JP7159838B2 - Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents

Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極活物質、リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode active material for lithium ion secondary batteries, a negative electrode for lithium ion secondary batteries, and a lithium ion secondary battery.

現在、リチウムイオン二次電池の負極活物質には主に黒鉛が用いられているが、黒鉛は放電容量に372mAh/gという理論的な容量限界があることが知られている。近年、携帯電話、ノートパソコン、タブレット端末等のモバイル機器の高性能化に伴い、リチウムイオン二次電池のさらなる高容量化を達成可能な負極活物質の開発が望まれている。 Currently, graphite is mainly used as a negative electrode active material for lithium ion secondary batteries, and it is known that graphite has a theoretical capacity limit of 372 mAh/g in discharge capacity. In recent years, as the performance of mobile devices such as mobile phones, notebook computers, and tablet terminals has improved, there has been a demand for the development of negative electrode active materials that can achieve even higher capacities for lithium ion secondary batteries.

上記事情を背景として、理論容量が黒鉛よりも高い物質を負極活物質として利用するための検討がなされている。中でもケイ素酸化物は容量が大きく、安価で加工性が良好であるため、負極活物質としての利用に関する研究が特に盛んである。 Against the background of the above circumstances, studies have been made to use a material having a theoretical capacity higher than that of graphite as a negative electrode active material. Among them, silicon oxide has a large capacity, is inexpensive, and has good workability, and therefore, research on its use as a negative electrode active material is particularly active.

例えば、特許文献1には、X線回折においてSi(111)に由来するピークが観察され、その回折線の半価幅をもとにシェーラー法により求めたケイ素の結晶の大きさが1~500nmである、ケイ素の微結晶がケイ素系化合物に分散した構造を有する粒子の表面が炭素で被覆された負極活物質が開示されている。
特許文献1の技術によれば、ケイ素微結晶又は微粒子を不活性で強固な物質、例えば、二酸化ケイ素に分散し、さらに、この表面の少なくとも一部に導電性を付与するための炭素を融着させることによって、表面の導電性を確保するとともに、リチウムの吸蔵及び放出に伴うケイ素の体積変化に対して安定な構造となる。その結果として、長期安定性が得られ、初期効率が改善されるとされている。
For example, in Patent Document 1, a peak derived from Si (111) is observed in X-ray diffraction, and the crystal size of silicon obtained by the Scherrer method based on the half-value width of the diffraction line is 1 to 500 nm. is a negative electrode active material in which the surface of particles having a structure in which silicon microcrystals are dispersed in a silicon-based compound is coated with carbon.
According to the technique of Patent Document 1, silicon microcrystals or fine particles are dispersed in an inert and strong substance such as silicon dioxide, and carbon is fused to at least part of the surface to impart conductivity. As a result, the conductivity of the surface is ensured, and the structure is stable against the volume change of silicon accompanying the absorption and release of lithium. This is said to result in long-term stability and improved initial efficiency.

また、特許文献2には、ケイ素酸化物粒子の表面が黒鉛皮膜で被覆され、黒鉛被覆量が3~40質量%、BET比表面積が2~30m/gであって、黒鉛皮膜が、ラマン分光スペクトルにおけるラマンシフトが1330cm-1と1580cm-1付近にグラファイト構造特有のスペクトルを有する負極活物質が開示されている。
特許文献2の技術によれば、リチウムイオンを吸蔵、放出しうる材料の表面に被覆する黒鉛皮膜の物性を特定範囲に制御することで、市場の要求する特性レベルに到達しうるリチウムイオン二次電池の負極が得られるとされている。
Further, in Patent Document 2, the surface of silicon oxide particles is coated with a graphite film, the graphite coating amount is 3 to 40% by mass, the BET specific surface area is 2 to 30 m 2 /g, and the graphite film is Raman A negative electrode active material is disclosed that has a spectrum characteristic of a graphite structure with Raman shifts in the vicinity of 1330 cm −1 and 1580 cm −1 in the spectral spectrum.
According to the technique of Patent Document 2, by controlling the physical properties of the graphite film covering the surface of the material capable of absorbing and desorbing lithium ions within a specific range, the lithium ion secondary can reach the level of characteristics required by the market. It is said that the negative electrode of the battery can be obtained.

また、特許文献3には、一般式SiOで表されるケイ素酸化物粒子の表面が熱プラズマ処理された炭素皮膜で被覆された負極活物質が開示されている。
特許文献3の技術によれば、ケイ素酸化物の欠点である電極の膨張と、ガス発生による電池の膨張を解決し、サイクル特性に優れた負極活物質が得られるとされている。
Further, Patent Document 3 discloses a negative electrode active material in which the surfaces of silicon oxide particles represented by the general formula SiO 2 x are coated with a carbon film that has been subjected to thermal plasma treatment.
According to the technique of Patent Document 3, it is said that a negative electrode active material with excellent cycle characteristics can be obtained by solving the drawbacks of silicon oxide such as electrode expansion and battery expansion due to gas generation.

特許第3952180号公報Japanese Patent No. 3952180 特許第4171897号公報Japanese Patent No. 4171897 特開2011-90869号公報JP 2011-90869 A

今後、モバイル機器等の高性能化に適したリチウムイオン二次電池へ適用するための負極活物質としては、単に多くのリチウムイオンを貯蔵できる(充電容量が高い)だけではなく、貯蔵したリチウムイオンをより多く放出できることが必要となる。従って、リチウムイオン二次電池のさらなる性能向上に貢献する負極活物質としては、初期の放電容量の向上が重要となる。これに加え、リチウムイオン二次電池のさらなる性能向上に貢献する負極活物質としては、充放電反応により生ずる電極膨張を抑制することも重要である。さらに、充放電後の回復率等を指標とするリチウムイオン二次電池の高温貯蔵特性のさらなる向上も求められる。
本発明の一態様は、上記要求に鑑みなされたものであり、リチウムイオン二次電池の初期の放電容量及び高温貯蔵特性を向上し、電極の膨張を抑制しうるリチウムイオン二次電池用負極活物質、並びにこれを用いたリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。
In the future, as a negative electrode active material for application to lithium-ion secondary batteries suitable for high performance mobile devices, it is necessary not only to store a large amount of lithium ions (high charging capacity), but also to store lithium ions. It is necessary to be able to release more Therefore, improvement of initial discharge capacity is important as a negative electrode active material that contributes to further improvement of the performance of lithium ion secondary batteries. In addition to this, as a negative electrode active material that contributes to further improvement in the performance of lithium ion secondary batteries, it is also important to suppress electrode swelling caused by charge/discharge reactions. Furthermore, further improvement in the high-temperature storage characteristics of lithium-ion secondary batteries, which are indexed by the recovery rate after charging and discharging, is also required.
One aspect of the present invention has been made in view of the above requirements, and is a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery that can improve the initial discharge capacity and high-temperature storage characteristics of the lithium ion secondary battery and suppress the expansion of the electrode. An object of the present invention is to provide a substance, a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the same.

前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 炭素が表面の一部又は全部に存在するケイ素酸化物粒子を含み、
線源として波長0.15406nmのCuKα線を使用したときの、SiOに由来する2θ=20°~25°のX線回折ピーク強度に対するSiに由来する2θ=27°~29°のX線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)が1.0~2.6の範囲であり、
77Kでの窒素吸着より算出される比表面積に対する298Kでの水蒸気吸着より算出される比表面積の比(SH2O/SN2)が0.60以下である、リチウムイオン二次電池用負極活物質。
<2> 長径Lと短径Sの比(S/L)で表されるアスペクト比の平均値が0.45≦S/L≦1の範囲である、<1>に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
<3> レーザー回折・散乱法により得られる体積累積分布曲線において、小粒径側からの累積が90%となるときの粒子径(D90%)に対する小粒径側からの累積が10%となるときの粒子径(D10%)の比(D10%/D90%)が0.1以上である、<1>又は<2>に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
<4> 前記炭素の含有率が、前記ケイ素酸化物粒子と前記炭素の合計の0.1質量%~10.0質量%である<1>~<3>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
<5> X線回折スペクトルにおいてSi(111)に帰属される回折ピークを有し、前記回折ピークから算出されるケイ素の結晶子の大きさが1.0nm~15.0nmである、<1>~<4>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
<6> 体積平均粒子径が、0.1μm~20μmである、<1>~<5>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
<7> 77Kでの窒素吸着より算出される比表面積が、0.1m/g~10m/gである、<1>~<6>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
<8> さらに炭素系負極活物質を含む、<1>~<7>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
<9> 集電体と、前記集電体上に設けられている<1>~<8>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質を含む負極材層と、を有するリチウムイオン二次電池用負極。
<10> 正極と、<9>に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、電解質と、を備えるリチウムイオン二次電池。
Specific means for solving the above problems are as follows.
<1> containing silicon oxide particles in which carbon is present on part or all of the surface,
X-ray diffraction at 2θ = 27° to 29° derived from Si relative to X-ray diffraction peak intensity at 2θ = 20° to 25° derived from SiO 2 when using CuKα rays with a wavelength of 0.15406 nm as the radiation source The peak intensity ratio (P Si /P SiO2 ) is in the range of 1.0 to 2.6,
A negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein the ratio of the specific surface area calculated from water vapor adsorption at 298K to the specific surface area calculated from nitrogen adsorption at 77K (S H2O /S N2 ) is 0.60 or less.
<2> The lithium ion secondary according to <1>, wherein the average value of the aspect ratio represented by the ratio of the major axis L to the minor axis S (S/L) is in the range of 0.45 ≤ S / L ≤ 1 Negative electrode active material for batteries.
<3> In the volume cumulative distribution curve obtained by the laser diffraction/scattering method, the accumulation from the small particle side is 10% with respect to the particle diameter (D90%) when the accumulation from the small particle side is 90%. The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to <1> or <2>, wherein the ratio (D10%/D90%) of the particle diameters (D10%) at time is 0.1 or more.
<4> The lithium according to any one of <1> to <3>, wherein the carbon content is 0.1% by mass to 10.0% by mass of the total of the silicon oxide particles and the carbon. Negative electrode active material for ion secondary batteries.
<5> It has a diffraction peak attributed to Si (111) in the X-ray diffraction spectrum, and the crystallite size of silicon calculated from the diffraction peak is 1.0 nm to 15.0 nm, <1> The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of <4>.
<6> The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <5>, which has a volume average particle size of 0.1 μm to 20 μm.
<7> The lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <6>, having a specific surface area calculated from nitrogen adsorption at 77K of 0.1 m 2 /g to 10 m 2 /g. negative electrode active material.
<8> The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <7>, further comprising a carbonaceous negative electrode active material.
<9> A current collector, and a negative electrode material layer containing the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <8> provided on the current collector, A negative electrode for a lithium ion secondary battery having.
<10> A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to <9>, and an electrolyte.

本発明の一態様によれば、リチウムイオン二次電池の初期の放電容量及び高温貯蔵特性を向上し、電極の膨張を抑制しうるリチウムイオン二次電池用負極活物質、並びにこれを用いたリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池が提供される。 According to one aspect of the present invention, a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery that can improve the initial discharge capacity and high-temperature storage characteristics of the lithium ion secondary battery and suppress the expansion of the electrode, and lithium using the same A negative electrode for an ion secondary battery and a lithium ion secondary battery are provided.

本開示の負極活物質の構成の一例を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a negative electrode active material of the present disclosure; FIG. 本開示の負極活物質の構成の他の一例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the negative electrode active material of the present disclosure; 本開示の負極活物質の構成の他の一例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the negative electrode active material of the present disclosure; 本開示の負極活物質の構成の他の一例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the negative electrode active material of the present disclosure; 本開示の負極活物質の構成の他の一例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the negative electrode active material of the present disclosure; 図1~図3の負極活物質の一部を拡大した断面図であり、負極活物質における炭素10の状態の一態様を説明する図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a part of the negative electrode active material of FIGS. 1 to 3, and is a view for explaining one aspect of the state of carbon 10 in the negative electrode active material. 図1~図3の負極活物質の一部を拡大した断面図であり、負極活物質における炭素10の状態の他の態様を説明する図である。FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of the negative electrode active material of FIGS. 1 to 3, and is a view for explaining another aspect of the state of carbon 10 in the negative electrode active material.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments for carrying out the present invention will be described in detail below. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The same applies to numerical values and their ranges, which do not limit the present invention.

本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図面における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、各図面において、実質的に同じ機能を有する部材には、全図面同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
In the present disclosure, the term "process" includes a process that is independent of other processes, and even if the purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other processes. .
In the present disclosure, the numerical range indicated using "-" includes the numerical values before and after "-" as the minimum and maximum values, respectively.
In the numerical ranges described step by step in the present disclosure, the upper limit or lower limit of one numerical range may be replaced with the upper or lower limit of another numerical range described step by step. . Moreover, in the numerical ranges described in the present disclosure, the upper or lower limits of the numerical ranges may be replaced with the values shown in the examples.
In the present disclosure, each component may contain multiple types of applicable substances. When there are multiple types of substances corresponding to each component in the composition, the content rate or content of each component is the total content rate or content of the multiple types of substances present in the composition unless otherwise specified. means quantity.
Particles corresponding to each component in the present disclosure may include a plurality of types. When multiple types of particles corresponding to each component are present in the composition, the particle size of each component means a value for a mixture of the multiple types of particles present in the composition, unless otherwise specified.
In the present disclosure, the term “layer” or “film” refers to the case where the layer or film is formed in the entire region when observing the region where the layer or film is present, and only a part of the region. It also includes the case where it is formed.
In the present disclosure, the term "laminate" indicates stacking layers, and two or more layers may be bonded, or two or more layers may be detachable.
When embodiments are described in the present disclosure with reference to drawings, the configurations of the embodiments are not limited to the configurations shown in the drawings. Also, the size of each member in each drawing is conceptual, and the relative size relationship between members is not limited to this. Further, in each drawing, members having substantially the same function are given the same reference numerals in all the drawings, and redundant description may be omitted.

<リチウムイオン二次電池用負極活物質>
本開示のリチウムイオン二次電池用負極活物質(以下、「負極活物質」と称する場合がある)は、炭素が表面の一部又は全部に存在するケイ素酸化物粒子を含み、線源として波長0.15406nmのCuKα線を使用したときの、SiOに由来する2θ=20°~25°のX線回折ピーク強度に対するSiに由来する2θ=27°~29°のX線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)が1.0~2.6の範囲であり、77Kでの窒素吸着より算出される比表面積に対する298Kでの水蒸気吸着より算出される比表面積の比(SH2O/SN2)が0.60以下である。
<Negative electrode active material for lithium ion secondary battery>
The negative electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present disclosure (hereinafter sometimes referred to as “negative electrode active material”) contains silicon oxide particles in which carbon is present on part or all of the surface, and the radiation source has a wavelength of Ratio of X-ray diffraction peak intensity at 2θ = 27° to 29° derived from Si to X-ray diffraction peak intensity at 2θ = 20° to 25° derived from SiO2 when using 0.15406 nm CuKα radiation (P Si /P SiO2 ) is in the range of 1.0 to 2.6, and the ratio of the specific surface area calculated from water vapor adsorption at 298 K to the specific surface area calculated from nitrogen adsorption at 77 K (S H2O /S N2 ) is 0.60 or less.

(ケイ素酸化物粒子)
負極活物質に含まれるケイ素酸化物粒子を構成するケイ素酸化物は、ケイ素元素を含む酸化物であればよく、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、亜酸化ケイ素等が挙げられる。ケイ素酸化物粒子に含まれるケイ素酸化物は1種のみでも2種以上の組み合わせであってもよい。
(Silicon oxide particles)
The silicon oxide constituting the silicon oxide particles contained in the negative electrode active material may be an oxide containing silicon element, and examples thereof include silicon oxide, silicon dioxide, and silicon suboxide. The silicon oxides contained in the silicon oxide particles may be of one type or a combination of two or more types.

ケイ素酸化物の中で、酸化ケイ素及び二酸化ケイ素は、一般的には、それぞれ一酸化ケイ素(SiO)及び二酸化ケイ素(SiO)として表されるが、表面状態(例えば、酸化皮膜の存在)又は化合物の生成状況によって、含まれる元素の実測値(又は換算値)として組成式SiO(xは0<x≦2)で表される場合があり、この場合も本開示に係るケイ素酸化物とする。組成式中のxの値は、例えば、不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法にてケイ素酸化物中に含まれる酸素を定量することにより算出することができる。また、負極活物質の製造工程中に、ケイ素酸化物の不均化反応(2SiO→Si+SiO)を伴う場合は、化学反応上、ケイ素及び二酸化ケイ素(場合によっては酸化ケイ素)を含む状態で存在する場合があり、この場合も本開示に係るケイ素酸化物とする。 Among silicon oxides, silicon oxide and silicon dioxide are commonly referred to as silicon monoxide (SiO) and silicon dioxide (SiO 2 ), respectively, although the surface conditions (e.g., the presence of an oxide film) or Depending on the production situation of the compound, the measured value (or converted value) of the contained element may be represented by the composition formula SiO x (where x is 0 < x ≤ 2). do. The value of x in the composition formula can be calculated, for example, by quantifying oxygen contained in the silicon oxide by an inert gas fusion-nondispersive infrared absorption method. In addition, when a disproportionation reaction of silicon oxide (2SiO → Si + SiO 2 ) is involved during the manufacturing process of the negative electrode active material, it exists in a state containing silicon and silicon dioxide (or silicon oxide in some cases) due to the chemical reaction. In this case, too, it is the silicon oxide according to the present disclosure.

ケイ素酸化物粒子の平均粒子径は、特に制限されない。例えば、最終的な所望の負極活物質の大きさに合わせて、体積平均粒子径が0.1μm~20μmであることが好ましく、0.5μm~10μmであることがより好ましい。ケイ素酸化物粒子の体積平均粒子径は、体積基準の粒度分布曲線において小径側からの体積の累積が50%となるときの粒子径(D50%)である。以下に述べる平均粒子径においても同様である。体積平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により、実施例に記載した方法により測定される。 The average particle size of the silicon oxide particles is not particularly limited. For example, the volume average particle size is preferably 0.1 μm to 20 μm, more preferably 0.5 μm to 10 μm, depending on the size of the final desired negative electrode active material. The volume average particle diameter of the silicon oxide particles is the particle diameter (D50%) when the volume accumulation from the small diameter side is 50% in the volume-based particle size distribution curve. The same applies to the average particle size described below. The volume average particle size is measured by a laser diffraction/scattering method according to the method described in Examples.

(炭素)
ケイ素酸化物粒子の表面の一部又は全部には、炭素が存在している。ケイ素酸化物粒子の表面の一部又は全部に炭素が存在することにより、絶縁体であるケイ素酸化物粒子に導電性が付与され、充放電反応の効率が向上する。このため、初期の放電容量及び初期の充放電効率が向上すると考えられる。以下、炭素が表面の一部又は全部に存在するケイ素酸化物粒子を「SiO-C粒子」と称することがある。
(carbon)
Carbon is present on part or all of the surface of the silicon oxide particles. The presence of carbon on part or all of the surface of the silicon oxide particles imparts electrical conductivity to the silicon oxide particles, which are insulators, and improves the efficiency of the charge-discharge reaction. Therefore, it is considered that the initial discharge capacity and the initial charge/discharge efficiency are improved. Hereinafter, silicon oxide particles having carbon present on part or all of the surface may be referred to as "SiO—C particles".

本開示においてケイ素酸化物粒子の表面の一部又は全部に存在する炭素としては、例えば、黒鉛、無定形炭素等が挙げられる。なお、後述する有機物は、本開示でいうケイ素酸化物粒子の表面の一部又は全部に存在する「炭素」には該当しないものとする。
炭素がケイ素酸化物粒子の表面の一部又は全部に存在する態様は特に制限されない。例えば、連続又は非連続の被覆等が挙げられる。
リチウムイオン二次電池用負極活物質の炭素の有無は、例えば、励起波長532nmのレーザーラマン分光測定等により確認することができる。
In the present disclosure, examples of carbon present on part or all of the surface of silicon oxide particles include graphite, amorphous carbon, and the like. It should be noted that the organic substance described below does not correspond to the “carbon” present on part or all of the surface of the silicon oxide particles as used in the present disclosure.
There is no particular limitation on the mode in which carbon is present on part or all of the surface of the silicon oxide particles. Examples include continuous or discontinuous coating.
The presence or absence of carbon in the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries can be confirmed, for example, by laser Raman spectrometry at an excitation wavelength of 532 nm.

炭素の含有率は、ケイ素酸化物粒子と炭素の合計中に0.1質量%~10.0質量%であることが好ましい。このような構成とすることで、初期の放電容量及び初期の充放電効率がより向上する傾向にある。炭素の含有率は、1.0質量%~9.0質量%がより好ましく、2.0質量%~8.0質量%がさらに好ましく、3.0質量%~7.0質量%が特に好ましい。 The content of carbon is preferably 0.1% by mass to 10.0% by mass in the total of silicon oxide particles and carbon. Such a configuration tends to further improve the initial discharge capacity and the initial charge/discharge efficiency. The carbon content is more preferably 1.0% by mass to 9.0% by mass, still more preferably 2.0% by mass to 8.0% by mass, and particularly preferably 3.0% by mass to 7.0% by mass. .

炭素の含有率(質量基準)は、例えば、高周波焼成-赤外分析法によって求めることができる。高周波焼成-赤外分析法においては、例えば、炭素硫黄同時分析装置(LECOジャパン合同会社、CSLS600)を適用することができる。負極活物質が後述する有機物を含む場合は、前記有機物が分解する温度以上(例えば、300℃)に加熱して、有機物に由来する質量低下分をあらかじめ除いておくことで、炭素の含有率を測定することができる。 The carbon content (mass basis) can be determined, for example, by high-frequency firing-infrared analysis. In the high-frequency sintering-infrared analysis method, for example, a simultaneous carbon and sulfur analyzer (LECO Japan LLC, CSLS600) can be applied. When the negative electrode active material contains an organic substance, which will be described later, the carbon content is reduced by heating to a temperature at which the organic substance decomposes (for example, 300 ° C.) or higher to remove the mass reduction due to the organic substance in advance. can be measured.

炭素は、低結晶性であることが好ましい。本開示において炭素が「低結晶性である」とは、下記に示す方法で得られる負極活物質のR値が0.5以上であることを意味する。
負極活物質のR値は、励起波長532nmのレーザーラマン分光測定により求めたプロファイルの中で、1360cm-1付近に現れるピークの強度をId、1580cm-1付近に現れるピークの強度をIgとしたとき、その両ピークの強度比Id/Ig(D/Gとも表記する)を意味する。
Carbon is preferably of low crystallinity. In the present disclosure, the carbon "having low crystallinity" means that the negative electrode active material obtained by the method described below has an R value of 0.5 or more.
The R value of the negative electrode active material is the intensity of the peak appearing near 1360 cm −1 in the profile obtained by laser Raman spectrometry at an excitation wavelength of 532 nm, and the intensity of the peak appearing near 1580 cm −1 as Ig. , the intensity ratio Id/Ig (also denoted as D/G) of both peaks.

ここで、1360cm-1付近に現れるピークとは、通常、非晶質構造に対応すると同定されるピークであり、例えば、1300cm-1~1400cm-1に観測されるピークを意味する。また、1580cm-1付近に現れるピークとは、通常、黒鉛結晶構造に対応すると同定されるピークであり、例えば、1530cm-1~1630cm-1に観測されるピークを意味する。
なお、R値はラマンスペクトル測定装置(例えば、NSR-1000型、日本分光株式会社)を用い、測定範囲(830cm-1~1940cm-1)に対して1050cm-1~1750cm-1をベースラインとして求めることができる。
Here, the peak appearing around 1360 cm −1 is usually identified as corresponding to an amorphous structure, and means, for example, the peak observed at 1300 cm −1 to 1400 cm −1 . The peak appearing around 1580 cm −1 is usually identified as corresponding to the graphite crystal structure, and means, for example, the peak observed at 1530 cm −1 to 1630 cm −1 .
In addition, the R value is measured using a Raman spectrum measuring device (for example, NSR-1000 type, JASCO Corporation), with a baseline of 1050 cm -1 to 1750 cm -1 for the measurement range (830 cm -1 to 1940 cm -1 ). can ask.

負極活物質のR値は、0.5~1.5であることが好ましく、0.7~1.3であることがより好ましく、0.8~1.2であることがさらに好ましい。R値が0.5~1.5であると、炭素結晶子が乱配向した低結晶性炭素でケイ素酸化物粒子の表面が充分に被覆されるため、電解液との反応性が低減でき、サイクル特性が改善する傾向にある。 The R value of the negative electrode active material is preferably 0.5 to 1.5, more preferably 0.7 to 1.3, even more preferably 0.8 to 1.2. When the R value is 0.5 to 1.5, the surface of the silicon oxide particles is sufficiently coated with low-crystalline carbon in which the carbon crystallites are randomly oriented, so that the reactivity with the electrolyte can be reduced. Cycle characteristics tend to improve.

ケイ素酸化物粒子の表面に炭素を付与する方法は、特に制限されない。具体的には、湿式混合法、乾式混合法、化学蒸着法等が挙げられる。 The method of adding carbon to the surface of silicon oxide particles is not particularly limited. Specifically, a wet mixing method, a dry mixing method, a chemical vapor deposition method, and the like can be mentioned.

炭素の付与を湿式混合法により行う場合は、例えば、ケイ素酸化物粒子と、炭素の原料(炭素源)を溶媒に溶解又は分散させたものとを混合し、炭素源をケイ素酸化物粒子の表面に付着させ、必要に応じて溶媒を除去し、その後、不活性雰囲気下で熱処理することにより炭素源を炭素化させる方法が挙げられる。 When carbon is applied by a wet mixing method, for example, silicon oxide particles and a carbon raw material (carbon source) dissolved or dispersed in a solvent are mixed, and the carbon source is added to the surface of the silicon oxide particles. , removing the solvent if necessary, and then heat-treating in an inert atmosphere to carbonize the carbon source.

炭素の付与を乾式混合法により行う場合は、例えば、ケイ素酸化物粒子と炭素源とをそれぞれ固体の状態で混合して混合物とし、この混合物を不活性雰囲気下で熱処理することにより炭素源を炭素化させる方法が挙げられる。ケイ素酸化物粒子と炭素源とを混合する際、力学的エネルギーを加える処理(例えば、メカノケミカル処理)を施してもよい。 When the carbon is imparted by a dry mixing method, for example, the silicon oxide particles and the carbon source are mixed in a solid state to form a mixture, and the mixture is heat-treated in an inert atmosphere to convert the carbon source to carbon. A method of making When mixing the silicon oxide particles and the carbon source, a treatment of applying mechanical energy (for example, a mechanochemical treatment) may be performed.

炭素の付与を化学蒸着法により行う場合は、公知の方法が適用できる。例えば、炭素源を気化させたガスを含む雰囲気中でケイ素酸化物粒子を熱処理することで、ケイ素酸化物粒子の表面に炭素を付与することができる。 When applying carbon by chemical vapor deposition, a known method can be applied. For example, by heat-treating the silicon oxide particles in an atmosphere containing a gas obtained by vaporizing a carbon source, carbon can be imparted to the surfaces of the silicon oxide particles.

湿式混合法又は乾式混合法によってケイ素酸化物粒子の表面に炭素を付与する場合、使用する炭素源は熱処理により炭素に変化しうる物質であれば特に制限されない。具体的には、フェノール樹脂、スチレン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリブチラール等の高分子化合物;エチレンヘビーエンドピッチ、石炭系ピッチ、石油系ピッチ、コールタールピッチ、アスファルト分解ピッチ、ポリ塩化ビニル等を熱分解して生成するPVCピッチ、ナフタレン等を超強酸存在下で重合させて作製されるナフタレンピッチ等のピッチ類;澱粉、セルロース等の多糖類などが挙げられる。炭素源は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When applying carbon to the surface of silicon oxide particles by a wet mixing method or a dry mixing method, the carbon source to be used is not particularly limited as long as it can be converted to carbon by heat treatment. Specifically, polymer compounds such as phenolic resin, styrene resin, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polybutyral; ethylene heavy end pitch, coal-based pitch, petroleum-based pitch, coal tar pitch, asphalt cracked pitch , PVC pitch produced by pyrolyzing polyvinyl chloride or the like, pitches such as naphthalene pitch produced by polymerizing naphthalene or the like in the presence of a super strong acid; polysaccharides such as starch and cellulose. You may use a carbon source individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

化学蒸着法によってケイ素酸化物粒子の表面に炭素を付与する場合、使用する炭素源としては、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂環族炭化水素等のうち、気体状又は容易に気体化可能な物質を用いることが好ましい。具体的には、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、トルエン、ベンゼン、キシレン、スチレン、ナフタレン、クレゾール、アントラセン、これらの誘導体等が挙げられる。炭素源として天然ガスを用いることもできる。炭素源は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When carbon is applied to the surface of silicon oxide particles by chemical vapor deposition, the carbon source to be used includes aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, etc., which are gaseous or easily gasified. It is preferable to use materials that are available. Specific examples include methane, ethane, ethylene, acetylene, propane, toluene, benzene, xylene, styrene, naphthalene, cresol, anthracene, and derivatives thereof. Natural gas can also be used as a carbon source. You may use a carbon source individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

炭素源を炭素化する際の熱処理温度は、炭素源が炭素化する温度であれば特に制限されず、700℃以上であることが好ましく、800℃以上であることがより好ましく、900℃以上であることがさらに好ましい。また、低結晶性の炭素を得る観点及び後述する不均化反応によりケイ素の結晶子を所望の大きさで生成させる観点からは、熱処理温度は1300℃以下であることが好ましく、1200℃以下であることがより好ましく、1100℃以下であることがさらに好ましい。 The heat treatment temperature for carbonizing the carbon source is not particularly limited as long as it is a temperature at which the carbon source is carbonized. It is even more preferable to have In addition, from the viewpoint of obtaining low-crystalline carbon and from the viewpoint of generating silicon crystallites of a desired size by the disproportionation reaction described later, the heat treatment temperature is preferably 1300° C. or less, and 1200° C. or less. It is more preferably 1100° C. or less.

炭素源を炭素化する際の熱処理時間は、用いる炭素源の種類、量等によって選択されうる。例えば、1時間~10時間が好ましく、2時間~7時間がより好ましい。 The heat treatment time for carbonizing the carbon source can be selected according to the type, amount, etc. of the carbon source used. For example, 1 hour to 10 hours is preferred, and 2 hours to 7 hours is more preferred.

炭素源を炭素化する際の熱処理は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気下で行うことが好ましい。熱処理装置は特に制限されず、連続法、回分法等での処理が可能な加熱装置などが挙げられる。具体的には、流動層反応炉、回転炉、竪型移動層反応炉、トンネル炉、バッチ炉、ロータリーキルン等をその目的に応じ適宜選択することができる。 The heat treatment for carbonizing the carbon source is preferably performed in an inert atmosphere such as nitrogen or argon. The heat treatment apparatus is not particularly limited, and examples thereof include a heating apparatus capable of performing treatment by a continuous method, a batch method, or the like. Specifically, a fluidized bed reactor, a rotary furnace, a vertical moving bed reactor, a tunnel furnace, a batch furnace, a rotary kiln, or the like can be appropriately selected according to the purpose.

また、回転炉、又はロータリーキルンを用いて化学蒸着法によりケイ素酸化物粒子の表面に炭素を付与する場合、回転炉、又はロータリーキルンの炉芯管は水平方向に配設され、炉芯管が回転する構造の装置が好ましい。ケイ素酸化物粒子を転動させながら化学蒸着処理を施すことで、ケイ素酸化物粒子同士に凝集を生じさせることなく、安定した製造が可能となる。上記装置は、雰囲気を保持できる炉芯管と、炉芯管を回転させる回転機構と、昇温及び温度保持が可能な加熱機構を有しているものであれば特に制限されない。上記装置は、目的によって原料供給機構(例えば、フィーダー)、製品回収機構(例えば、ホッパー)を設けてもよく、原料の滞留時間を制御するために、炉芯管を傾斜させたり、炉芯管内に邪魔板を設けることもできる。また、炉芯管の材質についても特に制限されず、アルミナ、炭化ケイ素等のセラミックス、モリブデン、タングステン等の高融点金属、SUS、石英などを処理条件及び処理目的によって適宜選択することができる。 Further, when carbon is applied to the surface of silicon oxide particles by a chemical vapor deposition method using a rotary furnace or rotary kiln, the furnace core tube of the rotary furnace or rotary kiln is arranged in a horizontal direction, and the furnace core tube rotates. Structural devices are preferred. By performing the chemical vapor deposition treatment while rolling the silicon oxide particles, stable production becomes possible without agglomeration of the silicon oxide particles. The apparatus is not particularly limited as long as it has a furnace core tube capable of retaining an atmosphere, a rotating mechanism for rotating the furnace core tube, and a heating mechanism capable of increasing and maintaining the temperature. Depending on the purpose, the apparatus may be provided with a raw material supply mechanism (e.g., feeder) and a product recovery mechanism (e.g., hopper). A baffle plate can also be provided at . The material of the furnace core tube is also not particularly limited, and ceramics such as alumina and silicon carbide, refractory metals such as molybdenum and tungsten, SUS, and quartz can be appropriately selected depending on the processing conditions and processing purpose.

熱処理により得られた熱処理物が複数の粒子が凝集した状態である場合は、さらに解砕処理を行ってもよい。また、所望の平均粒子径への調整が必要な場合はさらに粉砕処理を行ってもよい。 When the heat-treated product obtained by heat treatment is in a state in which a plurality of particles are aggregated, crushing treatment may be further performed. In addition, if it is necessary to adjust the average particle size to a desired value, pulverization may be performed.

(X線回折ピーク強度比)
負極活物質は、X線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)が1.0~2.6の範囲である。X線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)は、線源として波長0.15406nmのCuKα線を使用したときの、SiOに由来する2θ=20°~25°のX線回折ピーク強度に対するSiに由来する2θ=27°~29°のX線回折ピーク強度の比である。
(X-ray diffraction peak intensity ratio)
The negative electrode active material has an X-ray diffraction peak intensity ratio (P Si /P SiO2 ) in the range of 1.0 to 2.6. The X-ray diffraction peak intensity ratio (P Si /P SiO2 ) is the X-ray diffraction peak intensity at 2θ = 20 ° to 25 ° derived from SiO 2 when CuKα rays with a wavelength of 0.15406 nm are used as the radiation source. It is the ratio of the X-ray diffraction peak intensity at 2θ = 27° to 29° derived from Si.

負極活物質のX線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)は、ケイ素酸化物粒子に炭素、有機物、導電性粒子等が付着した状態で測定した値であっても、これらが付着していない状態で測定した値であってもよい。 Even if the X-ray diffraction peak intensity ratio (P Si /P SiO2 ) of the negative electrode active material is a value measured in a state where carbon, organic matter, conductive particles, etc. are attached to the silicon oxide particles, it is It may be a value measured without

X線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)が1.0~2.6の範囲である負極活物質としては、ケイ素酸化物中にケイ素の結晶子が存在する構造を有するケイ素酸化物粒子を含む負極活物質が挙げられる。 As a negative electrode active material having an X-ray diffraction peak intensity ratio (P Si /P SiO2 ) in the range of 1.0 to 2.6, a silicon oxide having a structure in which silicon crystallites are present in the silicon oxide Examples include a negative electrode active material containing particles.

ケイ素酸化物中にケイ素の結晶子が分散した構造を有するケイ素酸化物粒子は、例えば、ケイ素酸化物の不均化反応(2SiO→Si+SiO)を生じさせて、ケイ素酸化物粒子中にケイ素の結晶子を生成させることで作製することができる。ケイ素酸化物粒子中にケイ素の結晶子が生成する度合いを制御することで、X線回折ピーク強度の比を所望の値に制御することができる。 Silicon oxide particles having a structure in which silicon crystallites are dispersed in silicon oxide cause, for example, a disproportionation reaction (2SiO→Si+SiO 2 ) of silicon oxide to generate silicon in the silicon oxide particles. It can be produced by generating crystallites. By controlling the degree of formation of silicon crystallites in silicon oxide particles, the ratio of X-ray diffraction peak intensities can be controlled to a desired value.

ケイ素酸化物の不均化反応によりケイ素酸化物粒子中にケイ素の結晶子が存在した状態にすることの利点は、以下のように考えることができる。上述したSiO(xは0<x≦2)は、初期の充電時にリチウムイオンがトラップされ、初期の充放電特性に劣る傾向にある。これは非晶質SiO相に存在する酸素のダングリングボンド(非共有電子対)によって、リチウムイオンがトラップされることにより引き起こされるためである。そこで、熱処理により非晶質SiO相を再構成することにより活性な酸素原子のダングリングボンドの発生を抑制することが充放電特性向上の観点から好ましいと考えられる。 The advantage of making silicon crystallites exist in silicon oxide particles by the disproportionation reaction of silicon oxide can be considered as follows. The above-described SiO x (where x is 0<x≦2) tends to trap lithium ions during initial charge, resulting in poor initial charge/discharge characteristics. This is because lithium ions are trapped by oxygen dangling bonds (unshared electron pairs) present in the amorphous SiO 2 phase. Therefore, it is considered preferable from the viewpoint of improving the charge-discharge characteristics to suppress the generation of dangling bonds of active oxygen atoms by reconstructing the amorphous SiO 2 phase by heat treatment.

負極活物質のX線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)が1.0以上であれば、ケイ素酸化物粒子中のケイ素の結晶子が充分に成長しており、SiOの割合が大きくならないため、初期放電容量が大きく不可逆反応による高温貯蔵特性の低下が抑制される傾向にある。一方、PSi/PSiO2が2.6以下である場合には、生成したケイ素の結晶子が大きすぎず膨張収縮を緩和しやすくなり、初期放電容量の低下が抑制される傾向にある。充放電特性により優れる負極活物質を得る観点からは、PSi/PSiO2は1.5~2.0の範囲であることが好ましい。 When the X-ray diffraction peak intensity ratio (P Si /P SiO2 ) of the negative electrode active material is 1.0 or more, the silicon crystallites in the silicon oxide particles are sufficiently grown, and the ratio of SiO 2 is Since the capacity does not increase, the initial discharge capacity tends to be large, and deterioration in high-temperature storage characteristics due to irreversible reactions tends to be suppressed. On the other hand, when P Si /P 2 SiO2 is 2.6 or less, the silicon crystallites formed are not too large, and expansion and contraction are easily alleviated, and a decrease in initial discharge capacity tends to be suppressed. From the viewpoint of obtaining a negative electrode active material with better charge/discharge characteristics, P Si /P SiO2 is preferably in the range of 1.5 to 2.0.

負極活物質のX線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)は、例えば、ケイ素酸化物の不均化反応を生じさせる熱処理の条件によって制御することができる。例えば、熱処理の温度を高く、又は熱処理時間を長くすることでケイ素の結晶子の生成及び肥大化が促進され、X線回折ピーク強度の比を大きくすることができる傾向にある。一方、熱処理の温度を低く、又は熱処理時間を短くすることでケイ素の結晶子の生成が抑制され、X線回折ピーク強度の比を小さくすることができる傾向にある。 The X-ray diffraction peak intensity ratio (P Si /P SiO2 ) of the negative electrode active material can be controlled, for example, by the conditions of the heat treatment that causes the disproportionation reaction of silicon oxide. For example, increasing the heat treatment temperature or extending the heat treatment time promotes the formation and enlargement of silicon crystallites, and tends to increase the X-ray diffraction peak intensity ratio. On the other hand, lowering the heat treatment temperature or shortening the heat treatment time tends to suppress the formation of silicon crystallites and reduce the X-ray diffraction peak intensity ratio.

ケイ素酸化物の不均化反応によりケイ素酸化物粒子を作製する場合、原料となるケイ素酸化物は、例えば、二酸化ケイ素と金属ケイ素との混合物を加熱して生成した一酸化ケイ素の気体を冷却及び析出させる公知の昇華法にて得ることができる。また、原料となるケイ素酸化物は、酸化ケイ素、一酸化ケイ素等として市場から入手することができる。 When silicon oxide particles are produced by a disproportionation reaction of silicon oxide, the raw material silicon oxide is, for example, a mixture of silicon dioxide and metal silicon that is heated to generate a silicon monoxide gas that is cooled and cooled. It can be obtained by a known sublimation method for precipitation. Moreover, the silicon oxide used as a raw material can be obtained from the market as silicon oxide, silicon monoxide, or the like.

(ケイ素の結晶子の大きさ)
負極活物質は、X線回折スペクトルにおいてSi(111)に帰属される回折ピークを有し、前記回折ピークから算出されるケイ素の結晶子の大きさが1.0nm~15.0nmの範囲であることが好ましい。ケイ素の結晶子が存在しているか否かは、粉末X線回折(XRD)測定により確認することができる。ケイ素酸化物粒子中にケイ素の結晶子が存在している場合は、波長0.15406nmのCuKα線を線源とする粉末X線回折(XRD)測定を行ったとき、2θ=28.4°付近にSi(111)に由来する回折ピークが観察される。
(Silicon crystallite size)
The negative electrode active material has a diffraction peak attributed to Si (111) in the X-ray diffraction spectrum, and the crystallite size of silicon calculated from the diffraction peak is in the range of 1.0 nm to 15.0 nm. is preferred. Whether silicon crystallites are present or not can be confirmed by powder X-ray diffraction (XRD) measurement. When silicon crystallites are present in the silicon oxide particles, powder X-ray diffraction (XRD) measurement using a CuKα ray with a wavelength of 0.15406 nm as a radiation source shows that 2θ is around 28.4°. A diffraction peak derived from Si(111) is observed in .

ケイ素の結晶子の大きさは、2.0nm~10.0nmであることがより好ましく、3.0nm~8.0nmであることがさらに好ましい。ケイ素の結晶子の大きさが15.0nm以下である場合には、ケイ素酸化物粒子中でケイ素の結晶子が局在化しにくく、粒子全体に分散した状態となりやすいため、ケイ素酸化物粒子内でリチウムイオンが拡散しやすく、良好な充電容量が得られやすい傾向にある。また、ケイ素の結晶子の大きさが1.0nm以上の場合には、リチウムイオンとケイ素酸化物との反応が良好に制御され、良好な充放電効率が得られやすい傾向にある。 The crystallite size of silicon is more preferably 2.0 nm to 10.0 nm, more preferably 3.0 nm to 8.0 nm. When the silicon crystallite size is 15.0 nm or less, the silicon crystallites are less likely to be localized in the silicon oxide particles, and tend to be dispersed throughout the particles. Lithium ions tend to diffuse easily, and good charge capacity tends to be obtained. Moreover, when the crystallite size of silicon is 1.0 nm or more, the reaction between lithium ions and silicon oxide is well controlled, and there is a tendency to easily obtain good charge-discharge efficiency.

ケイ素の結晶子の大きさは、ケイ素酸化物粒子に含まれるケイ素単結晶の大きさであり、波長0.15406nmのCuKα線を線源とする粉末X線回折分析で得られるSi(111)に由来する2θ=28.4°付近の回折ピークの半値幅から、Scherrerの式を用いて求めることができる。 The size of silicon crystallites is the size of silicon single crystals contained in silicon oxide particles, and Si (111) obtained by powder X-ray diffraction analysis using a CuKα ray with a wavelength of 0.15406 nm as a radiation source. It can be obtained using Scherrer's formula from the half-value width of the derived diffraction peak near 2θ=28.4°.

ケイ素酸化物粒子中にケイ素の結晶子を生成する方法は、特に制限されない。例えば、ケイ素酸化物粒子を不活性雰囲気下で700℃~1300℃の温度域で熱処理して不均化反応(2SiO→Si+SiO)を生じさせることにより作製することができる。不均化反応を生じさせるための熱処理は、炭素をケイ素酸化物粒子の表面に付与するために行う熱処理と同じ工程として行ってもよい。 The method for forming silicon crystallites in silicon oxide particles is not particularly limited. For example, it can be produced by heat-treating silicon oxide particles in a temperature range of 700° C. to 1300° C. in an inert atmosphere to cause a disproportionation reaction (2SiO→Si+SiO 2 ). The heat treatment for causing the disproportionation reaction may be performed in the same step as the heat treatment for imparting carbon to the surface of the silicon oxide particles.

ケイ素酸化物の不均化反応を生じさせるための熱処理条件は、例えば、ケイ素酸化物を不活性雰囲気下で700℃~1300℃の温度域、好ましくは800℃~1200℃の温度域で行うことができる。所望の大きさのケイ素の結晶子を生成させる観点からは、熱処理温度は900℃を超えることが好ましく、950℃以上であることがより好ましい。また、熱処理温度は1150℃未満であることが好ましく、1100℃以下であることがより好ましい。 The heat treatment conditions for causing the disproportionation reaction of the silicon oxide are, for example, the temperature range of 700° C. to 1300° C., preferably the temperature range of 800° C. to 1200° C. in an inert atmosphere. can be done. From the viewpoint of generating silicon crystallites of a desired size, the heat treatment temperature preferably exceeds 900° C., more preferably 950° C. or higher. Also, the heat treatment temperature is preferably less than 1150° C., more preferably 1100° C. or less.

(平均アスペクト比)
負極活物質は、長径Lと短径Sの比(S/L)で表されるアスペクト比の平均値(平均アスペクト比)が0.45≦S/L≦1の範囲にあることが好ましい。
(average aspect ratio)
The negative electrode active material preferably has an average value of aspect ratios (average aspect ratio) represented by the ratio of major axis L to minor axis S (S/L) in the range of 0.45≦S/L≦1.

一般的に、ケイ素酸化物を負極活物質として用いた場合、充放電時のリチウムイオンの挿入及び脱離により大きな体積変化を起こす。そのため、充放電を繰り返すとケイ素酸化物粒子が割れて微細化し、さらにこれらを用いた負極も電極構造が破壊されて導電パスが切断されるおそれがある。本開示では、負極活物質の平均アスペクト比を0.45≦S/L≦1の範囲にすることで、電極としての膨張及び収縮の際の体積変化量の差が平均化され、電極構造の崩壊が抑制される。その結果、ケイ素酸化物粒子が膨張及び収縮しても、隣り合う粒子同士の導通が図られ易くなると考えられる。 In general, when silicon oxide is used as a negative electrode active material, a large volume change occurs due to insertion and extraction of lithium ions during charging and discharging. Therefore, when charging and discharging are repeated, the silicon oxide particles may crack and become finer, and furthermore, the electrode structure of the negative electrode using these may be destroyed and the conductive path may be cut off. In the present disclosure, by setting the average aspect ratio of the negative electrode active material in the range of 0.45 ≤ S / L ≤ 1, the difference in volume change during expansion and contraction as an electrode is averaged, and the electrode structure is improved. Collapse is suppressed. As a result, even if the silicon oxide particles expand and contract, it is believed that the adjacent particles are more likely to be electrically connected to each other.

負極活物質の平均アスペクト比は、0.45≦S/L≦1の範囲にあることが好ましく、0.55≦S/L≦1の範囲にあることがより好ましく、0.65≦S/L≦1の範囲にあることがさらに好ましい。負極活物質の平均アスペクト比が0.45以上の場合には、電極としての膨張及び収縮による部位ごとの体積変化量の差が小さく、サイクル特性の低下が抑制される傾向にある。 The average aspect ratio of the negative electrode active material is preferably in the range of 0.45≦S/L≦1, more preferably in the range of 0.55≦S/L≦1, and 0.65≦S/L. More preferably, L≤1. When the average aspect ratio of the negative electrode active material is 0.45 or more, there is a small difference in the amount of volumetric change due to expansion and contraction as an electrode, and deterioration in cycle characteristics tends to be suppressed.

負極活物質のアスペクト比は、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)を用いた観察により測定される。また、平均アスペクト比は、SEM画像から任意に100個の粒子を選択し、これらについてそれぞれ測定したアスペクト比の算術平均値として算出する。 The aspect ratio of the negative electrode active material is measured by observation using a scanning electron microscope (SEM). In addition, the average aspect ratio is calculated as the arithmetic mean value of the aspect ratios measured for each of 100 particles selected arbitrarily from the SEM image.

測定対象粒子の長径Lと短径Sの比(S/L)は、球状粒子については、短径(最小直径)/長径(最大直径)の比率を意味し、六角板状又は円板状粒子については、それぞれ厚み方向から観察(厚みに相当する面が正面を向いた状態で観察)した粒子の投影像において、短径(最小直径又は最小対角線長)/長径(最大直径又は最大対角線長)の比率を意味する。 The ratio of the major axis L to the minor axis S (S/L) of the particle to be measured means the ratio of minor axis (minimum diameter) / major axis (maximum diameter) for spherical particles, and is a hexagonal plate-like or disk-like particle. For each, in the projection image of the particle observed from the thickness direction (observed with the surface corresponding to the thickness facing the front), the minor axis (minimum diameter or minimum diagonal length) / major axis (maximum diameter or maximum diagonal length) means the ratio of

負極活物質が後述する導電性粒子を含む場合は、導電性粒子は平均アスペクト比の測定の対象から除外する。 When the negative electrode active material contains conductive particles, which will be described later, the conductive particles are excluded from the measurement of the average aspect ratio.

負極活物質が、ケイ素酸化物の不均化反応のための熱処理を経て得られるものである場合は、個々の粒子が凝集している場合がある。この場合の平均アスペクト比の算出に用いる粒子は、単独で粒子として存在することができる最小単位の粒子(一次粒子)を意味する。 When the negative electrode active material is obtained through heat treatment for disproportionation reaction of silicon oxide, individual particles may aggregate. The particles used for calculating the average aspect ratio in this case mean the smallest unit particles (primary particles) that can exist as particles alone.

負極活物質の平均アスペクト比の値は、例えば、負極活物質を作製する際の粉砕条件により調節することができる。負極活物質の粉砕には、一般的に知られている粉砕機を用いることができ、剪断力、衝撃力、圧縮力、摩擦力等の機械的エネルギーを加えられるものを特に制限なく用いることができる。例えば、粉砕メディアの運動エネルギーによる衝撃力及び摩擦力を利用して粉砕を行う粉砕機(ボールミル、ビーズミル、振動ミル等)、数気圧以上の高圧ガスを噴射ノズルより噴出させ、このジェット気流によって原料粒子を加速させることで粒子同士の衝撃作用及び摩砕によって粉砕を行う粉砕機(ジェットミル等)、高速回転するハンマー、ピン又はディスクによって原料粒子に衝撃を加えて粉砕を行う粉砕機(ハンマーミル、ピンミル、ディスクミル等)などが挙げられる。 The value of the average aspect ratio of the negative electrode active material can be adjusted, for example, by the pulverization conditions when producing the negative electrode active material. Generally known pulverizers can be used for pulverizing the negative electrode active material, and those to which mechanical energy such as shear force, impact force, compression force, and frictional force can be applied can be used without particular limitation. can. For example, pulverizers (ball mills, bead mills, vibration mills, etc.) that pulverize using the impact force and frictional force due to the kinetic energy of the pulverizing media, high-pressure gas of several atmospheres or more is ejected from the injection nozzle, and the raw material is Pulverizers (jet mills, etc.) that pulverize particles by accelerating the particles by impact and grinding, pulverizers (hammer mills) that pulverize raw material particles by impacting them with high-speed rotating hammers, pins, or discs , pin mills, disk mills, etc.).

負極活物質を粉砕工程を経て得る場合、粉砕後に分級処理を行ってその粒度分布を整えてもよい。分級の方法は特に制限されず、乾式分級、湿式分級、篩い分け等から選択できる。生産性の観点からは、粉砕と分級を一括して行うことが好ましい。例えば、ジェットミルとサイクロンのカップリングシステムにより、粒子が再凝集する前に分級することができ、簡便に所望する粒度分布形状を得ることができる。 When the negative electrode active material is obtained through a pulverization step, the particle size distribution may be adjusted by performing a classification treatment after pulverization. The classification method is not particularly limited, and can be selected from dry classification, wet classification, sieving, and the like. From the viewpoint of productivity, it is preferable to perform pulverization and classification collectively. For example, a coupling system of a jet mill and a cyclone makes it possible to classify the particles before re-agglomeration, and to easily obtain a desired particle size distribution shape.

必要な場合(例えば、負極活物質のアスペクト比を粉砕処理のみでは所望の範囲に調節できない場合)には、粉砕後の負極活物質に対してさらに表面改質処理を行ってそのアスペクト比を調節してもよい。表面改質処理を行うための装置は特に制限されない。例えば、メカノフュージョンシステム、ノビルタ、ハイブリダイゼーションシステム等が挙げられる。 When necessary (for example, when the aspect ratio of the negative electrode active material cannot be adjusted to the desired range by pulverization alone), the pulverized negative electrode active material is further subjected to surface modification treatment to adjust the aspect ratio. You may An apparatus for performing surface modification treatment is not particularly limited. For example, Mechanofusion system, Nobilta, Hybridization system and the like can be mentioned.

(窒素吸着より算出される比表面積)
負極活物質は、77Kでの窒素吸着より算出される比表面積が、0.1m/g~10m/gであることが好ましく、0.5m/g~5.0m/gであることがより好ましく、1.0m/g~4.0m/gであることがさらに好ましく、1.0m/g~3.0m/gであることが特に好ましい。負極活物質の比表面積が10m/g以下であると、得られるリチウムイオン二次電池の初期の不可逆容量の増加が抑えられる傾向にある。また、負極を作製する際に用いる結着剤の量を低減できる傾向にある。負極活物質の比表面積が0.1m/g以上であると、負極活物質と電解液との接触面積が充分確保され、良好な充放電効率が得られる傾向にある。
なお、77Kでの窒素吸着より算出される比表面積は、77Kでの窒素吸着測定より得た吸着等温線からBET法を用いて算出することができる。
(Specific surface area calculated from nitrogen adsorption)
The negative electrode active material preferably has a specific surface area of 0.1 m 2 /g to 10 m 2 /g, more preferably 0.5 m 2 /g to 5.0 m 2 /g, calculated from nitrogen adsorption at 77 K. more preferably 1.0 m 2 /g to 4.0 m 2 /g, particularly preferably 1.0 m 2 /g to 3.0 m 2 /g. When the specific surface area of the negative electrode active material is 10 m 2 /g or less, the increase in the initial irreversible capacity of the obtained lithium ion secondary battery tends to be suppressed. In addition, there is a tendency that the amount of the binder used when producing the negative electrode can be reduced. When the specific surface area of the negative electrode active material is 0.1 m 2 /g or more, the contact area between the negative electrode active material and the electrolytic solution is sufficiently ensured, and good charge-discharge efficiency tends to be obtained.
The specific surface area calculated from the nitrogen adsorption at 77K can be calculated from the adsorption isotherm obtained from the nitrogen adsorption measurement at 77K using the BET method.

(水蒸気吸着より算出される比表面積及び水蒸気吸着量)
負極活物質は、298Kでの水蒸気吸着より算出される比表面積が6.5m/g以下であることが好ましく、3.0m/g以下であることがより好ましく、2.0m/g以下であることがさらに好ましい。298Kでの水蒸気吸着より算出される比表面積が6.5m/g以下の場合、負極活物質と電解液との界面にて起こる分解反応を抑制することができ、高温貯蔵特性の低下が抑制される傾向にある。298Kでの水蒸気吸着より算出される比表面積は、0.1m/g以上であってもよく、0.5m/g以上であってもよい。
また、298Kにおける相対圧0.95までの水蒸気吸着量は8.5cm/g以下であることが好ましく、6.5cm/g以下であることがより好ましく、3.0cm/g以下であることがさらに好ましい。298Kにおける相対圧0.95までの水蒸気吸着量が8.5cm/g以下の場合、負極活物質と電解液との界面にて起こる分解反応を抑制することができ高温貯蔵特性の低下が抑制される傾向にある。298Kにおける相対圧0.95までの水蒸気吸着量は1.0cm/g以上であってもよく、1.5cm/g以上であってもよい。
なお、298Kでの水蒸気吸着より算出される比表面積は、298Kでの水蒸気吸着測定より得た吸着等温線からBET法を用いて算出することができる。また、298Kにおける相対圧0.95までの水蒸気吸着量は、298Kでの相対圧0.95までの水蒸気吸着を多点法で測定し算出することができる。
(Specific surface area and water vapor adsorption amount calculated from water vapor adsorption)
The negative electrode active material preferably has a specific surface area calculated from water vapor adsorption at 298 K of 6.5 m 2 /g or less, more preferably 3.0 m 2 /g or less, and more preferably 2.0 m 2 /g. More preferably: When the specific surface area calculated from water vapor adsorption at 298 K is 6.5 m 2 /g or less, the decomposition reaction that occurs at the interface between the negative electrode active material and the electrolyte can be suppressed, and the deterioration of high-temperature storage characteristics can be suppressed. tend to be The specific surface area calculated from water vapor adsorption at 298K may be 0.1 m 2 /g or more, or may be 0.5 m 2 /g or more.
Further, the water vapor adsorption amount up to a relative pressure of 0.95 at 298 K is preferably 8.5 cm 3 /g or less, more preferably 6.5 cm 3 /g or less, and 3.0 cm 3 /g or less. It is even more preferable to have When the amount of water vapor adsorption up to a relative pressure of 0.95 at 298 K is 8.5 cm 3 /g or less, the decomposition reaction that occurs at the interface between the negative electrode active material and the electrolytic solution can be suppressed, and the deterioration of high-temperature storage characteristics can be suppressed. tend to be The water vapor adsorption amount up to a relative pressure of 0.95 at 298 K may be 1.0 cm 3 /g or more, or 1.5 cm 3 /g or more.
The specific surface area calculated from the water vapor adsorption at 298K can be calculated using the BET method from the adsorption isotherm obtained from the water vapor adsorption measurement at 298K. The amount of water vapor adsorption up to a relative pressure of 0.95 at 298K can be calculated by measuring the water vapor adsorption up to a relative pressure of 0.95 at 298K by a multipoint method.

(二酸化炭素吸着より算出される比表面積及び二酸化炭素吸着量)
負極活物質は、273Kでの二酸化炭素吸着より算出される比表面積が8.5m/g以下であることが好ましく、5m/g以下であることがより好ましく、1m/g以下であることがさらに好ましい。273Kでの二酸化炭素吸着より算出される比表面積が8.5m/g以下の場合、負極活物質と電解液との界面にて起こる分解反応を抑制することができ、高温貯蔵特性の低下が抑制される傾向にある。273Kでの二酸化炭素吸着より算出される比表面積は、0.01m/g以上であってもよく、0.1m/g以上であってもよい。
また、273Kにおける相対圧0.03までの二酸化炭素吸着量は2cm/g以下であることが好ましく、0.5cm/g以下であることがより好ましく、0.1cm/g以下であることがさらに好ましい。273Kにおける相対圧0.03までの二酸化炭素吸着量が2cm/g以下の場合、負極活物質と電解液との界面にて起こる分解反応を抑制することができ高温貯蔵特性の低下が抑制される傾向にある。273Kにおける相対圧0.03までの二酸化炭素吸着量は0.005cm/g以上であってもよく、0.01cm/g以上であってもよい。
なお、273Kでの二酸化炭素吸着より算出される比表面積は、273Kでの二酸化炭素吸着測定より得た吸着等温線からBET法を用いて算出することができる。また、273Kにおける相対圧0.03までの二酸化炭素吸着量は、273Kでの相対圧0.03までの二酸化炭素吸着を多点法で測定し算出することができる。
(Specific surface area and carbon dioxide adsorption amount calculated from carbon dioxide adsorption)
The negative electrode active material preferably has a specific surface area calculated from carbon dioxide adsorption at 273 K of 8.5 m 2 /g or less, more preferably 5 m 2 /g or less, and 1 m 2 /g or less. is more preferred. When the specific surface area calculated from carbon dioxide adsorption at 273 K is 8.5 m 2 /g or less, the decomposition reaction that occurs at the interface between the negative electrode active material and the electrolytic solution can be suppressed, and the deterioration of high-temperature storage characteristics can be prevented. tend to be suppressed. The specific surface area calculated from carbon dioxide adsorption at 273 K may be 0.01 m 2 /g or more, or 0.1 m 2 /g or more.
In addition, the carbon dioxide adsorption amount up to a relative pressure of 0.03 at 273 K is preferably 2 cm 3 /g or less, more preferably 0.5 cm 3 /g or less, and 0.1 cm 3 /g or less. is more preferred. When the amount of carbon dioxide adsorption up to a relative pressure of 0.03 at 273 K is 2 cm 3 /g or less, the decomposition reaction that occurs at the interface between the negative electrode active material and the electrolytic solution can be suppressed, and the deterioration of high-temperature storage characteristics can be suppressed. tend to The carbon dioxide adsorption amount up to a relative pressure of 0.03 at 273 K may be 0.005 cm 3 /g or more, or may be 0.01 cm 3 /g or more.
The specific surface area calculated from the carbon dioxide adsorption at 273K can be calculated from the adsorption isotherm obtained from the carbon dioxide adsorption measurement at 273K using the BET method. The amount of carbon dioxide adsorption up to a relative pressure of 0.03 at 273K can be calculated by measuring the carbon dioxide adsorption up to a relative pressure of 0.03 at 273K by a multipoint method.

(窒素吸着より算出される比表面積に対する水蒸気吸着より算出される比表面積の比)
負極活物質は、77Kでの窒素吸着より算出される比表面積に対する298Kでの水蒸気吸着より算出される比表面積の比(SH2O/SN2)が0.60以下であり、0.40以下であることが好ましく、0.30以下であることがより好ましい。比(SH2O/SN2)が0.60以下の場合、負極活物質と電解液との界面にて起こる分解反応を抑制することができ、電極膨張、及び高温貯蔵特性の低下が抑制される傾向にある。
なお、水蒸気吸着より算出される比表面積は、298Kでの水蒸気吸着測定より得た吸着等温線からBET法を用いて算出することができる。同様に、窒素吸着より算出される比表面積は、77Kでの窒素吸着測定より得た吸着等温線からBET法を用いて算出することができる。比(SH2O/SN2)は、0.01以上であってもよく、0.05以上であってもよい。
(Ratio of specific surface area calculated from water vapor adsorption to specific surface area calculated from nitrogen adsorption)
In the negative electrode active material, the ratio of the specific surface area calculated from water vapor adsorption at 298 K to the specific surface area calculated from nitrogen adsorption at 77 K (S H2O /S N2 ) is 0.60 or less, and 0.40 or less. It is preferably 0.30 or less, more preferably 0.30 or less. When the ratio (S H2O /S N2 ) is 0.60 or less, the decomposition reaction that occurs at the interface between the negative electrode active material and the electrolytic solution can be suppressed, and electrode expansion and deterioration of high-temperature storage characteristics can be suppressed. There is a tendency.
The specific surface area calculated from water vapor adsorption can be calculated using the BET method from the adsorption isotherm obtained from the water vapor adsorption measurement at 298K. Similarly, the specific surface area calculated from nitrogen adsorption can be calculated using the BET method from the adsorption isotherm obtained from the nitrogen adsorption measurement at 77K. The ratio (S H2O /S N2 ) may be 0.01 or more, or 0.05 or more.

上記した比(SH2O/SN2)から、通常、材料表面の親水性を評価することができる。本開示の負極活物質における比(SH2O/SN2)が大きい場合、活物質表面は親水性であることを意味する。
ここで、一般的に、ケイ素酸化物の表面は親水性であり、炭素の表面は疎水性であることが知られている。つまり、本開示の負極活物質における比(SH2O/SN2)が小さい場合、後述する図1、又は図2のように疎水性である炭素が、親水性であるケイ素酸化物の表面全体を充分に被覆していることを意味する。一方で、比(SH2O/SN2)が大きい場合、後述する図3~図5のように炭素がケイ素酸化物の表面に部分的に存在し、一部でケイ素酸化物の表面が露出していることを意味する。従って、比(SH2O/SN2)の評価から、本開示の負極活物質における炭素の被覆状態(ケイ素酸化物の露出度合い)を簡便に評価することができる。
From the ratio (S H2O /S N2 ) mentioned above, the hydrophilicity of the material surface can usually be evaluated. A large ratio (S H2O /S N2 ) in the negative electrode active material of the present disclosure means that the surface of the active material is hydrophilic.
Here, it is generally known that the surface of silicon oxide is hydrophilic and the surface of carbon is hydrophobic. That is, when the ratio (S H2O /S N2 ) in the negative electrode active material of the present disclosure is small, the hydrophobic carbon covers the entire surface of the hydrophilic silicon oxide as shown in FIG. 1 or 2 described later. It means that it is fully covered. On the other hand, when the ratio (S H2O /S N2 ) is large, carbon partially exists on the surface of the silicon oxide, and the surface of the silicon oxide is partially exposed as shown in FIGS. means that Therefore, from the evaluation of the ratio (S H2O /S N2 ), the carbon coating state (degree of silicon oxide exposure) in the negative electrode active material of the present disclosure can be easily evaluated.

(体積平均粒子径)
負極活物質の体積平均粒子径は、0.1μm~20μmの範囲であることが好ましく、0.5μm~10μmであることがより好ましい。負極活物質の体積平均粒子径は、体積基準の粒度分布曲線において小径側からの体積の累積が50%となるときの粒子径(D50%)である。体積平均粒子径が0.1μm以上であれば、比表面積が大きくなりすぎることがないため電解液との接触面積の増大が抑制され充放電効率の低下が生じにくい傾向にある。体積平均粒子径が20μm以下であれば、電極面に凸凹が発生しにくくなり電池の短絡が生じにくくなる傾向にある。さらに、粒子表面から内部へのリチウムの拡散距離が長くなりすぎないため、リチウムの受入性が低下しにくく充放電効率の低下が生じにくい傾向にある。
体積平均粒子径の測定には、レーザー回折粒度分布計等の既知の方法を採用することができる。
(Volume average particle size)
The volume average particle size of the negative electrode active material is preferably in the range of 0.1 μm to 20 μm, more preferably 0.5 μm to 10 μm. The volume average particle diameter of the negative electrode active material is the particle diameter (D50%) when the volume accumulation from the small diameter side is 50% in the volume-based particle size distribution curve. If the volume average particle size is 0.1 μm or more, the specific surface area does not become too large, so the increase in the contact area with the electrolytic solution is suppressed, and the decrease in charge-discharge efficiency tends to be less likely to occur. If the volume average particle size is 20 μm or less, unevenness is less likely to occur on the electrode surface, and short circuits in the battery tend to be less likely to occur. Furthermore, since the diffusion distance of lithium from the particle surface to the inside does not become too long, there is a tendency that the acceptability of lithium is less likely to decrease and the charge/discharge efficiency is less likely to decrease.
A known method such as a laser diffraction particle size distribution analyzer can be used to measure the volume average particle size.

負極活物質のレーザー回折・散乱法により得られる体積累積分布曲線において、小粒径側からの累積が90%となるときの粒子径(D90%)に対する小粒径側からの累積が10%となるときの粒子径(D10%)の比(D10%/D90%)は0.1以上であることが好ましく、0.2以上であることがより好ましく、0.3以上であることがさらに好ましい。負極活物質の比(D10%/D90%)の値が0.1以上であると、電極としたときの膨張及び収縮の変化量の差が小さくなり、サイクル特性の低下が抑制される傾向にある。比(D10%/D90%)は1.0以下であることが好ましく、0.8以下であることがより好ましく、0.6以下であることがさらに好ましい。 In the volume cumulative distribution curve obtained by the laser diffraction/scattering method of the negative electrode active material, the accumulation from the small particle side is 10% with respect to the particle diameter (D90%) when the accumulation from the small particle side is 90%. The ratio (D10%/D90%) of the particle diameters (D10%) is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and further preferably 0.3 or more . When the value of the ratio (D10%/D90%) of the negative electrode active material is 0.1 or more, the difference in the amount of change in expansion and contraction when used as an electrode becomes small, and deterioration in cycle characteristics tends to be suppressed. be. The ratio (D10%/D90%) is preferably 1.0 or less, more preferably 0.8 or less, even more preferably 0.6 or less.

負極活物質の比(D10%/D90%)の値は、負極活物質の粒子径分布の広狭に関する指標であり、この値が大きいことは負極活物質の粒子径分布が狭いことを意味する。 The value of the negative electrode active material ratio (D10%/D90%) is an index of the width of the particle size distribution of the negative electrode active material, and a large value means that the particle size distribution of the negative electrode active material is narrow.

負極活物質のD90%及びD10%は、負極活物質を水に分散した状態の試料を用いてレーザー回折・散乱法により測定される体積基準の粒子径分布において、小粒径側からの体積の累積が90%となるときの粒子径、及び小粒径側からの体積の累積が10%となるときの粒子径としてそれぞれ求められる。 D90% and D10% of the negative electrode active material are measured by the laser diffraction/scattering method using a sample in which the negative electrode active material is dispersed in water. The particle diameter when the accumulation reaches 90% and the particle diameter when the volume accumulation from the small particle diameter side reaches 10% are obtained.

(有機物)
本開示の負極活物質(SiO系負極活物質)は、必要に応じて、有機物による被覆処理を施してもよい。有機物による被覆処理を施すことで、初期の放電容量、初期の充放電効率、及び充放電後の回復率がより向上する傾向にある。これは、有機物の被覆処理により負極活物質の比表面積が低下し、電解液との反応が抑制されるためと考えられる。負極活物質に含まれる有機物は、1種のみでも2種以上であってもよい。
(organic matter)
The negative electrode active material (SiO-based negative electrode active material) of the present disclosure may be coated with an organic substance, if necessary. The coating treatment with an organic substance tends to further improve the initial discharge capacity, the initial charge/discharge efficiency, and the recovery rate after charge/discharge. This is probably because the coating treatment with the organic substance reduces the specific surface area of the negative electrode active material and suppresses the reaction with the electrolyte. The number of organic substances contained in the negative electrode active material may be one or two or more.

有機物の含有率は、負極活物質全体の0.1質量%~5.0質量%であることが好ましい。有機物の含有率が上記範囲内であると、導電性の低下を抑制しつつ充放電後の回復率の向上の効果が充分得られる傾向にある。負極活物質全体中の有機物の含有率は、0.2質量%~3.0質量%であることがより好ましく、0.3質量%~1.0質量%であることがさらに好ましい。 The content of the organic substance is preferably 0.1% by mass to 5.0% by mass of the entire negative electrode active material. When the content of the organic substance is within the above range, the effect of improving the recovery rate after charge/discharge tends to be sufficiently obtained while suppressing the decrease in conductivity. The content of the organic substance in the entire negative electrode active material is more preferably 0.2% by mass to 3.0% by mass, and even more preferably 0.3% by mass to 1.0% by mass.

負極活物質が有機物を含んでいるか否かは、例えば、充分に乾燥させた負極活物質を有機物が分解する温度以上でありかつ炭素が分解する温度よりも低い温度(例えば300℃)に加熱して、有機物が分解した後の負極活物質の質量を測定することで確認することができる。具体的には、加熱前の負極活物質の質量をA(g)、加熱後の負極活物質の質量をB(g)とした場合に{(A-B)/A}×100で表される質量の変化率が0.1%以上であると、負極活物質が有機物を含んでいると判断することができる。 Whether or not the negative electrode active material contains an organic matter can be determined, for example, by heating the sufficiently dried negative electrode active material to a temperature (for example, 300° C.) that is higher than the temperature at which the organic matter decomposes and lower than the temperature at which carbon decomposes. can be confirmed by measuring the mass of the negative electrode active material after the organic matter is decomposed. Specifically, when the mass of the negative electrode active material before heating is A (g) and the mass of the negative electrode active material after heating is B (g), it is represented by {(AB)/A}×100. If the rate of change in mass is 0.1% or more, it can be determined that the negative electrode active material contains an organic substance.

上記質量の変化率は0.1%~5.0%であることが好ましく、0.3%~1.0%であることがより好ましい。変化率が0.1%以上である場合は充分な量の有機物がSiO-C粒子の表面に存在するため、有機物を含むことによる効果が充分得られる傾向にある。 The rate of change in mass is preferably 0.1% to 5.0%, more preferably 0.3% to 1.0%. When the rate of change is 0.1% or more, a sufficient amount of organic matter is present on the surface of the SiO—C particles, so there is a tendency that the effect of including the organic matter is sufficiently obtained.

有機物の種類は、特に制限されない。例えば、C10を基本構造とする澱粉の誘導体、C10を基本構造とする粘性多糖類、C10を基本構造とする水溶性セルロース誘導体、ポリウロニド及び水溶性合成樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。 The kind of organic matter is not particularly limited. For example, starch derivatives having a basic structure of C 6 H 10 O 5 , viscous polysaccharides having a basic structure of C 6 H 10 O 5 , water-soluble cellulose derivatives having a basic structure of C 6 H 10 O 5 , polyuronides and At least one selected from the group consisting of water-soluble synthetic resins can be used.

10を基本構造とする澱粉の誘導体として具体的には、酢酸澱粉、リン酸澱粉、カルボキシメチル澱粉、ヒドロキシエチル澱粉等のヒドロキシアルキル澱粉類が挙げられる。C10を基本構造とする粘性多糖類として具体的には、プルラン、デキストリン等が挙げられる。C10を基本構造とする水溶性セルロース誘導体としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等が挙げられる。ポリウロニドとしては、ペクチン酸、アルギン酸等が挙げられる。水溶性合成樹脂としては、水溶性アクリル樹脂、水溶性エポキシ樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性ポリアミド樹脂等が挙げられ、より具体的には、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリビニルスルホン酸、ポリビニルスルホン酸塩、ポリ4-ビニルフェノール、ポリ4-ビニルフェノール塩、ポリスチレンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリアニリンスルホン酸等が挙げられる。有機物は金属塩、アルキレングリコールエステル等の状態で使用してもよい。 Specific examples of starch derivatives having a C 6 H 10 O 5 basic structure include hydroxyalkyl starches such as acetate starch, phosphate starch, carboxymethyl starch, and hydroxyethyl starch. Specific examples of viscous polysaccharides having a basic structure of C 6 H 10 O 5 include pullulan and dextrin. Examples of water-soluble cellulose derivatives having a C 6 H 10 O 5 basic structure include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose and hydroxypropyl cellulose. Polyuronides include pectic acid, alginic acid and the like. Water-soluble synthetic resins include water-soluble acrylic resins, water-soluble epoxy resins, water-soluble polyester resins, water-soluble polyamide resins, etc. More specifically, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylate, polyvinyl Sulfonic acid, polyvinylsulfonate, poly-4-vinylphenol, poly-4-vinylphenol salt, polystyrenesulfonic acid, polystyrenesulfonate, polyanilinesulfonic acid and the like. Organic substances may be used in the form of metal salts, alkylene glycol esters, or the like.

負極活物質の比表面積を低下させる観点からは、有機物は、SiO-C粒子(後述する導電性粒子がSiO-C粒子の表面に存在した状態である場合は、その表面)の一部又は全部を被覆した状態であることが好ましい。 From the viewpoint of reducing the specific surface area of the negative electrode active material, the organic matter is part or all of the SiO—C particles (when the conductive particles described later are present on the surface of the SiO—C particles, the surface). is preferably covered.

有機物をSiO-C粒子の表面の一部又は全部に存在させる方法は、特に制限されない。例えば、有機物を溶解又は分散させた液体にSiO-C粒子を入れ、必要に応じて撹拌することにより、有機物をSiO-C粒子に付着させることができる。その後、有機物が付着したSiO-C粒子を液体から取り出し、必要に応じて乾燥することで、有機物が表面に付着したSiO-C粒子を得ることができる。
上記方法において、撹拌時の液体の温度は特に制限されず、例えば5℃~95℃から選択することができる。乾燥時の温度は特に制限されず、例えば50℃~200℃から選択することができる。溶液中の有機物の含有率は特に制限されず、例えば0.1質量%~20質量%から選択することができる。
There is no particular limitation on the method of causing the organic substance to exist on part or all of the surface of the SiO—C particles. For example, the SiO—C particles are added to a liquid in which the organic matter is dissolved or dispersed, and the liquid is stirred as necessary to allow the organic matter to adhere to the SiO—C particles. After that, the SiO--C particles with the organic matter adhered thereto are taken out from the liquid, and if necessary, dried to obtain the SiO--C particles with the organic matter adhered to the surface.
In the above method, the temperature of the liquid during stirring is not particularly limited, and can be selected, for example, from 5°C to 95°C. The temperature during drying is not particularly limited, and can be selected from, for example, 50°C to 200°C. The organic substance content in the solution is not particularly limited, and can be selected from, for example, 0.1% by mass to 20% by mass.

(導電性粒子)
また、本開示の負極活物質(SiO系負極活物質)は、必要に応じて、導電性粒子を含んでいてもよい。負極活物質が導電性粒子を含むことで、ケイ素酸化物粒子の膨張及び収縮が生じても、導電性粒子同士が接触することによって導通を確保し易くなる傾向にある。また、負極活物質全体の抵抗値も低減する傾向にある。その結果、充放電の繰り返しによる容量の低下が抑えられ、サイクル特性も良好に維持される傾向にある。
(Conductive particles)
In addition, the negative electrode active material (SiO-based negative electrode active material) of the present disclosure may contain conductive particles, if necessary. When the negative electrode active material contains the conductive particles, even if the silicon oxide particles expand and contract, the conductive particles tend to come into contact with each other, thereby making it easier to ensure conduction. In addition, the resistance value of the entire negative electrode active material tends to decrease. As a result, a decrease in capacity due to repeated charging and discharging is suppressed, and good cycle characteristics tend to be maintained.

負極活物質同士の接触によって導通を確保する観点からは、導電性粒子はSiO-C粒子の表面に存在していることが好ましい。 From the viewpoint of ensuring conduction by contact between the negative electrode active materials, the conductive particles are preferably present on the surface of the SiO—C particles.

導電性粒子の種類は、特に制限されない。例えば、粒状黒鉛及びカーボンブラックよりなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、サイクル特性向上の観点からは粒状黒鉛が好ましい。粒状黒鉛としては、人造黒鉛、天然黒鉛、MC(メソフェーズカーボン)等の粒子が挙げられる。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック等が挙げられ、導電性の観点からはアセチレンブラックが好ましい。 The type of conductive particles is not particularly limited. For example, at least one selected from the group consisting of granular graphite and carbon black is preferable, and granular graphite is preferable from the viewpoint of improving cycle characteristics. Granular graphite includes particles of artificial graphite, natural graphite, MC (mesophase carbon), and the like. Examples of carbon black include acetylene black, ketjen black, thermal black, furnace black and the like, and acetylene black is preferred from the viewpoint of conductivity.

粒状黒鉛は、電池容量及び充放電効率がともに向上する点から、ケイ素酸化物粒子の表面に存在する炭素よりも結晶性が高いことが好ましい。具体的には、粒状黒鉛は、学振法に基づいて測定して得られる平均面間隔(d002)の値が0.335nm~0.347nmであることが好ましく、0.335nm~0.345nmであることがより好ましく、0.335nm~0.340nmであることがさらに好ましく、0.335nm~0.337nmであることが特に好ましい。粒状黒鉛の平均面間隔を0.347nm以下とすると、粒状黒鉛の結晶性が高く、電池容量及び充放電効率がともに向上する傾向にある。一方、黒鉛結晶の平均面間隔の理論値は0.335nmであることから、粒状黒鉛の平均面間隔がこの値に近いと、電池容量及び充放電効率がともに向上する傾向にある。 Granular graphite preferably has higher crystallinity than carbon existing on the surface of the silicon oxide particles from the viewpoint of improving both battery capacity and charge/discharge efficiency. Specifically, the granular graphite preferably has an average interplanar spacing (d 002 ) value of 0.335 nm to 0.347 nm, which is obtained by measurement based on the Gakushin method, and 0.335 nm to 0.345 nm. is more preferably 0.335 nm to 0.340 nm, and particularly preferably 0.335 nm to 0.337 nm. When the average interplanar spacing of granular graphite is 0.347 nm or less, the granular graphite has high crystallinity, and both battery capacity and charge/discharge efficiency tend to improve. On the other hand, since the theoretical value of the average interplanar spacing of graphite crystals is 0.335 nm, when the average interplanar spacing of granular graphite is close to this value, both battery capacity and charge/discharge efficiency tend to improve.

粒状黒鉛の形状は特に制限されず、扁平状黒鉛であっても球状黒鉛であってもよい。サイクル特性向上の観点からは、扁平状黒鉛が好ましい。 The shape of the granular graphite is not particularly limited, and may be flat graphite or spherical graphite. From the viewpoint of improving cycle characteristics, flat graphite is preferable.

本開示において扁平状黒鉛とは、アスペクト比が1ではない(短軸と長軸の長さが等しくない)黒鉛を意味する。扁平状黒鉛としては、鱗状、鱗片状、塊状等の形状を有する黒鉛が挙げられる。 In the present disclosure, flat graphite means graphite whose aspect ratio is not 1 (the lengths of the minor axis and the major axis are not equal). Examples of flat graphite include graphite having a shape such as scaly, scaly, or massive.

導電性粒子のアスペクト比は特に制限されないが、導電性粒子間の導通の確保しやすさ及びサイクル特性向上の観点からは、アスペクト比の平均値が0.3以下であることが好ましく、0.2以下であることがより好ましい。 Although the aspect ratio of the conductive particles is not particularly limited, the average aspect ratio is preferably 0.3 or less, and 0.3 or less, from the viewpoint of easiness to ensure conduction between the conductive particles and improvement of cycle characteristics. It is more preferably 2 or less.

導電性粒子のアスペクト比は、SEMによる観察により測定される値である。具体的には、SEM画像において任意に選択した100個の導電性粒子のそれぞれについて長軸方向の長さをA、短軸方向の長さ(扁平状黒鉛の場合は厚み方向の長さ)をBとしたときにB/Aとして計算される値である。アスペクト比の平均値は、100個の導電性粒子のアスペクト比の算術平均値である。 The aspect ratio of the conductive particles is a value measured by SEM observation. Specifically, for each of 100 arbitrarily selected conductive particles in the SEM image, the length in the major axis direction is A, and the length in the minor axis direction (the length in the thickness direction in the case of flat graphite) is It is a value calculated as B/A when B is assumed. The average aspect ratio is the arithmetic average of the aspect ratios of 100 conductive particles.

導電性粒子は、一次粒子(単数粒子)であっても、複数の一次粒子から形成された二次粒子(造粒粒子)のいずれであってもよい。また、扁平状黒鉛は、多孔質状の黒鉛粒子であってもよい。 The conductive particles may be either primary particles (single particles) or secondary particles (granulated particles) formed from a plurality of primary particles. Further, the flat graphite may be porous graphite particles.

導電性粒子の含有率は、サイクル特性を向上させる点から、負極活物質全体の1.0質量%~10.0質量%であることが好ましく、2.0質量%~9.0質量%であることがより好ましく、3.0質量%~8.0質量%であることがさらに好ましい。 The content of the conductive particles is preferably 1.0% by mass to 10.0% by mass, more preferably 2.0% by mass to 9.0% by mass, in terms of improving cycle characteristics. more preferably 3.0% by mass to 8.0% by mass.

導電性粒子の含有率は、例えば、高周波焼成-赤外分析法によって求めることができる。高周波焼成-赤外分析法においては、例えば、炭素硫黄同時分析装置(CSLS600、LECOジャパン合同会社)を用いることができる。この測定ではSiO-C粒子の炭素の含有率も含まれるため、別途測定した炭素の含有率を得られた含有率から差し引いてもよい。 The content of the conductive particles can be determined, for example, by high-frequency firing-infrared analysis. In the high-frequency sintering-infrared analysis method, for example, a simultaneous carbon and sulfur analyzer (CSLS600, LECO Japan LLC) can be used. Since this measurement also includes the carbon content of the SiO—C particles, it may be subtracted from the separately measured carbon content.

導電性粒子を含む負極活物質を作製する方法は特に制限されないが、湿式法及び乾式法が挙げられる。 A method for producing a negative electrode active material containing conductive particles is not particularly limited, and includes wet methods and dry methods.

湿式法により導電性粒子を含む負極活物質を作製する方法としては、例えば、導電性粒子を分散媒に分散させた粒子分散液にSiO-C粒子を添加し、撹拌した後に乾燥機等を利用して分散媒を除去することで作製する方法が挙げられる。使用する分散媒は特に制限されず、水、有機溶剤等を用いることができる。有機溶剤はアルコール等の水溶性有機溶剤であっても、非水溶性有機溶剤であってもよい。分散媒は、導電性粒子の分散性を高め、SiO-C粒子の表面への付着をより均一にする観点から分散剤を含んでいてもよい。分散剤は、使用する分散媒の種類に応じて選択できる。例えば、分散媒が水系である場合はカルボキシメチルセルロースが分散安定性の観点から好ましい。 As a method for producing a negative electrode active material containing conductive particles by a wet method, for example, SiO—C particles are added to a particle dispersion liquid in which conductive particles are dispersed in a dispersion medium, and after stirring, a dryer or the like is used. and removing the dispersion medium. The dispersion medium to be used is not particularly limited, and water, an organic solvent, or the like can be used. The organic solvent may be a water-soluble organic solvent such as alcohol or a water-insoluble organic solvent. The dispersion medium may contain a dispersant from the viewpoint of enhancing the dispersibility of the conductive particles and making the adhesion of the SiO—C particles to the surface more uniform. A dispersant can be selected according to the type of dispersion medium used. For example, when the dispersion medium is aqueous, carboxymethylcellulose is preferable from the viewpoint of dispersion stability.

乾式法により導電性粒子を含む負極活物質を作製する方法としては、例えば、ケイ素酸化物粒子の表面に炭素の炭素源を付与する際に、炭素源とともに導電性粒子を添加する方法が挙げられる。具体的には、例えば、ケイ素酸化物粒子に炭素源と導電性粒子を混合し、力学的エネルギーを加える処理(例えば、メカノケミカル処理)を施す方法が挙げられる。 Examples of a method for producing a negative electrode active material containing conductive particles by a dry method include a method of adding conductive particles together with a carbon source when applying a carbon source of carbon to the surface of silicon oxide particles. . Specifically, for example, a method of mixing silicon oxide particles with a carbon source and conductive particles and applying mechanical energy (for example, mechanochemical treatment) may be used.

必要に応じ、得られた負極活物質の分級処理をさらに行ってもよい。分級処理は、篩機等を利用して行うことができる。 If necessary, the obtained negative electrode active material may be further classified. The classification treatment can be performed using a sieve machine or the like.

以下、負極活物質の構成の一例について図面を参照して説明する。
負極活物質は、ケイ素酸化物粒子の表面の一部、又は全部において炭素を有している。図1~図5は、負極活物質の構成の例を示す概略断面図である。図1では、炭素10がケイ素酸化物粒子20の表面全体を被覆している。図2では、炭素10がケイ素酸化物粒子20の表面全体を被覆しているが、厚みにばらつきがある。また、図3では、炭素10がケイ素酸化物粒子20の表面に部分的に存在し、一部でケイ素酸化物粒子20の表面が露出している。図4では、ケイ素酸化物粒子20の表面に、ケイ素酸化物粒子20よりも小さい粒径を有する炭素10の粒子が存在している。図5は図4の変形例であり、炭素10の粒子形状が鱗片状となっている。なお、図1~図5では、ケイ素酸化物粒子20の形状は、模式的に球状(断面形状としては円)で表されているが、球状、ブロック状、鱗片状、断面形状が多角形の形状(角のある形状)等のいずれであってもよい。
An example of the configuration of the negative electrode active material will be described below with reference to the drawings.
The negative electrode active material has carbon on part or all of the surface of the silicon oxide particles. 1 to 5 are schematic cross-sectional views showing examples of the structure of the negative electrode active material. In FIG. 1, carbon 10 covers the entire surface of silicon oxide particles 20 . In FIG. 2, the carbon 10 covers the entire surface of the silicon oxide particles 20, but the thickness varies. In FIG. 3, carbon 10 is partially present on the surfaces of silicon oxide particles 20, and the surfaces of silicon oxide particles 20 are partially exposed. In FIG. 4 , carbon 10 particles having a smaller particle size than the silicon oxide particles 20 are present on the surfaces of the silicon oxide particles 20 . FIG. 5 shows a modification of FIG. 4, in which the carbon 10 particles are scaly. In FIGS. 1 to 5, the shape of the silicon oxide particles 20 is schematically represented as spherical (circular as a cross-sectional shape). Any shape (shape with corners) or the like may be used.

図6A及び図6Bは、図1~図3の負極活物質の一部を拡大した断面図である。図6Aは負極活物質における炭素10の状態の一態様を説明し、図6Bは負極活物質における炭素10の状態の他の態様を説明する。図1~図3の場合、図6Aに示すように、炭素10が連続した層の状態であっても、図6Bで示すように炭素10が炭素の微粒子12で構成されていてもよい。なお、図6Bでは炭素の微粒子12の輪郭形状が残った状態で示しているが、炭素の微粒子12同士が結合していてもよい。炭素の微粒子12同士が結合した場合には、炭素10が図6Aに示すような連続した層の状態になることがあるが、その内部に空隙が生じていてもよい。
また、炭素10が粒子の場合、図4に示すように炭素10の粒子はケイ素酸化物粒子20の表面に部分的に存在し、一部でケイ素酸化物粒子20の表面が炭素10の粒子で覆われていなくてもよいし、図6Bに示すように炭素の微粒子12がケイ素酸化物粒子20の表面全体に存在していてもよい。
6A and 6B are cross-sectional views enlarging a part of the negative electrode active material of FIGS. 1 to 3. FIG. FIG. 6A illustrates one mode of the state of carbon 10 in the negative electrode active material, and FIG. 6B illustrates another mode of the state of carbon 10 in the negative electrode active material. 1 to 3, the carbon 10 may be in a continuous layer state as shown in FIG. 6A, or the carbon 10 may be composed of fine carbon particles 12 as shown in FIG. 6B. Although FIG. 6B shows a state in which the contour shape of the fine carbon particles 12 remains, the fine carbon particles 12 may be bonded to each other. When the fine particles 12 of carbon are bonded together, the carbon 10 may form a continuous layer as shown in FIG. 6A, but voids may be formed inside.
When the carbon 10 is particles, the carbon 10 particles partially exist on the surface of the silicon oxide particles 20 as shown in FIG. The carbon particles 12 may be present on the entire surface of the silicon oxide particles 20 as shown in FIG. 6B.

本開示の負極活物質(SiO系負極活物質)は、必要に応じて、さらに炭素系負極活物質を含んでもよい。併用する炭素系負極活物質の種類に応じて、充放電効率の向上、サイクル特性の向上、電極の膨張抑制効果等が得られる。本開示の負極活物質と併用する炭素系負極活物質は、1種のみでも2種以上であってもよい。 The negative electrode active material (SiO-based negative electrode active material) of the present disclosure may further contain a carbon-based negative electrode active material, if necessary. Depending on the type of carbon-based negative electrode active material used in combination, improvement in charge/discharge efficiency, improvement in cycle characteristics, effect of suppressing electrode expansion, and the like can be obtained. The carbon-based negative electrode active material used in combination with the negative electrode active material of the present disclosure may be one type or two or more types.

炭素系負極活物質としては、リチウムイオン二次電池の負極の活物質として従来知られている公知の炭素系材料を用いることができ、鱗片状天然黒鉛、鱗片状天然黒鉛を球形化した球状天然黒鉛等の天然黒鉛類、人造黒鉛、非晶質炭素などの炭素材料からなる負極活物質が挙げられる。また、これらの炭素系負極活物質は、その表面の一部又は全部に炭素(上述した炭素等)を有していてもよい。 As the carbon-based negative electrode active material, known carbon-based materials conventionally known as active materials for negative electrodes of lithium ion secondary batteries can be used. Negative electrode active materials made of carbon materials such as natural graphites such as graphite, artificial graphite, and amorphous carbon can be used. In addition, these carbon-based negative electrode active materials may have carbon (such as the carbon described above) on part or all of the surface.

本開示の負極活物質を炭素系負極活物質と併用して使用する場合、本開示の負極活物質(A)と炭素系負極活物質(B)との比率(A:B)は、目的に応じて適宜調整することが可能である。例えば、電極の膨張を抑制する効果の観点からは、質量基準で、0.1:99.9~20:80であることが好ましく、0.5:99.5~15:85であることがより好ましく、1:99~10:90であることがさらに好ましい。 When the negative electrode active material of the present disclosure is used in combination with the carbon-based negative electrode active material, the ratio (A:B) of the negative electrode active material (A) and the carbon-based negative electrode active material (B) of the present disclosure is It is possible to adjust accordingly. For example, from the viewpoint of the effect of suppressing the expansion of the electrode, it is preferably 0.1:99.9 to 20:80, more preferably 0.5:99.5 to 15:85, on a mass basis. More preferably, it is 1:99 to 10:90.

<リチウムイオン二次電池用負極>
本開示のリチウムイオン二次電池用負極(以下「負極」と略称する場合がある)は、集電体と、集電体上に設けられている上述の負極活物質を含む負極材層と、を有する。
<Negative electrode for lithium ion secondary battery>
A negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present disclosure (hereinafter sometimes abbreviated as “negative electrode”) includes a current collector, a negative electrode material layer containing the above-described negative electrode active material provided on the current collector, have

負極は、例えば、上述の負極活物質を含む組成物を用いて集電体上に負極材層を形成することで作製できる。
負極活物質を含む組成物としては、負極活物質に有機結着剤、溶剤、増粘剤、導電助剤、炭素系負極活物質等を混合したものが挙げられる。
The negative electrode can be produced, for example, by forming a negative electrode material layer on a current collector using the composition containing the negative electrode active material described above.
Examples of the composition containing the negative electrode active material include those obtained by mixing the negative electrode active material with an organic binder, a solvent, a thickener, a conductive aid, a carbonaceous negative electrode active material, and the like.

有機結着剤として具体的には、スチレン-ブタジエン共重合体;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等のエチレン性不飽和カルボン酸エステルと、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸と、を共重合して得られる(メタ)アクリル共重合体;ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリエピクロルヒドリン、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミドイミド等の高分子化合物;などが挙げられる。なお、「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」及びそれに対応する「メタクリレート」を意味する。「(メタ)アクリル共重合体」等の他の類似の表現においても同様である。有機結着剤は、水に分散若しくは溶解したもの、又は、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の有機溶剤に溶解したものであってもよい。有機結着剤は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Specific examples of organic binders include styrene-butadiene copolymer; (Meth)acrylic copolymers obtained by copolymerizing unsaturated carboxylic acid esters and ethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, and maleic acid; polyvinylidene fluoride, polymer compounds such as polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polyimide, and polyamideimide; In addition, "(meth)acrylate" means "acrylate" and "methacrylate" corresponding thereto. The same applies to other similar expressions such as "(meth)acrylic copolymer". The organic binder may be one dispersed or dissolved in water, or one dissolved in an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). An organic binder may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

密着性の観点からは、有機結着剤の中でも主骨格がポリアクリロニトリル、ポリイミド又はポリアミドイミドである有機結着剤が好ましく、負極作製時の熱処理温度が低く、電極の柔軟性に優れることから、主骨格がポリアクリロニトリルである有機結着剤がより好ましい。ポリアクリロニトリルを主骨格とする有機結着剤としては、例えば、ポリアクリロニトリル骨格に、接着性を付与するアクリル酸及び柔軟性を付与する直鎖エーテル基を付加したものが挙げられる。 From the viewpoint of adhesion, among organic binders, organic binders having a main skeleton of polyacrylonitrile, polyimide, or polyamideimide are preferable. Organic binders whose main skeleton is polyacrylonitrile are more preferred. Organic binders having polyacrylonitrile as a main skeleton include, for example, those obtained by adding acrylic acid that imparts adhesiveness and a linear ether group that imparts flexibility to a polyacrylonitrile skeleton.

負極材層中の有機結着剤の含有率は、0.1質量%~20質量%であることが好ましく、0.2質量%~20質量%であることがより好ましく、0.3質量%~15質量%であることがさらに好ましい。負極材層中の有機結着剤の含有率が0.1質量%以上であることで、良好な密着性が得られ、充放電時の膨張及び収縮によって負極が破壊されることが抑制される傾向にある。一方、20質量%以下であることで、電極抵抗の増大を抑制できる傾向にある。 The content of the organic binder in the negative electrode material layer is preferably 0.1% by mass to 20% by mass, more preferably 0.2% by mass to 20% by mass, and 0.3% by mass. More preferably, it is up to 15% by mass. When the content of the organic binder in the negative electrode material layer is 0.1% by mass or more, good adhesion is obtained, and destruction of the negative electrode due to expansion and contraction during charging and discharging is suppressed. There is a tendency. On the other hand, when it is 20% by mass or less, it tends to be possible to suppress an increase in electrode resistance.

増粘剤として具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸(塩)、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。増粘剤は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Specific examples of thickeners include carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (salt), oxidized starch, phosphorylated starch, casein and the like. A thickener may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

溶剤として具体的には、N-メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、γ-ブチロラクトン等が挙げられる。溶剤は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Specific examples of the solvent include N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, γ-butyrolactone and the like. A solvent may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

導電助剤として具体的には、カーボンブラック、アセチレンブラック、導電性を示す酸化物、導電性を示す窒化物等が挙げられる。導電助剤は1種を単独で用いても、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。負極材層中の導電助剤の含有率は、0.1質量%~20質量%であることが好ましい。 Specific examples of conductive aids include carbon black, acetylene black, conductive oxides, and conductive nitrides. A conductive support agent may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more types. The content of the conductive aid in the negative electrode material layer is preferably 0.1% by mass to 20% by mass.

集電体の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼、ポーラスメタル(発泡メタル)、カーボンペーパー等が挙げられる。集電体の形状としては、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等が挙げられる。 Materials for the current collector include aluminum, copper, nickel, titanium, stainless steel, porous metal (foamed metal), carbon paper, and the like. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a perforated foil shape, a mesh shape, and the like.

負極活物質を含む組成物を用いて集電体上に負極材層を形成する方法としては、負極活物質を含む塗布液を集電体上に塗布し、溶媒等の揮発性物質を除去し、加圧成形する方法、シート状、ペレット状等の形状に成形された負極材層と集電体とを一体化する方法等が挙げられる。
塗布液を集電体に塗布する方法としては、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。塗布後の加圧処理は、平板プレス、カレンダーロール等により行うことができる。
負極材層と集電体との一体化は、例えば、ロールによる一体化、プレスによる一体化又はこれらを組み合わせることができる。
As a method for forming a negative electrode material layer on a current collector using a composition containing a negative electrode active material, a coating solution containing a negative electrode active material is applied onto a current collector, and volatile substances such as a solvent are removed. , a method of pressure molding, and a method of integrating a negative electrode material layer formed into a sheet-like, pellet-like shape, etc. with a current collector, and the like.
Examples of the method for applying the coating liquid to the current collector include metal mask printing, electrostatic coating, dip coating, spray coating, roll coating, doctor blade, gravure coating, and screen printing. . Pressurizing treatment after coating can be performed by a flat plate press, a calendar roll, or the like.
Integration of the negative electrode material layer and the current collector can be performed, for example, by roll integration, press integration, or a combination thereof.

集電体上に形成された負極材層又は集電体と一体化した負極材層は、用いた有機結着剤の種類に応じた熱処理を行ってもよい。例えば、ポリアクリロニトリルを主骨格とした有機結着剤を用いる場合は、100℃~180℃で熱処理することが好ましく、ポリイミド又はポリアミドイミドを主骨格とした有機結着剤を用いる場合には、150℃~450℃で熱処理することが好ましい。
この熱処理により溶媒の除去及び有機結着剤の硬化による高強度化が進み、負極活物質間の密着性及び負極活物質と集電体との間の密着性が向上できる傾向にある。なお、これらの熱処理は、処理中の集電体の酸化を防ぐため、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気又は真空雰囲気で行うことが好ましい。
The negative electrode material layer formed on the current collector or the negative electrode material layer integrated with the current collector may be subjected to heat treatment according to the type of organic binder used. For example, when using an organic binder having a main skeleton of polyacrylonitrile, it is preferable to heat-treat at 100 ° C. to 180 ° C. When using an organic binder having a main skeleton of polyimide or polyamideimide, 150 It is preferable to heat-treat at 0°C to 450°C.
This heat treatment promotes the removal of the solvent and the hardening of the organic binder to increase the strength, and tends to improve the adhesion between the negative electrode active material and the adhesion between the negative electrode active material and the current collector. Note that these heat treatments are preferably performed in an inert atmosphere such as helium, argon, or nitrogen or in a vacuum atmosphere in order to prevent oxidation of the current collector during the treatment.

また、熱処理する前に、負極材層はプレス(加圧処理)しておくことが好ましい。加圧処理することで電極密度を調整することができる。電極密度は、例えば、1.25g/cm~1.9g/cmであることが好ましく、1.5g/cm~1.85g/cmであることがより好ましく、1.6g/cm~1.8g/cmであることがさらに好ましい。電極密度については、その値が高いほど負極の体積容量が向上する傾向にあり、また、負極活物質間の密着性及び負極活物質と集電体との間の密着性が向上する傾向にある。 Moreover, it is preferable to press (pressurize) the negative electrode material layer before the heat treatment. The electrode density can be adjusted by pressurizing. The electrode density is, for example, preferably 1.25 g/cm 3 to 1.9 g/cm 3 , more preferably 1.5 g/cm 3 to 1.85 g/cm 3 , and 1.6 g/cm 3 3 to 1.8 g/cm 3 is more preferable. Regarding the electrode density, the higher the value, the more the volume capacity of the negative electrode tends to improve, and the adhesion between the negative electrode active material and the adhesion between the negative electrode active material and the current collector tend to improve. .

<リチウムイオン二次電池>
本開示のリチウムイオン二次電池は、正極と、上述した負極と、電解質と、を備える。
リチウムイオン二次電池は、例えば、セパレータを介して負極と正極とが対向するように電池容器内に配置し、電解質を有機溶剤に溶解して得た電解液を電池容器に注入することにより作製することができる。
本開示のリチウムイオン二次電池では、電解質として固体電解質を用いてもよい。固体電解質はセパレータを兼ねることができるため、電解質として固体電解質を用いた場合、リチウムイオン二次電池はセパレータを用いなくともよい。
<Lithium ion secondary battery>
A lithium ion secondary battery of the present disclosure includes a positive electrode, the negative electrode described above, and an electrolyte.
Lithium ion secondary batteries are produced, for example, by placing the negative electrode and the positive electrode in a battery container so that the negative electrode and the positive electrode face each other with a separator interposed therebetween, and injecting an electrolytic solution obtained by dissolving the electrolyte in an organic solvent into the battery container. can do.
A solid electrolyte may be used as the electrolyte in the lithium ion secondary battery of the present disclosure. Since the solid electrolyte can also serve as a separator, the lithium ion secondary battery does not need to use a separator when the solid electrolyte is used as the electrolyte.

正極は、負極と同様にして、集電体表面上に正極材層を形成することで得ることができる。正極における集電体としては、負極における集電体と同様のものを用いることができる。 The positive electrode can be obtained by forming a positive electrode material layer on the surface of the current collector in the same manner as the negative electrode. As the current collector for the positive electrode, the same current collector as for the negative electrode can be used.

正極に用いられる材料(正極材料ともいう)は、リチウムイオンをドーピング又はインターカレーション可能な化合物であればよく、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)等が挙げられる。 The material used for the positive electrode (also referred to as positive electrode material) may be any compound capable of doping or intercalating lithium ions, such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ) and the like.

正極は、例えば、正極材料と、ポリフッ化ビニリデン等の有機結着剤と、N-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン等の溶媒とを混合して正極塗布液を調製し、この正極塗布液をアルミニウム箔等の集電体の少なくとも一方の面に塗布し、次いで溶媒を乾燥除去し、必要に応じて加圧処理して作製することができる。
なお、正極塗布液には導電助剤を添加してもよい。導電助剤としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、導電性を示す酸化物、導電性を示す窒化物等が挙げられる。これらの導電助剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。
For the positive electrode, for example, a positive electrode coating solution is prepared by mixing a positive electrode material, an organic binder such as polyvinylidene fluoride, and a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone or γ-butyrolactone, and this positive electrode coating solution is prepared. is applied to at least one surface of a current collector such as an aluminum foil, the solvent is removed by drying, and pressure treatment is performed as necessary.
A conductive aid may be added to the positive electrode coating liquid. Examples of conductive aids include carbon black, acetylene black, conductive oxides, and conductive nitrides. These conductive aids may be used singly or in combination of two or more.

電解質としては、LiPF、LiClO、LiBF、LiClF、LiAsF、LiSbF、LiAlO、LiAlCl、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiC(CFSO、LiCl、LiI等が挙げられる。 LiPF6 , LiClO4, LiBF4 , LiClF4 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiAlO4 , LiAlCl4 , LiN ( CF3SO2 ) 2 , LiN ( C2F5SO2 ) 2 , LiC ( CF 3 SO 2 ) 3 , LiCl, LiI and the like.

電解質を溶解する有機溶剤としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ビニレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン及び2-メチルテトラヒドロフランが挙げられる。 Examples of organic solvents that dissolve electrolytes include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane and 2-methyltetrahydrofuran.

セパレータとしては、紙製セパレータ、ポリプロピレン製セパレータ、ポリエチレン製セパレータ、ガラス繊維製セパレータ等が挙げられる。 Examples of separators include paper separators, polypropylene separators, polyethylene separators, glass fiber separators, and the like.

リチウムイオン二次電池の製造方法は、特に制限されない。例えば、円筒型のリチウムイオン二次電池は以下の工程により製造することができる。まず正極と負極の2つの電極を、セパレータを介して捲回する。得られたスパイラル状の捲回群を電池缶に挿入し、予め負極の集電体に溶接しておいたタブ端子を電池缶底に溶接する。得られた電池缶に電解液を注入する。さらに予め正極の集電体に溶接しておいたタブ端子を電池の蓋に溶接し、蓋を絶縁性のガスケットを介して電池缶の上部に配置する。蓋と電池缶とが接した部分をかしめて密閉することによってリチウムイオン二次電池を得ることができる。 A method for manufacturing a lithium ion secondary battery is not particularly limited. For example, a cylindrical lithium ion secondary battery can be manufactured by the following steps. First, two electrodes, a positive electrode and a negative electrode, are wound with a separator interposed therebetween. The obtained spirally wound group is inserted into a battery can, and a tab terminal welded to the current collector of the negative electrode in advance is welded to the bottom of the battery can. An electrolytic solution is injected into the resulting battery can. Further, the tab terminal previously welded to the current collector of the positive electrode is welded to the lid of the battery, and the lid is placed on top of the battery can via an insulating gasket. A lithium ion secondary battery can be obtained by crimping and sealing the portion where the lid and the battery can are in contact with each other.

リチウムイオン二次電池の形態は、特に限定されず、ペーパー型電池、ボタン型電池、コイン型電池、積層型電池、円筒型電池、角型電池等のリチウムイオン二次電池が挙げられる。 The form of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and lithium ion secondary batteries such as paper-type batteries, button-type batteries, coin-type batteries, stack-type batteries, cylindrical batteries, and rectangular batteries can be mentioned.

本開示の負極活物質は、リチウムイオン二次電池用に限られず、リチウムイオンを挿入脱離することを充放電機構とする電気化学装置全般に適用することが可能である。 The negative electrode active material of the present disclosure is not limited to lithium ion secondary batteries, and can be applied to general electrochemical devices having a charge/discharge mechanism of intercalating and deintercalating lithium ions.

以下、実施例に基づき上記実施形態をより具体的に説明するが、上記実施形態は下記の実施例に制限されるものではない。なお、特に断りのない限り、「%」は質量基準である。 EXAMPLES Hereinafter, the above-described embodiments will be described in more detail based on examples, but the above-described embodiments are not limited to the following examples. Unless otherwise specified, "%" is based on mass.

[実施例1]
(負極活物質の作製)
塊状の酸化ケイ素(株式会社高純度化学研究所、規格10mm~30mm角)を乳鉢により粗粉砕し、ケイ素酸化物粒子を得た。このケイ素酸化物粒子をジェットミル(ラボタイプ、日本ニューマチック工業株式会社)によってさらに粉砕した後、300M(300メッシュ)の試験篩で整粒し、体積平均粒子径(D50%)が5μmのケイ素酸化物粒子を得た。平均粒子径の測定は、以下の方法で行った。
[Example 1]
(Preparation of negative electrode active material)
Mass silicon oxide (Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., standard 10 mm to 30 mm square) was coarsely pulverized in a mortar to obtain silicon oxide particles. After further pulverizing the silicon oxide particles with a jet mill (lab type, Nippon Pneumatic Industry Co., Ltd.), they were sized with a 300M (300 mesh) test sieve, and the volume average particle size (D50%) of silicon was 5 μm. Oxide particles were obtained. The average particle size was measured by the following method.

<体積平均粒子径の測定>
測定試料(5mg)を界面活性剤(エソミンT/15、ライオン株式会社)0.01質量%水溶液中に入れ、振動撹拌機で分散した。得られた分散液をレーザー回折式粒度分布測定装置(SALD3000J、株式会社島津製作所)の試料水槽に入れ、超音波をかけながらポンプで循環させ、レーザー回折式で測定した。測定条件は下記の通りとした。得られた粒度分布の体積累積50%粒径(D50%)を体積平均粒子径とした。以下、実施例において、粒子径の測定は同様にして行った。
・光源:赤色半導体レーザー(690nm)
・吸光度:0.10~0.15
・屈折率:2.00~0.20
<Measurement of volume average particle size>
A measurement sample (5 mg) was placed in a 0.01% by mass aqueous solution of a surfactant (Esomin T/15, Lion Corporation) and dispersed with a vibration stirrer. The resulting dispersion was placed in a sample tank of a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD3000J, Shimadzu Corporation), circulated with a pump while applying ultrasonic waves, and measured by a laser diffraction method. The measurement conditions were as follows. The volume-accumulated 50% particle size (D50%) of the obtained particle size distribution was taken as the volume average particle size. In the following examples, the particle size was measured in the same manner.
・Light source: red semiconductor laser (690 nm)
・ Absorbance: 0.10 to 0.15
・Refractive index: 2.00 to 0.20

ケイ素酸化物の粉砕工程後に得られた体積平均粒子径(D50%)5μmのケイ素酸化物粒子に対して、下記条件により化学蒸着処理を行うことでケイ素酸化物粒子表面に炭素皮膜を形成させた。
ケイ素酸化物粒子1000gをバッチ式加熱炉(ロータリーキルン炉)内に仕込んだ。次に、300℃/時間の昇温条件で950℃まで昇温させ、保持した後、アセチレンガス(炭素源)/窒素ガスの混合ガスを10L/min流入し(アセチレンガスの分圧:10%)、2時間の条件にて化学蒸着処理を実施した。処理後は降温し、化学蒸着処理物を得た。上記熱処理は、ケイ素酸化物の不均化反応が生じる条件で行った。
Silicon oxide particles having a volume average particle diameter (D50%) of 5 μm obtained after the silicon oxide pulverization step were subjected to chemical vapor deposition treatment under the following conditions to form a carbon film on the surface of the silicon oxide particles. .
1000 g of silicon oxide particles were placed in a batch heating furnace (rotary kiln furnace). Next, the temperature was raised to 950° C. under the temperature raising condition of 300° C./hour, and then a mixed gas of acetylene gas (carbon source)/nitrogen gas was introduced at 10 L/min (partial pressure of acetylene gas: 10% ), the chemical vapor deposition treatment was carried out under the conditions of 2 hours. After the treatment, the temperature was lowered to obtain a chemical vapor deposition product. The heat treatment was carried out under conditions that cause a disproportionation reaction of silicon oxide.

得られた化学蒸着処理物を、乳鉢により解砕し、300M(300メッシュ)の試験篩により篩い分けして、ケイ素酸化物粒子の表面が炭素で被覆された状態の負極活物質(SiO-C粒子)を得た。ケイ素酸化物粒子の体積平均粒子径の測定方法と同様の方法で、負極活物質の体積平均粒子径(D50%)を測定した。また、D10%及びD90%を測定して得られた値から比(D10%/D90%)の値を算出した。 The resulting chemical vapor deposition product was pulverized with a mortar and sieved with a 300M (300 mesh) test sieve to obtain a negative electrode active material (SiO—C particles) were obtained. The volume average particle size (D50%) of the negative electrode active material was measured in the same manner as the method for measuring the volume average particle size of the silicon oxide particles. Also, the value of the ratio (D10%/D90%) was calculated from the values obtained by measuring D10% and D90%.

<炭素の含有率の測定>
負極活物質の炭素の含有率を、高周波焼成-赤外分析法にて測定した。高周波焼成-赤外分析法は、高周波炉にて酸素気流で試料を加熱燃焼させ、試料中の炭素及び硫黄をそれぞれCO及びSOに変換し、赤外線吸収法によって定量する分析方法である。測定装置及び測定条件等は下記の通りである。
・装置:炭素硫黄同時分析装置(CSLS600、LECOジャパン合同会社)
・周波数:18MHz
・高周波出力:1600W
・試料質量:約0.05g
・分析時間:装置の設定モードで自動モードを使用
・助燃材:Fe+W/Sn
・標準試料:Leco501-024(C:3.03%±0.04 S:0.055%±0.002)97
・測定回数:2回(表中の含有率の値は2回の測定値の平均値である)
<Measurement of carbon content>
The carbon content of the negative electrode active material was measured by high-frequency firing-infrared analysis. The high-frequency firing-infrared analysis method is an analysis method in which a sample is heated and burned in an oxygen stream in a high-frequency furnace, carbon and sulfur in the sample are converted to CO 2 and SO 2 , respectively, and quantified by an infrared absorption method. The measuring apparatus, measuring conditions, etc. are as follows.
・Equipment: carbon and sulfur simultaneous analysis equipment (CSLS600, LECO Japan LLC)
・Frequency: 18MHz
・High frequency output: 1600W
・ Sample mass: about 0.05 g
・Analysis time: Use automatic mode in device setting mode ・Burning aid: Fe + W/Sn
・ Standard sample: Leco 501-024 (C: 3.03% ± 0.04 S: 0.055% ± 0.002) 97
・ Number of measurements: 2 times (The value of the content rate in the table is the average value of the measured values of 2 times)

<ケイ素の結晶子の大きさの測定>
粉末X線回折測定装置(MultiFlex(2kW)、株式会社リガク)を用いて負極活物質のX線回折ピーク強度を測定し、ケイ素の結晶子の大きさを測定した。具体的には、2θ=28.4°付近に存在するSi(111)の結晶面に由来するピークの半値幅から、Scherrerの式を用いて算出した。測定条件は下記の通りとした。
<Measurement of crystallite size of silicon>
The X-ray diffraction peak intensity of the negative electrode active material was measured using a powder X-ray diffractometer (MultiFlex (2 kW), Rigaku Co., Ltd.), and the crystallite size of silicon was measured. Specifically, it was calculated using Scherrer's formula from the half-value width of the peak derived from the Si (111) crystal plane present near 2θ=28.4°. The measurement conditions were as follows.

・線源:CuKα線(波長:0.15406nm)
・測定範囲:2θ=10°~40°
・サンプリングステップ幅:0.02°
・スキャンスピード:1°/分
・管電流:40mA
・管電圧:40kV
・発散スリット:1°
・散乱スリット:1°
・受光スリット:0.3mm
・ Radiation source: CuKα ray (wavelength: 0.15406 nm)
・Measuring range: 2θ = 10° to 40°
・Sampling step width: 0.02°
・Scan speed: 1°/min ・Tube current: 40mA
・Tube voltage: 40 kV
・Divergence slit: 1°
・Scattering slit: 1°
・Light receiving slit: 0.3 mm

なお、得られたプロファイルは、上記装置に付属の構造解析ソフト(JADE6、株式会社リガク)を用いて下記の設定で、バックグラウンド(BG)除去及びピーク分離した。 The obtained profile was subjected to background (BG) removal and peak separation using structural analysis software (JADE6, Rigaku Co., Ltd.) attached to the above apparatus under the following settings.

[Kα2ピーク除去及びバックグラウンド除去]
・Kα1/Kα2強度比:2.0
・BG点からのBGカーブ上下(σ):0.0
[Kα2 peak removal and background removal]
・Kα1/Kα2 intensity ratio: 2.0
・BG curve up and down (σ) from BG point: 0.0

[ピークの指定]
・Si(111)に由来するピーク:28.4°±0.3°
・SiOに由来するピーク:21°±0.3°
[Peak specification]
· Peak derived from Si (111): 28.4 ° ± 0.3 °
・Peak derived from SiO2 : 21° ± 0.3°

[ピーク分離]
・プロファイル形状関数:Pseudo-Voigt
・バックグラウンド固定
[Peak Separation]
・Profile shape function: Pseudo-Voigt
・Fixed background

上記設定により構造解析ソフトから導き出されたSi(111)に由来するピークの半値幅を読み取り、下記Scherrerの式よりケイ素の結晶子の大きさを算出した。
D=Kλ/Bcosθ
B=(Bobs -b1/2
D:結晶子の大きさ(nm)
K:Scherrer定数(0.94)
λ:線源波長(0.15406nm)
θ:測定半値幅ピーク角度
obs:半値幅(構造解析ソフトから得られた測定値)
b:標準ケイ素(Si)の測定半値幅
The half width of the peak derived from Si(111) derived from the structure analysis software with the above settings was read, and the crystallite size of silicon was calculated from the following Scherrer equation.
D=Kλ/B cos θ
B=(B obs 2 -b 2 ) 1/2
D: crystallite size (nm)
K: Scherrer constant (0.94)
λ: source wavelength (0.15406 nm)
θ: measured half width peak angle B obs : half width (measured value obtained from structural analysis software)
b: measured half width of standard silicon (Si)

<X線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)の測定>
上記した方法と同様の方法で、粉末X線回折測定装置(MultiFlex(2kW)、株式会社リガク)を用いて負極活物質の分析を行った。負極活物質において、SiOに由来する2θ=20°~25°のX線回折ピーク強度に対するSiに由来する2θ=27°~29°のX線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)を算出した。
<Measurement of X-ray diffraction peak intensity ratio (P Si /P SiO2 )>
The negative electrode active material was analyzed using a powder X-ray diffractometer (MultiFlex (2 kW), Rigaku Corporation) in the same manner as described above. In the negative electrode active material, the ratio of the X-ray diffraction peak intensity at 2θ = 27° to 29° derived from Si to the X-ray diffraction peak intensity at 2θ = 20° to 25° derived from SiO 2 (P Si /P SiO2 ) was calculated.

<平均アスペクト比の測定>
負極活物質の平均アスペクト比を、SEM装置(TM-1000、株式会社日立ハイテクノロジーズ)を用いて上述した方法により算出した。
後述する導電性粒子を含む負極活物質については、事前にEDXの元素分析により、SiO-C粒子だけを選択して平均アスペクト比を算出した。
<Measurement of average aspect ratio>
The average aspect ratio of the negative electrode active material was calculated by the method described above using an SEM device (TM-1000, Hitachi High-Technologies Corporation).
For the negative electrode active material containing conductive particles, which will be described later, only SiO—C particles were selected in advance by EDX elemental analysis, and the average aspect ratio was calculated.

<R値の測定>
ラマンスペクトル測定装置(NSR-1000型、日本分光株式会社)を用いて測定したスペクトルから、R値を算出した。測定条件は、下記の通りとした。
・レーザー波長:532nm
・照射強度:1.5mW(レーザーパワーモニターでの測定値)
・照射時間:60秒
・照射面積:4μm
・測定範囲:830cm-1~1940cm-1
・ベースライン:1050cm-1~1750cm-1
<Measurement of R value>
The R value was calculated from the spectrum measured using a Raman spectrum measuring device (NSR-1000, JASCO Corporation). The measurement conditions were as follows.
・Laser wavelength: 532 nm
・Irradiation intensity: 1.5 mW (value measured with a laser power monitor)
・Irradiation time: 60 seconds ・Irradiation area: 4 μm 2
・Measurement range: 830 cm -1 to 1940 cm -1
・Baseline: 1050 cm -1 to 1750 cm -1

なお、得られたスペクトルの波数は、基準物質インデン(和光一級、和光純薬工業株式会社)を前記と同一条件で測定して得られる各ピークの波数と、インデンの各ピークの波数理論値との差から求めた検量線を用いて補正した。
補正後に得られたプロファイルの中で、1360cm-1付近に現れるピークの強度をId、1580cm-1付近に現れるピークの強度をIgとし、その両ピークの強度比Id/Ig(D/G)をR値として求めた。
The wavenumber of the obtained spectrum is the wavenumber of each peak obtained by measuring the reference material indene (Wako First Class, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) under the same conditions as described above, and the theoretical value of the wavenumber of each peak of indene. Correction was performed using a calibration curve obtained from the difference in .
In the profile obtained after correction, the intensity of the peak appearing near 1360 cm -1 is Id, the intensity of the peak appearing near 1580 cm -1 is Ig, and the intensity ratio Id/Ig (D/G) of both peaks is It was obtained as an R value.

<N比表面積の測定:窒素吸着より算出される比表面積>
負極活物質を200℃で2時間真空乾燥した後、高速比表面積/細孔分布測定装置(ASAP2020、マイクロメリティックスジャパン合同会社)を用い、液体窒素温度(77K)での窒素吸着を多点法で測定し、BET法(相対圧範囲:0.05~0.2)より負極活物質の比表面積を算出した。
<Measurement of N2 specific surface area: specific surface area calculated from nitrogen adsorption>
After vacuum drying the negative electrode active material at 200 ° C. for 2 hours, using a high-speed specific surface area / pore size distribution measuring device (ASAP2020, Micromeritics Japan G.K.), nitrogen adsorption at liquid nitrogen temperature (77 K) was performed at multiple points. The specific surface area of the negative electrode active material was calculated by the BET method (relative pressure range: 0.05 to 0.2).

<CO比表面積の測定:二酸化炭素吸着より算出される比表面積>
負極活物質を200℃で2時間真空乾燥した後、全自動ガス吸着量測定装置(AS1-MP, AS-iQ、Quantachrome社)を用い、273Kでの二酸化炭素吸着を多点法で測定し、BET法より負極活物質の比表面積を算出した。
<Measurement of CO 2 specific surface area: specific surface area calculated from carbon dioxide adsorption>
After vacuum drying the negative electrode active material at 200 ° C. for 2 hours, carbon dioxide adsorption at 273 K was measured by a multipoint method using a fully automatic gas adsorption amount measuring device (AS1-MP, AS-iQ, Quantachrome), The specific surface area of the negative electrode active material was calculated by the BET method.

<CO吸着量>
負極活物質を200℃で2時間真空乾燥した後、全自動ガス吸着量測定装置(AS1-MP, AS-iQ、Quantachrome社)を用い、273Kでの相対圧0.03までの二酸化炭素吸着を多点法で測定し、全吸着量を算出した。
< CO2 adsorption amount>
After vacuum drying the negative electrode active material at 200 ° C. for 2 hours, using a fully automatic gas adsorption amount measuring device (AS1-MP, AS-iQ, Quantachrome), carbon dioxide adsorption up to a relative pressure of 0.03 at 273 K was measured. Measurement was performed by the multipoint method, and the total amount of adsorption was calculated.

<HO比表面積の測定:水蒸気吸着より算出される比表面積>
負極活物質を100℃で2時間真空乾燥した後、高精度全自動ガス吸着測定装置(BELSORP18、マイクロトラック・ベル社)を用い、298Kでの水蒸気吸着を多点法で測定し、BET法より負極活物質の比表面積を算出した。
<Measurement of H 2 O specific surface area: specific surface area calculated from water vapor adsorption>
After vacuum drying the negative electrode active material at 100 ° C. for 2 hours, water vapor adsorption at 298 K was measured by the multipoint method using a high-precision fully automatic gas adsorption measurement device (BELSORP18, Microtrac Bell), and the BET method. A specific surface area of the negative electrode active material was calculated.

<HO吸着量>
負極活物質を100℃で2時間真空乾燥した後、高精度全自動ガス吸着測定装置(BELSORP18、マイクロトラック・ベル社)を用い、298Kでの相対圧0.95までの水蒸気吸着を多点法で測定し、全吸着量を算出した。
<H 2 O adsorption amount>
After vacuum-drying the negative electrode active material at 100 ° C. for 2 hours, using a high-precision fully automatic gas adsorption measurement device (BELSORP18, Microtrac Bell), water vapor adsorption up to a relative pressure of 0.95 at 298 K was performed by a multipoint method. , and the total amount of adsorption was calculated.

<窒素吸着より算出される比表面積に対する水蒸気吸着より算出される比表面積の比(比(SH2O/SN2))>
上記した方法により算出したHO比表面積、及びN比表面積を用いて、窒素吸着より算出される比表面積に対する水蒸気吸着より算出される比表面積の比を算出した。
<Ratio of specific surface area calculated from water vapor adsorption to specific surface area calculated from nitrogen adsorption (ratio (S H2O /S N2 ))>
Using the H 2 O specific surface area and N 2 specific surface area calculated by the above method, the ratio of the specific surface area calculated by water vapor adsorption to the specific surface area calculated by nitrogen adsorption was calculated.

(負極の作製)
負極活物質の粉末(79.0質量%)に、導電助剤としてケッチェンブラックの粉末(6.0質量%)、バインダとしてポリアクリロニトリルを主骨格としアクリル酸及び直鎖エーテル基を付加した有機結着剤(15.0質量%)を添加し、その後混練することで負極用組成物を調製した。この負極用組成物を、電解銅箔の光沢面に塗布量が2.5mg/cmとなるように塗布し、90℃で2時間の予備乾燥を行い、ロールプレスで密度が1.30g/cmになるように調整した。その後、真空雰囲気下で、120℃で4時間乾燥させることによって硬化処理を行い、負極を得た。
(Preparation of negative electrode)
Negative electrode active material powder (79.0% by mass), Ketjenblack powder (6.0% by mass) as a conductive agent, polyacrylonitrile as a main skeleton as a binder, acrylic acid and a linear ether group added A binder (15.0% by mass) was added and then kneaded to prepare a negative electrode composition. This negative electrode composition was applied to the glossy surface of the electrolytic copper foil so that the coating amount was 2.5 mg/cm 2 , pre-dried at 90° C. for 2 hours, and roll-pressed to a density of 1.30 g/cm2. It was adjusted to be cm 3 . After that, a curing treatment was performed by drying at 120° C. for 4 hours in a vacuum atmosphere to obtain a negative electrode.

(リチウムイオン二次電池の作製)
上記で得られた負極、対極として金属リチウム、電解液として1MのLiPFを含むエチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)(体積比1:1:1)とビニレンカーボネート(VC)(1.0質量%)との混合液、セパレータとして厚さ25μmのポリエチレン製微孔膜、スペーサーとして厚さ250μmの銅板を用いて、2016型コインセルを作製した。
(Production of lithium ion secondary battery)
The negative electrode obtained above, metal lithium as the counter electrode, ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC) and ethyl methyl carbonate (EMC) containing 1M LiPF6 as the electrolyte (volume ratio 1:1:1) and vinylene A 2016-type coin cell was fabricated using a mixed solution with carbonate (VC) (1.0% by mass), a 25 μm-thick polyethylene microporous membrane as a separator, and a 250 μm-thick copper plate as a spacer.

<電池性能(初期放電容量及び初期充放電効率)>
上記で得られた電池を、25℃に保持した恒温槽に入れ、0.45mA/cmで0Vになるまで定電流充電を行った後、0Vの定電圧で電流が0.02mA/cmに相当する値に減衰するまでさらに充電し、初期充電容量を測定した。充電後、30分間の休止を入れたのちに放電を行った。放電は0.45mA/cmで1.5Vになるまで行い、初期放電容量を測定した。このとき、容量は用いた負極活物質の質量あたりに換算した。初期放電容量を初期充電容量で割って100を乗じた値を初期の充放電効率(%)として算出した。結果を表1に示す。
<Battery performance (initial discharge capacity and initial charge/discharge efficiency)>
The battery obtained above was placed in a constant temperature bath maintained at 25° C., and was charged at a constant current of 0.45 mA/cm 2 to 0 V. After that, the current was 0.02 mA/cm 2 at a constant voltage of 0 V. was further charged until it decayed to a value corresponding to , and the initial charge capacity was measured. After charging, the battery was rested for 30 minutes and then discharged. Discharge was performed at 0.45 mA/cm 2 until the voltage reached 1.5 V, and the initial discharge capacity was measured. At this time, the capacity was converted to the mass of the negative electrode active material used. The value obtained by dividing the initial discharge capacity by the initial charge capacity and multiplying by 100 was calculated as the initial charge/discharge efficiency (%). Table 1 shows the results.

<サイクル特性>
上記で得られた電池を、25℃に保持した恒温槽に入れ、0.45mA/cmで0Vになるまで定電流充電を行った後、0Vの定電圧で電流が0.02mA/cmに相当する値に減衰するまでさらに充電した。充電後、30分間の休止を入れ、その後放電を行った。放電は0.45mA/cmで1.5Vになるまで行った。この充電と放電を1サイクルとし、1サイクルを10回行うサイクル試験を行うことで、下記式により算出されるサイクル特性の評価を行った。結果を表1に示す。
式:サイクル特性(10サイクル容量維持率)=(10サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100(%)
<Cycle characteristics>
The battery obtained above was placed in a constant temperature bath maintained at 25° C., and was charged at a constant current of 0.45 mA/cm 2 to 0 V. After that, the current was 0.02 mA/cm 2 at a constant voltage of 0 V. was further charged until it decayed to a value corresponding to . After charging, the battery was rested for 30 minutes and then discharged. Discharge was performed at 0.45 mA/cm 2 to 1.5V. This charging and discharging was defined as one cycle, and a cycle test was conducted in which one cycle was performed 10 times, and the cycle characteristics calculated by the following formula were evaluated. Table 1 shows the results.
Formula: Cycle characteristics (10 cycle capacity retention rate) = (discharge capacity at 10th cycle/discharge capacity at 1st cycle) x 100 (%)

<高温貯蔵特性(維持率及び回復率)>
上記で得られた電池を25℃に保持した恒温槽に入れ、0.45mA/cmで0Vになるまで定電流充電を行った後、0Vの定電圧で電流が0.02mA/cmに相当する値に減衰するまでさらに充電した。充電後、30分間の休止を入れ、その後放電を行った。放電は0.45mA/cmで1.5Vになるまで行った。
次に、上記と同条件で2サイクル目の充電をした後、充電状態のまま電池を70℃に保持した恒温槽に入れ、72時間保管した。その後、再度25℃に保持した恒温槽に入れ、0.45mA/cmで1.5Vになるまで放電を行った。初期の放電容量に対して、70℃保管直後の放電容量の比率を、貯蔵特性の維持率とした。結果を表1に示す。
次いで、25℃の恒温槽で、上記と同条件で3サイクル目の充放電試験を行った。初期の放電容量に対して、この3サイクル目の放電容量の比率を、貯蔵特性の回復率とした。結果を表1に示す。
<High temperature storage characteristics (maintenance rate and recovery rate)>
The battery obtained above was placed in a constant temperature bath maintained at 25° C. and charged at a constant current of 0.45 mA/cm 2 to 0 V. Then, the current was reduced to 0.02 mA/cm 2 at a constant voltage of 0 V. It was further charged until it decayed to the corresponding value. After charging, the battery was rested for 30 minutes and then discharged. Discharge was performed at 0.45 mA/cm 2 to 1.5V.
Next, after the second cycle charging was performed under the same conditions as above, the battery in the charged state was placed in a constant temperature bath maintained at 70° C. and stored for 72 hours. After that, it was placed in the constant temperature bath maintained at 25° C. again, and discharged at 0.45 mA/cm 2 to 1.5 V. The ratio of the discharge capacity immediately after storage at 70° C. to the initial discharge capacity was defined as the retention rate of storage characteristics. Table 1 shows the results.
Then, in a constant temperature bath at 25° C., a third cycle charge/discharge test was performed under the same conditions as above. The ratio of the discharge capacity at the third cycle to the initial discharge capacity was defined as the recovery rate of storage characteristics. Table 1 shows the results.

<膨張率>
上記で得られた電池を25℃に保持した恒温槽に入れ、0.45mA/cmで0Vになるまで定電流充電を行った後、0Vの定電圧で電流が0.02mA/cmに相当する値に減衰するまでさらに充電した。充電後、30分間の休止を入れ、その後放電を行った。放電は0.45mA/cmで1.5Vになるまで行った。
次に、上記と同条件で2サイクル目の充電をした後、充電状態で終了しコインセルを解体して電極の厚みを測定した。この厚みを充放電試験前の電極厚みで除して100を乗じた値を電極膨張率とした。
<Expansion rate>
The battery obtained above was placed in a constant temperature bath maintained at 25° C. and charged at a constant current of 0.45 mA/cm 2 to 0 V. Then, the current was reduced to 0.02 mA/cm 2 at a constant voltage of 0 V. It was further charged until it decayed to the corresponding value. After charging, the battery was rested for 30 minutes and then discharged. Discharge was performed at 0.45 mA/cm 2 to 1.5V.
Next, after the second cycle of charging was performed under the same conditions as above, the coin cell was disassembled and the thickness of the electrode was measured. A value obtained by dividing this thickness by the electrode thickness before the charge/discharge test and multiplying the result by 100 was taken as the electrode expansion coefficient.

[実施例2~4]
炭素源の炭素化とケイ素酸化物の不均化反応を生じさせる際の化学蒸着処理温度を1000℃(実施例2)、1050℃(実施例3)、1100℃(実施例4)にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様にしてそれぞれ負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Examples 2 to 4]
Change the chemical vapor deposition temperature to 1000° C. (Example 2), 1050° C. (Example 3), and 1100° C. (Example 4) when causing the carbonization of the carbon source and the disproportionation reaction of the silicon oxide. A negative electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material was prepared, and the same evaluation was performed. Table 1 shows the results.

[比較例1、2]
炭素源の炭素化とケイ素酸化物の不均化反応を生じさせる際の化学蒸着処理温度を900℃(比較例1)、1200℃(比較例2)にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様にしてそれぞれ負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Examples 1 and 2]
Example 1, except that the chemical vapor deposition temperature for causing the carbonization of the carbon source and the disproportionation reaction of the silicon oxide was changed to 900° C. (Comparative Example 1) and 1200° C. (Comparative Example 2). Negative electrode active materials were prepared in the same manner and evaluated in the same manner. Table 2 shows the results.

[実施例5]
ケイ素酸化物粒子の粉砕工程後に得られた体積平均粒子径(D50%)が5μmのケイ素酸化物粒子に対してノビルタ(NOB-VC、ホソカワミクロン株式会社)によって表面改質の追加処理を実施した以外は、実施例2と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 5]
Silicon oxide particles having a volume average particle diameter (D50%) of 5 μm obtained after the pulverization process of the silicon oxide particles were subjected to additional surface modification treatment using Nobilta (NOB-VC, Hosokawa Micron Corporation). prepared a negative electrode active material in the same manner as in Example 2, and performed the same evaluation. Table 1 shows the results.

[実施例6]
ケイ素酸化物粒子の粉砕工程後に得られた体積平均粒子径(D50%)が5μmのケイ素酸化物粒子に対してメカノフュージョンシステム(Lab、ホソカワミクロン株式会社)によって表面改質の追加処理を実施した以外は、実施例2と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 6]
Silicon oxide particles having a volume average particle diameter (D50%) of 5 μm obtained after the pulverization process of the silicon oxide particles were subjected to additional surface modification treatment by a Mechanofusion system (Lab, Hosokawa Micron Corporation). prepared a negative electrode active material in the same manner as in Example 2, and performed the same evaluation. Table 1 shows the results.

[実施例7]
ケイ素酸化物粒子の粉砕工程において、粉砕装置としてファインインパクトミル:ピンミル型(UPZ、ホソカワミクロン株式会社)を用い、ケイ素酸化物粒子の体積平均粒子径(D50%)が5μmとなるように粉砕した以外は、実施例2と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 7]
In the step of pulverizing silicon oxide particles, a fine impact mill: pin mill type (UPZ, Hosokawa Micron Corporation) was used as a pulverizing device, except that the silicon oxide particles were pulverized so that the volume average particle diameter (D50%) was 5 μm. prepared a negative electrode active material in the same manner as in Example 2, and performed the same evaluation. Table 1 shows the results.

[実施例8]
ケイ素酸化物粒子の粉砕工程において、粉砕装置としてファインミル(SF型、日本コークス工業株式会社)を用い、ケイ素酸化物粒子の体積平均粒子径(D50%)が5μmとなるように粉砕した以外は、実施例2と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 8]
In the pulverization step of the silicon oxide particles, a fine mill (SF type, Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) was used as a pulverizer, and the silicon oxide particles were pulverized so that the volume average particle diameter (D50%) was 5 μm. , a negative electrode active material was prepared in the same manner as in Example 2, and the same evaluation was performed. Table 1 shows the results.

[実施例9]
アセチレンガスの分圧を20%とし、処理時間を4時間の条件に変更した以外は、実施例2と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 9]
A negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 2, except that the partial pressure of the acetylene gas was changed to 20% and the treatment time was changed to 4 hours, and the same evaluation was performed. Table 1 shows the results.

[実施例10]
炭素源に圧縮天然ガスを使用した以外は、実施例2と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 10]
A negative electrode active material was prepared in the same manner as in Example 2, except that compressed natural gas was used as the carbon source, and the same evaluation was performed. Table 2 shows the results.

[実施例11]
圧縮天然ガスの分圧を20%に変更した以外は、実施例10と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 11]
A negative electrode active material was prepared in the same manner as in Example 10, except that the partial pressure of the compressed natural gas was changed to 20%, and the same evaluation was performed. Table 2 shows the results.

[実施例12]
炭素源にメタンガスを使用した以外は、実施例2と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 12]
A negative electrode active material was prepared in the same manner as in Example 2, except that methane gas was used as the carbon source, and the same evaluation was performed. Table 2 shows the results.

[実施例13]
メタンガスの分圧を20%に変更した以外は、実施例12と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 13]
A negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 12, except that the partial pressure of methane gas was changed to 20%, and the same evaluation was performed. Table 2 shows the results.

[実施例14]
実施例1のケイ素酸化物の粉砕工程後に得られた体積平均粒子径(D50%)5μmのケイ素酸化物粒子1000gと、炭素の炭素源として石油系ピッチ(固定炭素75質量%)34gを混合装置(ロッキングミキサーRM-10G、愛知電機株式会社)に投入し、5分間混合した後、アルミナ製の熱処理容器に充填した。熱処理容器に充填した後、これを雰囲気焼成炉において、窒素雰囲気下で、1000℃、5時間の熱処理を行い、炭素源を炭素化して熱処理物を得た。得られた熱処理物を乳鉢により解砕し、300M(300メッシュ)の試験篩により篩い分けして、負極活物質を作製した。その後、実施例1と同様の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 14]
An apparatus for mixing 1000 g of silicon oxide particles having a volume average particle diameter (D50%) of 5 μm obtained after the silicon oxide pulverization step of Example 1 and 34 g of petroleum pitch (75% by mass of fixed carbon) as a carbon source. (Rocking Mixer RM-10G, Aichi Denki Co., Ltd.), mixed for 5 minutes, and then filled into a heat treatment container made of alumina. After filling the heat treatment container, this was heat treated at 1000° C. for 5 hours in an atmosphere firing furnace under a nitrogen atmosphere to carbonize the carbon source and obtain a heat treated product. The obtained heat-treated material was pulverized in a mortar and sieved through a 300M (300 mesh) test sieve to prepare a negative electrode active material. After that, the same evaluation as in Example 1 was performed. Table 2 shows the results.

[実施例15]
炭素源として用いた石油系ピッチの量を67gに変更した以外は、実施例14と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 15]
A negative electrode active material was prepared in the same manner as in Example 14, except that the amount of petroleum pitch used as the carbon source was changed to 67 g, and the same evaluation was performed. Table 2 shows the results.

[比較例3]
アセチレンガスの分圧を30%に変更した以外は、実施例9と同様にして負極活物質を作製し、同様の評価を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Example 3]
A negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 9, except that the partial pressure of the acetylene gas was changed to 30%, and the same evaluation was performed. Table 2 shows the results.

Figure 0007159838000001
Figure 0007159838000001

Figure 0007159838000002
Figure 0007159838000002

表1及び表2に示されるように、X線回折ピーク強度比(PSi/PSiO2)及び比(SH2O/SN2)の値がいずれも所定の条件を満たす負極活物質を用いた実施例1~15のリチウムイオン二次電池は、初期放電容量が高く、電極の膨張が抑制され、高温貯蔵特性に優れていた。
X線回折ピーク強度比(PSi/PSiO2)が所定の条件を満たさない比較例1、2の負極活物質は、初期放電容量が実施例よりも劣っていた。
比(SH2O/SN2)が所定の条件を満たさない比較例3の負極活物質は、初期放電容量、初期充放電効率、電極の膨張率、サイクル特性、及び高温貯蔵特性が実施例よりも劣っていた。
As shown in Tables 1 and 2, the negative electrode active material that satisfies predetermined conditions for both the X-ray diffraction peak intensity ratio (P Si /P SiO2 ) and the ratio (S H2O /S N2 ) was used. The lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 15 had a high initial discharge capacity, suppressed expansion of the electrode, and were excellent in high-temperature storage characteristics.
The negative electrode active materials of Comparative Examples 1 and 2, in which the X-ray diffraction peak intensity ratio (P Si /P SiO2 ) did not satisfy the predetermined condition, were inferior to those of Examples in initial discharge capacity.
The negative electrode active material of Comparative Example 3, in which the ratio (S H2O /S N2 ) does not satisfy the predetermined conditions, has better initial discharge capacity, initial charge-discharge efficiency, electrode expansion rate, cycle characteristics, and high-temperature storage characteristics than those of the examples. was inferior.

本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。 All publications, patent applications and technical standards mentioned herein are to the same extent as if each individual publication, patent application and technical standard were specifically and individually noted to be incorporated by reference. incorporated herein by reference.

10…炭素、12…炭素の微粒子、20…ケイ素酸化物粒子 10... Carbon, 12... Fine particles of carbon, 20... Silicon oxide particles

Claims (9)

炭素が表面の一部又は全部に存在するケイ素酸化物粒子を含み、
線源として波長0.15406nmのCuKα線を使用したときの、SiOに由来する2θ=20°~25°のX線回折ピーク強度に対するSiに由来する2θ=27°~29°のX線回折ピーク強度の比(PSi/PSiO2)が1.0~2.6の範囲であり、
77Kでの窒素吸着より算出される比表面積に対する298Kでの水蒸気吸着より算出される比表面積の比(SH2O/SN2)が0.60以下であり、
77Kでの窒素吸着より算出される比表面積が、0.1m /g~2.4m /gである、リチウムイオン二次電池用負極活物質。
comprising silicon oxide particles with carbon present on part or all of the surface;
X-ray diffraction at 2θ = 27° to 29° derived from Si relative to X-ray diffraction peak intensity at 2θ = 20° to 25° derived from SiO 2 when using CuKα rays with a wavelength of 0.15406 nm as the radiation source The peak intensity ratio (P Si /P SiO2 ) is in the range of 1.0 to 2.6,
The ratio of the specific surface area calculated from water vapor adsorption at 298K to the specific surface area calculated from nitrogen adsorption at 77K (S H2O /S N2 ) is 0.60 or less ,
A negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, having a specific surface area calculated from nitrogen adsorption at 77K of 0.1 m 2 /g to 2.4 m 2 /g.
長径Lと短径Sの比(S/L)で表されるアスペクト比の平均値が0.45≦S/L≦1の範囲である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。 2. The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the average value of the aspect ratio represented by the ratio (S/L) of the major axis L to the minor axis S is in the range of 0.45≦S/L≦1. active material. レーザー回折・散乱法により得られる体積累積分布曲線において、小粒径側からの累積が90%となるときの粒子径(D90%)に対する小粒径側からの累積が10%となるときの粒子径(D10%)の比(D10%/D90%)が0.1以上である、請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。 In the volume cumulative distribution curve obtained by the laser diffraction/scattering method, the particle diameter when the accumulation from the small particle side is 90% (D90%) Particles when the accumulation from the small particle side is 10% 3. The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the ratio (D10%/D90%) of diameters (D10%) is 0.1 or more. 前記炭素の含有率が、前記ケイ素酸化物粒子と前記炭素の合計の0.1質量%~10.0質量%である、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。 The lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon content is 0.1% by mass to 10.0% by mass of the total of the silicon oxide particles and the carbon. Negative electrode active material for secondary batteries. X線回折スペクトルにおいてSi(111)に帰属される回折ピークを有し、前記回折ピークから算出されるケイ素の結晶子の大きさが1.0nm~15.0nmである、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。 Claims 1 to 1, wherein the X-ray diffraction spectrum has a diffraction peak attributed to Si(111), and the silicon crystallite size calculated from the diffraction peak is 1.0 nm to 15.0 nm. 5. The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of 4. 体積平均粒子径が、0.1μm~20μmである、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。 The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, having a volume average particle size of 0.1 µm to 20 µm. さらに炭素系負極活物質を含む、請求項1~請求項のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。 The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a carbon-based negative electrode active material. 集電体と、前記集電体上に設けられている請求項1~請求項のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質を含む負極材層と、を有するリチウムイオン二次電池用負極。 A lithium ion having a current collector and a negative electrode material layer containing the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7 provided on the current collector. Negative electrode for secondary batteries. 正極と、請求項に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、電解質と、を備えるリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 8 , and an electrolyte.
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