JP5756781B2 - シリコン複合体及びその製造方法と負極活物質及び非水系二次電池 - Google Patents
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Description
アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも一種の金属を含むアルカリ化合物の水溶液と層状化合物とを混合し、層状ポリシランの層間においてアルコキシシランを加水分解するとともに該金属のシリケートを形成して複合体前駆体を得る第二工程と、
複合体前駆体を非酸化性雰囲気にて加熱し層状ポリシランを分解してアモルファスで粒径が0.5nm〜20nmのシリコン粒子とする第三工程と、よりなることにある。
この層状ポリシラン1.0gをエタノール中に懸濁させ、オルトケイ酸エチル1.0gを加えて撹拌した。これにより層状ポリシラン層の層間にオルトケイ酸テトラエチルが滲入して形成された層状化合物を含むエタノール懸濁液を得た。
エタノール懸濁液を室温まで冷却後、LiOH・H2Oを200mgと純水5mlとからなる水酸化リチウム水溶液を加えて撹拌した。反応後、減圧乾燥によってエタノールを除去し、複合体前駆体を得た。この複合体前駆体2は、図1に示したように、ポリシラン層20とリチウムシリケートからなるシリケート層21とが交互に積層された構造をなしている。
得られた複合体前駆体をアルゴンガス雰囲気下にて300℃で1時間加熱した。
得られた物質のXRD回折チャートを図2に、ラマンスペクトルチャートを図3に示す。図3からその物質にはSi-Si結合が存在することが確認され、図2からその物質はアモルファス状態であることが確認された。すなわち得られた物質は、リチウムシリケートからなるマトリクス中にシリコン粒子が分散してなり、リチウムシリケートとシリコン粒子の両方がアモルファスである。
先ずN-メチル-2-ピロリドン(NMP)にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を濃度8質量%となるように溶解し、バインダー溶液を調製した。
上記の手順で作製した負極を評価極として用い、リチウムイオン二次電池(ハーフセル)を作製した。対極は、金属リチウム箔(厚さ500μm)とした。
ナノテクノロジー社製のナノシリコン粉末(粒径50nm)を1.0g秤量してエタノール中に懸濁させ、オルトケイ酸テトラエチル1.0gを加えて撹拌した。これを室温まで冷却後、LiOH・H2Oを200mgと純水5mlとからなる水酸化リチウム水溶液を加えて撹拌した。反応後、減圧乾燥によってエタノールを除去し、複合体前駆体を得た。
実施例1,2及び比較例1で作製されたリチウムイオン二次電池について、1Vでの初期放電容量を測定し、結果を表1に示す。
2:複合体前駆体 20:ポリシラン層 21:シリケート層
Claims (11)
- シリケートからなるマトリクスと、該マトリクス中に分散した粒径が0.5nm〜20nmのシリコン粒子とからなり、少なくとも該シリコン粒子はアモルファスを含むことを特徴とするシリコン複合体。
- 前記シリコン粒子の粒径は1nm〜10nmである請求項1に記載のシリコン複合体。
- 前記シリコン粒子に含まれるケイ素原子と前記シリケートに含まれるケイ素原子とのモル比は1:0.1〜1:1.5である請求項1又は請求項2に記載のシリコン複合体。
- 前記シリコン粒子に含まれるケイ素原子と前記シリケートに含まれるケイ素原子とのモル比は1:0.5〜1:1である請求項3に記載のシリコン複合体。
- 前記シリケートはアモルファスである請求項1〜4のいずれかに記載のシリコン複合体。
- 前記シリコン粒子からなる層状のシリコン粒子群の層間に前記シリケートが介在する請求項1〜5のいずれかに記載のシリコン複合体。
- ケイ素原子で構成された六員環が複数連なった構造を基本骨格とし該ケイ素原子には水酸基及び水素基の少なくとも一方が結合した層状構造をなす層状ポリシランと、アルコキシシランとを有機溶媒中で混合し、該層状ポリシランの層間に該アルコキシシランが滲入した層状化合物を得る第一工程と、
アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも一種の金属を含むアルカリ化合物の水溶液と前記層状化合物とを混合し、前記層状ポリシランの層間において前記アルコキシシランを加水分解するとともに該金属のシリケートを形成して複合体前駆体を得る第二工程と、
該複合体前駆体を非酸化性雰囲気にて加熱し前記層状ポリシランを分解してアモルファスで粒径が0.5nm〜20nmのシリコン粒子とする第三工程と、よりなることを特徴とするシリコン複合体の製造方法。 - 前記アルコキシシランはオルトケイ酸テトラエチルである請求項7に記載のシリコン複合体の製造方法。
- 前記アルカリ化合物は水酸化リチウムであり、前記第三工程における加熱温度は200℃〜700℃である請求項7又は請求項8に記載のシリコン複合体の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のシリコン複合体からなることを特徴とする負極活物質。
- 請求項10に記載の負極活物質を負極活物質層に含むことを特徴とする非水系二次電池。
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