、LiAlClあるいはCBOLiが挙げられる。
Examples of the non-aqueous electrolyte include a non-aqueous electrolyte solution containing an electrolyte salt and a non-aqueous solvent.
Examples of the electrolyte salt include light metal salts. Examples of the light metal salts include alkali metal salts such as lithium salts, sodium salts, and potassium salts, alkaline earth metal salts such as magnesium salts and calcium salts, and aluminum salts. Can be used in appropriate combination. For example, in the case of a lithium salt, LiBF 4 , LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 CO 2 Li, ( CF 3 CO 2 ) 2 NLi, C 6 F 5 SO 3 Li, C 8 F 17 SO 3 Li, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (C 4 F 9 SO 2 ) (CF 3 SO 2 ) NLi , (FSO 2 C 6 F 4 ) (CF 3 SO 2 ) NLi, ((CF 3 ) 2 CHOSO 2 ) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, (3,5- (CF 3 ) 2 C 6 F 3 ) 4 BLi, LiCF 3 , LiAlCl 4 or C 4 BO 8 Li.

非水電解質溶液中における電解質塩の濃度は、電気伝導度の点から、0.5〜2.0mol/Lが望ましい。なお、この電解質の温度25℃における導電率は0.01S/cm以上であることが望ましく、電解質塩の種類あるいはその濃度により調整される。   The concentration of the electrolyte salt in the nonaqueous electrolyte solution is preferably 0.5 to 2.0 mol / L from the viewpoint of electrical conductivity. The conductivity of the electrolyte at 25 ° C. is preferably 0.01 S / cm or more, and is adjusted according to the type or concentration of the electrolyte salt.

さらに、非水電解質溶液には、必要に応じて各種添加剤を添加してもよい。
例えば、サイクル寿命向上を目的としたビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、4−ビニルエチレンカーボネート等や、過充電防止を目的としたビフェニル、アルキルビフェニル、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、ジフェニルエーテル、ベンゾフラン等や、脱酸や脱水を目的とした各種カーボネート化合物、各種カルボン酸無水物、各種含窒素及び含硫黄化合物が挙げられる。
Furthermore, you may add various additives to a nonaqueous electrolyte solution as needed.
For example, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, 4-vinylethylene carbonate and the like for the purpose of improving cycle life, biphenyl, alkylbiphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, diphenyl ether for the purpose of preventing overcharge, Examples include benzofuran, various carbonate compounds for the purpose of deoxidation and dehydration, various carboxylic acid anhydrides, various nitrogen-containing compounds, and sulfur-containing compounds.

非水溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等の非プロトン性高誘電率溶媒や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,3−ジオキソラン、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、メチルアセテート等の酢酸エステル類あるいはプロピオン酸エステル類等の非プロトン性低粘度溶媒が挙げられる。これらの非プロトン性高誘電率溶媒と非プロトン性低粘度溶媒を適当な混合比で併用することが望ましい。さらには、イミダゾリウム、アンモニウム、及びピリジニウム型のカチオンを用いたイオン液体を使用することができる。対アニオンは特に限定されるものではないが、BF 、PF 、(CFSO等が挙げられる。イオン液体は前述の非水電解液溶媒と混合して使用することが可能である。 Examples of non-aqueous solvents include aprotic high dielectric constant solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, diethyl ether, Acetic acid esters such as tetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,3-dioxolane, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, methyl acetate, or propionic acid esters Examples include aprotic low viscosity solvents. It is desirable to use these aprotic high dielectric constant solvents and aprotic low viscosity solvents in combination at an appropriate mixing ratio. Furthermore, ionic liquids using imidazolium, ammonium, and pyridinium type cations can be used. The counter anion is not particularly limited, and examples thereof include BF 4 , PF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 N − and the like. The ionic liquid can be used by mixing with the non-aqueous electrolyte solvent described above.

また、非水電解質として、固体電解質、ゲル電解質等も用いることができ、シリコーンゲル、シリコーンポリエーテルゲル、アクリルゲル、シリコーンアクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリ(ビニリデンフルオライド)等を高分子材料として含有することが可能である。なお、これらは予め重合していてもよく、注液後重合してもよい。これらは1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。   In addition, solid electrolytes, gel electrolytes, etc. can also be used as non-aqueous electrolytes, and include silicone gels, silicone polyether gels, acrylic gels, silicone acrylic gels, acrylonitrile gels, poly (vinylidene fluoride), etc. as polymer materials Is possible. These may be polymerized in advance or may be polymerized after injection. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

非水電解質二次電池の形状は任意であり、特に制限はない。一般的にはコイン形状に打ち抜いた電極とセパレーターを積層したコインタイプ、電極シートとセパレーターをスパイラル状に捲回した角型あるいは円筒型等の電池が挙げられる。   The shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery is arbitrary and is not particularly limited. In general, a coin type battery in which an electrode punched into a coin shape and a separator are stacked, and a square type or cylindrical type battery in which an electrode sheet and a separator are wound in a spiral shape are included.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
二酸化珪素粒子(BET比表面積=200m/g)とケミカルグレード金属珪素粒子(BET比表面積=4m/g)を等モルの割合で混合した混合粒子を、1350℃、10Paの高温減圧雰囲気で熱処理し、発生した酸化珪素ガスを800℃に保持したSUS製基体に析出させた。
次にこの析出物を回収した後、ジョークラッシャーで粗砕した。この粗砕物をジェットミル(ホソカワミクロン社製AFG−100)を用いて分級機の回転数9000rpmにて粉砕し、D50=7.6μm、D90=11.9μmの酸化珪素粒子(SiO:x=1.02)をサイクロンにて回収した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
Example 1
Mixed particles in which silicon dioxide particles (BET specific surface area = 200 m 2 / g) and chemical grade metal silicon particles (BET specific surface area = 4 m 2 / g) are mixed at an equimolar ratio are mixed at 1350 ° C. and 10 Pa in a high temperature reduced pressure atmosphere. After heat treatment, the generated silicon oxide gas was deposited on a SUS substrate maintained at 800 ° C.
Next, this precipitate was collected and then roughly crushed with a jaw crusher. This coarsely crushed material was pulverized using a jet mill (AFG-100 manufactured by Hosokawa Micron Corporation) at a rotation speed of 9000 rpm of a classifier, and silicon oxide particles (SiO x : x: D 50 = 7.6 μm, D 90 = 11.9 μm). = 1.02) was recovered with a cyclone.

さらに、得られた酸化珪素粒子を縦型加熱炉にて、油回転式真空ポンプを作動させながら1000℃/2000Paの条件でCHガスを0.5NL/min流入し、8時間の炭素被覆処理を行った。
運転終了後、冷却して炭素被覆量10質量%の黒色粒子「A’」を回収した。この粒子について、固体NMR(29Si−DDMAS)測定したところ、−110ppm付近を中心とするブロードな二酸化珪素のシグナル面積と−84ppm付近のダイヤモンド構造珪素のシグナル面積との比(S−84/S−110)は0.69であり、顕微ラマン分析を行った結果、ラマンシフトが1330cm−1と1580cm−1付近にスペクトルを有しており、強度比I1330/I1580は1.1であった。このときBET比表面積は6.0m/gであった。
Further, the obtained silicon oxide particles were flowed in at a temperature of 1000 ° C./2000 Pa with CH 4 gas at a flow rate of 0.5 NL / min in a vertical heating furnace while operating an oil rotary vacuum pump, and subjected to a carbon coating treatment for 8 hours. Went.
After completion of the operation, the system was cooled to collect black particles “A ′” having a carbon coating amount of 10% by mass. This particle was measured by solid-state NMR ( 29 Si-DDMAS). The ratio of the signal area of broad silicon dioxide centered around −110 ppm to the signal area of diamond structure silicon around −84 ppm (S −84 / S). -110) is 0.69, as a result of Raman analysis, Raman shift has a spectrum in the vicinity of 1330 cm -1 and 1580 cm -1, an intensity ratio I 1330 / I 1580 1.1 met It was. At this time, the BET specific surface area was 6.0 m 2 / g.

次に、得られた黒色粒子「A’」に対して熱プラズマ処理を行った。尚、この黒色粒子「A’」の一部を後述する比較例1に用いるため、別途保管した。
プラズマの発生条件は出力12.5kW、圧力15kPaとして、アルゴン供給量を120L/min、水素供給量10L/minとした。なお、得られた黒色粒子「A’」は25g/minの速度で10L/minのアルゴンをキャリアーガスに使用してプラズマ反応室に供給した。
Next, the obtained black particles “A ′” were subjected to thermal plasma treatment. A part of the black particles “A ′” was stored separately for use in Comparative Example 1 described later.
Plasma generation conditions were an output of 12.5 kW, a pressure of 15 kPa, an argon supply rate of 120 L / min, and a hydrogen supply rate of 10 L / min. The obtained black particles “A ′” were supplied to the plasma reaction chamber at a rate of 25 g / min using 10 L / min argon as a carrier gas.

熱プラズマ処理後の粒子をふるい分けすることによって、平均粒子径が7.2μm、炭素量が5%(黒色粒子中)である導電性粒子を得ることができた。この粒子について、固体NMR(29Si−DDMAS)測定したところ、−110ppm付近を中心とするブロードな二酸化珪素のシグナル面積と−84ppm付近のダイヤモンド構造珪素のシグナル面積との比(S−84/S−110)は0.72であり、顕微ラマン分析を行った結果、ラマンシフトが1330cm−1と1580cm−1付近にスペクトルを有しており、強度比I1330/I1580は1.0であった。このときBET比表面積は4.5m/gであった。 By screening the particles after the thermal plasma treatment, conductive particles having an average particle diameter of 7.2 μm and a carbon content of 5% (in black particles) could be obtained. This particle was measured by solid-state NMR ( 29 Si-DDMAS). The ratio of the signal area of broad silicon dioxide centered around −110 ppm to the signal area of diamond structure silicon around −84 ppm (S −84 / S). -110) is 0.72, as a result of Raman analysis, Raman shift has a spectrum in the vicinity of 1330 cm -1 and 1580 cm -1, an intensity ratio I 1330 / I 1580 1.0 met It was. At this time, the BET specific surface area was 4.5 m 2 / g.

その後、熱プラズマ処理した炭素被覆酸化珪素粒子85質量%に、結着剤としてポリイミド樹脂U−ワニスA(宇部興産(株)製)(固形分18.1%)を固形分比で15質量%加え、N−メチルピロリドンで希釈してスラリーとした。
このスラリーを厚さ12μmの銅箔に50μmのドクターブレードを使用して塗布し、200℃で2時間減圧乾燥後、60℃のローラープレスにより電極を加圧成形し、負極成型体を得た。
Thereafter, 85% by mass of the carbon-coated silicon oxide particles subjected to thermal plasma treatment, and a polyimide resin U-varnish A (manufactured by Ube Industries) (solid content 18.1%) as a binder (solid content ratio: 15% by mass). In addition, it was diluted with N-methylpyrrolidone to form a slurry.
This slurry was applied to a copper foil having a thickness of 12 μm using a 50 μm doctor blade, dried under reduced pressure at 200 ° C. for 2 hours, and then subjected to pressure molding with a roller press at 60 ° C. to obtain a negative electrode molded body.

負極材としての有用性を確認するため、充放電容量及び体積膨張率の測定を行った。
上記で得られた負極成型体を円盤状に2cmに打ち抜き、対極にリチウム箔、非水電解質としてリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの1/1(体積比)混合液に1mol/Lの濃度で溶解した非水電解質溶液、セパレーターに厚さ30μmのポリエチレン製微多孔質フィルムを用いた評価用リチウムイオン二次電池を各6個作製した。
In order to confirm the usefulness as a negative electrode material, the charge / discharge capacity and the volume expansion coefficient were measured.
The negative electrode molded body obtained above is punched out into a disk shape of 2 cm 2 , lithium foil as a counter electrode, and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide as a non-aqueous electrolyte in a 1/1 (volume ratio) mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate. 6 lithium ion secondary batteries for evaluation each using a non-aqueous electrolyte solution dissolved at a concentration of 1 mol / L and a 30 μm-thick polyethylene microporous film as a separator were prepared.

作製したリチウムイオン二次電池を、24時間室温で放置した後、2個は直ちに解体して厚み測定を行い、電解液膨潤状態での膜厚を測定して体積を求めた(V1)。なお、電解液及び充電によるリチウム増加量は含まないものとした。
次の2個は、二次電池充放電試験装置(アスカ電子(株)製)を用いて、リチウムイオン二次電池の電圧が5mVに達するまで0.05cの定電流で充電を行い、5mVに達した後は、セル電圧を5mVに保つように電流を減少させて充電を行った。そして、電流値が0.02cを下回った時点で充電を終了した。なお、cは負極の理論容量を1時間で充電する電流値であり、1c=15mAである。
充電終了後、先の2個のリチウムイオン二次電池を解体し、厚みを測定することで充電時の体積を求めた(V2)。そして、上記V1とV2の結果から、V2/V1により充電後の体積変化率を算出した。
残りの2個は上記の方法で充電を行った後、2000mVに達するまで0.05cの定電流で放電を行うことで、充放電容量[mAh/g]を算出し、初回充放電効率(%)を求めた。なお、充放電容量は結着剤を除いた活物質あたりの容量であり、初回充放電効率(%)は充電容量に対する放電容量の百分率(放電容量/充電容量×100)で示した。
The prepared lithium ion secondary battery was allowed to stand at room temperature for 24 hours, two were immediately disassembled and measured for thickness, and the film thickness was measured in the electrolyte swelling state to determine the volume (V1). Note that the amount of increase in lithium due to the electrolyte and charging was not included.
The next two are charged with a constant current of 0.05 c until the voltage of the lithium ion secondary battery reaches 5 mV using a secondary battery charge / discharge test device (manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.). After reaching, the battery was charged by decreasing the current so as to keep the cell voltage at 5 mV. And charge was complete | finished when the electric current value fell below 0.02c. Note that c is a current value for charging the theoretical capacity of the negative electrode in one hour, and 1c = 15 mA.
After the end of charging, the previous two lithium ion secondary batteries were disassembled and the volume during charging was determined by measuring the thickness (V2). And the volume change rate after charge was computed by V2 / V1 from the result of said V1 and V2.
The remaining two were charged by the above method and then discharged at a constant current of 0.05 c until reaching 2000 mV, thereby calculating the charge / discharge capacity [mAh / g], and the initial charge / discharge efficiency (% ) The charge / discharge capacity is the capacity per active material excluding the binder, and the initial charge / discharge efficiency (%) is expressed as a percentage of the discharge capacity with respect to the charge capacity (discharge capacity / charge capacity × 100).

次に、サイクル特性を評価するために、以下に示す方法で評価用リチウムイオン二次電池を製造した。
正極に、コバルト酸リチウム/アセチレンブラック/PVDF(=94/2/4)を使用し、先に作製した負極を組み合わせることで10cm×10cmのラミネート電池を作製した。
非水電解質は六フッ化リン酸リチウムをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの1/1(体積比)混合液に1mol/Lの濃度で溶解した非水電解質溶液を用い、セパレーターに厚さ30μmのポリエチレン製微多孔質フィルムを用いた。
Next, in order to evaluate the cycle characteristics, a lithium ion secondary battery for evaluation was manufactured by the following method.
A laminate battery of 10 cm × 10 cm was produced by using lithium cobaltate / acetylene black / PVDF (= 94/2/4) for the positive electrode and combining the previously produced negative electrode.
The non-aqueous electrolyte uses a non-aqueous electrolyte solution in which lithium hexafluorophosphate is dissolved in a 1/1 (volume ratio) mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a concentration of 1 mol / L, and the separator is made of polyethylene having a thickness of 30 μm. A microporous film was used.

作製したラミネート型リチウムイオン二次電池は、2晩室温で放置した。
その後、二次電池充放電試験装置(アスカ電子(株)製)を用い、テストセルの電圧が4.2Vに達するまで380mA(正極基準で1c)の定電流で充電を行い、4.2Vに達した後は、セル電圧を4.2Vに保つように電流を減少させて充電を行った。そして、電流値が40mAを下回った時点で充電を終了した。放電は250mAの定電流で行い、セル電圧が2.5Vに達した時点で放電を終了した。これを50サイクル継続したのちの電池厚みを測定した。
また、初回放電容量に対する50サイクル目の放電容量の百分率(50サイクル目の放電容量/初回放電容量×100)を放電容量維持率(%)として算出した。
これらの結果を表1に示す。
The produced laminated lithium ion secondary battery was left at room temperature for 2 nights.
Thereafter, using a secondary battery charge / discharge test apparatus (manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.), the battery is charged with a constant current of 380 mA (1 c on the positive electrode basis) until the voltage of the test cell reaches 4.2 V, and the voltage is set to 4.2 V. After that, the battery was charged by decreasing the current so as to keep the cell voltage at 4.2V. Then, charging was terminated when the current value fell below 40 mA. The discharge was performed at a constant current of 250 mA, and the discharge was terminated when the cell voltage reached 2.5V. The battery thickness after this was continued for 50 cycles was measured.
Further, the percentage of the discharge capacity at the 50th cycle with respect to the initial discharge capacity (discharge capacity at the 50th cycle / initial discharge capacity × 100) was calculated as the discharge capacity retention rate (%).
These results are shown in Table 1.

(実施例2)
二酸化珪素粒子(BET比表面積=200m/g)とケミカルグレード金属珪素粒子(BET比表面積=4m/g)を等モルの割合で混合した混合粒子を、1350℃、10Paの高温減圧雰囲気で熱処理し、発生した酸化珪素ガスを800℃に保持したSUS製基体に析出させた。
次にこの析出物を回収した後、ジョークラッシャーで粗砕した。この粗砕物をジェットミル(ホソカワミクロン社製AFG−100)を用いて分級機の回転数9000rpmにて粉砕し、D50=7.6μm、D90=11.9μmの酸化珪素粒子(SiO:x=1.02)をサイクロンにて回収した。
(Example 2)
Mixed particles in which silicon dioxide particles (BET specific surface area = 200 m 2 / g) and chemical grade metal silicon particles (BET specific surface area = 4 m 2 / g) are mixed at an equimolar ratio are mixed at 1350 ° C. and 10 Pa in a high temperature reduced pressure atmosphere. After heat treatment, the generated silicon oxide gas was deposited on a SUS substrate maintained at 800 ° C.
Next, this precipitate was collected and then roughly crushed with a jaw crusher. This coarsely crushed material was pulverized using a jet mill (AFG-100 manufactured by Hosokawa Micron Corporation) at a rotation speed of 9000 rpm of a classifier, and silicon oxide particles (SiO x : x: D 50 = 7.6 μm, D 90 = 11.9 μm). = 1.02) was recovered with a cyclone.

さらに、得られた酸化珪素粒子を縦型加熱炉にて、油回転式真空ポンプを作動させながら1000℃/2000Paの条件で、シクロヘキサンガスを0.5NL/min流入し、8時間の炭素被覆処理を行った。
運転終了後冷却し炭素被覆量10質量%の黒色粒子「B’」を回収した。この粒子について、固体NMR(29Si−DDMAS)測定したところ、−110ppm付近を中心とするブロードな二酸化珪素のシグナル面積と−84ppm付近のダイヤモンド構造珪素のシグナル面積との比(S−84/S−110)は0.68であり、顕微ラマン分析を行った結果、ラマンシフトが1330cm−1と1580cm−1付近にスペクトルを有しており、強度比I1330/I1580は1.0であった。このときBET比表面積は2.5m/gであった。
Further, the obtained silicon oxide particles were infused with cyclohexane gas at 0.5 NL / min under a condition of 1000 ° C./2000 Pa while operating an oil rotary vacuum pump in a vertical heating furnace, and carbon coating treatment for 8 hours. Went.
After the operation, the system was cooled to collect black particles “B ′” having a carbon coating amount of 10% by mass. This particle was measured by solid-state NMR ( 29 Si-DDMAS). The ratio of the signal area of broad silicon dioxide centered around −110 ppm to the signal area of diamond structure silicon around −84 ppm (S −84 / S). -110) is 0.68, as a result of Raman analysis, Raman shift has a spectrum in the vicinity of 1330 cm -1 and 1580 cm -1, an intensity ratio I 1330 / I 1580 1.0 met It was. At this time, the BET specific surface area was 2.5 m 2 / g.

次に、得られた黒色粒子「B’」に対して熱プラズマ処理を行った。
プラズマの発生条件は出力12.5kW、圧力15kPaとして、アルゴン供給量を120L/min、水素供給量10L/minとした。なお、得られた黒色粒子「B’」は25g/minの速度で10L/minのアルゴンをキャリアーガスに使用してプラズマ反応室に供給した。
Next, the obtained black particles “B ′” were subjected to thermal plasma treatment.
Plasma generation conditions were an output of 12.5 kW, a pressure of 15 kPa, an argon supply rate of 120 L / min, and a hydrogen supply rate of 10 L / min. The obtained black particles “B ′” were supplied to the plasma reaction chamber at a rate of 25 g / min using 10 L / min argon as a carrier gas.

熱プラズマ処理後の粒子をふるい分けすることによって、平均粒子径が7.2μm、炭素量が5%(黒色粒子中)である導電性粒子を得ることができた。この粒子について、固体NMR(29Si−DDMAS)測定したところ、−110ppm付近を中心とするブロードな二酸化珪素のシグナル面積と−84ppm付近のダイヤモンド構造珪素のシグナル面積との比(S−84/S−110)は0.71であり、顕微ラマン分析を行った結果、ラマンシフトが1330cm−1と1580cm−1付近にスペクトルを有しており、強度比I1330/I1580は0.99であった。このときBET比表面積は2.2m/gであった。 By screening the particles after the thermal plasma treatment, conductive particles having an average particle diameter of 7.2 μm and a carbon content of 5% (in black particles) could be obtained. This particle was measured by solid-state NMR ( 29 Si-DDMAS). The ratio of the signal area of broad silicon dioxide centered around −110 ppm to the signal area of diamond structure silicon around −84 ppm (S −84 / S). -110) is 0.71, as a result of Raman analysis, Raman shift has a spectrum in the vicinity of 1330 cm -1 and 1580 cm -1, an intensity ratio I 1330 / I 1580 is 0.99 met It was. At this time, the BET specific surface area was 2.2 m 2 / g.

その後、実施例1と同様の方法で非水電解質二次電池用負極材、評価用リチウムイオン二次電池を製造し、実施例1と同様の評価を行った。その結果を表1に示す。   Then, the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries and the evaluation lithium ion secondary battery were manufactured by the method similar to Example 1, and the same evaluation as Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1において作製した炭素被覆酸化珪素粒子[A’]の一部を取り出しておき、熱プラズマ処理を行わずにしておいたものをポリイミド樹脂と混合し、非水電解質二次電池用負極材とした以外は実施例1と同様の方法で評価用リチウムイオン二次電池を製造し、同様の評価を行った。その結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A part of the carbon-coated silicon oxide particles [A ′] produced in Example 1 was taken out and mixed with a polyimide resin that had not been subjected to thermal plasma treatment, and a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. A lithium ion secondary battery for evaluation was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the evaluation was performed, and the same evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

Figure 0005390336
Figure 0005390336

表1に示すように、充電による電極体積の変化率は実施例1,2共に比較例1に比べて小さく、また、初回充電容量・初回放電容量・初回充放電効率いずれも比較例1の評価用リチウムイオン二次電池に比べて良好な値を示しており、熱プラズマ処理による表面炭素皮膜の改質によって、電池特性を改善できることが判った。
また、50サイクル後の放電容量維持率も、実施例1,2共に比較例1の炭素被覆酸化珪素粒子を用いた場合よりも5%以上良好な値であり、熱プラズマ処理によってサイクル特性も改善できたことが判った。
更に、実施例1の負極は初期厚み2mmに対して50サイクルの充放電後の厚みが2.1mmであったのに対して、比較例1の負極の場合には2.5mmに増加していた。すなわち、実施例1の電極表面でのガス発生が少ないことが判った。
As shown in Table 1, the rate of change in the electrode volume due to charging is smaller in both Examples 1 and 2 than in Comparative Example 1, and the initial charge capacity, initial discharge capacity, and initial charge / discharge efficiency are all evaluated in Comparative Example 1. As compared with the lithium ion secondary battery for use, it showed a good value, and it was found that the battery characteristics could be improved by modifying the surface carbon film by thermal plasma treatment.
In addition, the discharge capacity retention rate after 50 cycles is also 5% or more better than the case of using the carbon-coated silicon oxide particles of Comparative Example 1 in both Examples 1 and 2, and the cycle characteristics are also improved by the thermal plasma treatment. I found out that I was able to do it.
Furthermore, the negative electrode of Example 1 had an initial thickness of 2 mm and the thickness after 50 cycles of charge / discharge was 2.1 mm, whereas the negative electrode of Comparative Example 1 had increased to 2.5 mm. It was. That is, it was found that gas generation on the electrode surface of Example 1 was small.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

Claims (8)

非水電解質を用いる二次電池用の負極に用いられる負極材料であって、
該負極材料は、一般式SiOで表される酸化珪素粒子の表面上に炭素皮膜が被覆されたものであり、かつ前記炭素皮膜は熱プラズマ処理されたものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極材料。
A negative electrode material used for a negative electrode for a secondary battery using a non-aqueous electrolyte,
The negative electrode material is a non-aqueous material characterized in that the surface of silicon oxide particles represented by the general formula SiO x is coated with a carbon film, and the carbon film is subjected to a thermal plasma treatment. Negative electrode material for electrolyte secondary battery.
非水電解質を用いる二次電池用の負極材の製造方法であって、
少なくとも、
一般式SiOで表される酸化珪素粒子の表面上に炭素を蒸着させる工程と、
前記炭素蒸着後の酸化珪素粒子に熱プラズマ処理を行う工程と、
前記熱プラズマ処理後の酸化珪素粒子と結着剤とを混合する工程とを有することを特徴とする非水電解質二次電池用負極材の製造方法。
A method for producing a negative electrode material for a secondary battery using a non-aqueous electrolyte,
at least,
Depositing carbon on the surface of the silicon oxide particles represented by the general formula SiO x ;
Performing a thermal plasma treatment on the silicon oxide particles after carbon deposition;
A method for producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a step of mixing the silicon oxide particles after the thermal plasma treatment and a binder.
前記炭素蒸着後の酸化珪素粒子のBET比表面積を、5m/g以下とすることを特徴とする請求項2に記載の非水電解質二次電池用負極材の製造方法。 The method for producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the silicon oxide particles after carbon deposition have a BET specific surface area of 5 m 2 / g or less. 前記結着剤を、ポリイミド樹脂とすることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の非水電解質二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 2 or 3, wherein the binder is a polyimide resin. 前記炭素蒸着工程を、前記酸化珪素粒子上に、圧力50〜30000Pa、有機物のガス及び/または蒸気の雰囲気下、温度600〜1100℃にて炭素を化学蒸着させる工程とし、
前記熱プラズマ処理工程を、前記炭素蒸着後の酸化珪素粒子を5000℃〜10000℃の温度の熱プラズマ雰囲気中に投入する工程とすることを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極材の製造方法。
The carbon deposition step is a step of chemically vapor-depositing carbon on the silicon oxide particles at a temperature of 600 to 1100 ° C. under a pressure of 50 to 30000 Pa, an organic gas and / or steam atmosphere,
5. The process according to claim 2, wherein the thermal plasma treatment step is a step of introducing the silicon oxide particles after the carbon deposition into a thermal plasma atmosphere at a temperature of 5000 ° C. to 10,000 ° C. 5. The manufacturing method of the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries as described in a term.
請求項2ないし請求項5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極材の製造方法により製造された非水電解質二次電池用負極材を含む負極であって、充電後の体積が充電前の2倍未満であることを特徴とする非水電解質二次電池用負極。   A negative electrode comprising a negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery produced by the method for producing a negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 2 to 5, wherein A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, wherein the volume is less than twice that before charging. 少なくとも、請求項6に記載の非水電解質二次電池用負極と、正極と、セパレーターと、非水電解質とを備えたものであることを特徴とする非水電解質二次電池。   A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising at least the negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 6, a positive electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte. 前記非水電解質二次電池が、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項7に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 7, wherein the nonaqueous electrolyte secondary battery is a lithium ion secondary battery.
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