JP6459700B2 - Negative electrode and secondary battery containing amorphous-containing Si powder, and methods for producing the same - Google Patents

Negative electrode and secondary battery containing amorphous-containing Si powder, and methods for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、アモルファス含有Si粉末を含む負極及び二次電池、並びにこれらの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a negative electrode and a secondary battery containing amorphous-containing Si powder, and methods for producing them.

リチウムイオン二次電池は、充放電容量が高く、高出力化が可能な二次電池である。現在、主として携帯電子機器用の電源として用いられており、更に、今後普及が予想される電気自動車用の電源として期待されている。   A lithium ion secondary battery is a secondary battery having a high charge / discharge capacity and capable of high output. Currently, it is mainly used as a power source for portable electronic devices, and further expected as a power source for electric vehicles that are expected to be widely used in the future.

近年リチウムイオン二次電池の負極活物質として、炭素材料の理論容量を大きく超える充放電容量を持つ珪素や珪素化合物などの珪素系材料、錫や錫化合物のような錫系材料が検討されている。しかし、珪素系材料や錫系材料を負極活物質として用いると、充放電サイクルにおいてリチウム(Li)の吸蔵及び放出に伴って、負極活物質が膨張及び収縮することが知られている。   In recent years, silicon-based materials such as silicon and silicon compounds, and tin-based materials such as tin and tin compounds, which have a charge / discharge capacity that greatly exceeds the theoretical capacity of carbon materials, have been studied as negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries. . However, it is known that when a silicon-based material or a tin-based material is used as the negative electrode active material, the negative electrode active material expands and contracts with insertion and extraction of lithium (Li) in the charge / discharge cycle.

負極活物質が膨張及び収縮することで、負極活物質を集電体に保持する役割を果たすバインダーに負荷がかかる。それにより、負極活物質と集電体との密着性の低下や、電極内の導電パスが破壊されることによる電極の抵抗増大に伴う容量低下が生じる。また、膨張と収縮の繰り返しにより負極活物質に歪が生じて起こる負極活物質の微細化に伴う活物質の電極からの脱離、などが発生する。このように負極活物質の膨張及び収縮は、電池のサイクル特性低下に影響する。このサイクル特性の低下を抑制するために、様々な検討が行われている。   As the negative electrode active material expands and contracts, a load is applied to the binder that holds the negative electrode active material on the current collector. As a result, the adhesiveness between the negative electrode active material and the current collector is reduced, and the capacity is reduced due to the increase in resistance of the electrode due to the destruction of the conductive path in the electrode. Further, the negative electrode active material is distorted due to repetition of expansion and contraction, and desorption of the active material from the electrode occurs due to the refinement of the negative electrode active material. Thus, the expansion and contraction of the negative electrode active material affect the cycle characteristics of the battery. Various studies have been conducted in order to suppress the deterioration of the cycle characteristics.

例えば、結晶性のSiをアモルファス構造とすることで、Siの膨張、収縮による応力集中が緩和される傾向にある。そのため、アモルファス構造を少なくとも一部は有するアモルファス含有Siが検討されている。   For example, when crystalline Si has an amorphous structure, stress concentration due to expansion and contraction of Si tends to be relaxed. Therefore, amorphous-containing Si having at least a part of an amorphous structure has been studied.

例えば特許文献1には、シリコンを主成分とする薄膜を蒸着法で集電体上に形成した電極が提案されている。薄膜は非晶質シリコン薄膜であることが開示されている。   For example, Patent Document 1 proposes an electrode in which a thin film containing silicon as a main component is formed on a current collector by a vapor deposition method. It is disclosed that the thin film is an amorphous silicon thin film.

しかしながら、蒸着法は成膜速度が遅く、厚みのある薄膜を形成するには時間もエネルギーも多大にかかる。   However, the vapor deposition method has a slow film formation speed, and it takes a lot of time and energy to form a thick thin film.

そのためアモルファス含有Siを具備する電極の新たな製造方法が要望されている。   Therefore, there is a demand for a new method for manufacturing an electrode including amorphous-containing Si.

特開2009−231072号公報JP 2009-231072 A

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、新たなアモルファス含有Si粉末を含む負極の製造方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of this situation, and it aims at providing the manufacturing method of the negative electrode containing new amorphous content Si powder.

本発明者は、従来の製造方法とは全く異なる条件下でアモルファス含有Si粉末を得ることを想起した。具体的には、温度10,000℃〜15,000℃程度となるプラズマ内に原料Si粉末を投入し、原料Si粉末を気体又は液体状態にすること、プラズマ外を冷却し、プラズマ内外の極端な温度差を利用して、生成物を急冷しアモルファス含有Si粉末を得ることを想起した。そして、本発明者が、試行錯誤を繰り返して鋭意検討したところ、上記製造方法にて、アモルファス化度をコントロールされた任意な微粒径のアモルファス含有Si粉末が得られたことを確認した。また冷却時にSiに炭素源ガスを接触させることによって上記アモルファス含有Si粉末にカーボンコートさせることができることを確認した。そして、本発明者はかかる知見に基づき、新たな製造方法にて製造されたアモルファス含有Si粉末又はカーボンコートアモルファス含有Si粉末を具備する負極を作製し、これが正常に動作することを確認して、本発明を完成させた。   The inventor has conceived that an amorphous-containing Si powder is obtained under completely different conditions from the conventional manufacturing method. Specifically, the raw material Si powder is put into a plasma at a temperature of about 10,000 ° C. to 15,000 ° C., the raw material Si powder is made into a gas or liquid state, the outside of the plasma is cooled, and the extreme inside and outside the plasma It was recalled that the product was quenched by using a simple temperature difference to obtain amorphous Si powder. And when this inventor repeated trial and error and earnestly examined, it confirmed that the amorphous-containing Si powder of the arbitrary fine particle sizes by which the amorphousization degree was controlled was obtained with the said manufacturing method. It was also confirmed that the amorphous-containing Si powder could be carbon coated by bringing a carbon source gas into contact with Si during cooling. And based on such knowledge, the present inventor produced a negative electrode comprising an amorphous-containing Si powder or a carbon-coated amorphous-containing Si powder produced by a new production method, and confirmed that this operates normally, The present invention has been completed.

すなわち、本発明の負極は、平均粒子径が1nm以上200nm以下であるアモルファス含有Si粉末を具備することを特徴とする。   That is, the negative electrode of the present invention is characterized by comprising an amorphous-containing Si powder having an average particle diameter of 1 nm to 200 nm.

また、本発明の負極の製造方法は、原料Si粉末を導入流にて、プラズマ内に導入する工程と、導入流がプラズマ内を通過した後の通過流を冷却する冷却工程と、を含むアモルファス含有Si粉末の製造工程と、アモルファス含有Si粉末を用いる工程と、を含むことを特徴とする。   The negative electrode manufacturing method of the present invention also includes an amorphous process including a step of introducing raw material Si powder into the plasma by an introduction flow, and a cooling step of cooling the flow after the introduction flow passes through the plasma. The manufacturing process of containing Si powder and the process of using amorphous containing Si powder are included.

本発明は、新たな製造方法にて製造されたアモルファス含有Si粉末を具備する負極及び二次電池を提供できる。   The present invention can provide a negative electrode and a secondary battery comprising an amorphous-containing Si powder produced by a new production method.

プラズマ発生装置の模式図である。It is a schematic diagram of a plasma generator. 製造例1の粉末及び製造例2の粉末の粒度分布図である。4 is a particle size distribution diagram of the powder of Production Example 1 and the powder of Production Example 2. FIG. 製造例2の粉末の透過型電子顕微鏡像である。6 is a transmission electron microscope image of the powder of Production Example 2. 比較製造例1の粉末及び製造例1,2,11の粉末のX線回折チャートである。2 is an X-ray diffraction chart of the powder of Comparative Production Example 1 and the powders of Production Examples 1, 2, and 11. 製造例14の粉末のエネルギー分散型X線分光法(以下、EDXと称す。)による分析結果である。It is an analysis result by energy dispersive X-ray spectroscopy (hereinafter referred to as EDX) of the powder of Production Example 14. 製造例14の粉末のEDXによる分析結果である。It is an analysis result by EDX of the powder of manufacture example 14. 実施例1〜実施例4、比較例1の負極を用いたリチウムイオン二次電池のサイクル数と容量維持率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the cycle number of a lithium ion secondary battery using the negative electrode of Example 1- Example 4, and the comparative example 1, and a capacity maintenance rate.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「x〜y」は、下限xおよび上限yをその範囲に含む。そして、これらの上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を上限、下限の数値とすることができる。   The best mode for carrying out the present invention will be described below. Unless otherwise specified, the numerical range “x to y” described in this specification includes the lower limit x and the upper limit y. The numerical range can be configured by arbitrarily combining these upper limit value and lower limit value and the numerical values listed in the examples. Furthermore, numerical values arbitrarily selected from the numerical value range can be used as upper and lower numerical values.

以下、本発明の負極の製造方法に沿って、本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described along the method for producing a negative electrode of the present invention.

本発明の負極の製造方法は、原料Si粉末を導入流にて、プラズマ内に導入する工程と、導入流がプラズマ内を通過した後の通過流を冷却する冷却工程と、を含むアモルファス含有Si粉末の製造工程と、アモルファス含有Si粉末を用いる工程と、を含むことを特徴とする。   The method for producing a negative electrode of the present invention includes an amorphous-containing Si including a step of introducing raw material Si powder into a plasma by an introduction flow, and a cooling step of cooling the flow after the introduction flow passes through the plasma. It includes a manufacturing process of powder and a process using amorphous-containing Si powder.

まず原料Si粉末を導入流にて、プラズマ内に導入する工程と、導入流がプラズマ内を通過した後の通過流を冷却する冷却工程と、を含むアモルファス含有Si粉末の製造工程について説明する。なお、以下、当該アモルファス含有Si粉末の製造工程を単に「粉末製造工程」ということがあり、当該アモルファス含有Si粉末の製造工程で製造されたアモルファス含有Si粉末を「本発明の粉末」ということがあり、また当該アモルファス含有Si粉末の製造工程で製造されたカーボンコートアモルファス含有Si粉末を「本発明のカーボンコート粉末」ということがある。   First, a process for producing amorphous-containing Si powder including a step of introducing the raw material Si powder into the plasma by the introduction flow and a cooling step of cooling the passage flow after the introduction flow has passed through the plasma will be described. Hereinafter, the production process of the amorphous-containing Si powder is sometimes simply referred to as “powder production process”, and the amorphous-containing Si powder produced in the production process of the amorphous-containing Si powder is referred to as “powder of the present invention”. In addition, the carbon-coated amorphous-containing Si powder produced in the production process of the amorphous-containing Si powder is sometimes referred to as “carbon-coated powder of the present invention”.

原料Si粉末は市販のSi粉末を使用すればよい。原料Si粉末の構造は、特に限定されない。原料Si粉末の平均粒径D50は特に限定されないが、1μm〜100μmが好ましく、1μm〜40μmがより好ましく、2μm〜10μmがさらに好ましい。原料Si粉末の平均粒径D50が小さすぎると、静電気などにより原料Si粉末を移動させにくいおそれがあり、原料Si粉末の平均粒径D50が大きすぎると、原料Si粉末を均一に移動させにくいおそれがあるし、またプラズマ内で原料Si粉末の導入量全量を気化または液体状態にするのが困難になるおそれがある。 A commercially available Si powder may be used as the raw material Si powder. The structure of the raw material Si powder is not particularly limited. Although the raw material Si average particle diameter D 50 of the powder is not particularly limited, but is preferably 1 m to 100 m, more preferably 1Myuemu~40myuemu, more preferably 2Myuemu~10myuemu. When the average particle diameter D 50 of the raw material Si powder is too small, the less likely to move the raw material Si powder by static electricity, when the average particle diameter D 50 of the raw material Si powder is too large, to uniformly move the raw material Si powder It may be difficult, and it may be difficult to vaporize or make the entire amount of the raw material Si powder introduced into the plasma in the plasma.

平均粒径D50は粒度分布測定法によって計測できる。平均粒径D50とはレーザー回析法による粒度分布測定における体積分布の積算値が50%に相当する粒子径のことである。つまり、平均粒径D50とは、体積基準で測定したメディアン径を意味する。 The average particle diameter D 50 can be measured by particle size distribution measurement method. The average particle diameter D 50 is that the particle size cumulative value of the volume distribution in the particle size distribution measurement by laser diffraction method is equivalent to 50%. That is, the average particle diameter D 50 means the median size measured by volume.

粉末製造工程は、プラズマ発生装置を用いて実施される。プラズマは、アーク放電、高周波電磁誘導、マイクロ波加熱放電などで発生させればよい。   The powder production process is performed using a plasma generator. The plasma may be generated by arc discharge, high frequency electromagnetic induction, microwave heating discharge, or the like.

高周波電磁誘導式のプラズマ発生装置の場合、その周波数は、例えば0.5MHz〜400MHzの範囲内、好ましくは1MHz〜80MHzの範囲内とすればよい。   In the case of a high-frequency electromagnetic induction type plasma generator, the frequency may be, for example, in the range of 0.5 MHz to 400 MHz, preferably in the range of 1 MHz to 80 MHz.

プラズマ出力は、例えば3kW〜300kWの範囲内、好ましくは5kW〜50kWの範囲内とすればよい。でプラズマ出力を増加することで、本発明の粉末のアモルファス化度を大きくすることができる。またプラズマ出力を大きくすれば、原料Si粉末の供給量を多くすることができる。   The plasma output may be, for example, in the range of 3 kW to 300 kW, preferably in the range of 5 kW to 50 kW. By increasing the plasma output, the degree of amorphization of the powder of the present invention can be increased. Further, if the plasma output is increased, the supply amount of the raw material Si powder can be increased.

プラズマ発生装置内の圧力は適宜設定すればよく、例えば10kPa〜大気圧の範囲内を例示できる。プラズマ出力やプラズマ発生装置内の圧力を変動させることで、本発明の粉末のアモルファス化度や平均粒子径を変化させることができる。例えば、プラズマ発生装置内の圧力を大気圧に近づけることで、本発明の粉末の平均粒子径を小さくすることができる。   What is necessary is just to set the pressure in a plasma generator suitably, for example, the inside of the range of 10 kPa-atmospheric pressure can be illustrated. By varying the plasma output and the pressure in the plasma generator, the degree of amorphization and the average particle diameter of the powder of the present invention can be changed. For example, the average particle diameter of the powder of the present invention can be reduced by bringing the pressure in the plasma generator close to atmospheric pressure.

導入流としては、プラズマの安定性を考慮して、プラズマ下で使用し得る気体を主流とするのが好ましい。上記気体としては、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスや水素が好ましい。導入ガス流量としては、20L/min.〜120L/min.を例示できる。   As the introduction flow, in consideration of the stability of the plasma, a gas that can be used under the plasma is preferably used as the main flow. As the gas, a rare gas such as helium or argon or hydrogen is preferable. As an introduction gas flow rate, 20 L / min. -120 L / min. Can be illustrated.

プラズマ発生装置の種類によるが、粉末製造工程においては、導入流として、原料Si粉末を運搬するキャリヤーガス、キャリヤーガスとは別にコイル内に導入されるインナーガス、及び、プラズマ発生部位を不活性雰囲気下にするためのプロセスガスを採用するのが好ましい。   Depending on the type of plasma generator, in the powder production process, the carrier gas that carries the raw Si powder, the inner gas that is introduced into the coil separately from the carrier gas, and the plasma generation site are inert atmosphere It is preferable to employ a process gas for lowering.

キャリヤーガスの流量としては、1L/min.〜10L/min.を例示できる。キャリヤーガスの流量が多いほど本発明の粉末のアモルファス化度が高くなる。これはキャリヤーガス流量を多くすることで、Siの核生成から低温部に達するまでの時間が短くなるためと推測される。   The flow rate of the carrier gas is 1 L / min. -10 L / min. Can be illustrated. The higher the flow rate of the carrier gas, the higher the degree of amorphization of the powder of the present invention. This is presumably because the time from the nucleation of Si to the low temperature portion is shortened by increasing the carrier gas flow rate.

インナーガスの流量としては、1L/min.〜10L/min.を例示できる。   The flow rate of the inner gas is 1 L / min. -10 L / min. Can be illustrated.

プロセスガスの流量としては、15L/min.〜100L/min.を例示できる。プロセスガスの流量としては、30L/min.〜100L/min.が好ましい。またプロセスガスには、アルゴンとヘリウムとの混合ガスを用いることが好ましい。プロセスガスとしてアルゴンとヘリウムとの混合ガスを用いるとアルゴンのみをプロセスガスとして用いる場合に比べてプラズマ内の温度を高めることができる。ヘリウムとアルゴンとの比率にもよるが、実施例の装置を用いる場合には、アルゴンのみをプロセスガスとして用いる場合のプラズマ内の温度は10,000℃程度であり、アルゴンとヘリウムとの混合ガスをプロセスガスとして用いる場合のプラズマ内の温度は15,000℃程度である。プラズマ内の温度を高めると、冷却工程における冷却速度が速くなり、本発明の粉末のアモルファス化度を高くできる。   The flow rate of the process gas is 15 L / min. ~ 100 L / min. Can be illustrated. As the flow rate of the process gas, 30 L / min. ~ 100 L / min. Is preferred. Further, it is preferable to use a mixed gas of argon and helium as the process gas. When a mixed gas of argon and helium is used as the process gas, the temperature in the plasma can be increased as compared with the case where only argon is used as the process gas. Although depending on the ratio of helium and argon, when the apparatus of the embodiment is used, the temperature in the plasma when only argon is used as the process gas is about 10,000 ° C., and a mixed gas of argon and helium When using as a process gas, the temperature in the plasma is about 15,000 ° C. When the temperature in the plasma is increased, the cooling rate in the cooling step is increased, and the degree of amorphization of the powder of the present invention can be increased.

原料Si粉末の供給速度は、50mg/min〜1000mg/minが好ましい。原料Si粉末の供給速度が速くなりすぎると多くのSi粒子の気化によりプラズマの熱が奪われプラズマ内の温度が低下する場合がある。   The supply rate of the raw material Si powder is preferably 50 mg / min to 1000 mg / min. If the supply speed of the raw material Si powder becomes too fast, the heat of the plasma may be taken away due to the vaporization of many Si particles, and the temperature in the plasma may decrease.

プラズマ内の温度は、8,000℃〜20,000℃程度である。Siはプラズマ内で気化状態となり、気化されたSiを含む通過流が冷却されて2,000℃〜2,300℃程度でSiの核が生成される。そして核生成後のSiはさらに室温程度まで急速に冷却される。高温状態から室温付近にまで、急激に冷却されるため、Siは結晶成長する期間がほとんどなく、アモルファス含有Si粉末が製造される。   The temperature in the plasma is about 8,000 ° C. to 20,000 ° C. Si is vaporized in the plasma, and the passing flow containing the vaporized Si is cooled, and Si nuclei are generated at about 2,000 ° C. to 2,300 ° C. The nucleated Si is further rapidly cooled to about room temperature. Since it is rapidly cooled from a high temperature state to near room temperature, Si has almost no period of crystal growth, and amorphous-containing Si powder is produced.

冷却工程では、導入流がプラズマ内を通過した後の通過流が冷却される。プラズマ内は高温状態であり、プラズマ外の雰囲気温度は室温であるので、通過流がプラズマ内からプラズマ外にでるだけで通過流は急激に冷却されることになる。またプラズマ発生装置の全体を冷却水などで冷却することによりプラズマ外の雰囲気温度をさらに下げて、冷却速度をさらに速くすることもできる。   In the cooling step, the through flow after the introduction flow passes through the plasma is cooled. Since the inside of the plasma is in a high temperature state and the ambient temperature outside the plasma is room temperature, the passing flow is rapidly cooled only by the passing flow coming out of the plasma to the outside of the plasma. In addition, by cooling the entire plasma generator with cooling water or the like, the ambient temperature outside the plasma can be further lowered and the cooling rate can be further increased.

また冷却ガスを通過流に接触させることで通過流の冷却速度を更に速くすることもできる。冷却速度をより速めるには通過流に対向する冷却ガス流を通過流に向かって噴射させることが好ましい。通過流に対向する冷却ガス流を通過流に向かって噴射させることによって、冷却ガス流と通過流とが良好に接触し、通過流がまんべんなく冷却されて、より急速に通過流を冷却することができる。   Further, the cooling rate of the passing flow can be further increased by bringing the cooling gas into contact with the passing flow. In order to further increase the cooling rate, it is preferable to inject a cooling gas flow facing the passing flow toward the passing flow. By injecting the cooling gas flow facing the through flow toward the through flow, the cooling gas flow and the through flow are in good contact with each other, and the through flow is evenly cooled, thereby cooling the through flow more rapidly. it can.

粉末製造工程において、通過流の冷却速度が速くなれば、より微細であり、かつアモルファス化度の高い本発明の粉末が得られる。   In the powder production process, if the cooling rate of the passing flow is increased, the powder of the present invention that is finer and has a high degree of amorphization can be obtained.

冷却ガスとしては、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスが好ましい。冷却ガスの温度は室温でもよいし、室温以下でもよい。冷却ガスの流量としては、導入流よりも小さい流量であればよく、例えば1L/min.〜30L/min.の範囲内を例示できる。冷却ガスの流量が大きいほど、本発明の粉末のアモルファス化度が高くなる。   As the cooling gas, a rare gas such as helium or argon is preferable. The temperature of the cooling gas may be room temperature or lower than room temperature. The flow rate of the cooling gas may be a flow rate smaller than that of the introduction flow, for example, 1 L / min. -30 L / min. This can be illustrated as an example. The larger the flow rate of the cooling gas, the higher the degree of amorphization of the powder of the present invention.

粉末製造工程では、粉末の平均粒子径を任意に調節できる。粉末製造工程によれば、平均粒子径がナノサイズの本発明の粉末を簡便に作製できる。本発明の粉末の平均粒子径は、1nm以上200nm以下の範囲内であるのが好ましく、10nm〜50nmの範囲内がより好ましい。ここでの平均粒子径とは、本発明の粉末を走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などの電子顕微鏡で観察した場合における、粒子の最長径の算術平均値を意味する。   In the powder production process, the average particle diameter of the powder can be arbitrarily adjusted. According to the powder production process, the powder of the present invention having an average particle size of nanosize can be easily produced. The average particle size of the powder of the present invention is preferably in the range of 1 nm to 200 nm, more preferably in the range of 10 nm to 50 nm. The average particle diameter here means an arithmetic average value of the longest diameter of the particles when the powder of the present invention is observed with an electron microscope such as a scanning electron microscope or a transmission electron microscope.

アモルファス含有Si粉末の平均粒子径が小さいと、アモルファス含有Si粉末が電池の負極活物質として使用された場合、例えば、電池の充放電時のSiの膨張収縮による応力集中が緩和でき、電極及び電池の寿命が向上するなどの効果が奏される。   When the average particle size of the amorphous-containing Si powder is small, when the amorphous-containing Si powder is used as a negative electrode active material of a battery, for example, stress concentration due to expansion and contraction of Si during battery charging / discharging can be alleviated, and the electrode and battery The effect of improving the lifetime of the film is exhibited.

本発明の粉末は、そのアモルファス化度が50%以上であることが好ましい。アモルファス化度の高いアモルファス含有Si粉末が電池の負極活物質として使用された場合、Siの膨張収縮の程度が緩和され、電極及び電池の寿命が向上するなどの効果が奏される。   The powder of the present invention preferably has an amorphous degree of 50% or more. When amorphous-containing Si powder having a high degree of amorphization is used as the negative electrode active material of the battery, effects such as a reduction in the degree of expansion and contraction of Si and an improvement in the life of the electrode and the battery are exhibited.

ここでアモルファス化度は、本発明の粉末におけるアモルファス構造の含有量を指す。本発明においてアモルファス化度は、粉末X線回折法(以下、XRDと称す。)の測定データを用い、さらに下記の算出法1及び算出法2を行って得たものである。   Here, the degree of amorphization refers to the content of the amorphous structure in the powder of the present invention. In the present invention, the degree of amorphization is obtained by performing the following calculation method 1 and calculation method 2 using measurement data of a powder X-ray diffraction method (hereinafter referred to as XRD).

本発明におけるアモルファス化度は下記に説明するアモルファス化度=Si(a)/(Si(c)+Si(a))の式より求める。   The degree of amorphization in the present invention is determined from the following formula: degree of amorphization = Si (a) / (Si (c) + Si (a)).

(算出法1:内部標準法)
内部標準物質として酸化亜鉛(以下、ZnOと称す。)を用いる。
(Calculation method 1: Internal standard method)
Zinc oxide (hereinafter referred to as ZnO) is used as an internal standard substance.

結晶Si粉末とZnOとをいくつかの質量比で混合して各混合物を作製する。各混合物のX線回折パターンを測定する。各混合物のX線回折パターンから結晶Siの最大強度ピークとZnOの最大強度ピークとの比を求める。横軸に結晶Si質量/ZnO質量となる質量比、縦軸に結晶Siピーク強度/ZnOピーク強度となるピーク強度比をとり、検量線を作製する。   Each mixture is prepared by mixing crystalline Si powder and ZnO at several mass ratios. The X-ray diffraction pattern of each mixture is measured. The ratio between the maximum intensity peak of crystalline Si and the maximum intensity peak of ZnO is determined from the X-ray diffraction pattern of each mixture. A calibration curve is prepared by taking the mass ratio of crystalline Si mass / ZnO mass on the horizontal axis and the peak intensity ratio of crystalline Si peak intensity / ZnO peak intensity on the vertical axis.

アモルファス化度を測定したい試料とZnOとを所定の質量比Xで混合して混合物を作製し、その混合物のX線回折パターンを測定する。X線回折パターンから試料の最大ピーク強度とZnOの最大ピーク強度の比を求める。得られたピーク比を上記検量線に当てはめて検量線上における質量比X’を求める。   A sample whose degree of amorphization is to be measured and ZnO are mixed at a predetermined mass ratio X to produce a mixture, and the X-ray diffraction pattern of the mixture is measured. The ratio of the maximum peak intensity of the sample to the maximum peak intensity of ZnO is determined from the X-ray diffraction pattern. The obtained peak ratio is applied to the calibration curve to determine the mass ratio X ′ on the calibration curve.

(算出法2:試料に含有されるSiOの質量による影響の削除)
本発明のアモルファス含有Si粉末は、表面に酸化被膜つまりSiO層がついていることがある。本発明のアモルファス含有Si粉末は平均粒子径がナノサイズであるため、SiO層の含有割合によっては、アモルファス化度に誤差がでる可能性がある。より精度良い数値とするため、SiOの質量を以下のように求め、その質量をアモルファス化度に影響する因子として削除する補正を施す。手順は以下の通りである。
(Calculation method 2: Elimination of influence due to the mass of SiO 2 contained in the sample)
The amorphous-containing Si powder of the present invention may have an oxide film, that is, a SiO 2 layer on the surface. Since the average particle diameter of the amorphous-containing Si powder of the present invention is nano-sized, an error may occur in the degree of amorphization depending on the content ratio of the SiO 2 layer. In order to obtain a more accurate numerical value, the mass of SiO 2 is obtained as follows, and the mass is corrected to be deleted as a factor that affects the degree of amorphization. The procedure is as follows.

1.試料の透過型電子顕微鏡(以下、TEMと称す。)観察を行い、試料の平均粒子径を求める。試料の平均粒子径は粒子200個分の算術平均値とする。   1. The sample is observed with a transmission electron microscope (hereinafter referred to as TEM) to determine the average particle size of the sample. The average particle diameter of the sample is an arithmetic average value for 200 particles.

2.試料の走査透過型電子顕微鏡(以下STEMと称す。)観察を行い、O元素マッピングして、SiO層の厚みを算出する。厚みの値は粒子200個分の算術平均値とする。 2. The sample is observed with a scanning transmission electron microscope (hereinafter referred to as STEM), O element mapping is performed, and the thickness of the SiO 2 layer is calculated. The thickness value is an arithmetic average value for 200 particles.

3.試料の平均粒子径とSiO層の厚みからSi:SiOの体積比を求める。 3. The volume ratio of Si: SiO 2 is determined from the average particle diameter of the sample and the thickness of the SiO 2 layer.

4.Siの密度2.33g/cm及びSiOの密度2.21g/cmと、上記体積比から、Si:SiOの質量比を求める。 4). The mass ratio of Si: SiO 2 is determined from the Si density of 2.33 g / cm 3 and the SiO 2 density of 2.21 g / cm 3 and the above volume ratio.

5.質量比と、試料の質量からSiOの質量を求める。 5. The mass of SiO 2 is determined from the mass ratio and the mass of the sample.

6.結晶Siの質量をSi(c)、アモルファスSiの質量をSi(a)、SiOの質量をSiOとすると、試料の質量=Si(c)+Si(a)+SiOとなる。従ってSi(c)+Si(a)=(試料の質量)−(SiOの質量)となる。 6). When the mass of crystalline Si is Si (c), the mass of amorphous Si is Si (a), and the mass of SiO 2 is SiO 2 , the mass of the sample = Si (c) + Si (a) + SiO 2 . Therefore, Si (c) + Si (a) = (mass of sample) − (mass of SiO 2 ).

実際には、X=(Si(c)+Si(a)+SiO)/(Si(c)+Si(a)+SiO+ZnO)であり、X’=Si(c)/(Si(c)+Si(a)+SiO+ZnO)であるので、(X−X’)/X=(Si(a)+SiO)/(Si(c)+Si(a)+SiO)となる。この式に、Xの値、X’の値、SiOの質量、試料の質量の数値をそれぞれ代入することでSi(a)/(Si(c)+Si(a))を算出する。 Actually, X = (Si (c) + Si (a) + SiO 2 ) / (Si (c) + Si (a) + SiO 2 + ZnO), and X ′ = Si (c) / (Si (c) + Si ( a) + SiO 2 + ZnO), (X−X ′) / X = (Si (a) + SiO 2 ) / (Si (c) + Si (a) + SiO 2 ) Si (a) / (Si (c) + Si (a)) is calculated by substituting the value of X, the value of X ′, the mass of SiO 2 , and the mass of the sample into this equation.

本発明の粉末は好ましいアモルファス化度と平均粒子径とを兼ね備えることにより、お互いの相乗効果が期待できる。   Since the powder of the present invention has a preferable degree of amorphization and an average particle size, a synergistic effect can be expected.

また本発明の粉末は、真球度が高い。本発明において、真球度は、本発明の粉末を走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などの電子顕微鏡で観察した結果から以下の式1又は式2によって算出する。観察する粒子数は200個とし、真球度はその200個の平均値とする。
真球度=(粒子の最短径)/(粒子の最長径)・・・(式1)
真球度=4πS/l(S:粒子の面積、l:粒子の周囲長)・・(式2)
式1及び式2のどちらを用いて真球度を求めても、真球度の値はほとんど同じである。
The powder of the present invention has a high sphericity. In the present invention, the sphericity is calculated by the following formula 1 or formula 2 from the result of observing the powder of the present invention with an electron microscope such as a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. The number of particles to be observed is 200, and the sphericity is an average value of the 200 particles.
Sphericality = (Smallest particle diameter) / (Longest particle diameter) (Formula 1)
Sphericality = 4πS / l 2 (S: area of particle, l: circumference of particle) (Equation 2)
Regardless of whether the sphericity is obtained by using either Equation 1 or Equation 2, the value of sphericity is almost the same.

真球度は0.8以上1以下が好ましい。真球度は1に近い方が真球に近い。真球度がこの範囲であれば、アモルファス含有Si粉末が電池の負極活物質として使用された場合、例えば、電極ごとのアモルファス含有Si粉末の充填率の変動が抑制され、電極の品質が安定するなどの効果が奏される。従来技術に記載された回転ディスク法で製造される粉末は、製造時に遠心力がかかる。そのため、製造された粉末は、偏った形状となることもあり、従来技術では均一な形状の粉末を簡便に作製するのが難しい。   The sphericity is preferably 0.8 or more and 1 or less. The sphericity closer to 1 is closer to a true sphere. If the sphericity is within this range, when amorphous-containing Si powder is used as the negative electrode active material of the battery, for example, fluctuation of the filling rate of amorphous-containing Si powder for each electrode is suppressed, and the quality of the electrode is stabilized. Effects such as are produced. The powder produced by the rotating disk method described in the prior art is subjected to centrifugal force during production. For this reason, the produced powder may have a biased shape, and it is difficult to easily produce a uniform shaped powder with the conventional technology.

本発明の粉末の比表面積が10m/g〜300m/gであることが好ましく、40m/g〜200m/gであることがより好ましく、60m/g〜160m/gであることがさらに好ましい。比表面積は窒素吸着を用いたBET法によって測定したものである。 Preferably the specific surface area of the powder of the present invention is 10m 2 / g~300m 2 / g, more preferably 40m 2 / g~200m 2 / g, is 60m 2 / g~160m 2 / g More preferably. The specific surface area is measured by the BET method using nitrogen adsorption.

比表面積が大きすぎると、本発明の粉末の表面に形成される酸化被膜が増大するおそれがある。比表面積が小さすぎると、本発明の粉末が電池の負極活物質として使用された場合、電池の充放電容量が小さくなるおそれがある。   If the specific surface area is too large, the oxide film formed on the surface of the powder of the present invention may increase. When the specific surface area is too small, when the powder of the present invention is used as a negative electrode active material for a battery, the charge / discharge capacity of the battery may be reduced.

(カーボンコートアモルファス含有Si粉末)
上記した冷却工程において、通過流内のSiを炭素源ガスと接触させてSiにカーボンコートさせることができる。通過流内のSiを炭素源ガスと接触させるには、冷却ガスに炭素源ガスを含ませることによって簡便に行うことができる。通過流に対向する炭素源ガス流を通過流に向かって噴射することが好ましい。
(Carbon coat amorphous Si powder)
In the cooling step described above, Si in the passing flow can be brought into contact with the carbon source gas to carbon-coat Si. In order to bring Si in the flow through into contact with the carbon source gas, it can be simply performed by including the carbon source gas in the cooling gas. It is preferable to inject a carbon source gas flow facing the through flow toward the through flow.

炭素源ガス流を通過流に向かって噴射させる場合、プラズマ内に炭素源ガスが混入されないようにすることが好ましい。プラズマ内に炭素源ガスが混入されるとSiとCが反応してSiCが生成するおそれがある。   When the carbon source gas flow is injected toward the passing flow, it is preferable that the carbon source gas is not mixed in the plasma. If the carbon source gas is mixed in the plasma, Si and C may react to generate SiC.

Siにカーボンコートさせるためには、冷却ガスとして炭素源ガスのみを用いてもよいし、炭素源ガスと希ガスとを併用してもよい。冷却ガスにおける炭素源ガスの割合は、希ガス:炭素源ガス=0:100〜99:1が好ましく、希ガス:炭素源ガス=80:20〜98:2がより好ましく、希ガス:炭素源ガス=90:10〜97:3がさらに好ましい。   In order to coat Si with carbon, only a carbon source gas may be used as a cooling gas, or a carbon source gas and a rare gas may be used in combination. The ratio of the carbon source gas in the cooling gas is preferably noble gas: carbon source gas = 0: 100 to 99: 1, more preferably noble gas: carbon source gas = 80: 20 to 98: 2, and noble gas: carbon source. Gas = 90: 10 to 97: 3 is more preferable.

炭素源ガスとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等のアルカン類、アセチレン、メチルアセチレン、ブチン、ペンチン、へキチン、ヘプチン、オクチン等のアルキン類、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキテン、ヘプテン、オクテン等のアルケン類、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルプロピルエーテル、ジプロピルエーテル、プロピルブチルエーテル、ジブチルエーテル等のエーテル類、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等のグリコール類、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸エチル、酢酸メチル、酪酸メチル、酪酸エチル等のエステル類、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン等位のエーテル類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ピリジン、フラン等の芳香族類が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。炭素源ガスとしては、アルカン類、アルキン類、アルケン類が好ましい。   Examples of the carbon source gas include alkanes such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, and octane, alkynes such as acetylene, methylacetylene, butyne, pentyne, hexyne, heptine, and octyne, ethylene, Alkenes such as propylene, butene, pentene, hexene, heptene, octene, ethers such as dimethyl ether, ethyl methyl ether, diethyl ether, ethyl propyl ether, dipropyl ether, propyl butyl ether, dibutyl ether, ethylene glycol, propylene glycol, glycerin Glycols such as methyl formate, ethyl formate, ethyl acetate, methyl acetate, methyl butyrate, ethyl butyrate, diethyl ether, ethyl methyl ether, tetrahydrofuran, etc. Ethers, benzene, toluene, xylene, pyridine, aromatic such as furan and the like. These may be used alone or in combination of two or more. As the carbon source gas, alkanes, alkynes, and alkenes are preferable.

本発明のカーボンコート粉末は、その平均粒子径が1nm以上200nm以下の範囲内であるのが好ましく、10nm〜60nmの範囲内がより好ましい。ここでの平均粒子径とは、本発明の粉末を走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などの電子顕微鏡で観察した場合における、粒子の最長径の算術平均値を意味する。   The average particle diameter of the carbon coat powder of the present invention is preferably in the range of 1 nm to 200 nm, and more preferably in the range of 10 nm to 60 nm. The average particle diameter here means an arithmetic average value of the longest diameter of the particles when the powder of the present invention is observed with an electron microscope such as a scanning electron microscope or a transmission electron microscope.

また本発明のカーボンコート粉末は上記した本発明の粉末に、カーボンコートされている。Siは導電性が低いため、カーボンコートされることによって導電性を向上できる。なお、本発明のカーボンコート粉末が電池の負極活物質として使用された場合、例えば、電池の反応抵抗を低減する効果が奏され、高速の充放電でも十分な容量を示す効果が奏され、また電池及び電池の寿命が向上する効果が奏される。   The carbon-coated powder of the present invention is carbon-coated on the above-described powder of the present invention. Since Si is low in conductivity, conductivity can be improved by carbon coating. In addition, when the carbon coat powder of the present invention is used as a negative electrode active material of a battery, for example, an effect of reducing the reaction resistance of the battery is exhibited, and an effect of exhibiting a sufficient capacity even at high speed charge / discharge is achieved. The effect of improving the life of the battery and the battery is exhibited.

本発明のカーボンコート粉末は、本発明の粉末の表面にカーボン層が形成されている。このカーボン層におけるカーボンは結晶カーボンであっても、アモルファスカーボンであっても、両者の混合物であってもよい。本発明のカーボンコート粉末において、カーボンの少なくとも一部はアモルファスであることが好ましい。カーボン層のカーボンがアモルファス構造を有することにより、Siの膨張、収縮がおこっても、カーボン層がSi粒子の表面からはがれにくく、カーボンコートによる効果を維持しやすい。   The carbon coat powder of the present invention has a carbon layer formed on the surface of the powder of the present invention. The carbon in the carbon layer may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture of both. In the carbon coat powder of the present invention, it is preferable that at least a part of carbon is amorphous. Since the carbon of the carbon layer has an amorphous structure, even if Si expands or contracts, the carbon layer is difficult to peel off from the surface of the Si particles, and the effect of the carbon coat can be easily maintained.

カーボン層の厚みは、特に限定されない。カーボン層の厚みは20nm以下が好ましい。   The thickness of the carbon layer is not particularly limited. The thickness of the carbon layer is preferably 20 nm or less.

また上記冷却工程において、通過流内のSiを炭素源ガスと接触させてSiにカーボンを被覆させることができるので、大気中の酸素にさらされることなく、Siにカーボンがコートされる。そのため、カーボンコートアモルファス含有Si粉末におけるSiの表面は酸化されにくい。従ってこのように作製されたカーボンコートアモルファス含有Si粉末は、酸素含有量が小さい。   Further, in the cooling step, Si in the passing flow can be brought into contact with the carbon source gas so that Si is coated with carbon, so that Si is coated with carbon without being exposed to oxygen in the atmosphere. Therefore, the surface of Si in the carbon coat amorphous-containing Si powder is not easily oxidized. Accordingly, the carbon-coated amorphous Si powder produced in this way has a low oxygen content.

カーボンコートアモルファス含有Si粉末の酸素含有量は10%以下であるのが好ましく、5%以下であるのがさらに好ましい。カーボンコートアモルファス含有Si粉末の酸素含有量が小さいと、電池の負極活物質として使用された場合、電池の不可逆容量を低減する効果が奏される。   The oxygen content of the carbon-coated amorphous-containing Si powder is preferably 10% or less, and more preferably 5% or less. When the oxygen content of the carbon-coated amorphous-containing Si powder is small, an effect of reducing the irreversible capacity of the battery is exhibited when used as a negative electrode active material of the battery.

本発明のカーボンコート粉末の比表面積は1m/g〜200m/gであることが好ましく、30m/g〜150m/gであることがより好ましく、50m/g〜100m/gであることがさらに好ましい。比表面積は窒素吸着を用いたBET法によって測定したものである。 The specific surface area of the carbon coating powder of the present invention is preferably from 1m 2 / g~200m 2 / g, more preferably 30m 2 / g~150m 2 / g, 50m 2 / g~100m 2 / g More preferably. The specific surface area is measured by the BET method using nitrogen adsorption.

次に、本発明の粉末を用いる工程について説明する。当該工程は、具体的には、負極活物質として機能するアモルファス含有Si粉末を溶剤と混合し負極活物質層用組成物とする工程である。   Next, the process using the powder of the present invention will be described. Specifically, the step is a step of mixing the amorphous-containing Si powder functioning as the negative electrode active material with a solvent to obtain a negative electrode active material layer composition.

溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトンを例示できる。溶剤の使用量は、負極活物質層用組成物がスラリー状になる程度の量が好ましい。   Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, and methyl isobutyl ketone. The amount of the solvent used is preferably such that the composition for the negative electrode active material layer becomes a slurry.

負極活物質層用組成物には、アモルファス含有Si粉末及び溶剤以外に、他の公知の負極活物質、結着剤、導電助剤を加えてもよい。   In addition to the amorphous-containing Si powder and the solvent, other known negative electrode active materials, binders, and conductive assistants may be added to the negative electrode active material layer composition.

結着剤は、活物質を集電体の表面に繋ぎ止め、電極中の導電ネットワークを維持する役割を果たすものである。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ(メタ)アクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースを例示することができる。これらの結着剤を単独で又は複数で採用すればよい。   The binder plays a role of securing the active material to the surface of the current collector and maintaining a conductive network in the electrode. Examples of the binder include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, alkoxysilyl group-containing resins, poly ( Examples thereof include acrylic resins such as (meth) acrylic acid, styrene-butadiene rubber, and carboxymethyl cellulose. These binders may be used singly or in plural.

他の負極活物質としては、リチウムを吸蔵及び放出可能な炭素系材料、リチウムと合金化可能な元素、リチウムと合金化可能な元素を有する化合物、あるいは高分子材料などを例示することができる。   Examples of the other negative electrode active material include a carbon-based material capable of inserting and extracting lithium, an element that can be alloyed with lithium, a compound having an element that can be alloyed with lithium, a polymer material, and the like.

炭素系材料としては、難黒鉛化性炭素、黒鉛、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭あるいはカーボンブラック類が例示できる。ここで、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール類やフラン類などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。   Examples of the carbon-based material include non-graphitizable carbon, graphite, cokes, graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, activated carbon, and carbon blacks. Here, the organic polymer compound fired body refers to a material obtained by firing and carbonizing a polymer material such as phenols and furans at an appropriate temperature.

リチウムと合金化可能な元素としては、具体的にNa、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Biが例示でき、特に、Si又はSnが好ましい。   Specifically, elements that can be alloyed with lithium include Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si. , Ge, Sn, Pb, Sb, Bi can be exemplified, and Si or Sn is particularly preferable.

リチウムと合金化可能な元素を有する化合物としては、具体的にZnLiAl、AlSb、SiB、SiB、MgSi、MgSn、NiSi、TiSi、MoSi、CoSi、NiSi、CaSi、CrSi、CuSi、FeSi、MnSi、NbSi、TaSi、VSi、WSi、ZnSi、SiC、Si、SiO、SiO(0<v≦2)、SnO(0<w≦2)、SnSiO、LiSiOあるいはLiSnOを例示でき、特に、SiO(0.3≦x≦1.6、又は0.5≦x≦1.5)が好ましい。 Specific examples of the compound having an element that can be alloyed with lithium include ZnLiAl, AlSb, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2, WSi 2, ZnSi 2, SiC, Si 3 N 4, Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSiO or LiSnO can be exemplified, especially SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6 or 0.5 ≦ x ≦ 1.5) Is preferred.

負極活物質層用組成物における結着剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:結着剤=1:0.001〜1:0.3の範囲内とするのが好ましく、1:0.005〜1:0.2の範囲内とするのがより好ましく、1:0.01〜1:0.15の範囲内とするのがさらに好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The mixing ratio of the binder in the composition for the negative electrode active material layer is preferably a mass ratio in the range of negative electrode active material: binder = 1: 0.001 to 1: 0.3. More preferably, it is within the range of 0.005 to 1: 0.2, and even more preferably within the range of 1: 0.01 to 1: 0.15. This is because when the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and when the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。導電助剤としては化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)、および各種金属粒子などが例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて負極活物質層に添加することができる。   The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive auxiliary agent may be added arbitrarily when the electrode conductivity is insufficient, and may not be added when the electrode conductivity is sufficiently excellent. The conductive auxiliary agent may be any chemically inert electronic high conductor, such as carbon black, graphite, acetylene black, ketjen black (registered trademark), vapor grown carbon fiber (Vapor Grown Carbon). Fiber: VGCF) and various metal particles are exemplified. These conductive assistants can be added to the negative electrode active material layer alone or in combination of two or more.

負極活物質層用組成物における導電助剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:導電助剤=1:0.005〜1:0.5の範囲内とするのが好ましく、1:0.01〜1:0.2の範囲内とするのがより好ましく、1:0.02〜1:0.1の範囲内とするのがさらに好ましい。導電助剤が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助剤が多すぎると負極活物質層の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The blending ratio of the conductive assistant in the negative electrode active material layer composition is, by mass ratio, preferably negative electrode active material: conductive assistant = 1: 0.005 to 1: 0.5, A range of 0.01 to 1: 0.2 is more preferable, and a range of 1: 0.02 to 1: 0.1 is even more preferable. This is because if the amount of the conductive aid is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive aid is too large, the formability of the negative electrode active material layer is deteriorated and the energy density of the electrode is lowered.

負極活物質層用組成物を集電体に塗布する工程、乾燥工程、必要に応じ圧縮工程を経て、本発明の負極が製造される。   The negative electrode of the present invention is produced through a step of applying the negative electrode active material layer composition to the current collector, a drying step, and a compression step as necessary.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていてもよい。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いてもよい。   The current collector refers to a chemically inert electronic high conductor that keeps a current flowing through an electrode during discharge or charging of a lithium ion secondary battery. As the current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel, etc. Metal materials can be exemplified. The current collector may be covered with a known protective layer. What collected the surface of the electrical power collector by the well-known method may be used as an electrical power collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a linear shape, a rod shape, a mesh, or the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector. When the current collector is in the form of foil, sheet or film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

負極活物質層用組成物を集電体に塗布するには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いればよい。   In order to apply the negative electrode active material layer composition to the current collector, a conventionally known method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method may be used. .

本発明の負極は、二次電池の負極として使用し得る。以下、本発明の負極を具備する二次電池を本発明の二次電池という。本発明の二次電池の一態様は、本発明の負極、正極、電解液及びセパレータを具備する。本発明の二次電池がリチウムイオン二次電池の場合を例にとって説明する。   The negative electrode of the present invention can be used as a negative electrode for a secondary battery. Hereinafter, the secondary battery provided with the negative electrode of the present invention is referred to as the secondary battery of the present invention. One embodiment of the secondary battery of the present invention includes the negative electrode, the positive electrode, the electrolytic solution, and the separator of the present invention. The case where the secondary battery of the present invention is a lithium ion secondary battery will be described as an example.

正極は、集電体と、集電体上に結着された正極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極活物質と、結着剤とを含み、さらには導電助剤及びその他の添加剤を含んでもよい。正極活物質、導電助剤及び結着剤は、特に限定はない。   The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer bound on the current collector. The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and a binder, and may further include a conductive additive and other additives. A positive electrode active material, a conductive support agent, and a binder are not particularly limited.

正極活物質としては、Li等の電荷担体を吸蔵及び放出可能なものを使用すればよい。正極活物質としては、層状化合物のLiNiCoMn(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはLi、Fe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、Zr、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、Laから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3)、LiMnOを挙げることができる。また、正極活物質として、LiMn、LiMn等のスピネル、及びスピネルと層状化合物の混合物で構成される固溶体、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。さらに、正極活物質として、LiFePOFなどのLiMPOF(Mは遷移金属)で表されるタボライト系化合物、LiFeBOなどのLiMBO(Mは遷移金属)で表されるボレート系化合物を挙げることができる。正極活物質として用いられるいずれの金属酸化物も上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能である。また、正極活物質として、充放電に寄与するリチウムイオンを含まない正極活物質材料、たとえば、硫黄単体(S)、硫黄と炭素を複合化した化合物、TiSなどの金属硫化物、V、MnOなどの酸化物、ポリアニリン及びアントラキノン並びにこれら芳香族を化学構造に含む化合物、共役二酢酸系有機物などの共役系材料、その他公知の材料を用いることもできる。さらに、ニトロキシド、ニトロニルニトロキシド、ガルビノキシル、フェノキシルなどの安定なラジカルを有する化合物を正極活物質として採用してもよい。リチウムを含まない正極活物質材料を用いる場合には、正極及び/又は負極に、公知の方法により、予めイオンを添加させておく必要がある。ここで、当該イオンを添加するためには、金属又は当該イオンを含む化合物を用いればよい。 As the positive electrode active material, a material capable of occluding and releasing charge carriers such as Li may be used. As the positive electrode active material, the layered compound Li a Ni b Co c Mn d De O f (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, D is Li, Fe, Cr, Cu, At least one element selected from Zn, Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, Zr, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, 1.7 ≦ f ≦ 3 ), Li 2 MnO 3 . Further, as a positive electrode active material, a solid solution composed of a spinel such as LiMn 2 O 4 and Li 2 Mn 2 O 4 and a mixture of a spinel and a layered compound, LiMPO 4 , LiMVO 4, or Li 2 MSiO 4 (M in the formula) Are selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe). Furthermore, as the positive electrode active material, tavorite compound (the M a transition metal) LiMPO 4 F, such as LiFePO 4 F represented by, Limbo 3 such LiFeBO 3 (M is a transition metal) include borate-based compound represented by be able to. Any metal oxide used as the positive electrode active material may have the above composition formula as a basic composition, and a metal element contained in the basic composition may be substituted with another metal element. Further, as a positive electrode active material, a positive electrode active material that does not contain lithium ions that contribute to charge / discharge, for example, sulfur alone (S), a compound in which sulfur and carbon are combined, a metal sulfide such as TiS 2 , V 2 O, etc. 5 , oxides such as MnO 2 , polyaniline and anthraquinone, compounds containing these aromatics in the chemical structure, conjugated materials such as conjugated diacetic acid organic materials, and other known materials can also be used. Further, a compound having a stable radical such as nitroxide, nitronyl nitroxide, galvinoxyl, phenoxyl, etc. may be adopted as the positive electrode active material. When using a positive electrode active material that does not contain lithium, it is necessary to add ions to the positive electrode and / or the negative electrode in advance by a known method. Here, in order to add the ion, a metal or a compound containing the ion may be used.

正極に用いる集電体は、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼など、リチウムイオン二次電池の正極に一般的に使用されるものであればよく、それ以外は負極で説明した集電体と同様である。   The current collector used for the positive electrode is not limited as long as it is generally used for the positive electrode of a lithium ion secondary battery, such as aluminum, nickel, and stainless steel. .

正極に用いる導電助剤については、負極で説明したものを同様の配合割合で適宜適切に採用すればよい。   What is necessary is just to employ | adopt suitably suitably what was demonstrated with the negative electrode about the conductive support agent used for a positive electrode with the same compounding ratio.

正極に用いる結着剤については、負極で説明したものを同様の配合割合で適宜適切に採用すればよい。   What is necessary is just to employ | adopt suitably suitably about the binder used for a positive electrode by the same mixture ratio as what was demonstrated with the negative electrode.

電解液は、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質とを含んでいる。   The electrolytic solution includes a nonaqueous solvent and an electrolyte dissolved in the nonaqueous solvent.

非水溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類等が使用できる。環状エステル類としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状エステル類としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等を例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを例示できる。非水溶媒としては、上記具体的な溶媒の化学構造のうち一部又は全部の水素がフッ素に置換した化合物を採用しても良い。   As the non-aqueous solvent, cyclic esters, chain esters, ethers and the like can be used. Examples of cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, and gamma valerolactone. Examples of chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetic acid alkyl ester. Examples of ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane. As the non-aqueous solvent, a compound in which part or all of hydrogen in the chemical structure of the specific solvent is substituted with fluorine may be employed.

電解質としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を例示できる。 Examples of the electrolyte include lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .

電解液としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネートなどの非水溶媒に、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/Lから1.7mol/L程度の濃度で溶解させた溶液を例示できる。 As an electrolytic solution, 0.5 mol / L to 1.7 mol of a lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 in a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, and diethyl carbonate. A solution dissolved at a concentration of about / L can be exemplified.

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。   The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows lithium ions to pass while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. As separators, natural resins such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, polyaramid (Aromatic polymer), polyester, polyacrylonitrile, and other polysaccharides, cellulose, amylose and other polysaccharides, fibroin, keratin, lignin, suberin, etc. Examples thereof include porous bodies, nonwoven fabrics, and woven fabrics using one or more electrically insulating materials such as polymers and ceramics. The separator may have a multilayer structure.

次に、本発明の二次電池の製造方法についてリチウムイオン二次電池を例にとって説明する。本発明の二次電池の製造方法は、本発明の負極の製造方法で得られた負極を配設する工程を含む。具体的には、以下のとおりである。   Next, a method for producing a secondary battery of the present invention will be described taking a lithium ion secondary battery as an example. The manufacturing method of the secondary battery of this invention includes the process of arrange | positioning the negative electrode obtained by the manufacturing method of the negative electrode of this invention. Specifically, it is as follows.

正極および負極に必要に応じてセパレータを挟装させ電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に電解液を加えてリチウムイオン二次電池とするとよい。また、本発明の二次電池は、電極に含まれる活物質の種類に適した電圧範囲で充放電を実行されればよい。   A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode as necessary to form an electrode body. The electrode body may be either a stacked type in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are stacked, or a wound type in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are sandwiched. After connecting between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal connected to the outside using a current collecting lead or the like, an electrolytic solution is added to the electrode body to form a lithium ion secondary battery. It is good to do. Moreover, the secondary battery of this invention should just be charged / discharged in the voltage range suitable for the kind of active material contained in an electrode.

本発明の二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。   The shape of the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a laminate shape can be adopted.

本発明の二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部に二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、たとえば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。リチウムイオン二次電池を搭載する機器としては、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、風力発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び/又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び/又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。   The secondary battery of the present invention may be mounted on a vehicle. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from the secondary battery for all or part of its power source, and may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like. When a lithium ion secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of lithium ion secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. Examples of devices equipped with lithium ion secondary batteries include various home appliances driven by batteries such as personal computers and portable communication devices, office devices, and industrial devices in addition to vehicles. Furthermore, the lithium ion secondary battery of the present invention includes wind power generation, solar power generation, hydroelectric power generation and other power system power storage devices and power smoothing devices, power supplies for ships and / or auxiliary power supply sources, aircraft, Power supply for spacecraft and / or auxiliary equipment, auxiliary power supply for vehicles that do not use electricity as a power source, power supply for mobile home robots, power supply for system backup, power supply for uninterruptible power supply, You may use for the electrical storage apparatus which stores temporarily the electric power required for charge in the charging station for electric vehicles.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.

以下に、製造例、実施例及び比較例などを示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to production examples, examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited by these Examples.

(製造例1)
図1に示すプラズマ発生装置を用いて、製造例1の粉末を製造した。図1におけるプラズマ発生装置において、粉体供給器1より原料粉体が供給され、キャリヤーガス経路6を通して原料粉体がプラズマ発生装置内に導入される。キャリヤーガスはキャリヤーガス経路6を通じてプラズマ発生装置内に導入され、プロセスガスはプロセスガス経路7を通じてプラズマ発生装置内に導入され、インナーガスはインナーガス経路8を通じてプラズマ発生装置内に導入される。電力供給装置2によって電力が供給され、プラズマ発生装置内にプラズマが発生する。冷却ガス経路9を通じて運ばれた冷却ガスはプラズマ内を通過した後の通過流に対向する方向に噴射される。また各ガスは排気部3を通じて装置外に排気される。製造物は自重で落下し、内部チャンバー5の下部に収容される。図1に示すプラズマ発生装置において、白抜き矢印は冷却水を表す。
(Production Example 1)
The powder of Production Example 1 was produced using the plasma generator shown in FIG. In the plasma generator in FIG. 1, the raw material powder is supplied from the powder supplier 1, and the raw material powder is introduced into the plasma generator through the carrier gas path 6. The carrier gas is introduced into the plasma generator through the carrier gas path 6, the process gas is introduced into the plasma generator through the process gas path 7, and the inner gas is introduced into the plasma generator through the inner gas path 8. Power is supplied by the power supply device 2, and plasma is generated in the plasma generator. The cooling gas carried through the cooling gas path 9 is injected in a direction opposite to the passing flow after passing through the plasma. Each gas is exhausted outside the apparatus through the exhaust unit 3. The product falls by its own weight and is stored in the lower part of the internal chamber 5. In the plasma generator shown in FIG. 1, white arrows represent cooling water.

原料Si粉末として、平均粒径D50の実測値が3μmのSi粉末(株式会社高純度化学研究所製、品番SIE23PB)を準備した。 As a raw material Si powder, measured values of the average particle diameter D 50 was prepared 3 [mu] m Si powder (produced by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., product number SIE23PB).

原料Si粉末を粉体供給器に配置した。   The raw material Si powder was placed in a powder feeder.

プラズマ発生装置内に、プロセスガスとしてアルゴンガスを60L/min.で供給し、インナーガスとしてアルゴンガスを5L/min.で供給し、キャリヤーガスとしてアルゴンガスを3L/min.で供給した。電力供給装置から電力を供給し、周波数4MHzの磁場をコイルに印加して、出力20kWのプラズマを発生させた。なお、プラズマ発生装置内の圧力は大気圧とした。   In the plasma generator, argon gas as a process gas was added at 60 L / min. At 5 L / min. As an inner gas. At a flow rate of 3 L / min. Supplied with. Electric power was supplied from the power supply device, and a magnetic field with a frequency of 4 MHz was applied to the coil to generate plasma with an output of 20 kW. The pressure in the plasma generator was atmospheric pressure.

プラズマの安定後、粉体供給器を作動させ、原料Si粉体を100mg/min.の速度で、キャリヤーガスとともに、プラズマ内へ導入した。プラズマ内を通過した後の通過流とともに放出された粉末を収集し、製造例1の粉末とした。製造例1の粉末は黄土色であった。なお、製造例1においては、冷却ガスを使用しなかった。   After the plasma was stabilized, the powder feeder was operated, and the raw material Si powder was added at 100 mg / min. Was introduced into the plasma together with the carrier gas at a rate of The powder discharged together with the flow after passing through the plasma was collected and used as the powder of Production Example 1. The powder of Production Example 1 was ocher. In Production Example 1, no cooling gas was used.

(製造例2)
冷却ガスとしてアルゴンガスを20L/min.で供給した以外は、製造例1と同様の方法で、製造例2の粉末を製造した。製造例2の粉末は黄土色であった。
(Production Example 2)
Argon gas was used as a cooling gas at 20 L / min. The powder of Production Example 2 was produced in the same manner as in Production Example 1, except that it was supplied in the above. The powder of Production Example 2 was ocher.

(製造例3)
プラズマ発生装置内に、プロセスガスとしてアルゴンガスを55L/min.、ヘリウムガスを5L/min.の混合ガスで供給し、出力27kWのプラズマを発生させ、原料供給速度を600mg/min.とした以外は製造例1と同様にして製造例3の粉末を製造した。製造例3の粉末は黄土色であった。
(Production Example 3)
Argon gas as a process gas was 55 L / min. In the plasma generator. Helium gas at 5 L / min. And a 27 kW output plasma is generated, and the raw material supply rate is 600 mg / min. A powder of Production Example 3 was produced in the same manner as Production Example 1 except that. The powder of Production Example 3 was ocher.

(製造例4)
出力30kWのプラズマを発生させた以外は製造例3と同様の方法で、製造例4の粉末を製造した。製造例4の粉末は黄土色であった。
(Production Example 4)
The powder of Production Example 4 was produced in the same manner as in Production Example 3, except that plasma with an output of 30 kW was generated. The powder of Production Example 4 was ocher.

(製造例5)
出力33kWのプラズマを発生させた以外は製造例3と同様の方法で、製造例5の粉末を製造した。製造例5の粉末は黄土色であった。
(Production Example 5)
The powder of Production Example 5 was produced in the same manner as Production Example 3, except that plasma with an output of 33 kW was generated. The powder of Production Example 5 was ocher.

(製造例6)
キャリヤーガスとしてアルゴンを4.5L/min.で供給した以外は製造例4と同様の方法で、製造例6の粉末を製造した。製造例6の粉末は黄土色であった。
(Production Example 6)
Argon as a carrier gas is 4.5 L / min. The powder of Production Example 6 was produced in the same manner as in Production Example 4 except that the powder was supplied in the above. The powder of Production Example 6 was ocher.

(製造例7)
キャリヤーガスとしてアルゴンを6.0L/min.で供給した以外は製造例4と同様の方法で、製造例7の粉末を製造した。製造例7の粉末は黄土色であった。
(Production Example 7)
Argon as a carrier gas is 6.0 L / min. The powder of Production Example 7 was produced in the same manner as in Production Example 4 except that the powder was supplied in the above. The powder of Production Example 7 was ocher.

(製造例8)
原料供給速度を350mg/min.とした以外は製造例4と同様の方法で、製造例8の粉末を製造した。製造例8の粉末は黄土色であった。
(Production Example 8)
The raw material supply rate was 350 mg / min. A powder of Production Example 8 was produced in the same manner as Production Example 4 except that. The powder of Production Example 8 was ocher.

(製造例9)
冷却ガスとしてアルゴンガスを10L/min.で供給した以外は、製造例4と同様の方法で、製造例9の粉末を製造した。製造例9の粉末は黄土色であった。
(Production Example 9)
Argon gas was used as a cooling gas at 10 L / min. The powder of Production Example 9 was produced in the same manner as in Production Example 4 except that the powder was supplied in the above. The powder of Production Example 9 was ocher.

(製造例10)
冷却ガスとしてアルゴンガスを20L/min.で供給した以外は、製造例4と同様の方法で、製造例10の粉末を製造した。製造例10の粉末は黄土色であった。
(Production Example 10)
Argon gas was used as a cooling gas at 20 L / min. The powder of Production Example 10 was produced in the same manner as in Production Example 4 except that the powder was supplied in the above. The powder of Production Example 10 was ocher.

(製造例11)
冷却ガスとしてアルゴンガスを10L/min.で供給した以外は、製造例1と同様の方法で、製造例11の粉末を製造した。製造例11の粉末は黄土色であった。
(Production Example 11)
Argon gas was used as a cooling gas at 10 L / min. The powder of Production Example 11 was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the powder was supplied in the above. The powder of Production Example 11 was ocher.

(比較製造例1)
原料Si粉末を比較製造例1の粉末とした。
(Comparative Production Example 1)
The raw material Si powder was used as the powder of Comparative Production Example 1.

<平均粒子径及びアモルファス化度の測定>
製造例1〜製造例11の粉末のアモルファス化度及び平均粒子径を測定した。
<Measurement of average particle size and amorphization degree>
The amorphization degree and average particle diameter of the powders of Production Examples 1 to 11 were measured.

アモルファス化度は上記で説明した通りにアモルファス化度=Si(a)/(Si(c)+Si(a))の式より求めた。XRDは粉末X線回折装置(二軸X線回折装置(理学電気製、商品名RINT2550V)を用いて計測した。結晶Si粉末として原料Si粉末を用い、原料Si粉末とZnOとを用いて検量線を作製した。STEMで観察された各粉末のSiO層の厚みは1nm〜4nmであった。 As described above, the degree of amorphization was obtained from the formula: degree of amorphization = Si (a) / (Si (c) + Si (a)). XRD was measured using a powder X-ray diffractometer (biaxial X-ray diffractometer (product name: RINT2550V, manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.). A raw material Si powder was used as the crystalline Si powder, and a calibration curve was obtained using the raw material Si powder and ZnO. The thickness of the SiO 2 layer of each powder observed with STEM was 1 nm to 4 nm.

平均粒子径はTEMを用いて計測した。得られた各TEM像から、各粒子の最長径を粒子200個につき測定し、その最長径の算術平均値である平均粒子径を算出した。   The average particle diameter was measured using TEM. From the obtained TEM images, the longest diameter of each particle was measured for 200 particles, and the average particle diameter which was an arithmetic average value of the longest diameter was calculated.

例えば、製造例1の粉末の平均粒子径は30nmであり、製造例2の粉末の平均粒子径は22nmであった。製造例1の粉末及び製造例2の粉末の粒度分布図を図2に示す。また、製造例2の粉末のTEM像を図3に示す。   For example, the average particle size of the powder of Production Example 1 was 30 nm, and the average particle size of the powder of Production Example 2 was 22 nm. A particle size distribution diagram of the powder of Production Example 1 and the powder of Production Example 2 is shown in FIG. Moreover, the TEM image of the powder of the manufacture example 2 is shown in FIG.

この結果から、粉末製造工程で、ナノサイズのアモルファス含有Si粉末が製造できることがわかった。   From this result, it was found that nano-sized amorphous-containing Si powder can be produced in the powder production process.

製造例1〜製造例11の粉末及び比較製造例1の粉末の製造条件及びアモルファス化度と平均粒子径の値を表1に示す。ただし、比較製造例1の粉末の平均粒子径は、平均粒径D50の値であり、比較製造例1の粉末のアモルファス化度は0%とした。 Table 1 shows the production conditions, the degree of amorphization, and the average particle size of the powders of Production Examples 1 to 11 and Comparative Production Example 1. However, the average particle diameter of the powder Comparative Preparation Example 1 is the value of the average particle diameter D 50, the amorphous degree of powder Comparative Preparation Example 1 was 0%.

<真球度の測定>
真球度は、本発明の粉末を走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などの電子顕微鏡で観察した場合における、真球度=(粒子の最短径)/(粒子の最長径)・・・(式1)で算出した。観察する粒子数は200個とし、真球度はその200個の平均値とした。製造例2〜5及び製造例10の粉末の真球度を表1に示す。各粉末の真球度は0.8〜1の範囲内であり、本発明の粉末は真球に近いことが確認できた。
<Measurement of sphericity>
The sphericity is the sphericity when the powder of the present invention is observed with an electron microscope such as a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. (Sphericity = shortest particle diameter) / (longest particle diameter) It was calculated by equation 1). The number of particles to be observed was 200, and the sphericity was an average value of the 200 particles. Table 1 shows the sphericity of the powders of Production Examples 2 to 5 and Production Example 10. The sphericity of each powder was in the range of 0.8 to 1, and it was confirmed that the powder of the present invention was close to a sphere.

また各粉末の真球度を、真球度=4πS/l(S:粒子の面積、l:粒子の周囲長)・・(式2)を用いても求めたが、その値は(式1)で求めた値とほとんど変わらなかったので、表1には式(1)で求めた真球度の値のみを示す。 Further, the sphericity of each powder was also determined by using the sphericity = 4πS / l 2 (S: particle area, l: particle circumference) (Equation 2). Since it was almost the same as the value obtained in 1), Table 1 shows only the value of the sphericity obtained in Expression (1).

<比表面積の測定>
製造例1、2及び11と比較製造例1の粉末の比表面積を、窒素吸着を用いたBET法によって測定した。結果を表1に示す。製造例1、2及び11の粉末の比表面積は比較製造例1の粉末の比表面積に比べて極端に大きかった。製造例1、2及び11の粉末の比表面積は40m/g〜160m/gであることが確認できた。
<Measurement of specific surface area>
The specific surface areas of the powders of Production Examples 1, 2, and 11 and Comparative Production Example 1 were measured by the BET method using nitrogen adsorption. The results are shown in Table 1. The specific surface areas of the powders of Production Examples 1, 2, and 11 were extremely larger than the specific surface area of the powder of Comparative Production Example 1. The specific surface area of the powder of Production Example 1, 2 and 11 were confirmed to be 40m 2 / g~160m 2 / g.

<平均粒子径の検討>
(冷却ガスの影響)
製造例1及び2の粉末の平均粒子径を比較すると、通過流に対向する冷却ガス流を通過流に向かって噴射することによって、平均粒子径を小さくすることができることがわかった。
<Examination of average particle size>
(Influence of cooling gas)
Comparing the average particle sizes of the powders of Production Examples 1 and 2, it was found that the average particle size can be reduced by injecting a cooling gas flow facing the through flow toward the through flow.

(プラズマ出力の検討)
製造例3〜5の粉末の平均粒子径を比較すると、プラズマ出力が大きくなるにつれて平均粒子径が小さくなることがわかった。
(Examination of plasma output)
When the average particle diameters of the powders of Production Examples 3 to 5 were compared, it was found that the average particle diameter decreased as the plasma output increased.

(キャリヤーガス流量の検討)
製造例4及び7の粉末の平均粒子径を比較すると、キャリヤーガス流量が増加すると平均粒子径が小さくなることがわかった。
(Examination of carrier gas flow rate)
When the average particle sizes of the powders of Production Examples 4 and 7 were compared, it was found that the average particle size decreased as the carrier gas flow rate increased.

<アモルファス化度の検討>
(プラズマ出力の検討)
製造例3〜5の粉末のアモルファス化度を比較すると、プラズマ出力が大きくなるにつれてアモルファス化度が高くなることがわかった。
<Examination of degree of amorphization>
(Examination of plasma output)
When the degree of amorphization of the powders of Production Examples 3 to 5 was compared, it was found that the degree of amorphization increased as the plasma output increased.

プラズマ出力が大きくなるとプラズマ内の最高温度が上がり、冷却速度がさらに速くなると考えられる。そのため原料が蒸発してから低温部に達するまでの時間も短くなると考えられる。これによっても冷却速度が速くなる。冷却速度が速くなることによってアモルファス化度が高くなったと推測される。   It is considered that when the plasma output is increased, the maximum temperature in the plasma is increased and the cooling rate is further increased. For this reason, it is considered that the time from the evaporation of the raw material to the low temperature part is also shortened. This also increases the cooling rate. It is presumed that the degree of amorphization increased as the cooling rate increased.

(キャリヤーガス流量の検討)
製造例4、6、7の粉末のアモルファス化度を比較すると、キャリヤーガス流量が増加するとアモルファス化度が大きくなることがわかった。
(Examination of carrier gas flow rate)
Comparing the amorphization degree of the powders of Production Examples 4, 6, and 7, it was found that the amorphization degree increased as the carrier gas flow rate increased.

キャリヤーガス流量が大きくなることで、原料粉末の流速が増加する。そのため粒子の核生成から低温部に達するまでの時間が短くなると推測される。キャリヤーガス流量が大きくなることで、冷却速度が速くなる。冷却速度が速くなることによって、アモルファス化度が高くなったと推測される。   As the carrier gas flow rate increases, the flow rate of the raw material powder increases. Therefore, it is estimated that the time from the nucleation of particles to the low temperature part is shortened. Increasing the carrier gas flow rate increases the cooling rate. It is presumed that the degree of amorphization increased as the cooling rate increased.

(原料供給速度の検討)
製造例4及び8の粉末のアモルファス化度を比較すると、原料供給速度を小さくするとアモルファス化度が高くなることがわかった。
(Examination of raw material supply speed)
When the degree of amorphization of the powders of Production Examples 4 and 8 was compared, it was found that the degree of amorphization increased with decreasing raw material supply rate.

原料Si粉末の供給速度が速くなると多くのSi粒子の気化によりプラズマの熱が奪われプラズマ内の温度が低下すると考えられる。プラズマ内の温度が下がるとアモルファス化度は小さくなると考えられる。   It is considered that when the supply speed of the raw material Si powder is increased, the heat of the plasma is taken away by the vaporization of many Si particles and the temperature in the plasma is lowered. It is considered that the degree of amorphization decreases as the temperature in the plasma decreases.

(冷却ガス流量の検討)
製造例1、製造例2、製造例4、製造例9〜11の粉末のアモルファス化度を比較すると、冷却ガスを用いること及びその冷却ガスの流量を高くすることでアモルファス化度が高くなることがわかった。また併せて原料供給速度を小さくすることによってさらにアモルファス化度を高められることがわかった。
(Examination of cooling gas flow rate)
When the degree of amorphization of the powders of Production Example 1, Production Example 2, Production Example 4 and Production Examples 9 to 11 is compared, the degree of amorphization is increased by using a cooling gas and increasing the flow rate of the cooling gas. I understood. It was also found that the amorphization degree can be further increased by reducing the raw material supply rate.

製造例2及び製造例11の粉末のアモルファス化度の結果から、アモルファス化度が100%に近いアモルファス含有Si粉末が得られることがわかった。   From the results of the degree of amorphization of the powders of Production Example 2 and Production Example 11, it was found that an amorphous-containing Si powder having an amorphization degree close to 100% was obtained.

冷却ガス流量を増加させると、プラズマ内を通過した通過流がプラズマ外でより急速に冷却される。冷却速度が速くなることによりアモルファス化度が高くなったと推測される。   When the cooling gas flow rate is increased, the flow passing through the plasma is cooled more rapidly outside the plasma. It is presumed that the degree of amorphization increased with an increase in the cooling rate.

(XRDのチャートとアモルファス化度の比較)
製造例1、製造例2、製造例11及び比較製造例1の粉末のXRDチャートを図4に示す。比較製造例1の粉末のアモルファス化度は0%、製造例1の粉末のアモルファス化度は、18%であり、製造例11の粉末のアモルファス化度は94%であり、製造例2の粉末のアモルファス化度は93%であった。図4に見られるように、アモルファス化度が高くなるとXRDの各ピークが小さくなることが明瞭にわかった。
(Comparison of XRD chart and degree of amorphization)
An XRD chart of the powders of Production Example 1, Production Example 2, Production Example 11 and Comparative Production Example 1 is shown in FIG. The amorphization degree of the powder of Comparative Production Example 1 is 0%, the amorphization degree of the powder of Production Example 1 is 18%, the amorphization degree of the powder of Production Example 11 is 94%, and the powder of Production Example 2 The degree of amorphous formation was 93%. As can be seen in FIG. 4, it was clearly understood that each peak of XRD becomes smaller as the degree of amorphization increases.

<カーボンコートの検討>
(製造例12)
原料Si粉末を粉体供給器に配置した。
<Examination of carbon coat>
(Production Example 12)
The raw material Si powder was placed in a powder feeder.

プラズマ発生装置内に、プロセスガスとしてアルゴンガスを60L/minで供給し、インナーガスとしてアルゴンガスを5L/min.で供給し、キャリヤーガスとしてアルゴンガスを3L/min.で供給した。電力供給装置から電力を供給し、周波数4MHzの磁場をコイルに印加して、出力20kWのプラズマを発生させた。なお、プラズマ発生装置内の圧力は大気圧とした。   In the plasma generator, argon gas as process gas is supplied at 60 L / min, and argon gas as inner gas is supplied at 5 L / min. At a flow rate of 3 L / min. Supplied with. Electric power was supplied from the power supply device, and a magnetic field with a frequency of 4 MHz was applied to the coil to generate plasma with an output of 20 kW. The pressure in the plasma generator was atmospheric pressure.

プラズマの安定後、粉体供給器を作動させ、原料Si粉体を600mg/min.の速度で、キャリヤーガスとともに、プラズマ内へ導入した。冷却ガスとしてメタンガスを1L/min.で供給し、プラズマ内を通過した後の通過流とともに放出された粉末を収集し、製造例12の粉末とした。製造例12の粉末は黒色であった。製造例12の粉末はカーボンがコートされることによって粉末の色が黒色になったと推測される。   After the plasma was stabilized, the powder feeder was operated, and the raw material Si powder was reduced to 600 mg / min. Was introduced into the plasma together with the carrier gas at a rate of As the cooling gas, methane gas is used at 1 L / min. The powder discharged together with the flow after passing through the plasma was collected and used as the powder of Production Example 12. The powder of Production Example 12 was black. The powder of Production Example 12 is presumed that the color of the powder became black by coating with carbon.

(製造例13)
原料Si粉体を600mg/min.の速度で供給し、冷却ガスとしてアルゴンガスを9L/min.、メタンガスを1L/min.で供給した以外は、製造例12と同様の方法で、製造例13の粉末を製造した。製造例13の粉末は黒色であった。
(Production Example 13)
The raw material Si powder was 600 mg / min. The argon gas was supplied at a rate of 9 L / min. Methane gas at 1 L / min. The powder of Production Example 13 was produced in the same manner as in Production Example 12, except that it was supplied in the above. The powder of Production Example 13 was black.

(製造例14)
原料Si粉体を600mg/min.の速度で供給し、冷却ガスとしてアルゴンガスを19L/min.、メタンガスを1L/min.で供給した以外は、製造例12と同様の方法で、製造例14の粉末を製造した。製造例14の粉末は黒色であった。
(Production Example 14)
The raw material Si powder was 600 mg / min. The argon gas was supplied at a rate of 19 L / min. Methane gas at 1 L / min. The powder of Production Example 14 was produced in the same manner as in Production Example 12, except that the powder was supplied in the above. The powder of Production Example 14 was black.

<カーボンコートの観察>
(TEM観察)
製造例12〜14の粉末をMoメッシュ上に分散させ、TEMで観察した。製造例12〜14の粉末のTEM像によれば、Si粒子の表面にカーボンが1nm〜5nmの厚みでコートされていることがわかった。
<Observation of carbon coat>
(TEM observation)
The powders of Production Examples 12 to 14 were dispersed on a Mo mesh and observed with a TEM. According to the TEM images of the powders of Production Examples 12 to 14, it was found that the surface of the Si particles was coated with carbon with a thickness of 1 nm to 5 nm.

(EDXによる組成分析)
TEM像における各粉末の組成分析をEDXで行った。製造例14の粉末のEDX測定結果を図5〜図6に示す。なお、図5は製造例14の粉末の一つの粒子の(I)中心部のEDX測定結果であり、図6は図5に示した粒子の(II)周縁部のEDX測定結果である。
(Composition analysis by EDX)
The composition analysis of each powder in the TEM image was performed by EDX. The EDX measurement result of the powder of the manufacture example 14 is shown in FIGS. 5 shows the EDX measurement result of (I) the central portion of one particle of the powder of Production Example 14, and FIG. 6 shows the EDX measurement result of the (II) peripheral portion of the particle shown in FIG.

図5に示すように、粒子の中心部においてはSiに由来するピークの強度が高く検出され、Siに由来するピークより少なくCに由来するピークが観察された。また、図6に示すように、粒子の周縁部においてはCに由来するピークの強度が高く検出され、Siに由来するピークの強度は非常に低く検出された。図5及び図6より、粒子の中心部においてはSi粒子のSiのピークと、Si粒子の表面にある炭素層のCのピークとが観察され、粒子の周縁部は、炭素層のCのピークが観察されているといえる。なお図5〜図6に示されるMoのピークは試料粉体を担持するためのMoメッシュに由来する。   As shown in FIG. 5, the intensity of the peak derived from Si was detected to be high in the center of the particle, and a peak derived from C was observed less than the peak derived from Si. Further, as shown in FIG. 6, the intensity of the peak derived from C was detected at the periphery of the particle, and the intensity of the peak derived from Si was detected very low. 5 and 6, the Si peak of the Si particle and the C peak of the carbon layer on the surface of the Si particle are observed at the center of the particle, and the peripheral edge of the particle is the C peak of the carbon layer. Can be said to be observed. The peak of Mo shown in FIGS. 5 to 6 is derived from the Mo mesh for supporting the sample powder.

(ラマン分光法測定)
製造例12〜14の粉末をラマン分光装置(株式会社堀場製作所 LabRAM ARAMIS)を用いて、ラマンスペクトルを測定した。測定条件は波長532nm、測定範囲450cm−1−1700cm−1、測定時間30秒、積算回数50回とした。得られた製造例12〜14の粉末のラマンスペクトルには、GバンドとDバンドの両方のピークが観察された。このことから、カーボン層にはアモルファスカーボンが含まれることが確認できた。
(Raman spectroscopy measurement)
The Raman spectra of the powders of Production Examples 12 to 14 were measured using a Raman spectroscope (Horiba, Ltd. LabRAM ARAMIS). The measurement conditions were a wavelength of 532 nm, a measurement range of 450 cm −1 to 1700 cm −1 , a measurement time of 30 seconds, and an integration count of 50 times. In the Raman spectra of the obtained powders of Production Examples 12 to 14, peaks of both G band and D band were observed. From this, it was confirmed that the carbon layer contains amorphous carbon.

(平均粒子径の測定)
製造例12〜14の粉末の平均粒子径をTEMを用いて計測した。得られた各TEM像から、各粒子の最長径を粒子200個につき測定し、その最長径の算術平均値である平均粒子径を算出した。
(Measurement of average particle size)
The average particle diameter of the powders of Production Examples 12 to 14 was measured using TEM. From the obtained TEM images, the longest diameter of each particle was measured for 200 particles, and the average particle diameter which was an arithmetic average value of the longest diameter was calculated.

(酸素含有量の測定)
製造例12〜14、製造例2、製造例3及び製造例5の粉末の酸素含有量を株式会社堀場製作所、酸素分析装置EMGA−820を用いて測定した。
(Measurement of oxygen content)
The oxygen content of the powders of Production Examples 12 to 14, Production Example 2, Production Example 3 and Production Example 5 was measured using Horiba, Ltd. and an oxygen analyzer EMGA-820.

測定結果を表2に示す。   The measurement results are shown in Table 2.

<比表面積の測定>
製造例12、13及び14の粉末の比表面積を、窒素吸着を用いたBET法によって測定した。比表面積の結果を表2に示す。製造例12、13及び14の粉末の比表面積は50m/g〜100m/gであることが確認できた。
<Measurement of specific surface area>
The specific surface areas of the powders of Production Examples 12, 13, and 14 were measured by the BET method using nitrogen adsorption. The results of specific surface area are shown in Table 2. The specific surface area of the powder of Production Example 12, 13 and 14 were confirmed to be 50m 2 / g~100m 2 / g.

アモルファス含有Si粒子の表面は、製造装置から大気中に取り出された際に表面が酸化される。そのためアモルファス含有Si粉末の酸素含有量は、アモルファス含有Si粒子の表面酸化された量を指すと考えられる。表2の製造例2、製造例3及び製造例5の粉末のアモルファス化度と酸素含有量から、アモルファス化度の高い方が酸素含有量が多いことがわかった。アモルファス化度が高いと粒子の表面積が大きくなるため、表面酸化されやすいと推測される。   The surface of the amorphous-containing Si particles is oxidized when taken out from the production apparatus into the atmosphere. Therefore, it is considered that the oxygen content of the amorphous-containing Si powder refers to the surface oxidized amount of the amorphous-containing Si particles. From the amorphization degree and oxygen content of the powders of Production Example 2, Production Example 3 and Production Example 5 in Table 2, it was found that the higher the amorphization degree, the higher the oxygen content. If the degree of amorphization is high, the surface area of the particles increases, and it is assumed that the surface is easily oxidized.

カーボンコートされている製造例12〜14の粉末の酸素含有量は、カーボンコートされていない製造例2、製造例3、製造例5の粉末の酸素含有量に比べて、大幅に小さかった。このことから、カーボンコートされたアモルファス含有Si粒子は、製造装置から大気中に取り出された際にすでに表面にカーボンコートされているため大気中でのSi粒子の表面酸化が抑制されたことが推測される。   The oxygen content of the powders of Production Examples 12 to 14 with carbon coating was significantly smaller than the oxygen content of the powders of Production Example 2, Production Example 3 and Production Example 5 without carbon coating. From this, it is speculated that the surface-oxidation of the Si particles in the atmosphere was suppressed because the carbon-coated amorphous-containing Si particles were already carbon-coated on the surface when taken out from the production equipment to the atmosphere. Is done.

製造例12〜14の粉末の酸素含有量は2質量%〜4質量%と小さかった。このことから製造例12〜14の粉末は、カーボンコートされ、酸素含有量が5%以下のアモルファス含有Si粉末であることがわかった。   The oxygen content of the powders of Production Examples 12 to 14 was as small as 2% to 4% by mass. From this, it was found that the powders of Production Examples 12 to 14 are amorphous-containing Si powders that are carbon-coated and have an oxygen content of 5% or less.

<リチウムイオン二次電池の製造>
(実施例1)
以下のとおり、実施例1の負極及びリチウムイオン二次電池を製造した。
<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
Example 1
The negative electrode and lithium ion secondary battery of Example 1 were manufactured as follows.

負極活物質として製造例1の粉末40質量部、平均粒径D50が10μmの天然黒鉛40質量部、導電助剤としてアセチレンブラック5質量部、結着剤としてポリアミドイミド樹脂15質量部を混合した。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、スラリー状の負極活物質層用組成物を作製した。 40 parts by mass of the powder of Production Example 1 as an anode active material, 40 parts by mass of natural graphite having an average particle diameter D 50 of 10 μm, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 15 parts by mass of polyamideimide resin as a binder were mixed. . This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry-like composition for a negative electrode active material layer.

集電体として厚み20μmの銅箔を準備した。上記銅箔の表面に負極活物質層用組成物をのせ、ドクターブレードを用いて負極活物質層用組成物が膜状になるように塗布した。負極活物質層用組成物を塗布した銅箔を80℃で20分間乾燥することで、N−メチル−2−ピロリドンを揮発により除去し、銅箔表面に負極活物質層を形成させた。表面に負極活物質層が形成された銅箔を、ロ−ルプレス機を用いて圧縮し、銅箔と負極活物質層とを強固に密着接合させた。接合物を200℃で2時間、真空乾燥機で加熱し、所定の形状に切断して、実施例1の負極とした。   A copper foil having a thickness of 20 μm was prepared as a current collector. The composition for negative electrode active material layers was placed on the surface of the copper foil, and the composition for negative electrode active material layers was applied into a film using a doctor blade. The copper foil coated with the negative electrode active material layer composition was dried at 80 ° C. for 20 minutes to remove N-methyl-2-pyrrolidone by volatilization, thereby forming a negative electrode active material layer on the copper foil surface. The copper foil having the negative electrode active material layer formed on the surface thereof was compressed using a roll press machine, and the copper foil and the negative electrode active material layer were firmly bonded. The joined product was heated in a vacuum dryer at 200 ° C. for 2 hours and cut into a predetermined shape to obtain a negative electrode of Example 1.

上記の手順で作製した実施例1の負極を作用極として用い、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とした。   A lithium ion secondary battery (half cell) was produced using the negative electrode of Example 1 produced by the above procedure as a working electrode. The counter electrode was a metal lithium foil.

作用極及び対極、並びに両極の間に介装させるセパレータ(ヘキストセラニーズ社製ガラスフィルター及びCelgard社製「Celgard2400」)を配設して電極体とした。この電極体を電池ケース(CR2032型コイン電池用部材、宝泉株式会社製)に収容した。電池ケースに、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比1:1で混合した混合溶媒にLiPFを1Mの濃度で溶解した非水電解液を注入し、電池ケースを密閉して、実施例1のリチウムイオン二次電池を得た。 A working electrode and a counter electrode, and a separator (Hoechst Celanese glass filter and Celgard “Celgard 2400”) interposed between the two electrodes were disposed to form an electrode body. This electrode body was accommodated in a battery case (CR2032-type coin battery member, manufactured by Hosen Co., Ltd.). Into the battery case, a nonaqueous electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1M was poured into a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1, the battery case was sealed, and A lithium ion secondary battery was obtained.

(実施例2)
負極活物質として製造例2の粉末を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2の負極及びリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 2)
A negative electrode and a lithium ion secondary battery of Example 2 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the powder of Production Example 2 was used as the negative electrode active material.

(実施例3)
負極活物質として製造例12の粉末を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、実施例3の負極及びリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 3)
A negative electrode and a lithium ion secondary battery of Example 3 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the powder of Production Example 12 was used as the negative electrode active material.

(実施例4)
負極活物質として製造例13の粉末を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、実施例4の負極及びリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 4)
A negative electrode and a lithium ion secondary battery of Example 4 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the powder of Production Example 13 was used as the negative electrode active material.

(比較例1)
負極活物質として、結晶Si粉末(平均粒径D505μm(レーザー回折式粒度分布測定におけるD50の値))を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、比較例1の負極及びリチウムイオン二次電池を得た。
(Comparative Example 1)
The negative electrode of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that crystalline Si powder (average particle size D 50 5 μm (value of D 50 in laser diffraction particle size distribution measurement)) was used as the negative electrode active material. A lithium ion secondary battery was obtained.

(評価例A)
各リチウムイオン二次電池に対し、室温で、0.01Vから1.0Vまでの充電及び1.0Vから0.01Vまでの放電を、0.5mAで50回行う充放電サイクル試験を行った。1回目の放電容量を初期容量とし、サイクル毎の放電容量を測定して、容量維持率を下記式から算出した。
容量維持率(%)=(各サイクル後の放電容量/初期容量)×100
実施例1〜実施例4、比較例1の負極を用いたリチウムイオン二次電池のサイクル数と容量維持率の関係を示すグラフを図7に示す。また各リチウムイオン二次電池の50サイクル後の容量維持率を表3に記載する。
(Evaluation example A)
Each lithium ion secondary battery was subjected to a charge / discharge cycle test in which charging from 0.01 V to 1.0 V and discharging from 1.0 V to 0.01 V were performed 50 times at 0.5 mA at room temperature. The discharge capacity at the first time was used as the initial capacity, the discharge capacity for each cycle was measured, and the capacity retention rate was calculated from the following formula.
Capacity maintenance rate (%) = (discharge capacity after each cycle / initial capacity) × 100
FIG. 7 shows a graph showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate of lithium ion secondary batteries using the negative electrodes of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. Table 3 shows the capacity retention ratio after 50 cycles of each lithium ion secondary battery.

表3に見られるように、アモルファス含有Si粉末を用いた実施例1〜4のリチウムイオン二次電池の容量維持率は、結晶Si粉末を用いた比較例1のリチウムイオン二次電池の容量維持率に比べて高くなった。   As can be seen from Table 3, the capacity retention rates of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 4 using the amorphous-containing Si powder were the capacity maintenance of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 using the crystalline Si powder. Higher than the rate.

実施例1と実施例2の容量維持率を比べると、アモルファス化度が高いアモルファス含有Si粉末を用いた実施例2の容量維持率のほうが高かった。実施例1及び実施例2と実施例3及び実施例4の容量維持率の比較から、アモルファス含有Si粉末はカーボンコートされるとさらに容量維持率が高くなることがわかった。   Comparing the capacity retention rates of Example 1 and Example 2, the capacity retention rate of Example 2 using amorphous-containing Si powder having a high degree of amorphization was higher. From the comparison of capacity retention rates of Example 1 and Example 2, Example 3 and Example 4, it was found that the amorphous content Si powder had a higher capacity retention rate when carbon coated.

また図7に見られるように、平均粒径D50が5μmの結晶Si粉末を用いた比較例1のリチウムイオン二次電池は、10サイクルを過ぎると急激に容量維持率が低下した。それに対してナノサイズのアモルファス含有Si粉末を用いている実施例1〜4のリチウムイオン二次電池は、50サイクルのサイクル試験中に急激に容量維持率が落ちることはなく、50サイクル後でも80%以上の高い容量維持率を示した。 As also seen in FIG. 7, the lithium ion secondary battery having an average particle compared diameter D 50 using crystalline Si powder of 5μm Example 1 sharply capacity retention rate decreased Beyond 10 cycles. On the other hand, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 4 using the nano-sized amorphous-containing Si powder did not rapidly decrease the capacity maintenance rate during the 50-cycle cycle test, and even after 50 cycles, 80%. A high capacity retention rate of more than%

1:粉体供給器、2:電力供給装置、3:排気部、4:フィルター、5:内部チャンバー、6:キャリヤーガス経路、7:プロセスガス経路、8:インナーガス経路、9:冷却ガス経路。   1: powder feeder, 2: power supply device, 3: exhaust unit, 4: filter, 5: internal chamber, 6: carrier gas path, 7: process gas path, 8: inner gas path, 9: cooling gas path .

Claims (6)

原料Si粉末を導入流にて、プラズマ内に導入する工程と、
前記導入流がプラズマ内を通過した後の通過流を冷却する冷却工程と、
を含むアモルファス含有Si粉末の製造工程と、
前記アモルファス含有Si粉末を用いる工程と、
を含み、
前記冷却工程において、前記通過流を該通過流に対向する冷却ガス流で冷却することを特徴とする負極の製造方法。
A step of introducing raw material Si powder into the plasma by an introduction flow;
A cooling step for cooling the flow after the introduced flow has passed through the plasma;
Manufacturing process of amorphous-containing Si powder containing
Using the amorphous-containing Si powder;
Only including,
The method for producing a negative electrode, wherein, in the cooling step, the passing flow is cooled with a cooling gas flow facing the passing flow .
前記アモルファス含有Si粉末は、その平均粒子径が1nm以上200nm以下である請求項1に記載の負極の製造方法。 The method for producing a negative electrode according to claim 1, wherein the amorphous-containing Si powder has an average particle diameter of 1 nm to 200 nm. 前記アモルファス含有Si粉末はアモルファス化度が50%以上である請求項1又は2に記載の負極の製造方法。 Method of manufacturing an anode according to the amorphous-containing Si powder according to claim 1 or 2 amorphization degree is 50% or more. 前記アモルファス含有Si粉末を用いる工程が、
前記アモルファス含有Si粉末と溶剤とを混合し負極活物質層用組成物とする工程と、
前記負極活物質層用組成物を負極集電体に塗布する工程と、
を含む請求項1〜のいずれか一項に記載の負極の製造方法。
The step of using the amorphous-containing Si powder comprises
Mixing the amorphous-containing Si powder and a solvent to form a negative electrode active material layer composition;
Applying the negative electrode active material layer composition to a negative electrode current collector;
The manufacturing method of the negative electrode as described in any one of Claims 1-3 containing this.
前記冷却工程において、前記通過流内のSiを炭素源ガスと接触させてSiにカーボンコートさせる請求項1〜のいずれか一項に記載の負極の製造方法。 The method for producing a negative electrode according to any one of claims 1 to 4 , wherein, in the cooling step, Si in the through-flow is brought into contact with a carbon source gas and carbon is coated on Si. 請求項1〜のいずれか一項に記載の製造方法で得られた負極を配設する工程を含む二次電池の製造方法。 The manufacturing method of a secondary battery including the process of arrange | positioning the negative electrode obtained by the manufacturing method as described in any one of Claims 1-5 .
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