JP6743159B2 - Si粒子結合体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明のSi粒子結合体は、Si粒子と、Si粒子に結合する繊維状Siと、を有し、Si粒子の粒径は、繊維状Siの繊維径よりも大きいことを特徴とする。
本発明の被膜付きSi粒子結合体は、上記Si粒子結合体と、Si粒子結合体の表面に配置された炭素含有被膜と、を有することを特徴とする。
本発明のSi粒子結合体及び被膜付きSi粒子結合体の製造方法を以下にまとめて説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池における負極は、集電体と、集電体の表面に結着された負極活物質層とを有する。
図2に示すプラズマ発生装置を用いて、実施例1の粉末を製造した。図2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を通じて原料粉体がプラズマ発生装置内11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11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11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11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11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。冷却ガス供給管91の開口とプラズマ発生装置内11の開口との距離は200mmであった。また各ガスはフィルター4が設けられている排気部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2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。
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、冷却ガスとしてメタンガスを0.32L/min.で供給した。メタンガスの流速は、供給管に取り付けた浮き子式流量計を用いて測定した。この時、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10kW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。
実施例1の粉末断面をSEM観察した。断面SEM観察結果を図3、図4、図5に示す。図4は図3の10倍倍率の結果であり、図5は図3の100倍倍率での結果である。図3、図4、図5には、凝集体の形態を有する被膜付きSi粒子結合体が観察された。図4には、Si粒子が凝集体の中で分散している様子が明確に観察された。
冷却ガスとしてアルゴンガスを20L/min.で供給し、メタンガスを供給しなかった以外は実施例1の粉末と同様にして実施例2の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは0であった。
冷却ガスとしてメタンガスを0.16L/min.で、供給した以外は、実施例1の粉末と同様にして実施例3の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは0.5であった。
冷却ガスとしてメタンガスを0.48L/min.で、供給した以外は実施例1の粉末と同様にして実施例4の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは1.5であった。
冷却ガスとしてメタンガスを0.576L/min.で供給した以外は実施例1の粉末と同様にして実施例5の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは1.8であった。
冷却ガスとしてメタンガスを0.64L/min.で供給した以外は実施例1の粉末と同様にして実施例6の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは2.0であった。
冷却ガス供給管の開口とプラズマ発生装置内の開口との距離を150mmとし、冷却ガスとしてメタンガスを0.56L/min.で供給し、原料Si粉体を700mg/min.の速度とした以外は、実施例1の粉末と同様にして実施例7の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは1であった。
プラズマ出力を15kWとした以外は、実施例1の粉末と同様にして比較例1の粉末を得た。
プラズマ出力を20kWとした以外は、実施例1の粉末と同様にして比較例2の粉末を得た。
実施例1〜実施例7の粉末のTEM観察を行なった。実施例2の粉末において、Si粒子一個とそのSi粒子に結合する繊維状Si一個の組み合わせのSi粒子結合体が多く観察された。実施例3の粉末において、Si粒子一個とそのSi粒子に結合する繊維状Si一個の組み合わせのSi粒子結合体が多く観察された。また、実施例7の粉末において、Si粒子一個とそのSi粒子に結合する繊維状Si一個の組み合わせのSi粒子結合体が多く観察された。また、実施例7の粉末において、繊維状Siの繊維長は、実施例1〜6の粉末における繊維状Siの繊維長に比べて短かった。実施例1の粉末、実施例4〜6の粉末において、複数のSi粒子と複数の繊維状Siの組み合わせのSi粒子結合体が多く観察された。
実施例1の粉末、比較例1の粉末及び比較例2の粉末の各表面のSiの構造をXPSで分析した。図13には、各試料のSi2pの高分解能スペクトルを並記して示す。図の横軸は結合エネルギー(eV)であり、縦軸は強度(a.u.)である。図13に示すように、実施例1の粉末のSi2pの高分解能スペクトルにおいて、99ev近辺と104eV近辺にピークが観察された。99eV近辺のピークはSi−Si結合に由来するピークであり、104eV近辺のピークはSiO2に由来するピークである。実施例1の粉末に対して、比較例1の粉末及び比較例2の粉末のSi2pの高分解能スペクトルにおいて、99ev近辺と104eV近辺にピークは観察されず、102eV近辺にピークが観察された。102eV近辺のピークはSiCに由来するピークである。このことから、プラズマ出力が15kW以上であると、SiはCと化学反応を起こしてSiCになりやすいことが確認された。
実施例1の粉末の被膜、比較例1の粉末の被膜及び比較例2の粉末の被膜について、ラマン分光装置を用いて、ラマンスペクトルを測定した。図14に実施例1の粉末の被膜、比較例1の粉末の被膜及び比較例2の粉末の被膜の各ラマンスペクトルを示す。図の横軸は波数(cm−1)であり、縦軸は散乱強度である。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。得られた実施例1の粉末、比較例1の粉末及び比較例2の粉末のラマン分光法によるラマンスペクトルには、1590cm−1付近に見られるGバンドと1350cm−1付近に見られるDバンドの両方のピークが観察された。Gバンドはグラファイトに起因するピークであり、Dバンドはアモルファスカーボン等のダングリングボンドを持つ炭素原子に起因するピークである。このことから、実施例1の粉末の被膜、比較例1の粉末の被膜及び比較例2の粉末の被膜にはグラファイトとアモルファスカーボンが含まれることが確認できた。また、実施例1の粉末のラマンスペクトルには、さらに、1230cm−1〜1270cm−1、1420cm−1〜1480cm−1の範囲にピークが観察された。これらのピークは比較例1の粉末及び比較例2の粉末のラマンスペクトルには見られなかった。1230cm−1〜1270cm−1の範囲のピークはSi−CH2及び/又はSi−CH3に由来するピークであり、1420cm−1〜1480cm−1の範囲のピークは、CH2及び/又はCH3に由来するピークである。このことから、比較例1の粉末の被膜及び比較例2の粉末の被膜とは異なり、実施例1の粉末の被膜にはH元素が残っており、CH2及び/又はCH3に由来する構造を有していることが確認された。
実施例1の粉末、実施例3の粉末、実施例4の粉末において、被膜に含まれるC、Oの構造をXPSで分析した。実施例1の粉末、実施例3の粉末、実施例4の粉末の各被膜のXPS測定結果を図15に示す。図の横軸は結合エネルギー(eV)であり、縦軸は強度(a.u.)である。図15に示すのは、各試料のC1s軌道の高分解能スペクトルの並記である。図15に示すように、各試料のC1s軌道の高分解能スペクトルにおいて、共に287eV〜290eVにピークが観察された。287eV〜290eVに見られるピークは、R−COO−R’に由来するピークであると推定される。従って、被膜に含まれるC、Oの構造には、O=C−Oが含まれると考えられる。従って、被膜はエステル骨格を有することが推測される。また、実施例1の粉末、実施例3の粉末、実施例4の粉末のC1s軌道の高分解能スペクトルを比較すると、C/Si比が増えるにつれて、287eV〜290eVに見られるピークは高エネルギー側にシフトしていることが観察された。
実施例4の粉末の被膜、並びに以下に示す参考例1の粉末の被膜及び参考例2の粉末の被膜を熱分解ガスクロマトグラフィーで測定した。測定での加熱条件は25℃〜270℃、昇温速度10℃/min.とした。25℃〜270℃の温度範囲において熱分解ガスクロマトグラフィーが吸着した物質を分析した。図16に、実施例4の粉末の被膜、参考例1の粉末の被膜及び参考例2の粉末の被膜の測定結果を示す。なお、参考例1の粉末及び参考例2の粉末は以下の炭素被膜付きのSi系の粉末である。
濃度36質量%のHCl水溶液を氷浴中で0℃とし、アルゴンガス雰囲気下にてCaSi2を加えて撹拌した。発泡が完了したのを確認した後に混合溶液を室温まで昇温し、室温でさらに撹拌した後、蒸留水を加えてさらに撹拌した。得られた混合溶液を濾過し、得られた残渣を蒸留水で洗浄した後、エタノールで洗浄した。洗浄後の残渣を真空乾燥して層状ポリシランを得た。この層状ポリシランを、O2を1体積%以下の量で含むアルゴンガス中にて500℃で1時間保持する熱処理を行なってから、粉砕し、D50が5μmのシリコン材料を得た。
株式会社高純度化学研究所製、D50が3μmのSi粉末を上記参考例1の粉末と同様にして、ロータリーキルンにて熱CVDを行なって炭素で被覆されたSi粉末を作成した。この炭素で被覆されたSi粉末を参考例2の粉末とした。参考例2の粉末の被膜の厚みの平均値は15nmであった。
実施例7の粉末を分析したところ、Si粒子の表面に多数のSiCの結晶が存在することが確認できた。SiCの結晶の存在のため、実施例1の粉末の被膜に比べて、実施例7の粉末の被膜は、Si粒子の表面の被覆面積が小さいことが推測される。実施例1と実施例7の粉末の製造条件において、実施例7の方が実施例1よりも冷却ガスの噴出口の位置がプラズマ発生装置内に近く、炭素源ガスとSi粒子との接触時の温度が高くて、実施例7の粉末において、SiCが発生しやすかったと推察される。また、SiCが多く存在すると、製造時の酸素導入工程において、被膜に酸素が導入されにくいと推察される。従って、実施例7の粉末の被膜は、実施例1の粉末の被膜に比べて被膜に導入された酸素量が少なく、被膜に含まれるエステル骨格も少ないことが推察される。
実施例2の粉末、実施例3の粉末、実施例4の粉末、実施例6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。酸素含有量の測定結果を表1に示す。
実施例1〜4の粉末及び実施例6の粉末をXRD装置で測定し、結果のXRDチャートを図17に示す。図17に見られるように、実施例1〜4の粉末及び実施例6の粉末にはいずれもSi結晶のピークが観察された。実施例1〜4の粉末及び実施例6の粉末にはSi結晶が存在することがわかった。また、実施例6の粉末にはSiCが存在することがわかった。実施例1〜4の粉末では、SiCの存在はほとんど確認できなかった。単位時間あたりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siを1.5以下とすれば、SiCが形成されにくいことがわかった。
(実施例A)
以下のとおり、実施例Aの負極及びリチウムイオン二次電池を製造した。
負極活物質として実施例4の(C/Si=1.5)粉末70質量部、天然黒鉛15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クリル酸と4,4’−ジアミノジフェニルメタンとの混合物10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製造した。
実施例4の粉末に代えて参考例1の粉末を用いた以外は、実施例Aと同様の方法で、比較例Aの負極及び比較例Aのリチウムイオン二次電池を製造した。
負極活物質として実施例4の(C/Si=1.5)粉末40質量部、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、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製造した以外は、実施例Aの負極と同様にして、実施例Bの負極を製造した。そして、実施例Bの負極を用いた以外は実施例Aのリチウムイオン二次電池と同様にして実施例Bのリチウムイオン二次電池を製造した。
実施例4の粉末に代えて実施例3の(C/Si=0.5)粉末を用いた以外は実施例Bと同様にして実施例Cのリチウムイオン二次電池を製造した。
実施例4の粉末に代えて実施例7の粉末を用いた以外は実施例Bと同様にして実施例Dのリチウムイオン二次電池を製造した。
(評価例1)
実施例A及び比較例Aのリチウムイオン二次電池の充放電曲線を測定した。室温で、1.0Vから0.01Vまでの放電及び0.01Vから1.0Vまでの充電を、0.1Cレート相当の0.2mAで行なった。この時の充放電曲線を図18に示す。実施例Aの放電容量は1625mAh/gであり、比較例Aの放電容量は、1574mAh/gであった。また、実施例Aの充電容量は1338mAh/gであり、比較例Aの充電容量は、1239mAh/gであった。このことから、実施例Aのリチウムイオン二次電池の放電容量は、比較例Aのリチウムイオン二次電池の放電容量よりも大きいことがわかった。実施例Aの負極に用いられた実施例4の粉末に含まれるSi粒子結合体は繊維状Siを有するため、比較例Aの負極に用いられた参考例1の粉末に比べて、表面積が大きく、リチウムイオン二次電池の放電容量が大きくなったものと推測される。
実施例Aのリチウムイオン二次電池の初期効率は82.3%であり、比較例Aのリチウムイオン二次電池の初期効率は78.7%であった。このことから、Si粒子結合体を用いた実施例Aのリチウムイオン二次電池は、参考例1の粉末を用いた比較例Aのリチウムイオン二次電池に比べて、初期効率が高いことが確認された。
実施例B、実施例C及び実施例Dのリチウムイオン二次電池の充放電曲線を測定した。室温で、1.0Vから0.01Vまでの放電及び0.01Vから1.0Vまでの充電を、0.1Cレート相当の0.2mAで行なった。この時の充放電曲線を図19に示す。図19において、実施例Bのリチウムイオン二次電池の初期効率は75.7%であり((864/1142)×100=75.7%)、実施例Cのリチウムイオン二次電池の初期効率は60.5%であり((851/1406)×100=60.5%)、実施例Dのリチウムイオン二次電池の初期効率は54.0%であった((791/1466)×100=54.0%)。粉末のTEM観察結果で記載したように、実施例Bのリチウムイオン二次電池に用いられた実施例4の粉末と、実施例Cのリチウムイオン二次電池に用いられた実施例3の粉末と、実施例Dのリチウムイオン二次電池に用いられた実施例7の粉末とを比較すると、実施例4の粉末において、複数のSi粒子と複数の繊維状Siとの組み合わせを有するSi粒子結合体が多く観察された。実施例3の粉末及び実施例7の粉末では、一個のSi粒子と一個の繊維状Siとの組み合わせを有するSi粒子結合体が多く観察された。このことから、複数のSi粒子と複数の繊維状Siとの組み合わせを有するSi粒子結合体では、リチウムイオン二次電池において、不可逆容量が少なくなって、初期効率が高くなることが推察される。
実施例B、実施例C及び実施例Dのリチウムイオン二次電池に対し、室温で、1.0Vから0.01Vまでの放電及び0.01Vから1.0Vまでの充電を、0.5mAで20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(%)=(各サイクル時の放電容量/初期容量)×100
実施例B〜実施例Dの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20に示す。
図2に示すプラズマ発生装置の一部を改良した装置を用いて、実施例8の粉末を製造した。改良装置においては、図2における冷却ガス供給管91を複数の供給管とし、一部は希ガス供給管、他の一部は炭素源ガス供給管とした。希ガス供給管の開口とプラズマ発生装置内11の開口との距離は150mmとした。そして、炭素源ガス供給管の開口とプラズマ発生装置内11の開口との距離は200mmとした。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。希ガス供給管から、希ガスとして、アルゴンガスを20L/min.で供給した。炭素源ガス供給管から、炭素源ガスとしてメタンガスを0.096L/min.で供給した。メタンガスの流速は、熱式流量センサーを用いた流量計(コフロック社製、小型マスフローコントローラーModel EX250S シリーズ)を用いて測定した。この時、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10kW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。プラズマの安定後、粉体供給器を作動させ、原料Si粉体を400mg/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、酸素雰囲気下で1時間保持した。得られた粉末を実施例8の粉末とした。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは0.3であった。
炭素源ガスとしてメタンガスを0.22L/min.で、供給した以外は、実施例8の粉末と同様にして実施例9の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは0.69であった。
炭素源ガスとしてメタンガスを0.33L/min.で、供給した以外は実施例8の粉末と同様にして実施例10の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは1.03であった。
炭素源ガスとしてメタンガスを0.8L/min.で供給した以外は実施例8の粉末と同様にして実施例11の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは2.5であった。
炭素源ガスとしてメタンガスを0.96L/min.で供給した以外は実施例8の粉末と同様にして実施例12の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは3.0であった。
炭素源ガスとしてメタンガスを1.24L/min.で供給した以外は実施例8の粉末と同様にして実施例13の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは3.87であった。
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こと、及び炭素源ガスとしてメタンガスを0.08L/min.で供給したこと以外は、実施例8の粉末と同様にして、実施例14の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは1.0であった。
原料Si粉体を700mg/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こと、及び炭素源ガスとしてメタンガスを0.56L/min.で供給したこと以外は、実施例14の粉末と同様にして、実施例15の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは1.0であった。
プラズマ出力を15kWとしたこと、炭素源ガス供給管の開口とプラズマ発生装置内の開口との距離を350mmとしたこと、及び炭素源ガスとしてメタンガスを0.32L/min.で供給したこと以外は、実施例8の粉末と同様にして、実施例16の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは1.0であった。
プラズマ出力を20kWとしたこと以外は、実施例16の粉末と同様にして、実施例17の粉末を製造した。単位時間当たりの原料Si粉末の供給モル数に対する単位時間当たりの炭素源ガスの供給モル数の比であるC/Siは1.0であった。
実施例8〜17の粉末のTEM観察を行なった。実施例8〜17の粉末のいずれにおいても、複数のSi粒子と複数の繊維状Siの組み合わせのSi粒子結合体、及び、Si粒子一個とそのSi粒子に結合する繊維状Si一個の組み合わせのSi粒子結合体が多く観察された。
被膜の解析1−1と同様にして、実施例8〜実施例17の粉末の被膜について、ラマン分光装置を用いて、ラマンスペクトルを測定した。得られた実施例8〜17の粉末の被膜のラマン分光法によるラマンスペクトルには、1590cm−1付近に見られるGバンドと1350cm−1付近に見られるDバンドの両方のピークが観察された。このことから、実施例8〜17の粉末の被膜にはグラファイトとアモルファスカーボンが含まれることが確認できた。また、実施例8〜17の粉末の被膜のラマンスペクトルには、さらに、1230cm−1〜1270cm−1、1420cm−1〜1480cm−1の範囲にピークが観察された。実施例8〜17の粉末の被膜にはH元素が残っており、CH2及び/又はCH3に由来する構造を有していることが確認された。
実施例8〜17の粉末をXRD装置で測定した。実施例8〜17の粉末にはいずれもSi結晶のピークが観察された。実施例8〜17の粉末にはSi結晶が存在することがわかった。また、実施例13及び実施例17の粉末にはSiCが存在することがわかった。実施例8〜12、14〜16の粉末では、SiCの存在はほとんど確認できなかった。実施例13の粉末の製造方法においては、炭素源ガスの流速が速く、実施例17の粉末の製造方法においては、プラズマ出力が高いため、SiCが発生したものと考えられる。実施例13及び実施例17の粉末の製造方法においても、さらに炭素源ガス供給管の開口とプラズマ発生装置内の開口との距離を大きくすることによって、SiCの発生は抑制されると推測される。
Claims (19)
- 粒径が10nm以上1500nm以下であるSi粒子と、複数の該Si粒子に結合する繊維状Siと、を有し、前記Si粒子のSi相と前記繊維状SiのSi相とは両者の結合部で一体化しており、
該繊維状Siは、繊維径に比べて繊維長が長く、
該Si粒子の粒径は、該繊維状Siの繊維径よりも大きいことを特徴とするSiのみ又はSiとOのみからなるSi粒子結合体と、
前記Si粒子結合体の表面に配置された炭素含有被膜と、
を有する被膜付きSi粒子結合体。 - 粒径が10nm以上1500nm以下であるSi粒子と、複数の該Si粒子に結合する繊維状Siと、を有し、前記Si粒子のSi相と前記繊維状SiのSi相とは両者の結合部で一体化しており、
該繊維状Siは、繊維径に比べて繊維長が長く、
該Si粒子の粒径は、該繊維状Siの繊維径よりも大きいことを特徴とするSiのみ又はSiとOのみからなるSi粒子結合体を具備する負極。 - 複数の前記Si粒子と、複数の前記繊維状Siと、を有する請求項1に記載の被膜付きSi粒子結合体。
- 前記繊維状Siの繊維径は5nm以上20nm以下である請求項1又は3に記載の被膜付きSi粒子結合体。
- 前記Si粒子結合体は、Si結晶を含む請求項1、3〜4のいずれか一項に記載の被膜付きSi粒子結合体。
- 前記Si粒子結合体は空隙を有する請求項1、3〜5のいずれか一項に記載の被膜付きSi粒子結合体。
- 以下の(1)〜(4)の少なくとも1つを満足する請求項2に記載の負極。
(1)前記Si粒子結合体は複数の前記Si粒子と複数の前記繊維状Siとを有する
(2)前記繊維状Siの繊維径は5nm以上20nm以下である
(3)前記Si粒子結合体はSi結晶を含む
(4)前記Si粒子結合体は空隙を有する - 前記Si粒子結合体が前記Si粒子結合体の表面に配置された炭素含有被膜を有する被膜付きSi粒子結合体である請求項2又は7に記載の負極。
- 粒径が10nm以上1500nm以下であるSi粒子と、該Si粒子に結合する繊維状Siと、を有し、該Si粒子の粒径は、該繊維状Siの繊維径よりも大きいSi粒子結合体と、
前記Si粒子結合体の表面に配置された炭素含有被膜と、を有し、
前記炭素含有被膜は、ラマン分光法のラマンスペクトルにおいて、1420cm−1〜1480cm−1の範囲にピークトップを有することを特徴とする被膜付きSi粒子結合体。 - 酸素含有量が10%以下である請求項9に記載の被膜付きSi粒子結合体。
- Si粒子と、該Si粒子に結合する繊維状Siと、を有し、
該Si粒子の粒径は、該繊維状Siの繊維径よりも大きいSi粒子結合体の製造方法であって、
原料Si粉末を導入流にて、プラズマ出力が5kW以上15kW未満である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該通過流に対向する冷却ガス流で冷却する冷却工程と、
を含むことを特徴とするSi粒子結合体の製造方法。 - Si粒子と、該Si粒子に結合する繊維状Siと、を有し、
該Si粒子の粒径は、該繊維状Siの繊維径よりも大きいSi粒子結合体と、
前記Si粒子結合体の表面に配置された炭素含有被膜と、
を有する被膜付きSi粒子結合体の製造方法であって、
原料Si粉末を導入流にて、プラズマ出力が5kW以上15kW未満である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該通過流に対向する炭素源ガスを含む冷却ガス流で冷却し、前記通過流内のSiを前記炭素源ガスと接触させてSiに炭素含有被膜を形成させる冷却工程と、
を含むことを特徴とする被膜付きSi粒子結合体の製造方法。 - 前記冷却工程の後で、酸素含有雰囲気下、前記炭素含有被膜に酸素を導入する酸素導入工程を含む請求項12に記載の被膜付きSi粒子結合体の製造方法。
- 請求項1、3〜6、9〜10のいずれか一項に記載の被膜付きSi粒子結合体を具備する負極。
- 請求項2、7、8、14のいずれか一項に記載の負極を具備する非水電解質二次電池。
- 粒径が10nm以上1500nm以下であるSi粒子と、
該Si粒子の表面に配置され、C、H、Oを含む炭素含有被膜と、を有し、
該炭素含有被膜は、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析において、テルペン類のフラグメントが検出されることを特徴とする負極活物質。 - 前記炭素含有被膜は、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析において、さらにエステル骨格のフラグメントが検出される請求項16に記載の負極活物質。
- 請求項16又は17に記載の負極活物質を具備する非水電解質二次電池。
- Si粒子と、該Si粒子に結合する繊維状Siと、を有し、
該Si粒子の粒径は、該繊維状Siの繊維径よりも大きいSi粒子結合体と、
前記Si粒子結合体の表面に配置された炭素含有被膜と、
を有する被膜付きSi粒子結合体の製造方法であって、
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該通過流に対向する炭素源ガスを含む冷却ガス流で冷却し、前記通過流内のSiを前記炭素源ガスと接触させてSiに炭素含有被膜を形成させる冷却工程と、
を含み、
前記冷却工程において、前記冷却ガス流は、前記炭素源ガス及び希ガスを含み、前記炭素源ガスの供給位置は、前記希ガスの供給位置よりも、前記通過流の通過方向に対して下流であることを特徴とする被膜付きSi粒子結合体の製造方法。
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