JP7052495B2 - Spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles and spherical silicon oxide fine particles, and a method for producing these. - Google Patents

Spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles and spherical silicon oxide fine particles, and a method for producing these. Download PDF

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Description

本発明は、球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子及び球状ケイ素酸化物微粒子並びにこれらの製造方法に関する。更には、本発明は、上記球状ケイ素酸化物微粒子を用いた二次電池用負極活物質及び二次電池用負極並びに二次電池に関する。 The present invention relates to spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles and spherical silicon oxide fine particles, and a method for producing these. Furthermore, the present invention relates to a negative electrode active material for a secondary battery, a negative electrode for a secondary battery, and a secondary battery using the spherical silicon oxide fine particles.

ポリシルセスキオキサン等の各種ケイ素含有ポリマー並びに各種ケイ素酸化物及びケイ素酸化物構造体は、合成条件や製造条件等を適宜調整することにより分子レベルないしナノメートルスケール又はマイクロメートルスケールでの構造等を制御できると共に、様々な機能性を実現できることから、電子機器分野、光学機器分野、電池を含む蓄電技術分野など様々な分野において材料用途で応用がされている。 Various silicon-containing polymers such as polysilsesquioxane and various silicon oxides and silicon oxide structures have structures at the molecular level, nanometer scale, or micrometer scale, etc. by appropriately adjusting synthetic conditions, production conditions, and the like. Since it can control and realize various functionality, it is applied to various fields such as electronic equipment field, optical equipment field, and electricity storage technology field including batteries.

例えば、特許文献1には、赤外分光スペクトルにおいて所定のピーク強度の比を有するケイ素酸化物を含むリチウムイオン二次電池用負極活物質が記載されている。このケイ素酸化物は、水素ポリシルセスキオキサン重合物を所定の条件で熱処理して得られるものであり、二次電池用負極活物質として利用した場合、二次電池において優れた充放電容量と容量維持率を発揮できることが示されている。 For example, Patent Document 1 describes a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery containing a silicon oxide having a predetermined peak intensity ratio in an infrared spectroscopic spectrum. This silicon oxide is obtained by heat-treating a hydrogen polysilsesquioxane polymer under predetermined conditions, and when used as a negative electrode active material for a secondary battery, it has an excellent charge / discharge capacity in a secondary battery. It has been shown that the capacity retention rate can be demonstrated.

更に、特許文献2には、X線光電子スペクトルにおいて所定の結合エネルギーや所定のシリコンピーク等を示す非晶質シリコン酸化物が記載されており、これを含む負極活物質並びにその製造方法が開示されている。この非晶質シリコン酸化物は、SiO(0<x<2)で表示されるものであるが、具体的には、シラン化合物を酸触媒下でゾル/ゲル反応させることにより取得した水素ポリシルセスキオキサンの焼成物である。特許文献2には、このような負極活物質を用いることで優れた充放電特性が発揮されることが示唆されている。 Further, Patent Document 2 describes an amorphous silicon oxide exhibiting a predetermined binding energy, a predetermined silicon peak, etc. in an X-ray photoelectron spectrum, and discloses a negative electrode active material containing the amorphous silicon oxide and a method for producing the same. ing. This amorphous silicon oxide is represented by SiO X (0 <x <2). Specifically, it is a hydrogen policy obtained by subjecting a silane compound to a sol / gel reaction under an acid catalyst. It is a calcined product of lucesquioxane. Patent Document 2 suggests that excellent charge / discharge characteristics are exhibited by using such a negative electrode active material.

更に、特許文献3には、フーリエ変換赤外分光装置によって測定したスペクトルにおいて所定の波数範囲にあるシラノール基に由来するピークA1の強度と所定の波数範囲にあるシロキサン結合に由来するピークA2の強度との比の値A1/A2が0.1以下となり、一般式SiO(0<X<2)で表されるリチウムイオン二次電池用負極活物質が開示されている。このリチウムイオン二次電池用負極活物質は、具体的には、以下の通り製造されるものである。まず、Si粉末とSiO粉末とを配合し、混合、造粒及び乾燥することにより混合造粒を取得する。次いで、該混合造粒を原料として用い、所定の装置により析出基板上にSiO(0<X<2)を析出させ、該析出させたSiOを粉砕してその粉末を得る。該粉末を所定の雰囲気下で加熱保持及び減圧処理を施し最終プロダクトとする。なお、特許文献3において、上記ピークA1の強度とピークA2の強度との比A1/A2が0.1以下となるSiO(0<X<2)粉末を採用する理由は、Si-H結合はシラノール基を生成し初期効率の悪化を招くことから、フーリエ変換赤外分光スペクトルにおいてシラノール基由来のピーク強度が比較的小さい物質を採用することにあると言える。 Further, Patent Document 3 describes the intensity of the peak A1 derived from the silanol group in the predetermined wavenumber range and the intensity of the peak A2 derived from the siloxane bond in the predetermined wavenumber range in the spectrum measured by the Fourier transform infrared spectroscope. A negative value active material for a lithium ion secondary battery represented by the general formula SiO x (0 <X <2) is disclosed in which the value A1 / A2 of the ratio to A1 / A2 is 0.1 or less. Specifically, the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery is manufactured as follows. First, Si powder and SiO 2 powder are mixed, mixed, granulated and dried to obtain mixed granulation. Next, using the mixed granulation as a raw material, SiO x (0 <X <2) is precipitated on the precipitation substrate by a predetermined device, and the precipitated SiO x is pulverized to obtain the powder. The powder is heated and held under a predetermined atmosphere and subjected to decompression treatment to obtain a final product. The reason for adopting the SiO x (0 <X <2) powder in which the ratio A1 / A2 of the intensity of the peak A1 to the intensity of the peak A2 is 0.1 or less in Patent Document 3 is the Si—H bond. Is to generate a silanol group and cause deterioration of the initial efficiency. Therefore, it can be said that a substance having a relatively small peak intensity derived from the silanol group is adopted in the Fourier transformed infrared spectroscopic spectrum.

更に、特許文献4には、環境に優しいとされる、ポリシルセスキオキサンのマイクロスフィアの調製方法が開示されている。この方法は、RSi(ORで表される3官能性シラン化合物を所定のpH範囲の酸性溶液で加水分解させ、pHをアルカリ側に調整して重縮合させる工程等を含むものと思料される。なお、特許文献4の開示によれば、形式的にはRが水素であるシラン化合物も包含されているものと思料される。すなわち、Rが水素である場合、該シラン化合物を原料として合成されるポリシルセスキオキサンは論理的には水素ポリシルセスキオキサンとなるが、実際にはRが水素であるシラン化合物を用いて水素ポリシルセスキオキサンを合成した例は記載されていないものと思料する。 Further, Patent Document 4 discloses a method for preparing microspheres of polysilsesquioxane, which is considered to be environmentally friendly. This method includes a step of hydrolyzing a trifunctional silane compound represented by R 1 Si (OR 2 ) 3 with an acidic solution in a predetermined pH range, adjusting the pH to the alkaline side, and polycondensing the compound. Is considered. According to the disclosure of Patent Document 4, it is considered that a silane compound in which R 1 is hydrogen is also formally included. That is, when R 1 is hydrogen, the polysilsesquioxane synthesized from the silane compound is logically hydrogen polysilsesquioxane, but in reality, the silane compound in which R 1 is hydrogen is used. It is considered that no example of synthesizing hydrogen polysilence sesquioxane using hydrogen polysilsesquioxane has been described.

さらに、特許文献5には、トリメトキシシラン等のケイ素化合物の加水分解及び重縮合により水素ポリシルセスキオキサンを合成する際に、ポリエチレンオキシドやポリビニルピロリドン等の相分離誘起剤やケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する材料としてアルコール等を添加することにより、メソ孔及びマクロ孔の階層的な多孔構造を有するマクロ多孔性モノリスなる構造体を製造したことが記載されている。特許文献5の開示によれば、該マクロ多孔性モノリスは、ヒドリドシリカにより構成された骨格により連続性を持って構成されるマクロ孔と、上記骨格の表面に形成されたメソ孔とで構成されていることを要し、具体的には、SEM写真を見るとシリカ骨格がネットワーク状に形成された多孔質体であると考えられる。なお、特許文献5では、マクロ多孔性モノリスの用途として、クロマトグラフィー用分離カラム、酵素担体、触媒担体等を挙げている。 Further, Patent Document 5 describes a phase separation inducer such as polyethylene oxide and polyvinylpyrrolidone and water addition of a silicon compound when synthesizing hydrogen polysilsesquioxane by hydrolysis and polycondensation of a silicon compound such as trimethoxysilane. It is described that a structure called a macroporous monolith having a hierarchical porous structure of mesopores and macropores was produced by adding alcohol or the like as a material for suppressing decomposition and polycondensation. According to the disclosure of Patent Document 5, the macroporous monolith is composed of macropores continuously formed by a skeleton composed of hydride silica and mesopores formed on the surface of the skeleton. Specifically, when looking at the SEM photograph, it is considered that the silica skeleton is a porous body formed in a network shape. In Patent Document 5, a separation column for chromatography, an enzyme carrier, a catalyst carrier, and the like are mentioned as applications of the macroporous monolith.

更に、非特許文献1には、ベシクル状シルセスキオキサンを介してメソ多孔質シリカ/亜酸化物マトリクスに分散されたナノ結晶質シリコンを合成したこと、並びにその電気化学的応用の可能性について調べたことが記載されている。非特許文献1においては、プルロニック(登録商標)P-123(PEO/PPO/PEOトリブロックコポリマー)の存在下でトリエトキシシランを室温で加水分解することにより、水素シルセスキオキサンゲルの薄い隔壁でできたナノスケールのベシクルを形成し、このベシクルを焼成して上記マトリックス構造体を取得している。 Further, Non-Patent Document 1 describes the synthesis of nanocrystalline silicon dispersed in a mesoporous silica / suboxide matrix via vesicle-like silsesquioxane, and the possibility of its electrochemical application. It is stated that it was investigated. In Non-Patent Document 1, triethoxysilane is hydrolyzed at room temperature in the presence of Pluronic® P-123 (PEO / PPO / PEO triblock copolymer) to form a thin partition of hydrogen silsesquioxane gel. The resulting nanoscale vesicles are formed and the vesicles are calcined to obtain the above matrix structure.

国際公開第2017/010365号パンフレットInternational Publication No. 2017/010365 Pamphlet 特開2008-171813号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-1718113 特開2011-108635号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-108635 中国特許出願公開第CN1080440号明細書Chinese Patent Application Publication No. CN1080440 特開2014-148456号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-148456

New Journal of Chemistry(2015),39(1)、p621-630New Journal of Chemistry (2015), 39 (1), p621-630

本発明者らは、これまで特許文献1に開示される水素ポリシルセスキオキサンを含む各種ポリシルセスキオキサン、並びにそれら各種ポリシルセスキオキサンを熱処理することにより得られるケイ素酸化物を二次電池用負極活物質用途に開発してきた。このような各種ポリシルセスキオキサン材料を開発してきた中で、側鎖に有機官能基を有する3官能性オルガノシラン化合物を原料として得られるポリシルセスキオキサンについては、常法の加水分解及び重縮合反応を介して球状のポリシルセスキオキサンを容易に得られるのに対し、側鎖に水素原子を有する3官能性シラン化合物を原料として得られる水素ポリシルセスキオキサンについては、不定形の微粒子が凝集した形態のものしか得られず、常法では球状の水素ポリシルセスキオキサンを取得することが困難であることを見出した。 The present inventors have obtained two types of polysilsesquioxane containing hydrogen polysilsesquioxane disclosed in Patent Document 1 and silicon oxides obtained by heat-treating the various polysilsesquioxane. It has been developed for use as a negative electrode active material for next batteries. While developing such various polysilsesquioxane materials, polysilsesquioxane obtained from a trifunctional organosilane compound having an organic functional group in the side chain can be hydrolyzed by a conventional method. Spherical polysilsesquioxane can be easily obtained through a polycondensation reaction, whereas hydrogen polysilsesquioxane obtained from a trifunctional silane compound having a hydrogen atom in a side chain is indefinite. It was found that it is difficult to obtain a spherical hydrogen polysilsesquioxane by a conventional method because only a form in which the fine particles of the above are aggregated can be obtained.

即ち、本発明の課題は、略球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子及び略球状ケイ素酸化物微粒子並びにこれらの製造方法を提供することにある。 That is, an object of the present invention is to provide substantially spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles, substantially spherical silicon oxide fine particles, and a method for producing these.

なお、上述の先行技術文献の何れにおいても、球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子を合成した例は開示されておらず、球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子を合成し得るような具体的な方法及び手段は何ら示唆されていない。 In addition, in any of the above-mentioned prior art documents, an example of synthesizing spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles is not disclosed, and a specific method and a specific method capable of synthesizing spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles and No means have been suggested.

特に、特許文献4については、ポリシルセスキオキサンのマイクロスフィアの調製方法が開示されている。上述のとおり原料となるRSi(ORで表されるシラン化合物においてRが水素である場合も形式的には包含され、仮に該シラン化合物を原料とすれば水素ポリシルセスキオキサンが得られることにはなるが、実際にはRが水素であるシラン化合物を用いて水素ポリシルセスキオキサンを合成した例は記載されていないものと思料する。特許文献4の実施例では、シラン化合物としてメチルトリメトキシシラン、テメラメトキシシラン(オルトケイ酸テトラメチル)をそれぞれ用いた例しか記載されておらず、その合成方法もごく一般的な加水分解及び重縮合反応に基づくものと考える。特許文献4には、球状の水素ポリシルセスキオキサンを取得できるような具体的な解決手段は記載されておらず、本発明で採用するような溶液系の相分離は何ら示唆されていない。 In particular, Patent Document 4 discloses a method for preparing microspheres of polysilsesquioxane. As described above, in the silane compound represented by R 1 Si (OR 2 ) 3 as a raw material, the case where R 1 is hydrogen is formally included, and if the silane compound is used as a raw material, hydrogen polysilsesquioki is included. Although sun can be obtained, it is considered that no example of synthesizing hydrogen polysilsesquioxane using a silane compound in which R1 is hydrogen is actually described. In the examples of Patent Document 4, only examples using methyltrimethoxysilane and temeramethoxysilane (tetramethyl orthosilicate) as silane compounds are described, and the synthesis methods thereof are also very general hydrolysis and polycondensation. It is considered to be based on the reaction. Patent Document 4 does not describe a specific solution for obtaining spherical hydrogen polysilsesquioxane, and does not suggest any phase separation of a solution system as adopted in the present invention.

更に、特許文献5では、ポリエチレンオキシドやポリビニルピロリドン等の相分離誘起剤やケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する材料としてアルコール等を添加する構成が採用されているが、製造される構造体はシリカ骨格によるネットワーク構造を有するマクロ多孔性モノリスなる構造体であり、そもそも本発明のような球状水素ポリシルセスキオキサンの合成を目的としていない。 Further, Patent Document 5 employs a configuration in which an alcohol or the like is added as a phase separation inducer such as polyethylene oxide or polyvinylpyrrolidone or a material for suppressing hydrolysis and polycondensation of a silicon compound, but the structure is produced. Is a macroporous monolith structure having a network structure with a silica skeleton, and is not intended for the synthesis of spherical hydrogen polysilcesquioxane as in the present invention.

更に加えて、非特許文献1では、プルロニック(登録商標)P-123(PEO/PPO/PEOトリブロックコポリマー)の存在下でトリエトキシシランを室温で加水分解し、水素シルセスキオキサンゲルの構造体を合成しているが、該構造体は、ベシクル(小胞状構造体)であり、本発明のような球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子の形態ではない。 Furthermore, in Non-Patent Document 1, triethoxysilane is hydrolyzed at room temperature in the presence of Pluronic® P-123 (PEO / PPO / PEO triblock copolymer) to form a structure of hydrogen silsesquioxane gel. However, the structure is a vesicle (follicle-like structure) and is not in the form of spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles as in the present invention.

上記課題を解決するために、本発明の幾つかの態様によれば以下が提供される。
[1]粒度分布における体積基準累積50%粒子径D50が1mm未満でありかつ略球状である、水素ポリシルセスキオキサン微粒子。
In order to solve the above problems, the following are provided according to some aspects of the present invention.
[1] Hydrogen polysilsesquioxane fine particles having a volume-based cumulative 50% particle diameter D50 of less than 1 mm and a substantially spherical shape in the particle size distribution.

[2]上記体積基準累積50%粒子径D50が80μm以下である、[1]に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子。
[3]上記体積基準累積50%粒子径D50が100nm~50μmの範囲にある所定の値である、[1]又は[2]に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子。
[4]上記体積基準累積50%粒子径D50が500nm~10μmの範囲にある所定の値である、[1]~[3]の何れか1つに記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子。
[2] The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to [1], wherein the volume-based cumulative 50% particle diameter D50 is 80 μm or less.
[3] The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to [1] or [2], wherein the volume-based cumulative 50% particle diameter D50 is a predetermined value in the range of 100 nm to 50 μm.
[4] The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to any one of [1] to [3], wherein the volume-based cumulative 50% particle diameter D50 is a predetermined value in the range of 500 nm to 10 μm.

[5]以下の一般式(I)で表される水素ポリシルセスキオキサンを含む、[1]~[4]の何れか1つに記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子。

Figure 0007052495000001
式中、R、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素、炭素数1~45の置換又は非置換のアルキル、置換又は非置換のアリール、及び置換又は非置換のアリールアルキルからなる群から選択される基であり、炭素数の1~45のアルキルにおいて、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、任意の-CH-は、-O-、-CH=CH-、シクロアルキレン、シクロアルケニレン、又は-SiR -で置き換えられてもよく、置換又は非置換のアリールアルキル中のアルキレンにおいて、任意の水素はハロゲンで置換えられてもよく、任意の-CH-は、-O-、-CH=CH-、シクロアルキレン、シクロアルケニレン、又は-SiR -で置き換えられてもよく、
nは1以上の整数を示す。 [5] The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to any one of [1] to [4], which contain hydrogen polysilsesquioxane represented by the following general formula (I).
Figure 0007052495000001
In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are independently derived from hydrogen, substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 45 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl, and substituted or unsubstituted aryl alkyl, respectively. A group selected from the group consisting of an alkyl having 1 to 45 carbon atoms, any hydrogen may be replaced with a halogen, and any -CH 2- is -O-, -CH = CH-,. It may be replaced with cycloalkylene, cycloalkenylene, or -SiR 12-, and in the alkylene in the substituted or unsubstituted arylalkyl, any hydrogen may be replaced with halogen, and any -CH 2- , -O-, -CH = CH-, cycloalkylene, cycloalkenylene, or -SiR 12 - may be replaced.
n represents an integer of 1 or more.

[6]以下の一般式(II)で表される水素ポリシルセスキオキサンを含む、[1]~[5]の何れか1つに記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子:

Figure 0007052495000002
式中、R、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素、炭素数1~45の置換又は非置換のアルキル、置換又は非置換のアリール、及び置換又は非置換のアリールアルキルからなる群から選択される基であり、炭素数の1~45のアルキルにおいて、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、任意の-CH-は、-O-、-CH=CH-、シクロアルキレン、シクロアルケニレン、又は-SiR -で置き換えられてもよく、置換又は非置換のアリールアルキル中のアルキレンにおいて、任意の水素はハロゲンで置換えられてもよく、任意の-CH-は、-O-、-CH=CH-、シクロアルキレン、シクロアルケニレン、又は-SiR -で置き換えられてもよく、
nは1以上の整数を示す。 [6] The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to any one of [1] to [5], which contain hydrogen polysilsesquioxane represented by the following general formula (II):
Figure 0007052495000002
In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are independently derived from hydrogen, substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 45 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl, and substituted or unsubstituted aryl alkyl, respectively. A group selected from the group consisting of an alkyl having 1 to 45 carbon atoms, any hydrogen may be replaced with a halogen, and any -CH 2- is -O-, -CH = CH-,. It may be replaced with cycloalkylene, cycloalkenylene, or -SiR 12-, and in the alkylene in the substituted or unsubstituted arylalkyl, any hydrogen may be replaced with halogen, and any -CH 2- , -O-, -CH = CH-, cycloalkylene, cycloalkenylene, or -SiR 12 - may be replaced.
n represents an integer of 1 or more.

[7]以下の一般式(III)~(V)の何れか1つで表される水素ポリシルセスキオキサンを含む、[1]~[6]の何れか1つに記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子:

Figure 0007052495000003
[7] The hydrogen polysil according to any one of [1] to [6], which comprises a hydrogen polysil sesquioxane represented by any one of the following general formulas (III) to (V). Sesquioxane fine particles:
Figure 0007052495000003

[8]以下の工程(p)を含む、[1]~[7]の何れか1つに記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を製造する方法:
(p)以下の一般式(VI)で示されるケイ素化合物が存在する溶液系において、上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合をさせると同時に該溶液系の相分離を進行させ、上記水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成させること、
HSi(R) ・・・(VI)
(式中、Rは、加水分解性を有する官能基であり、Rは互いに同一であってもよく又は異なってもよい。)。
[8] The method for producing hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to any one of [1] to [7], which comprises the following step (p):
(P) In a solution system in which a silicon compound represented by the following general formula (VI) is present, the silicon compound is hydrolyzed and polycondensed, and at the same time, phase separation of the solution system is promoted to promote the phase separation of the solution system. Producing oxane fine particles,
HSi (R) 3 ... (VI)
(In the formula, R is a hydrolyzable functional group, and R may be the same as or different from each other).

[9]一般式(VI)において、Rは、ハロゲン、水素、炭素数1~10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6~20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7~30の置換または非置換のアリールアルコキシから選択される基である、炭素数1~10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6~20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7~30の置換または非置換のアリールアルコキシにおいて、任意の水素はハロゲンで置換されていてもよく、Rは互いに同一であってもよく又は異なってもよいものとする、[8]に記載の方法。 [9] In the general formula (VI), R is a halogen, hydrogen, substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbon atoms, and 7 to 30 carbon atoms. Substituentally substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbon atoms, and 7 to 30 carbon atoms, which are groups selected from the substituted or unsubstituted arylalkoxy of. The method according to [8], wherein in the substituted or unsubstituted arylalkoxy, any hydrogen may be substituted with a halogen, and R may be the same as or different from each other.

[10]上記溶液系が、該溶液系の相分離を促進させる相分離誘発剤を含む、[8]又は[9]に記載の方法。
[11]上記相分離誘発剤が水素結合性物質である、[10]に記載の方法。
[12]上記相分離誘発剤が水溶性ポリマーである、[10]又は[11]に記載の方法。
[13]上記相分離誘発剤がポリアクリル酸若しくはその塩である、[10]~[12]の何れか1つに記載の方法。
[10] The method according to [8] or [9], wherein the solution system contains a phase separation inducer that promotes phase separation of the solution system.
[11] The method according to [10], wherein the phase separation inducer is a hydrogen-bonding substance.
[12] The method according to [10] or [11], wherein the phase separation inducer is a water-soluble polymer.
[13] The method according to any one of [10] to [12], wherein the phase separation inducer is polyacrylic acid or a salt thereof.

[14]上記溶液系が、上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質を更に含む、[10]~[13]の何れか1つに記載の方法。
[15]上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質が極性溶媒である、[14]に記載の方法。
[16]上記極性溶媒が、アルコール、アセトン、アセトニトリル、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、及びジメチルスルホキシドからなる群から選択される少なくとも1つである、[15]に記載の方法。
[17]上記極性溶媒がアルコールである、[15]に記載の方法。
[14] The method according to any one of [10] to [13], wherein the solution system further contains a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of the silicon compound.
[15] The method according to [14], wherein the substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of the silicon compound is a polar solvent.
[16] The polar solvent is at least one selected from the group consisting of alcohol, acetone, acetonitrile, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, and dimethyl sulfoxide, according to [15]. the method of.
[17] The method according to [15], wherein the polar solvent is alcohol.

[18]工程(p)が、少なくとも相分離誘発剤と水とを予め含有せしめた溶液に上記ケイ素化合物を添加することにより行われる、[10]~[17]の何れか1つに記載の方法。
[19]上記少なくとも相分離誘発剤と水とを予め含有せしめた溶液が更に上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を促進する触媒を含む、[18]に記載の方法。
[18] The method according to any one of [10] to [17], wherein the step (p) is carried out by adding the silicon compound to a solution containing at least a phase separation inducer and water in advance. Method.
[19] The method according to [18], wherein the solution containing at least the phase separation inducer and water in advance further comprises a catalyst for promoting hydrolysis and polycondensation of the silicon compound.

[20]工程(p)の前に、以下の工程(p’)を更に含む、[18]又は[19]に記載の方法:
(p’)上記少なくとも相分離誘発剤と水とを予め含有せしめた溶液を調製すること。
[21]上記ケイ素化合物が、トリハロゲン化シラン、ジハロゲン化シラン、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、アリールオキシシラン、アリールオキシシラン、及びアリールオキシアルコキシシランからなる選択される化合物である、[8]~[20]の何れか1つに記載の方法。
[20] The method according to [18] or [19], further comprising the following step (p') prior to step (p):
(P') To prepare a solution containing at least the phase separation inducer and water in advance.
[21] The silicon compound is a compound selected from trihalogenated silane, dihalogenated silane, trialkoxysilane, dialkoxysilane, aryloxysilane, aryloxysilane, and aryloxyalkoxysilane. [8] The method according to any one of [20].

[22]上記ケイ素化合物が、トリハロゲン化シラン又はトリアルコキシシランである、[8]~[21]の何れか1つに記載の方法。
[23]更に以下の工程(q)を含む、[8]~[22]の何れか1つに記載の方法。
(q)工程(p)において生成した上記水素ポリシルセスキオキサン微粒子を所定の溶媒で洗浄し及び/又は乾燥させること。
[22] The method according to any one of [8] to [21], wherein the silicon compound is trihalogenated silane or trialkoxysilane.
[23] The method according to any one of [8] to [22], further comprising the following step (q).
(Q) Washing and / or drying the hydrogen polysilsesquioxane fine particles produced in step (p) with a predetermined solvent.

[24]以下の工程(r)を含む、ケイ素酸化物微粒子の製造方法:
(r)[1]~[8]の何れか1つに記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を非酸化性ガス雰囲気下で熱処理することによりケイ素酸化物微粒子を製造すること、ここで、該ケイ素化合物微粒子は、粒度分布における体積基準累積50%粒子径D50が1mm未満でありかつ略球状であるものとする。
[25]上記ケイ素酸化物微粒子が、一般式SiOxHy(1<x<1.8、0.01<y<0.4)で表される元素組成を有する、[24]に記載の方法。
[26]上記非酸化性ガス雰囲気が不活性ガスである、[24]又は[25]に記載の方法。
[24] A method for producing silicon oxide fine particles, which comprises the following step (r):
(R) The silicon oxide fine particles are produced by heat-treating the hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to any one of [1] to [8] in a non-oxidizing gas atmosphere, wherein the silicon oxide fine particles are produced. It is assumed that the silicon compound fine particles have a volume-based cumulative 50% particle diameter D50 of less than 1 mm and a substantially spherical shape in the particle size distribution.
[25] The method according to [24], wherein the silicon oxide fine particles have an elemental composition represented by the general formula SiOxHy (1 <x <1.8, 0.01 <y <0.4).
[26] The method according to [24] or [25], wherein the non-oxidizing gas atmosphere is an inert gas.

[27]工程(r)において上記水素ポリシルセスキオキサン微粒子が600℃~900℃の範囲にある所定の温度で熱処理される、[24]~[26]の何れか1つに記載の方法。
[28]工程(r)の前に、以下の工程(p)を更に含む、[24]~[27]の何れか1つに記載の方法:
(p)以下の一般式(VI)で示されるケイ素化合物を含む溶液系において、上記ケイ素化合物を加水分解及び重縮合させると共に該溶液系の相分離を進行させ上記水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成させること、
HSi(R) ・・・(VI)
(式中、Rは、加水分解性を有する官能基であり、Rは互いに同一であってもよく又は異なってもよい。)。
[27] The method according to any one of [24] to [26], wherein the hydrogen polysilsesquioxane fine particles are heat-treated at a predetermined temperature in the range of 600 ° C. to 900 ° C. in the step (r). ..
[28] The method according to any one of [24] to [27], further comprising the following step (p) before the step (r):
(P) In a solution system containing a silicon compound represented by the following general formula (VI), the silicon compound is hydrolyzed and polycondensed, and phase separation of the solution system is promoted to obtain the hydrogen polysilsesquioxane fine particles. To generate,
HSi (R) 3 ... (VI)
(In the formula, R is a hydrolyzable functional group, and R may be the same as or different from each other).

[29]以下の条件(x)、(y)及び(z)を満たすケイ素酸化物微粒子:
(x)粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径 D50がナノメートル又はマイクロメートルの範囲にあること;
(y)略球状であること;並びに
(z)一般式SiOxHy(1<x<1.8、0.01<y<0.4)で表される元素組成を有すること。
[29] Silicon oxide fine particles satisfying the following conditions (x), (y) and (z):
(X) 50% cumulative mass in the particle size distribution Particle size distribution diameter D50 is in the range of nanometers or micrometers;
(Y) Being substantially spherical; and (z) having an elemental composition represented by the general formula SiOxHy (1 <x <1.8, 0.01 <y <0.4).

[30]上記50%累積質量粒子径分布直径 D50が80μm以下である、[29]に記載のケイ素酸化物微粒子。
[31]上記50%累積質量粒子径分布直径 D50が100nm~50μmの範囲にある所定の値である、[29]又は[30]に記載の水ケイ素酸化物微粒子。
[32]上記50%累積質量粒子径分布直径 D50が500nm~10μmの範囲にある所定の値である、[29]~[31]の何れか1つに記載のケイ素酸化物微粒子。
[30] The silicon oxide fine particles according to [29], wherein the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 is 80 μm or less.
[31] The water silicon oxide fine particles according to [29] or [30], wherein the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 is a predetermined value in the range of 100 nm to 50 μm.
[32] The silicon oxide fine particles according to any one of [29] to [31], wherein the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 is a predetermined value in the range of 500 nm to 10 μm.

[33][29]~[32]の何れか1つに記載のケイ素酸化物微粒子を含む、二次電池用負極活物質。
[34][33]に記載の二次電池用負極活物質を含む、二次電池用負極。
[35][34]に記載の二次電池用負極を備える、二次電池。
[36]リチウムイオン二次電池である、[35]に記載の二次電池。
[33] A negative electrode active material for a secondary battery, which comprises the silicon oxide fine particles according to any one of [29] to [32].
[34] A negative electrode for a secondary battery, which comprises the negative electrode active material for a secondary battery according to [33].
[35] A secondary battery comprising the negative electrode for the secondary battery according to [34].
[36] The secondary battery according to [35], which is a lithium ion secondary battery.

本発明によれば、略球状の水素ポリシルセスキオキサン微粒子並びに略球状のケイ素酸化物微粒子を提供することが可能である。加えて、本発明によれば、より小さい範囲に粒径を制御することができる。更に加えて、本発明によれば、二次電池において高い電極密度を確保することが可能であり、その結果、高容量化を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to provide substantially spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles and substantially spherical silicon oxide fine particles. In addition, according to the present invention, the particle size can be controlled in a smaller range. Furthermore, according to the present invention, it is possible to secure a high electrode density in the secondary battery, and as a result, it is possible to realize a high capacity.

実施例1において取得した水素ポリシルセスキオキサン及びケイ素酸化物のSEM写真を示す図である。It is a figure which shows the SEM photograph of the hydrogen polysilsesquioxane and the silicon oxide obtained in Example 1. FIG. 実施例2において取得した水素ポリシルセスキオキサンのSEM写真を示す図である。It is a figure which shows the SEM photograph of the hydrogen polysilsesquioxane obtained in Example 2. FIG. 比較例1において取得した水素ポリシルセスキオキサンのSEM写真を示す図である。It is a figure which shows the SEM photograph of the hydrogen polysilsesquioxane obtained in the comparative example 1. FIG. 比較例2において取得した水素ポリシルセスキオキサン及びケイ素酸化物の写真、並びにケイ素酸化物のSEM写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the hydrogen polysilsesquioxane and the silicon oxide obtained in the comparative example 2, and the SEM photograph of the silicon oxide. 実施例1及び比較例1においてそれぞれ取得したケイ素酸化物について粒度分布を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the particle size distribution about the silicon oxide obtained in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. 実施例1及び比較例1においてそれぞれ作製したリチウムイオン二次電池に関するサイクル試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the cycle test about the lithium ion secondary battery produced in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. コイン型のリチウムイオン電池の構成例である。This is a configuration example of a coin-type lithium-ion battery.

<水素ポリシルセスキオキサン微粒子>
本発明に係る水素ポリシルセスキオキサン微粒子は、粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径D50が1mm未満でありかつ略球状であることを特徴とする。
<Hydrogen polysilsesquioxane fine particles>
The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to the present invention are characterized in that the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in the particle size distribution is less than 1 mm and is substantially spherical.

本発明において「粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径D50」は、当業者に知られるとおりに解釈すればよく、具体的にはレーザー回折/散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(レーザ回折式粒度分布測定装置)によって取得される体積基準の粒度分布において分布累積値が50%となる体積平均粒子径を言う。
本発明では、この50%累積質量粒子径分布直径D50が1mm未満であることを必要とする。本発明において50%累積質量粒子径分布直径D50は、所望の各種物性や機能が発揮できるように上記1mm未満の範囲で適宜調整すればよいが、より具体的にはナノメートル又はマイクロメートルの範囲が挙げられる。特に、水素ポリシルセスキオキサン微粒子を熱処理することによりケイ素酸化物に変換し、該ケイ素酸化物を二次電池用負極活物質として利用する場合には、50%累積質量粒子径分布直径D50は、好ましくは80μm以下、より好ましくは100nm~80μm、更により好ましくは100nm~50μm程度、場合により500nm~10μm程度である。
In the present invention, the "50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in the particle size distribution" may be interpreted as known to those skilled in the art, and specifically, a particle size distribution measuring device based on a laser diffraction / scattering method (a particle size distribution measuring device). It refers to the volume average particle diameter at which the cumulative distribution value is 50% in the volume-based particle size distribution acquired by the laser diffraction type particle size distribution measuring device).
The present invention requires that the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 be less than 1 mm. In the present invention, the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 may be appropriately adjusted within the range of less than 1 mm so as to exhibit various desired physical properties and functions, but more specifically, it is in the range of nanometers or micrometers. Can be mentioned. In particular, when hydrogen polysilsesquioxane fine particles are converted into silicon oxide by heat treatment and the silicon oxide is used as a negative electrode active material for a secondary battery, the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 is It is preferably 80 μm or less, more preferably 100 nm to 80 μm, still more preferably about 100 nm to 50 μm, and in some cases about 500 nm to 10 μm.

上述のとおり、本発明に係る水素ポリシルセスキオキサン微粒子は更に略球状であることを特徴とする。本発明における水素ポリシルセスキオキサン微粒子が略球状であるという意義を以下に述べる。
これまで、側鎖にアルキル基やフェニル基等の有機官能基を有する3官能性オルガノシラン化合物の加水分解及び重合反応により合成されるポリシルセスキオキサンについては、所定条件下で加水分解及び重合反応を制御することにより略球状のポリシルセスキオキサンを合成した例は存在する。しかしながら、従来、側鎖に水素を有する3官能性シラン化合物(例えばトリクロロシラン、トリメトキシシラン)の加水分解及び重合反応により合成される水素ポリシルセスキオキサンについては、不定形の凝集体(図3)や、一定の形状に制御されたものであってもモノリス構造やベシクル構造等の形態で合成された例しか報告されておらず(特許文献5や非特許文献1)、略球状の微粒子として水素ポリシルセスキオキサンを合成した例は存在しない。
即ち、本発明において「略球状」、「略球状である水素ポリシルセスキオキサン微粒子」等という用語は、本発明に係る水素ポリシルセスキオキサン微粒子を従来の水素ポリシルセスキオキサンから形状の面から区別する意図で用いられる。
なお、本発明において略球状である水素ポリシルセスキオキサン微粒子が合成可能となる理由については後述のとおりである。
As described above, the hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to the present invention are further characterized by being substantially spherical. The significance that the hydrogen polysilsesquioxane fine particles in the present invention are substantially spherical is described below.
So far, polysilsesquioxane synthesized by hydrolysis and polymerization reaction of a trifunctional organosilane compound having an organic functional group such as an alkyl group or a phenyl group in the side chain has been hydrolyzed and polymerized under predetermined conditions. There are examples of synthesizing substantially spherical polysilsesquioxane by controlling the reaction. However, conventionally, hydrogen polysilsesquioxane synthesized by hydrolysis and polymerization reaction of a trifunctional silane compound (for example, trichlorosilane, trimethoxysilane) having hydrogen in the side chain is an atypical aggregate (Fig.). Only examples of 3) and those synthesized in the form of monolith structure, vesicle structure, etc., even if they are controlled to a certain shape, have been reported (Patent Document 5 and Non-Patent Document 1), and substantially spherical fine particles. There is no example of synthesizing hydrogen polysilsesquioxane.
That is, in the present invention, the terms "substantially spherical", "substantially spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles" and the like refer to the hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to the present invention in a shape from the conventional hydrogen polysilsesquioxane. It is used with the intention of distinguishing from the aspect of.
The reason why the substantially spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles can be synthesized in the present invention will be described later.

加えて、水素ポリシルセスキオキサンが略球状の微粒子であることは、例えばSEMや透過型電子顕微鏡(TEM)等を用いた電子顕微鏡観察により確認することができる。操作性や水素ポリシルセスキオキサンの詳細なプロファイルの取得を考慮するとSEMを用いた電子顕微鏡観察が好ましい。以下の実施例で取得した水素ポリシルセスキオキサンのSEM写真(図1及び2)の例にも示されるとおり、水素ポリシルセスキオキサンが略球状の微粒子であることが確認できることに加え、大まかな粒径も計測等可能となるからである。 In addition, the fact that hydrogen polysilsesquioxane is a substantially spherical fine particle can be confirmed by electron microscope observation using, for example, an SEM or a transmission electron microscope (TEM). Considering operability and acquisition of a detailed profile of hydrogen polysilsesquioxane, electron microscopic observation using an SEM is preferable. As shown in the examples of SEM photographs (FIGS. 1 and 2) of hydrogen polysilsesquioxane obtained in the following examples, in addition to being able to confirm that hydrogen polysilsesquioxane is a substantially spherical fine particle. This is because it is possible to measure a rough particle size.

本発明で言う「水素ポリシルセスキオキサン」は、当業者に一般的に理解される通りに解釈されればよく、具体的には[RSiO3/2(Rは所定の化学基、nは任意の1以上の整数。)で表される3官能性シロキサン構造単位(T構造)を有するシルセスキオキサンのうちRがH(水素)であるもの([HSiO3/2;T 、nは任意の1以上の整数。)を言う。
更に、本発明の水素ポリシルセスキオキサンを含むポリシルセスキオキサンには、その構造上、例えばラダー型、カゴ型(完全カゴ型、不完全カゴ型)及びランダム構造型、並びにこれらの組合せが挙げられ、本発明において採用される構造は特に限定されるものでもなく何れのタイプであってもよい。
The "hydrogen polysilsesquioxane" referred to in the present invention may be interpreted as generally understood by those skilled in the art, specifically [RSiO 3/2 ] n (R is a predetermined chemical group, n is a silsesquioxane having a trifunctional siloxane structural unit (T structure) represented by an arbitrary integer of 1 or more, in which R is H (hydrogen) ([HSiO 3/2 ] n ; TH n , n is an arbitrary integer of 1 or more.)
Further, the polysilsesquioxane containing the hydrogen polysylsesquioxane of the present invention has, for example, a ladder type, a basket type (complete basket type, an incomplete basket type), a random structure type, and a combination thereof. The structure adopted in the present invention is not particularly limited and may be of any type.

より詳細には、本発明に係る水素ポリシルセスキオキサン微粒子の構成要素となる水素ポリシルセスキオキサンの一例として、例えば以下の化学式(I)で表されるラダー型水素ポリシルセスキオキサンが挙げられる。 More specifically, as an example of hydrogen polysilsesquioxane which is a component of the hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to the present invention, for example, a ladder-type hydrogen polysilsesquioxane represented by the following chemical formula (I). Can be mentioned.

Figure 0007052495000004
式中、R、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素、炭素数1~45の置換又は非置換のアルキル、置換又は非置換のアリール、及び置換又は非置換のアリールアルキルからなる群から選択される基であり、炭素数の1~45のアルキル基において、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、任意の-CH-は、-O-、-CH=CH-、シクロアルキレン、シクロアルケニレン、又は-SiR -で置き換えられてもよく、置換又は非置換のアリールアルキル中のアルキレンにおいて、任意の水素はハロゲンで置換えられてもよく、任意の-CH-は、-O-、-CH=CH-、シクロアルキレン、シクロアルケニレン、又は-SiR -で置き換えられてもよく、
nは1以上の整数を示す。
本発明において、「ハロゲン」は、字義通りに理解され、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などを示すが、中でもフッ素または塩素が好ましい。
Figure 0007052495000004
In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are independently derived from hydrogen, substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 45 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl, and substituted or unsubstituted aryl alkyl, respectively. A group selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 45 carbon atoms, any hydrogen may be replaced with a halogen, and any -CH 2- is -O-, -CH = CH-. , Cycloalkylene, cycloalkenylene, or —SiR 12 −, and in the alkylene in the substituted or unsubstituted arylalkyl, any hydrogen may be substituted with halogen, any −CH 2 . May be replaced with -O-, -CH = CH-, cycloalkylene, cycloalkenylene, or -SiR 12- .
n represents an integer of 1 or more.
In the present invention, "halogen" is literally understood and refers to fluorine, chlorine, bromine, iodine and the like, with fluorine or chlorine being preferred.

更に、本発明において水素ポリシルセスキオキサンの構成要素として好ましく採用できるラダー型水素ポリシルセスキオキサンとしては、以下の一般式(II)で表されるものが挙げられる。

Figure 0007052495000005
Further, examples of the ladder-type hydrogen polysilsesquioxane that can be preferably adopted as a component of the hydrogen polysilsesquioxane in the present invention include those represented by the following general formula (II).
Figure 0007052495000005

式中、R、R、R及びRは、一般式式(I)において定義した通りである。 In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are as defined in the general formula (I).

更に、カゴ型水素ポリシルセスキオキサンの具体例として、以下の化学式(III)、(IV)(V)でそれぞれ表される化学構造を有するものが挙げられる。

Figure 0007052495000006
なお、化学式(III)、(IV)及び(V)で表される水素ポリシルセスキオキサン構造はそれぞれ順にT 、T 、T 10である。
通常、以下のシラン化合物の加水分解及び重縮合反応では、各種構造の水素ポリシルセスキオキサンが所定の収率で合成される。本発明の水素ポリシルセスキオキサン微粒子は、このように各種構造の水素ポリシルセスキオキサンの混合物から構成されるものであってもよいし、又は特定の構造の水素ポリシルセスキオキサン一種から構成されるものであってもよい。 Further, specific examples of the cage-type hydrogen polysilsesquioxane include those having a chemical structure represented by the following chemical formulas (III), (IV) and (V), respectively.
Figure 0007052495000006
The hydrogen polysilsesquioxane structures represented by the chemical formulas (III), (IV) and (V) are TH 6 , TH 8 , and TH 10 , respectively.
Usually, in the following hydrolysis and polycondensation reactions of silane compounds, hydrogen polysilsesquioxane having various structures is synthesized in a predetermined yield. The hydrogen polysilsesquioxane fine particles of the present invention may be composed of a mixture of hydrogen polysilsesquioxane having various structures as described above, or a kind of hydrogen polysilsesquioxane having a specific structure. It may be composed of.

<水素ポリシルセスキオキサンの製造方法>
本発明の一の態様によれば、上述の水素ポリシルセスキオキサン微粒子の製造方法が提供され、該方法は、以下の工程(p)を含むものである。
(A)以下の一般式(VI)で示されるケイ素化合物を含む溶液系において、上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合させると同時に該溶液系の相分離を進行させ、水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成させること、
HSi(R) ・・・(VI)
式中、Rは、加水分解性を有する官能基であり、但し、Rは互いに同一であってもよく又は異なってもよい。
以下、工程(p)について詳述する。
<Manufacturing method of hydrogen polysilsesquioxane>
According to one aspect of the present invention, the above-mentioned method for producing hydrogen polysilsesquioxane fine particles is provided, and the method includes the following step (p).
(A) In a solution system containing a silicon compound represented by the following general formula (VI), the silicon compound is hydrolyzed and polycondensed, and at the same time, phase separation of the solution system is promoted to promote hydrogen polysilsesquioxane fine particles. To generate,
HSi (R) 3 ... (VI)
In the formula, R is a hydrolyzable functional group, provided that R may be the same or different from each other.
Hereinafter, the step (p) will be described in detail.

(ケイ素化合物)
上述のとおり、本発明の水素ポリシルセスキオキサン微粒子の原料となるケイ素化合物は、一般式(VI)で表されるものであり、中心のSiに側鎖としてH(水素)を有し、更に加水分解性を有する3つの官能基が結合してなるケイ素化合物である。このように、ケイ素化合物が加水分解性を有する官能基を有することから、後述のとおり該化合物を加水分解及び重合させれば水素ポリシルセスキオキサンが生成される。
(Silicon compound)
As described above, the silicon compound used as a raw material for the hydrogen polysilsesquioxane fine particles of the present invention is represented by the general formula (VI), has H (hydrogen) as a side chain in the central Si, and has H (hydrogen) as a side chain. Further, it is a silicon compound formed by binding three functional groups having hydrolyzability. As described above, since the silicon compound has a hydrolyzable functional group, hydrogen polysilsesquioxane is produced by hydrolyzing and polymerizing the compound as described later.

一般式(VI)において、加水分解性を有する官能基であるRとしては、例えば、ハロゲン、水素、炭素数1~10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6~20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7~30の置換または非置換のアリールアルコキシから選択される基が挙げられる。ここで、炭素数1~10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6~20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7~30の置換または非置換のアリールアルコキシにおいて、任意の水素はハロゲンで置換されていてもよく、Rは互いに同一であってもよく又は異なってもよいものとする。 In the general formula (VI), examples of R, which is a hydrolyzable functional group, include halogen, hydrogen, substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbon atoms, and substituted or unsubstituted functional group having 6 to 20 carbon atoms. Examples include a group selected from aryloxy and substituted or unsubstituted arylalkoxy having 7 to 30 carbon atoms. Here, in substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbon atoms, and substituted or unsubstituted arylalkoxy having 7 to 30 carbon atoms, any hydrogen may be used. It may be substituted with halogen, and R may be the same as or different from each other.

更に、一般式(VI)で表されるケイ素化合物の具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
トリクロロシラン、トリフルオロシラン、トリブロモシラン、ジクロロシラン等のトリハロゲン化シランやジハロゲン化シラン、トリn-ブトキシシラン、トリt-ブトキシシラン、トリn-プロポキシシラン、トリi-プロポキシシラン、ジn-ブトキシエトキシシラン、トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、ジエトキシシラン等のトリアルコキシシランやジアルコキシシラン、更にはトリアリールオキシシラン、ジアリールオキシシラン、ジアリールオキシエトキシシラン等のアリールオキシシランまたはアリールオキシアルコキシシラン。
Further, specific examples of the silicon compound represented by the general formula (VI) include the following compounds.
Trihalogenated silanes such as trichlorosilane, trifluorosilane, tribromosilane, dichlorosilane, dihalogenated silane, trin-butoxysilane, trit-butoxysilane, trin-propoxysilane, trii-propoxysilane, din -Trialkoxysilanes such as butoxyethoxysilanes, triethoxysilanes, trimethoxysilanes and diethoxysilanes and dialkoxysilanes, as well as aryloxysilanes such as triaryloxysilanes, diaryloxysilanes and diaryloxyethoxysilanes or aryloxyalkoxy Silane.

これらのうち、反応および入手の容易性と製造コストの観点から好ましいのはトリハロゲン化シランまたはトリアルコキシシランであり、特に好ましいのはトリハロゲン化シランである。 Of these, trihalogenated silane or trialkoxysilane is preferable from the viewpoint of reaction and availability and manufacturing cost, and trihalogenated silane is particularly preferable.

これらの一般式(VI)で表されるケイ素化合物は単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。 These silicon compounds represented by the general formula (VI) may be used alone or in combination of two or more.

一般式(VI)で表されるケイ素化合物は、加水分解性および縮合反応性が高く、水素シルセスキオキサン重合物(HPSQ)が容易に得られるばかりでなく、不活性ガス雰囲気下で熱処理した際に得られるケイ素酸化物のSi-H結合量を制御し易いことから、本発明においてはそれらケイ素化合物を用いる実施形態を特に好ましく採用し得る。 The silicon compound represented by the general formula (VI) has high hydrolyzability and condensation reactivity, and not only a hydrogen silsesquioxane polymer (HPSQ) can be easily obtained, but also heat treatment is performed in an inert gas atmosphere. Since it is easy to control the amount of Si—H bond of the silicon oxide obtained at that time, the embodiment using these silicon compounds can be particularly preferably adopted in the present invention.

(溶媒)
工程(p)における反応液を構成する溶媒は、上記ケイ素化合物の加水分解/重縮合を進行させるものであれば特に限定されるものでもない。具体的には、上記ケイ素化化合物の加水分解を補助するために水を含み得るが、水に加えてメタノール、エタノール、2-プロパノール等のアルコール類、ジエチルエーテル等のエーテル類、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン類、ヘキサン、DMF、トルエンな等の芳香族炭化水素溶剤を含む有機溶媒が挙げられる。これらは、一種を単独で用いてもよいし又は二種以上を混合して用いてもよい。
なお、本発明においては、後述のとおりケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質として、メタノール、エタノール、2-プロパノール等のアルコール類、ジエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、ヘキサン、DMF等の有機溶媒を含み得る。本発明において、これらの物質が溶液系に含まれる場合には、該物質は、ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質として理解されつつも、本発明で言う「溶媒」としても機能する物質と理解すればよい。つまり、これらの物質も含めて溶媒全体を本発明で言う「溶媒」として理解してよい。
(solvent)
The solvent constituting the reaction solution in the step (p) is not particularly limited as long as it promotes hydrolysis / polycondensation of the silicon compound. Specifically, water may be contained to assist the hydrolysis of the siliconized compound, but in addition to water, alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol, ethers such as diethyl ether, acetone, methyl ethyl ketone and the like can be contained. Examples thereof include organic solvents containing aromatic hydrocarbon solvents such as ketones, hexane, DMF, and toluene. These may be used alone or in combination of two or more.
In the present invention, as a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of the silicon compound, as described later, alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol, ethers such as diethyl ether, acetone, methyl ethyl ketone, hexane and DMF Etc. may contain organic solvents such as. In the present invention, when these substances are contained in a solution system, the substances are understood as substances that suppress the hydrolysis and polycondensation of silicon compounds, but also function as the "solvent" in the present invention. It should be understood as a substance. That is, the entire solvent including these substances may be understood as the "solvent" in the present invention.

(触媒)
工程(p)における反応液は、上記ケイ素化化合物の加水分解及び重縮合を促進する触媒を任意に含んでもよい。このような触媒としては具体的には酸性触媒及び塩基性触媒が挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いてもよく又は酸性触媒と塩基性触媒とを組み合わせて用いてもよい。
酸性触媒としては、有機酸、無機酸のいずれも使用可能である。
具体的には、有機酸としてはギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、クエン酸などが例示され、無機酸としては塩酸、硫酸、硝酸、リン酸などが例示される。これらの中でも、加水分解反応およびその後の重縮合反応の制御が容易にでき、コスト安であり、かつ反応後の処理も容易であることから、塩酸及び酢酸を用いることが好ましい。
(catalyst)
The reaction solution in the step (p) may optionally contain a catalyst that promotes hydrolysis and polycondensation of the siliconized compound. Specific examples of such a catalyst include an acidic catalyst and a basic catalyst, which may be used alone or in combination with an acidic catalyst and a basic catalyst.
As the acidic catalyst, either an organic acid or an inorganic acid can be used.
Specific examples of the organic acid include formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, and citric acid, and examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid. Among these, hydrochloric acid and acetic acid are preferably used because the hydrolysis reaction and the subsequent polycondensation reaction can be easily controlled, the cost is low, and the treatment after the reaction is easy.

塩基性触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウム等の塩基性化合物、アンモニアテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド、アンモニウムフルオリド、テトラブチルアンモニウムフルオリド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライドおよびベンジルトリエチルアンモニウムクロライドなどの第4級アンモニウム塩等が挙げられる。 Examples of the basic catalyst include basic compounds such as sodium hydroxide, calcium hydroxide, and potassium hydroxide, ammonium tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, and benzyltriethylammonium. Examples thereof include quaternary ammonium salts such as hydroxydo, ammonium fluoride, tetrabutylammonium fluoride, benzyltrimethylammonium chloride and benzyltriethylammonium chloride.

また、上記ケイ素化合物としてトリクロロシラン等のハロゲン化シランを用いた場合には、水の存在下で酸性水溶液が形成され、特に酸性触媒を別途加えずとも加水分解及び重縮合反応は進むため、触媒を別途加える必要もない。
したがって、工程(p)において触媒は任意成分である。
When a halogenated silane such as trichlorosilane is used as the silicon compound, an acidic aqueous solution is formed in the presence of water, and the hydrolysis and polycondensation reaction proceed without the addition of an acidic catalyst. There is no need to add separately.
Therefore, the catalyst is an optional component in step (p).

(加水分解及び重縮合反応の条件)
次に、工程(p)における加水分解および重縮合の反応条件について説明する。
(Conditions for hydrolysis and polycondensation reaction)
Next, the reaction conditions for hydrolysis and polycondensation in step (p) will be described.

反応液中、上記ケイ素化合物の割合は、特に限定されるものでもないが、反応液100質量部に対して、例えば約0.1質量部から約50質量部、好ましくは約0.1質量部から約45質量部、より好ましくは約0.5質量部から約40質量部、特に好ましくは約0.5質量部から約35質量部、場合により約0.5質量部から約25質量部、約0.5質量部から約20質量部である。 The ratio of the silicon compound in the reaction solution is not particularly limited, but is, for example, about 0.1 part by mass to about 50 parts by mass, preferably about 0.1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the reaction solution. From about 45 parts by mass, more preferably from about 0.5 parts by mass to about 40 parts by mass, particularly preferably from about 0.5 parts by mass to about 35 parts by mass, and in some cases from about 0.5 parts by mass to about 25 parts by mass. It is about 0.5 parts by mass to about 20 parts by mass.

溶媒の割合について、上記加水分解及び重縮合反応が進行する限り特に限定されるものでもないが、上記ケイ素化合物100質量部に対して、例えば約100質量部から約1500質量部、好ましくは約150質量部から約1400質量部、より好ましくは約200質量部から約1300質量部、場合により約230質量部から約1200質量部、約250質量部から約600質量部である。なお、これらの割合範囲を採用した場合において、上述のとおり溶媒として水のみを用いてもよい、又は水とその他溶媒(アルコールや有機溶媒等)との混合溶媒を用いてもよい。 The ratio of the solvent is not particularly limited as long as the hydrolysis and polycondensation reaction proceeds, but is, for example, about 100 parts by mass to about 1500 parts by mass, preferably about 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the silicon compound. From about 1400 parts by mass, more preferably from about 200 parts by mass to about 1300 parts by mass, and in some cases from about 230 parts by mass to about 1200 parts by mass, and from about 250 parts by mass to about 600 parts by mass. When these ratio ranges are adopted, only water may be used as the solvent as described above, or a mixed solvent of water and other solvents (alcohol, organic solvent, etc.) may be used.

触媒を添加する場合、その割合は、所望の加水分解及び重縮合反応が得られるように適宜調整すればよく、特に限定されるものでもないが、上記ケイ素化合物100質量部に対して、例えば約0.02質量部から約15質量部、好ましくは約0.02質量部から約10質量部、より好ましくは約0.02から約8質量部、場合により約0.04質量部から約7質量部、約0.08質量部から約6質量部である。 When the catalyst is added, the ratio thereof may be appropriately adjusted so as to obtain the desired hydrolysis and polycondensation reaction, and is not particularly limited, but is, for example, about 100 parts by mass of the silicon compound. From 0.02 parts by mass to about 15 parts by mass, preferably from about 0.02 parts by mass to about 10 parts by mass, more preferably from about 0.02 to about 8 parts by mass, and in some cases from about 0.04 parts to about 7 parts by mass. Parts, from about 0.08 parts by mass to about 6 parts by mass.

反応液のpHは、上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合反応が良好に進行するよう適宜調整すればよく、特に限定されるものでもないが、通常0.8~7程度、好ましくは2~7程度、場合により3~7程度、3.5~6程度が挙げられる。
なお、反応液pHの調整は、上述の酸性触媒及び塩基性触媒を含む酸や塩基を利用できる。
The pH of the reaction solution may be appropriately adjusted so that the hydrolysis and polycondensation reaction of the silicon compound proceed satisfactorily, and is not particularly limited, but is usually about 0.8 to 7, preferably about 2 to 7. The degree, depending on the case, about 3 to 7, and about 3.5 to 6 can be mentioned.
For adjusting the pH of the reaction solution, an acid or base containing the above-mentioned acidic catalyst and basic catalyst can be used.

各成分の添加順序や添加方法は、特に限定されるものでもないが、例えば、反応容器に溶媒及び任意に触媒溶液を投入し、任意に反応容器内の雰囲気を所定のガス雰囲気(例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス)に置換した後に、反応容器内の水に撹拌下で上記ケイ素化合物を添加(滴下)し、反応液を攪拌しながら所定の反応温度及び反応時間で加水分解及び重縮合反応を行うことができる。 The order of addition and the method of addition of each component are not particularly limited, but for example, the solvent and optionally the catalyst solution are put into the reaction vessel, and the atmosphere in the reaction vessel is arbitrarily changed to a predetermined gas atmosphere (for example, nitrogen). , Argon, helium, or other inert gas), then add (drop) the above silicon compound to the water in the reaction vessel under stirring, and hydrolyze the reaction solution at a predetermined reaction temperature and reaction time while stirring. And the polycondensation reaction can be carried out.

更に、加水分解及び重縮合の反応温度は、特に限定されるものでもないが、例えば約-20℃から約90℃、好ましくは約0℃から約90℃、より好ましくは約0℃から約86℃、約10℃から約85℃、場合により常温(e.g.室温;20℃~25℃程度)が挙げられる。反応時間についても、特に限定されるものでもないが、例えば約0.5時間から約100時間、場合によっては約0.5時間~約80時間、約0.5時間から約6時間、場合により約0.5時間から約5時間が挙げられる。
更に加えて、工程(p)において、その生産性と製造コストを考慮して、加水分解と重縮合反応とを一つの反応器内で、同一の条件下に並行して行うことが好ましい。
Further, the reaction temperature of hydrolysis and polycondensation is not particularly limited, but is, for example, about −20 ° C. to about 90 ° C., preferably about 0 ° C. to about 90 ° C., more preferably about 0 ° C. to about 86 ° C. ° C., from about 10 ° C. to about 85 ° C., and in some cases, normal temperature (eg room temperature; about 20 ° C. to 25 ° C.). The reaction time is also not particularly limited, but is, for example, about 0.5 hours to about 100 hours, in some cases about 0.5 hours to about 80 hours, about 0.5 hours to about 6 hours, and in some cases. About 0.5 hours to about 5 hours can be mentioned.
Furthermore, in step (p), in consideration of its productivity and production cost, it is preferable to carry out the hydrolysis and the polycondensation reaction in parallel under the same conditions in one reactor.

(溶液系の相分離の進行)
工程(p)においては、本発明に係る略球状の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成ならしめるために、上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合と同時に、生成される水素ポリシルセスキオキサンを含む溶液系の相分離を進行させることを要する。換言すると、本発明において「溶液系の相分離を進行させる」等の用語は、上述のとおり所定の範囲の50%累積質量粒子径分布直径D50を有し、略球状の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成せしめる程度及び態様において上記溶液系の相分離を進行させるものでなければならない。
(Progress of phase separation of solution system)
In step (p), in order to produce substantially spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to the present invention, hydrogen polysilsesquioxane produced at the same time as hydrolysis and polycondensation of the above silicon compound is produced. It is necessary to proceed with the phase separation of the containing solution system. In other words, in the present invention, terms such as "progressing phase separation of a solution system" have a 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 in a predetermined range as described above, and are substantially spherical hydrogen polysilsesquioxane. The phase separation of the above solution system must be promoted to the extent and mode that causes fine particles to be generated.

これまで、本発明者らは、触媒として働く所定の酸と水を含む溶媒との混合溶液に、上述のケイ素化合物を滴下することにより水素ポリシルセスキオキサンを合成してきた。このような合成の態様によると、水素ポリシルセスキオキサンは、不定形な微粒子が集合した凝集物の形態で生成される。その理由としては、水素ポリシルセスキオキサンの原料となる側鎖に水素を有するケイ素化合物の場合、3官能性オルガノシラン化合物とは異なり、上記水及び酸を含む溶液に滴下されるとその直後から急激な加水分解及び重合が開始されるために、凝集物様の水素ポリシルセスキオキサン生成物が生成されるものと推測される。
そこで、本発明では、溶液系において上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合と同時に、本発明所定の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成せしめる程度及び態様において上記溶液系において生成される水素ポリシルセスキオキサンの固相とそれ以外の溶液部分の液相との相分離を進行させることを構成として採用しているのである。
So far, the present inventors have synthesized hydrogen polysilcesquioxane by dropping the above-mentioned silicon compound into a mixed solution of a predetermined acid acting as a catalyst and a solvent containing water. According to such an aspect of synthesis, hydrogen polysilsesquioxane is produced in the form of an agglomerate of amorphous fine particles. The reason is that in the case of a silicon compound having hydrogen in the side chain which is a raw material of hydrogen polysilsesquioxane, unlike a trifunctional organosilane compound, when it is dropped into the solution containing water and acid, it is immediately after that. It is presumed that agglomerate-like hydrogen polysilesquioxane products are produced due to the rapid hydrolysis and polymerization initiation.
Therefore, in the present invention, hydrogen polysilsesqui is produced in the solution system to the extent and in an embodiment that causes the hydrogen polysilsesquioxane fine particles of the present invention to be produced at the same time as the hydrolysis and polycondensation of the silicon compound in the solution system. It is adopted as a configuration to promote the phase separation between the solid phase of oxane and the liquid phase of the other solution part.

溶液系の相分離の進行は、特に限定されるものでもないが、該溶液系の相分離を促進させる相分離誘発剤を使用する構成を採用することができる。
相分離誘発剤としては、具体的には水素結合性物質が挙げられる。このような水素結合性物質は、水溶性ポリマー、水溶性界面活性剤等を含み、より具体的には以下のような物質が挙げられる:
アルギン酸、ペクチン、デキストラン等の天然水溶性ポリマー;カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系ポリマー;ポリアクリル酸又はその塩(例えばポリアクリル酸ナトリウム)、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン等の合成水溶性ポリマー;アルキルトリメチルアンモニウム塩等のカチオン性界面活性剤。
これらのうち、信頼性よく溶液系の相分離を進行させて本発明所定の球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子を形成させることができる点では、ポリアクリル酸又はその塩を用いることが好ましい。
なお、相分離誘発剤は、一種を単独で用いてもよいし、又は二種以上を組合せて用いても良い。
The progress of the phase separation of the solution system is not particularly limited, but a configuration using a phase separation inducer that promotes the phase separation of the solution system can be adopted.
Specific examples of the phase separation inducer include hydrogen-bonding substances. Such hydrogen-bonding substances include water-soluble polymers, water-soluble surfactants, and the like, and more specifically, the following substances can be mentioned:
Natural water-soluble polymers such as alginic acid, pectin, and dextran; cellulose-based polymers such as carboxylmethylcellulose and hydroxyethylcellulose; polyacrylic acid or salts thereof (for example, sodium polyacrylate), polyacrylamide, polyvinyl alcohol, polyethyleneimine, polyethylene oxide, polyvinyl. Synthetic water-soluble polymers such as pyrrolidone; cationic surfactants such as alkyltrimethylammonium salts.
Of these, it is preferable to use polyacrylic acid or a salt thereof in that the phase separation of the solution system can be reliably promoted to form the spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles specified in the present invention.
The phase separation inducer may be used alone or in combination of two or more.

本発明において相分離誘発剤及びの量は、本発明所定の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成できる程度に溶液系の相分離を生じせしめるものであれば特に限定されるものでもないが、上記ケイ素化合物100質量部に対して、約1~600質量部、好ましくは約1~500質量部、より好ましくは約10~400質量部、更により好ましくは約50~300質量部、特に好ましくは約80質量部~250質量部、場合により約80~150質量部である。 In the present invention, the phase separation inducer and the amount thereof are not particularly limited as long as they can cause phase separation of the solution system to the extent that the hydrogen polysilsesquioxane fine particles prescribed in the present invention can be produced, but the above is not particularly limited. About 1 to 600 parts by mass, preferably about 1 to 500 parts by mass, more preferably about 10 to 400 parts by mass, still more preferably about 50 to 300 parts by mass, and particularly preferably about about 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the silicon compound. It is 80 parts by mass to 250 parts by mass, and in some cases, about 80 to 150 parts by mass.

更に、本発明における溶液系は、ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質を任意に含んでも良い。このような物質を溶液系に含めれば、ケイ素化合物の加水分解及び重縮合反応の過度な進行を抑制でき、水素ポリシルセスキオキサンが不定形の凝集体として生成されるのを防止できる。但し、本発明の水素ポリシルセスキオキサンは、個々の粒子が略球状であれば足り、このような略球状の粒子が一定程度凝集した状態で生成される場合も包含する。したがって、本発明の溶液系においてケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質は任意成分である。 Further, the solution system in the present invention may optionally contain a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of the silicon compound. By including such a substance in the solution system, it is possible to suppress the excessive progress of hydrolysis and polycondensation reaction of the silicon compound, and it is possible to prevent hydrogen polysilsesquioxane from being formed as an amorphous agglomerate. However, the hydrogen polysilsesquioxane of the present invention is sufficient if each particle is substantially spherical, and includes a case where such substantially spherical particles are produced in a state of being aggregated to a certain extent. Therefore, in the solution system of the present invention, the substance that suppresses the hydrolysis and polycondensation of the silicon compound is an optional component.

ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質としては、具体的には極性溶媒を含み、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール(1-プロパノール、2-プロパノール)等のアルコール類、アセトン、アセトニトリル、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)が挙げられる。
なお、ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質は、一種を単独で用いてもよいし、又は二種以上を組合せて用いても良い。
Specific examples of the substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of the silicon compound include a polar solvent, for example, alcohols such as methanol, ethanol and propanol (1-propanol, 2-propanol), acetone, acetonitrile and N. -Methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO) can be mentioned.
As the substance that suppresses the hydrolysis and polycondensation of the silicon compound, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.

更に、上述の原料となるケイ素化合物が加水分解性の官能基としてアルコキシ基を有する場合、該アルコキシ基と炭素数のアルコールを採用する構成は好ましい実施形態として挙げられる。より具体的に説明すると、例えば原料となるケイ素化合物としてトリメトキシシランを採用する場合は相分離誘発剤としてはメタノールを採用することが好ましく、トリエトキシシランを採用する場合はエタノールを採用することが好ましい。 Further, when the above-mentioned silicon compound as a raw material has an alkoxy group as a hydrolyzable functional group, a configuration in which the alkoxy group and an alcohol having a carbon number of carbons are adopted can be mentioned as a preferred embodiment. More specifically, for example, when trimethoxysilane is used as the raw material silicon compound, methanol is preferably used as the phase separation inducer, and ethanol is used when triethoxysilane is used. preferable.

本発明においてケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質の量は、特に限定されるものでもないが、上記ケイ素化合物100質量部に対して、1~600質量部、好ましくは1~500質量部、より好ましくは10~400質量部、更により好ましくは50~300質量部、特に好ましくは80質量部~250質量部、場合により80~150質量部である。 In the present invention, the amount of the substance that suppresses the hydrolysis and polycondensation of the silicon compound is not particularly limited, but is 1 to 600 parts by mass, preferably 1 to 500 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the silicon compound. Parts, more preferably 10 to 400 parts by mass, still more preferably 50 to 300 parts by mass, particularly preferably 80 parts by mass to 250 parts by mass, and in some cases 80 to 150 parts by mass.

更に加えて、本発明においては、より真球度の高い水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成し、しかもそれら微粒子の凝集を抑制したい場合には、相分離誘発剤とケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質とを組合せることが好ましい。特に好ましい実施形態としては、水溶性ポリマーとアルコールとの組合せが好ましい。 Furthermore, in the present invention, when it is desired to generate hydrogen polysilsesquioxane fine particles having higher sphericity and to suppress the aggregation of these fine particles, hydrolysis and polymerization of the phase separation inducer and the silicon compound are performed. It is preferable to combine it with a substance that suppresses condensation. As a particularly preferable embodiment, a combination of a water-soluble polymer and an alcohol is preferable.

更に好ましい実施形態として、上記ケイ素化合物として加水分解性の官能基として任意の炭素数のアルコキシ基を有するものを使用し、かつi)当該アルコキシ基の炭素数と同じ炭素数のアルコール(ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質);及び/又はii)水溶性ポリマー(相分離誘発剤)を使用する構成が挙げられる。この場合、アルコール及び水溶性ポリマーの添加量は、相分離誘発剤及びケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質について述べた数値範囲を採用するのが特に好ましい。 As a more preferable embodiment, as the silicon compound, a hydrolyzable functional group having an alkoxy group having an arbitrary carbon number is used, and i) an alcohol having the same carbon number as the alkoxy group (of the silicon compound). Substances that suppress hydrolysis and polycondensation); and / or ii) configurations using a water-soluble polymer (phase separation inducer) can be mentioned. In this case, it is particularly preferable that the amount of the alcohol and the water-soluble polymer added is in the numerical range described for the phase separation inducer and the substance that suppresses the hydrolysis and polycondensation of the silicon compound.

特に好ましい実施形態としては、以下のような組成となる溶液系が挙げられる。
(i)ケイ素化合物の加水分解及び重縮合反応を適度に進行させる量の触媒(具体的には上述の各種添加量の範囲);
(ii)水を主に含む溶媒(例えば9割以上が水である溶媒、好ましくは水のみの溶媒)をケイ素化合物100質量部に対して100~500質量部、好ましくは200~400質量部、場合により250~350質量部;並びに
(iii)水溶性ポリマー(相分離剤)及びアルコール(ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質)を、それぞれ上記ケイ素化合物100質量部に対して例えば1~300質量部、好ましくは10~250質量部、より好ましくは60~150質量部、場合により80~150質量部。
A particularly preferable embodiment is a solution system having the following composition.
(I) A catalyst in an amount that appropriately promotes the hydrolysis and polycondensation reaction of the silicon compound (specifically, the range of the above-mentioned various addition amounts);
(Ii) 100 to 500 parts by mass, preferably 200 to 400 parts by mass, of a solvent mainly containing water (for example, a solvent in which 90% or more is water, preferably a solvent containing only water) with respect to 100 parts by mass of the silicon compound. In some cases, 250 to 350 parts by mass; and (iii) a water-soluble polymer (phase separating agent) and an alcohol (a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of a silicon compound) are added to, for example, 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the above silicon compound. ~ 300 parts by mass, preferably 10 to 250 parts by mass, more preferably 60 to 150 parts by mass, and in some cases 80 to 150 parts by mass.

更に、各成分を添加/混合する順序については、本発明の略球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子が生成され得るかぎり特に限定されるものでもないが、例えば以下の手順を採用すると、より確実に本発明所定の略球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子を製造することができる。
即ち、工程(p)において、上記相分離誘発剤及び任意にケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質と水とを含む溶液に上記ケイ素化合物を添加(例えば滴下)することにより、該ケイ素化合物を加水分解及び重縮合させると同時に溶液系において相分離を進行させることができる。この場合、上記相分離誘発剤及び任意にケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質と水とを含む溶液は、任意に上述の触媒を含んでもよいが、触媒を加えずとも加水分解及び重縮合が進行する場合には触媒は必須ではない。例えば、ケイ素化合物としてトリクロロシランを採用すると、酸などの触媒を添加せずとも加水分解及び重縮合は進行する。
なお、均一な反応を生じさせて凝集が低減された略球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成させるためには、ケイ素化合物を溶液に添加は撹拌下で行うことが好ましい。
Further, the order in which each component is added / mixed is not particularly limited as long as the substantially spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles of the present invention can be produced, but for example, if the following procedure is adopted, it is more reliable. It is possible to produce substantially spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles prescribed in the present invention.
That is, in step (p), the silicon is added (for example, dropped) to a solution containing water and a phase separation inducer and optionally a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of the silicon compound. The compound can be hydrolyzed and polycondensed and at the same time phase separation can proceed in the solution system. In this case, the solution containing the above-mentioned phase separation inducer and optionally a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of the silicon compound and water may optionally contain the above-mentioned catalyst, but hydrolysis and optionally adding a catalyst are not required. A catalyst is not essential if polycondensation proceeds. For example, when trichlorosilane is adopted as the silicon compound, hydrolysis and polycondensation proceed without adding a catalyst such as an acid.
In addition, in order to generate substantially spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles in which a uniform reaction is generated and aggregation is reduced, it is preferable to add the silicon compound to the solution under stirring.

上述のとおり、本発明の水素ポリシルセスキオキサン微粒子の製造方法においては、予め調製された相分離誘発剤及び任意にケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質と水とを含む溶液に上記ケイ素化合物を添加する実施形態が採用され得ることから、当該製造方法は、工程(p)の前に、相分離誘発剤、任意にケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質、並びに水及び任意に触媒を含む溶液を予め調製すること(工程(p’))を含んでもよい。 As described above, in the method for producing hydrogen polysilsesquioxane fine particles of the present invention, a solution containing a phase separation inducer prepared in advance and a substance optionally suppressing the hydrolysis and polycondensation of a silicon compound and water is used. Since the embodiment of adding the silicon compound can be adopted, the production method comprises a phase separation inducer, optionally a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of the silicon compound, and water before the step (p). And optionally, pre-preparing a solution containing the catalyst (step (p')) may be included.

上述のような反応系並びに反応手順等を採用する実施形態によれば、略球状の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を凝集が比較的抑制された状態で信頼性よく生成させることができる。 According to the embodiment in which the reaction system and the reaction procedure as described above are adopted, substantially spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles can be reliably generated in a state where aggregation is relatively suppressed.

なお、本発明の水素ポリシルセスキオキサン微粒子の製造方法は、更に以下のような工程の少なくとも1つを任意に含んでもよい。
(a)加水分解及び重縮合並びに溶液系の相分離を介して所定の球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子を合成した後、任意に、濾過分離(例えば加圧濾過)、固液分離、溶媒留去、遠心分離或いは傾斜等の方法により、液体画分を分離及び除去し、固形画分を水素ポリシルセスキオキサン微粒子として取得すること。このような固形分と液体との分離方法は、各種汎用技術が当業者に知られているので、適宜それらを用いることができる。
(b)さらに、上記取得した固形画分を水洗浄あるいは有機溶剤洗浄し、有機溶媒の留去、乾燥(減圧乾燥及び/又は加熱乾燥)等すること。
The method for producing hydrogen polysilsesquioxane fine particles of the present invention may further optionally include at least one of the following steps.
(A) After synthesizing predetermined spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles through hydrolysis and polycondensation and phase separation of a solution system, optional filtration separation (for example, pressure filtration), solid-liquid separation, and solvent distillation are performed. The liquid fraction is separated and removed by a method such as separation, centrifugation or tilting, and the solid fraction is obtained as hydrogen polysilsesquioxane fine particles. As such a method for separating a solid content and a liquid, various general-purpose techniques are known to those skilled in the art, and they can be appropriately used.
(B) Further, the obtained solid fraction is washed with water or an organic solvent, and the organic solvent is distilled off, dried (dried under reduced pressure and / or dried by heating) or the like.

<ケイ素酸化物微粒子及びその製造方法>
本発明は、更に別の態様として、上述の球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子を熱処理することにより得られるケイ素酸化物微粒子並びにその製造方法を包含する。
より具体的には、本発明に係るケイ素酸化物微粒子を製造する方法は、以下の工程(r)を含む。
(r)上述の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を非酸化性ガス雰囲気下で熱処理することによりケイ素酸化物微粒子を製造すること、但し、該ケイ素化合物微粒子は、粒度分布における体積基準累積50%粒子径D50が1mm未満でありかつ略球状であるものとする。
<Silicon oxide fine particles and their manufacturing method>
As yet another aspect, the present invention includes silicon oxide fine particles obtained by heat-treating the above-mentioned spherical hydrogen polysilcesquioxane fine particles, and a method for producing the same.
More specifically, the method for producing silicon oxide fine particles according to the present invention includes the following step (r).
(R) Silicon oxide fine particles are produced by heat-treating the above-mentioned hydrogen polysilsesquioxane fine particles in a non-oxidizing gas atmosphere, except that the silicon compound fine particles are 50% cumulative particles based on the volume in the particle size distribution. It is assumed that the diameter D50 is less than 1 mm and is substantially spherical.

本発明における「非酸化性ガス雰囲気」には、不活性ガス雰囲気、還元性雰囲気、これら雰囲気を併用した混合雰囲気が包含される。不活性ガス雰囲気としては、窒素、アルゴン、ヘリウム等不活性ガスが挙げられ、これら不活性ガスは一種を単独で用いてもよいし又は二種以上を混合して用いてもよい。加えて、不活性ガスは、一般に使用されているものであれば足りるが、高純度規格のものが好ましい。還元性雰囲気としては、水素などの還元性ガスを含む雰囲気が包含される。例えば、2容積%以上の水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気が挙げられる。加えて、還元性雰囲気として、場合により水素ガス雰囲気そのものを使用してもよい。 The "non-oxidizing gas atmosphere" in the present invention includes an inert gas atmosphere, a reducing atmosphere, and a mixed atmosphere in which these atmospheres are used in combination. Examples of the inert gas atmosphere include inert gases such as nitrogen, argon, and helium, and these inert gases may be used alone or in combination of two or more. In addition, the inert gas may be any commonly used gas, but a high-purity standard gas is preferable. The reducing atmosphere includes an atmosphere containing a reducing gas such as hydrogen. For example, a mixed gas atmosphere of 2% by volume or more of hydrogen gas and an inert gas can be mentioned. In addition, the hydrogen gas atmosphere itself may be used as the reducing atmosphere in some cases.

更に、熱処理温度は、特に限定されるものでもなく、例えば400℃~2500℃、場合により500℃~2000℃が挙げられる。しかしながら、特に製造されるケイ素酸化物を二次電池用負極活物質として利用する場合、高容量と良好なサイクル特性を共に発現させる観点からは、適量のSi-H結合を残存させることが必要となる。このような適量のSi-H結合を残存させる熱処理温度としては、例えば600℃~1500℃以上、好ましくは600℃~900℃、より好ましくは650℃から850℃、より好ましくは759℃~850℃である。
加えて、熱処理炉内に上記ガスを供給する場合、その流量は採用する熱処理炉の仕様に応じて適宜調整すればよく、特に限定されるものでもない。ガスの流量としては、例えば20~800mL/分程度、場合によっては30~700mL/分程度、40~600mL/分程度が挙げられる。
Further, the heat treatment temperature is not particularly limited, and examples thereof include 400 ° C. to 2500 ° C., and in some cases, 500 ° C. to 2000 ° C. However, especially when the produced silicon oxide is used as a negative electrode active material for a secondary battery, it is necessary to leave an appropriate amount of Si—H bonds from the viewpoint of exhibiting both high capacity and good cycle characteristics. Become. The heat treatment temperature at which such an appropriate amount of Si—H bond remains is, for example, 600 ° C. to 1500 ° C. or higher, preferably 600 ° C. to 900 ° C., more preferably 650 ° C. to 850 ° C., and more preferably 759 ° C. to 850 ° C. Is.
In addition, when the gas is supplied into the heat treatment furnace, the flow rate may be appropriately adjusted according to the specifications of the heat treatment furnace to be adopted, and is not particularly limited. Examples of the gas flow rate include about 20 to 800 mL / min, and in some cases, about 30 to 700 mL / min and about 40 to 600 mL / min.

更に、熱処理時間については、通常30分~30時間程度、好ましくは1~24時間程度、より好ましくは1~16時間程度、場合により1~12時間程度、1~10時間程度である。 Further, the heat treatment time is usually about 30 minutes to 30 hours, preferably about 1 to 24 hours, more preferably about 1 to 16 hours, and in some cases about 1 to 12 hours, about 1 to 10 hours.

なお、本発明において採用され得る熱処理炉は、目的に応じて適宜に選択すればよく特に限定されるものでもない。例えば、真空パージ式チューブ炉、ロータリーキルン型、ローラーハースキルン型、バッチキルン型、プッシャーキルン型、メッシュベルトキルン型、カーボン炉、トンネルキルン型、シャトルキルン型、台車昇降式キルン型等の各種熱処理炉が挙げられる。これら熱処理炉は、一種のみ用いてもよく、又は2種以上を組合せてもよい。なお、2種以上を組み合わせる場合、各熱処理炉は直列若しくは並列に連結されてもよい。 The heat treatment furnace that can be adopted in the present invention may be appropriately selected according to the intended purpose and is not particularly limited. For example, various heat treatment furnaces such as vacuum purge type tube furnace, rotary kiln type, roller herskin type, batch kiln type, pusher kiln type, mesh belt kiln type, carbon furnace, tunnel kiln type, shuttle kiln type, trolley elevating kiln type, etc. Can be mentioned. These heat treatment furnaces may be used alone or in combination of two or more. When two or more types are combined, the heat treatment furnaces may be connected in series or in parallel.

更に、本発明に係るケイ素酸化物微粒子の製造方法は、工程(r)に先行して、本発明に係る水素ポリシルセスキオキサン微粒子の製造方法において含まれ得る上述の工程を適宜に含んでもよく、それらの工程を含むケイ素酸化物微粒子の製造方法の構成も本明細書に明確に開示される実施形態であることに留意されたい。 Further, the method for producing silicon oxide fine particles according to the present invention may appropriately include the above-mentioned steps that may be included in the method for producing hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to the present invention prior to the step (r). It should be noted that well, the configuration of the method for producing silicon oxide fine particles including those steps is also an embodiment clearly disclosed herein.

更に、本発明の一態様により提供されるケイ素酸化物微粒子は、以下の条件(x)、(y)及び(z)を満たすものである。
(x)粒度分布における50%累積質量粒子径分布直径 D50がナノメートル又はマイクロメートルの範囲にあること;
(y)略球状であること;並びに
(z)一般式SiOxHy(1<x<1.8、0.01<y<0.4)で表される元素組成を有すること。
Further, the silicon oxide fine particles provided by one aspect of the present invention satisfy the following conditions (x), (y) and (z).
(X) 50% cumulative mass in the particle size distribution Particle size distribution diameter D50 is in the range of nanometers or micrometers;
(Y) Being substantially spherical; and (z) having an elemental composition represented by the general formula SiOxHy (1 <x <1.8, 0.01 <y <0.4).

ここで、条件(x)について、上記50%累積質量粒子径分布直径 D50は、上述の球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子のD50に相応して、好ましくは80μm以下、より好ましくは100nm~80μm、更により好ましくは100nm~50μm程度、場合により500nm~10μm程度である。
なお、条件(y)については、水素ポリシルセスキオキサン微粒子について説明したとおり、顕微鏡観察(例えばSEMやTEM等を利用した電子顕微鏡観察)によりケイ素酸化物微粒子が略球状であることが確認できる。
Here, with respect to the condition (x), the 50% cumulative mass particle size distribution diameter D50 corresponds to the above-mentioned D50 of the spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles, preferably 80 μm or less, more preferably 100 nm to 80 μm. Even more preferably, it is about 100 nm to 50 μm, and in some cases, about 500 nm to 10 μm.
Regarding the condition (y), as described for the hydrogen polysilsesquioxane fine particles, it can be confirmed that the silicon oxide fine particles are substantially spherical by microscopic observation (for example, electron microscopic observation using SEM, TEM, etc.). ..

更に、条件(z)のxの範囲については、場合により1.2<x<1.8、更に1.3<x<1.7、例えばx=1.5である。更に、yの範囲については、場合により0.1<y<0.3の範囲であってもよい。 Further, regarding the range of x in the condition (z), 1.2 <x <1.8, and further 1.3 <x <1.7, for example, x = 1.5, in some cases. Further, the range of y may be in the range of 0.1 <y <0.3 depending on the case.

更に、本発明に係るケイ素酸化物は、赤外分光法(IR)により測定したスペクトルにおいて、820~920cm-1にあるSi-H結合に由来するピーク1の強度(I1)と1000~1200cm-1にあるSi-O-Si結合に由来するピーク2の強度(I)の比(I1/I)が0.01~0.35の範囲にあるケイ素酸化物であってもよい。 Further, the silicon oxide according to the present invention has a peak 1 intensity (I 1 ) derived from the Si—H bond at 820 to 920 cm -1 and 1000 to 1200 cm in the spectrum measured by infrared spectroscopy (IR). It may be a silicon oxide having a peak 2 intensity (I 2 ) ratio (I 1 / I 2 ) derived from the Si—O—Si bond at -1 in the range of 0.01 to 0.35. ..

上記のピーク1の強度(I1)とピーク2の強度(I)の比(I1/I)は、場合により0.01~0.30、更に0.03~0.20の範囲であってもよい。 The ratio (I 1 / I 2 ) of the intensity of peak 1 (I 1 ) to the intensity of peak 2 (I 2 ) may be in the range of 0.01 to 0.30 and further 0.03 to 0.20. May be.

なお、リチウムイオン二次電池等の二次電池において良好な各種電池特性を負極活物質として発揮し得るケイ素化合物微粒子の製造を目的とする場合、例えば上述の特許文献1の開示を参考に適宜決定することもできる。特許文献1には、二次電池の各種電池特性を考慮した上で、上述の一般式SiOxHyにおけるx及びy、並びにピーク強度比I/I等の好ましい範囲が開示されている。本発明においても、特許文献1に開示されるこれら各パラメータの数値範囲を採用してもよい。より具体的には、前駆体となる本発明所定の球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子の熱処理時において熱処理温度や熱処理時間等の各種熱処理条件を適宜調整することにより、上記各種パラメータで規定される物性を実現することができる。 When the purpose is to produce silicon compound fine particles capable of exhibiting various good battery characteristics as a negative electrode active material in a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, it is appropriately determined with reference to the above-mentioned disclosure of Patent Document 1, for example. You can also do it. Patent Document 1 discloses preferable ranges such as x and y in the above-mentioned general formula SiOxHy and a peak intensity ratio I 1 / I 2 in consideration of various battery characteristics of the secondary battery. Also in the present invention, the numerical range of each of these parameters disclosed in Patent Document 1 may be adopted. More specifically, it is defined by the above various parameters by appropriately adjusting various heat treatment conditions such as heat treatment temperature and heat treatment time at the time of heat treatment of the predetermined spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles of the present invention as a precursor. Physical characteristics can be realized.

<二次電池用負極活物質及びその製造方法>
本発明によれば、二次電池用負極活物質及びその製造方法も開示される。
本発明の二次電池用負極活物質は、上述のケイ素酸化物微粒子を単独で使用したものであってもよいが、以下の通り本発明の二次電池用負極活物質の方法により製造される組成物であってもよい。
なお、当該方法は、以下に説明する工程の他、任意に上述の水素ポリシルセスキオキサン微粒子の製造方法並びにケイ素酸化物微粒子の製造方法に含まれ得る工程を更に含んでもよく、それら実施形態も本明細書に明細書に明確に開示されるものである。
<Negative electrode active material for secondary batteries and its manufacturing method>
According to the present invention, a negative electrode active material for a secondary battery and a method for producing the same are also disclosed.
The negative electrode active material for a secondary battery of the present invention may be one using the above-mentioned silicon oxide fine particles alone, but is produced by the method of the negative electrode active material for a secondary battery of the present invention as follows. It may be a composition.
In addition to the steps described below, the method may further include, optionally, a step that can be included in the above-mentioned method for producing hydrogen polysilsesquioxane fine particles and the method for producing silicon oxide fine particles, and the embodiments thereof. Is also expressly disclosed herein.

電池は、高容量化し、大電流で充放電する事が求められていることから、電極の電気抵抗が低い材料が要求されている。
したがって、本発明の負極活物質の製造方法は、上記ケイ素酸化物微粒子に対して炭素系物質を複合化させ又は被覆させる工程を更に含んでもよい。ケイ素酸化物微粒子を炭素系物質で複合化させ又は被覆させるには、メカノフュージョンやボールミルあるいは振動ミル等を用いた機械的混合法等により、上記ケイ素酸化物微粒子と炭素系物質を分散させる方法が挙げられる。
Batteries are required to have a high capacity and to be charged and discharged with a large current, so that a material having a low electrical resistance of an electrode is required.
Therefore, the method for producing a negative electrode active material of the present invention may further include a step of compounding or coating a carbon-based substance with the silicon oxide fine particles. In order to composite or coat the silicon oxide fine particles with a carbon-based substance, a method of dispersing the silicon oxide fine particles and the carbon-based substance by a mechanical mixing method using a mechanofusion, a ball mill, a vibration mill, or the like is used. Can be mentioned.

炭素系物質としては、黒鉛、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノフォーム、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維および無定形炭素などの炭素系物質が好ましく挙げられる。 Preferred examples of the carbon-based material include carbon-based materials such as graphite, carbon black, fullerene, carbon nanotubes, carbon nanoforms, pitch-based carbon fibers, polyacrylonitrile-based carbon fibers, and amorphous carbon.

なお、上記任意の複合化又は被覆工程において、適宜目的に応じて、また所望の電池特性が得られるように上記ケイ素酸化物微粒子と炭素系物質とは任意の割合で混合すればよい。 In the above-mentioned arbitrary compounding or coating step, the above-mentioned silicon oxide fine particles and the carbon-based substance may be mixed at an arbitrary ratio according to an appropriate purpose and so as to obtain desired battery characteristics.

<負極の製造方法>
本発明の更なる別の態様によれば、更に二次電池用負極を製造する方法も開示される。当該方法においては、上記負極活物質を用いて負極を製造する。以下に具体的の製造工程を示す。なお、当該方法は、以下に示す各工程に先行して、上記水素ポリシルセスキオキサン微粒子の製造方法、ケイ素酸化物微粒子の製造方法並びに負極活物質の製造方法に含まれ得る各工程を任意に含んでもよく、それら実施形態も本明細書に明細書に明確に開示されるものである。
<Manufacturing method of negative electrode>
According to still another aspect of the present invention, a method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery is also disclosed. In this method, a negative electrode is manufactured using the negative electrode active material. The specific manufacturing process is shown below. In addition, in this method, each step which can be included in the said method for producing hydrogen polysilsesquioxane fine particles, the method for producing silicon oxide fine particles, and the method for producing a negative electrode active material is optional prior to each step shown below. May be included in the specification, and those embodiments are also expressly disclosed herein.

二次電池用負極は、上述のケイ素酸化物微粒子、或は上記炭素系物質を複合化若しくは被覆させたケイ素酸化物微粒子を含む負極活物質を用いて製造されるものである。
例えば、負極は、上記負極活物質及び任意に結着剤を含む負極混合材料を、一定の形状に成形する方法、又は該負極混合材料を銅箔などの集電体に塗布させる方法に基づいて製造してもよい。負極の成形方法は、特に限定なく任意の方法を用いればよく、各種公知の方法を用いてもよい。
The negative electrode for a secondary battery is manufactured by using the above-mentioned silicon oxide fine particles or a negative electrode active material containing the above-mentioned silicon oxide fine particles in which the carbon-based substance is composited or coated.
For example, the negative electrode is based on a method of molding a negative electrode mixed material containing the negative electrode active material and optionally a binder into a certain shape, or a method of applying the negative electrode mixed material to a current collector such as a copper foil. It may be manufactured. The method for molding the negative electrode is not particularly limited, and any method may be used, and various known methods may be used.

より詳細には、例えば、まず、上記負極活物質、並びに任意に結着剤及導電材料等の各種添加剤を含む二次電池負極用組成物を調製する。調製した二次電池負極用組成物を、銅、ニッケル、ステンレスなどを主体とする棒状体、板状体、箔状体、網状体などの集電体に直接コーティングしてもよい。あるいは、上記二次電池負極用組成物を別途、支持体上にキャスティングし、その支持体上に形成された負極活物質フィルムを剥離し、剥離した負極活物質フィルムを集電体にラミネートして負極極板を形成してもよい。なお、上記の形態はあくまでも例示であり、負極の形態は、これらに限定されるものではなく、その他の形態として提供され得ることは言うまでもない。 More specifically, for example, first, a composition for a secondary battery negative electrode containing the negative electrode active material and optionally various additives such as a binder and a conductive material is prepared. The prepared composition for the negative electrode of the secondary battery may be directly coated on a current collector such as a rod-shaped body, a plate-shaped body, a foil-shaped body, or a net-like body mainly made of copper, nickel, stainless steel or the like. Alternatively, the composition for the negative electrode of the secondary battery is separately cast on a support, the negative electrode active material film formed on the support is peeled off, and the peeled negative electrode active material film is laminated on the current collector. A negative electrode plate may be formed. It should be noted that the above-mentioned form is merely an example, and it is needless to say that the form of the negative electrode is not limited to these and may be provided as another form.

結着剤としては、二次電池において使用可能なものであれば足り、例えば、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸、アルギン酸、グルコマンナン、アミロース、サッカロース及びその誘導体や重合物、さらに夫々のアルカリ金属塩の他、ポリイミド樹脂やポリイミドアミド樹脂が挙げられる。これら結着剤は単独で使用してもよいし、二種以上の混合物であってもよい。
さらに、結着剤に加えて、例えば、集電体と負極活物質との結着性を向上させ、不許核物質の分散性を改善し、結着剤自体の導電性を向上させる等の別機能を付与し得る添加剤を必要に応じて添加することもできる。このような添加剤の具体例としては、スチレン-ブタジエン・ゴム系ポリマー、スチレン-イソプレン・ゴム系ポリマー等が挙げられる。
As the binder, any one that can be used in a secondary battery is sufficient, for example, carboxymethyl cellulose, polyacrylic acid, alginic acid, glucomannan, amylose, saccharose and its derivatives and polymers, and each alkali metal salt. Other examples include polyimide resin and polyimide amide resin. These binders may be used alone or as a mixture of two or more.
Further, in addition to the binder, for example, the binding property between the current collector and the negative electrode active material is improved, the dispersibility of the unacceptable nuclear material is improved, and the conductivity of the binder itself is improved. Additives that can impart functions can also be added as needed. Specific examples of such additives include styrene-butadiene / rubber-based polymer, styrene-isoprene / rubber-based polymer, and the like.

<二次電池及びその製造方法>
本発明の更なる別の態様によれば、二次電池及びその製造方法も提供される。当該方法は、上記のとおり製造した負極を用いることにより二次電池を製造することを含む。
以下に具体的な製造工程を示す。
なお、当該製造方法は、以下に示す工程に加え、上記水素ポリシルセスキオキサン微粒子の製造方法、ケイ素酸化物微粒子の製造方法、二次電池用負極活物質の製造方法並びに二次電池用負極の製造方法に含まれる各工程を先行して更に含んでもよく、それら実施形態も本明細書に明細書に明確に開示されるものである。
<Secondary battery and its manufacturing method>
According to still another aspect of the present invention, a secondary battery and a method for manufacturing the secondary battery are also provided. The method includes manufacturing a secondary battery by using the negative electrode manufactured as described above.
The specific manufacturing process is shown below.
In addition to the steps shown below, the manufacturing method includes a method for manufacturing hydrogen polysilsesquioxane fine particles, a method for manufacturing silicon oxide fine particles, a method for manufacturing a negative electrode active material for a secondary battery, and a negative electrode for a secondary battery. Each step included in the production method of the above may be further included in advance, and those embodiments are also expressly disclosed in the present specification.

まず、本発明に係る二次電池を製造方法により製造される二次電池は、所望の用途や機能等を考慮し、適宜に設計すればよく、その構成は特に限定されるものでもないが、既存の二次電池の構成を参考に、本発明に係る負極を用いて二次電池を構成することができる。加えて、本発明の二次電池のタイプとしては、上記負極が適用できるものであれば特に限定されるものでもないが、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池が挙げられる。これら電池は、以下の実施例において実証されるとおり、本発明の所望の効果が発揮され得ることから、特に好ましい実施形態と言える。
以下、リチウムイオン電池の製造方法及び構成を例示する。
First, the secondary battery manufactured by the method for manufacturing the secondary battery according to the present invention may be appropriately designed in consideration of desired applications and functions, and its configuration is not particularly limited. The secondary battery can be configured by using the negative electrode according to the present invention with reference to the configuration of the existing secondary battery. In addition, the type of the secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as the negative electrode can be applied, and examples thereof include a lithium ion secondary battery and a lithium ion polymer secondary battery. As demonstrated in the following examples, these batteries can be said to be a particularly preferable embodiment because the desired effects of the present invention can be exhibited.
Hereinafter, the manufacturing method and configuration of the lithium ion battery will be illustrated.

まず、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な正極活物質、導電助剤、結着剤及び溶媒を混合して正極活物質組成物を準備する。上記正極活物質組成物を負極と同様、各種手法を用いて金属集電体上に直接コーティング及び乾燥し、正極板を準備する。
上記正極活物質組成物を別途、支持体上にキャスティングし、この支持体上に形成されたフィルムを剥離し、同フィルムを金属集電体上にラミネートして正極を製造することも可能である。正極の成形方法は、特に限定されるものではないが、各種公知の手法を用いて形成することができる。
First, a positive electrode active material composition capable of reversibly occluding and releasing lithium ions is mixed with a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, a binder and a solvent to prepare a positive electrode active material composition. Similar to the negative electrode, the positive electrode active material composition is directly coated and dried on the metal current collector using various methods to prepare a positive electrode plate.
It is also possible to separately cast the positive electrode active material composition on a support, peel off the film formed on the support, and laminate the film on a metal current collector to manufacture a positive electrode. .. The method for forming the positive electrode is not particularly limited, but it can be formed by using various known methods.

上記正極活物質としては、当該二次電池の分野で一般的に使われるリチウム金属複合酸化物を用いることができる。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、スピネル構造を持ったマンガン酸リチウム、コバルトマンガン酸リチウム、オリビン構造を持ったリン酸鉄、いわゆる三元系リチウム金属複合酸化物、ニッケル系リチウム金属複合酸化物など挙げられる。また、リチウムイオンの脱-挿入が可能な化合物であるV、TiS及びMoSなども使用することができる。 As the positive electrode active material, a lithium metal composite oxide generally used in the field of the secondary battery can be used. For example, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate with spinel structure, lithium cobalt manganate, iron phosphate with olivine structure, so-called ternary lithium metal composite oxide, nickel-based lithium metal composite oxide. And so on. Further, V2O5 , TiS , MoS and the like, which are compounds capable of de-inserting lithium ions, can also be used.

導電助剤を添加してもよく、リチウムイオン電池で一般的に使用されるものを利用することができる。製造された電池において分解又は変質を起こさない電子伝導性材料であることが好ましい。具体例としては、カーボンブラック(アセチレンブラック等)、黒鉛微粒子、気相成長炭素繊維、及びこれらの二種以上の組み合わせなどが挙げられる。また、結着剤としては、例えば、フッ化ビニリデン/六フッ化プロピレン共重合体、フッ化ポリビニリデン(PVDF)、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリ四フッ化エチレン及びその混合物、スチレンブタジエン・ゴム系ポリマーなどが挙げられるが、これらに限定されるものでない。また、溶媒としては、例えば、N-メチルピロリドン、アセトン、水などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
この時、正極活物質、導電助剤、結着剤及び溶媒の含有量は、特に限定されるものでもないが、リチウムイオン電池で一般的に使用される量を目安に適宜選択することができる。
A conductive auxiliary agent may be added, and those generally used in lithium ion batteries can be used. It is preferably an electronically conductive material that does not decompose or deteriorate in the manufactured battery. Specific examples include carbon black (acetylene black and the like), graphite fine particles, vapor-grown carbon fibers, and a combination of two or more of these. Examples of the binder include vinylidene fluoride / propylene hexafluoride copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, ethylene polytetrafluoride and a mixture thereof, and styrene butadiene rubber. Examples include, but are not limited to, based polymers. Further, examples of the solvent include, but are not limited to, N-methylpyrrolidone, acetone, water and the like.
At this time, the contents of the positive electrode active material, the conductive auxiliary agent, the binder and the solvent are not particularly limited, but can be appropriately selected based on the amounts generally used in the lithium ion battery. ..

正極と負極との間に介在するセパレータとしては、リチウムイオン電池で一般的に使われるものを利用すればよいが、特に限定されるものでもなく、所望の用途や機能等を勘案の上、適宜選択すればよい。電解質のイオン移動に対して低抵抗であるか、又は電解液含浸能に優れるものが好ましい。具体的には、ガラスファイバー、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ四フッ化エチレン、ポリイミド、あるいはその化合物のうちから選択された材質であって、不織布または織布の形態でもよい。
より具体的には、リチウムイオン電池の場合には、ポリエチレン、ポリプロピレンのような材料からなる巻き取り可能なセパレータを使用し、リチウムイオンポリマー電池の場合には、有機電解液含浸能に優れたセパレータを使用する事が好ましい。
As the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, a separator generally used in a lithium ion battery may be used, but the separator is not particularly limited, and is appropriate in consideration of desired applications and functions. You can select it. Those having low resistance to ion transfer of the electrolyte or having excellent electrolytic solution impregnation ability are preferable. Specifically, it is a material selected from glass fiber, polyester, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyimide, or a compound thereof, and may be in the form of a non-woven fabric or a woven fabric.
More specifically, in the case of a lithium ion battery, a rewindable separator made of a material such as polyethylene or polypropylene is used, and in the case of a lithium ion polymer battery, a separator having an excellent ability to impregnate an organic electrolytic solution is used. It is preferable to use.

電解液としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ブチレンカーボネート、ジブチルカーボネート、ベンゾニトリル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、γ-ブチロラクトン、ジオキソラン、4-メチルジオキソラン、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、1,2-ジメトキシエタン、スルフォラン、ジクロロエタン、クロロベンゼン、ニトロベンゼンまたは、ジエチルエーテルなどの溶媒またはそれらの混合溶媒に、六フッ化リンリチウム、四フッ化ホウ素リチウム、六アンチモンリチウム、六フッ化ヒ素リチウム、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、Li(CFSON、LiCSO、LiSbF、LiAlO、LiAlCl、LiN(C2x+1SO)(C2y+1SO)(ただし、xおよびyは自然数)、LiCl、LiIのようなリチウム塩からなる電解質のうち一種またはそれらを二種以上混合したものを溶解したものを使用できる。 As the electrolytic solution, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butylene carbonate, dibutyl carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, γ-butyrolactone, dioxolan, 4 -Hexfluoride in a solvent such as methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, or a mixed solvent thereof. Lithium phosphorus, lithium tetrafluoride, lithium hexaantimon, lithium hexafluoride, lithium perchlorate, lithium trifluoromethanesulfonate, Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , One of the electrolytes consisting of lithium salts such as LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (Cy F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, or any of them. A mixture of two or more types can be used.

また、それ以外の種々の非水系電解質や固体電解質も使用できる。例えば、リチウムイオンを添加した各種イオン液体、イオン液体と微粉末を混合した擬似固体電解質、リチウムイオン導電性固体電解質などが使用可能である。 In addition, various other non-aqueous electrolytes and solid electrolytes can also be used. For example, various ionic liquids to which lithium ions have been added, pseudo solid electrolytes in which ionic liquids and fine powders are mixed, lithium ion conductive solid electrolytes, and the like can be used.

更にまた、充放電サイクル特性を向上させる目的で、上記の電解液に、負極活物質表面に安定な被膜形成を促進する化合物を適宜含有させることもできる。例えば、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロベンゼン、環状フッ素化カーボネート〔フルオロエチレンカーボネート(FEC)、トリフルオロプロピレンカーボネート(TFPC)、など〕、または、鎖状フッ素化カーボネート〔トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)、トリフルオロジエチルカーボネート(TFDEC)、トリフルオロエチルメチルカーボネート(TFEMC)など〕などのフッ素化カーボネートが効果的である。なお、上記環状フッ素化カーボネートおよび鎖状フッ素化カーボネートは、エチレンカーボネートなどのように、溶媒として用いることもできる。 Furthermore, for the purpose of improving the charge / discharge cycle characteristics, the above electrolytic solution may appropriately contain a compound that promotes stable film formation on the surface of the negative electrode active material. For example, vinylene carbonate (VC), fluorobenzene, cyclic fluorinated carbonate [fluoroethylene carbonate (FEC), trifluoropropylene carbonate (TFPC), etc.], or chain fluorinated carbonate [trifluorodimethyl carbonate (TFDMC), etc.]. Fluorinated carbonates such as trifluorodiethyl carbonate (TFDEC), trifluoroethylmethyl carbonate (TFEMC), etc.] are effective. The cyclic fluorinated carbonate and the chain fluorinated carbonate can also be used as a solvent, such as ethylene carbonate.

上述のような正極極板と負極極板との間にセパレータを配して電池構造体を形成する。係る電池構造体をワインディングするか、または折りたたんで円筒形電池ケース、または角型電池ケースに入れた後、電解液を注入すればリチウムイオン電池が完成する。 A separator is arranged between the positive electrode plate and the negative electrode plate as described above to form a battery structure. A lithium ion battery is completed by winding or folding the battery structure and placing it in a cylindrical battery case or a square battery case, and then injecting an electrolytic solution.

また、上記電池構造体をバイセル構造に積層した後、これを有機電解液に含浸させ、得られた物をパウチに入れて密封すれば、リチウムイオンポリマー電池が完成する。 Further, after laminating the above battery structure in a bicell structure, impregnating it with an organic electrolytic solution, putting the obtained product in a pouch and sealing it, a lithium ion polymer battery is completed.

以下、実施例及び比較例を示し、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 and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

本実施例においては、実施例1及び2、並びに比較例1及び2において調製した水素ポリシルセスキオキサン並びにそれらを熱処理して取得したケイ素酸化物について、各種分析・評価を行った。
各実施例及び比較例における「元素分析測定」の測定装置及び測定方法、並びに「電池特性の評価」は以下のとおりである。
In this example, various analyzes and evaluations were performed on the hydrogen polysilsesquioxane prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 and the silicon oxide obtained by heat-treating them.
The measuring device and measuring method of "elemental analysis measurement" and "evaluation of battery characteristics" in each Example and Comparative Example are as follows.

(元素分析)
元素組成分析については、試料粉末をペレット状に固めたのち、2.3MeVに加速したHeイオンを試料に照射し、後方散乱粒子のエネルギースペクトル、及び前方散乱された水素原子のエネルギースペクトルを解析することにより水素を含めた確度の高い組成値が得られるRBS(ラザフォード後方散乱分析)/HFS(水素前方散乱分析)法により行った。測定装置はNational Electrostatics Corporation製 Pelletron 3SDHにて、入射イオン:2.3MeV He、RBS/HFS同時測定時入射角:75deg.、散乱角:160deg.、試料電流:4nA、ビーム径:2mmφの条件で測定した。
(Elemental analysis)
For elemental composition analysis, after solidifying the sample powder into pellets, the sample is irradiated with He ions accelerated to 2.3 MeV, and the energy spectrum of the backscattered particles and the energy spectrum of the forwardly scattered hydrogen atoms are analyzed. This was performed by the RBS (Razaford Back Scattering Analysis) / HFS (Hydrogen Forward Scattering Analysis) method, which gives a highly accurate composition value including hydrogen. The measuring device was a Pelletron 3SDH manufactured by National Electrostatics Corporation. Incident ion: 2.3MeVHe, RBS / HFS simultaneous measurement incident angle: 75deg. , Scattering angle: 160 deg. , Sample current: 4 nA, beam diameter: 2 mmφ.

(粒度分布測定)
粒度分布測定は、レーザー回折散乱式粒度分測定装置(マイクロトラック・ベル社製、MT-3300EX II)を用いて、試料粉末を純水中に超音波ホモジナイザーにより分散させレーザー回折法により測定した。
(Measurement of particle size distribution)
The particle size distribution was measured by a laser diffraction / scattering type particle size measuring device (MT-3300EX II manufactured by Microtrac Bell), and the sample powder was dispersed in pure water by an ultrasonic homogenizer and measured by a laser diffraction method.

(BET比表面積)
BET比表面積は、試料粉末1gを測定セルに投入後、窒素ガスでパージしながらマントルヒーターを用いて、250℃で2時間乾燥後、1時間かけて室温まで冷却したのち、マルバーン社製、Nove4200eにて測定した。
(BET specific surface area)
The BET specific surface area is determined by putting 1 g of the sample powder into the measurement cell, drying it at 250 ° C. for 2 hours using a mantle heater while purging with nitrogen gas, cooling it to room temperature over 1 hour, and then cooling it to room temperature, manufactured by Malvern, Nove 4200e. Measured at.

(電池特性の評価)
本発明のケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池等の充放電特性は、次のようにして測定した。
株式会社ナガノ製BTS2005Wを用い、ケイ素酸化物1g重量あたり、100mAの電流で、Li電極に対して0.001Vに達するまで定電流充電し、次に0.001Vの電圧を維持しつつ、電流が活物質1g当たり20mA以下の電流値になるまで定電圧充電を実施した。
充電が完了したセルは、約30分間の休止期間を経た後、活物質1g当たり100mAの電流で電圧が1.5Vに達するまで定電流放電を行った。
また、充電容量は、定電圧充電が終了するまで積算電流値から計算し、放電容量は、電池電圧が1.5Vに到達するまでの積算電流値から計算した。各充放電の切り替え時には、30分間、開回路で休止した。
(Evaluation of battery characteristics)
The charge / discharge characteristics of a lithium ion secondary battery or the like using the negative electrode active material containing the silicon oxide of the present invention were measured as follows.
Using BTS2005W manufactured by Nagano Co., Ltd., the Li electrode is constantly charged with a current of 100 mA per 1 g of silicon oxide until it reaches 0.001 V, and then the current is maintained while maintaining the voltage of 0.001 V. Constant voltage charging was carried out until the current value was 20 mA or less per 1 g of the active material.
After a rest period of about 30 minutes, the fully charged cell was discharged at a constant current with a current of 100 mA per 1 g of the active material until the voltage reached 1.5 V.
The charge capacity was calculated from the integrated current value until the constant voltage charging was completed, and the discharge capacity was calculated from the integrated current value until the battery voltage reached 1.5 V. At the time of switching each charge / discharge, the circuit was paused for 30 minutes.

充放電サイクル特性についても同様の条件で行った。
なお、充放電効率は、初回(充放電の第1サイクル目)の充電容量に対する放電容量の比率とし、容量維持率は初回の放電容量に対する、充放電100サイクル目の放電容量の比率とした。
The charge / discharge cycle characteristics were also performed under the same conditions.
The charge / discharge efficiency was defined as the ratio of the discharge capacity to the charge capacity of the first charge (first cycle of charge / discharge), and the capacity retention rate was defined as the ratio of the discharge capacity to the charge capacity of the first charge / discharge cycle.

[実施例1]
(水素ポリシルセスキオキサン(HPSQ)の調製)
本実施例では、まず、加水分解及び重縮合反応を抑制する物質としてエタノールを用いかつ相分離誘発剤としてポリアクリル酸を用いて水素ポリシルセスキオキサンを合成した。以下にその手順を示す。
[Example 1]
(Preparation of hydrogen polysilsesquioxane (HPSQ))
In this example, first, hydrogen polysilsesquioxane was synthesized using ethanol as a substance for suppressing hydrolysis and polycondensation reaction and polyacrylic acid as a phase separation inducer. The procedure is shown below.

100mLのビーカーに、酢酸0.02g、純水15g、エタノール5g及びポリアクリル酸(平均分子量25,000;和光純薬工業株式会社製)5gを仕込み、得られた混合物を撹拌してポリアクリル酸を溶解させた。得られた溶液にトリエトキシシラン5gを添加し、1分間撹拌し、ビーカーごとオーブンに入れて80℃で1時間加熱した。
反応終了後、メンブランフィルター(孔径0.45μm、親水性)を用いて反応物をろ過し、固体を取得した。取得した個体を水洗し、80℃にて10時間、減圧乾燥し、水素ポリシルセスキオキサン重合物(1)を得た。
このようにして得られた水素ポリシルセスキオキサン(1)の一部をSEM観察に供試した。
In a 100 mL beaker, 0.02 g of acetic acid, 15 g of pure water, 5 g of ethanol and 5 g of polyacrylic acid (average molecular weight 25,000; manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are charged, and the obtained mixture is stirred to obtain polyacrylic acid. Was dissolved. 5 g of triethoxysilane was added to the obtained solution, the mixture was stirred for 1 minute, placed in an oven together with the beaker, and heated at 80 ° C. for 1 hour.
After completion of the reaction, the reaction product was filtered using a membrane filter (pore size 0.45 μm, hydrophilic) to obtain a solid. The obtained individual was washed with water and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 10 hours to obtain a hydrogen polysilsesquioxane polymer (1).
A part of the hydrogen polysilsesquioxane (1) thus obtained was subjected to SEM observation.

(ケイ素酸化物の調製)
SSA-Sグレードのアルミナ製ボートに、上記水素シルセスキオキサン(1)1.5gをのせた後、該ボートを真空パージ式チューブ炉 KTF43N1-VPS(光洋サーモシステム社製)にセットし、熱処理条件として、アルゴンガス雰囲気下(高純度アルゴンガス99.999%)にて、アルゴンガスを250ml/分の流量で供給しつつ、4℃/分の割合で昇温し、800℃で1時間熱処理することで、ケイ素酸化物を得た。
次いで、得られたケイ素酸化物を乳鉢にて5分間解砕粉砕し、目開き32μmのステンレス製篩を用いて分級することにより粉粒状のケイ素酸化物(1)を得た。
このようにして得られたケイ素酸化物(1)の一部をSEM観察及び粒度分布測定に供試した。
(Preparation of silicon oxide)
After 1.5 g of the above hydrogen silsesquioxane (1) is placed on an SSA-S grade alumina boat, the boat is set in a vacuum purge type tube furnace KTF43N1-VPS (manufactured by Koyo Thermo System) and heat-treated. As a condition, under an argon gas atmosphere (high-purity argon gas 99.999%), while supplying argon gas at a flow rate of 250 ml / min, the temperature is raised at a rate of 4 ° C./min, and heat treatment is performed at 800 ° C. for 1 hour. By doing so, a silicon oxide was obtained.
Next, the obtained silicon oxide was crushed and pulverized in a mortar for 5 minutes, and classified using a stainless steel sieve having an opening of 32 μm to obtain powdery granular silicon oxide (1).
A part of the silicon oxide (1) thus obtained was subjected to SEM observation and particle size distribution measurement.

(負極体の作成)
カルボキシメチルセルロースの2重量%水溶液5g中に、前記ケイ素酸化物(1)0.8gと0.1gのアセチレンブラックを加え、フラスコ内で攪拌子を用いて15分間混合した後、固形分濃度が15重量%となるよう蒸留水を加え、さらに15分間撹拌してスラリー状組成物を作成した。このスラリー状組成物をプライミックス社製の薄膜旋回型高速ミキサー(フィルミックス40-40型)に移し、回転数20m/sで30秒間、撹拌分散を行った。分散処理後のスラリーを、ドクターブレード法により、銅箔ロール上にスラリーを200μmの厚さにて塗工した。
塗工後、80℃のホットプレートにて90分間乾燥した。乾燥後、負極シートを2t小型精密ロールプレス(サンクメタル社製)にてプレスした。プレス後、φ14.50mmの電極打ち抜きパンチHSNG-EPにて電極を打ち抜き、ガラスチューブオーブンGTO―200(SIBATA)にて、80℃で、16時間減圧乾燥を行い、負極体を作成した。
(Creation of negative electrode body)
0.8 g of the silicon oxide (1) and 0.1 g of acetylene black were added to 5 g of a 2 wt% aqueous solution of carboxymethyl cellulose, mixed in a flask for 15 minutes using a stirrer, and then the solid content concentration was 15. Distilled water was added so as to be in% by weight, and the mixture was further stirred for 15 minutes to prepare a slurry-like composition. This slurry-like composition was transferred to a thin film swirl type high-speed mixer (Fillmix 40-40 type) manufactured by Plymix, and stirred and dispersed at a rotation speed of 20 m / s for 30 seconds. The slurry after the dispersion treatment was coated on a copper foil roll with a thickness of 200 μm by a doctor blade method.
After coating, it was dried on a hot plate at 80 ° C. for 90 minutes. After drying, the negative electrode sheet was pressed with a 2t small precision roll press (manufactured by Thunk Metal Co., Ltd.). After pressing, the electrodes were punched out with an electrode punching punch HSNG-EP having a diameter of 14.50 mm, and dried under reduced pressure at 80 ° C. in a glass tube oven GTO-200 (SIBATA) for 16 hours to prepare a negative electrode body.

(リチウムイオン二次電池の作製及び評価)
図7に示す構造の2032型コイン電池を作成した。負極1として上記負極体、対極3として金属リチウム、セパレータ2として微多孔性のポリプロピレン製フィルムを使用し、電解液としてLiPF6を1モル/Lの割合で溶解させたエチレンカーボネートとジエチルカーボネート1:1(体積比)混合溶媒にフルオロエチレンカーボネイトを5重量%添加したものを使用した。
次いで、リチウムイオン二次電池の電池特性の評価を既述の方法で実施した。
(Manufacturing and evaluation of lithium-ion secondary batteries)
A 2032 type coin battery having the structure shown in FIG. 7 was created. Ethylene carbonate and diethyl carbonate 1: in which the negative electrode body is used as the negative electrode 1, metallic lithium is used as the counter electrode 3, a microporous polypropylene film is used as the separator 2, and LiPF 6 is dissolved at a ratio of 1 mol / L as the electrolytic solution. 1 (Volume ratio) A mixed solvent to which 5% by weight of fluoroethylene carbonate was added was used.
Next, the battery characteristics of the lithium ion secondary battery were evaluated by the method described above.

[実施例2]
本実施例では、まず、加水分解及び重縮合反応を抑制する物質(エタノール)は添加せず、相分離誘発剤としてポリアクリル酸のみ用いて水素ポリシルセスキオキサンを合成した。その合成手順は以下の通りである。
[Example 2]
In this example, first, hydrogen polysilsesquioxane was synthesized using only polyacrylic acid as a phase separation inducer without adding a substance (ethanol) that suppresses hydrolysis and polycondensation reaction. The synthesis procedure is as follows.

実施例1における水素ポリシルセスキオキサンの合成において、エタノールを全く添加せず、純水を20gとした以外は同様にして水素ポリシルセスキオキサン(2)を調製した。
次いで、実施例1と同様にして水素ポリシルセスキオキサン(2)を熱処理することによりケイ素酸化物(2)を取得し、その一部をSEM観察に供試した。
In the synthesis of hydrogen polysilsesquioxane in Example 1, hydrogen polysilsesquioxane (2) was prepared in the same manner except that ethanol was not added at all and the amount of pure water was 20 g.
Next, the silicon oxide (2) was obtained by heat-treating the hydrogen polysilcesquioxane (2) in the same manner as in Example 1, and a part thereof was subjected to SEM observation.

[比較例1]
比較例1では、加水分解及び重縮合反応を抑制する物質(エタノール)及び相分離誘発剤(ポリアクリル酸)は全く添加せずに従来法に従って水素ポリシルセスキオキサンを合成した。その合成手順は以下の通りである。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, hydrogen polysilsesquioxane was synthesized according to a conventional method without adding a substance (ethanol) that suppresses hydrolysis and polycondensation reaction and a phase separation inducer (polyacrylic acid) at all. The synthesis procedure is as follows.

3Lのセパラブルフラスコに、酢酸7.20g(120.12mmol)及び純水1188.0gを仕込み、撹拌下にトリエトキシシラン(東京化成)225g(1369.66mmol)を25℃にて滴下した。滴下終了後、撹拌しながら25℃にて加水分解反応および縮合反応を2時間行った。
反応時間経過後、反応物をメンブランフィルター(孔径0.45μm、親水性)にてろ過し、固体を回収した。得られた固体を80℃にて10時間、減圧乾燥し、水素ポリシルセスキオキサン(3)を得た。
このようにして得られた水素ポリシルセスキオキサン(3)の一部をSEM観察に供試した。
7.20 g (120.12 mmol) of acetic acid and 1188.0 g of pure water were charged in a 3 L separable flask, and 225 g (1369.66 mmol) of triethoxysilane (Tokyo Kasei) was added dropwise at 25 ° C. under stirring. After completion of the dropping, a hydrolysis reaction and a condensation reaction were carried out at 25 ° C. for 2 hours with stirring.
After the reaction time had elapsed, the reaction product was filtered through a membrane filter (pore size 0.45 μm, hydrophilic), and the solid was recovered. The obtained solid was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 10 hours to obtain hydrogen polysilsesquioxane (3).
A part of the hydrogen polysilsesquioxane (3) thus obtained was subjected to SEM observation.

次いで、実施例1と同様にして水素ポリシルセスキオキサン(3)を熱処理することによりケイ素酸化物(3)を取得し、その一部をSEM観察及び粒度分布測定に供試した。
更に、実施例1に準じてケイ素酸化物(3)を用いることにより負極活物質を製造し、該負極活物質を用いて負極並びにリチウムイオン二次電池を作製した。作製したリチウムイオン二次電池について上述の充放電サイクル試験により電池特性を評価した。
Next, the silicon oxide (3) was obtained by heat-treating the hydrogen polysilcesquioxane (3) in the same manner as in Example 1, and a part thereof was subjected to SEM observation and particle size distribution measurement.
Further, a negative electrode active material was produced by using a silicon oxide (3) according to Example 1, and a negative electrode and a lithium ion secondary battery were produced using the negative electrode active material. The battery characteristics of the produced lithium-ion secondary battery were evaluated by the above-mentioned charge / discharge cycle test.

[比較例2]
比較例2では、まず、相分離誘発剤(ポリアクリル酸)は全く添加せず、加水分解及び重縮合反応を抑制する物質としてエタノールのみ用いて水素ポリシルセスキオキサンを合成した。その合成手順は以下の通りである。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, first, hydrogen polysilsesquioxane was synthesized by using only ethanol as a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation reaction without adding a phase separation inducer (polyacrylic acid) at all. The synthesis procedure is as follows.

100mLのビーカーに、酢酸0.02g、純水15g、エタノール5gを仕込んだ。得られた溶液にトリエトキシシラン5gを添加し、1分間撹拌し、ビーカーごとオーブンに入れて80℃で1時間加熱した。得られたゼリー状の固まりをさらに10時間過熱し、溶媒を蒸発させることにより水素ポリシルセスキオキサン(4)を取得した。
このようにして得られた水素ポリシルセスキオキサン(4)を乳鉢で粗粉砕した。得られた粉砕物を実施例1に記載の手順に準じて熱処理し、ケイ素酸化物(4)を取得した。このようにして取得したケイ素酸化物(4)を上記SEM観察に供試した。
なお、熱処理前の水素ポリシルセスキオキサン(4)及びこれを熱処理して取得したケイ素酸化物(4)は肉眼で観察し、それぞれの外観写真を取得した。
In a 100 mL beaker, 0.02 g of acetic acid, 15 g of pure water, and 5 g of ethanol were charged. 5 g of triethoxysilane was added to the obtained solution, the mixture was stirred for 1 minute, placed in an oven together with the beaker, and heated at 80 ° C. for 1 hour. The obtained jelly-like mass was further heated for 10 hours to evaporate the solvent to obtain hydrogen polysilsesquioxane (4).
The hydrogen polysilsesquioxane (4) thus obtained was coarsely pulverized in a mortar. The obtained pulverized product was heat-treated according to the procedure described in Example 1 to obtain a silicon oxide (4). The silicon oxide (4) thus obtained was subjected to the above SEM observation.
The hydrogen polysilsesquioxane (4) before the heat treatment and the silicon oxide (4) obtained by the heat treatment were observed with the naked eye, and photographs of their appearance were obtained.

[結果]
(水素ポリシルセスキオキサン及びケイ素酸化物の形状比較)
実施例1で合成した水素ポリシルセスキオキサン(1)及びケイ素酸化物(1)のSEM写真を図1に示す。加えて、実施例2で合成した水素ポリシルセスキオキサン(2)のSEM写真を図2に示す。
更に、比較例1で合成した水素ポリシルセスキオキサン(3)のSEM写真を図3に示し、比較例2で取得した水素ポリシルセスキオキサン(4)及びケイ素酸化物(4)の通常写真、並びにケイ素酸化物(4)のSEM写真を図4に示す。
[result]
(Comparison of shapes of hydrogen polysilsesquioxane and silicon oxide)
The SEM photographs of the hydrogen polysilsesquioxane (1) and the silicon oxide (1) synthesized in Example 1 are shown in FIG. In addition, an SEM photograph of the hydrogen polysilsesquioxane (2) synthesized in Example 2 is shown in FIG.
Further, an SEM photograph of the hydrogen polysilsesquioxane (3) synthesized in Comparative Example 1 is shown in FIG. 3, and the hydrogen polysilsesquioxane (4) and the silicon oxide (4) obtained in Comparative Example 2 are usually obtained. A photograph and an SEM photograph of the silicon oxide (4) are shown in FIG.

図1において、左側の列が熱処理の水素ポリシルセスキオキサン(1)のSEM写であり、右側の列が熱処理のケイ素酸化物のSEM写真である。なお、各列において上が2,500倍、下が1,000倍の倍率である。
図1左列のSEM写真に示されるとおり、ポリアクリル酸(相分離誘発剤)に加えてエタノール(加水分解及び重縮合反応を抑制する物質)も添加した実施例1においては、取得された水素ポリシルセスキオキサン(1)は高い真球度の球状微粒子の形態を有していた。更に、図1右列のSEM写真に示されるとおり、熱処理によりケイ素酸化物となっても、高い真球度の球状粒子の形態は維持されていた。
In FIG. 1, the left column is an SEM photograph of the heat-treated hydrogen polysilcesquioxane (1), and the right column is an SEM photograph of the heat-treated silicon oxide. In each row, the upper is 2,500 times and the lower is 1,000 times.
As shown in the SEM photograph in the left column of FIG. 1, the obtained hydrogen was obtained in Example 1 in which ethanol (a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation reaction) was added in addition to polyacrylic acid (phase separation inducer). Polysilsesquioxane (1) had the morphology of spherical fine particles with high sphericity. Further, as shown in the SEM photograph in the right column of FIG. 1, the morphology of the spherical particles having high sphericity was maintained even when the silicon oxide was formed by the heat treatment.

更に、図2に示されるとおり、エタノール等の加水分解及び重縮合反応を抑制する物質は添加せずに相分離誘発剤としてポリアクリル酸のみ使用した実施例2においても、取得した水素ポリシルセスキオキサン(2)は、若干粒子同士の凝集は見られたものの、個々の粒子は略球状の形態を有していた。
加えて、エタノールを添加した実施例1の水素ポリシルセスキオキサン(1)(図1左列SEM写真)は、エタノールは添加しなかった実施例2(図2)と比較して、粒子同士の凝集がより抑制された傾向が見受けられた。
Further, as shown in FIG. 2, also in Example 2 in which only polyacrylic acid was used as a phase separation inducer without adding a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation reaction such as ethanol, the obtained hydrogen polysilsesqui was obtained. In oxane (2), although some particles were agglomerated with each other, the individual particles had a substantially spherical morphology.
In addition, the hydrogen polysilsesquioxane (1) of Example 1 to which ethanol was added (SEM photograph in the left column of FIG. 1) was compared with the particles of Example 2 (FIG. 2) to which ethanol was not added. There was a tendency for the aggregation of ethanol to be more suppressed.

一方、ポリアクリル酸等の相分離誘発剤を何ら添加していない比較例1については、図3に示されるとおり、取得されたケイ素酸化物(3)は、不定形かつ非球形の微粒子が著しく凝集した形態を有していた。 On the other hand, in Comparative Example 1 to which no phase separation inducer such as polyacrylic acid was added, as shown in FIG. 3, the obtained silicon oxide (3) had remarkably amorphous and non-spherical fine particles. It had an aggregated morphology.

更に、図4に示されるとおり、水分解及び重縮合反応を抑制する物質としてエタノールは添加したもののポリアクリル酸等の相分離誘発剤を何ら添加していない比較例2においても、球状の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を取得することができなかった。
図4において左列の写真は、熱処理をしていない水素ポリシルセスキオキサン(4)の状態を撮影したものである。水素ポリシルセスキオキサン(4)は、肉眼でも見て取れるように、比較的大きい、不定形かつ塊状の透明ゲルの形態を有していた。更に、図4の右列の写真は、素ポリシルセスキオキサン(4)を熱処理することにより得られたケイ素酸化物(4)の通常写真(上側)及びSEM写真(下側)である。これらの写真を見れば解るとおり、ケイ素酸化物(4)は、熱処理前の水素ポリシルセスキオキサン(4)の形状とほぼ同様の形状を有しており、不定形で大きさも不揃いの粒子形態を呈していた。
Further, as shown in FIG. 4, even in Comparative Example 2 in which ethanol was added as a substance for suppressing water decomposition and polycondensation reaction but no phase separation inducer such as polyacrylic acid was added, the spherical hydrogen polysiene was added. Lucesquioxane fine particles could not be obtained.
The photograph in the left column in FIG. 4 is a photograph of the state of hydrogen polysilcesquioxane (4) which has not been heat-treated. Hydrogen polysilsesquioxane (4) had the form of a relatively large, amorphous and lumpy transparent gel, as can be seen with the naked eye. Further, the photographs in the right column of FIG. 4 are normal photographs (upper side) and SEM photographs (lower side) of the silicon oxide (4) obtained by heat-treating the elementary polysilsesquioxane (4). As can be seen from these photographs, the silicon oxide (4) has almost the same shape as the hydrogen polysilsesquioxane (4) before the heat treatment, and is amorphous and irregular in size. It was in morphology.

このように、所定のケイ素化合物の加水分解及び重縮合により水素ポリシルセスキオキサンを合成する際に、ポリアクリル酸等の水溶性ポリマーをはじめとする相分離誘発剤を反応系に含有さしめることにより相分離を誘発させれば、球状の水素ポリシルセスキオキサンを取得できることが実証された。更に、相分離誘発剤に加えてエタノール等の加水分解及び重縮合反応を抑制する物質を加えると、より真球度の高い球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子を取得することができ、さらに粒子同士の凝集も抑制できることが実証された。 As described above, when synthesizing hydrogen polysilsesquioxane by hydrolysis and polycondensation of a predetermined silicon compound, a phase separation inducer such as a water-soluble polymer such as polyacrylic acid is contained in the reaction system. This demonstrated that spherical hydrogen polysilsesquioxane can be obtained by inducing phase separation. Further, by adding a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation reaction such as ethanol in addition to the phase separation inducer, spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles having higher sphericity can be obtained, and further, the particles can be obtained from each other. It was demonstrated that the aggregation of ethanol can also be suppressed.

(粒度分布/粒子径/BET比表面積)
次に、実施例1及び比較例1でそれぞれ取得したケイ素酸化物(1)及び(3)に関する粒度分布測定の結果を図5に示す。
更に、それらケイ素酸化物(1)及び(3)について測定した体積基準累積50%粒子径D50並びにBET比表面積を以下の表1に示す。
(Particle size distribution / particle size / BET specific surface area)
Next, FIG. 5 shows the results of particle size distribution measurement for the silicon oxides (1) and (3) obtained in Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
Further, the volume-based cumulative 50% particle diameter D50 and the BET specific surface area measured for these silicon oxides (1) and (3) are shown in Table 1 below.

Figure 0007052495000007
Figure 0007052495000007

図5に示されるとおり、相分離誘発剤としてポリアクリル酸並びに加水分解及び重縮合を抑制する物質としてエタノールを添加した実施例1の水素ポリシルセスキオキサン(1)の粒度分布は、相分離誘発剤を含まないこと以外はほぼ同様の条件で水素ポリシルセスキオキサンを合成した比較例1に対して、粒度分布のピークがより小さい方にシフトしていた。 As shown in FIG. 5, the particle size distribution of hydrogen polysilsesquioxane (1) of Example 1 in which polyacrylic acid was added as a phase separation inducer and ethanol was added as a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation was phase-separated. Compared to Comparative Example 1 in which hydrogen polysilsesquioxane was synthesized under almost the same conditions except that the inducer was not contained, the peak of the particle size distribution was shifted to the smaller one.

体積基準累積50%粒子径D(50)については、表1に示されるとおり、比較例1の値は10.37μmであるのに対し、実施例1の値は3.1μmを示し、より小さい値であった。
更に、ケイ素酸化物のBET比表面積については、表1に示されるとおり、比較例1は3.5m/gであるのに対し、実施例1は3.1m/gと比較的小さい値を示した。即ち、本発明に係るケイ素酸化物微粒子によれば、粒径に対して比表面積をより小さくできる。そして、本発明のケイ素酸化物微粒子によれば、粒径に対して比表面積をより小さくできるのであるから、該ケイ素酸化物微粒子を負極活物質として利用した場合に、SEI形成に起因するクローン効率低下を抑制できる。
As for the volume-based cumulative 50% particle diameter D (50), as shown in Table 1, the value of Comparative Example 1 is 10.37 μm, whereas the value of Example 1 is 3.1 μm, which is smaller. It was a value.
Further, as shown in Table 1, the BET specific surface area of the silicon oxide is 3.5 m 2 / g in Comparative Example 1, whereas it is 3.1 m 2 / g in Example 1, which is a relatively small value. showed that. That is, according to the silicon oxide fine particles according to the present invention, the specific surface area can be made smaller with respect to the particle size. Further, according to the silicon oxide fine particles of the present invention, the specific surface area can be made smaller than the particle size. Therefore, when the silicon oxide fine particles are used as the negative electrode active material, the cloning efficiency due to the formation of SEI The decrease can be suppressed.

以上のとおり、相分離誘発剤の添加により製造される本発明に係る水素ポリシルセスキオキサン微粒子は、粒子の粒度分布、体積基準累積50%粒子径及びBET比表面積等においても一定の性状を示した。 As described above, the hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to the present invention produced by adding the phase separation inducer have constant properties in terms of particle size distribution, volume-based cumulative 50% particle size, BET specific surface area, and the like. Indicated.

(負極の性状及び電池特性試験)
次に、実施例1及び比較例1においてそれぞれ作製したリチウムイオン二次電池のサイクル試験の結果を図6に示す。
更に、実施例1及び比較例1で作製した負極の性状、並びにサイクル試験の結果を表2に示す。
(Negative electrode properties and battery characteristics test)
Next, the results of the cycle test of the lithium ion secondary batteries produced in Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG.
Further, Table 2 shows the properties of the negative electrodes produced in Example 1 and Comparative Example 1 and the results of the cycle test.

Figure 0007052495000008
Figure 0007052495000008

表2に示されるとおり、負極の電極密度は、比較例1では0.84g/cm、実施例1では1.08g/cmを示し、比較例1よりも実施例1の方が大きい値を示した。即ち、本発明に係る球状水素ポリシルセスキオキサン微粒子に由来する球状ケイ素酸化物微粒子を用いると電極密度を大きくすることが可能となることが示された。このように本発明の球状ケイ素酸化物微粒子によれば、電極密度を大きくすることが可能であるから、その結果、二次電池の高容量化を実現できる。
更に、作製したリチウムイオン二次電池のサクル試験の結果については、表2及び図6に示されるとおり、比較例1では初回充放電効率が42%であるのに対し、実施例1では初回充放電効率が44%を示した。したがって、本発明に係る球状ケイ素酸化物微粒子を負極活物質として用いると高い初期容量を実現できることが明らかとなった。
なお、実施例1は、比較例1と比べると容量維持率は若干劣るものの実用に耐えられないレベルでもなかった。
As shown in Table 2, the electrode densities of the negative electrodes are 0.84 g / cm 3 in Comparative Example 1 and 1.08 g / cm 3 in Example 1, which are larger values in Example 1 than in Comparative Example 1. showed that. That is, it was shown that the electrode density can be increased by using the spherical silicon oxide fine particles derived from the spherical hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to the present invention. As described above, according to the spherical silicon oxide fine particles of the present invention, the electrode density can be increased, and as a result, the capacity of the secondary battery can be increased.
Further, regarding the results of the sackle test of the produced lithium ion secondary battery, as shown in Table 2 and FIG. 6, the initial charge / discharge efficiency is 42% in Comparative Example 1, whereas the initial charge / discharge efficiency is 42% in Example 1. The discharge efficiency was 44%. Therefore, it has been clarified that a high initial capacity can be realized by using the spherical silicon oxide fine particles according to the present invention as the negative electrode active material.
Although the capacity retention rate of Example 1 was slightly inferior to that of Comparative Example 1, it was not at a level that could not withstand practical use.

以上のとおり、本発明によれば、負極活物質等を含む各種材料用途に有用となる水素ポリシルセスキオキサンをこれまでに実現が困難であった球状微粒子の形態で提供できることが示された。更に加えて、本発明によれば、二次電池の各種電池特性を良好に維持しつつ特に高容量化を実現できる負極活物質を提供できることが示された。 As described above, according to the present invention, it has been shown that hydrogen polysilsesquioxane, which is useful for various material applications including negative electrode active materials, can be provided in the form of spherical fine particles, which has been difficult to realize so far. .. Furthermore, according to the present invention, it has been shown that it is possible to provide a negative electrode active material capable of achieving a particularly high capacity while maintaining various battery characteristics of a secondary battery.

本発明は、二次電池の負極活物質、負極並びに二次電池として適用可能である。したがって、本発明は、負極材料を製造する化学分野、二次電池及び各種電子機器等の電気電子の分野、並びにハイブリッド自動車等の乗り物の分野において高い産業上の利用可能性を有する。 The present invention can be applied as a negative electrode active material of a secondary battery, a negative electrode, and a secondary battery. Therefore, the present invention has high industrial applicability in the field of chemistry for manufacturing negative electrode materials, the field of electrical and electronic equipment such as secondary batteries and various electronic devices, and the field of vehicles such as hybrid automobiles.

1:負極材
2:セパレータ
3:リチウム対極
10:コイン型リチウムイオン電池

1: Negative electrode material 2: Separator 3: Lithium counter electrode 10: Coin type lithium ion battery

Claims (36)

略球状の一次粒子から構成され、
レーザー回折/散乱法により取得される体積基準粒度分布において分布累積値が50%となる体積平均粒子径D50が1mm未満であり
下記の一般式(VI)で示されるケイ素化合物が存在する溶液系において、上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合をさせると同時に該溶液系の相分離を進行させることにより生成される、水素ポリシルセスキオキサン微粒子
HSi(R) ・・・(VI)
(式中、Rは、加水分解性を有する官能基であり、Rは互いに同一であってもよく又は異なってもよい。)
Consists of substantially spherical primary particles,
In the volume-based particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method, the volume average particle diameter D50 at which the cumulative distribution value is 50% is less than 1 mm.
In a solution system in which a silicon compound represented by the following general formula (VI) is present, a hydrogen polysil produced by hydrolyzing and polycondensing the silicon compound and at the same time promoting phase separation of the solution system. Sesquioxane fine particles :
HSi (R) 3 ... (VI)
(In the formula, R is a hydrolyzable functional group, and R may be the same as or different from each other.)
上記体積平均粒子径D50が80μm以下である、請求項1に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子。 The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to claim 1, wherein the volume average particle diameter D50 is 80 μm or less. 上記体積平均粒子径D50が100nm~50μmの範囲にある所定の値である、請求項1又は2に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子。 The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to claim 1 or 2, wherein the volume average particle diameter D50 is a predetermined value in the range of 100 nm to 50 μm. 上記体積平均粒子径D50が500nm~10μmの範囲にある所定の値である、請求項1~3の何れか1項に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子。 The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the volume average particle diameter D50 is a predetermined value in the range of 500 nm to 10 μm. 以下の一般式(I)で表される水素ポリシルセスキオキサンを含む、請求項1~4の何れか1項に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子。
Figure 0007052495000009
式中、R、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素、炭素数1~45の置換又は非置換のアルキル、置換又は非置換のアリール、及び置換又は非置換のアリールアルキルからなる群から選択される基であり、炭素数の1~45のアルキルにおいて、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、任意の-CH-は、-O-、-CH=CH-、シクロアルキレン、シクロアルケニレン又は-SiR -で置き換えられてもよく、置換又は非置換のアリールアルキル基中のアルキレンにおいて、任意の水素はハロゲンで置換えられてもよく、任意の-CH-は、-O-、-CH=CH-、シクロアルキレン、シクロアルケニレン又は-SiR -で置き換えられてもよく、
nは1以上の整数を示す。
The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to any one of claims 1 to 4, which include hydrogen polysilsesquioxane represented by the following general formula (I).
Figure 0007052495000009
In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are independently derived from hydrogen, substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 45 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl, and substituted or unsubstituted aryl alkyl, respectively. A group selected from the group consisting of an alkyl having 1 to 45 carbon atoms, any hydrogen may be replaced with a halogen, and any -CH 2- is -O-, -CH = CH-,. In the alkylene in the substituted or unsubstituted arylalkyl group, any hydrogen may be replaced with a halogen, and any -CH 2- may be replaced with a cycloalkylene, a cycloalkenylene or -SiR 12- . , -O-, -CH = CH-, cycloalkylene, cycloalkenylene or -SiR 12 - may be replaced.
n represents an integer of 1 or more.
以下の一般式(II)で表される水素ポリシルセスキオキサンを含む、請求項1~5の何れか1項に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子:
Figure 0007052495000010
式中、R、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素、炭素数1~45の置換又は非置換のアルキル、置換又は非置換のアリール、及び置換又は非置換のアリールアルキルからなる群から選択される基であり、炭素数の1~45のアルキルにおいて、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、任意の-CH-は、-O-、-CH=CH-、シクロアルキレン、シクロアルケニレン、又は-SiR -で置き換えられてもよく、置換又は非置換のアリールアルキル基中のアルキレンにおいて、任意の水素はハロゲンで置換えられてもよく、任意の-CH-は、-O-、-CH=CH-、シクロアルキレン、シクロアルケニレン、又は-SiR -で置き換えられてもよく、
nは1以上の整数を示す。
The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to any one of claims 1 to 5, which include hydrogen polysilsesquioxane represented by the following general formula (II):
Figure 0007052495000010
In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are independently derived from hydrogen, substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 45 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl, and substituted or unsubstituted aryl alkyl, respectively. A group selected from the group consisting of an alkyl having 1 to 45 carbon atoms, any hydrogen may be replaced with a halogen, and any -CH 2- is -O-, -CH = CH-,. It may be replaced with cycloalkylene, cycloalkenylene, or -SiR 12-, and in the alkylene in the substituted or unsubstituted arylalkyl group, any hydrogen may be substituted with halogen, and any -CH 2- May be replaced with -O-, -CH = CH-, cycloalkylene, cycloalkenylene, or -SiR 12- .
n represents an integer of 1 or more.
以下の一般式(III)~(V)の何れか1つで表される水素ポリシルセスキオキサンを含む、請求項1~6の何れか1項に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子:
Figure 0007052495000011
The hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to any one of claims 1 to 6, which include hydrogen polysilsesquioxane represented by any one of the following general formulas (III) to (V):
Figure 0007052495000011
以下の工程(p)を含む、請求項1~7の何れか1項に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を製造する方法:
(p)以下の一般式(VI)で示されるケイ素化合物が存在する溶液系において、上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合をさせると同時に該溶液系の相分離を進行させ、上記水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成させること、
HSi(R) ・・・(VI)
(式中、Rは、加水分解性を有する官能基であり、Rは互いに同一であってもよく又は異なってもよい。)。
The method for producing hydrogen polysilsesquioxane fine particles according to any one of claims 1 to 7, which comprises the following step (p):
(P) In a solution system in which a silicon compound represented by the following general formula (VI) is present, the silicon compound is hydrolyzed and polycondensed, and at the same time, phase separation of the solution system is promoted to promote the phase separation of the solution system. Producing oxane fine particles,
HSi (R) 3 ... (VI)
(In the formula, R is a hydrolyzable functional group, and R may be the same as or different from each other).
一般式(VI)において、Rは、ハロゲン、水素、炭素数1~10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6~20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7~30の置換または非置換のアリールアルコキシから選択される基である、炭素数1~10の置換または非置換のアルコキシ、炭素数6~20の置換または非置換のアリールオキシ、および炭素数7~30の置換または非置換のアリールアルコキシにおいて、任意の水素はハロゲンで置換されていてもよく、Rは互いに同一であってもよく又は異なってもよいものとする、請求項8に記載の方法。 In the general formula (VI), R is halogen, hydrogen, substituted or unsubstituted alkoxy having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbon atoms, and substituted or substituted with 7 to 30 carbon atoms. Substituentally substituted or unsubstituted alkoxys having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy having 6 to 20 carbon atoms, and substituted or unsubstituted groups having 7 to 30 carbon atoms, which are groups selected from unsubstituted arylalkoxys. The method of claim 8, wherein in the substituted arylalkoxy, any hydrogen may be substituted with halogen and R may be the same or different from each other. 上記溶液系が、該溶液系の相分離を促進させる相分離誘発剤を含む、請求項8又は9に記載の方法。 The method according to claim 8 or 9, wherein the solution system comprises a phase separation inducer that promotes phase separation of the solution system. 上記相分離誘発剤が水素結合性物質である、請求項10に記載の方法。 The method according to claim 10, wherein the phase separation inducer is a hydrogen-bonding substance. 上記相分離誘発剤が水溶性ポリマーである、請求項10又は11に記載の方法。 The method according to claim 10 or 11, wherein the phase separation inducer is a water-soluble polymer. 上記相分離誘発剤がポリアクリル酸若しくはその塩である、請求項10~12の何れか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 10 to 12, wherein the phase separation inducer is polyacrylic acid or a salt thereof. 上記溶液系が、上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質を更に含む、請求項10~13の何れか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 10 to 13, wherein the solution system further contains a substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of the silicon compound. 上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を抑制する物質が極性溶媒である、請求項14に記載の方法。 The method according to claim 14, wherein the substance that suppresses hydrolysis and polycondensation of the silicon compound is a polar solvent. 上記極性溶媒が、アルコール、アセトン、アセトニトリル、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、及びジメチルスルホキシドからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項15に記載の方法。 15. The method of claim 15, wherein the polar solvent is at least one selected from the group consisting of alcohol, acetone, acetonitrile, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, and dimethyl sulfoxide. 上記極性溶媒がアルコールである、請求項15に記載の方法。 15. The method of claim 15, wherein the polar solvent is alcohol. 工程(p)が、少なくとも相分離誘発剤と水とを予め含有せしめた溶液に上記ケイ素化合物を添加することにより行われる、請求項10~17の何れか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 10 to 17, wherein the step (p) is carried out by adding the silicon compound to a solution containing at least a phase separation inducer and water in advance. 上記少なくとも相分離誘発剤と水とを予め含有せしめた溶液が更に上記ケイ素化合物の加水分解及び重縮合を促進する触媒を含む、請求項18に記載の方法。 The method according to claim 18, wherein the solution containing at least the phase separation inducer and water in advance further comprises a catalyst for promoting hydrolysis and polycondensation of the silicon compound. 工程(p)の前に、以下の工程(p’)を更に含む、請求項18又は19に記載の方法:
(p’)上記少なくとも相分離誘発剤と水とを予め含有せしめた溶液を調製すること。
18. The method of claim 18 or 19, further comprising the following step (p') prior to step (p):
(P') To prepare a solution containing at least the phase separation inducer and water in advance.
上記ケイ素化合物が、トリハロゲン化シラン、ジハロゲン化シラン、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、アリールオキシシラン、アリールオキシシラン、及びアリールオキシアルコキシシランからなる選択される化合物である、請求項8~20の何れか1項に記載の方法。 The compound according to claim 8 to 20, wherein the silicon compound is a compound selected from trihalogenated silane, dihalogenated silane, trialkoxysilane, dialkoxysilane, aryloxysilane, aryloxysilane, and aryloxyalkoxysilane. The method according to any one. 上記ケイ素化合物が、トリハロゲン化シラン又はトリアルコキシシランである、請求項8~21の何れか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 8 to 21, wherein the silicon compound is trihalogenated silane or trialkoxysilane. 更に以下の工程(q)を含む、請求項8~22の何れか1項に記載の方法。
(q)工程(p)において生成した上記水素ポリシルセスキオキサン微粒子を所定の溶媒で洗浄し及び/又は乾燥させること。
The method according to any one of claims 8 to 22, further comprising the following step (q).
(Q) Washing and / or drying the hydrogen polysilsesquioxane fine particles produced in step (p) with a predetermined solvent.
以下の工程(r)を含む、ケイ素酸化物微粒子の製造方法:
(r)請求項1~の何れか1項に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を非酸化性ガス雰囲気下で熱処理することによりケイ素酸化物微粒子を製造すること、ここで、該ケイ素酸化物微粒子は、略球状の一次粒子から構成され、かつ体平均粒子径D50が1mm未満であり、
上記体積平均粒子径D50は、レーザー回折/散乱法により取得される体積基準粒度分布において分布累積値が50%となる体積平均粒子径であるものとする。
A method for producing silicon oxide fine particles, which comprises the following step (r):
(R) Producing silicon oxide fine particles by heat-treating the hydrogen polysilcesquioxane fine particles according to any one of claims 1 to 7 in a non-oxidizing gas atmosphere, wherein the silicon oxidation . The fine particles are composed of substantially spherical primary particles and have a volume average particle diameter D50 of less than 1 mm .
The volume average particle size D50 is assumed to be a volume average particle size having a cumulative distribution value of 50% in the volume reference particle size distribution acquired by the laser diffraction / scattering method.
上記ケイ素酸化物微粒子が、一般式SiOxHy(1<x<1.8、0.01<y<0.4)で表される元素組成を有する、請求項24に記載の方法。 The method according to claim 24, wherein the silicon oxide fine particles have an elemental composition represented by the general formula SiOxHy (1 <x <1.8, 0.01 <y <0.4). 上記非酸化性ガス雰囲気が不活性ガスである、請求項24又は25に記載の方法。 The method according to claim 24 or 25, wherein the non-oxidizing gas atmosphere is an inert gas. 工程(r)において上記水素ポリシルセスキオキサン微粒子が600℃~900℃の範囲にある所定の温度で熱処理される、請求項24~26の何れか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 24 to 26, wherein in the step (r), the hydrogen polysilsesquioxane fine particles are heat-treated at a predetermined temperature in the range of 600 ° C. to 900 ° C. 工程(r)の前に、以下の工程(p)を更に含む、請求項24~27の何れか1項に記載の方法:
(p)以下の一般式(VI)で示されるケイ素化合物を含む溶液系において、上記ケイ素化合物を加水分解及び重縮合させると共に該溶液系の相分離を進行させ上記水素ポリシルセスキオキサン微粒子を生成させること、
HSi(R) ・・・(VI)
(式中、Rは、加水分解性を有する官能基であり、Rは互いに同一であってもよく又は異なってもよい。)。
The method according to any one of claims 24 to 27, further comprising the following step (p) prior to step (r):
(P) In a solution system containing a silicon compound represented by the following general formula (VI), the silicon compound is hydrolyzed and polycondensed, and phase separation of the solution system is promoted to obtain the hydrogen polysilsesquioxane fine particles. To generate,
HSi (R) 3 ... (VI)
(In the formula, R is a hydrolyzable functional group, and R may be the same as or different from each other).
請求項1~7の何れか1項に記載の水素ポリシルセスキオキサン微粒子を非酸化性ガス雰囲気下で熱処理することにより製造され、かつ以下の条件(x)、(y)及び(z)を満たすケイ素酸化物微粒子:
(x)レーザー回折/散乱法により取得される体積基準粒度分布において分布累積値が50%となる体積平均粒子径D50がナノメートル又はマイクロメートルの範囲にあること;
(y)略球状の一次粒子から構成されること;並びに
(z)一般式SiOxHy(1<x<1.8、0.01<y<0.4)で表される元素組成を有すること。
It is produced by heat-treating the hydrogen polysilcesquioxane fine particles according to any one of claims 1 to 7 in a non-oxidizing gas atmosphere, and the following conditions (x), (y) and (z) are used. Silicon oxide fine particles that satisfy:
(X) The volume average particle diameter D50 at which the cumulative distribution value is 50% in the volume-based particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method is in the range of nanometers or micrometers;
(Y) Consists of substantially spherical primary particles ; and (z) has an elemental composition represented by the general formula SiOxHy (1 <x <1.8, 0.01 <y <0.4).
上記体積平均粒子径D50が80μm以下である、請求項29に記載のケイ素酸化物微粒子。 The silicon oxide fine particles according to claim 29, wherein the volume average particle diameter D50 is 80 μm or less. 上記体積平均粒子径D50が100nm~50μmの範囲にある所定の値である、請求項29又は30に記載のケイ素酸化物微粒子。 The silicon oxide fine particles according to claim 29 or 30, wherein the volume average particle diameter D50 is a predetermined value in the range of 100 nm to 50 μm. 上記体積平均粒子径D50が500nm~10μmの範囲にある所定の値である、請求項29~31の何れか1項に記載のケイ素酸化物微粒子。 The silicon oxide fine particles according to any one of claims 29 to 31, wherein the volume average particle diameter D50 is a predetermined value in the range of 500 nm to 10 μm. 請求項29~32の何れか1項に記載のケイ素酸化物微粒子を含む、二次電池用負極活物質。 A negative electrode active material for a secondary battery, which comprises the silicon oxide fine particles according to any one of claims 29 to 32. 請求項33に記載の二次電池用負極活物質を含む、二次電池用負極。 A negative electrode for a secondary battery, which comprises the negative electrode active material for a secondary battery according to claim 33. 請求項34に記載の二次電池用負極を備える、二次電池。 A secondary battery comprising the negative electrode for a secondary battery according to claim 34. リチウムイオン二次電池である、請求項35に記載の二次電池。
The secondary battery according to claim 35, which is a lithium ion secondary battery.
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