JP6771900B2 - Method for manufacturing negative electrode material for lithium secondary battery, method for improving lithium secondary battery, and its charge / discharge characteristics and cycle characteristics - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム二次電池用負極材の製造方法及びこの製造方法により得られた負極材を備えたリチウム二次電池、並びにリチウム二次電池の充放電特性及びサイクル特性の改善方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery provided with the negative electrode material obtained by this manufacturing method, and a method for improving charge / discharge characteristics and cycle characteristics of the lithium secondary battery.

電子機器の小型化、薄型化、軽量化が進む中、電子機器の電源用の電池や、電子機器のバックアップ用電池として、高エネルギー密度で充電でき、高効率で放電できるリチウム二次電池が注目を集めている。また、リチウムは、環境に与える影響が少なく、安全性が高いことから、電気自動車の動力源や、分散型の電力貯蔵用電池としてのリチウム二次電池の開発も行われている。 As electronic devices become smaller, thinner, and lighter, lithium secondary batteries that can be charged with high energy density and can be discharged with high efficiency are attracting attention as batteries for power supply of electronic devices and backup batteries for electronic devices. Are collecting. In addition, since lithium has little impact on the environment and is highly safe, lithium secondary batteries have been developed as power sources for electric vehicles and as distributed power storage batteries.

従来の典型的なリチウム二次電池では、負極活物質として黒鉛を用い、リチウムをイオン状態で炭素材中に挿入(インターカレーション)および脱離(デインターカレーション)させることにより充放電を繰り返している。黒鉛を用いると、充電による組成はLiCとなり、この理論充放電容量は372Ah/kgである。今日のように種々の携帯電子機器が使用され、ますます小型化・高性能化が進むとなると、負極材としてもさらに放電容量の高い材料が求められる。放電容量を高める手段としては、シリコンのように放電容量の高い材料と黒鉛とを複合化して得たリチウム二次電池用負極材を利用することが提案されている(例えば、特許文献1等を参照)。 In a typical conventional lithium secondary battery, graphite is used as the negative electrode active material, and charging and discharging are repeated by inserting (intercalating) and desorbing (deintercalating) lithium into the carbon material in the ionic state. ing. When graphite is used, the composition by charging becomes LiC 6 , and the theoretical charge / discharge capacity is 372 Ah / kg. As various portable electronic devices are used as they are today, and as they become smaller and higher in performance, materials with even higher discharge capacities are required as negative electrode materials. As a means for increasing the discharge capacity, it has been proposed to use a negative electrode material for a lithium secondary battery obtained by combining a material having a high discharge capacity such as silicon and graphite (for example, Patent Document 1 and the like). reference).

特開2003−223892号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-223892

上記特許文献1に開示のリチウム二次電池用負極材によれば、充放電サイクル特性に優れ、長期間にわたって高い充放電容量を維持できるリチウム二次電池を得ることができる。しかしながら、近年ではリチウム二次電池の充放電サイクル特性及び長期間にわたる充放電容量の確保に加えて、サイクル後の容量維持率を高くすることが可能なリチウム二次電池用負極材が求められている。上記特許文献1に開示のリチウム二次電池用負極材は、確かにリチウム二次電池に優れたサイクル特性及び高い充放電容量を付与できるものではあるものの、複数回のサイクル後の容量維持率の向上という観点では改善の余地が残されていた。 According to the negative electrode material for a lithium secondary battery disclosed in Patent Document 1, it is possible to obtain a lithium secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics and capable of maintaining a high charge / discharge capacity for a long period of time. However, in recent years, in addition to ensuring the charge / discharge cycle characteristics of lithium secondary batteries and the charge / discharge capacity over a long period of time, there has been a demand for negative electrode materials for lithium secondary batteries that can increase the capacity retention rate after the cycle. There is. Although the negative electrode material for a lithium secondary battery disclosed in Patent Document 1 can certainly impart excellent cycle characteristics and high charge / discharge capacity to a lithium secondary battery, it has a capacity retention rate after a plurality of cycles. From the perspective of improvement, there was room for improvement.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、充放電サイクル特性に優れ、長期間にわたり高い充放電容量を維持でき、しかも、サイクル後の容量維持率も高く保たれるリチウム二次電池の製作に有用なリチウム二次電池用負極材の製造方法の提供を目的とする。さらに、この製造方法により得られたリチウム二次電池用負極材を備えたリチウム二次電池並びにリチウム二次電池の充放電特性及びサイクル特性の改善方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and is a lithium secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics, capable of maintaining a high charge / discharge capacity for a long period of time, and maintaining a high capacity retention rate after the cycle. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a negative electrode material for a lithium secondary battery, which is useful for manufacturing. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery provided with a negative electrode material for a lithium secondary battery obtained by this manufacturing method, and a method for improving the charge / discharge characteristics and cycle characteristics of the lithium secondary battery.

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ケイ素を含有する粉末、バインダーを混合することで黒鉛を含まない混合物を調製し、この混合物の焼成により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventor has prepared a graphite-free mixture by mixing a silicon-containing powder and a binder, and found that the above object can be achieved by firing this mixture. We have found and completed the present invention.

即ち、本発明は、下記のリチウム二次電池用負極材の製造方法、リチウム二次電池、並びにその充放電特性及びサイクル特性の改善方法に関する。
項1.ケイ素を含有する粉末とバインダーとの混合物を焼成して焼成物を得る工程を含み、
前記焼成物は、10μm以下である粒子が15%以下の体積割合で含まれる、リチウム二次電池用負極材の製造方法。
項2.前記ケイ素を含有する粉末の平均粒径が0.1〜2μmである、上記項1に記載の製造方法。
項3.前記ケイ素を含有する粉末がシリコン単体の粉末を含有する、上記項1又は2に記載の製造方法。
項4.前記バインダーが炭素化可能な材料を含む、上記項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
項5.前記バインダーがピッチ及びタールからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、上記項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
項6.前記混合物が、ケイ素を含有する粉末100重量部に対して、バインダーを10〜200重量部の割合で含む、上記項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
項7.上記項1記載の製造方法により得られたリチウム二次電池用負極材を用いて形成された負極と、正極と、非水電解質とを少なくとも備えて構成されていることを特徴とするリチウム二次電池。
項8.平均粒子径0.1〜2μmのシリコン単体100重量部に対して、炭素化可能なバインダー10〜200重量部を芳香族炭化水素溶媒中で混合して混合物を調製し、
前記混合物を焼成することにより、10μm以下である粒子が15%以下の体積割合で含まれる焼成物を得て、
前記焼成物をリチウム二次電池用負極材に適用することで、リチウム二次電池の充放電特性及びサイクル特性を改善する方法。
That is, the present invention relates to the following method for manufacturing a negative electrode material for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, and a method for improving its charge / discharge characteristics and cycle characteristics.
Item 1. Including the step of calcining a mixture of a silicon-containing powder and a binder to obtain a calcined product.
A method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, wherein the fired product contains particles having a size of 10 μm or less in a volume ratio of 15% or less.
Item 2. Item 2. The production method according to Item 1, wherein the average particle size of the silicon-containing powder is 0.1 to 2 μm.
Item 3. Item 2. The production method according to Item 1 or 2, wherein the silicon-containing powder contains a powder of simple substance silicon.
Item 4. The production method according to any one of Items 1 to 3 above, wherein the binder contains a carbonizable material.
Item 5. The production method according to any one of Items 1 to 4, wherein the binder comprises at least one selected from the group consisting of pitch and tar.
Item 6. The production method according to any one of Items 1 to 5, wherein the mixture contains 10 to 200 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of a powder containing silicon.
Item 7. The lithium secondary is configured to include at least a negative electrode formed by using the negative electrode material for a lithium secondary battery obtained by the production method according to the above item 1, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte. battery.
Item 8. A mixture was prepared by mixing 10 to 200 parts by weight of a carbonizable binder in an aromatic hydrocarbon solvent with respect to 100 parts by weight of a simple substance of silicon having an average particle diameter of 0.1 to 2 μm.
By calcining the mixture, a calcined product containing particles having a size of 10 μm or less in a volume ratio of 15% or less was obtained.
A method for improving the charge / discharge characteristics and cycle characteristics of a lithium secondary battery by applying the fired product to a negative electrode material for a lithium secondary battery.

本発明に係る二次電池用負極材の製造方法によれば、ケイ素を含有する粉末とバインダーとの混合物を焼成する工程を含む。これにより、充放電サイクル特性に優れ、長期間にわたり高い充放電容量を維持でき、しかも、サイクル後の容量維持率も高く保たれるリチウム二次電池の製作に有用な二次電池用負極材を製造することができる。 According to the method for producing a negative electrode material for a secondary battery according to the present invention, the step of firing a mixture of a silicon-containing powder and a binder is included. As a result, a negative electrode material for secondary batteries that has excellent charge / discharge cycle characteristics, can maintain a high charge / discharge capacity for a long period of time, and can maintain a high capacity retention rate after the cycle, and is useful for manufacturing lithium secondary batteries. Can be manufactured.

本発明に係るリチウム二次電池は、上記製造方法によって得られた二次電池用負極材を具備するため、充放電サイクル特性に優れ、長期間にわたり高い充放電容量を維持でき、しかも、サイクル後の容量維持率も高く保たれる。 Since the lithium secondary battery according to the present invention includes the negative electrode material for the secondary battery obtained by the above manufacturing method, it has excellent charge / discharge cycle characteristics, can maintain a high charge / discharge capacity for a long period of time, and after the cycle. The capacity retention rate of the battery is also kept high.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

まず、リチウム二次電池用負極材の製造方法について説明する。リチウム二次電池用負極材の製造方法は、ケイ素を含有する粉末とバインダーとの混合物を焼成して焼成物を得る工程(以下「焼成工程」と略記する)を含んで構成される。 First, a method for manufacturing a negative electrode material for a lithium secondary battery will be described. The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery includes a step of firing a mixture of a silicon-containing powder and a binder to obtain a fired product (hereinafter abbreviated as "firing step").

ケイ素を含有する粉末は、ケイ素元素を含む材料で構成され、特にその種類は限定されない。 The silicon-containing powder is composed of a material containing a silicon element, and the type thereof is not particularly limited.

ケイ素元素を含む材料としては、例えば、シリコン単体(Si)、酸化シリコン(SiOやSiO)、ケイ化物等が挙げられる。ケイ化物としては、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ホウ化ケイ素,TiSi,ZrSi,VSi,CrSi,MoSi,WSi,CoSiなどが例示される。上記例示列挙したケイ素元素を含む材料は、1種単独又は2種以上任意に組み合わせて使用できる。ケイ素を含有する粉末は酸素を含んでいてもよく、この場合、例えば、粒子内部がケイ素元素で構成され得る。そして、ケイ素を含有する粉末が酸素を含む場合は、ケイ素と酸素の重量割合は90:10から50:50とすることができる。好ましいケイ素元素を含む材料は、シリコン単体、酸化ケイ素であるが、特にシリコン単体を含んでいることが好ましい。なお、ケイ素元素を含む材料は、シリコン単体のみで構成されていてもよい。 Examples of the material containing a silicon element include elemental silicon (Si), silicon oxide (SiO and SiO 2 ), silicide and the like. Examples of silicides include silicon nitride, silicon carbide, silicon boride, TiSi 2 , ZrSi 2 , VSi 2 , CrSi 2 , MoSi 2 , WSi 2 , and CoSi. The materials containing the silicon elements listed above can be used alone or in any combination of two or more. The silicon-containing powder may contain oxygen, in which case, for example, the inside of the particles may be composed of silicon elements. When the silicon-containing powder contains oxygen, the weight ratio of silicon to oxygen can be 90:10 to 50:50. The material containing a preferable silicon element is silicon alone or silicon oxide, but it is particularly preferable to contain silicon alone. The material containing the element silicon may be composed of only silicon alone.

ケイ素元素を含む材料は、非晶質(アモルファス)で構成されていてもよいし、単結晶、多結晶を含む結晶で構成されていてもよい。 The material containing a silicon element may be composed of an amorphous material, or may be composed of a crystal containing a single crystal or a polycrystal.

ケイ素を含有する粉末の平均粒径は特に限定的ではないが、例えば、0.1〜5μmとすることが好ましい。平均粒径がこの範囲であれば、得られるリチウム二次電池用負極材は、リチウム二次電池に高い充放電容量及び優れたサイクル特性を付与しやすくなる。より好ましい平均粒径は、0.1〜2μm、さらに好ましい平均粒径は、0.1〜1.5μm、特に好ましい平均粒径は、0.1〜1μm程度である。なお、ここでいう平均粒径とは、動的光散乱法によって測定された値のことをいう。 The average particle size of the silicon-containing powder is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 5 μm, for example. When the average particle size is in this range, the obtained negative electrode material for a lithium secondary battery can easily impart a high charge / discharge capacity and excellent cycle characteristics to the lithium secondary battery. A more preferable average particle size is 0.1 to 2 μm, a more preferable average particle size is 0.1 to 1.5 μm, and a particularly preferable average particle size is about 0.1 to 1 μm. The average particle size referred to here means a value measured by a dynamic light scattering method.

ケイ素を含有する粉末は、上記のケイ素元素を含む材料を湿式法又は乾式法等の公知の粉砕手段により得ることができる。例えば、10〜100μm程度のシリコンなどの粗大なケイ素材料を準備し、これをアシザワファインテック株式会社製「ビーズミルLMZ」を用いて粉砕することで、ケイ素を含有する粉末を調製することができる。 As the silicon-containing powder, the above-mentioned material containing a silicon element can be obtained by a known pulverizing means such as a wet method or a dry method. For example, a powder containing silicon can be prepared by preparing a coarse silicon material such as silicon having a size of about 10 to 100 μm and pulverizing the material using “Bead Mill LMZ” manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.

バインダーの種類は特に制限はないが、焼成によって炭素化が可能な材料(炭化する材料)である有機化合物を含んで構成されることが好ましい。バインダーの具体例としては、タール、ピッチなど歴青質物質や樹脂等が挙げられる。特に、バインダーはピッチ及びタールからなる群から選ばれる少なくとも1種を含んでいることが好ましい。歴青質物質は石油又は石炭に由来してもよい。また、歴青質物質は等方性、異方性のいずれであってもよく、例えば、等方性ピッチや異方性ピッチが例示される。 The type of the binder is not particularly limited, but it is preferably composed of an organic compound which is a material that can be carbonized by firing (a material to be carbonized). Specific examples of the binder include asphalt substances such as tar and pitch, resins and the like. In particular, the binder preferably contains at least one selected from the group consisting of pitch and tar. The biogenic material may be derived from petroleum or coal. Further, the asphalt material may be isotropic or anisotropic, and examples thereof include isotropic pitch and anisotropic pitch.

ケイ素を含有する粉末とバインダーとの混合物において、ケイ素を含有する粉末とバインダーとの混合割合は特に制限されない。例えば、ケイ素を含有する粉末100重量部に対して、バインダーを10〜350重量部とすることができる。混合割合が上記範囲である場合、ケイ素を含有する粉末どうしの結着力がより高まるので、リチウム二次電池のサイクル特性及び放電容量を向上させやすい。ケイ素を含有する粉末100重量部に対して、バインダーを10〜200重量部とすることもでき、10〜150重量部とすることが好ましく、20〜100重量部とすることがより好ましく、20〜80重量部とすることが特に好ましい。 In the mixture of the silicon-containing powder and the binder, the mixing ratio of the silicon-containing powder and the binder is not particularly limited. For example, the binder can be 10 to 350 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silicon-containing powder. When the mixing ratio is in the above range, the binding force between the silicon-containing powders is further enhanced, so that the cycle characteristics and the discharge capacity of the lithium secondary battery can be easily improved. The binder may be 10 to 200 parts by weight, preferably 10 to 150 parts by weight, more preferably 20 to 100 parts by weight, and 20 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the silicon-containing powder. It is particularly preferable to use 80 parts by weight.

上記混合物は、所定量のケイ素を含有する粉末とバインダーとを準備し、これらを混合することで調製することができる。この混合を行うにあたっては、ピッチ、タール類の一部又は全部を溶解することが可能な溶媒を併用することもできる。そのような溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレンあるいはキノリン等の芳香族炭化水素溶媒が例示される。溶媒は2種以上を含有する混合溶媒であってもよい。 The above mixture can be prepared by preparing a powder containing a predetermined amount of silicon and a binder and mixing them. In performing this mixing, a solvent capable of dissolving a part or all of the pitch and tars may be used in combination. Examples of such a solvent include aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene and quinoline. The solvent may be a mixed solvent containing two or more kinds.

上記のように溶媒を併用する場合は、溶媒に可溶した成分が溶媒中においてケイ素を含有する粉末の表面を均一に被覆しやすくなる。これにより、ケイ素を含有する粉末どうしの凝集を抑制しやすくなる。 When a solvent is used in combination as described above, it becomes easy for the solvent-soluble component to uniformly coat the surface of the silicon-containing powder in the solvent. This makes it easier to suppress the agglomeration of silicon-containing powders.

溶媒を併用して混合物を調製するにあたっては、例えば、ケイ素を含有する粉末とバインダーとを溶媒に分散させ、その後、溶媒を除去し、得られた固形分を粉砕するようにすればよい。 In preparing the mixture in combination with the solvent, for example, the silicon-containing powder and the binder may be dispersed in the solvent, then the solvent may be removed, and the obtained solid content may be pulverized.

なお、混合物には、本発明の効果が阻害されない程度であれば、添加剤等が含まれていてもよい。 The mixture may contain additives and the like as long as the effects of the present invention are not impaired.

上記焼成工程においては、上記の混合物を所定の温度にて加熱処理することで混合物の焼成を行う。上述したように溶媒を併用して混合物を調製した場合にあっては、その後の粉砕により得られた粉砕物を焼成してもよいし、粉砕前の混合物を焼成してもよい。また、焼成を行う前にあらかじめ、300℃近傍で1時間程度にわたって酸化処理を行ってもよい。 In the firing step, the mixture is fired by heat-treating the mixture at a predetermined temperature. When the mixture is prepared by using the solvent in combination as described above, the pulverized product obtained by the subsequent pulverization may be calcined, or the mixture before pulverization may be calcined. Further, before firing, oxidation treatment may be performed in advance at around 300 ° C. for about 1 hour.

焼成温度は、特に限定されず、700〜1500℃程度の範囲から選択でき、通常、800〜1200℃、好ましくは900〜1100℃程度である。焼成は、通常、不活性ガスの雰囲気下、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの雰囲気下で行うことができる。 The firing temperature is not particularly limited and can be selected from the range of about 700 to 1500 ° C., and is usually about 800 to 1200 ° C., preferably about 900 to 1100 ° C. Firing can usually be carried out in an atmosphere of an inert gas, for example, an atmosphere of nitrogen, helium, argon or the like.

なお、混合物の調製は、上記焼成工程内で行ってもよいし、別の工程にて事前に行ってもよい。 The mixture may be prepared in the firing step or in another step in advance.

上記焼成工程を経ることで、焼成物が得られる。この焼成物は、例えば、ケイ素元素を含む材料が炭素材で結合している構造を有する。より詳しくは、炭素材、いわゆる炭素材マトリックス中にケイ素元素を含む材料が分散又は点在した分散構造を有しており、炭素材(炭素材マトリックス)とケイ素元素を含む材料とが複合化した状態である。そのため、焼成物は複合炭素材と呼ぶこともできる。 By going through the above firing step, a fired product can be obtained. This fired product has, for example, a structure in which a material containing a silicon element is bonded with a carbon material. More specifically, it has a dispersed structure in which a material containing a silicon element is dispersed or scattered in a carbon material, that is, a so-called carbon material matrix, and the carbon material (carbon material matrix) and the material containing the silicon element are composited. It is in a state. Therefore, the fired product can also be called a composite carbon material.

焼成物(複合炭素材)は、通常は粉粒状(いわゆる粉粒状炭素材)で使用することができる。すなわち、焼成物(複合炭素材)は、粒子状とすることができる。この場合、焼成物を構成する粒子の平均粒径は、通常、5〜40μmとすることができる。なお、ここでいう平均粒径は、レーザー回折散乱法によって測定された値をいう。上記平均粒径は5〜30μmであることが好ましく、10〜30μmであることがより好ましい。上記平均粒径が40μm以下であれば、電極が厚くなり過ぎることがないので薄型化されやすい。また、上記平均粒径が5μm以上であれば、複合炭素材表面を被覆している炭素材の層が薄くなり過ぎないので、充放電時の膨張収縮が抑制されやすく、優れたサイクル特性が得られやすい。 The fired product (composite carbon material) can usually be used in powder granules (so-called powder granular carbon material). That is, the fired product (composite carbon material) can be in the form of particles. In this case, the average particle size of the particles constituting the fired product can usually be 5 to 40 μm. The average particle size referred to here refers to a value measured by the laser diffraction / scattering method. The average particle size is preferably 5 to 30 μm, more preferably 10 to 30 μm. When the average particle size is 40 μm or less, the electrode does not become too thick, so that the thickness is likely to be reduced. Further, when the average particle size is 5 μm or more, the layer of the carbon material covering the surface of the composite carbon material does not become too thin, so that expansion and contraction during charging and discharging are easily suppressed, and excellent cycle characteristics can be obtained. Easy to get rid of.

さらに、上記焼成物は、10μm以下である粒子が15%以下の体積割合で含まれる。焼成物を構成する粒子の大きさが10μm以下である粒子の体積割合を15%以下とすることで、得られたリチウム二次電池用負極材で形成される二次電池は、サイクル特性の低下が起こりにくい。上記のような粒度分布に調整する方法は特に限定的ではないが、例えば、市販のジェットミル等の粉砕機と分級機とを組み合わせた粉砕分級機を用いることで、焼成物の粒度分布を所望の範囲に調整することができる。 Further, the fired product contains particles having a size of 10 μm or less in a volume ratio of 15% or less. By setting the volume ratio of the particles constituting the fired product to 10 μm or less to 15% or less, the secondary battery formed of the obtained negative electrode material for the lithium secondary battery has reduced cycle characteristics. Is unlikely to occur. The method for adjusting the particle size distribution as described above is not particularly limited, but for example, the particle size distribution of the fired product can be desired by using a crushing classifier that combines a crusher such as a commercially available jet mill and a classifier. Can be adjusted to the range of.

また、焼成物を構成する粒子のアスペクト比(粒子の短径に対する長径の比)は、例えば1〜10であり、好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3である。 The aspect ratio of the particles constituting the fired product (ratio of the major axis to the minor axis of the particles) is, for example, 1 to 10, preferably 1 to 6, and more preferably 1 to 3.

上記のように製造された焼成物は、リチウム二次電池用負極材として使用することができる。このリチウム二次電池用負極材は、上述のように炭素材とケイ素元素含有の粉末が複合化された焼成物で形成されているので、リチウムイオンの移動速度が高い。よって、上記リチウム二次電池用負極材をリチウム二次電池用負極材として適用すれば、充放電を繰り返しても放電容量が低下しにくく、優れたサイクル特性を有するリチウム二次電池を製作することが可能となる。 The fired product produced as described above can be used as a negative electrode material for a lithium secondary battery. Since the negative electrode material for a lithium secondary battery is formed of a fired product in which a carbon material and a powder containing a silicon element are compounded as described above, the moving speed of lithium ions is high. Therefore, if the negative electrode material for a lithium secondary battery is applied as a negative electrode material for a lithium secondary battery, the discharge capacity does not easily decrease even after repeated charging and discharging, and a lithium secondary battery having excellent cycle characteristics can be manufactured. Is possible.

さらに、上記リチウム二次電池用負極材をリチウム二次電池用負極材として適用した場合、そのリチウム二次電池に対し、複数回にわたって充放電サイクルを行った後においても高い容量維持率を確保することが可能となる。そのため、リチウム二次電池の寿命を従来よりも向上させることができるという点でも、上記のように製造されたリチウム二次電池用負極材は優れるものである。 Further, when the negative electrode material for a lithium secondary battery is applied as a negative electrode material for a lithium secondary battery, a high capacity retention rate is ensured even after a plurality of charge / discharge cycles are performed on the lithium secondary battery. It becomes possible. Therefore, the negative electrode material for a lithium secondary battery manufactured as described above is also excellent in that the life of the lithium secondary battery can be improved as compared with the conventional case.

リチウム二次電池用負極材は、リチウム二次電池用負極の構成材料として使用でき、常法によりリチウム二次電池用負極を形成することができる。例えば、リチウム二次電池用負極材、負極形成用バインダーなどを含む混合物を成形する方法によりリチウム二次電池用負極を形成することができる。具体的には、リチウム二次電池用負極材、有機溶媒、バインダーなどを含むペーストを調製し、このペーストを負極集電体にドクターブレードなどの塗布手段によって塗布することで、任意形状のリチウム二次電池用負極を形成できる。リチウム二次電池用負極の形成においては、必要に応じて端子と組み合わせてもよい。 The negative electrode material for a lithium secondary battery can be used as a constituent material of the negative electrode for a lithium secondary battery, and the negative electrode for a lithium secondary battery can be formed by a conventional method. For example, a negative electrode for a lithium secondary battery can be formed by a method of molding a mixture containing a negative electrode material for a lithium secondary battery, a binder for forming a negative electrode, and the like. Specifically, a paste containing a negative electrode material for a lithium secondary battery, an organic solvent, a binder, etc. is prepared, and this paste is applied to a negative electrode current collector by a coating means such as a doctor blade to form a lithium ion having an arbitrary shape. A negative electrode for a next battery can be formed. In forming the negative electrode for a lithium secondary battery, it may be combined with a terminal if necessary.

負極集電体は、特に制限されず、公知の集電体、例えば、銅などの導電体を使用することができる。有機溶媒としては、通常、負極形成用バインダーを溶解又は分散可能な溶媒が使用され、例えば、N−メチルピロリドンなどの有機溶媒が例示される。有機溶媒の使用量は、ペースト状となる限り特に制限されず、例えば、リチウム二次電池用負極材100重量部に対して、60〜150重量部とすることができ、好ましくは80〜100重量部である。 The negative electrode current collector is not particularly limited, and a known current collector, for example, a conductor such as copper can be used. As the organic solvent, a solvent capable of dissolving or dispersing a binder for forming a negative electrode is usually used, and an organic solvent such as N-methylpyrrolidone is exemplified. The amount of the organic solvent used is not particularly limited as long as it is in the form of a paste, and can be, for example, 60 to 150 parts by weight, preferably 80 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the negative electrode material for a lithium secondary battery. It is a department.

負極形成用バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素含有樹脂などが例示できる。負極形成用バインダーの使用量(分散液の場合には、固形分換算の使用量)は、特に限定されず、その下限値は、負極材100重量部に対して通常、3重量部以上、好ましくは5重量部以上である。負極形成用バインダーの使用量の上限は、負極材100重量部に対して通常、20重量部以下(例えば、15重量部以下)、好ましくは10重量部以下である。より具体的には、バインダーの使用量は固形分換算で、例えば、負極材100重量部に対して3〜20重量部、好ましくは5〜15重量部、より好ましくは5〜10重量部である。ペーストの調製方法は、特に制限されず、例えば、負極形成用バインダーと有機溶媒との混合液又は分散液とリチウム二次電池用負極材とを混合する方法などを例示することができる。 Examples of the binder for forming the negative electrode include a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene. The amount of the binder used for forming the negative electrode (in the case of a dispersion liquid, the amount used in terms of solid content) is not particularly limited, and the lower limit thereof is usually 3 parts by weight or more, preferably 3 parts by weight or more, based on 100 parts by weight of the negative electrode material. Is 5 parts by weight or more. The upper limit of the amount of the binder used for forming the negative electrode is usually 20 parts by weight or less (for example, 15 parts by weight or less), preferably 10 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the negative electrode material. More specifically, the amount of the binder used is, for example, 3 to 20 parts by weight, preferably 5 to 15 parts by weight, and more preferably 5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode material in terms of solid content. .. The method for preparing the paste is not particularly limited, and examples thereof include a method of mixing a mixed solution or dispersion of a binder for forming a negative electrode and an organic solvent and a negative electrode material for a lithium secondary battery.

なお、上述の製造方法で得られたリチウム二次電池用負極材と導電材(炭素質材料や導電性炭素材も含む)とを併用して、負極を製造してもよい。 The negative electrode material for a lithium secondary battery obtained by the above-mentioned manufacturing method and a conductive material (including a carbonaceous material and a conductive carbon material) may be used in combination to manufacture a negative electrode.

導電材の使用割合は特に制限されないが、リチウム二次電池用負極材と導電材の総量に対して、1〜10重量%程度とすることができ、好ましくは1〜5重量%程度である。 The proportion of the conductive material used is not particularly limited, but can be about 1 to 10% by weight, preferably about 1 to 5% by weight, based on the total amount of the negative electrode material for the lithium secondary battery and the conductive material.

導電材を併用することにより、電極としての導電性を向上させることができ、さらにリチウム二次電池の放電容量とサイクル特性も向上させることができる。このような導電材としては、例えば、アセチレンブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックなどを使用できる。導電材は、1種のみを使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。導電材は、例えば、リチウム二次電池用負極材と溶媒とを含むペーストに混合してもよい。ペーストの負極集電体への塗布量は特に制限されないが、通常は5〜15mg/cmとすることができ、好ましくは7〜13mg/cmである。 By using a conductive material in combination, the conductivity as an electrode can be improved, and the discharge capacity and cycle characteristics of the lithium secondary battery can also be improved. As such a conductive material, for example, carbon black such as acetylene black, thermal black, furnace black and the like can be used. Only one type of conductive material may be used, or two or more types may be used in combination. The conductive material may be mixed with, for example, a paste containing a negative electrode material for a lithium secondary battery and a solvent. The amount of the paste applied to the negative electrode current collector is not particularly limited, but is usually 5 to 15 mg / cm 2 , preferably 7 to 13 mg / cm 2 .

上記のリチウム二次電池用負極(以下、単に「負極」と略記することがある)を使用して、リチウム二次電池を製造できる。 A lithium secondary battery can be manufactured by using the above-mentioned negative electrode for a lithium secondary battery (hereinafter, may be simply abbreviated as “negative electrode”).

上記リチウム二次電池は、負極と、正極と、非水電解質とを少なくとも備えて構成される。すなわち、リチウム二次電池は、上述のリチウム二次電池用負極材で形成される負極と、正極と、非水電解質とを少なくとも構成要素とする。リチウム二次電池用負極材は、上述したように、ケイ素を含有する粉末とバインダーとの混合物の焼成物を含んで形成され、前記焼成物は、10μm以下である粒子が15%以下の体積割合で含まれる。上記リチウム二次電池は、負極、正極、電解液、セパレータなどを用いて、常法によりを製造することができる。 The lithium secondary battery is configured to include at least a negative electrode, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte. That is, the lithium secondary battery includes at least a negative electrode formed of the above-mentioned negative electrode material for a lithium secondary battery, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte as constituent elements. As described above, the negative electrode material for a lithium secondary battery is formed by containing a fired product of a mixture of a silicon-containing powder and a binder, and the fired product has a volume ratio of 15% or less of particles having a size of 10 μm or less. Included in. The lithium secondary battery can be manufactured by a conventional method using a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, a separator and the like.

正極は、リチウムを吸蔵・放出可能な材料であることが好ましい。このような正極であれば公知の正極が使用できるが、例えば、正極集電体、正極活物質、導電剤などで構成される材料を使用できる。正極集電体として、例えば、アルミニウムなどを例示することができる。正極活物質として、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMnなどのリチウム複合酸化物を例示できる。導電剤として、例えば、アセチレンブラックなどの導電性カーボンブラックが例示される。 The positive electrode is preferably a material capable of occluding and releasing lithium. A known positive electrode can be used for such a positive electrode, but for example, a material composed of a positive electrode current collector, a positive electrode active material, a conductive agent, or the like can be used. As the positive electrode current collector, for example, aluminum and the like can be exemplified. Examples of the positive electrode active material include lithium composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 . Examples of the conductive agent include conductive carbon black such as acetylene black.

電解液は、特に制限されず、公知の材料を用いることができる。例えば、電解液として、有機溶媒に電解質を溶解させた溶液を用いれば、非水系リチウム二次電池を製造できる。電解質としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiClF、LiAsF、LiSbF、LiAlO、LiAlCl、LiCl、LiIなどの溶媒和しにくいアニオンを生成するリチウム塩を例示することができる。有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート類、γ一ブチロラクトンなどのラクトン類、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテルなどの鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、4−メチルジオキソランなどの環状エーテル類、スルホランなどのスルホラン類、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類、ジエチレングリコールなどのポリオキシアルキレングリコール類といったように、非プロトン性溶媒を例示することができる。有機溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上の混合溶媒として用いてもよい。 The electrolytic solution is not particularly limited, and a known material can be used. For example, a non-aqueous lithium secondary battery can be produced by using a solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent as the electrolytic solution. As the electrolyte, for example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiClF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlO 4, LiAlCl 4, LiCl, be mentioned lithium salt that produces a solvated hard anions such LiI it can. Examples of the organic solvent include carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate and diethyl carbonate, lactones such as γ-butylolactone, chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane, dimethyl ether and diethyl ether, tetrahydrofuran and 2-. Cyclic ethers such as methyl tetrahydrofuran, dioxolane and 4-methyldioxolane, sulfolanes such as sulfolane, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, nitriles such as acetonitrile, propionitrile and benzonitrile, N, N-dimethylformamide, N, Aprotic solvents can be exemplified, such as amides such as N-dimethylacetamide and polyoxyalkylene glycols such as diethylene glycol. The organic solvent may be used alone or as a mixed solvent of two or more kinds.

セパレータは、特に制限されず、公知のセパレータ、例えば、多孔質ポリプロピレン製不織布、多孔質ポリエチレン製不織布などのポリオレフイン系の多孔質膜などが例示できる。 The separator is not particularly limited, and examples thereof include known separators, for example, a polyolephine-based porous membrane such as a porous polypropylene non-woven fabric and a porous polyethylene non-woven fabric.

リチウム二次電池は、本発明の負極材を含む負極、正極および電解液の他に、例えば、通常当該分野において使用されるガスケット、封口板、ケースなどをさらに備えていてもよい。 In addition to the negative electrode including the negative electrode material of the present invention, the positive electrode, and the electrolytic solution, the lithium secondary battery may further include, for example, a gasket, a sealing plate, a case, etc., which are usually used in the art.

リチウム二次電池の形状に特に制限はないが、円筒型、角型、ボタン型など任意の形態とすることができる。 The shape of the lithium secondary battery is not particularly limited, but may be any shape such as a cylindrical type, a square type, and a button type.

上述のリチウム二次電池は、上述の製造方法により得られたリチウム二次電池用負極材を用いて形成された負極を備えている。そのため、このリチウム二次電池は、充放電サイクル特性に優れ、長期間にわたり高い充放電容量を維持でき、しかも、サイクル後の容量維持率も高い。従って、上記のようなリチウム二次電池は、分散型、可搬性電池として、電子機器、電気機器、自動車、電力貯蔵などの電源や補助電源として利用できる。 The above-mentioned lithium secondary battery includes a negative electrode formed by using a negative electrode material for a lithium secondary battery obtained by the above-mentioned manufacturing method. Therefore, this lithium secondary battery has excellent charge / discharge cycle characteristics, can maintain a high charge / discharge capacity for a long period of time, and has a high capacity retention rate after the cycle. Therefore, the lithium secondary battery as described above can be used as a distributed, portable battery as a power source or an auxiliary power source for electronic devices, electric devices, automobiles, electric power storage, and the like.

以上のように、上述した製造方法で得たリチウム二次電池用負極材を二次電池用負極材に適用すれば、リチウム二次電池の充放電特性及びサイクル特性を改善することが可能である。従って、このようなリチウム二次電池用負極材を使用することは、リチウム二次電池の性能の改善に有効な方法であるといえる。 As described above, by applying the negative electrode material for a lithium secondary battery obtained by the above-mentioned manufacturing method to the negative electrode material for a secondary battery, it is possible to improve the charge / discharge characteristics and the cycle characteristics of the lithium secondary battery. .. Therefore, it can be said that using such a negative electrode material for a lithium secondary battery is an effective method for improving the performance of the lithium secondary battery.

特に、リチウム二次電池用負極材は、平均粒子径0.1〜2μmのシリコン100重量部に対して、炭素化可能なバインダー20〜80重量部を芳香族炭化水素溶媒中で混合して混合物を調製し、この混合物を焼成することに得られる焼成物であることが好ましい。このようなリチウム二次電池用負極材を用いれば、性能が顕著に優れたリチウム二次電池を提供することが可能になる。 In particular, the negative electrode material for a lithium secondary battery is a mixture of 100 parts by weight of silicon having an average particle size of 0.1 to 2 μm and 20 to 80 parts by weight of a carbonizable binder mixed in an aromatic hydrocarbon solvent. Is preferably a calcined product obtained by preparing and calcining this mixture. By using such a negative electrode material for a lithium secondary battery, it is possible to provide a lithium secondary battery having remarkably excellent performance.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the aspects of these Examples.

(実施例1)
シリコン粉末(Aldrich社製、325mesh、最大粒子径43μm)25gを、ステンレス製ボール100gを入れた遊星式ボールミルにより、5時間にわたって粉砕した。なお、粉砕したシリコン粉末の平均粒子径は0.93μmであった。このように得た粉砕物に軟化点280℃の等方性ピッチ20g及び溶媒としてベンゼン100gを加えて2時間にわたって撹拌を行った。その後、エバポレータを用いて溶媒を除去した。得られたシリコンとピッチの混合物をメノウ乳鉢で粉砕したのち、電気炉で300℃において1時間、空気酸化した。その後、窒素ガス中、1000℃で1時間にわたって焼成処理をし、その後、粉砕することによりリチウム二次電池用負極材料を得た。得られたリチウム二次電池用負極材料の平均粒径は2.9μmであった。なお、平均粒径の測定は、マイクロトラック・ベル社製「MT3300EXII」を使用した。
(Example 1)
25 g of silicon powder (325 mesh manufactured by Aldrich, maximum particle diameter 43 μm) was pulverized for 5 hours by a planetary ball mill containing 100 g of stainless steel balls. The average particle size of the crushed silicon powder was 0.93 μm. To the pulverized product thus obtained, 20 g of an isotropic pitch having a softening point of 280 ° C. and 100 g of benzene as a solvent were added, and the mixture was stirred for 2 hours. Then, the solvent was removed using an evaporator. The obtained mixture of silicon and pitch was pulverized in an agate mortar and then air-oxidized in an electric furnace at 300 ° C. for 1 hour. Then, it was calcined in nitrogen gas at 1000 ° C. for 1 hour, and then pulverized to obtain a negative electrode material for a lithium secondary battery. The average particle size of the obtained negative electrode material for a lithium secondary battery was 2.9 μm. The average particle size was measured using "MT3300EXII" manufactured by Microtrac Bell.

得られたリチウム二次電池用負極材料と、バインダーとしてポリビニリデンフルオライド(PVDF)のN−メチルピロリドン(NMP)溶液とを混合してペーストを調製した。このペーストを、銅箔上に10mg/cmの塗布量で塗布することにより電極(負極)を作製した。なお、バインダー(PVDF)の割合は、得られたリチウム二次電池用負極材料100重量部に対して8重量部とした。 The obtained negative electrode material for a lithium secondary battery and an N-methylpyrrolidone (NMP) solution of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed to prepare a paste. An electrode (negative electrode) was prepared by applying this paste on a copper foil at a coating amount of 10 mg / cm 2 . The ratio of the binder (PVDF) was 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the obtained negative electrode material for the lithium secondary battery.

上記のように作製した電極と、対極として金属リチウム、電解液として1M−LiPF−EC/DMC(体積比1:1)を用い、二極式密閉セルを組み立て、充放電試験を行った。充放電試験においては、0.5mA/cmの定電流で、電圧範囲0〜2.0Vの範囲で7サイクル充放電させた。 Using the electrode prepared as described above, metallic lithium as the counter electrode, and 1M-LiPF 6- EC / DMC (volume ratio 1: 1) as the electrolytic solution, a bipolar sealed cell was assembled and a charge / discharge test was performed. In the charge / discharge test, charging / discharging was performed for 7 cycles in a voltage range of 0 to 2.0 V with a constant current of 0.5 mA / cm 2 .

その結果、初期の放電容量は2200Ah/kgであり、サイクル後の容量維持率は85%であった。 As a result, the initial discharge capacity was 2200 Ah / kg, and the capacity retention rate after the cycle was 85%.

(実施例2)
シリコン粉末(Aldrich社製、325mesh、最大粒子径43μm)25gを、アシザワファインテック株式会社製ビーズミルを用いて、エタノール溶媒中で5時間粉砕した。なお、粉砕したシリコン粉末の平均粒子径は0.7μmであった。この粉砕物を用いて、実施例1と同様の条件でリチウム二次電池用負極材料を調製して二極式密閉セルを組み立て、充放電試験を行った。
(Example 2)
25 g of silicon powder (325 mesh manufactured by Aldrich, maximum particle diameter 43 μm) was ground in an ethanol solvent for 5 hours using a bead mill manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd. The average particle size of the crushed silicon powder was 0.7 μm. Using this pulverized product, a negative electrode material for a lithium secondary battery was prepared under the same conditions as in Example 1, a bipolar sealed cell was assembled, and a charge / discharge test was performed.

その結果、初期の放電容量は、2300Ah/kgであり、サイクル後の容量維持率は90%であった。 As a result, the initial discharge capacity was 2300 Ah / kg, and the capacity retention rate after the cycle was 90%.

(実施例3)
シリコン粉末(高純度化学社製、45μm以下)30gを、ステンレス製ボール100gを入れた遊星式ボールミルにより、10時間にわたって粉砕した。なお、粉砕したシリコン粉末の平均粒子径は0.5μmであった。このように得た粉砕物に軟化点280℃の等方性ピッチ100g及び溶媒としてベンゼン100gを加えて2時間にわたって撹拌を行った。その後、エバポレータを用いて溶媒を除去した。得られたシリコンとピッチの混合物をメノウ乳鉢で粉砕したのち、電気炉で300℃において1時間、空気酸化した。その後、窒素ガス中、1000℃で1時間にわたって焼成処理をし、その後、粉砕し、53μmメッシュでふるい分級し53μmアンダーのリチウム二次電池用負極材料を得た。
(Example 3)
30 g of silicon powder (manufactured by High Purity Chemical Co., Ltd., 45 μm or less) was pulverized for 10 hours by a planetary ball mill containing 100 g of stainless steel balls. The average particle size of the crushed silicon powder was 0.5 μm. To the pulverized product thus obtained, 100 g of an isotropic pitch at a softening point of 280 ° C. and 100 g of benzene as a solvent were added, and the mixture was stirred for 2 hours. Then, the solvent was removed using an evaporator. The obtained mixture of silicon and pitch was pulverized in an agate mortar and then air-oxidized in an electric furnace at 300 ° C. for 1 hour. Then, it was calcined in nitrogen gas at 1000 ° C. for 1 hour, then pulverized and sieved with a 53 μm mesh to obtain a negative electrode material for a lithium secondary battery under 53 μm.

得られたリチウム二次電池用負極材料と、バインダーとしてポリビニリデンフルオライド(PVDF)のN−メチルピロリドン(NMP)溶液とを混合してペーストを調製した。このペーストを、銅箔上に10mg/cmの塗布量で塗布することにより電極(負極)を作製した。なお、バインダー(PVDF)の割合は、得られたリチウム二次電池用負極材料100重量部に対して8重量部とした。 The obtained negative electrode material for a lithium secondary battery and an N-methylpyrrolidone (NMP) solution of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed to prepare a paste. An electrode (negative electrode) was prepared by applying this paste on a copper foil at a coating amount of 10 mg / cm 2 . The ratio of the binder (PVDF) was 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the obtained negative electrode material for the lithium secondary battery.

上記のように作製した電極と、対極として金属リチウム、電解液として1M−LiPF−EC/DMC(体積比1:1)を用い、二極式密閉セルを組み立て、充放電試験を行った。充放電試験においては、0.5mA/cmの定電流で、電圧範囲0〜2.0Vの範囲で7サイクル充放電させた。 Using the electrode prepared as described above, metallic lithium as the counter electrode, and 1M-LiPF 6- EC / DMC (volume ratio 1: 1) as the electrolytic solution, a bipolar sealed cell was assembled and a charge / discharge test was performed. In the charge / discharge test, charging / discharging was performed for 7 cycles in a voltage range of 0 to 2.0 V with a constant current of 0.5 mA / cm 2 .

その結果、初期の放電容量は、1200Ah/kgであった。20サイクル後の容量維持率は95%であった。 As a result, the initial discharge capacity was 1200 Ah / kg. The capacity retention rate after 20 cycles was 95%.

(実施例4)
シリコン粉末(高純度化学社製、45μm以下)30gを、ステンレス製ボール100gを入れた遊星式ボールミルにより、10時間にわたって粉砕した。なお、粉砕したシリコン粉末の平均粒子径は0.5μmであった。このように得た粉砕物に軟化点280℃の等方性ピッチ100g及び溶媒としてベンゼン100gを加えて2時間にわたって撹拌を行った。その後、エバポレータを用いて溶媒を除去した。得られたシリコンとピッチの混合物をメノウ乳鉢で粉砕したのち、窒素ガス中、1000℃で1時間にわたって焼成処理をし、その後、日清エンジニアリング(株)製ジェットミルSJ−100を用いて粉砕及び分級を行った。得られた焼成物の粒度分布及び平均粒径を実施例1と同様の測定機で測定したところ、10μm以下の粒子の存在割合は12体積%であり、また、平均粒径は17.8μm(D10=2.9μm、D50=26.1μm、D90=48.1μm)であった。
(Example 4)
30 g of silicon powder (manufactured by High Purity Chemical Co., Ltd., 45 μm or less) was pulverized for 10 hours by a planetary ball mill containing 100 g of stainless steel balls. The average particle size of the crushed silicon powder was 0.5 μm. To the pulverized product thus obtained, 100 g of an isotropic pitch at a softening point of 280 ° C. and 100 g of benzene as a solvent were added, and the mixture was stirred for 2 hours. Then, the solvent was removed using an evaporator. The obtained mixture of silicon and pitch is crushed in an agate mortar, then fired in nitrogen gas at 1000 ° C. for 1 hour, and then crushed and crushed using a jet mill SJ-100 manufactured by Nisshin Engineering Co., Ltd. Classified. When the particle size distribution and the average particle size of the obtained fired product were measured by the same measuring machine as in Example 1, the abundance ratio of the particles of 10 μm or less was 12% by volume, and the average particle size was 17.8 μm (17.8 μm). D 10 = 2.9 μm, D 50 = 26.1 μm, D 90 = 48.1 μm).

得られたリチウム二次電池用負極材料を用いて実施例1と同様にして充放電試験を行った。その結果、初期の放電容量は、1200Ah/kgであり、20サイクル後の容量維持率は97%であった。 A charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 1 using the obtained negative electrode material for a lithium secondary battery. As a result, the initial discharge capacity was 1200 Ah / kg, and the capacity retention rate after 20 cycles was 97%.

(比較例1)
ピッチを使用しなかったこと以外は実施例1と同様の方法でリチウム二次電池用負極材料を調製した。このリチウム二次電池用負極材を用いて二極式密閉セルを組み立て、充放電試験を行った
その結果、初期の放電容量は1200Ah/kgであり、サイクル後の容量維持率は5%であった。
(Comparative Example 1)
A negative electrode material for a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pitch was not used. A bipolar sealed cell was assembled using this negative electrode material for a lithium secondary battery, and a charge / discharge test was performed. As a result, the initial discharge capacity was 1200 Ah / kg, and the capacity retention rate after the cycle was 5%. It was.

(比較例2)
シリコン粉末(Aldrich社製、325mesh、最大粒子径43μm)25gを、ステンレス製ボール100gを入れた遊星式ボールミルにより5時間粉砕した。なお、粉砕したシリコン粉末の平均粒子径は0.93μmであった。この粉砕物に人造黒鉛(TimcalAG製「SFG−6」)5g、ピッチ10gを加えてさらに1時間遊星式ボールミルで混合した。得られた複合粒子を、窒素ガス中、1000℃で1時間焼成処理し、解砕することにより負極材料を得た。得られた負極材料の平均粒径は2.9μmであった。
(Comparative Example 2)
25 g of silicon powder (325 mesh manufactured by Aldrich, maximum particle diameter 43 μm) was pulverized for 5 hours by a planetary ball mill containing 100 g of stainless steel balls. The average particle size of the crushed silicon powder was 0.93 μm. To this pulverized product, 5 g of artificial graphite (“SFG-6” manufactured by TimcalAG) and 10 g of pitch were added and mixed with a planetary ball mill for another 1 hour. The obtained composite particles were calcined in nitrogen gas at 1000 ° C. for 1 hour and crushed to obtain a negative electrode material. The average particle size of the obtained negative electrode material was 2.9 μm.

その結果、初期の放電容量は521Ah/kgであった。また、3サイクル目に533Ah/kgまで増加したが、その後、再び放電容量が低下し始め、7サイクル後の放電容量は416Ah/kgまで低下した。 As a result, the initial discharge capacity was 521 Ah / kg. Further, the discharge capacity increased to 533 Ah / kg in the third cycle, but then the discharge capacity began to decrease again, and the discharge capacity after 7 cycles decreased to 416 Ah / kg.

(比較例3)
シリコン粉末(高純度化学社製、45μm以下)30gを、ステンレス製ボール100gを入れた遊星式ボールミルにより、10時間にわたって粉砕した。なお、粉砕したシリコン粉末の平均粒子径は0.5μmであった。このように得た粉砕物に軟化点280℃の等方性ピッチ100g及び溶媒としてベンゼン100gを加えて2時間にわたって撹拌を行った。その後、エバポレータを用いて溶媒を除去した。得られたシリコンとピッチの混合物をメノウ乳鉢で粉砕したのち、窒素ガス中、1000℃で1時間にわたって焼成処理をし、その後、大阪ケミカル社製の粉砕機「MX1200XTM」を用いて粉砕及び分級を行った。得られた焼成物の粒度分布及び平均粒径を実施例1と同様の測定機で測定したところ、10μm以下の粒子の存在割合は65体積%であり、また、平均粒径は3.8μm(D10=0.6μm、D50=3.5μm、D90=24.6μm)であった。
(Comparative Example 3)
30 g of silicon powder (manufactured by High Purity Chemical Co., Ltd., 45 μm or less) was pulverized for 10 hours by a planetary ball mill containing 100 g of stainless steel balls. The average particle size of the crushed silicon powder was 0.5 μm. To the pulverized product thus obtained, 100 g of an isotropic pitch at a softening point of 280 ° C. and 100 g of benzene as a solvent were added, and the mixture was stirred for 2 hours. Then, the solvent was removed using an evaporator. The obtained mixture of silicon and pitch is crushed in an agate mortar, then fired in nitrogen gas at 1000 ° C. for 1 hour, and then crushed and classified using a crusher "MX1200XTM" manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd. went. When the particle size distribution and the average particle size of the obtained fired product were measured by the same measuring machine as in Example 1, the abundance ratio of the particles of 10 μm or less was 65% by volume, and the average particle size was 3.8 μm ( D 10 = 0.6 μm, D 50 = 3.5 μm, D 90 = 24.6 μm).

得られたリチウム二次電池用負極材料を用いて実施例1と同様にして充放電試験を行った。その結果、初期の放電容量は、1070Ah/kgであり、20サイクル後の容量維持率は10%であった。 A charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 1 using the obtained negative electrode material for a lithium secondary battery. As a result, the initial discharge capacity was 1070 Ah / kg, and the capacity retention rate after 20 cycles was 10%.

以上の結果から、実施例1〜4で得られたリチウム二次電池用負極材は、サイクル特性に優れていることがわかる。一方、比較例2の負極材料では、黒鉛を含んで製造されたものであるので、初期の放電容量も実施例と大きく異なり、また、サイクル後の放電容量の低下もみられた。シリコン単体の場合の初期容量はおよそ4200Ah/kgであるのに対し、黒鉛は372Ah/kgしかないので、人造黒鉛が混合された比較例2では放電容量が低下したと考えられる。 From the above results, it can be seen that the negative electrode materials for lithium secondary batteries obtained in Examples 1 to 4 have excellent cycle characteristics. On the other hand, since the negative electrode material of Comparative Example 2 was produced containing graphite, the initial discharge capacity was also significantly different from that of the example, and the discharge capacity after the cycle was also reduced. Since the initial capacity of silicon alone is about 4200 Ah / kg, that of graphite is only 372 Ah / kg, it is considered that the discharge capacity is reduced in Comparative Example 2 in which artificial graphite is mixed.

Claims (3)

ケイ素を含有する粉末と、炭素化可能な材料を含むバインダーとの混合物(ただし、黒鉛は含まない)を焼成して、ケイ素元素を含む材料が炭素材で結合した構造を有する焼成物を得る工程を含み、
前記ケイ素を含有する粉末の平均粒径が0.1〜2μmであり、
前記ケイ素を含有する粉末がシリコン単体の粉末を含有し、
前記焼成物は、10μm以下である粒子が15%以下の体積割合で含まれ、
前記混合物が、ケイ素を含有する粉末100重量部に対して、バインダーを10〜200重量部の割合で含む、リチウム二次電池用負極材の製造方法。
A step of calcining a mixture of a silicon-containing powder and a binder containing a carbonizable material (however, graphite is not included) to obtain a calcined product having a structure in which a material containing a silicon element is bonded with a carbon material. Including
The average particle size of the silicon-containing powder is 0.1 to 2 μm.
The silicon-containing powder contains the powder of simple substance silicon,
The fired product contains particles having a size of 10 μm or less in a volume ratio of 15% or less.
A method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, wherein the mixture contains 10 to 200 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of a powder containing silicon.
前記バインダーがピッチ及びタールからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the binder comprises at least one selected from the group consisting of pitch and tar. 平均粒子径0.1〜2μmのシリコン単体100重量部に対して、炭素化可能なバインダー10〜200重量部を芳香族炭化水素溶媒中で混合して混合物(ただし、黒鉛は含まない)を調製し、
前記混合物を焼成することにより、10μm以下である粒子が15%以下の体積割合で含まれ、かつ、ケイ素元素を含む材料が炭素材で結合した構造を有する焼成物を得て、
前記焼成物をリチウム二次電池用負極材に適用することで、リチウム二次電池の充放電特性及びサイクル特性を改善する方法。
A mixture (however, graphite is not included) is prepared by mixing 10 to 200 parts by weight of a carbonizable binder in an aromatic hydrocarbon solvent with respect to 100 parts by weight of a simple substance of silicon having an average particle size of 0.1 to 2 μm. And
Said mixture by calcining, 10 [mu] m contained in particles with a volume ratio of 15% or less is less, and to obtain a fired product that have a structure material containing silicon element is bonded with a carbon material,
A method for improving the charge / discharge characteristics and cycle characteristics of a lithium secondary battery by applying the fired product to a negative electrode material for a lithium secondary battery.
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