JP5626073B2 - Negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same, negative electrode and non-aqueous secondary battery - Google Patents

Negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same, negative electrode and non-aqueous secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、非水電解質二次電池用負極材及びその負極材を用いた非水電解質二次電池用負極、並びにこの非水電解質二次電池用負極を用いた非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode material, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、電子機器の小型化に伴い、高容量の二次電池が必要になってきている。特に、ニッケル・カドミウム、ニッケル・水素電池に比べ、よりエネルギ−密度の高い非水溶媒系リチウム二次電池が注目されてきている。リチウム二次電池の高容量化についても、従来、広く検討されていたが、近年、電池に要求される性能も高度化してきており、更なる高容量化が必要とされている。   In recent years, with the miniaturization of electronic devices, high-capacity secondary batteries have become necessary. In particular, non-aqueous solvent type lithium secondary batteries having higher energy density are attracting attention as compared with nickel / cadmium and nickel / hydrogen batteries. Conventionally, a high capacity of a lithium secondary battery has been widely studied. However, in recent years, the performance required for the battery has been advanced, and a further increase in capacity is required.

リチウム二次電池の負極材料としては、これまで黒鉛などが検討されている。黒鉛はサイクル特性に優れ、電極膨張が小さく、且つ、安価であるために使用されてきた。しかしながら、黒鉛からなる負極材料は理論容量が372mAh/gという限界があり、更なる高容量化は期待出来ない。そこで、近年は黒鉛負極の代わりに理論容量が大きなリチウムと合金を形成するSi、Sn、Al等の合金系負極の検討がなされている。特にSiは容量が高く、負極としての適用が数多く試みられている。しかしながら、Si系負極はリチウムとの反応時に体積膨張が大きく、Siが微粉化したり、集電体から剥離しやすく、且つ、電解液との反応性が高く、サイクル特性が悪いという欠点がある。このため、合金系負極の高容量を活かしつつ、電解液との反応性が抑制された、サイクル特性に優れた、電極膨張の小さい負極の実現が求められている。   As a negative electrode material for a lithium secondary battery, graphite and the like have been studied so far. Graphite has been used because of its excellent cycle characteristics, small electrode expansion, and low cost. However, the negative electrode material made of graphite has a limit of theoretical capacity of 372 mAh / g, and further increase in capacity cannot be expected. Therefore, in recent years, studies have been made on alloy-based negative electrodes such as Si, Sn, and Al that form an alloy with lithium having a large theoretical capacity instead of the graphite negative electrode. In particular, since Si has a high capacity, many attempts have been made to apply it as a negative electrode. However, the Si-based negative electrode has a drawback that it has a large volume expansion upon reaction with lithium, Si is pulverized, is easily peeled off from the current collector, is highly reactive with the electrolyte, and has poor cycle characteristics. For this reason, the realization of the negative electrode with small electrode expansion | swelling which was excellent in cycling characteristics, the reactivity with electrolyte solution was suppressed, utilizing the high capacity | capacitance of an alloy type negative electrode is calculated | required.

特許文献1には、非晶質Si粒子を用いると、粒子内が均質となり、充放電に伴う化学反応がムラなく起こり、充放電反応が進行しても不均質化が起こりにくく、従って微粉化や集電体からの剥離が抑制され、サイクル特性に優れた負極材を得ることが記載されている。
特許文献2には、酸化珪素粉末を窒素ガス中で加熱し、部分的に窒化させ、SiNxOy粉末とすることで、高容量でサイクル特性に優れたリチウム二次電池を得ることが記載されている。
In Patent Document 1, when amorphous Si particles are used, the inside of the particles becomes homogeneous, the chemical reaction associated with charging / discharging occurs uniformly, and even when the charging / discharging reaction proceeds, non-homogenization is unlikely to occur. And the exfoliation from the current collector are suppressed, and obtaining a negative electrode material having excellent cycle characteristics is described.
Patent Document 2 describes that a lithium secondary battery having high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained by heating silicon oxide powder in nitrogen gas and partially nitriding it to obtain SiNxOy powder. .

特許文献3には、Si等を蒸着やスパッタ法で銅箔基板状へ成膜した薄膜電極を用いることにより、電気抵抗が低く集電性が高く、高電圧、高容量で充放電特性に優れたリチウム二次電池を得ることが記載されている。
特許文献4には、Si中に元素Zが非平衡的に存在した相の化合物を、少なくとも粒子表面に有する粉末状のSiZxMyで表される組成で含んでおり、 元素Zは、C及びNの少なくとも一方であり、元素Mは、Siと元素Z以外の元素から選ばれる元素の1種又は2種以上であることを特徴とする負極材を得ることが記載されている。
In Patent Document 3, by using a thin film electrode formed by depositing Si or the like on a copper foil substrate by vapor deposition or sputtering, the electrical resistance is low, the current collecting property is high, and the charge / discharge characteristics are excellent with high voltage and high capacity. Obtaining a lithium secondary battery is described.
Patent Document 4 includes a compound having a phase in which element Z is present in a non-equilibrium state in Si in a composition represented by at least powdered SiZxMy having on the particle surface. It is at least one, and the element M is described as obtaining a negative electrode material characterized in that it is one or more elements selected from elements other than Si and element Z.

特開2008−123814号公報JP 2008-123814 A 特開2002−356314号公報JP 2002-356314 A 特開平11−135115号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-135115 国際公開第2006/123601号公報International Publication No. 2006/123601

しかしながら本発明者らの検討によると、近年の電池に対する更なる高容量化の必要性の増大に伴い、高容量であるSi系負極材の活用が望まれているが、Si系負極材では以下のような課題がある。電解液との反応に伴う不可逆容量が増加し、正極活物質中のリチウムを消費し、結果として電池容量が低下する。リチウムの挿入・脱離による膨張・収縮に伴うSi微粉化や集電体からの剥離が生じ、サイクル特性が悪化する。サイクル中に、Si微粉化に伴う新面生成により、電解液との反応が進行、充放電可能な活物質量が減少し、サイクル特性が悪化する。そして、サイクル中にリチウムの挿入による電極膨張が蓄積し、電池体積の増加、つまり体積当たりの電池容量の低下を招く。   However, according to the study by the present inventors, utilization of a Si-based negative electrode material having a high capacity is desired along with an increase in the necessity for further increasing the capacity of batteries in recent years. There is a problem like this. The irreversible capacity accompanying the reaction with the electrolytic solution increases, consuming lithium in the positive electrode active material, and as a result, the battery capacity decreases. The pulverization of Si deteriorates due to expansion / contraction due to insertion / extraction of lithium and peeling from the current collector. During the cycle, a new surface is generated along with the Si pulverization, whereby the reaction with the electrolytic solution proceeds, the amount of the active material that can be charged and discharged is reduced, and the cycle characteristics are deteriorated. Then, electrode expansion due to insertion of lithium accumulates during the cycle, leading to an increase in battery volume, that is, a decrease in battery capacity per volume.

従って、リチウム二次電池の更なる高容量化においては、Si系活物質を用いることによる高容量化だけでなく、電解液との反応を抑制し、初期及びサイクル中の充放電効率の向上、サイクル特性の向上、サイクル後の電極膨張の増加を抑制することが強く求められている。
しかしながら、特許文献1に開示される非晶質Si粒子の場合、Si−Si結合であるため、充放電に伴うSiの体積膨張が大きく、活物質割れ・微粉化を十分に抑えることが難しい。かつ表面での電解液との反応性も依然として存在し、サイクル特性を改善するには不十分である。
Therefore, in further increasing the capacity of the lithium secondary battery, not only the capacity is increased by using the Si-based active material, but also the reaction with the electrolyte is suppressed, and the charge and discharge efficiency is improved in the initial stage and in the cycle. There is a strong demand to improve cycle characteristics and suppress an increase in electrode expansion after cycling.
However, since the amorphous Si particles disclosed in Patent Document 1 are Si-Si bonds, the volume expansion of Si accompanying charge / discharge is large, and it is difficult to sufficiently suppress active material cracking and pulverization. And the reactivity with the electrolyte on the surface still exists and is insufficient to improve the cycle characteristics.

特許文献2においては、SiOZを原料に用いて部分窒化酸化珪素粉末SiNxOyを得ているが、Liと反応可能な酸素の含有量が多く、初期充放電効率が低くなり、電池容量を高く出来ない課題がある。
特許文献3においては、Siを蒸着法やスパッタ法で成膜することで、集電体との導電パス切れを抑制し、充放電特性を改良しているが、Siの電解液との反応性は抑制されておらず、サイクル特性が不十分であり、且つ、成膜速度の遅いスパッタ法等で成膜しているため生産性に課題もある。
In Patent Document 2, partially nitrided silicon oxide powder SiNxOy is obtained using SiOZ as a raw material, but the content of oxygen capable of reacting with Li is large, the initial charge / discharge efficiency is lowered, and the battery capacity cannot be increased. There are challenges.
In Patent Document 3, Si is deposited by a vapor deposition method or a sputtering method to suppress the disconnection of the conductive path with the current collector and improve the charge / discharge characteristics. However, the reactivity of Si with the electrolytic solution is improved. Is not suppressed, the cycle characteristics are insufficient, and there is a problem in productivity because the film is formed by a sputtering method having a low film formation rate.

特許文献4では、SiZxMyで表される組成の範囲は0.05<x<0.91と広く記載されているものの、実質的なxの範囲は0.18以上であり、更に平均粒径と組成の選択性については何ら重要性を述べていない、そして、発明者らの検討によると、特許文献4に開示されている製造方法で得られた負極材では電池特性において不十分であり、更なる製造方法の工夫による平均粒径と組成割合の最適化が必要であった。   In Patent Document 4, although the composition range represented by SiZxMy is widely described as 0.05 <x <0.91, the substantial range of x is 0.18 or more, and the average particle size The importance of the compositional selectivity is not stated, and according to the study by the inventors, the negative electrode material obtained by the production method disclosed in Patent Document 4 is insufficient in battery characteristics. It was necessary to optimize the average particle size and the composition ratio by devising the manufacturing method.

そこで、本発明は、かかる背景技術に鑑みてなされたものであり、放電容量が高く、初期及びサイクル中の充放電効率が高く、サイクル特性に優れ、サイクル後の電極膨張が抑制された非水電解質二次電池を提供し得る非水電解質二次電池用負極材及び非水電解質二次電池用負極と、これらを用いた非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of such background art, and has a high discharge capacity, high charge / discharge efficiency in the initial stage and in the cycle, excellent cycle characteristics, and non-aqueous water in which electrode expansion after the cycle is suppressed. It aims at providing the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries and the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries which can provide an electrolyte secondary battery, and the nonaqueous electrolyte secondary battery using these.

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、Siを含有する非水電解質二次電池用負極材の中でも、特に下記条件を満たす化合物SiZxMy(粒子)を含む非水電解質二次電池用負極材(粒子)を製造することに成功し、それを用いることにより、放電容量が高く、初期及びサイクル中の充放電効率が高く、サイクル特性に優れ、サイクル後の電極膨張が抑制されたリチウムイオン二次電池を得られることを見出し、本発明に至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention, among non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode materials containing Si, particularly include a non-aqueous electrolyte containing a compound SiZxMy (particles) that satisfies the following conditions. Succeeded in producing a secondary battery negative electrode material (particles), and by using it, the discharge capacity is high, the initial and cycle charge / discharge efficiency is high, the cycle characteristics are excellent, and the electrode expansion after cycle is The present inventors have found that a suppressed lithium ion secondary battery can be obtained and have reached the present invention.

すなわち、本発明の趣旨は、下記条件(1)〜()を満たすSiと元素Zと元素Mからなる化合物SiZxMyを含有する非水電解質二次電池用負極材に存する。
(1)元素Zは、C及びNの少なくとも一方である。
(2)xの範囲が0.01≦x≦0.18である。
(3)元素MがSiと元素Z以外の元素から選ばれる元素の1種又は2種以上である。
(4)yの範囲は、0.01≦y≦0.35である。
(5)平均粒径(D50)が50nm以上20μm以下である。
(6)非晶質構造である。(7)X線回折で測定されるSi(111)面の半値幅が、6度以上である。
That is, the gist of the present invention resides in a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a compound SiZxMy composed of Si, element Z and element M satisfying the following conditions (1) to ( 7 ).
(1) The element Z is at least one of C and N.
(2) The range of x is 0.01 ≦ x ≦ 0.18.
(3) Element M is one or more elements selected from elements other than Si and element Z.
(4) The range of y is 0.01 ≦ y ≦ 0.35.
(5) The average particle diameter (D50) is 50 nm or more and 20 μm or less.
(6) An amorphous structure. (7) The half width of the Si (111) surface measured by X-ray diffraction is 6 degrees or more.

本発明の非水電解質二次電池用負極材(粒子)は、負極材の膨張を抑制し、これにより、膨張収縮に伴う活物質割れ、電極内のクラック発生により導電パス切れを抑制する効果がある。また同時に、電解液との反応性に富むSi中にC及び/又はNよりなる元素Zを特定量分布させ特定の平均粒径をもたせることにより、Siの活量を効果的に低下させ、電解液との反応性を抑制し、放電容量が高く、初期及びサイクル中の充放電効率が高く、サイクル特性に優れ、サイクル後の電極膨張が抑制された高性能の非水電解質二次電池を提供することができる。また、本発明の非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池は、非水電解質二次電池が適用される電子機器等の各種の分野において好適に利用可能である。   The negative electrode material (particle) for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention suppresses expansion of the negative electrode material, and thereby has an effect of suppressing breakage of the conductive path due to active material cracking due to expansion and contraction and crack generation in the electrode. is there. At the same time, the element Z composed of C and / or N is distributed in a specific amount of Si in the Si having high reactivity with the electrolytic solution to have a specific average particle diameter, thereby effectively reducing the activity of Si, Providing high-performance nonaqueous electrolyte secondary batteries that suppress liquid reactivity, have high discharge capacity, high initial and cycle charge / discharge efficiency, excellent cycle characteristics, and suppressed electrode expansion after cycling can do. Moreover, the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries and the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention can be used suitably in various fields, such as an electronic device to which a nonaqueous electrolyte secondary battery is applied.

SiC0.120.15粒子のTEM像(明視野)を示した図It shows TEM images of SiC 0.12 O 0.15 particles (bright field) SiC0.120.15粒子のTEM像(暗視野)を示した図It shows TEM images of SiC 0.12 O 0.15 particles (dark field)

以下、本発明の内容を詳細に述べる。なお、以下に記載する発明構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨をこえない限り、これらの形態に特定されるものではない。
[1]非水電解質二次電池用負極材
本発明の非水電解質二次電池用負極材は、下記条件(1)〜(6)を満たすSiと元素Zと元素Mからなる化合物SiZxMyを含有する非水電解質二次電池用負極材である。(1)元素Zは、C及びNの少なくとも一方である。
(2)xの範囲が0.01≦x≦0.18である。
(3)元素MがSiと元素Z以外の元素から選ばれる元素の1種又は2種以上である。
(4)yの範囲は、0.01≦y≦0.35である。
(5)平均粒径(D50)が50nm以上20μm以下である。
(6)非晶質構造である。
Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail. The description of the invention constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these forms unless it exceeds the gist.
[1] Anode material for nonaqueous electrolyte secondary battery The anode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention contains a compound SiZxMy composed of Si, element Z, and element M satisfying the following conditions (1) to (6). This is a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. (1) The element Z is at least one of C and N.
(2) The range of x is 0.01 ≦ x ≦ 0.18.
(3) Element M is one or more elements selected from elements other than Si and element Z.
(4) The range of y is 0.01 ≦ y ≦ 0.35.
(5) The average particle diameter (D50) is 50 nm or more and 20 μm or less.
(6) An amorphous structure.

以下において、本発明の化合物SiZxMyを含む粉末状の負極材を「本発明の負極材粒子」と称す場合がある。本発明の負極材粒子を負極活物質として用い、集電体上に負極活物質を含む層を設けたものが「負極」である。
このような本発明の負極材粒子は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、ならびに電解質を備えたリチウム二次電池などの非水電解質二次電池における負極活物質として極めて有用である。例えば、負極活物質として本発明の負極材粒子を使用し、通常使用されるリチウム二次電池用の金属カルコゲナイド系正極及びカーボネート系溶媒を主体とする有機電解液を組み合わせて構成した非水電解質二次電池は、容量が大きく、初期サイクルに認められる不可逆容量が小さく、またサイクル特性に優れ、サイクル後の電極膨張が抑制され、高温下での放置における電池の保存性及び信頼性も高く、高効率放電特性及び低温における放電特性に極めて優れたものである。
Hereinafter, the powdered negative electrode material containing the compound SiZxMy of the present invention may be referred to as “negative electrode material particles of the present invention”. A negative electrode is obtained by using the negative electrode material particles of the present invention as a negative electrode active material and providing a current collector with a layer containing the negative electrode active material.
Such negative electrode material particles of the present invention are extremely useful as a negative electrode active material in non-aqueous electrolyte secondary batteries such as positive and negative electrodes capable of inserting and extracting lithium ions, and lithium secondary batteries equipped with an electrolyte. For example, the non-aqueous electrolyte 2 is composed of a negative electrode material particle of the present invention as a negative electrode active material and a combination of a metal chalcogenide-based positive electrode for a lithium secondary battery that is normally used and an organic electrolyte mainly composed of a carbonate-based solvent. The secondary battery has a large capacity, a small irreversible capacity observed in the initial cycle, excellent cycle characteristics, suppression of electrode expansion after cycling, and high battery storage and reliability when left at high temperatures. It is extremely excellent in efficient discharge characteristics and discharge characteristics at low temperatures.

[化合物SiZxMy]
本発明における化合物SiZxMyは、粒子であり、下記条件(1)〜(6)を満たせば特に制限はない。
(1)元素Zは、C及びNの少なくとも一方である。
(2)xの範囲が0.01≦x≦0.18である。
(3)元素MがSiと元素Z以外の元素から選ばれる元素の1種又は2種以上である。
(4)yの範囲は、0.01≦y≦0.35である。
(5)平均粒径(D50)が50nm以上20μm以下である。
(6)非晶質構造である。
[Compound SiZxMy]
The compound SiZxMy in the present invention is a particle and is not particularly limited as long as the following conditions (1) to (6) are satisfied.
(1) The element Z is at least one of C and N.
(2) The range of x is 0.01 ≦ x ≦ 0.18.
(3) Element M is one or more elements selected from elements other than Si and element Z.
(4) The range of y is 0.01 ≦ y ≦ 0.35.
(5) The average particle diameter (D50) is 50 nm or more and 20 μm or less.
(6) An amorphous structure.

<化合物SiZxMyの元素Z>
化合物SiZxMyにおける元素Zは、C及びNの少なくとも一方であり、好ましくはCである。
元素ZにC,N元素を用いる理由は、Si−Si結合よりも強固なSi−Z結合を導入することにより、充放電に伴う活物質の体積膨張を抑制し、それに伴う活物質割れ、導電パス切れを抑制することが可能となる。同時に、C,N元素は、Siに最も近い組成で平衡的に存在し、かつSiよりも高融点であるSiaZp(式中a、pは整数)を形成しうる元素であり、かつ、この高融点化合物は一般的に生成の自由エネルギ−が負で大きい安定な化合物であるために、Siよりも高融点であればSi負極材粒子表面の活量を効果的に低下させることができ、電解液との反応性を抑制するからである。
<Element Z of Compound SiZxMy>
The element Z in the compound SiZxMy is at least one of C and N, preferably C.
The reason why C and N elements are used for the element Z is that by introducing a Si-Z bond stronger than the Si-Si bond, the volume expansion of the active material associated with charging / discharging is suppressed, and the active material cracking and conductivity associated therewith are suppressed. It is possible to suppress the path cut. At the same time, the C and N elements are elements that can form SiaZp (where a and p are integers) that exist in equilibrium with a composition closest to Si and have a higher melting point than Si. Since the melting point compound is generally a stable compound having a negative free energy for generation and having a higher melting point than Si, the activity on the surface of the Si anode material particles can be effectively reduced if the melting point is higher than that of Si. This is because the reactivity with the liquid is suppressed.

<化合物SiZxMyの元素M>
化合物SiZxMyの元素Mは、Siと元素Z以外の元素から選ばれる元素の1種又は2種以上であり、好ましくは、周期表4族、5族、6族、8族、9族、10族、11族、13族及び16族より選ばれる1種又は2種以上の元素であり、より好ましくは、Ti、Zr、V、Cr、W、B、O元素であり、更に好ましくは、Si−Si結合よりも強固なSi−M結合を有するという点で、Ti、Zr、W、O元素である。この中でもSiZxMyの製造過程で本化合物中に取り込みやすいという点でO元素が特に好ましい。
<Element M of Compound SiZxMy>
The element M of the compound SiZxMy is one or more elements selected from elements other than Si and the element Z, and is preferably Group 4, Group 5, Group 6, Group 8, Group 9, Group 10 of the periodic table , 11 or 13 and 16 or more elements, more preferably Ti, Zr, V, Cr, W, B, O elements, more preferably Si- They are Ti, Zr, W, and O elements in that they have stronger Si-M bonds than Si bonds. Among these, the O element is particularly preferable in that it is easily incorporated into the present compound during the production process of SiZxMy.

<化合物SiZxMyの組成>
化合物SiZxMyにおいて、SiZxMyのxは0.01≦x≦0.18であり、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.03以上、更に好ましくは0.04以上、特に好ましくは0.05以上である。また、好ましくは0.17以下、より好ましくは0.16以下、更に好ましくは0.15以下である。
<Composition of Compound SiZxMy>
In the compound SiZxMy, x of SiZxMy is 0.01 ≦ x ≦ 0.18, preferably 0.02 or more, more preferably 0.03 or more, still more preferably 0.04 or more, and particularly preferably 0.05 or more. It is. Moreover, Preferably it is 0.17 or less, More preferably, it is 0.16 or less, More preferably, it is 0.15 or less.

一方yの範囲は、0.01≦y≦0.35であり、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.03以上、更に好ましくは0.04以上、特に好ましくは0.05以上である。また、好ましくは0.34以下、より好ましくは0.33以下、更に好ましくは0.32以下、特に好ましくは0.31以下である。
Siに対するx及び/又はyの含有量が大きくなると、放電容量が低下し、一方、x及び/又はyの含有量が上記範囲を下回ると、本発明の負極材粒子の粒子を含む電極層の膨張が大きくなり、導電パス切れが発生し、かつ表面の活量を下げる効果が小さく電解液との反応性を抑制できず、好ましいサイクル特性が得られ難い場合もある。
On the other hand, the range of y is 0.01 ≦ y ≦ 0.35, preferably 0.02 or more, more preferably 0.03 or more, still more preferably 0.04 or more, and particularly preferably 0.05 or more. . Further, it is preferably 0.34 or less, more preferably 0.33 or less, still more preferably 0.32 or less, and particularly preferably 0.31 or less.
When the content of x and / or y with respect to Si increases, the discharge capacity decreases. On the other hand, when the content of x and / or y falls below the above range, the electrode layer containing particles of the negative electrode material particles of the present invention. In some cases, the expansion becomes large, the conductive path is broken, the effect of lowering the surface activity is small, the reactivity with the electrolytic solution cannot be suppressed, and preferable cycle characteristics are difficult to obtain.

また、化合物SiZxMyにおいて、x+yは、通常0.02以上であり、好ましくは0.04以上、より好ましくは0.06以上、更に好ましくは0.08以上、特に好ましくは 0.1以上である。また、好ましくは0.52以下、より好ましくは0.50以下、更に好ましくは0.48以下、特に好ましくは0.46下である。x+yが大きすぎると容量が低下し、小さすぎると
非晶質構造をとらない為、充放電に伴う体積膨張による劣化を防ぎにくい傾向がある。
In the compound SiZxMy, x + y is usually 0.02 or more, preferably 0.04 or more, more preferably 0.06 or more, still more preferably 0.08 or more, and particularly preferably 0.1 or more. Moreover, it is preferably 0.52 or less, more preferably 0.50 or less, still more preferably 0.48 or less, and particularly preferably 0.46 or less. When x + y is too large, the capacity decreases, and when x + y is too small, an amorphous structure is not formed. Therefore, there is a tendency that deterioration due to volume expansion associated with charge / discharge is difficult to prevent.

化合物SiZxMyのx、y組成は、下記の元素分析法により、試料中のSi、Z、Mの割合(mass%)を測定し、その値を原子%に換算し、更にSiを1とした時のZ、Mの原子濃度比に換算して、x、y組成を求める。
[元素分析測定方法]
Si分析は、原料をアルカリに溶解後、酸溶解溶液をICP−AESにて測定をおこなう。酸素分析は、酸素窒素分析装置、ON分析計(不活性ガス雰囲気下インパルス炉加熱抽出−IR,TCD検出)、LECO社酸素窒素分析装置TC600)、炭素分析は、炭素硫黄分析装置 CS分析計(高周波炉燃焼−IR検出法、LECO社製 炭素硫黄分析装置 CS600)を用いて測定できる。
The x and y composition of the compound SiZxMy is obtained by measuring the ratio (mass%) of Si, Z and M in the sample by the following elemental analysis method, converting the value to atomic%, and further setting Si to 1. The x and y compositions are determined by converting the Z and M atomic concentration ratios of
[Elemental analysis measurement method]
In the Si analysis, after the raw material is dissolved in an alkali, the acid-dissolved solution is measured by ICP-AES. Oxygen analysis is oxygen nitrogen analyzer, ON analyzer (impulse furnace heating extraction under inert gas atmosphere-IR, TCD detection), LECO oxygen nitrogen analyzer TC600), carbon analysis is carbon sulfur analyzer CS analyzer ( It can be measured using a high frequency furnace combustion-IR detection method, carbon sulfur analyzer CS600 manufactured by LECO.

[化合物SiZxMyの構造]
本発明の化合物SiZxMyの構造としてはSi粉末粒子中に元素Z、Mが分散したSiZxMy組成であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では結晶性のドメインが確認できない非晶質な状態、つまり非晶質構造が存在することが確認できる(図1、図2を参照)。
[Structure of Compound SiZxMy]
The structure of the compound SiZxMy of the present invention is a SiZxMy composition in which elements Z and M are dispersed in Si powder particles, and is in an amorphous state in which a crystalline domain cannot be confirmed by transmission electron microscope (TEM) observation, that is, non-crystalline. It can be confirmed that a crystalline structure exists (see FIGS. 1 and 2).

<化合物SiZxMyの非晶質状態>
化合物SiZxMyの非晶質状態は、以下のX線回折測定方法により求められ、次のように定義することもできる。
SiZxMyで表される微粒子において、X線回折で測定されるSi(111)面の半値幅が、通常6度以上であり、好ましくは6.2度以上、より好ましくは6.4度以上、更に好ましくは6.6度以上、特に好ましくは6.8度以上である。半値幅が小さすぎると結晶性が高いことを意味しており、充放電時の体積膨張に伴うサイクル劣化を避けることが困難になる傾向がある。また、通常20度以下である。
<Amorphous state of compound SiZxMy>
The amorphous state of the compound SiZxMy is determined by the following X-ray diffraction measurement method, and can also be defined as follows.
In the fine particles represented by SiZxMy, the half width of the Si (111) plane measured by X-ray diffraction is usually 6 degrees or more, preferably 6.2 degrees or more, more preferably 6.4 degrees or more, and further Preferably it is 6.6 degrees or more, and particularly preferably 6.8 degrees or more. If the full width at half maximum is too small, it means that the crystallinity is high, and it tends to be difficult to avoid cycle deterioration associated with volume expansion during charge / discharge. Moreover, it is usually 20 degrees or less.

また、結晶子サイズについては、上記半値幅を使い、シェラーの式に基づいて計算される値である。非晶質であることは、結晶子サイズがより小さい値を持つことになる。当該結晶子サイズは、通常1.36nm以下であり、好ましくは1.32nm以下、より好ましくは1.28以下、更に好ましくは1.24以下、特に好ましくは1.20以下である。また、ラマン分光測定法によっても、次のように定義することができる。SiZxMyであらわされる微粒子において、ラマン分光で測定されるラマンシフトが250cm−1〜500cm−1の範囲である。 The crystallite size is a value calculated based on Scherrer's equation using the half width. Being amorphous means that the crystallite size has a smaller value. The crystallite size is usually 1.36 nm or less, preferably 1.32 nm or less, more preferably 1.28 or less, still more preferably 1.24 or less, and particularly preferably 1.20 or less. Moreover, it can define as follows also by a Raman spectroscopy measurement method. In fine particles represented by SiZxMy, Raman shift is measured by Raman spectroscopy is in the range of 250cm -1 ~500cm -1.

[X線回折測定方法]
X線回折測定における化合物SiZxMyのSi(111)面の半値幅は、例えば、本発明の化合物SiZxMyを照射面にセットし、例えばX線回折装置(PANalytical社製「X‘PertPro MPD」)を用いて測定される。測定条件は、集中法
光学系にて、2θ=5〜70度の範囲の測定を行う。バックグラウンドの補正は、カーブフィッティング法により行う。バックグランド補正後、2θが28.4度のSi(111)面相当のピークに対してカーブフィッティングを行い、そのピークの半値幅を求め、外部標準による補正をおこなった後の値を、化合物SiZxMyの半値幅とする。
ここで用いられる半値幅の定義は次の通りである。
[X-ray diffraction measurement method]
The half width of the Si (111) plane of the compound SiZxMy in the X-ray diffraction measurement is set, for example, by setting the compound SiZxMy of the present invention on the irradiated surface, and using, for example, an X-ray diffractometer (“X'PertPro MPD” manufactured by PANalytical) Measured. As measurement conditions, measurement is performed in a range of 2θ = 5 to 70 degrees with a concentrated optical system. Background correction is performed by a curve fitting method. After background correction, curve fitting is performed on a peak corresponding to the Si (111) plane with 2θ of 28.4 degrees, the half width of the peak is obtained, and the value after correction by an external standard is calculated as the compound SiZxMy. The full width at half maximum.
The definition of the half width used here is as follows.

2θが28.4度のSi(111)面相当のピーク強度を測定し、そのピーク強度の半分に相当するピーク幅を半値幅W補正前とする。外部標準として、単結晶シリコンのSi(111)面(2θ=28.4度)の半値幅W標準を測定し、SiZxMyの半値幅W(SiZxMy)=W補正前−W標準で計算される。
[ラマン分光測定法]
ラマン分光器(例えば、Thermo Fisher Scientific社 Nicolet Almega XR」)を用い、本発明の化合物SiZxMyを測定セルにセ
ットし、励起波長532nm(分解能10cm−1)のレーザー光を照射し測定を行う。測定したラマンスペクトルのバックグラウンド補正を行う。なお、バックグラウンド補正は、ピーク終始点を直線で結び、バックグラウンドを求め、その値をピーク強度から差し
引く。
The peak intensity corresponding to the Si (111) plane with 2θ of 28.4 degrees is measured, and the peak width corresponding to half of the peak intensity is assumed to be before the half-value width W correction. As an external standard, the half-value width W standard of the Si (111) plane (2θ = 28.4 degrees) of single crystal silicon is measured, and the half-value width W (SiZxMy) of SiZxMy = W before correction−W standard.
[Raman spectroscopy]
Using a Raman spectroscope (for example, Thermo Fisher Scientific's Nicolet Almega XR), the compound SiZxMy of the present invention is set in a measurement cell, and measurement is performed by irradiating laser light with an excitation wavelength of 532 nm (resolution 10 cm −1 ). Perform background correction of the measured Raman spectrum. In the background correction, the peak start points are connected by a straight line, the background is obtained, and the value is subtracted from the peak intensity.

<化合物SiZxMy中の元素Z、Mの分布状態>
本発明の化合物SiZxMyにおける元素Zは、例えば、原子、若しくは分子、或いはクラスタ−等、5nm以下の大きさのレベルで存在し、元素Z、Mの分布状態は、好ましくはSiZxMy中で均一である。本発明の化合物SiZxMyの表面のSiZxMy層における元素Zの分布が不均一で、元素Zが局所的に存在している場合、本発明の化合物SiZxMyの体積膨張を緩和させることが難しい。また負極材の活量を均一に下げられないため、電解液との反応性を抑制できず、好ましいサイクル特性が得られ難い場合もある。なお、分散状態は、後述の実施例に示す如く、TEM測定等で確認できる。
<Distribution state of elements Z and M in the compound SiZxMy>
The element Z in the compound SiZxMy of the present invention exists at a level of 5 nm or less, such as atoms, molecules, or clusters, and the distribution state of the elements Z and M is preferably uniform in SiZxMy. . When the distribution of the element Z in the SiZxMy layer on the surface of the compound SiZxMy of the present invention is non-uniform and the element Z is present locally, it is difficult to reduce the volume expansion of the compound SiZxMy of the present invention. Moreover, since the activity of the negative electrode material cannot be lowered uniformly, the reactivity with the electrolytic solution cannot be suppressed, and it may be difficult to obtain preferable cycle characteristics. The dispersion state can be confirmed by TEM measurement or the like as shown in the examples described later.

<平均粒径(D50)>
体積基準の平均粒径(D50)としては、イオン交換水を分散媒としてレーザー回折式粒度分布計(例えば、堀場製作所社製「LA−920」)にて、体積基準の平均粒径(D50)を測定した値を用いることができる。後述の実施例では、この方法により体積基準の平均粒径(D50)を求める。
<Average particle diameter (D50)>
As the volume-based average particle diameter (D50), the volume-based average particle diameter (D50) is measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, “LA-920” manufactured by Horiba, Ltd.) using ion-exchanged water as a dispersion medium. A value obtained by measuring can be used. In Examples described later, the volume-based average particle diameter (D50) is obtained by this method.

本発明の化合物SiZxMyの平均粒径(D50)は、50nm以上、好ましくは80nm以上、また20μm以下、好ましくは18μm以下である。化合物SiZxMyの平均粒径(D50)がこの範囲を下回ると、粒径が小さすぎるため、化合物SiZxMy粒子間の導電パスや、化合物SiZxMy粒子と後述の導電剤や負極材Aとの間の導電パスが取り難くなり、サイクル特性が悪化する虞がある。一方、この範囲を上回ると、体積膨張による活物質割れが顕著であり、導電パス切れを引き起こす。また、後述の如く塗布により集電体上に負極活物質層を製造する時に電極層のムラが生じる傾向がある。   The average particle diameter (D50) of the compound SiZxMy of the present invention is 50 nm or more, preferably 80 nm or more, and 20 μm or less, preferably 18 μm or less. If the average particle size (D50) of the compound SiZxMy is below this range, the particle size is too small. Is difficult to remove, and the cycle characteristics may deteriorate. On the other hand, if it exceeds this range, active material cracking due to volume expansion is prominent, and the conductive path is broken. Further, when the negative electrode active material layer is produced on the current collector by coating as described later, the electrode layer tends to become uneven.

[製造方法]
本発明の化合物SiZxMyは、以下に挙げる製造法などによって製造することができる。
<原料>
化合物SiZxMyの原料のうち、Si原料としては、例えば結晶性Si、多結晶Si、アモルファスSi、シリコン化合物(窒化珪素、炭化珪素等)等を用いることができる。好ましくは結晶性Si、多結晶Si,アモルファスSiであり、これらは1600〜2
500℃で蒸気圧も持つため原料として好ましい。
[Production method]
The compound SiZxMy of this invention can be manufactured with the manufacturing method etc. which are mentioned below.
<Raw material>
Of the raw materials of the compound SiZxMy, for example, crystalline Si, polycrystalline Si, amorphous Si, silicon compounds (silicon nitride, silicon carbide, etc.), etc. can be used. Preferred are crystalline Si, polycrystalline Si, and amorphous Si, and these are 1600-2.
Since it has a vapor pressure at 500 ° C., it is preferable as a raw material.

元素Zの原料としては、C,N元素の原料を別々に、又は同時に用いることができる。例えば、C元素の原料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、非晶質炭素、コ−クス、炭化物等である。これらの中でも、純度が高く、コストが安いものを用いることが好ましく、例えば天然黒鉛、コ−クスなどである。
N元素の原料としては、窒化物等が挙げられる。また、原料がガスの場合、C元素の原料としては、Cを含むガス(CH、C、C等)を、N元素の原料としては、Nを含むガス(NH、N等)を用いることができる。これらの中でも、比較的安価であるものが好ましく、Cの場合、CH、Nの場合、Nである。
As the raw material for the element Z, the raw materials for the C and N elements can be used separately or simultaneously. For example, the raw material for element C is natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, coke, carbide or the like. Among these, it is preferable to use a material having high purity and low cost, such as natural graphite and coke.
Examples of the N element material include nitrides. When the raw material is a gas, a gas containing C (CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8, etc.) is used as the C element raw material, and a N containing gas (NH 3 ) is used as the N element raw material. , N 2 etc.) can be used. Among these, those that are relatively inexpensive are preferable, and in the case of C, CH 4 , and in the case of N, N 2 .

また、これら元素Mの原料としては、固体であれば、例えば粉末状、顆粒状、ペレット状、塊状、板状等として用いられ、あるいはM原料からなるガスを用いることが好ましい。具体的には、安価であり、簡便に導入可能なHO、O2、CO,COなどが好ましく、CO,COがより好ましい。
固体状の元素Mの原料としては、SiO、SiO、Si−Ti合金、Si−Zr合金、Si−W合金が挙げられ、これらの中でも、好ましくはSiO、SiOである。これらは、1600〜2300℃で蒸気圧も持つため原料として適している。
In addition, as a raw material of these elements M, it is preferable to use, for example, a powder, a granule, a pellet, a lump, a plate, or the like, or a gas made of the M raw material as long as it is solid. Specifically, H 2 O, O 2, CO, and CO 2 that are inexpensive and can be easily introduced are preferable, and CO and CO 2 are more preferable.
Examples of the raw material for the solid element M include SiO, SiO 2 , Si—Ti alloy, Si—Zr alloy, and Si—W alloy. Among these, SiO and SiO 2 are preferable. Since these have a vapor pressure at 1600-2300 ° C., they are suitable as raw materials.

Si及び元素Zを組み合わせた単一の化合物(若しくは元素)を原料として用いても良く、複数の化合物として用いても良い。これらの中でも、好ましくは窒化珪素、炭化珪素等である。また、Si、元素Z、及び元素Mを組み合わせた単一の化合物を用いても良く、複数の化合物として用いても良い。
<プロセス>
本発明の化合物SiZxMyを製造するにおいて、特に制限はないが、以下の製造プロセスが好ましい。
A single compound (or element) combining Si and element Z may be used as a raw material, or a plurality of compounds. Of these, silicon nitride and silicon carbide are preferred. A single compound combining Si, element Z, and element M may be used, or a plurality of compounds may be used.
<Process>
Although there is no restriction | limiting in particular in manufacturing the compound SiZxMy of this invention, The following manufacturing processes are preferable.

一例として、真空下でSi原料を溶融化後、蒸発・気化させ、対向する冷却部に急冷凝結させる方法があげられる。
具体的には以下の工程である。
工程(1)真空下でSi原料を溶融化させる。
工程(2)溶融化させたSi原料を蒸発、気化させる。
工程(3)元素Mを導入しながら、気化したSi原料を対向する冷却部に急冷凝結させる。
工程(4)対向する冷却部に付着した化合物SiZxMyを粒子にする。
As an example, there is a method in which a Si raw material is melted under vacuum, evaporated and vaporized, and rapidly cooled and condensed in an opposing cooling unit.
Specifically, it is the following process.
Step (1) The Si raw material is melted under vacuum.
Step (2) The molten Si raw material is evaporated and vaporized.
Step (3) While introducing the element M, the vaporized Si raw material is rapidly cooled and condensed in the opposing cooling section.
Step (4) The compound SiZxMy attached to the opposing cooling part is made into particles.

・工程(1)について
真空度は、通常5x10−2torr以下、好ましくは8x10−2torr以下、より好ましくは1x10−3torr以下である。真空度が低すぎると、プラズマが発生し、工程(2)でおこなう蒸着が不可となる傾向がある。
溶融化する温度は、通常1430℃以上、好ましい1440℃以上、より好ましくは1450℃以上、更に好ましくは1460℃以上である。また、通常1500℃以下、好ましくは1490℃以下、より好ましくは1480℃以下である。温度が低すぎると、Siが溶融されず、温度が高すぎると、蒸発気化する傾向がある。
· Step vacuum for (1) is usually 5x10 -2 torr or less, preferably 8x10 -2 torr or less, more preferably 1x10 -3 torr or less. When the degree of vacuum is too low, plasma is generated and vapor deposition performed in the step (2) tends to be impossible.
The melting temperature is usually 1430 ° C. or higher, preferably 1440 ° C. or higher, more preferably 1450 ° C. or higher, and still more preferably 1460 ° C. or higher. Moreover, it is 1500 degrees C or less normally, Preferably it is 1490 degrees C or less, More preferably, it is 1480 degrees C or less. When the temperature is too low, Si is not melted, and when the temperature is too high, there is a tendency to evaporate.

この際、元素Zの原料を溶融化する前にあらかじめ導入することが好ましい。具体的には、Si原料と同時に元素Zを混合する方法、C元素であれば、原料として混合する方法の他に、Si原料を溶融する際に用いる黒鉛坩堝をC元素源として用いる等の方法を用いて導入する。
・工程(2)について
真空度は、通常5x10−2torr以下、好ましくは8x10−2torr以下、より好ましくは1x10−3torr以下である。真空度が低すぎると、プラズマが発生し、蒸着が不可となる傾向がある
溶融化させたSi原料を蒸発、気化させる温度は、通常1500℃以上、好ましくは1520℃以上、より好ましくは1540℃以上、更に好ましくは1560℃以上である。また、通常3000℃以下、好ましくは2900℃以下、より好ましくは2800℃以下である。温度が低すぎるとSiの蒸発気化速度が十分でなくなる傾向があり、温度が高すぎると、気化したSi原料の凝固する速度が速く、組成制御が困難になる傾向がある。
At this time, it is preferable to introduce the element Z before the material is melted. Specifically, a method of mixing the element Z simultaneously with the Si raw material, and a method such as using a graphite crucible used when melting the Si raw material as a C element source in addition to the method of mixing as a raw material if it is a C element It introduces using.
-About a process (2) A vacuum degree is 5x10 <-2 > torr or less normally, Preferably it is 8x10 <-2 > torr or less, More preferably, it is 1x10 < -3 > torr or less. If the degree of vacuum is too low, plasma tends to be generated and vapor deposition tends to be impossible. The temperature for evaporating and vaporizing the molten Si raw material is usually 1500 ° C. or higher, preferably 1520 ° C. or higher, more preferably 1540 ° C. As mentioned above, More preferably, it is 1560 degreeC or more. Moreover, it is 3000 degrees C or less normally, Preferably it is 2900 degrees C or less, More preferably, it is 2800 degrees C or less. If the temperature is too low, the vaporization rate of Si tends to be insufficient, and if the temperature is too high, the vaporized Si raw material is solidified at a high rate and composition control tends to be difficult.

・工程(3)について
Si原料を急冷凝結させる際の冷却速度は、通常500℃/秒以上であり、好ましくは600℃/秒以上、より好ましく700℃/秒以上、更に好ましくは800℃/秒以上、特に好ましくは1000℃/秒以上である。急冷速度が遅すぎると、結晶化が進行し、充放電に伴うサイクル劣化を防ぎにくくなる傾向がある。
-Step (3) The cooling rate at the time of rapidly cooling and condensing the Si raw material is usually 500 ° C / second or more, preferably 600 ° C / second or more, more preferably 700 ° C / second or more, and further preferably 800 ° C / second. As described above, it is particularly preferably 1000 ° C./second or more. If the rapid cooling rate is too slow, crystallization proceeds and it tends to be difficult to prevent cycle deterioration associated with charge and discharge.

また、気化したSi原料を急冷凝結させるときの雰囲気ガスとして、HO、O、CO又はCOガスが含まれていることが好ましい。これらの1種類以上同時に使用しても
構わない。
雰囲気ガス中に、HO、O、CO又はCOガスが含まれていると、SiZxMy組成のMの原料が酸素の場合、その酸素含有量を制御することが可能となるためである。この中でもCO及び/またはCOガスが好ましい。
Further, as an atmosphere gas when rapidly cooling condense the vaporized Si material, H 2 O, it is preferable that O 2, CO or CO 2 gas is included. One or more of these may be used simultaneously.
This is because when the atmosphere gas contains H 2 O, O 2 , CO, or CO 2 gas, the oxygen content can be controlled when the M raw material of the SiZxMy composition is oxygen. . Of these, CO and / or CO 2 gas is preferable.

導入するガス量は、通常1SCCM以上であり、好ましくは2SCCM以上、より好ましくは3SCCM以上、更に好ましくは4SCCM以上、特に好ましくは、5SCCM以上である。また好ましくは500SCCM以下であり、より好ましくは400SCCM以下、更に好ましくは300SCCM以下、特に好ましくは200SCCM以下である。ガス量が少なすぎると、元素MをSiZxMy化合物中に取り込むことができにくくなり、一方ガス量が多すぎると、M成分が多く含有されることになり、電池容量の低下を招く傾向がある。   The amount of gas to be introduced is usually 1 SCCM or more, preferably 2 SCCM or more, more preferably 3 SCCM or more, still more preferably 4 SCCM or more, and particularly preferably 5 SCCM or more. Further, it is preferably 500 SCCM or less, more preferably 400 SCCM or less, still more preferably 300 SCCM or less, and particularly preferably 200 SCCM or less. If the amount of gas is too small, it becomes difficult to incorporate the element M into the SiZxMy compound. On the other hand, if the amount of gas is too large, a large amount of M component will be contained, and the battery capacity tends to decrease.

上記の他に、Si,及び元素Zを含む原料を用いて、溶融後、急冷凝固する方法として、例えば板材や線材や粉末を形成後に、更に粉砕する方法が挙げられる。
板材を急冷凝固によって製造する方法としては、ロール法(ロールスピニング法、双ロールスピニング法)、直接鋳造圧延法、メルトドラッグ法等が挙げられる。また、線材を急冷凝固によって製造する方法としては、回転液中紡糸法等が挙げられる。更にまた、粉末を急冷凝固によって製造する方法としては、遠心噴霧法、回転液噴霧法、回転電極法、ガス噴霧スプラット法、メルトエクストラクション法、メルトスピニング法等が挙げられる。
In addition to the above, examples of a method of rapidly solidifying after melting using a raw material containing Si and the element Z include a method of further pulverizing after forming a plate material, a wire rod or a powder.
Examples of the method for producing a plate material by rapid solidification include a roll method (roll spinning method, twin roll spinning method), a direct casting and rolling method, and a melt drag method. Moreover, as a method for producing a wire by rapid solidification, a spinning method in a rotating liquid can be used. Furthermore, examples of the method for producing a powder by rapid solidification include a centrifugal spray method, a rotating liquid spray method, a rotating electrode method, a gas spray splat method, a melt extraction method, a melt spinning method, and the like.

対向する冷却部の材質としては、銅、ステンレス等があげられ、この中でも銅が冷却速度の点で好ましい。
工程(3)で得られた化合物SiZxMyは、薄片・粉末物の形状を示している。
上述した工程(1)〜(3)を経ることが、特定の非結晶構造をもつ化合物SiZxMyを製造するために重要な工程である。
Examples of the material of the opposing cooling part include copper and stainless steel, among which copper is preferable in terms of cooling rate.
The compound SiZxMy obtained in the step (3) shows the shape of a flake / powder.
The steps (1) to (3) described above are important steps for producing a compound SiZxMy having a specific amorphous structure.

・工程(4)について
対向する冷却部に付着した化合物SiZxMyを上記平均粒径(D50)に粉砕できれば粉砕条件や粉砕に用いる装置について特に制限はない。
例えば、粗粉砕機としてはジョークラッシャー、衝撃式クラッシャー、コ−ンクラッシャー等が挙げられ、中間粉砕機としてはロールクラッシャー、ハンマーミル等が挙げられ、微粉砕機としてはボールミル、振動ミル、ピンミル、攪拌ミル、ジェットミル等が挙げられる。
-About a process (4) If the compound SiZxMy adhering to the opposing cooling part can be grind | pulverized to the said average particle diameter (D50), there will be no restriction | limiting in particular about the grinding | pulverization conditions and the apparatus used for a grinding | pulverization.
For example, jaw crusher, impact crusher, cone crusher and the like are mentioned as the coarse pulverizer, roll crusher and hammer mill are mentioned as the intermediate pulverizer, and ball mill, vibration mill, pin mill, Examples thereof include a stirring mill and a jet mill.

この中でもボールミル、振動ミル等であれば、粉砕時間が短く、処理速度の観点から好ましい。
粉砕速度は、装置の種類、大きさによって変わるが、例えば、ボールミルの場合、通常50rpm以上、好ましい100rpm以上、より好ましくは150rpm以上、更に好ましくは200rpm以上である。また、通常2500以下、好ましくは2300以下、より好ましくは2000以下である。速度が速すぎると、粒径の制御が難しくなる傾向があり、速度が遅すぎると処理速度が遅くなる傾向がある。
Among these, ball mills, vibration mills, and the like are preferable from the viewpoint of processing speed because the grinding time is short.
The grinding speed varies depending on the type and size of the apparatus. For example, in the case of a ball mill, the grinding speed is usually 50 rpm or more, preferably 100 rpm or more, more preferably 150 rpm or more, and further preferably 200 rpm or more. Moreover, it is 2500 or less normally, Preferably it is 2300 or less, More preferably, it is 2000 or less. If the speed is too high, control of the particle size tends to be difficult, and if the speed is too low, the processing speed tends to be slow.

粉砕時間は、通常30秒以上、好ましい1分以上、より好ましくは1分30秒以上、更に好ましくは2分以上である。また、通常3時間以下、好ましくは2.5時間以下、より好ましくは2時間以下である。粉砕時間が短すぎると粒径制御が難しくなる傾向があり、粉砕時間が長すぎると、生産性が低下する傾向がある。
振動ミルの場合、粉砕速度は、通常50rpm以上、好ましい100rpm以上、より好ましくは150rpm以上、更に好ましくは200rpm以上である。また、通常2500rpm以下、好ましくは2300rpm以下、より好ましくは2000rpm以下で
ある。速度が速すぎると、粒径の制御が難しくなる傾向があり、速度が遅すぎると処理速度が遅くなる傾向がある。
The grinding time is usually 30 seconds or longer, preferably 1 minute or longer, more preferably 1 minute 30 seconds or longer, and still more preferably 2 minutes or longer. Moreover, it is usually 3 hours or less, preferably 2.5 hours or less, more preferably 2 hours or less. If the pulverization time is too short, the particle size control tends to be difficult, and if the pulverization time is too long, the productivity tends to decrease.
In the case of a vibration mill, the grinding speed is usually 50 rpm or more, preferably 100 rpm or more, more preferably 150 rpm or more, and still more preferably 200 rpm or more. Moreover, it is 2500 rpm or less normally, Preferably it is 2300 rpm or less, More preferably, it is 2000 rpm or less. If the speed is too high, control of the particle size tends to be difficult, and if the speed is too low, the processing speed tends to be slow.

粉砕時間は、通常30秒以上、好ましくは1分以上、より好ましくは1分30秒以上、更に好ましくは2分以上である。また、通常3時間以下、好ましくは2.5時間以下、より好ましくは2時間以下である。粉砕時間が短すぎると粒径制御が難しくなる傾向があり、粉砕時間が長すぎると、生産性が低下する傾向がある。
また、必要に応じて分級処理を行ってもよい。
The grinding time is usually 30 seconds or longer, preferably 1 minute or longer, more preferably 1 minute 30 seconds or longer, and further preferably 2 minutes or longer. Moreover, it is usually 3 hours or less, preferably 2.5 hours or less, more preferably 2 hours or less. If the pulverization time is too short, the particle size control tends to be difficult, and if the pulverization time is too long, the productivity tends to decrease.
Moreover, you may perform a classification process as needed.

分級処理の条件としては、上記粒径になるように、目開きが、通常53μm以下、好ましくは45μm以下、より好ましくは38μm以下である。
分級処理に用いる装置としては特に制限はないが、例えば、乾式篩い分けの場合:回転式篩い、動揺式篩い、旋動式篩い、振動式篩い等を用いることができ、乾式気流式分級の場合:重力式分級機、慣性力式分級機、遠心力式分級機(クラシファイア、サイクロン等)等を用いることができ、湿式篩い分けの場合:機械的湿式分級機、水力分級機、沈降分級機、遠心式湿式分級機等を用いることができる。
As conditions for the classification treatment, the opening is usually 53 μm or less, preferably 45 μm or less, more preferably 38 μm or less so as to achieve the above particle diameter.
There are no particular restrictions on the equipment used for classification, but for example, when dry sieving: rotary sieving, oscillating sieving, rotating sieving, vibrating sieving, etc. can be used. : Gravity classifier, inertial classifier, centrifugal classifier (classifier, cyclone, etc.) can be used. For wet sieving: mechanical wet classifier, hydraulic classifier, settling classifier, A centrifugal wet classifier or the like can be used.

[非水電解質二次電池用負極材]
本発明の非水電解質二次電池用負極材は、上述した化合物SiZxMyが少なくとも含有されていればよく、一種又は二種以上を、他の一種又は二種以上の炭素材料と混合しても良い。
上述の化合物SiZxMyに炭素材料を混合する場合、化合物SiZxMyと炭素材料の総量に対する化合物SiZxMyの混合割合は、特に制限はないが、通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上、また、通常95質量%以下、好ましくは90質量%以下の範囲である。化合物SiZxMyの混合割合が、前記範囲を下回ると、化合物SiZxMyの効果が現れ難い傾向がある。一方、前記範囲を上回ると、炭素材料の特性が現れ難い傾向がある。
[Negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery]
The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention only needs to contain at least the above-described compound SiZxMy, and one or two or more kinds may be mixed with another one or two or more kinds of carbon materials. .
When a carbon material is mixed with the compound SiZxMy described above, the mixing ratio of the compound SiZxMy to the total amount of the compound SiZxMy and the carbon material is not particularly limited, but is usually 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, and usually 95%. It is the mass% or less, Preferably it is the range of 90 mass% or less. When the mixing ratio of the compound SiZxMy is less than the above range, the effect of the compound SiZxMy tends to hardly appear. On the other hand, if it exceeds the above range, the characteristics of the carbon material tend to hardly appear.

炭素材料としては、特に制限はないが、天然黒鉛、人造黒鉛、非晶質被覆黒鉛、非晶質炭素の中から選ばれる材料を用いる。これらの材料は、何れかを一種を単独で用いても良く、二種以上を任意の組み合わせ及び組成で併用しても良い。
天然黒鉛としては、例えば、高純度化した鱗片状黒鉛や球形化した黒鉛を用いることができる。天然黒鉛の体積基準平均粒径は、通常3μm以上、好ましくは5μm以上、また、通常40μm以下、好ましくは30μm以下の範囲である。天然黒鉛のBET比表面積は、通常1m/g以上、好ましくは、1.5m/g以上、また、通常10m/g以下、好ましくは8m/g以下の範囲である。
The carbon material is not particularly limited, and a material selected from natural graphite, artificial graphite, amorphous-coated graphite, and amorphous carbon is used. Any one of these materials may be used alone, or two or more of these materials may be used in any combination and composition.
As natural graphite, for example, highly purified flaky graphite or spheroidized graphite can be used. The volume-based average particle diameter of natural graphite is usually 3 μm or more, preferably 5 μm or more, and usually 40 μm or less, preferably 30 μm or less. The BET specific surface area of natural graphite is usually 1 m 2 / g or more, preferably 1.5 m 2 / g or more, and usually 10 m 2 / g or less, preferably 8 m 2 / g or less.

人造黒鉛としては、炭素材料を黒鉛化した粒子等が挙げられ、例えば、単一の黒鉛前駆体粒子を粉状のまま焼成、黒鉛化した粒子などを用いることができる。
非晶質被覆黒鉛としては、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛に非晶質前駆対を被覆、焼成した粒子や、天然黒鉛や人造黒鉛に非晶質をCVDにより被覆した粒子を用いることができる。
Examples of the artificial graphite include particles obtained by graphitizing a carbon material. For example, particles obtained by firing and graphitizing a single graphite precursor particle while it is powdered can be used.
As amorphous-coated graphite, for example, natural graphite or artificial graphite coated with an amorphous precursor pair and fired, or natural graphite or artificial graphite coated with amorphous by CVD can be used.

非晶質炭素としては、例えば、樹脂を焼成した粒子、タール・ピッチを焼成した粒子、バルクメソフェーズを焼成した粒子や、黒鉛化可能なバインダーを不融化処理し、焼成した粒子を用いることができる。
化合物SiZxMyと炭素材料との混合に用いる装置としては、特に制限はないが、例えば、回転型混合機の場合:円筒型混合機、双子円筒型混合機、二重円錐型混合機、正立方型混合機、鍬形混合機、固定型混合機の場合:螺旋型混合機、リボン型混合機、Muller型混合機、Helical Flight型混合機、Pugmill型混合機、流
動化型混合機、ボールミル、振動ボールミル、ジェットミル、ハイブリダイザー、メカノフュージョン等を用いることができる。
As the amorphous carbon, for example, particles obtained by baking resin, particles obtained by baking tar pitch, particles obtained by baking bulk mesophase, particles obtained by infusibilizing a graphitizable binder and baking can be used. .
The apparatus used for mixing the compound SiZxMy and the carbon material is not particularly limited. For example, in the case of a rotary mixer: a cylindrical mixer, a twin cylinder mixer, a double cone mixer, a regular cubic type. For mixers, vertical mixers, fixed mixers: spiral mixers, ribbon mixers, Muller mixers, Helical Flight mixers, Pugmill mixers, fluidized mixers, ball mills, vibrating ball mills Jet mills, hybridizers, mechano-fusions, and the like can be used.

[非水電解質二次電池用負極]
本発明の非水電解質二次電池用負極は、負極活物質として本発明の負極材粒子を用いたものであり、一般的には、集電体上に本発明の負極材粒子層を導電性が確保されるように設けてなるものである。
このような本発明の負極は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに電解質を備えたリチウム二次電池などの非水電解質二次電池における負極として極めて有用である。例えば、本発明の負極を使用し、通常使用されるリチウム二次電池用の金属カルコゲナイド系正極及びカーボネート系溶媒を主体とする有機電解液を組み合わせて構成した非水電解質二次電池は、容量が大きく、初期サイクルに認められる不可逆容量が小さく、またサイクル特性に優れ、サイクル後の電極膨張が抑制され、高温下での放置における電池の保存性及び信頼性も高く、高効率放電特性及び低温における放電特性に極めて優れたものである。
[Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery]
The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses the negative electrode material particles of the present invention as a negative electrode active material. Generally, the negative electrode material particle layer of the present invention is electrically conductive on a current collector. Is provided so as to be secured.
Such a negative electrode of the present invention is extremely useful as a negative electrode in a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and a lithium secondary battery equipped with an electrolyte. For example, a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode of the present invention and combining a metal chalcogenide-based positive electrode for a lithium secondary battery that is normally used and an organic electrolyte mainly composed of a carbonate-based solvent has a capacity. Large, low irreversible capacity observed in the initial cycle, excellent cycle characteristics, suppressed electrode expansion after cycling, high battery storage and reliability when left at high temperature, high efficiency discharge characteristics and low temperature It has excellent discharge characteristics.

[集電体]
集電体としては、例えば、金属円柱、金属コイル、金属板、金属箔膜、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱などが用いられる。この中でも特に金属箔膜が、現在工業化製品に使用されているために好ましい。なお、金属薄膜は適宣メッシュ状にして用いても良い。
金属箔膜の厚さは、特に限定はされないが、通常1μm以上、好ましくは5μm以上、更に好ましくは10μm以上、また、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、更に好ましくは20μm以下である。上記範囲よりも薄い金属箔膜の場合、集電体として必要な強度が不足する場合もある。
[Current collector]
As the current collector, for example, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal foil film, a carbon plate, a carbon thin film, a carbon cylinder, or the like is used. Among these, a metal foil film is particularly preferable because it is currently used in industrialized products. The metal thin film may be used in a suitable mesh shape.
The thickness of the metal foil film is not particularly limited, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less. In the case of a metal foil film thinner than the above range, the strength required as a current collector may be insufficient.

また、集電体に用いられる金属としては、具体的には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、鉄、チタン、アルミニウム等が挙げられる。この中でも、好ましくは銅及びニッケルが挙げられ、更に好ましくは銅が挙げられる。これは、負極活物質を結着させることが容易で、工業的に、形、大きさ等の加工が容易なためである。
[負極の物性]
<充填密度>
負極の充填密度は、特に制限されないが、通常0.5g/cm以上、好ましくは0.6g/cm以上、また通常2.5g/cm以下、好ましくは2.3g/cm以下である。負極の充填密度がこの範囲を下回ると、高容量の電池を得難い場合もある。一方、この範囲を上回ると電極中の気孔量が少なくなる虞があり、好ましい電池特性を得難い場合がある。
Specific examples of the metal used for the current collector include copper, nickel, stainless steel, iron, titanium, and aluminum. Among these, Preferably copper and nickel are mentioned, More preferably, copper is mentioned. This is because it is easy to bind the negative electrode active material and it is industrially easy to process the shape and size.
[Negative electrode properties]
<Filling density>
The packing density of the negative electrode is not particularly limited, but is usually 0.5 g / cm 3 or more, preferably 0.6 g / cm 3 or more, and usually 2.5 g / cm 3 or less, preferably 2.3 g / cm 3 or less. is there. When the packing density of the negative electrode is below this range, it may be difficult to obtain a high-capacity battery. On the other hand, if it exceeds this range, the amount of pores in the electrode may be reduced, and it may be difficult to obtain preferable battery characteristics.

なお、負極の充填密度としては、集電体を除く負極重量を、負極面積と負極厚みで除して求めた値を用いることができる。
<空隙率>
負極の空隙率は、特に制限されないが、通常10%以上、好ましくは20%以上、また通常50%以下、好ましくは40%以下である。負極の空隙率がこの範囲を下回ると、負極中の気孔が少なく電解液が浸透し難くなり、好ましい電池特性を得難い場合もある。一方、この範囲を上回ると、負極中の気孔が多く電極強度が弱くなりすぎて、好ましい電池特性を得難い場合もある。
In addition, as the packing density of the negative electrode, a value obtained by dividing the negative electrode weight excluding the current collector by the negative electrode area and the negative electrode thickness can be used.
<Porosity>
The porosity of the negative electrode is not particularly limited, but is usually 10% or more, preferably 20% or more, and usually 50% or less, preferably 40% or less. When the porosity of the negative electrode is less than this range, there are few pores in the negative electrode, and the electrolyte does not easily penetrate, and it may be difficult to obtain preferable battery characteristics. On the other hand, if it exceeds this range, there may be many pores in the negative electrode and the electrode strength becomes too weak, making it difficult to obtain favorable battery characteristics.

なお、負極の空隙率としては、負極の水銀ポロシメ−タによる細孔分布測定によって得られる全細孔容積を、集電体を除いた負極材活物質層の見掛け体積で割った値の百分率を用いることができる。
[負極の構造及び製造方法]
負極の構造及びその製造方法としては特に制限はないが、例えば、負極の構造としてはA:本発明の負極材粒子と、必要に応じて用いられる導電剤と、結着及び増粘効果を有する有機物(以下「結着剤」と称す。)を集電体上に塗布した構造
B:本発明の負極材粒子が導電性物質と複合化した粒子と、結着剤を集電体上に塗布した構造
C:本発明の負極材粒子が、焼結剤により集電体と一体に焼結された構造
D:本発明の負極材粒子が、低融点金属と結合することにより集電体と一体化した構造
E:本発明の負極材粒子が、バインダー成分無しに集電体と一体化した構造
などが挙げられる。以下に、A〜Eの負極の構造及びその製造方法について説明する。
A:負極材粒子と必要に応じ用いられる導電剤と、結着剤を集電体上に塗布した構造
この構造は、本発明の負極材粒子に、負極材A及び/又は導電剤と結着剤を含有する負極材粒子(負極活物質ともいう)層を集電体上に形成してなる。
As the porosity of the negative electrode, a percentage of a value obtained by dividing the total pore volume obtained by measuring the pore distribution with a mercury porosimeter of the negative electrode by the apparent volume of the negative electrode active material layer excluding the current collector. Can be used.
[Negative Electrode Structure and Manufacturing Method]
The structure of the negative electrode and the manufacturing method thereof are not particularly limited. For example, the structure of the negative electrode is A: a negative electrode material particle of the present invention, a conductive agent used as necessary, and a binding and thickening effect. Structure B in which an organic substance (hereinafter referred to as “binder”) is applied on a current collector: Particles in which the negative electrode material particles of the present invention are combined with a conductive material, and a binder is applied on the current collector Structure C: Structure in which the negative electrode material particles of the present invention are integrally sintered with the current collector by the sintering agent. Structure D: The negative electrode material particles of the present invention are integrated with the current collector by bonding with the low melting point metal. Structure E: A structure in which the negative electrode material particles of the present invention are integrated with a current collector without a binder component. Below, the structure of the negative electrode of AE and its manufacturing method are demonstrated.
A: Structure in which negative electrode material particles, a conductive agent used as necessary, and a binder are applied on a current collector. This structure is bonded to the negative electrode material particles of the present invention and the negative electrode material A and / or the conductive agent. A negative electrode material particle (also referred to as negative electrode active material) layer containing an agent is formed on a current collector.

<導電剤>
負極活物質層には、導電剤を含んでもよい。導電剤は、用いる負極活物質の充放電電位において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば何でも良い。例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノファイバー、金属繊維などの導電性繊維類、フッ化カーボン、銅等の金属粉末類などを単独又はこれらの混合物として含ませることができる。これらの導電剤のなかで、アセチレンブラック、VGCFが特に好ましい。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。
<Conductive agent>
The negative electrode active material layer may include a conductive agent. The conductive agent may be any electronic conductive material that does not cause a chemical change at the charge / discharge potential of the negative electrode active material to be used. For example, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black, conductive fibers such as carbon fiber, vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanofiber and metal fiber Further, metal powders such as carbon fluoride and copper can be contained alone or as a mixture thereof. Of these conductive agents, acetylene black and VGCF are particularly preferable. These may be used alone or in combination of two or more.

導電剤の添加量は、特に限定されないが、負極活物質に対して、1〜30重量%が好ましく、特に1〜15重量%が好ましい。
<結着剤>
結着剤としては、後述する液体溶媒に対して安定な高分子が好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、セルロ−ス等の樹脂系高分子、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム又はエチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性エラストマ−状高分子、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、又はプロピレン・α−オレフィン(炭素数2〜12)共重合体等の軟質樹脂状高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物などが挙げられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。また共重合体であっても良い。
Although the addition amount of a electrically conductive agent is not specifically limited, 1-30 weight% is preferable with respect to a negative electrode active material, and 1-15 weight% is especially preferable.
<Binder>
As the binder, a polymer that is stable against a liquid solvent described later is preferable. For example, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, polyimide, polyamideimide, polyacrylic acid, polyacrylonitrile, cellulose and other polymer polymers, styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber or ethylene / propylene rubber Heat of rubber-like polymers such as styrene / butadiene / styrene block copolymer, hydrogenated product thereof, styrene / ethylene / butadiene / styrene copolymer, styrene / isoprene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof Soft elastomeric polymers such as plastic elastomeric polymers, syndiotactic 1,2-polybutadiene, ethylene / vinyl acetate copolymers, or propylene / α-olefin (2 to 12 carbon atoms) copolymers, polyfluorinated Vinylidene, Li polytetrafluoroethylene, or fluorinated polymer of the polytetrafluoroethylene-ethylene copolymer, such as an alkali metal ion (especially lithium ion) polymer composition having ion conductivity and the like. These may be used alone or in combination of two or more. A copolymer may also be used.

上記のイオン伝導性を有する高分子組成物としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物や、ポリエーテル化合物の架橋体高分子や、ポリエピークロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、又はポリアクリロニトリル等の高分子化合物に、リチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩かを複合させた高分子、あるいはこれにプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等の高い誘電率又はイオン−双極子相互作用力かを有する有機化合物を配合した高分子を用いることができる。   Examples of the polymer composition having ion conductivity include polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, cross-linked polymers of polyether compounds, polyepoxychlorohydrin, polyphosphazene, and polysiloxane. , A polymer in which a lithium salt or an alkali metal salt mainly composed of lithium is combined with a polymer compound such as polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, or polyacrylonitrile, or propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, etc. A polymer containing an organic compound having a high dielectric constant or ion-dipole interaction force can be used.

具体的には、通常、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳
香族ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル酸、又はセルロ−ス及びその誘導体(例えばカルボキシメチルセルロース)等の樹脂系高分子、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、又はエチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリエーテル化合物の架橋体高分子が挙げられ、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリエチレンオキシドが挙げられ、更に好ましくは、ポリエチレン、スチレン・ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、又はポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。これらは、現在工業的に一般に使用されており、扱い易いため好適である。熱硬化性樹脂の場合、樹脂前駆体を用いても良い。
Specifically, resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, polyimide, polyamideimide, polyacrylic acid, or cellulose and its derivatives (for example, carboxymethylcellulose), styrene / butadiene rubber Rubber polymers such as isoprene rubber, butadiene rubber, or ethylene / propylene rubber, fluorine polymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, or polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, polyethylene oxide, polypropylene oxide Polyether polymer compounds such as polyether polymers and crosslinked polymers of polyether compounds, preferably polyethylene, polypropylene, polyimide, styrene-butadiene rubber, polyvinylidene fluoride, Li polytetrafluoroethylene, or polyethylene oxide and the like, more preferably, polyethylene, styrene-butadiene, polyvinylidene fluoride, or polytetrafluoroethylene. These are currently used industrially and are suitable because they are easy to handle. In the case of a thermosetting resin, a resin precursor may be used.

この構造の負極は、本発明の負極材粒子と、負極材A及び/又は導電剤と、結着剤を分散中に分散させたスラリー状のものを、集電体基板上に薄く塗布・乾燥する工程、続いて所定の厚み・密度まで圧密するプレス工程により製造される。更に、熱硬化性樹脂の場合、Ar、N、air雰囲気下、所定の硬化温度で硬化させる工程が加わり、それがプレス前であってもプレス後であってもよい。 The negative electrode of this structure is a thin coating of a negative electrode material particle of the present invention, a negative electrode material A and / or a conductive agent, and a slurry in which a binder is dispersed during dispersion on a current collector substrate. Followed by a pressing step of compacting to a predetermined thickness and density. Furthermore, in the case of a thermosetting resin, a step of curing at a predetermined curing temperature in an Ar, N 2 , and air atmosphere is added, which may be before pressing or after pressing.

負極活物質、必要に応じて用いられる導電剤と結着剤を混合して集電体上に塗布する際の負極活物質スラリーの調製には、水系溶媒又は有機溶媒が分散媒として用いられる。水系溶媒としては、通常、水が用いられるが、これにエタノール等のアルコール類、N−メチルピロリドン等の環状アミド類等の添加剤を水に対して、30重量%以下程度まで添加することもできる。   An aqueous solvent or an organic solvent is used as a dispersion medium for preparing a negative electrode active material slurry when a negative electrode active material, a conductive agent and a binder used as necessary are mixed and applied onto a current collector. As the aqueous solvent, water is usually used, and additives such as alcohols such as ethanol and cyclic amides such as N-methylpyrrolidone may be added to water up to about 30% by weight or less. it can.

有機溶媒としては、通常、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類、アニソール、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ブタノール、シクロヘキサノール等のアルコール類が挙げられ、中でも、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類等が好ましい。   As the organic solvent, usually, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, and aromatic hydrocarbons such as anisole, toluene and xylene And alcohols such as butanol and cyclohexanol. Among them, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide are preferable.

負極活物質、結着剤及び必要に応じて配合される導電剤をこれらの溶媒に混合して負極活物質スラリーを調製し、これを負極用集電体基板に所定の厚みとなるように塗布することにより負極活物質層が形成されるが、この負極活物質スラリー中の負極活物質の濃度の上限は通常60重量%以下、好ましくは50重量%以下であり、下限は通常10重量%以上、好ましくは15重量%以上である。負極活物質の濃度がこの上限を超えると負極活物質スラリー中の負極活物質が凝集しやすくなり、下限を下回ると負極活物質スラリーの保存中に負極活物質が沈降しやすくなる。   A negative electrode active material, a binder, and a conductive agent blended as necessary are mixed with these solvents to prepare a negative electrode active material slurry, and this is applied to the negative electrode current collector substrate so as to have a predetermined thickness. Thus, a negative electrode active material layer is formed. The upper limit of the concentration of the negative electrode active material in the negative electrode active material slurry is usually 60% by weight or less, preferably 50% by weight or less, and the lower limit is usually 10% by weight or more. It is preferably 15% by weight or more. When the concentration of the negative electrode active material exceeds the upper limit, the negative electrode active material in the negative electrode active material slurry tends to aggregate, and when the concentration is lower than the lower limit, the negative electrode active material tends to settle during storage of the negative electrode active material slurry.

負極活物質スラリー中の結着剤の濃度の上限は通常30重量%以下、好ましくは20重量%以下であり、下限は通常1重量%以上、好ましくは2重量以上である。結着剤の濃度がこの上限を超えると得られる負極の内部抵抗が大きくなり、下限を下回ると負極活物質層の結着性に劣るものとなる場合もある。
B:負極活物質が導電性物質と複合化した粒子と、結着剤を集電体上に塗布した構造
この構造は、本発明の負極材粒子と導電性物質が複合化した粒子と結着剤を含有する活物質層を集電体上に形成してなり、通常、複合化粒子と結着剤を水あるいは上述の(A)におけると同様な有機溶媒中に分散させたスラリー状のものを、集電体基板上に薄く塗布・乾燥する工程、続いて所定の厚み・密度まで圧密するプレス工程により形成される。この場合も、Aと同様に、導電剤を入れても構わない。
The upper limit of the concentration of the binder in the negative electrode active material slurry is usually 30% by weight or less, preferably 20% by weight or less, and the lower limit is usually 1% by weight or more, preferably 2% or more. When the concentration of the binder exceeds the upper limit, the internal resistance of the negative electrode obtained increases, and when the concentration is lower than the lower limit, the binding property of the negative electrode active material layer may be inferior.
B: Structure in which a negative electrode active material is combined with a conductive material, and a binder is applied on a current collector. This structure is bound to a composite of negative electrode material particles and a conductive material of the present invention. An active material layer containing an agent is formed on a current collector and is usually a slurry in which composite particles and a binder are dispersed in water or an organic solvent similar to that in (A) above. Are formed by a thin coating and drying process on a current collector substrate, followed by a pressing process for compacting to a predetermined thickness and density. Also in this case, like A, a conductive agent may be added.

<導電性物質>
導電性物質には、導電性を有する酸化物や炭素、黒鉛、カーボンブラック、銅、アルミニウム、錫などの金属類等が用いられる。例えば、酸化物としてはIn2O3、ZnO、SnO2、SiOx等、炭素としてはCVD炭素等、黒鉛としては天然黒鉛、人造黒鉛、VGCF、カーボンナノファイバー等が挙げられる。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛、球形化黒鉛等)、人造黒鉛(メソカーボンマイクロビーズ等)のグラファイト類、ピッチや樹脂等を焼成した非晶質炭素類、黒鉛と非晶質炭素を複合化した多相構造材料類、が挙げられる。負極材粒子表面への被覆方法は、熱処理(熱分解)、ボールミル等のメカノケミカル処理などが用いられる。
<Conductive substance>
As the conductive substance, conductive oxides and metals such as carbon, graphite, carbon black, copper, aluminum, and tin are used. Examples of the oxide include In2O3, ZnO, SnO2, and SiOx, the carbon includes CVD carbon, and the graphite includes natural graphite, artificial graphite, VGCF, carbon nanofiber, and the like. For example, natural graphite (flaky graphite, spheroidized graphite, etc.), artificial graphite (mesocarbon microbeads, etc.), amorphous carbon obtained by firing pitch or resin, graphite and amorphous carbon are combined Multiphase structural materials. As a method for coating the surface of the negative electrode material particles, heat treatment (pyrolysis), mechanochemical treatment such as a ball mill, or the like is used.

<複合化粒子>
複合化した粒子は、メカノケミカル法、CVD法、炭素前駆体との焼成法等により、本発明の負極材粒子と導電性物質を混合、複合化することで得られる。
メカノケミカル法による混合、複合化する方法としては、例えば、ボールミル、振動ミル、遊星ボールミル、メカノフュージョン(ホソカワミクロン製)、ハイブリダイザー、マイクロス(奈良機械製作所製)等の装置を用いることができる。
<Composite particle>
The composite particles can be obtained by mixing and compositing the negative electrode material particles of the present invention and a conductive material by a mechanochemical method, a CVD method, a firing method with a carbon precursor, or the like.
As a method for mixing and compounding by the mechanochemical method, for example, an apparatus such as a ball mill, a vibration mill, a planetary ball mill, a mechanofusion (manufactured by Hosokawa Micron), a hybridizer, and Micros (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.) can be used.

CVD法としては、例えば、炭化水素系ガスを原料とし、負極材粒子表面に膜状、及び/又は繊維状の熱分解炭素(黒鉛)を形成し、複合化する方法が挙げられる。尚、CVD処理前にNi等の触媒をあらかじめ負極材粒子表面に担持しても良い。
炭素前駆体との焼成法としては、負極材粒子と導電性物質と石油ピッチ、石炭ピッチやコールタールピッチ類や、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、セルロース類などの樹脂類を原料とした炭素前駆体を混合し、更に600〜1300℃程度の温度で焼成することで複合化する方法が挙げられる。
Examples of the CVD method include a method in which a hydrocarbon-based gas is used as a raw material, and film-like and / or fibrous pyrolytic carbon (graphite) is formed on the surface of the negative electrode material particles and combined. Note that a catalyst such as Ni may be previously supported on the surface of the negative electrode material particles before the CVD treatment.
As a method of firing with a carbon precursor, a carbon precursor using negative electrode material particles, a conductive material, petroleum pitch, coal pitch, coal tar pitch, resins such as polyvinyl alcohol, phenol resin, and cellulose as raw materials. The method of compounding by mixing and baking by the temperature of about 600-1300 degreeC is mentioned.

複合化粒子の構造としては、例えば、導電性物質のマトリックス中に負極材粒子の微粒子が包埋されている構造や、負極材粒子の表面を導電性物質が被覆している構造や、負極材粒子の表面に繊維状の導電性物質が生成している構造などが挙げられる。
複合化粒子中の導電性物質の含有割合は多過ぎると負極活物質量が減少し、放電容量が小さくなる虞があり、少な過ぎると導電性物質を複合化して導電性を改善した効果が現れ難い場合もあることから、複合粒子中の本発明の負極材粒子の含有量が通常50重量%以上、特に70重量%以上で、通常99重量%以下、特に97重量%以下となるようにすることが好ましい。
As the structure of the composite particles, for example, a structure in which fine particles of negative electrode material particles are embedded in a matrix of a conductive material, a structure in which the surface of the negative electrode material particles is covered with a conductive material, or a negative electrode material Examples include a structure in which a fibrous conductive material is generated on the surface of the particles.
If the content of the conductive material in the composite particles is too large, the amount of the negative electrode active material may decrease and the discharge capacity may be reduced. If the content is too small, the effect of improving the conductivity by combining the conductive materials appears. Since it may be difficult, the content of the negative electrode material particles of the present invention in the composite particles is usually 50% by weight or more, particularly 70% by weight or more, and usually 99% by weight or less, particularly 97% by weight or less. It is preferable.

<繊維状の熱分解炭素>
繊維状の熱分解炭素としては、気相成膜成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノファイバー(CNF)、カーボンナノチューブ(CNT)などを用いることができる。CNFの構造としては、ヘリングボン、プレ−トレット、チューブラー型などがあり、CNTの構造としては、単層(SWNT)、多層(MWNT)などが挙げられる。
<Fibrous pyrolytic carbon>
As the fibrous pyrolytic carbon, vapor-phase film-grown growth carbon fiber (VGCF), carbon nanofiber (CNF), carbon nanotube (CNT), or the like can be used. The structure of CNF includes herringbon, platelet, tubular type, etc., and the structure of CNT includes single layer (SWNT), multilayer (MWNT) and the like.

繊維状の熱分解炭素のBET比表面積は、特に限定されないが、通常は300m/g以下、好ましくは200m/g以下、更に好ましくは100m/g以下の範囲である。BET比表面積の値がこの上限を上回ると、負極とした時に繊維状の熱分解炭素が電解液と反応し、初期充放電効率が小さくなり、好ましい電池が得られ難い虞がある。また、繊維状の熱分解炭素のBET比表面積は、通常10m/g程度以上である。BET比表面積の測定方法は上述の方法を用いることができる。 The BET specific surface area of the fibrous pyrolytic carbon is not particularly limited, but is usually 300 m 2 / g or less, preferably 200 m 2 / g or less, more preferably 100 m 2 / g or less. If the value of the BET specific surface area exceeds this upper limit, the fibrous pyrolytic carbon reacts with the electrolytic solution when used as a negative electrode, the initial charge / discharge efficiency decreases, and a preferable battery may not be obtained. Further, the BET specific surface area of the fibrous pyrolytic carbon is usually about 10 m 2 / g or more. As a method for measuring the BET specific surface area, the above-described method can be used.

VCGF、CNFの繊維状の熱分解炭素の結晶子面間隔d002は、特に限定されないが、通常は0.350nm以下、好ましくは0.342nm以下、更に好ましくは0.338nm以下の範囲である。d002がこの上限を上回ると、負極とした時に繊維状の熱
分解炭素が電解液と反応し、初期充放電効率が小さくなり、好ましい電池が得られ難い虞がある。また、繊維状の熱分解炭素のd002は、測定原理上0.3345nm以上である。結晶子面間隔d002を求めるX線回折測定方法は上述の方法などを用いることができる。
C:負極活物質が、焼結剤により集電体と一体に焼結された構造
この構造は、本発明の負極材粒子と焼結剤を含有する活物質層を集電体上に形成してなり、通常、負極活物質と焼結性有する物質を分散、混合させたものを、集電体基板上に薄く塗布(若しくは成型)・乾燥、続いて所定の厚み・密度まで圧密するプレスし、熱処理工程により焼結させて製造される。
The crystallite plane interval d002 of the fibrous pyrolytic carbon of VCGF or CNF is not particularly limited, but is usually 0.350 nm or less, preferably 0.342 nm or less, and more preferably 0.338 nm or less. If d002 exceeds this upper limit, the fibrous pyrolytic carbon reacts with the electrolyte when used as a negative electrode, the initial charge / discharge efficiency decreases, and a preferred battery may not be obtained. Moreover, d002 of fibrous pyrolytic carbon is 0.3345 nm or more on the measurement principle. As the X-ray diffraction measurement method for obtaining the crystallite plane distance d002, the above-described method can be used.
C: Structure in which the negative electrode active material is integrally sintered with the current collector by the sintering agent. This structure forms the active material layer containing the negative electrode material particles and the sintering agent of the present invention on the current collector. Normally, a negative electrode active material and a sinterable material dispersed and mixed are thinly applied (or molded) and dried onto a current collector substrate, and then pressed to a predetermined thickness and density. It is manufactured by sintering through a heat treatment process.

<焼結剤>
焼結剤には、酸化物、炭化物、窒化物等の前駆体や、炭素前駆体を用いる。例えば、酸化物前駆体としては、有機ジルコニウム化合物、有機チタニウム化合物等が、炭素前駆体としては、石炭ピッチ、石油ピッチやコールタールピッチ類を熱処理(酸化)し、軟化点、揮発分を調整した物(大阪化成社製TGP3500)などが挙げられる。
<Sintering agent>
As the sintering agent, precursors such as oxides, carbides and nitrides, and carbon precursors are used. For example, as an oxide precursor, an organic zirconium compound, an organic titanium compound, or the like is used, and as a carbon precursor, coal pitch, petroleum pitch, or coal tar pitch is heat-treated (oxidized) to adjust a softening point and a volatile content. Product (TGP3500, manufactured by Osaka Chemical Industry Co., Ltd.).

焼結剤の使用量は多過ぎると負極活物質量が減少し、放電容量が小さくなる虞があり、少な過ぎると負極活物質間や負極活物質と集電体間の結着力が低下し、負極として強度不足となり、負極活物質の剥離等が生じる虞があるので、本発明の負極材粒子に対して、通常3重量%以上、好ましくは5重量%以上、通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下である。
D:負極活物質が、低融点金属と結合することにより集電体と一体化した構造
この構造は、本発明の負極材粒子と低融点金属が結合した活物質層を集電体上に形成してなり、通常、負極活物質と低融点金属を分散、混合させたものを、集電体基板上に薄く塗布(若しくは成型)・乾燥、続いて所定の厚み・密度まで圧密するプレスし、熱処理工程により製造される。
If the amount of the sintering agent used is too large, the amount of the negative electrode active material decreases, and the discharge capacity may be reduced.If the amount is too small, the binding force between the negative electrode active materials or between the negative electrode active material and the current collector decreases, Since the strength of the negative electrode is insufficient and the negative electrode active material may be peeled off, the negative electrode material particles of the present invention are usually 3% by weight or more, preferably 5% by weight or more, usually 50% by weight or less, preferably 30% by weight or less.
D: Structure in which the negative electrode active material is integrated with the current collector by bonding to the low melting point metal This structure forms an active material layer in which the negative electrode material particles of the present invention and the low melting point metal are bonded on the current collector Usually, a negative electrode active material and a low melting point metal dispersed and mixed are thinly coated (or molded) on a current collector substrate, dried, and then pressed to a predetermined thickness / density, Manufactured by a heat treatment process.

<低融点金属>
低融点金属には、はんだ、ろう等を用いる。例えば、はんだとしては、Sn−Pb合金、Bi−Inを添加した低融点はんだ、Ag,Sb,Cu添加はんだなどが挙げられる。低融点金属の使用量は多過ぎると負極活物質量が減少し、放電容量が小さくなる虞があり、少な過ぎると負極活物質間や負極活物質と集電体間の結着力が低下し、負極として強度不足となり、負極活物質の剥離等が生じる虞があるので、本発明の負極材粒子に対して、通常5重量%以上、好ましくは10重量%以上、通常60重量%以下、好ましくは40重量%以下である。
E:負極活物質が、バインダー成分無しに集電体と一体化した構造
この構造は、バインダー成分無しに本発明の負極材粒子を活物質層として集電体上に形成してなり、通常、負極活物質を集電体基板上に真空下で高速衝突させる常温衝撃固化等によりバインダー成分無しに集電体と一体化する方法により製造される。より具体的には、本発明の負極材粒子を、エアロゾルデポジション法にて、集電体上へ直接成膜する方法が挙げられる。
<Low melting point metal>
For the low melting point metal, solder, solder or the like is used. For example, examples of the solder include Sn—Pb alloy, low melting point solder added with Bi—In, Ag, Sb, and Cu added solder. If the amount of the low melting point metal used is too large, the amount of the negative electrode active material is decreased, and the discharge capacity may be reduced.If the amount is too small, the binding force between the negative electrode active materials or between the negative electrode active material and the current collector is reduced. Since the strength of the negative electrode is insufficient and the negative electrode active material may be peeled off, the negative electrode material particles of the present invention are usually 5% by weight or more, preferably 10% by weight or more, usually 60% by weight or less, preferably 40% by weight or less.
E: Structure in which the negative electrode active material is integrated with the current collector without the binder component This structure is formed by forming the negative electrode material particles of the present invention on the current collector as the active material layer without the binder component. The negative electrode active material is manufactured by a method in which the negative electrode active material is integrated with the current collector without a binder component by, for example, room temperature impact solidification in which the negative electrode active material collides at high speed under vacuum. More specifically, a method of directly depositing the negative electrode material particles of the present invention on a current collector by an aerosol deposition method can be mentioned.

[3]非水電解質二次電池
本発明の非水電解質二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに電解質を備える非水電解質二次電池において、負極として本発明の負極を用いたものである。本発明の非水電解質二次電池を構成する正極、電解質等の電池構成上必要な、負極以外の部材の選択については特に制限されない。以下において、本発明の非水電解質二次電池を構成する負極以外の部材の材料等を例示するが、使用し得る材料はこれらの具体例に限定されるものではない。
[3] Non-aqueous electrolyte secondary battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and a non-aqueous electrolyte secondary battery including an electrolyte. Is used. There is no particular limitation on the selection of members other than the negative electrode necessary for the battery configuration such as the positive electrode and the electrolyte constituting the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. In the following, materials of members other than the negative electrode constituting the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be exemplified, but usable materials are not limited to these specific examples.

[正極]
正極は、集電体基板上に、正極活物質と、結着及び増粘効果を有する有機物(結着剤)を含有する活物質層を形成してなり、通常、正極活物質と結着剤を水あるいは有機溶媒中に分散させたスラリー状のものを、集電体基板上に薄く塗布・乾燥する工程、続いて所定の厚み・密度まで圧密するプレス工程により形成される。
[Positive electrode]
The positive electrode is formed by forming a positive electrode active material and an active material layer containing an organic substance (binder) having a binding and thickening effect on a current collector substrate. Usually, the positive electrode active material and the binder are used. Is formed by a thin coating and drying process on a current collector substrate, followed by a pressing process for compacting to a predetermined thickness and density.

<正極活物質>
正極活物質には、リチウムを吸蔵・放出できる機能を有している限り特に制限はないが、例えば、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物、リン酸鉄リチウム等のリチウム遷移金属複合酸化物材料;Li2MnO3−LiMO2(M:Ni、Co、Mnなどの金属)固溶体材料;二酸化マンガン等の遷移金属酸化物材料;フッ化黒鉛等の炭素質材料などを使用することができる。具体的には、LiFeO2
、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4及びこれらの非定比化合物、MnO2、TiS2、FeS2、Nb3S4、Mo3S4、CoS2、V2O5、P2O5、CrO3、V3O3、TeO2、GeO2等を用いることができる。これらは1種を単独で用いても
良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。
<Positive electrode active material>
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it has a function capable of inserting and extracting lithium. For example, lithium transition such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide, and lithium iron phosphate Metal composite oxide material; Li2MnO3-LiMO2 (M: metal such as Ni, Co, Mn) solid solution material; Transition metal oxide material such as manganese dioxide; Carbonaceous material such as fluorinated graphite can be used. Specifically, LiFeO2
LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4 and their non-stoichiometric compounds, MnO2, TiS2, FeS2, Nb3S4, Mo3S4, CoS2, V2O5, P2O5, CrO3, V3O3, TeO2, GeO2, and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

<導電剤>
正極活物質層には、正極用導電剤を用いることができる。正極用導電剤は、用いる正極活物質の充放電電位において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば何でも良い。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などのグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サ−マルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類、フッ化カーボン、アルミニウム等の金属粉末類、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカ−類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物あるいはポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料などを単独又はこれらの混合物として含ませることができる。これらの導電剤のなかで、人造黒鉛、アセチレンブラックが特に好ましい。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。
<Conductive agent>
A positive electrode conductive agent can be used for the positive electrode active material layer. The positive electrode conductive agent may be any electron conductive material that does not cause a chemical change at the charge / discharge potential of the positive electrode active material to be used. For example, graphite such as natural graphite (flaky graphite), artificial graphite, carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, carbon fiber, metal fiber, etc. Conductive fibers, metal powders such as carbon fluoride and aluminum, conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate, conductive metal oxides such as titanium oxide, and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives Can be included alone or as a mixture thereof. Among these conductive agents, artificial graphite and acetylene black are particularly preferable. These may be used alone or in combination of two or more.

導電剤の添加量は、特に限定されないが、正極活物質に対して1〜50重量%が好ましく、特に1〜30重量%が好ましい。カーボンやグラファイトでは、2〜15重量%が特に好ましい。
<結着剤>
正極活物質層の形成に用いられる結着剤としては、特に制限はなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであっても良い。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレン・ブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン・ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン・テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン・テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン・パーフルオロメチルビニルエーテル・テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体又は前記材料の(Na+)イオン架橋体、エチレン・メタクリル酸共重合体又は前記材料の(Na+)イオン架橋体、エチレン・アクリル酸メチル共重合体又は前記材料の(Na+)イオン架橋体、エチレン・メタクリル酸メチル共重合体又は前記材料の(Na+)イオン架橋体を挙げることができ、これらの材料を単独又は混合物として用いることができる。これらの材料の中でより好まし
い材料はポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。
Although the addition amount of a electrically conductive agent is not specifically limited, 1-50 weight% is preferable with respect to a positive electrode active material, and 1-30 weight% is especially preferable. In the case of carbon or graphite, 2 to 15% by weight is particularly preferable.
<Binder>
There is no restriction | limiting in particular as a binder used for formation of a positive electrode active material layer, Any of a thermoplastic resin and a thermosetting resin may be sufficient. For example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene / butadiene rubber, tetrafluoroethylene / hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP) , Tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride / chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin) ), Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride / pentafluoropropylene copolymer, propylene / tetrafluoroethylene copolymer, ethylene / chlorotri Fluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride / hexafluoropropylene / tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride / perfluoromethyl vinyl ether / tetrafluoroethylene copolymer, ethylene / acrylic acid copolymer or (Na +) ion cross-linked body, ethylene / methacrylic acid copolymer or (Na +) ion cross-linked body of the material, ethylene / methyl acrylate copolymer or (Na +) ion cross-linked body of the material, ethylene / methyl methacrylate co-polymer Examples thereof include polymers or (Na +) ion-crosslinked products of the above materials, and these materials can be used alone or as a mixture. Among these materials, more preferable materials are polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE).

<その他の添加剤>
正極活物質層には、前述の導電剤の他、更にフィラー、分散剤、イオン伝導体、圧力増強剤及びその他の各種添加剤を配合することができる。フィラーは、構成された電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いることができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、活物質層中の含有量として0〜30重量%が好ましい。
<Other additives>
In addition to the conductive agent described above, the positive electrode active material layer may further contain a filler, a dispersant, an ionic conductor, a pressure enhancer, and other various additives. Any filler can be used as long as it is a fibrous material that does not cause a chemical change in the constructed battery. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, fibers such as glass and carbon are used. Although the addition amount of a filler is not specifically limited, 0-30 weight% is preferable as content in an active material layer.

<溶媒>
正極活物質スラリーの調製には、水系溶媒又は有機溶媒が分散媒として用いられる。水系溶媒としては、通常、水が用いられるが、これにエタノール等のアルコール類、N−メチルピロリドン等の環状アミド類等の添加剤を水に対して、30重量%以下程度まで添加することもできる。
<Solvent>
In preparing the positive electrode active material slurry, an aqueous solvent or an organic solvent is used as a dispersion medium. As the aqueous solvent, water is usually used, and additives such as alcohols such as ethanol and cyclic amides such as N-methylpyrrolidone may be added to water up to about 30% by weight or less. it can.

有機溶媒としては、通常、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類、アニソール、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ブタノール、シクロヘキサノール等のアルコール類が挙げられ、中でも、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類等が好ましい。   As the organic solvent, usually, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, and aromatic hydrocarbons such as anisole, toluene and xylene And alcohols such as butanol and cyclohexanol. Among them, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide are preferable.

正極活物質、結着剤である結着及び増粘効果を有する有機物及び必要に応じて配合される正極用導電剤、その他フィラー等をこれらの溶媒に混合して正極活物質スラリーを調製し、これを正極用集電体基板に所定の厚みとなるように塗布することにより正極活物質層が形成される。
なお、この正極活物質スラリー中の正極活物質の濃度の上限は通常70重量%以下、好ましくは55重量%以下であり、下限は通常30重量%以上、好ましくは40重量%以上である。正極活物質の濃度がこの上限を超えると正極活物質スラリー中の正極活物質が凝集しやすくなり、下限を下回ると正極活物質スラリーの保存中に正極活物質が沈降しやすくなる場合もある。
A positive electrode active material, a binder as a binder, an organic substance having a thickening effect, a positive electrode conductive agent blended as necessary, and other fillers are mixed in these solvents to prepare a positive electrode active material slurry, The positive electrode active material layer is formed by applying this to the positive electrode current collector substrate so as to have a predetermined thickness.
The upper limit of the concentration of the positive electrode active material in the positive electrode active material slurry is usually 70% by weight or less, preferably 55% by weight or less, and the lower limit is usually 30% by weight or more, preferably 40% by weight or more. When the concentration of the positive electrode active material exceeds the upper limit, the positive electrode active material in the positive electrode active material slurry tends to aggregate, and when the concentration is lower than the lower limit, the positive electrode active material may easily settle during storage of the positive electrode active material slurry.

また、正極活物質スラリー中の結着剤の濃度の上限は通常30重量%以下、好ましくは10重量%以下であり、下限は通常0.1重量%以上、好ましくは0.5重量以上である。結着剤の濃度がこの上限を超えると得られる正極の内部抵抗が大きくなり、下限を下回ると正極活物質層の結着性に劣るものとなる場合もある。
<集電体>
正極用集電体としては、例えば、電解液中での陽極酸化によって表面に不動態皮膜を形成する弁金属又はその合金を用いるのが好ましい。弁金属としては、周期表4族、5族、13族に属する金属及びこれらの合金を例示することができる。具体的には、Al、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta及びこれらの金属を含む合金などを例示することができ、Al、Ti、Ta及びこれらの金属を含む合金を好ましく使用することができる。特にAl及びその合金は軽量であるためエネルギ−密度が高くて望ましい。正極用集電体の厚みは特に限定されないが通常1〜50μm程度である。
Further, the upper limit of the concentration of the binder in the positive electrode active material slurry is usually 30% by weight or less, preferably 10% by weight or less, and the lower limit is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.5% or more. . When the concentration of the binder exceeds this upper limit, the internal resistance of the positive electrode obtained increases, and when it falls below the lower limit, the binding property of the positive electrode active material layer may be inferior.
<Current collector>
As the positive electrode current collector, for example, it is preferable to use a valve metal or an alloy thereof that forms a passive film on the surface by anodic oxidation in an electrolytic solution. Examples of the valve metal include metals belonging to Groups 4, 5, and 13 of the periodic table and alloys thereof. Specifically, Al, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta and alloys containing these metals can be exemplified, and Al, Ti, Ta and alloys containing these metals can be preferably used. . In particular, Al and its alloys are desirable because of their light weight and high energy density. The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, but is usually about 1 to 50 μm.

[電解質]
電解質としては、電解液や固体電解質など、任意の電解質を用いることができる。なおここで電解質とはイオン導電体すべてのことをいい、電解液及び固体電解質は共に電解質に含まれるものとする。
電解液としては、例えば、非水系溶媒に溶質を溶解したものを用いることができる。溶質としては、アルカリ金属塩や4級アンモニウム塩などを用いることができる。具体的には、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiC(CFSO等が好ましく用いられる。これらの溶質は、1種類を選択して使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
[Electrolytes]
Any electrolyte such as an electrolytic solution or a solid electrolyte can be used as the electrolyte. Here, the electrolyte refers to all ionic conductors, and both the electrolytic solution and the solid electrolyte are included in the electrolyte.
As the electrolytic solution, for example, a solution obtained by dissolving a solute in a non-aqueous solvent can be used. As the solute, an alkali metal salt, a quaternary ammonium salt, or the like can be used. Specifically, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 and the like are preferably used. One kind of these solutes may be selected and used, or two or more kinds may be mixed and used.

電解液中のこれらの溶質の含有量は、0.2mol/L以上、特に0.5mol/L以上で、2mol/L以下、特に1.5mol/L以下であることが好ましい。
非水系溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート等の環状カーボネート、γ−ブチロラクトンなどの環状エステル化合物;1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテル;クラウンエーテル、2−メチルテトラヒドロフラン、1,2−ジメチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル;ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネートなどを用いることができる。これらの中でも、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含有する非水溶媒が好ましい。これらの溶媒は1種類を選択して使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
The content of these solutes in the electrolytic solution is preferably 0.2 mol / L or more, particularly 0.5 mol / L or more, and 2 mol / L or less, particularly 1.5 mol / L or less.
Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate and ethynyl ethylene carbonate, cyclic ester compounds such as γ-butyrolactone; chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane; crown Cyclic ethers such as ether, 2-methyltetrahydrofuran, 1,2-dimethyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, and tetrahydrofuran; chain carbonates such as diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and dimethyl carbonate can be used. Among these, a nonaqueous solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate is preferable. One type of these solvents may be selected and used, or two or more types may be mixed and used.

本発明に係る非水系電解液は、分子内に不飽和結合を有する環状炭酸エステルや従来公知の過充電防止剤、脱酸剤、脱水剤などの種々の助剤を含有していてもよい。
分子内に不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、例えば、ビニレンカーボネート系化合物、ビニルエチレンカーボネート系化合物、メチレンエチレンカーボネート系化合物等が挙げられる。
The nonaqueous electrolytic solution according to the present invention may contain various auxiliary agents such as a cyclic carbonate having an unsaturated bond in the molecule, a conventionally known overcharge inhibitor, a deoxidizer, and a dehydrator.
Examples of the cyclic carbonate having an unsaturated bond in the molecule include vinylene carbonate compounds, vinyl ethylene carbonate compounds, methylene ethylene carbonate compounds, and the like.

ビニレンカーボネート系化合物としては、例えば、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、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、4,5−ジエチルビニレンカーボネート、フルオロビニレンカーボネート、トリフルオロメチルビニレンカーボネート等が挙げられる。
ビニルエチレンカーボネート系化合物としては、例えば、ビニルエチレンカーボネート、4−メチル−4−ビニルエチレンカーボネート、4−エチル−4−ビニルエチレンカーボネート、4−n−プロピル−4−ビニルエチレンカーボネート、5−メチル−4−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレンカーボネート等が挙げられる。
Examples of the vinylene carbonate compounds include vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, 4,5-diethyl vinylene carbonate, fluoro vinylene carbonate, trifluoromethyl vinylene carbonate, and the like.
Examples of the vinyl ethylene carbonate compound include vinyl ethylene carbonate, 4-methyl-4-vinyl ethylene carbonate, 4-ethyl-4-vinyl ethylene carbonate, 4-n-propyl-4-vinyl ethylene carbonate, 5-methyl- Examples include 4-vinylethylene carbonate, 4,4-divinylethylene carbonate, 4,5-divinylethylene carbonate, and the like.

メチレンエチレンカーボネート系化合物としては、例えば、メチレンエチレンカーボネート、4,4−ジメチル−5−メチレンエチレンカーボネート、4,4−ジエチル−5−メチレンエチレンカーボネート等が挙げられる。
これらのうち、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、特にビニレンカーボネートが好ましい。
Examples of the methylene ethylene carbonate compound include methylene ethylene carbonate, 4,4-dimethyl-5-methylene ethylene carbonate, 4,4-diethyl-5-methylene ethylene carbonate, and the like.
Of these, vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate are preferable, and vinylene carbonate is particularly preferable.

これらは1種を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
非水系電解液が分子内に不飽和結合を有する環状炭酸エステル化合物を含有する場合、非水系電解液中におけるその割合は、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、特に好ましくは0.3重量%以上、最も好ましくは0.5重量%以上であり、通常8重量%以下、好ましくは4重量%以下、特に好ましくは3重量%以下である。
These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
When the non-aqueous electrolyte contains a cyclic carbonate compound having an unsaturated bond in the molecule, the proportion in the non-aqueous electrolyte is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, particularly Preferably it is 0.3% by weight or more, most preferably 0.5% by weight or more, usually 8% by weight or less, preferably 4% by weight or less, particularly preferably 3% by weight or less.

分子内に不飽和結合を有する環状炭酸エステルを電解液に含有させることにより、電池のサイクル特性を向上させることができる。その理由は明かではないが、負極の表面に安定な保護被膜を形成することができるためと推測される。ただし、その含有量が少ないと
この特性が十分に向上しない。しかし、含有量が多すぎると高温保存時にガス発生量が増大する傾向にあるので、電解液中の含有量は上記の範囲にするのが好ましい。
By including in the electrolyte a cyclic carbonate having an unsaturated bond in the molecule, the cycle characteristics of the battery can be improved. Although the reason is not clear, it is presumed that a stable protective film can be formed on the surface of the negative electrode. However, when the content is small, this property is not sufficiently improved. However, if the content is too large, the gas generation amount tends to increase during high-temperature storage, so the content in the electrolyte is preferably in the above range.

過充電防止剤としては、例えば、ビフェニル、アルキルビフェニル、タ−フェニル、タ−フェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物;2−フルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の
前記芳香族化合物の部分フッ素化物;2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソールおよび2,6−ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種類以上併用してもよい。
Examples of the overcharge inhibitor include aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, dibenzofuran; -Partially fluorinated products of the aromatic compounds such as fluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene; fluorine-containing compounds such as 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole and 2,6-difluoroanisole Anisole compounds and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

非水系電解液中における過充電防止剤の割合は、通常0.1〜5重量%である。過充電防止剤を含有させることにより、過充電等のときに電池の破裂・発火を抑制することができる。
他の助剤としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、エリスリタンカーボネート、スピロービス−ジメチレンカーボネート、メトキシエチル−メチルカーボネート等のカーボネート化合物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シートラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物およびフェニルコハク酸無水物等のカルボン酸無水物;エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブスルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホンおよびテトラメチルチウラムモノスルフィド、N,N−ジメチルメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルメタンスルホンアミド等の含硫黄化合物;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンおよびN−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、シクロヘプタン等の炭化水素化合物、フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ベンゾトリフルオライド等の含フッ素芳香族化合物などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種類以上併用して用いてもよい。
The ratio of the overcharge inhibitor in the non-aqueous electrolyte is usually 0.1 to 5% by weight. By containing an overcharge preventing agent, rupture / ignition of the battery can be suppressed during overcharge or the like.
Examples of other auxiliaries include carbonate compounds such as fluoroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, phenylethylene carbonate, erythritan carbonate, spirobis-dimethylene carbonate, methoxyethyl-methyl carbonate; succinic anhydride, glutaric anhydride, Carboxylic anhydrides such as maleic anhydride, anhydrous sheet laconic acid, anhydrous glutaconic acid, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride and phenylsuccinic anhydride; ethylene monkey Phyto, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, methyl methanesulfonate, busulfan, sulfolane, sulfolene, dimethyl sulfone and tetramethylthiuram mono Sulfur-containing compounds such as rufide, N, N-dimethylmethanesulfonamide, N, N-diethylmethanesulfonamide; 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1 , 3-dimethyl-2-imidazolidinone and nitrogen-containing compounds such as N-methylsuccinimide; hydrocarbon compounds such as heptane, octane and cycloheptane; fluorobenzene, difluorobenzene, hexafluorobenzene, benzotrifluoride, etc. And fluorine-containing aromatic compounds. These may be used alone or in combination of two or more.

非水系電解液中におけるこれらの助剤の割合は、通常0.1〜5重量%である。これらの助剤を含有することにより、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させることができる。
非水系電解液は、電解液中に有機高分子化合物を含ませ、ゲル状または、ゴム状、或いは固体シート状の固体電解質としてもよい。この場合、有機高分子化合物の具体例としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物;ポリエーテル系高分子化合物の架橋体高分子;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニルアルコール系高分子化合物;ビニルアルコール系高分子化合物の不溶化物;ポリエピークロルヒドリン;ポリフォスファゼン;ポリシロキサン;ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリルなどのビニル系高分子化合物;ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート)、ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート−co−メチルメタクリレート)等のポリマー共重合体などが挙げられる。
The ratio of these auxiliaries in the nonaqueous electrolytic solution is usually 0.1 to 5% by weight. By containing these auxiliaries, capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high-temperature storage can be improved.
The non-aqueous electrolytic solution may contain an organic polymer compound in the electrolytic solution, and may be a gel, rubber, or solid sheet solid electrolyte. In this case, specific examples of the organic polymer compound include polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide; crosslinked polymers of polyether polymer compounds; vinyl alcohol polymers such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral. Compound; Insolubilized product of vinyl alcohol polymer compound; Polyepoxy chlorohydrin; Polyphosphazene; Polysiloxane; Vinyl polymer compound such as polyvinyl pyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile; Poly (ω-methoxyoligooxyethylene Methacrylate), poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate-co-methyl methacrylate), and other polymer copolymers.

[その他の構成部材]
非水電解質二次電池用負極には、電解質、負極、及び正極の他に、更に必要に応じて、外缶、セパレータ、ガスケット、封口板、セルケ−スなどを用いることもできる。
セパレータの材質や形状は特に制限されない。セパレータは正極と負極が物理的に接触しないように分離するものであり、イオン透過性が高く、電気抵抗が低いものであるのが好ましい。セパレータは電解液に対して安定で保液性が優れた材料の中から選択するのが
好ましい。具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布が挙げられる。
[Other components]
In addition to the electrolyte, the negative electrode, and the positive electrode, an outer can, a separator, a gasket, a sealing plate, a cell case, and the like can also be used as the negative electrode for the nonaqueous electrolyte secondary battery.
The material and shape of the separator are not particularly limited. The separator is separated so that the positive electrode and the negative electrode are not in physical contact, and preferably has high ion permeability and low electrical resistance. The separator is preferably selected from materials that are stable with respect to the electrolyte and excellent in liquid retention. Specific examples include porous sheets or nonwoven fabrics made from polyolefins such as polyethylene and polypropylene.

[非水電解質二次電池の形状]
本発明の非水電解質二次電池の形状は特に制限されず、例えば、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダ−タイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ等にすることができる。
[Shape of non-aqueous electrolyte secondary battery]
The shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, a cylinder type in which a sheet electrode and a separator are spiral, a cylinder type having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a pellet electrode and a separator It can be made into the coin type etc. which laminated | stacked.

[非水電解質二次電池の製造方法]
電解質、負極及び正極を少なくとも有する本発明の非水電解質二次電池を製造する方法は、特に限定されず通常採用されている方法の中から適宜選択することができる。
本発明の非水電解質二次電池の製造方法の一例を挙げると、外缶上に負極を乗せ、その上に電解液とセパレータを設け、さらに負極と対向するように正極を乗せて、ガスケット、封口板と共にかしめて電池を組み立てる方法が挙げられる。
[Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery]
The method for producing the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention having at least an electrolyte, a negative electrode, and a positive electrode is not particularly limited and can be appropriately selected from commonly employed methods.
An example of the method for producing the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is as follows: a negative electrode is placed on an outer can, an electrolytic solution and a separator are provided thereon, and a positive electrode is placed so as to face the negative electrode; A method of assembling the battery by caulking with a sealing plate is mentioned.

次に実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例における物性についての測定方法は以下の通りである。
・平均粒径(D50)
体積基準の平均粒径(D50)は、イオン交換水を分散媒として、負極材粒子数10mgを分散後、レーザー回折式粒度分布計(例えば、堀場製作所社製「LA−920」)にて、体積基準の平均粒径(D50)を測定した。
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these Examples, unless the summary is exceeded.
The measuring methods for physical properties in the examples are as follows.
・ Average particle size (D50)
The volume-based average particle size (D50) is obtained by dispersing 10 mg of negative electrode material particles using ion-exchanged water as a dispersion medium, and then using a laser diffraction particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by Horiba, Ltd.) The volume-based average particle diameter (D50) was measured.

・X線回折による半値幅
X線回折測定における負極材粒子のSi(111)面の半値幅は、本発明の負極材粒子を照射面にセットし、X線回折装置(PANalytical社製「X‘PertPro
MPD」)を用いて測定した。測定条件は、負極材粒子を測定セルへセットし、集中法
光学系にて、2θ=5〜70度の範囲の測定を行った。バックグラウンドの補正は、カーブフィッティング法により行った。
-Half-value width by X-ray diffraction The half-value width of the Si (111) surface of the negative electrode material particles in the X-ray diffraction measurement was set on the irradiated surface of the negative electrode material particles of the present invention, and an X-ray diffraction apparatus ("X ' PertPro
MPD "). Measurement conditions were such that negative electrode material particles were set in a measurement cell, and measurement was performed in a range of 2θ = 5 to 70 degrees with a concentrated optical system. Background correction was performed by the curve fitting method.

バックグランド補正後、2θが28.4度のSi(111)面相当のピークに対してカーブフィッティングを行い、そのピークの半値幅を求め、外部標準による補正をおこなった後の値を、負極材粒子の半値幅とした。
・結晶子サイズ
結晶子サイズは、上記で求めた半値幅から、以下のシェラーの式を用いて計算した。ここでは、定数Kは0.9を採用した。
シェラー(scherrer)の式
D=(Kλ)/(βcosθ)
λは測定X線波長(Å)
βは半値幅(rad)
θは回折線のブラッグ角(rad)
・負極材粒子の組成分析
負極材粒子の組成は、負極材粒子をアルカリに溶解後、酸溶解溶液をICP−AESにて測定をおこないSi含有量を測定した。酸素含有量は、酸素窒素分析装置、ON分析計(不活性ガス雰囲気下インパルス炉加熱抽出−IR,TCD検出)、LECO社酸素窒素分析装置TC600)、炭素含有量は、炭素硫黄分析装置 CS分析計(高周波炉燃焼−IR検出法、LECO社製 炭素硫黄分析装置 CS600)を用いて測定し、それぞれ、負極材粒子に含まれる重量割合(mass%)を測定し、その値を原子%に直し、更にSi
を1とした時のZ、Mの原子濃度比に換算して、x、y組成を求めた。
After background correction, curve fitting is performed on the peak corresponding to the Si (111) plane where 2θ is 28.4 degrees, the half width of the peak is obtained, and the value after correction by the external standard is used as the negative electrode material. The half-value width of the particle was used.
-Crystallite size The crystallite size was calculated from the half-value width obtained above using the following Scherrer equation. Here, the constant K is 0.9.
Scherrer's formula
D = (Kλ) / (βcosθ)
λ is the measured X-ray wavelength (Å)
β is the full width at half maximum (rad)
θ is the Bragg angle (rad) of the diffraction line
-Composition analysis of negative electrode material particles The composition of the negative electrode material particles was obtained by dissolving the negative electrode material particles in an alkali and then measuring the acid content with ICP-AES to measure the Si content. Oxygen content is oxygen nitrogen analyzer, ON analyzer (impulse furnace heating extraction under inert gas atmosphere-IR, TCD detection), LECO oxygen nitrogen analyzer TC600), carbon content is carbon sulfur analyzer CS analysis Measured using a meter (high-frequency furnace combustion-IR detection method, carbon sulfur analyzer CS600 manufactured by LECO), respectively, measured the weight percentage (mass%) contained in the negative electrode material particles, and corrected the value to atomic% And Si
The x and y compositions were determined in terms of the atomic concentration ratio of Z and M, where 1 is 1.

[実施例1]
Si原料を、黒鉛ルツボに導入し、高周波誘導加熱装置(SKメディカル電子)により、真空度3x10−5torr、1850℃溶融・気化させ、蒸発したSi原子を対向する冷却銅板に急冷凝縮させた。 銅板を取り出し後に、得られた凝縮物は簡単に銅板から
剥離し薄片・粉状物、約1.2gの薄片が得られた。得られた薄片・粉状物を瑪瑙乳鉢で粉砕後、遊星ボールミル(フリッチュ P−7型)を用い、500rpm、3分粉砕、目開き38μmの篩にて分級し負極材粒子とした。
[Example 1]
The Si raw material was introduced into a graphite crucible, and melted and vaporized at a vacuum degree of 3 × 10 −5 torr and 1850 ° C. by a high frequency induction heating apparatus (SK Medical Electronics), and the evaporated Si atoms were rapidly cooled and condensed on the opposing cooling copper plate. After the copper plate was taken out, the obtained condensate was easily peeled off from the copper plate to obtain flakes / powder and about 1.2 g of flakes. The obtained flakes / powder were pulverized in an agate mortar and then classified with a planetary ball mill (Fritsch P-7 type) at 500 rpm for 3 minutes and classified with a sieve having an aperture of 38 μm to obtain negative electrode material particles.

得られた負極材粒子の透過型電子顕微鏡(TEM)写真を図1、図2に示す。図に示されるように、結晶構造に相当する格子像は見られず、非晶質構造であることが確認された。
粒度分布計(堀場製作所製「LA−920」)で、前述の方法に従って負極材粒子の
体積基準の平均粒径(D50)を測定したところ1.6μmであった。
A transmission electron microscope (TEM) photograph of the obtained negative electrode material particles is shown in FIGS. As shown in the figure, a lattice image corresponding to the crystal structure was not observed, and the structure was confirmed to be amorphous.
The volume-based average particle diameter (D50) of the negative electrode material particles was measured by a particle size distribution meter (“LA-920” manufactured by Horiba Seisakusho) according to the method described above, and it was 1.6 μm.

前記の方法に従って元素分析計により負極材粒子の組成分析をしたところ、粉末中に元素Cは8.6原子%、元素Oは11.8原子%であった。これを原子濃度比で表すとSi:C:O=1.00:0.11:0.15であった。
前記の方法に従って負極材粒子のX線回折による半値幅の定量を行ったところ、9.2度であった。また結晶子サイズは、0.9nmであり、長距離秩序を有しない、非晶質状態であることが確認された。
When the composition of the negative electrode material particles was analyzed by an element analyzer according to the above method, element C was 8.6 atomic% and element O was 11.8 atomic% in the powder. In terms of atomic concentration ratio, this was Si: C: O = 1.00: 0.11: 0.15.
It was 9.2 degree | times when quantitative determination of the half value width by the X ray diffraction of the negative electrode material particle was performed according to the said method. The crystallite size was 0.9 nm, and it was confirmed that the crystallite size was in an amorphous state without long-range order.

<リチウム二次電池用負極の作製方法>
上記方法で作製した負極材粒子0.7g、導電材であるアセチレンブラック(HS−100)0.1g、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸NMP溶液1.08g(固形分濃度18.6wt%)、およびNMP約1.5gを加えて混合した。こうして得られた混合物を、厚み10μmの銅箔上に塗布後、90℃で50分予備乾燥をした。当該電極を、ロールプレス機によりプレス後、窒素気流下、350℃、1時間熱処理を加え、前記ポリ
アミック酸からポリイミドへの硬化をおこなった。更に、直径12.5mmφに打ち抜き、評価用の負極とした。
<Method for producing negative electrode for lithium secondary battery>
0.7 g of negative electrode material particles produced by the above method, 0.1 g of acetylene black (HS-100) as a conductive material, 1.08 g of polyamic acid NMP solution as a polyimide precursor (solid content concentration 18.6 wt%), and About 1.5 g of NMP was added and mixed. The mixture thus obtained was applied on a copper foil having a thickness of 10 μm and then pre-dried at 90 ° C. for 50 minutes. The electrode was pressed with a roll press and then heat treated under a nitrogen stream at 350 ° C. for 1 hour to cure the polyamic acid to polyimide. Further, it was punched out to a diameter of 12.5 mmφ to obtain a negative electrode for evaluation.

<リチウム二次電池の作製方法>
得られた負極をアルゴン雰囲気下のグロ−ブボックスへ移し、電解液としてフルオロエチレンカーボネート(FEC)/ジメチルカーボネート(DMC)=8/2(重量比)の混合液を溶媒とした1mol/L−LiPF6電解液と、セパレータとしてポリエチレン
セパレータと、対極としてリチウム金属対極とを用い、コイン電池(リチウム二次電池)を作製した。
<Method for producing lithium secondary battery>
The obtained negative electrode was transferred to a glove box under an argon atmosphere, and 1 mol / L- using a mixed solution of fluoroethylene carbonate (FEC) / dimethyl carbonate (DMC) = 8/2 (weight ratio) as a solvent as an electrolytic solution. A coin battery (lithium secondary battery) was prepared using a LiPF6 electrolyte, a polyethylene separator as a separator, and a lithium metal counter electrode as a counter electrode.

<放電容量評価>
1サイクル目の充放電条件は、0.33mA/cmの電流密度でリチウム対極に対し
て5mVまで充電し、更に、5mVの一定電圧で電流値が0.07mAになるまで充電し、負極中にリチウムをドープした後、0.33mA/cmの電流密度でリチウム対極に対して1.5Vまで放電を行なった。2サイクル目以降の充電条件は、1.3mA/cmの電流密度でリチウム対極に対して5mVまで充電し、更に、5mVの一定電圧で電流値が0.26mAになるまで充電し、負極中にリチウムをドープした後、1.3mA/cmの電流密度でリチウム対極に対して1.5Vまで放電を行なった。放電容量は、3サイクル目の値を採用し、重量当りの放電容量とする場合は、活物質重量は負極重量から同面積に打ち抜いた銅箔の重量を差し引くことで求め、サイクル維持率、充放電効率は、以下に従って計算した。
<Evaluation of discharge capacity>
The charge / discharge conditions in the first cycle were charged to 5 mV with respect to the lithium counter electrode at a current density of 0.33 mA / cm 2 and further charged to a current value of 0.07 mA at a constant voltage of 5 mV. Thereafter, lithium was doped to the lithium counter electrode to 1.5 V at a current density of 0.33 mA / cm 2 . The charging conditions after the second cycle are as follows: charge to 5 mV with respect to the lithium counter electrode at a current density of 1.3 mA / cm 2 , and further charge until the current value becomes 0.26 mA at a constant voltage of 5 mV. After lithium was doped, the battery was discharged to 1.5 V with respect to the lithium counter electrode at a current density of 1.3 mA / cm 2 . For the discharge capacity, the value at the third cycle is adopted. When the discharge capacity per weight is used, the active material weight is obtained by subtracting the weight of the copper foil punched out in the same area from the negative electrode weight, and the cycle maintenance rate, charge The discharge efficiency was calculated according to the following.

<サイクル特性(A)評価>
上述の放電容量の測定方法に従い、この充放電サイクルを40回繰り返し、以下に従ってサイクル維持率(A)を計算した。
サイクル維持率(A)(%)
={40サイクル後の放電容量(mAh/g)/3サイクルの平均放電容量(mAh/g)}×100
<40サイクル時の充放電効率評価>
上述のサイクル特性(A)の測定方法に従い、この充放電サイクルを40回繰り返し、40サイクル時の充放電効率を計算した。
<Evaluation of cycle characteristics (A)>
This charge / discharge cycle was repeated 40 times according to the above-described method for measuring discharge capacity, and the cycle maintenance ratio (A) was calculated as follows.
Cycle maintenance rate (A) (%)
= {Discharge capacity after 40 cycles (mAh / g) / 3 average discharge capacity after 3 cycles (mAh / g)} × 100
<Evaluation of charge / discharge efficiency during 40 cycles>
According to the measurement method of the cycle characteristic (A) described above, this charge / discharge cycle was repeated 40 times, and the charge / discharge efficiency at 40 cycles was calculated.

40サイクル時の充放電効率(%)
={40回時の放電容量(mAh/g)/40回時の充電容量(mAh/g)}×100
<サイクル後の電極膨張率測定>
上述のサイクル特性(A)の測定後(20サイクル後)、放電状態のコイン電池をアルゴングロ−ブボックス中で短絡させないように解体し、電極を取り出して、脱水したジメチルエーテル溶媒で洗浄、乾燥後、SEM観察にてサイクル後放電時の電極の厚み(銅箔除く)を測定した。電池作製前の電極の厚み(銅箔除く)を基準として、次式に基づいてサイクル後の電極膨張率を求めた。
Charging / discharging efficiency at 40 cycles (%)
= {Discharge capacity at 40 times (mAh / g) / Charge capacity at 40 times (mAh / g)} × 100
<Measurement of electrode expansion coefficient after cycle>
After measurement of the above cycle characteristics (A) (after 20 cycles), the discharged coin cell is disassembled so as not to be short-circuited in the argon glove box, the electrode is taken out, washed with dehydrated dimethyl ether solvent, dried, The thickness (excluding copper foil) of the electrode at the time of discharge after cycling was measured by SEM observation. Based on the following formula, the electrode expansion coefficient after the cycle was obtained based on the thickness of the electrode (excluding the copper foil) before battery preparation.

サイクル後の電極膨張率(倍)=(サイクル後の電極厚み/充放電前の電極厚み)
ここで用いた負極粉末の物性値を表1、電池評価結果を表2及び表3に示した。
[実施例2]
真空度を3x10−3torrに変更した以外は、実施例1と同様に実施し、2.4gの薄片・粉状物を得た。
Electrode expansion rate after cycle (times) = (electrode thickness after cycle / electrode thickness before charge / discharge)
The physical properties of the negative electrode powder used here are shown in Table 1, and the battery evaluation results are shown in Tables 2 and 3.
[Example 2]
Except for changing the degree of vacuum to 3 × 10 −3 torr, the same procedure as in Example 1 was performed to obtain 2.4 g of flakes / powder.

実施例1同様、篩・粉砕後、粒度を測定したところ、平均粒径(D50)は2.4μmであった。
実施例1と同様に負極材粒子の組成分析をしたところ、粉末中に元素Cは12.6原子
%、元素Oは7.8原子%であった。また、原子濃度比で表すとSi:C:O=1.00:0.16:0.10であった。
As in Example 1, when the particle size was measured after sieving and pulverization, the average particle size (D50) was 2.4 μm.
The composition of the negative electrode material particles was analyzed in the same manner as in Example 1. As a result, element C was 12.6 atomic% and element O was 7.8 atomic% in the powder. In terms of atomic concentration ratio, Si: C: O = 1.00: 0.16: 0.10.

前記の方法に従って負極材粒子のX線回折による半値幅の定量を行ったところ、8.5度であった。また結晶子サイズは、1.0nmであり、長距離秩序を有しない、非晶質状態であることが確認された。
この負極材粒子を用いて実施例1と同様にして、負極及びコイン電池の作製、並びに評価を行い、結果を物性値と共に、表1、表3に示した。
It was 8.5 degree | times when the half value width by the X-ray diffraction of the negative electrode material particle was quantified according to the said method. The crystallite size was 1.0 nm, and it was confirmed that the crystallite size was in an amorphous state without long-range order.
Using this negative electrode material particle, the negative electrode and coin battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Tables 1 and 3 together with the physical properties.

[実施例3]
黒鉛ルツボのサイズを大きくした以外は、実施例1と同様に実施し、1.3gの薄片・粉状物を得た。
実施例1同様、篩・粉砕後、粒度を測定したところ、平均粒径(D50)は1.2μmであった。
[Example 3]
Except for increasing the size of the graphite crucible, the same procedure as in Example 1 was performed to obtain 1.3 g of flakes / powder.
As in Example 1, when the particle size was measured after sieving and pulverization, the average particle size (D50) was 1.2 μm.

実施例1と同様に負極材粒子の組成分析をしたところ、粉末中に元素Cは8.8原子%
、元素Oは4.3原子%であった。また、原子濃度比で表すとSi:C:O=1.00:0.10:0.05であった。
前記の方法に従って負極材粒子のX線回折による半値幅の定量を行ったところ、6.9度であった。また結晶子サイズは、1.2nmであり、長距離秩序を有しない、非晶質状
態であることが確認された
この負極材粒子を用いて実施例1と同様にして、負極及びコイン電池の作製、並びに評価を行い、結果を物性値と共に、表1、表3に示した。
When the composition analysis of the negative electrode material particles was performed in the same manner as in Example 1, the element C was 8.8 atomic% in the powder.
Element O was 4.3 atomic%. In terms of atomic concentration ratio, Si: C: O = 1.00: 0.10: 0.05.
It was 6.9 degree | times when the half value width by the X-ray diffraction of the negative electrode material particle was quantified according to the said method. Further, the crystallite size was 1.2 nm, and it was confirmed that the crystallite size was in an amorphous state without long-range order. Preparation and evaluation were performed, and the results are shown in Tables 1 and 3 together with physical property values.

[実施例4]
Siの溶融・気化温度を1950℃に変更した以外は、実施例1と同様に実施し、2.5gの薄片・粉状物を得た。
得られた薄片・粉状物を瑪瑙乳鉢で粉砕後、遊星ボールミル)を用い、500rpm、30分粉砕、目開き38μmの篩にて分級し負極材粒子とした。
[Example 4]
Except for changing the melting and vaporizing temperature of Si to 1950 ° C., the same procedure as in Example 1 was performed to obtain 2.5 g of flakes / powder.
The obtained flakes / powder were pulverized in an agate mortar and then pulverized with a planetary ball mill for 30 minutes at 500 rpm and classified with a sieve having an aperture of 38 μm to obtain negative electrode material particles.

実施例1同様、篩・粉砕後、平均粒径(D50)を測定したところ、平均粒径(D50)は0.6μmであった。
実施例1と同様に負極材粒子の組成分析をしたところ、粉末中に元素Cは13.6原子
%、元素Oは3.0原子%であった。また、原子濃度比で表すとSi:C:O=1.00:0.16:0.04であった。
As in Example 1, when the average particle size (D50) was measured after sieving and pulverization, the average particle size (D50) was 0.6 μm.
When the composition analysis of the negative electrode material particles was performed in the same manner as in Example 1, element C was 13.6 atomic% and element O was 3.0 atomic% in the powder. In terms of atomic concentration ratio, Si: C: O = 1.00: 0.16: 0.04.

前記の方法に従って負極材粒子のX線回折による半値幅の定量を行ったところ、8.2度であった。また結晶子サイズは、1.0nmであり、長距離秩序を有しない、非晶質状態であることが確認された
この負極材粒子0.5gに、黒鉛0.1g、SiOを0.1g添加した以外は、実施例1と同様にして、負極及びコイン電池の作製、並びに評価を行い、結果を物性値と共に、表1、表3に示した
[実施例5]
真空チャンバ−内に微量のCOガスを導入した以外は、実施例1と同様に実施し、0.2gの薄片・粉状物を得た。
It was 8.2 degree | times when the half value width by the X ray diffraction of the negative electrode material particle was quantified according to the said method. The crystallite size was 1.0 nm, and it was confirmed that the crystallite size was in an amorphous state without long-range order. 0.1 g of graphite and 0.1 g of SiO were added to 0.5 g of the negative electrode material particles. The negative electrode and the coin battery were produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the results were shown in Tables 1 and 3 together with the physical properties.
[Example 5]
The same procedure as in Example 1 was conducted except that a small amount of CO 2 gas was introduced into the vacuum chamber to obtain 0.2 g of flakes / powder.

実施例1と同様に負極材粒子の組成分析をしたところ、粉末中に元素Cは8.8原子%
、元素Oは22.1原子%であった。また、原子濃度比で表すとSi:C:O=1.00:0.13:0.32であった。
前記の方法に従って負極材粒子のX線回折による半値幅の定量を行ったところ、9.9度であった。また結晶子サイズは、0.8nmであり、長距離秩序を有しない、非晶質状態であることが確認された。
When the composition analysis of the negative electrode material particles was performed in the same manner as in Example 1, the element C was 8.8 atomic% in the powder.
The element O was 22.1 atomic%. In terms of atomic concentration ratio, Si: C: O = 1.00: 0.13: 0.32.
It was 9.9 degree | times when the half value width by the X-ray diffraction of the negative electrode material particle was quantified according to the said method. The crystallite size was 0.8 nm, and it was confirmed that the crystallite size was in an amorphous state without long-range order.

[比較例1]
市販のSi粒子について、実施例1と同様にして粒度分布計でこのSi粉末の平均粒径(D50)を測定したところ1.8μmであった。
実施例1と同様にしてSi粉末の組成分析をしたところ、粉末中に元素C、Nは含有されておらず、検出限界以下であった。
[Comparative Example 1]
With respect to the commercially available Si particles, the average particle diameter (D50) of the Si powder was measured by a particle size distribution analyzer in the same manner as in Example 1. As a result, it was 1.8 μm.
When the composition analysis of the Si powder was performed in the same manner as in Example 1, the elements C and N were not contained in the powder and were below the detection limit.

前記の方法に従って負極材粒子のX線回折による半値幅の定量を行ったところ、0.1度であった。また結晶子サイズは、100nm以上であり、長距離秩序を有する、つまり結晶性が高いことが確認された。
このSi粉末を用いて実施例1と同様にして、負極及びコイン電池の作製、並びに評価を行った。 また、実施1と同様に、充放電サイクル後のSEM観察を実施し、サイクル後の電極膨張率を求めた。上記結果を、物性値と共に、表1、表2及び表3に示した。
It was 0.1 degree | times when the half value width by the X ray diffraction of the negative electrode material particle was quantified according to the said method. Further, the crystallite size was 100 nm or more, and it was confirmed that the crystallite size has long-range order, that is, high crystallinity.
Using this Si powder, a negative electrode and a coin battery were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. Moreover, SEM observation after a charge / discharge cycle was implemented similarly to Example 1, and the electrode expansion coefficient after a cycle was calculated | required. The results are shown in Table 1, Table 2 and Table 3 together with physical property values.

[比較例2]
実施例2と同様の条件で実施し、1.0gの薄片・粉状物を得た。
得られた薄片・粉状物を瑪瑙乳鉢で粉砕後、遊星ボールミルによる粉砕は実施せず、目開き38μmの篩にて分級し負極材粒子とした。
実施例1同様、粒度を測定したところ、平均粒径(D50)は22μmであった。
[Comparative Example 2]
It implemented on the conditions similar to Example 2, and obtained 1.0-g flakes and powdery material.
The obtained flakes / powder were pulverized in an agate mortar and then pulverized with a planetary ball mill, and classified with a sieve having an aperture of 38 μm to obtain negative electrode material particles.
When the particle size was measured as in Example 1, the average particle size (D50) was 22 μm.

実施例1と同様に負極材粒子の組成分析をしたところ、粉末中に元素Cは13.6原子
%、元素Oは3.0原子%であった。また、原子濃度比で表すとSi:C:O=1.00:0.16:0.04であった。
前記の方法に従って負極材粒子のX線回折による半値幅の定量を行ったところ、8.2度であった。また結晶子サイズは、1.0nmであり、長距離秩序を有しない、非晶質状態であることが確認された
このSi粉末を用いて実施例1と同様にして、負極及びコイン電池の作製、並びに評価を行い、結果を物性値と共に、表1、表3に示した。
When the composition analysis of the negative electrode material particles was performed in the same manner as in Example 1, element C was 13.6 atomic% and element O was 3.0 atomic% in the powder. In terms of atomic concentration ratio, Si: C: O = 1.00: 0.16: 0.04.
It was 8.2 degree | times when the half value width by the X ray diffraction of the negative electrode material particle was quantified according to the said method. The crystallite size was 1.0 nm, and it was confirmed that the crystallite size was in an amorphous state without long-range order. Using this Si powder, production of a negative electrode and a coin battery was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 3 together with the physical property values.

表1〜表3より次のことが分かる。
比較例1の負極材粒子は、Si粉末であるが、C,Oの組成が規定範囲外であり、その結果、良いサイクル特性が得られず、且つ、サイクル後の電極膨張率が大きかった。
比較例2の負極材粒子は、SiZxMy粉末であり、その組成はSi:C:O=1.00:0.16:0.10と、本発明の規定範囲内ではあるが、粒径が22μmと規定範囲外となっており、その結果、良いサイクル特性が得られなかった。
From Tables 1 to 3, the following can be understood.
The negative electrode material particles of Comparative Example 1 were Si powder, but the composition of C and O was outside the specified range. As a result, good cycle characteristics were not obtained, and the electrode expansion coefficient after cycling was large.
The negative electrode material particles of Comparative Example 2 are SiZxMy powder, and the composition thereof is Si: C: O = 1.00: 0.16: 0.10, which is within the specified range of the present invention, but the particle size is 22 μm. As a result, good cycle characteristics could not be obtained.

これらに対して、実施例1〜5の本発明の負極材粒子は、表1に示すように、Siと元素Zと元素Mからなる化合物SiZxMyで表され、該元素Zは、C及び/又はNよりなる元素、MはOからなる元素であり、かつ非晶質構造を特徴とし、全てが本発明の規定範囲を満たしている。そして、表2に示すように、SiにC及び/又はNよりなる元素、MはOからなる元素を有する粒子は、Si−C結合、Si−O結合を有しており、Si−Si結合より強固な結合であるため、充放電後の電極膨張が抑制されていることがわかった。   On the other hand, as shown in Table 1, the negative electrode material particles of the present invention of Examples 1 to 5 are represented by a compound SiZxMy composed of Si, an element Z, and an element M, and the element Z includes C and / or An element composed of N and M is an element composed of O and have an amorphous structure, all satisfying the specified range of the present invention. And as shown in Table 2, the particle | grains which have the element which consists of C and / or N in Si, and the element which consists of M in O has Si-C bond, Si-O bond, Si-Si bond It was found that the expansion of the electrode after charge / discharge was suppressed because of the stronger bond.

また、実施例1から4及び比較例1から表3に示すように、化合物SiZxMyで表されるような非晶質構造を有する実施例1から4の負極材粒子と、結晶である比較例1のSi粒子を比較すると、実施例1から4の負極材粒子では、40サイクル後、十分容量は維持されているが、結晶Si粒子の場合、サイクル維持率が3%であり、容量劣化が激しいことがわかった。実施例1から4のような負極材粒子を用いると、放電容量が高く、初期及びサイクル中の充放電効率が高く、サイクル特性に優れ、サイクル後の電極膨張が抑えられた高性能の電池が得られることがわかった。   Further, as shown in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, Comparative Example 1 in which the negative electrode material particles of Examples 1 to 4 having an amorphous structure represented by the compound SiZxMy and crystals are used. When comparing the Si particles, the capacity of the negative electrode material particles of Examples 1 to 4 was maintained sufficiently after 40 cycles, but in the case of crystalline Si particles, the cycle retention rate was 3%, and the capacity deterioration was severe. I understood it. When the negative electrode material particles as in Examples 1 to 4 are used, a high-performance battery having a high discharge capacity, high charge and discharge efficiency in the initial stage and in the cycle, excellent cycle characteristics, and suppressed electrode expansion after the cycle. It turns out that it is obtained.

本発明の炭素材料は、非水系二次電池用の炭素材料として用いることにより、高容量、且つ充放電負荷特性の良好な非水系二次電池用負極材を提供することができる。また、当該材料の製造方法によれば、その工程数が少ない故、安定して効率的且つ安価に製造することができる。   By using the carbon material of the present invention as a carbon material for a non-aqueous secondary battery, a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery having a high capacity and good charge / discharge load characteristics can be provided. Moreover, according to the manufacturing method of the said material, since there are few processes, it can manufacture stably and efficiently and cheaply.

Claims (8)

下記条件(1)〜()を満たすSiと元素Zと元素Mからなる化合物SiZxMyを含有する非水電解質二次電池用負極材。
(1)元素Zは、C及びNの少なくとも一方である。
(2)xの範囲が0.01≦x≦0.18である。
(3)元素MがSiと元素Z以外の元素から選ばれる元素の1種又は2種以上である。
(4)yの範囲は、0.01≦y≦0.35である。
(5)平均粒径(D50)が50nm以上20μm以下である。
(6)非晶質構造である。
(7)X線回折で測定されるSi(111)面の半値幅が、6度以上である。
A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a compound SiZxMy composed of Si, element Z and element M satisfying the following conditions (1) to ( 7 ).
(1) The element Z is at least one of C and N.
(2) The range of x is 0.01 ≦ x ≦ 0.18.
(3) Element M is one or more elements selected from elements other than Si and element Z.
(4) The range of y is 0.01 ≦ y ≦ 0.35.
(5) The average particle diameter (D50) is 50 nm or more and 20 μm or less.
(6) An amorphous structure.
(7) The half width of the Si (111) surface measured by X-ray diffraction is 6 degrees or more.
前記化合物SiZxMyで表される微粒子の結晶子サイズが、0.1nmから5nmの範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の非水電解質二次電池用負極材。 2. The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the crystallite size of the fine particles represented by the compound SiZxMy is in the range of 0.1 nm to 5 nm. ラマン分光法で測定されたラマンシフトが250cm−1〜500cm−1の範囲であることを特徴とする請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池用負極材。 Negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2 Raman shift measured by Raman spectroscopy, characterized in that in the range of 250cm -1 ~500cm -1. 下記条件(1)〜(5)を満たすSiと元素Zと元素Mからなる化合物SiZxMyを含有する非水電解質二次電池用負極材を製造するにおいて、Si原料を溶融化後、蒸発・気化させ、対向する冷却部に急冷凝結させる際に、元素Mとなる原料を導入すること、及び急冷凝結の速度が、500℃/秒以上であることを特徴する非水電解質二次電池用負極材の製造方法
(1)元素Zは、C及びNの少なくとも一方である。
(2)xの範囲が0.01≦x≦0.18である。
(3)元素MがSiと元素Z以外の元素から選ばれる元素の1種又は2種以上である。
(4)yの範囲は、0.01≦y≦0.35である。
(5)平均粒径(D50)が50nm以上20μm以下である。
In manufacturing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a compound SiZxMy composed of Si, element Z and element M satisfying the following conditions (1) to (5) , the Si raw material is melted and then evaporated and vaporized. In the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery , the raw material to be element M is introduced when quenching and condensing in the opposing cooling section , and the rapid condensing speed is 500 ° C./second or more . Manufacturing method .
(1) The element Z is at least one of C and N.
(2) The range of x is 0.01 ≦ x ≦ 0.18.
(3) Element M is one or more elements selected from elements other than Si and element Z.
(4) The range of y is 0.01 ≦ y ≦ 0.35.
(5) The average particle diameter (D50) is 50 nm or more and 20 μm or less.
元素Mとなる原料が、CO及び/またはCO2ガスであることを特徴とする請求項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 4 , wherein the raw material to be the element M is CO and / or CO2 gas. 請求項4又は5に記載の製造方法によって得られる非水電解質二次電池用負極材。 A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by the production method according to claim 4 or 5 . 集電体と、該集電体上に形成された負極材とを備えると共に、該負極材が、請求項1〜のいずれか1項に記載の負極材を含有することを特徴とする、非水系二次電池用負極。 A current collector, provided with a negative electrode material formed on the current collector, and wherein the negative electrode material is contains a negative electrode material according to any one of claims 1 to 3 6 A negative electrode for a non-aqueous secondary battery. リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに、電解質を備えると共に、該負極が、請求項に記載の非水系二次電池用負極であることを特徴とする、非水系二次電池。 A nonaqueous secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and an electrolyte, wherein the negative electrode is the negative electrode for a nonaqueous secondary battery according to claim 7 .
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