JP7259792B2 - Negative electrode active material, method for producing negative electrode active material, and battery - Google Patents

Negative electrode active material, method for producing negative electrode active material, and battery Download PDF

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Description

本開示は、負極活物質、負極活物質の製造方法および電池に関する。 The present disclosure relates to a negative electrode active material, a method for producing the negative electrode active material, and a battery.

近年、電池の開発が盛んに行われている。例えば、自動車産業界では、電気自動車また
はハイブリッド自動車に用いられる電池および電池に用いられる活物質の開発が進められている。
Batteries have been actively developed in recent years. For example, in the automotive industry, the development of batteries used in electric vehicles or hybrid vehicles and active materials used in batteries is underway.

例えば、全固体電池の負極層に用いられる負極活物質として、Si系活物質が知られている。例えば、特許文献1には、Siと炭素との複合粒子を負極活物質として用いた全固体電池が開示されている。特許文献2および特許文献3には、多孔質シリコンを負極活物質として用いることが開示されている。 For example, a Si-based active material is known as a negative electrode active material used for a negative electrode layer of an all-solid-state battery. For example, Patent Literature 1 discloses an all-solid battery using composite particles of Si and carbon as a negative electrode active material. Patent Documents 2 and 3 disclose the use of porous silicon as a negative electrode active material.

特開2017-054720号公報JP 2017-054720 A 特開2013-008487号公報JP 2013-008487 A 特開2013-203626号公報JP 2013-203626 A

負極活物質としては、充電に伴う膨張量が小さいことが求められている。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、充電に伴う膨張量が小さい負極活物質を提供することを主目的とする。 A negative electrode active material is required to have a small amount of expansion due to charging. The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present disclosure is to provide a negative electrode active material with a small amount of swelling due to charging.

上記課題を解決するために、本開示においては、電池に用いられる負極活物質であって、上記負極活物質が、Si繊維を含有する不織布状の粒子であり、上記負極活物質の平均粒子径(D50)が、0.2μm以上3.6μm以下であり、上記負極活物質が非晶質である、負極活物質を提供する。 In order to solve the above problems, the present disclosure provides a negative electrode active material used in a battery, wherein the negative electrode active material is non-woven fabric particles containing Si fibers, and the average particle diameter of the negative electrode active material (D 50 ) is 0.2 μm or more and 3.6 μm or less, and the negative electrode active material is amorphous.

本開示によれば、負極活物質がSi繊維を含有する不織布状の粒子であるため、充電に伴う膨張量が小さい負極活物質とすることができる。 According to the present disclosure, since the negative electrode active material is non-woven fabric particles containing Si fibers, the negative electrode active material can be made to have a small amount of expansion due to charging.

上記開示においては、CuKα線を用いたXRD測定において、ピーク位置が2θ=28.4°±0.5°にあり、かつ、Siに由来するピークaが観察されなくてもよい。 In the above disclosure, the peak position may be at 2θ=28.4°±0.5° and the Si-derived peak a may not be observed in the XRD measurement using CuKα rays.

上記開示においては、CuKα線を用いたXRD測定において、ピーク位置が2θ=28.4°±0.5°にあり、かつ、Siに由来するピークaが観察され、ピーク位置が2θ=24.0°~32.0°にあり、かつ、半値幅が3°以上であるピークbが観察され、上記ピークaの強度をIaとし、上記ピークbの強度をIbとした場合に、XRD強度比(Ia/Ib)が、3.80以下であってもよい。 In the above disclosure, in the XRD measurement using CuKα rays, the peak position is at 2θ=28.4°±0.5°, and a peak a derived from Si is observed, and the peak position is 2θ=24. A peak b that is at 0 ° to 32.0 ° and has a half width of 3 ° or more is observed. When the intensity of the peak a is Ia and the intensity of the peak b is Ib, the XRD intensity ratio (Ia/Ib) may be 3.80 or less.

上記開示においては、CuKα線を用いたXRD測定において、ピーク位置が2θ=20.8°±0.5°にあり、かつ、SiOに由来するピークcが観察されなくてもよい。 In the above disclosure, the peak position may be at 2θ=20.8°±0.5° and the peak c derived from SiO 2 may not be observed in the XRD measurement using CuKα rays.

上記開示においては、ピーク位置が2θ=20°~30°にあり、かつ、リチウムシリケートに由来するピークdが観察されなくてもよい。 In the disclosure above, the peak position is at 2θ=20° to 30°, and the peak d derived from lithium silicate may not be observed.

上記開示においては、上記Si繊維の平均直径が、8nm以上70nm以下であってもよい。 In the above disclosure, the Si fibers may have an average diameter of 8 nm or more and 70 nm or less.

上記開示においては、上記Si繊維のアスペクト比(平均長さ/平均直径)が、1以上50以下であってもよい。 In the above disclosure, the Si fibers may have an aspect ratio (average length/average diameter) of 1 or more and 50 or less.

また、本開示においては、Si元素とLi元素とを含有するLiSi前駆体に、分散媒を添加してLiSi前駆体分散液を得る、分散工程と、上記LiSi前駆体分散液にLi抽出溶媒を添加して、上記LiSi前駆体から上記Li元素を抽出し、Si繊維を含有する不織布状の粒子を得る、Li抽出工程とを有し、上記分散媒の比誘電率が、3.08以下である、負極活物質の製造方法を提供する。 Further, in the present disclosure, a dispersing step of adding a dispersion medium to a LiSi precursor containing Si element and Li element to obtain a LiSi precursor dispersion, and adding a Li extraction solvent to the LiSi precursor dispersion. and extracting the Li element from the LiSi precursor to obtain non-woven fabric-like particles containing Si fibers, wherein the dispersion medium has a dielectric constant of 3.08 or less. Provided is a method for producing a negative electrode active material.

本開示によれば、分散工程後にLi抽出工程を行うことで、Si繊維を含有する不織布状の粒子である負極活物質を製造することができる。 According to the present disclosure, by performing the Li extraction step after the dispersion step, it is possible to produce a negative electrode active material that is non-woven fabric-like particles containing Si fibers.

上記開示においては、上記分散媒が、n-ブチルエーテル、1,3,5-トリメチルベンゼンおよびn-ヘプタンの少なくとも一種であってもよい。 In the above disclosure, the dispersion medium may be at least one of n-butyl ether, 1,3,5-trimethylbenzene and n-heptane.

上記開示においては、上記Li抽出溶媒が、エタノール、1-プロパノール、1-ブタノール、1-ヘキサノールおよび酢酸の少なくとも一種であってもよい。 In the above disclosure, the Li extraction solvent may be at least one of ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-hexanol and acetic acid.

上記開示においては、上記Li抽出工程の後に、上記不織布状の粒子を酸で洗浄する、洗浄工程を有していてもよい。 The above disclosure may include a washing step of washing the non-woven fabric particles with an acid after the Li extraction step.

また、本開示においては、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有する電池であって、上記負極活物質層が、上述した負極活物質を含有する、電池を提供する。 Further, in the present disclosure, a battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, wherein the negative electrode active material A battery is provided in which the layer contains the negative electrode active material described above.

本開示によれば、負極活物質層が上述した負極活物質を含有することで、拘束圧を低減できる電池とすることができる。 According to the present disclosure, the negative electrode active material layer contains the negative electrode active material described above, so that the battery can reduce the binding pressure.

本開示における負極活物質は、充電に伴う膨張量が小さいという効果を奏する。 The negative electrode active material according to the present disclosure has the effect of having a small amount of expansion due to charging.

本開示における負極活物質の製造方法の一例を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow chart showing an example of a method for producing a negative electrode active material in the present disclosure; 本開示における電池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 a battery in the present disclosure; FIG. 実施例1における負極活物質のXRD測定の結果である。4 shows the result of XRD measurement of the negative electrode active material in Example 1. FIG. 実施例1~2および比較例1における負極活物質のTEM画像である。1 is a TEM image of negative electrode active materials in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG. 比較例1における負極活物質のSEM画像である。4 is an SEM image of a negative electrode active material in Comparative Example 1. FIG. 実施例8~10における負極活物質のXRD測定の結果である。2 shows the results of XRD measurement of negative electrode active materials in Examples 8 to 10. FIG.

以下、本開示における負極活物質、負極活物質の製造方法および電池について、詳細に説明する。 The negative electrode active material, the method for producing the negative electrode active material, and the battery according to the present disclosure will be described in detail below.

A.負極活物質
本開示における負極活物質は、電池に用いられる負極活物質であって、上記負極活物質が、Si繊維を含有する不織布状の粒子であり、上記負極活物質の平均粒子径(D50)が、0.2μm以上3.6μm以下であり、上記負極活物質が非晶質である。
A. Negative electrode active material The negative electrode active material in the present disclosure is a negative electrode active material used in a battery, the negative electrode active material is a non-woven fabric containing Si fibers, and the average particle diameter (D 50 ) is 0.2 μm or more and 3.6 μm or less, and the negative electrode active material is amorphous.

本開示によれば、負極活物質がSi繊維を含有する不織布状の粒子であるため、充電に伴う膨張量が小さい負極活物質とすることができる。例えば上記特許文献1~3のように、負極活物質として高容量なSi粒子を用いることが知られている。ところが、Si粒子を負極活物質として用いた場合には、充電に伴う膨張が大きくなってしまう。これに対して、特許文献1では、負極活物質の粒子径の調整および負極(負極活物質層)に所定の空隙を持たせることで、膨張の抑制を図っている。また、特許文献2および3では、負極活物質粒子を多孔質とすることで、膨張の抑制を図っている。しかしながら、膨張低減にはさらなる改善の余地がある。これに対して、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、所定の方法であれば、Si繊維が3次元的に絡み合った不織布状の負極活物質が得られることを発見した。特許文献2および3に記載された多孔質の負極活物質粒子は、後述する比較例1の顕微鏡画像で示されるような形状であると考えられ、本開示のような形状の負極活物質は従来知られていない。さらに、本発明者は、このような負極活物質であれば充電時における膨張量がより低減されることを見出した。 According to the present disclosure, since the negative electrode active material is non-woven fabric particles containing Si fibers, the negative electrode active material can be made to have a small amount of expansion due to charging. For example, as in Patent Documents 1 to 3 above, it is known to use high-capacity Si particles as a negative electrode active material. However, when Si particles are used as the negative electrode active material, expansion due to charging increases. On the other hand, in Patent Document 1, expansion is suppressed by adjusting the particle size of the negative electrode active material and providing a predetermined gap in the negative electrode (negative electrode active material layer). Moreover, in Patent Documents 2 and 3, expansion is suppressed by making the negative electrode active material particles porous. However, there is room for further improvement in swelling reduction. On the other hand, as a result of extensive studies, the inventors of the present invention have found that a non-woven fabric-like negative electrode active material in which Si fibers are three-dimensionally entangled can be obtained by a predetermined method. The porous negative electrode active material particles described in Patent Documents 2 and 3 are considered to have a shape as shown in the microscope image of Comparative Example 1 described later, and the negative electrode active material having a shape such as that of the present disclosure has been conventionally unknown. Furthermore, the inventors have found that such a negative electrode active material can further reduce the amount of swelling during charging.

また、本開示における負極活物質は非晶質である。非晶質、つまり、低結晶シリコンは、結晶性シリコンに比べて、Si-Siの結合距離が長くなっていると考えられため、負極活物質が非晶質であれば、イオン挿入時(充電時)の膨張がさらに抑制できると考えられる。 Also, the negative electrode active material in the present disclosure is amorphous. Amorphous, that is, low-crystalline silicon, is thought to have a longer Si—Si bond distance than crystalline silicon. It is thought that the expansion of time) can be further suppressed.

さらに、本開示における負極活物質は、所定の平均粒子径(D50)を有している。平均粒子径が大きい負極活物質を負極活物質層に用いた場合、粒子径の大きい負極活物質に優先的にイオンが挿入され負極活物質層が局所的に大きく膨張してしまうと考えられる。しかしながら、本開示のような平均粒子径であれば、負極活物質全体に均一にイオンが挿入され、負極活物質層が均一に膨張すると考えられる。その結果、負極活物質層全体としての膨張が抑制できると考えられる。
以下、本開示における負極活物質をより詳細に説明する。
Furthermore, the negative electrode active material in the present disclosure has a predetermined average particle size ( D50 ). When a negative electrode active material with a large average particle size is used for the negative electrode active material layer, ions are preferentially inserted into the negative electrode active material with a large particle size, and the negative electrode active material layer locally expands significantly. However, with an average particle size as disclosed in the present disclosure, it is believed that ions are uniformly inserted into the entire negative electrode active material, and the negative electrode active material layer uniformly expands. As a result, it is considered that expansion of the negative electrode active material layer as a whole can be suppressed.
The negative electrode active material in the present disclosure will be described in more detail below.

本開示における負極活物質は、Si繊維を含有する不織布状の粒子である。なお、本開示において不織布状とは、Si繊維が三次元的に絡み合った網目形状を意味する。 The negative electrode active material in the present disclosure is non-woven fabric particles containing Si fibers. In the present disclosure, the non-woven fabric means a mesh shape in which Si fibers are three-dimensionally entangled.

本開示におけるSi繊維は、所定の平均直径を有していてもよい。平均直径は、例えば8nm以上であり、10nm以上であってもよく、15nm以上であってもよく、20nm以上であってもよい。一方、平均直径は、例えば70nm以下であり、60nm以下であってもよく、50nm以下であってもよく、40nm以下であってもよく、30nm以下であってもよい。また、本開示におけるSi繊維は、所定の平均長さを有していてもよい。平均長さは、例えば50nm以上400nm以下である。ここで、本開示におけるSi繊維の長さとは、一方の連結点(複数のSiが連結する点)から、他方の連結点(複数のSiが連結する点)までの長さと定義する。Si繊維の平均長さおよび平均直径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察により求めることができる。サンプル数は多いことが好ましく、例えば100以上である。 Si fibers in the present disclosure may have a predetermined average diameter. The average diameter is, for example, 8 nm or more, may be 10 nm or more, may be 15 nm or more, or may be 20 nm or more. On the other hand, the average diameter is, for example, 70 nm or less, may be 60 nm or less, may be 50 nm or less, may be 40 nm or less, or may be 30 nm or less. Also, the Si fibers in the present disclosure may have a predetermined average length. The average length is, for example, 50 nm or more and 400 nm or less. Here, the length of the Si fiber in the present disclosure is defined as the length from one connection point (point where a plurality of Si are connected) to the other connection point (point where a plurality of Si are connected). The average length and average diameter of Si fibers can be determined, for example, by observation with a scanning electron microscope (SEM). The number of samples is preferably large, for example 100 or more.

また、本開示におけるSi繊維は、所定のアスペクト比(平均長さ/平均直径)を有していてもよい。アスペクト比(平均長さ/平均直径)は、例えば1以上であり、5以上であってもよく、15以上であってもよく、20以上であってもよい。一方、アスペクト比(平均長さ/平均直径)は、例えば50以下であり、40以下であってもよく、30以下であってもよい。 Also, the Si fibers in the present disclosure may have a predetermined aspect ratio (average length/average diameter). The aspect ratio (average length/average diameter) is, for example, 1 or more, may be 5 or more, may be 15 or more, or may be 20 or more. On the other hand, the aspect ratio (average length/average diameter) is, for example, 50 or less, may be 40 or less, or may be 30 or less.

本開示におけるSi繊維は、Siの単体であってもよく、Si元素を主成分として含有する合金であってもよい。合金中のSi元素の割合は、例えば50at%以上であり、70at%以上であってもよく、90at%以上であってもよい。合金中のSi元素以外の金属元素としては、例えばLi元素を挙げることができる。 The Si fiber in the present disclosure may be a simple substance of Si, or may be an alloy containing Si element as a main component. The proportion of Si element in the alloy is, for example, 50 at % or more, may be 70 at % or more, or may be 90 at % or more. Examples of metal elements other than Si elements in the alloy include Li elements.

本開示における負極活物質は、所定の平均粒子径(D50)を有している。平均粒子径(D50)は0.2μm以上であり、例えば、0.5μm以上であってもよく、1.0μm以上であってもよく、1.5μm以上であってもよい。一方、平均粒子径(D50)は3.6μm以下であり、例えば、3.0μm以下であってもよく、2.5μm以下であってもよく、2.0μm以下であってもよい。負極活物質の平均粒子径(D50)が上記のような範囲であれば、負極活物質層に用いた場合、負極活物質全体に均一にイオンが挿入され、負極活物質層が均一に膨張することにより、負極活物質層全体としての膨張が抑制できると考えられる。平均粒子径(D50)は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察により求めることができる。サンプル数は多いことが好ましく、例えば100以上である。平均粒子径(D50)の調整方法は、後述する「B.負極活物質の製造方法」で説明する。 The negative electrode active material in the present disclosure has a predetermined average particle size ( D50 ). The average particle diameter (D 50 ) is 0.2 μm or more, and may be, for example, 0.5 μm or more, 1.0 μm or more, or 1.5 μm or more. On the other hand, the average particle diameter (D 50 ) is 3.6 μm or less, and may be, for example, 3.0 μm or less, 2.5 μm or less, or 2.0 μm or less. When the average particle diameter (D 50 ) of the negative electrode active material is within the above range, when it is used in the negative electrode active material layer, ions are uniformly inserted into the entire negative electrode active material, and the negative electrode active material layer is uniformly expanded. By doing so, it is considered that the expansion of the entire negative electrode active material layer can be suppressed. The average particle size (D 50 ) can be determined, for example, by observation with a scanning electron microscope (SEM). The number of samples is preferably large, for example 100 or more. A method for adjusting the average particle size (D 50 ) will be described later in "B. Manufacturing method of negative electrode active material".

また、本開示における負極活物質は非晶質である。ここで、本開示において非晶質とは、CuKα線を用いたXRD測定においてハローピーク(ハローパターンにおけるブロードなピーク)が確認されることを言う。ハローピークは、CuKα線を用いたXRD測定において、ピーク位置が2θ=24.0°~32.0°にあることが好ましい。同様に、ハローピークは、ピーク位置が2θ=40.0°~60.0°にあることが好ましい。また、ハローピークの半値幅は、例えば3°以上であり、5°以上であってもよく、10°以上であってもよい。なお、本開示においては、CuKα線を用いたXRD測定において、ピーク位置が2θ=24.0°~32.0°にあり、かつ、半値幅が3°以上であるハローピーク(後述するピークb)が観察されることが好ましい。 Also, the negative electrode active material in the present disclosure is amorphous. Here, in the present disclosure, the term “amorphous” means that a halo peak (a broad peak in the halo pattern) is confirmed in XRD measurement using CuKα rays. The halo peak preferably has a peak position at 2θ=24.0° to 32.0° in XRD measurement using CuKα rays. Similarly, the halo peak preferably has a peak position at 2θ=40.0° to 60.0°. Further, the half width of the halo peak is, for example, 3° or more, may be 5° or more, or may be 10° or more. In the present disclosure, in the XRD measurement using CuKα rays, a halo peak having a peak position at 2θ = 24.0 ° to 32.0 ° and a half width of 3 ° or more (peak b described later ) is preferably observed.

また、本開示における負極活物質は、CuKα線を用いたXRD測定において、ピーク位置が2θ=28.4°±0.5°にあり、かつ、Siに由来するピークaが観察されなくてもよく、観察されてもよいが、前者の方が、後者よりも、負極活物質の非晶質性が高いことを意味する。ピークaは、Si結晶相(ダイヤモンド型のSi結晶相)に由来するピークである。また、「ピークaが観察されない」とは、ピークaの強度が、周囲のノイズと区別できない程度に小さいことをいう。この定義は、ピークa以外のピークについても同様である。 In addition, the negative electrode active material in the present disclosure has a peak position at 2θ = 28.4 ° ± 0.5 ° in XRD measurement using CuKα rays, and even if peak a derived from Si is not observed Well, it may be observed that the former means that the negative electrode active material is more amorphous than the latter. Peak a is a peak derived from the Si crystal phase (diamond-shaped Si crystal phase). Moreover, "the peak a is not observed" means that the intensity of the peak a is so small that it cannot be distinguished from the surrounding noise. This definition is the same for peaks other than peak a.

ピークaのピーク位置は、2θ=28.4°±0.4°であってもよく、2θ=28.4°±0.2°であってもよい。また、ピークaの半値幅は、通常、ピークbの半値幅より小さく、例えば3°以下であり、1°以下であってもよく、0.5°以下であってもよい。 The peak position of peak a may be 2θ=28.4°±0.4° or 2θ=28.4°±0.2°. The half-value width of peak a is usually smaller than the half-value width of peak b, for example, 3° or less, may be 1° or less, or may be 0.5° or less.

また、本開示における負極活物質は、CuKα線を用いたXRD測定において、通常、ピーク位置が2θ=24.0°~32.0°にあり、かつ、半値幅が3°以上であるピークbが観察される。ピークbは、上述したハローピークの一つであり、ピークaとは異なるピークである。ピークbの半値幅は、例えば、4°以上であってもよく、5°以上であってもよく、10°以上であってもよい。ピークbのピーク強度Ibは得られた回折パターンをフィッティングすることで算出することができる。 In addition, the negative electrode active material in the present disclosure usually has a peak position at 2θ = 24.0 ° to 32.0 ° and a half width of 3 ° or more in XRD measurement using CuKα rays. is observed. Peak b is one of the halo peaks described above and is different from peak a. The half width of peak b may be, for example, 4° or more, 5° or more, or 10° or more. The peak intensity Ib of the peak b can be calculated by fitting the obtained diffraction pattern.

ピークaが観察され、ピークaの強度をIaとし、ピークbの強度をIbとした場合に、XRD強度比(Ia/Ib)が所定の範囲にあってもよい。XRD強度比(Ia/Ib)は、例えば3.80以下であり、3.50以下であってもよく、3.00以下であってもよく、2.50以下であってもよい。一方、XRD強度比(Ia/Ib)は、例えば0.95以上であり、0.99以上であってもよく、1.50以上であってもよく、2.00以上であってもよい。XRD強度比の調整方法については、後述する「B.負極活物質の製造方法」で説明する。なお、「ピークの強度」とは、回折チャートにおけるX軸(2θ)からの高さをいう。 When peak a is observed and the intensity of peak a is Ia and the intensity of peak b is Ib, the XRD intensity ratio (Ia/Ib) may be within a predetermined range. The XRD intensity ratio (Ia/Ib) is, for example, 3.80 or less, may be 3.50 or less, may be 3.00 or less, or may be 2.50 or less. On the other hand, the XRD intensity ratio (Ia/Ib) is, for example, 0.95 or more, may be 0.99 or more, may be 1.50 or more, or may be 2.00 or more. A method for adjusting the XRD intensity ratio will be described later in "B. Manufacturing method of negative electrode active material". The term "peak intensity" refers to the height from the X-axis (2θ) in the diffraction chart.

また、本開示における負極活物質は、CuKα線を用いたXRD測定において、ピーク位置が2θ=20.8°±0.5°にあり、かつ、SiOに由来するピークcが観察されなくてもよく、観察されてもよいが、前者が好ましい。不純物の少ない負極活物質とすることができるからである。ピークcのピーク位置は、2θ=20.8°±0.4°であってもよく、2θ=20.8°±0.2°であってもよい。また、ピークcの半値幅は、通常、ピークbの半値幅より小さく、例えば3°以下であり、1°以下であってもよく、0.5°以下であってもよい。 In addition, the negative electrode active material in the present disclosure has a peak position at 2θ = 20.8 ° ± 0.5 ° in XRD measurement using CuKα rays, and no peak c derived from SiO 2 is observed. may also be observed, but the former is preferred. This is because a negative electrode active material containing few impurities can be obtained. The peak position of peak c may be 2θ=20.8°±0.4° or 2θ=20.8°±0.2°. The half width of peak c is usually smaller than the half width of peak b, for example, 3° or less, may be 1° or less, or may be 0.5° or less.

ピークaおよびピークcが観察され、ピークaの強度をIaとし、ピークcの強度をIcとした場合に、XRD強度比(Ic/Ia)は小さいことが好ましい。XRD強度比(Ic/Ia)は、例えば1.1以下であり、1.05以下であってもよく、1.00以下であってもよい。一方、ピークaが観察されず、ピークcが観察される場合、2θ=28.4°における強度をIa´とする。XRD強度比(Ic/Ia´)は、上述したXRD強度比(Ic/Ia)と同様の関係を満たすことが好ましい。 When peak a and peak c are observed and the intensity of peak a is Ia and the intensity of peak c is Ic, the XRD intensity ratio (Ic/Ia) is preferably small. The XRD intensity ratio (Ic/Ia) is, for example, 1.1 or less, may be 1.05 or less, or may be 1.00 or less. On the other hand, when peak a is not observed and peak c is observed, the intensity at 2θ=28.4° is defined as Ia′. The XRD intensity ratio (Ic/Ia') preferably satisfies the same relationship as the XRD intensity ratio (Ic/Ia) described above.

また、本開示における負極活物質は、CuKα線を用いたXRD測定において、ピーク位置が2θ=20°~30°にあり、かつ、リチウムシリケートに由来するピークdが観察されなくてもよく、観察されてもよいが、前者が好ましい。不純物の少ない負極活物質とすることができるからである。ピークdは、リチウムシリケートに由来するピークである。2θ=20°~30°において、ピークdが得られる位置は、例えば2θ=24.7±0.5°および2θ=26.0±0.5°が挙げられる。ピークdは単一のピークとして観察されてもよく、複数のピークとして観察されてもよい。リチウムシリケートは、Li、Si、Oを含有する化合物であり、典型的にはLiSiが該当する。また、ピークdの半値幅は、通常、ピークbの半値幅より小さく、例えば3°以下であり、1°以下であってもよく、0.5°以下であってもよい。 In addition, the negative electrode active material in the present disclosure has a peak position at 2θ = 20 ° to 30 ° in XRD measurement using CuKα rays, and peak d derived from lithium silicate may not be observed. may be used, but the former is preferred. This is because a negative electrode active material containing few impurities can be obtained. Peak d is a peak derived from lithium silicate. At 2θ=20° to 30°, the positions at which peak d is obtained include, for example, 2θ=24.7±0.5° and 2θ=26.0±0.5°. Peak d may be observed as a single peak or as multiple peaks. Lithium silicate is a compound containing Li, Si and O, typically Li6Si2O7 . The half width of peak d is usually smaller than the half width of peak b, for example, 3° or less, may be 1° or less, or may be 0.5° or less.

ピークaおよびピークdが観察され、ピークaの強度をIaとし、ピークdの強度をIdとした場合に、XRD強度比(Id/Ia)は小さいことが好ましい。XRD強度比(Id/Ia)は、例えば0.8以下であり、0.6以下であってもよい。なお、ピークdが複数観察される場合には、複数のピークdの中で最も大きい強度をIdとする。一方、ピークaが観察されず、ピークdが観察される場合、2θ=28.4°における強度をIa´とする。XRD強度比(Id/Ia´)は、上述したXRD強度比(Id/Ia)と同様の関係を満たすことが好ましい。 When peak a and peak d are observed and the intensity of peak a is Ia and the intensity of peak d is Id, the XRD intensity ratio (Id/Ia) is preferably small. The XRD intensity ratio (Id/Ia) is, for example, 0.8 or less, and may be 0.6 or less. When multiple peaks d are observed, the highest intensity among the multiple peaks d is Id. On the other hand, when peak a is not observed and peak d is observed, the intensity at 2θ=28.4° is Ia′. The XRD intensity ratio (Id/Ia') preferably satisfies the same relationship as the XRD intensity ratio (Id/Ia) described above.

また、本開示における負極活物質は、所定の空隙率を有していてもよい。空隙率は、例えば5%以上であり、10%以上であってもよく、20%以上であってもよい。一方、空隙率は、例えば50%以下であり、40%以下であってもよく、30%以下であってもよい。空隙率は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察により求めることができる。サンプル数は多いことが好ましく、例えば100以上である。空隙率は、これらサンプルから求めた平均値とすることができる。 Also, the negative electrode active material in the present disclosure may have a predetermined porosity. The porosity is, for example, 5% or more, may be 10% or more, or may be 20% or more. On the other hand, the porosity is, for example, 50% or less, may be 40% or less, or may be 30% or less. The porosity can be determined, for example, by observation with a scanning electron microscope (SEM). The number of samples is preferably large, for example 100 or more. The porosity can be an average value obtained from these samples.

また、本開示における負極活物質は、電池に用いられる。電池については、後述する「C.電池」で説明する。 Also, the negative electrode active material in the present disclosure is used in batteries. The battery will be described later in "C. Battery".

B.負極活物質の製造方法
図1は、本開示における負極活物質の製造方法の一例を示すフロー図である。本開示における負極活物質の製造方法は、Si元素とLi元素とを含有するLiSi前駆体に、分散媒を添加してLiSi前駆体分散液を得る、分散工程と、LiSi前駆体分散液にLi抽出溶媒を添加して、LiSi前駆体からLi元素を抽出し、Si繊維を含有する不織布状の粒子を得る、Li抽出工程とを有している。また、本開示においては、上記分散媒の比誘電率が3.08以下である。
B. Method for Producing Negative Electrode Active Material FIG. 1 is a flow diagram showing an example of a method for producing a negative electrode active material according to the present disclosure. The method for producing a negative electrode active material according to the present disclosure includes a dispersing step of adding a dispersion medium to a LiSi precursor containing Si element and Li element to obtain a LiSi precursor dispersion, and and a Li extraction step of adding an extraction solvent to extract the Li element from the LiSi precursor to obtain non-woven fabric-like particles containing Si fibers. Further, in the present disclosure, the dielectric constant of the dispersion medium is 3.08 or less.

本開示における負極活物質の製造方法であれば、分散工程後にLi抽出工程を行うことで、Si繊維を含有する不織布状の粒子である負極活物質を製造することができる。分散工程に用いる分散媒が、所定の比誘電率を有しているため、LiSi前駆体とLi抽出溶媒との反応を抑制し、LiSi前駆体からLi元素が抽出される速度を抑制できるためと考えられる。これは、所定の比誘電率を有する分散媒を用いることにより、Li抽出溶媒が添加時に分散媒とすみやかに混合して、LiSi前駆体表面におけるLi抽出溶媒濃度が低下するためと考えられる。その結果、LiSi前駆体とLi抽出溶媒との反応が抑制されると推察される。また、上記のようにLi抽出反応が抑制されることにより、LiSi前駆体からLi元素のみが抽出され、Si骨格が残ることにより不織布状の粒子が得られると推察される。Li抽出反応が抑制されない場合、Si骨格もLi元素と同時に抽出されてしまい、不織布状の粒子が得られないと推察される。 According to the method for producing a negative electrode active material according to the present disclosure, by performing the Li extraction step after the dispersing step, it is possible to produce a negative electrode active material that is non-woven fabric-like particles containing Si fibers. Because the dispersion medium used in the dispersion step has a predetermined dielectric constant, the reaction between the LiSi precursor and the Li extraction solvent can be suppressed, and the rate at which the Li element is extracted from the LiSi precursor can be suppressed. Conceivable. This is probably because the Li extraction solvent is quickly mixed with the dispersion medium at the time of addition by using a dispersion medium having a predetermined dielectric constant, and the concentration of the Li extraction solvent on the surface of the LiSi precursor decreases. As a result, it is presumed that the reaction between the LiSi precursor and the Li extraction solvent is suppressed. In addition, it is presumed that by suppressing the Li extraction reaction as described above, only the Li element is extracted from the LiSi precursor and the Si skeleton remains, thereby obtaining non-woven fabric-like particles. If the Li extraction reaction is not suppressed, the Si skeleton is also extracted at the same time as the Li element, and it is presumed that non-woven fabric-like particles cannot be obtained.

1.分散工程
本開示における分散工程は、Si元素とLi元素とを含有するLiSi前駆体に、分散媒を添加してLiSi前駆体分散液を得る工程である。
1. Dispersing Step The dispersing step in the present disclosure is a step of adding a dispersion medium to a LiSi precursor containing Si element and Li element to obtain a LiSi precursor dispersion.

LiSi前駆体は、Si元素とLi元素とを含有していれば特に限定されず、市販品を購入してもよく、自ら調製してもよい。LiSi前駆体を調製する方法としては、例えば、Si元素を含有する原料とLi元素を含有する原料とを混合する方法が挙げられる。混合方法としては、例えば、Si粒子とLi粒子とをAr雰囲気下でメノウ乳鉢を用いて混合する方法、Si粒子とLi粒子とをメカニカルミリング法を用いて混合する方法を挙げることができる。 The LiSi precursor is not particularly limited as long as it contains Si element and Li element, and may be purchased commercially or prepared by oneself. Examples of the method for preparing the LiSi precursor include a method of mixing a raw material containing Si element and a raw material containing Li element. Examples of the mixing method include a method of mixing Si particles and Li particles in an Ar atmosphere using an agate mortar, and a method of mixing Si particles and Li particles using a mechanical milling method.

LiSi前駆体は、Si(ダイヤモンド型)の結晶相を有することが好ましい。Siの結晶相は、CuKα線を用いたXRD測定において、2θ=28.4°、47.3°、56.1°、69.2°、76.4°の位置に典型的なピークを有する。これらのピーク位置は、それぞれ、±0.5°の範囲で前後していてもよく、±0.3°の範囲で前後していてもよい。LiSi前駆体は、Si(ダイヤモンド型)の結晶相を主相として有していてもよい。「主相」とは、XRDチャートにおいて、最も強度が大きいピークが属する結晶相をいう。 The LiSi precursor preferably has a Si (diamond type) crystal phase. The crystal phase of Si has typical peaks at 2θ = 28.4°, 47.3°, 56.1°, 69.2°, and 76.4° in XRD measurement using CuKα rays. . These peak positions may vary within a range of ±0.5° or within a range of ±0.3°. The LiSi precursor may have a Si (diamond-type) crystal phase as a main phase. The “main phase” refers to a crystal phase to which the peak with the highest intensity belongs in the XRD chart.

また、LiSi前駆体の組成は特に限定されない。LiSi前駆体は、Li元素およびSi元素のみを有していてもよく、さらに、他の金属元素を含有していてもよい。LiSi前駆体に含まれる全ての金属元素に対する、Li元素およびSi元素の合計の割合は、例えば50mol%以上であり、70mol%以上であってもよく、90mol%以上であってもよい。LiSi前駆体において、Si元素およびLi元素の合計に対するLi元素の割合は、例えば30mol%以上であり、50mol%以上であってもよく、80mol%以上であってもよい。一方、Li元素の割合は、例えば95mol%以下であり、90mol%以下であってもよい。 Also, the composition of the LiSi precursor is not particularly limited. The LiSi precursor may contain only Li element and Si element, and may further contain other metal elements. The total ratio of Li element and Si element to all metal elements contained in the LiSi precursor is, for example, 50 mol % or more, may be 70 mol % or more, or may be 90 mol % or more. In the LiSi precursor, the ratio of Li element to the sum of Si element and Li element is, for example, 30 mol % or more, may be 50 mol % or more, or may be 80 mol % or more. On the other hand, the proportion of Li element is, for example, 95 mol % or less, and may be 90 mol % or less.

本開示における分散媒の比誘電率は、3.08以下である。比誘電率が3.08以下の分散媒は、通常、非プロトン性分散媒に分類される。比誘電率は3.08以下であり、例えば3.00以下であってもよく、2.50以下であってもよい。一方、比誘電率は、例えば1.50以上であり、1.70以上であってもよく、1.90以上であってもよく、2.00以上であってもよい。比誘電率が3.08より大きすぎると、分散媒自体がLiSi前駆体と反応して凝集してしまい、良好に分散させることができない恐れがある。なお、比誘電率については、例えば、JIS C 2565に記載の方法(空洞共振器法等)により測定することができる。 The dielectric constant of the dispersion medium in the present disclosure is 3.08 or less. A dispersion medium having a dielectric constant of 3.08 or less is generally classified as an aprotic dispersion medium. The dielectric constant is 3.08 or less, and may be, for example, 3.00 or less, or may be 2.50 or less. On the other hand, the dielectric constant is, for example, 1.50 or more, may be 1.70 or more, may be 1.90 or more, or may be 2.00 or more. If the dielectric constant is too much higher than 3.08, the dispersion medium itself may react with the LiSi precursor and aggregate, failing to disperse well. The dielectric constant can be measured, for example, by the method described in JIS C 2565 (cavity resonator method, etc.).

分散媒は、ベンゼン環を有していなくてもよく、ベンゼン環を有していてもよいが、後者であることが好ましい。また、分散媒としては、例えば、n-ヘプタン、n-オクタン、n-デカン、2-エチルヘキサン、シクロヘキサン等の飽和炭化水素、ヘキセン、ヘプテン等の不飽和炭化水素、1,3,5-トリメチルベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、クメン、1,2,4-トリメチルベンゼン、1,2,3-トリメチルベンゼン等の芳香族炭化水素、n-ブチルエーテル、n-ヘキシルエーテル、イソアミルエーテル、ジフェニルエーテル、メチルフェニルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル類を挙げることができる。これらの中でも、n-ブチルエーテル、1,3,5-トリメチルベンゼンおよびn-ヘプタンが好ましく、特に1,3,5-トリメチルベンゼンが好ましい。なお、n-ブチルエーテルの比誘電率は3.08であり、1,3,5-トリメチルベンゼンの比誘電率は2.279であり、n-ヘプタンの比誘電率は1.94である。 The dispersion medium may or may not have a benzene ring, but the latter is preferred. Examples of the dispersion medium include saturated hydrocarbons such as n-heptane, n-octane, n-decane, 2-ethylhexane and cyclohexane; unsaturated hydrocarbons such as hexene and heptene; and 1,3,5-trimethyl Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, propylbenzene, cumene, 1,2,4-trimethylbenzene, 1,2,3-trimethylbenzene, n-butyl ether, n-hexyl ether, isoamyl ether, diphenyl ether , methylphenyl ether, and cyclopentyl methyl ether. Among these, n-butyl ether, 1,3,5-trimethylbenzene and n-heptane are preferred, and 1,3,5-trimethylbenzene is particularly preferred. The dielectric constant of n-butyl ether is 3.08, the dielectric constant of 1,3,5-trimethylbenzene is 2.279, and the dielectric constant of n-heptane is 1.94.

また分散媒は、水分量が少ないことが好ましい。水分はLiSi前駆体と反応するためである。分散媒における水分量は、例えば100ppm以下であり、50ppm以下であってもよく、30ppm以下であってもよく、10ppm以下であってもよい。 Moreover, it is preferable that the dispersion medium has a small water content. This is because moisture reacts with the LiSi precursor. The water content in the dispersion medium is, for example, 100 ppm or less, may be 50 ppm or less, may be 30 ppm or less, or may be 10 ppm or less.

LiSi前駆体分散液はLiSi前駆体に分散媒を添加して、混合することにより得ることができる。混合方法は特に限定されない。 The LiSi precursor dispersion can be obtained by adding a dispersion medium to the LiSi precursor and mixing them. A mixing method is not particularly limited.

本開示の負極活物質の平均粒子径(D50)は、例えば、分散媒の種類を変更することで調整することができる。また、分散媒の種類と、後述するLi抽出溶媒との組み合わせによっても、平均粒子径(D50)を調整することができる。また、用いるLiSi前駆体自体の平均粒子径を変更することでも平均粒子径(D50)を調整することができる。 The average particle size ( D50 ) of the negative electrode active material of the present disclosure can be adjusted, for example, by changing the type of dispersion medium. The average particle size (D 50 ) can also be adjusted by the combination of the type of dispersion medium and the Li extraction solvent described later. The average particle size ( D50 ) can also be adjusted by changing the average particle size of the LiSi precursor itself.

本開示の負極活物質負極活物質のXRD強度比については、LiSi前駆体からLiを抽出する速度(LiSi前駆体とLi抽出溶媒との反応性)が主要因であり、Liの抽出が緩やかであれば、XRD強度比が低く、低結晶性シリコンを得ることができる。そのため、XRD強度比は、例えば、分散媒の種類、後述するLi抽出溶媒の種類、および分散媒とLi抽出溶媒との組み合わせによって調整することができる。 Regarding the XRD intensity ratio of the negative electrode active material of the present disclosure, the main factor is the rate at which Li is extracted from the LiSi precursor (reactivity between the LiSi precursor and the Li extraction solvent), and the extraction of Li is slow. If there is, it is possible to obtain silicon with a low XRD intensity ratio and low crystallinity. Therefore, the XRD intensity ratio can be adjusted by, for example, the type of dispersion medium, the type of Li extraction solvent described later, and the combination of the dispersion medium and the Li extraction solvent.

2.Li抽出工程
本開示におけるLi抽出工程は、上記LiSi前駆体分散液に、Li抽出溶媒を添加して上記LiSi前駆体からLi元素を抽出し、上述した不織布状の粒子を得る工程である。
2. Li Extraction Step The Li extraction step in the present disclosure is a step of adding a Li extraction solvent to the LiSi precursor dispersion to extract the Li element from the LiSi precursor to obtain the nonwoven fabric-like particles described above.

Li抽出溶媒は、LiSi前駆体からLi元素を抽出できる溶媒であれば特に限定されない。Li抽出溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、1-ブタノール、1-ペンタノール、1-ヘキサノール等の1級アルコール、2-プロパノール、2-ブタノール、2-ペンタノール、2-ヘキサノール等の2級アルコール、tert-ブチルアルコール等の3級アルコール、フェノール等のフェノール類、1,2-エタンジオール、1,3-ブタンジオール等のグリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル、b-D-グルコピラノース等のピラノース類、エリトロフラノース等のフラノース類、グルコース類、フルクトース類等の多糖類を挙げることができる。また、Li抽出溶媒としては、例えば、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、シュウ酸等の酸溶液も挙げることができる。中でも、Li抽出溶媒は、エタノール、1-プロパノール、1-ブタノール、1-ヘキサノールおよび酢酸の少なくとも一種が好ましい。Li抽出溶媒として、上記化合物1種のみを用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。また、Li抽出溶媒は、水分量が少ないことが好ましい。Li抽出溶媒における水分量は、例えば100ppm以下であり、50ppm以下であってもよく、30ppm以下であってもよく、10ppm以下であってもよい。水分量が多すぎるとSiが酸化し、電池性能を悪化させる懸念がある。 The Li extraction solvent is not particularly limited as long as it can extract the Li element from the LiSi precursor. Examples of Li extraction solvents include primary alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-pentanol, and 1-hexanol, 2-propanol, 2-butanol, 2-pentanol, and 2-hexanol. Secondary alcohols such as, tertiary alcohols such as tert-butyl alcohol, phenols such as phenol, glycols such as 1,2-ethanediol and 1,3-butanediol, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, etc. Examples include glycol ethers, pyranoses such as bD-glucopyranose, furanoses such as erythrofuranose, and polysaccharides such as glucoses and fructose. Examples of the Li extraction solvent include acid solutions such as acetic acid, formic acid, propionic acid, and oxalic acid. Among them, the Li extraction solvent is preferably at least one of ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-hexanol and acetic acid. As the Li extraction solvent, only one kind of the above compounds may be used, or two or more kinds thereof may be used. Moreover, it is preferable that the Li extraction solvent has a small water content. The water content in the Li extraction solvent is, for example, 100 ppm or less, may be 50 ppm or less, may be 30 ppm or less, or may be 10 ppm or less. If the water content is too high, Si may be oxidized, degrading battery performance.

Li抽出工程は、1段階であってもよいし、2段階であってもよい。例えば、Li抽出工程が1段階である場合、冷却したLiSi前駆体分散液と、上記酸溶液以外の任意のLi抽出溶媒とを反応させる工程とすることができる。Li抽出工程が2段階である場合、上記1段階後の反応液と、上記酸溶液とを反応させる工程とすることができる。Li抽出工程を2段階とすることで、より確実にLiSi前駆体からLi元素を抽出することができる。 The Li extraction process may be performed in one stage or in two stages. For example, when the Li extraction step is one step, it can be a step of reacting the cooled LiSi precursor dispersion with any Li extraction solvent other than the acid solution. When the Li extraction step has two steps, the reaction solution obtained after the first step may be reacted with the acid solution. By performing the Li extraction step in two steps, the Li element can be more reliably extracted from the LiSi precursor.

3.洗浄工程
また、本開示においては、上記Li抽出工程の後に洗浄工程を行ってもよい。
3. Washing Step In the present disclosure, a washing step may be performed after the Li extraction step.

本開示においては、洗浄工程を行うことで、負極活物質へ不純物が混入することを抑制できる。また、不純物が少ない負極活物質では凝集が抑制されるため、充電に伴う膨張量がより小さい負極活物質を製造することができる。また、このような負極活物質を用いた電池の膨張および拘束圧の増加がより抑制される。上記不純物は、例えば、以下のように、Li抽出後の溶液に含まれるLiおよびSiが重合した副生成物であると考えられる。 In the present disclosure, by performing the cleaning step, it is possible to suppress contamination of the negative electrode active material with impurities. In addition, since agglomeration is suppressed in a negative electrode active material containing few impurities, it is possible to manufacture a negative electrode active material with a smaller amount of swelling due to charging. In addition, the expansion of the battery using such a negative electrode active material and the increase in the confining pressure are further suppressed. The impurities are considered to be, for example, by-products of polymerization of Li and Si contained in the solution after extraction of Li, as described below.

上記Li抽出工程後の不織布状の粒子の表面には、LiおよびSiがエトキシリチウムおよびテトラエトキシシランの状態で溶解した反応液が付着している可能性がある。エトキシリチウムおよびテトラエトキシシランは、大気中の水分と反応して加水分解したり、脱水縮合(ゾルゲル反応)したりすることで、ガラスを形成する特性がある。そのため、LiSi等のリチウムシリケートおよびSiO等が、不純物として負極活物質の表面に残存する可能性がある。ここで、上記ゾルゲル反応は、塩基触媒によって加速する。そこで、本開示における洗浄工程を行うことで、ゾルゲル反応を抑制しつつ、不織布状の粒子の表面から上記反応溶液を除去することができる。その結果、不純物が負極活物質の表面に残存することを抑制でき、負極活物質の凝集を抑制することができる。 A reaction solution in which Li and Si are dissolved in the form of ethoxylithium and tetraethoxysilane may adhere to the surface of the nonwoven fabric particles after the Li extraction step. Ethoxylithium and tetraethoxysilane have the property of forming glass by hydrolysis or dehydration condensation (sol-gel reaction) by reacting with moisture in the atmosphere. Therefore, lithium silicates such as Li 6 Si 2 O 7 and SiO 2 may remain as impurities on the surface of the negative electrode active material. Here, the sol-gel reaction is accelerated by a base catalyst. Therefore, by performing the washing step in the present disclosure, the reaction solution can be removed from the surface of the nonwoven fabric-like particles while suppressing the sol-gel reaction. As a result, impurities can be suppressed from remaining on the surface of the negative electrode active material, and aggregation of the negative electrode active material can be suppressed.

LiSi前駆体分散液およびLi抽出溶媒の合計におけるLiSi前駆体の濃度が高いと、製造効率は高くなる反面、不純物の生成量が多くなる。そのため、LiSi前駆体の上記濃度が、3.3g/L以上である場合には、洗浄工程を行うことで、製造効率の向上と、不純物の生成量の低減とを両立できる。 When the concentration of the LiSi precursor in the sum of the LiSi precursor dispersion liquid and the Li extraction solvent is high, the production efficiency increases, but the amount of impurities generated increases. Therefore, when the concentration of the LiSi precursor is 3.3 g/L or more, the washing process can improve the production efficiency and reduce the amount of impurities generated.

本開示における洗浄工程は、上記Li抽出工程の後に、上記不織布状の粒子を酸で洗浄する工程である。通常、洗浄工程は、Li抽出工程後の溶液から不織布状の粒子を回収する、回収処理と、回収した不織布状の粒子を酸で洗浄する、洗浄処理とを有している。回収処理は、不織布状の粒子を回収できる方法であれば特に限定されず、例えばLi抽出工程後の反応溶液に対するろ過を挙げることができる。 The washing step in the present disclosure is a step of washing the non-woven fabric particles with an acid after the Li extraction step. Usually, the washing process includes a recovery process of recovering the non-woven fabric particles from the solution after the Li extraction process, and a cleaning process of cleaning the recovered non-woven fabric particles with an acid. The recovery treatment is not particularly limited as long as it is a method capable of recovering the non-woven fabric particles, and for example, filtration of the reaction solution after the Li extraction step can be mentioned.

洗浄処理は、不織布状の粒子を酸で洗浄する処理であり、不織布状の粒子に酸を接触させる方法であれば特に限定されない。このような方法としては、例えば、ろ過により回収した不織布状の粒子に、酸を含んだ溶液を投入しながら継続してろ過する方法を挙げることができる。洗浄処理の時間および回数は特に限定されない。 The washing treatment is a treatment for washing the nonwoven-like particles with an acid, and is not particularly limited as long as it is a method of contacting the nonwoven-like particles with an acid. Examples of such a method include a method of continuously filtering while adding an acid-containing solution to the non-woven fabric-like particles recovered by filtration. The time and number of times of washing treatment are not particularly limited.

洗浄処理に用いられる酸は、特に限定されず、上記Li抽出溶媒と同様の酸を挙げることができる。なお、洗浄処理に用いられる酸は、Li抽出工程で用いられた酸と同種であることが好ましい。 The acid used for the washing treatment is not particularly limited, and the same acid as the Li extraction solvent can be mentioned. The acid used in the cleaning treatment is preferably the same as the acid used in the Li extraction step.

上述した工程で得られた負極活物質は、任意の方法で回収することができる。例えば、上記Li抽出工程後の溶液および洗浄工程後の溶液から固体反応物(負極活物質)を分離して、得られた負極活物質を乾燥する方法を挙げることができる。 The negative electrode active material obtained in the above steps can be recovered by any method. For example, a method of separating a solid reactant (negative electrode active material) from the solution after the Li extraction step and the solution after the washing step, and drying the resulting negative electrode active material can be mentioned.

4.負極活物質
上述した製造方法により得られる負極活物質については、上記「A.負極活物質」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
4. Negative Electrode Active Material The negative electrode active material obtained by the manufacturing method described above is the same as described in "A. Negative Electrode Active Material" above, so description thereof is omitted here.

C.電池
図2は本開示における電池の一例を示す概略断面図である。図2に示される電池10は、正極活物質層1と、負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に形成された電解質層3と、正極活物質層1の集電を行う正極集電体4と、負極活物質層2の集電を行う負極集電体5とを有する。これらの部材は、一般的な外装体に収納されていてもよい。本開示においては、負極活物質層2が、上述した負極活物質を含有する。
C. Battery FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a battery in the present disclosure. A battery 10 shown in FIG. 2 includes a positive electrode active material layer 1, a negative electrode active material layer 2, an electrolyte layer 3 formed between the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2, and a negative electrode current collector 5 for collecting current of the negative electrode active material layer 2 . These members may be housed in a general exterior body. In the present disclosure, the negative electrode active material layer 2 contains the negative electrode active material described above.

本開示によれば、負極活物質層が上述した負極活物質を含有することで、拘束圧を低減できる電池とすることができる。 According to the present disclosure, the negative electrode active material layer contains the negative electrode active material described above, so that the battery can reduce the binding pressure.

1.負極活物質層
負極活物質層は、少なくとも上述した負極活物質を含有する層である。負極活物質については、上記「A.負極活物質」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
1. Negative Electrode Active Material Layer The negative electrode active material layer is a layer containing at least the negative electrode active material described above. Since the content of the negative electrode active material is the same as that described in the above "A. Negative electrode active material", description thereof is omitted here.

負極活物質層は、負極活物質として、上述した負極活物質のみを含有していてもよく、他の負極活物質を含有していてもよい。後者の場合、全ての負極活物質における、上述した負極活物質の割合は、例えば50重量%以上であってもよく、70重量%以上であってもよく、90重量%以上であってもよい。 The negative electrode active material layer may contain only the above-described negative electrode active material as the negative electrode active material, or may contain other negative electrode active materials. In the latter case, the ratio of the above-described negative electrode active material in all negative electrode active materials may be, for example, 50% by weight or more, 70% by weight or more, or 90% by weight or more. .

負極活物質層における負極活物質の割合は、例えば、20重量%以上であり、30重量%以上であってもよく、40重量%以上であってもよい。一方、負極活物質の割合は、例えば、80重量%以下であり、70重量%以下であってもよく、60重量%以下であってもよい。 The ratio of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is, for example, 20% by weight or more, may be 30% by weight or more, or may be 40% by weight or more. On the other hand, the proportion of the negative electrode active material is, for example, 80% by weight or less, may be 70% by weight or less, or may be 60% by weight or less.

また、負極活物質層は、必要に応じて、電解質、導電助剤およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。電解質の種類については、後述する「3.電解質層」において、詳細に説明する。負極活物質層における電解質の割合は、例えば1重量%以上であり、10重量%以上であってもよく、20重量%以上であってもよい。一方、負極層における電解質の割合は、例えば60重量%以下であり、50重量%以下であってもよい。 Moreover, the negative electrode active material layer may further contain at least one of an electrolyte, a conductive aid, and a binder, if necessary. The type of electrolyte will be described in detail in "3. Electrolyte layer" described later. The proportion of the electrolyte in the negative electrode active material layer is, for example, 1% by weight or more, may be 10% by weight or more, or may be 20% by weight or more. On the other hand, the proportion of the electrolyte in the negative electrode layer is, for example, 60% by weight or less, and may be 50% by weight or less.

導電助剤としては、例えば炭素材料および金属粒子が挙げられる。炭素材料の具体例としては、例えば、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)等の粒子状炭素材料、炭素繊維、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)等の繊維状炭素材料が挙げられる。金属粒子としては、例えば、Ni、Cu、Fe、SuSを挙げることができる。負極活物質層における導電助剤の割合は、例えば1重量%以上であり、5重量%以上であってもよい。一方、導電助剤の割合は、例えば30重量%以下であり、20重量%以下であってもよい。 Conductive aids include, for example, carbon materials and metal particles. Specific examples of carbon materials include particulate carbon materials such as acetylene black (AB) and ketjen black (KB), and fibrous carbon materials such as carbon fibers, carbon nanotubes (CNT), and carbon nanofibers (CNF). is mentioned. Examples of metal particles include Ni, Cu, Fe, and SuS. The proportion of the conductive aid in the negative electrode active material layer is, for example, 1% by weight or more, and may be 5% by weight or more. On the other hand, the proportion of the conductive aid is, for example, 30% by weight or less, and may be 20% by weight or less.

バインダーとしては、例えば、ブタジエンゴム、水素化ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、水素化スチレンブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、水素化ニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム等のゴム系バインダー、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン-ポリヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF-HFP)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等のフッ化物系バインダー、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等ポリオレフィン系の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、ポリアミド等のアミド系樹脂、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート等のアクリル系樹脂、およびポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリラート等のメタクリル系樹脂が挙げられる。負極活物質層におけるバインダーの割合は、例えば、1重量%以上、30重量%以下である。 Examples of binders include rubber binders such as butadiene rubber, hydrogenated butadiene rubber, styrene butadiene rubber (SBR), hydrogenated styrene butadiene rubber, nitrile butadiene rubber, hydrogenated nitrile butadiene rubber, ethylene propylene rubber, polyvinylidene fluoride ( PVDF), polyvinylidene fluoride-polyhexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), polytetrafluoroethylene, fluoride-based binders such as fluororubber, polyolefin-based thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, and polystyrene, polyimide, polyamide Examples include imide resins such as imide, amide resins such as polyamide, acrylic resins such as polymethyl acrylate and polyethyl acrylate, and methacrylic resins such as polymethyl methacrylate and polyethyl methacrylate. The ratio of the binder in the negative electrode active material layer is, for example, 1% by weight or more and 30% by weight or less.

負極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 The thickness of the negative electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

2.正極活物質層
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極活物質層は、必要に応じて、電解質、導電助剤およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。
2. Positive Electrode Active Material Layer The positive electrode active material layer is a layer containing at least a positive electrode active material. Moreover, the positive electrode active material layer may further contain at least one of an electrolyte, a conductive aid, and a binder, if necessary.

正極活物質としては、例えば、酸化物活物質が挙げられる。リチウムイオン電池に用いられる酸化物活物質としては、例えば、LiCoO、LiMnO、LiNiMn、LiVO、LiCrO、LiFePO、LiCoPO、LiNiO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等の酸化物活物質が挙げられる。また、これらの活物質の表面には、例えば、LiNbO等のLiイオン伝導性酸化物を含有するコート層が形成されていてもよい。 Examples of positive electrode active materials include oxide active materials. Examples of oxide active materials used in lithium ion batteries include LiCoO 2 , LiMnO 2 , Li 2 NiMn 3 O 8 , LiVO 2 , LiCrO 2 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiO 2 , LiNi 1/3 Co 1/ Oxide active materials such as 3Mn1 / 3O2 are included. Moreover, a coat layer containing a Li ion conductive oxide such as LiNbO 3 may be formed on the surface of these active materials.

正極活物質層における正極活物質の割合は、例えば、20重量%以上であり、30重量%以上であってもよく、40重量%以上であってもよい。一方、正極活物質の割合は、例えば、80重量%以下であり、70重量%以下であってもよく、60重量%以下であってもよい。 The proportion of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is, for example, 20% by weight or more, may be 30% by weight or more, or may be 40% by weight or more. On the other hand, the proportion of the positive electrode active material is, for example, 80% by weight or less, may be 70% by weight or less, or may be 60% by weight or less.

なお、正極活物質層に用いられる、固体電解質、導電助剤およびバインダーの種類ならびに割合については、上述した負極活物質層に記載した内容と同様とすることができるため、ここでの記載は省略する。 The types and proportions of the solid electrolyte, conductive aid, and binder used in the positive electrode active material layer can be the same as those described for the negative electrode active material layer, so descriptions thereof are omitted here. do.

正極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 The thickness of the positive electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

3.電解質層
電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成される層である。電解質層を構成する電解質は、液体電解質(電解液)であってもよく、固体電解質であってもよいが、後者が好ましい。
3. Electrolyte Layer The electrolyte layer is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The electrolyte forming the electrolyte layer may be a liquid electrolyte (electrolytic solution) or a solid electrolyte, but the latter is preferred.

固体電解質としては、典型的には、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、窒化物固体電解質、ハロゲン化物固体電解質等の無機固体電解質;ポリマー電解質等の有機高分子電解質が挙げられる。 Solid electrolytes typically include inorganic solid electrolytes such as sulfide solid electrolytes, oxide solid electrolytes, nitride solid electrolytes, and halide solid electrolytes; and organic polymer electrolytes such as polymer electrolytes.

リチウムイオン伝導性を有する硫化物固体電解質としては、例えば、Li元素、X元素(Xは、P、As、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、Inの少なくとも一種である)、および、S元素を含有する固体電解質が挙げられる。また、硫化物固体電解質は、O元素およびハロゲン元素の少なくとも一方をさらに含有していてもよい。ハロゲン元素としては、例えば、F元素、Cl元素、Br元素、I元素が挙げられる。 Sulfide solid electrolytes having lithium ion conductivity include, for example, Li element, X element (X is at least one of P, As, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, and In), and a solid electrolyte containing an S element. Moreover, the sulfide solid electrolyte may further contain at least one of the O element and the halogen element. Halogen elements include, for example, F element, Cl element, Br element, and I element.

硫化物固体電解質としては、例えば、LiS-P、LiS-P-LiI、LiS-P-GeS、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI、LiS-P-LiI-LiBr、LiS-SiS、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-B、LiS-P-ZSn(ただし、m、nは正の数。Zは、Ge、Zn、Gaのいずれか。)、LiS-GeS、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiMO(ただし、x、yは正の数。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれか。)が挙げられる。 Examples of sulfide solid electrolytes include Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiI, Li 2 SP 2 S 5 -GeS 2 , Li 2 SP 2 S 5 - Li2O , Li2SP2S5 - Li2O - LiI, Li2SP2S5 -LiI - LiBr , Li2S - SiS2 , Li2S - SiS2 - LiI, Li2 S—SiS 2 —LiBr, Li 2 S—SiS 2 —LiCl, Li 2 S—SiS 2 —B 2 S 3 —LiI, Li 2 S—SiS 2 —P 2 S 5 —LiI, Li 2 S—B 2 S 3 , Li 2 SP 2 S 5 -Z m Sn (where m and n are positive numbers; Z is one of Ge, Zn, and Ga), Li 2 S—GeS 2 , Li 2 S -SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y (where x and y are positive numbers, M is any of P, Si, Ge, B, Al, Ga, In ).

また、リチウムイオン伝導性を有する酸化物固体電解質としては、例えば、Li元素、Y元素(Yは、Nb、B、Al、Si、P、Ti、Zr、Mo、W、Sの少なくとも一種である)、および、O元素を含有する固体電解質が挙げられる。具体例としては、LiLaZr12、Li7-xLa(Zr2-xNb)O12(0≦x≦2)、LiLaNb12等のガーネット型固体電解質;(Li,La)TiO、(Li,La)NbO、(Li,Sr)(Ta,Zr)O等のペロブスカイト型固体電解質;Li(Al,Ti)(PO、Li(Al,Ga)(POのナシコン型固体電解質;LiPO、LIPON(LiPOのOの一部をNで置換した化合物)等のLi-P-O系固体電解質;LiBO、LiBOのOの一部をCで置換した化合物等のLi-B-O系固体電解質が挙げられる。 Further, as the oxide solid electrolyte having lithium ion conductivity, for example, Li element, Y element (Y is at least one of Nb, B, Al, Si, P, Ti, Zr, Mo, W, S ), and a solid electrolyte containing an O element. Specific examples include garnet types such as Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 7-x La 3 (Zr 2-x Nb x )O 12 (0≦x≦2), and Li 5 La 3 Nb 2 O 12 Solid electrolyte; Perovskite solid electrolyte such as (Li, La) TiO 3 , (Li, La) NbO 3 , (Li, Sr) (Ta, Zr) O 3 ; Li(Al, Ti)(PO 4 ) 3 , Nasicon-type solid electrolyte of Li(Al, Ga)(PO 4 ) 3 ; Li—P—O-based solid electrolyte such as Li 3 PO 4 and LIPON (compound in which part of O in Li 3 PO 4 is replaced with N) Li—B—O-based solid electrolytes such as Li 3 BO 3 and compounds obtained by substituting a portion of O in Li 3 BO 3 with C;

バインダーについては、上記「1.負極活物質層」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。 Since the content of the binder is the same as that described in the above "1. Negative electrode active material layer", the description thereof is omitted here.

電解質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 The thickness of the electrolyte layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

4.その他の構成
本開示における電池は、上述した負極活物質層、正極活物質層および電解質層を少なくとも有する。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および負極活物質層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えば、SUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボンが挙げられる。一方、負極集電体の材料としては、例えば、SUS、銅、ニッケルおよびカーボンが挙げられる。
4. Other Configurations A battery according to the present disclosure has at least the negative electrode active material layer, the positive electrode active material layer, and the electrolyte layer described above. Furthermore, it usually has a positive electrode current collector that collects current for the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector that collects current for the negative electrode active material layer. Examples of materials for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium and carbon. On the other hand, examples of materials for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel and carbon.

5.電池
本開示における電池は、リチウムイオン電池であることが好ましい。また、本開示における電池は、液系電池であってもよく、全固体電池であってもよいが、後者が好ましい。
5. Battery The battery in the present disclosure is preferably a lithium ion battery. Also, the battery in the present disclosure may be a liquid battery or an all-solid battery, but the latter is preferred.

また、本開示における電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、中でも二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。二次電池には、二次電池の一次電池的使用(初回充電のみを目的とした使用)も含まれる。 Also, the battery in the present disclosure may be a primary battery or a secondary battery, but is preferably a secondary battery. This is because it can be repeatedly charged and discharged, and is useful, for example, as an in-vehicle battery. The secondary battery also includes the use of a secondary battery as a primary battery (use for the purpose of initial charging only).

また、本開示における電池は、単電池であってもよく、積層電池であってもよい。積層電池は、モノポーラ型積層電池(並列接続型の積層電池)であってもよく、バイポーラ型積層電池(直列接続型の積層電池)であってもよい。電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型が挙げられる。 Also, the battery in the present disclosure may be a single cell or a laminated battery. The laminated battery may be a monopolar laminated battery (parallel connected laminated battery) or a bipolar laminated battery (series connected laminated battery). The shape of the battery includes, for example, coin type, laminate type, cylindrical type and rectangular type.

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。 Note that the present disclosure is not limited to the above embodiments. The above embodiment is an example, and any device that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present disclosure and produces the same effect is the present invention. It is included in the technical scope of the disclosure.

[実施例1]
(負極活物質の合成)
Si粒子(粒径5μm、高純度化学製)0.65gと、Li金属(本城金属製)0.60gとを、Ar雰囲気下でメノウ乳鉢で混合して、LiSi前駆体を得た。Ar雰囲気下のガラス反応器内で、LiSi前駆体1.0gと、分散媒(1,3,5-トリメチルベンゼン、ナカライテスク製)125mlとを、超音波ホモジナイザー(UH-50、SMT社製)を用いて混合した。混合後に得られたLiSi前駆体分散液を0℃に冷却し、エタノール(ナカライテスク製)125mlを滴下して、120分間反応させた。反応後、更に酢酸(ナカライテスク製)50mlを滴下して、60分間反応させた。反応後、吸引ろ過にて液体と固体反応物(負極活物質)とを分離した。得られた固体反応物を120℃で2時間真空乾燥して、負極活物質を回収した。得られた負極活物質の平均粒子径(D50)を測定したところ、0.27μmであった。
[Example 1]
(Synthesis of negative electrode active material)
A LiSi precursor was obtained by mixing 0.65 g of Si particles (particle size: 5 μm, manufactured by Kojundo Chemical Co., Ltd.) and 0.60 g of Li metal (manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.) in an agate mortar under an Ar atmosphere. In a glass reactor under an Ar atmosphere, 1.0 g of a LiSi precursor and 125 ml of a dispersion medium (1,3,5-trimethylbenzene, manufactured by Nacalai Tesque) are combined with an ultrasonic homogenizer (UH-50, manufactured by SMT). was mixed using The LiSi precursor dispersion obtained after mixing was cooled to 0° C., 125 ml of ethanol (manufactured by Nacalai Tesque) was added dropwise, and reaction was allowed for 120 minutes. After the reaction, 50 ml of acetic acid (manufactured by Nacalai Tesque) was added dropwise and reacted for 60 minutes. After the reaction, the liquid and the solid reactant (negative electrode active material) were separated by suction filtration. The resulting solid reactant was vacuum-dried at 120° C. for 2 hours to recover the negative electrode active material. The average particle size (D 50 ) of the obtained negative electrode active material was 0.27 μm.

(固体電解質の合成)
LiS(フルウチ化学製)0.550gと、P(アルドリッチ製)0.887gと、LiI(日宝化学製)0.285gと、LiBr(高純度化学製)0.277gとを、メノウ乳鉢で5分間混合した。得られた混合物に、n-ヘプタン(脱水グレード、関東化学製)を4g加え、遊星型ボールミルを用いて40時間メカニカルミリングすることで固体電解質を得た。
(Synthesis of solid electrolyte)
0.550 g of Li 2 S (manufactured by Furuuchi Chemical), 0.887 g of P 2 S 5 (manufactured by Aldrich), 0.285 g of LiI (manufactured by Nippo Chemical), and 0.277 g of LiBr (manufactured by Kojundo Chemical) , and mixed in an agate mortar for 5 minutes. 4 g of n-heptane (dehydrated grade, manufactured by Kanto Kagaku) was added to the resulting mixture, and mechanical milling was performed using a planetary ball mill for 40 hours to obtain a solid electrolyte.

(評価用電池の作製)
LiNi1/3Co1/3Mn1/3(日亜化学工業製)に、LiNbOを用いて表面処理を施して正極活物質を得た。この正極活物質1.5gと、導電助剤(VGCF、昭和電工製)0.023gと、上記固体電解質0.239gと、バインダー(PVdF、クレハ製)0.011gと、酪酸ブチル(キシダ化学製)0.8gとを、超音波ホモジナイザー(UH-50、SMT社製)を用いて混合し、正極合材を得た。
(Preparation of battery for evaluation)
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (manufactured by Nichia Corporation) was subjected to surface treatment using LiNbO 3 to obtain a positive electrode active material. 1.5 g of this positive electrode active material, 0.023 g of a conductive agent (VGCF, manufactured by Showa Denko), 0.239 g of the solid electrolyte, 0.011 g of a binder (PVdF, manufactured by Kureha), and butyl butyrate (manufactured by Kishida Chemical) ) were mixed with 0.8 g using an ultrasonic homogenizer (UH-50, manufactured by SMT) to obtain a positive electrode mixture.

上記合成した負極活物質1.0gと、導電助剤(VGCF、昭和電工製)0.04gと、上記固体電解質0.776gと、バインダー(PVdF、クレハ製)0.02gと、酪酸ブチル(キシダ化学製)1.7gとを、超音波ホモジナイザー(UH-50、SMT社製)を用いて混合し、負極合材を得た。 1.0 g of the negative electrode active material synthesized above, 0.04 g of a conductive agent (VGCF, manufactured by Showa Denko), 0.776 g of the solid electrolyte, 0.02 g of a binder (PVdF, manufactured by Kureha), and butyl butyrate (Kishida Kagaku) and 1.7 g were mixed using an ultrasonic homogenizer (UH-50, manufactured by SMT) to obtain a negative electrode mixture.

1cmのセラミックス製の型に上記固体電解質0.065gを入れて、1ton/cmでプレスしセパレート層(固体電解質層)を作製した。その片側に上記正極合材0.018gを入れ、1ton/cmでプレスして正極活物質層を作製した。正極活物質層とは逆側に上記負極合材0.0054gを入れ4ton/cmでプレスすることで負極活物質層を作製した。また正極集電体にアルミ箔を、負極集電体に銅箔を用いた。これにより、評価用電池(全固体電池)を作製した。 0.065 g of the above solid electrolyte was placed in a 1 cm 2 ceramic mold and pressed at 1 ton/cm 2 to prepare a separate layer (solid electrolyte layer). 0.018 g of the positive electrode mixture was added to one side of the mixture and pressed at 1 ton/cm 2 to prepare a positive electrode active material layer. A negative electrode active material layer was produced by putting 0.0054 g of the above negative electrode mixture on the side opposite to the positive electrode active material layer and pressing at 4 ton/cm 2 . Aluminum foil was used for the positive electrode current collector, and copper foil was used for the negative electrode current collector. Thus, an evaluation battery (all-solid battery) was produced.

[実施例2~7]
分散媒およびLi抽出溶媒を表1のように変更したこと以外は、実施例1と同様にして負極活物質を合成し、評価用電池を作製した。また、得られた各負極活物質の平均粒子径(D50)を測定した。結果を表2に示す。
[Examples 2 to 7]
A negative electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1, except that the dispersion medium and the Li extraction solvent were changed as shown in Table 1, and a battery for evaluation was produced. Also, the average particle size (D 50 ) of each negative electrode active material obtained was measured. Table 2 shows the results.

[比較例1]
負極活物質の合成において、分散媒を用いず、Li抽出溶媒として0℃に冷却したエタノールを用いたこと以外は、実施例1と同様にして負極活物質を合成し、評価用電池を作製した。また、得られた負極活物質の平均粒子径(D50)を測定した。結果を表2に示す。
[Comparative Example 1]
A negative electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1, except that ethanol cooled to 0° C. was used as the Li extraction solvent without using a dispersion medium in the synthesis of the negative electrode active material, and a battery for evaluation was produced. . Also, the average particle size (D 50 ) of the obtained negative electrode active material was measured. Table 2 shows the results.

[比較例2~4]
Li抽出溶媒を表1のように変更したこと以外は、比較例1と同様にして、負極活物質を合成し、評価用電池を作製した。また、得られた各負極活物質の平均粒子径(D50)を測定した。結果を表2に示す。
[Comparative Examples 2 to 4]
A negative electrode active material was synthesized and a battery for evaluation was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the Li extracting solvent was changed as shown in Table 1. Also, the average particle size (D 50 ) of each negative electrode active material obtained was measured. Table 2 shows the results.

[評価1]
(XRD測定)
実施例1~7および比較例1~4で得られた負極活物質に対して、CuKα線を用いたX線回折(XRD)測定を行った。実施例1で得られたXRDデータを図3(a)および図3(b)に示す。図3(b)は図3(a)の一部を拡大したグラフである。図3(a)に示されるように、2θ=25°~30°付近、および2θ=50°~60°付近にハローピークが確認された。なお、前者のピークがピークbに該当する。また、図3(b)に示されるように、2θ=28.4°の位置に極僅かにピークaが確認された。なお、図3(b)では、「ピークaが確認されなかった」という判断も可能なレベルである。また、図3では、ピークaのピーク位置と、ピークbのピーク位置とが、ほぼ一致していた。このデータから、XRD強度比(Ia/Ib)を求めたところ、Ia/Ib=0.99であり、IaとIbはほぼ同じ強度であった。実施例2~7、比較例1~4でも同様にしてXRD強度比を求めた。結果を表2に示す。
[Evaluation 1]
(XRD measurement)
The negative electrode active materials obtained in Examples 1-7 and Comparative Examples 1-4 were subjected to X-ray diffraction (XRD) measurement using CuKα rays. The XRD data obtained in Example 1 are shown in FIGS. 3(a) and 3(b). FIG.3(b) is the graph which expanded a part of Fig.3 (a). As shown in FIG. 3(a), halo peaks were confirmed near 2θ=25° to 30° and near 2θ=50° to 60°. The former peak corresponds to peak b. Also, as shown in FIG. 3B, a very slight peak a was confirmed at the position of 2θ=28.4°. In addition, in FIG.3(b), the judgment of "the peak a was not confirmed" is also possible level. Moreover, in FIG. 3, the peak position of the peak a and the peak position of the peak b were substantially the same. From this data, the XRD intensity ratio (Ia/Ib) was found to be Ia/Ib=0.99, and Ia and Ib had almost the same intensity. XRD intensity ratios were obtained in the same manner for Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 4. Table 2 shows the results.

表2に示されるように、実施例1~7は比較例1~4に比べてXRD強度比が小さく、負極活物質の結晶性が低く、より非晶質であることが確認された。 As shown in Table 2, it was confirmed that Examples 1 to 7 had a smaller XRD intensity ratio than Comparative Examples 1 to 4, and the negative electrode active material had a lower crystallinity and was more amorphous.

(顕微鏡観察)
実施例1~2および比較例1で得られた負極活物質の形状を、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察した。結果を図4に示す。また、比較例1で得られた負極活物質の形状を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。結果を図5に示す。
(Microscopic observation)
The shapes of the negative electrode active materials obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were observed using a transmission electron microscope (TEM). The results are shown in FIG. Also, the shape of the negative electrode active material obtained in Comparative Example 1 was observed using a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in FIG.

図4に示されるように、LiSi前駆体を分散媒に分散させてからLiの抽出を行った実施例の負極活物質は、Si繊維が三次元的に絡み合って形成されていることが確認された。一方で、LiSi前駆体を分散媒に分散させずにLiの抽出を行った比較例1の負極活物質では、実施例とは全く異なる形状であった。これは図5に示したSEM画像からわかるように、比較例1の負極活物質では不織布状ではなく、単に粒子がポーラス化した形状であるためである。比較例1で繊維形状が確認されなかったのは、Li抽出反応が抑制されていないため、LiSi前駆体からLi元素だけでなく、Si骨格も同時に抽出されてしまったためと推察される。 As shown in FIG. 4, it was confirmed that the negative electrode active material of the example in which the LiSi precursor was dispersed in the dispersion medium and then Li was extracted was formed by three-dimensionally entangled Si fibers. rice field. On the other hand, the negative electrode active material of Comparative Example 1, in which Li was extracted without dispersing the LiSi precursor in the dispersion medium, had a completely different shape from that of the Example. This is because, as can be seen from the SEM image shown in FIG. 5, the negative electrode active material of Comparative Example 1 does not have a non-woven fabric shape, but simply has a porous particle shape. The reason why the fiber shape was not confirmed in Comparative Example 1 is presumed that not only the Li element but also the Si skeleton was extracted from the LiSi precursor at the same time because the Li extraction reaction was not suppressed.

(空隙率、平均直径およびアスペクト比)
実施例1~7および比較例1~4で得られた負極活物質の断面画像を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて取得し空隙率を測定した。また実施例においては、Si繊維の平均直径およびアスペクト比も算出した。結果を表2に示す。
(porosity, average diameter and aspect ratio)
Cross-sectional images of the negative electrode active materials obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 were obtained using a scanning electron microscope (SEM) to measure the porosity. In the examples, the average diameter and aspect ratio of Si fibers were also calculated. Table 2 shows the results.

表2に示されるように、実施例1~4は比較例1~4よりも空隙率が高かったが、実施例5~7は比較例1(空隙率12%)よりも空隙率が低かった。一般的に、空隙率が高いと膨張をより吸収できるために膨張量(拘束圧増加量)が小さくなる傾向がある。しかしながら後述するように、比較例1よりも空隙率が小さい実施例5~7の方が、拘束圧増加量が顕著に小さかった。また、実施例ではアスペクト比が1以上であり、繊維状であることが確認された。 As shown in Table 2, Examples 1 to 4 had a higher porosity than Comparative Examples 1 to 4, but Examples 5 to 7 had a lower porosity than Comparative Example 1 (12% porosity). . In general, when the porosity is high, the amount of expansion (increase in confining pressure) tends to be small because expansion can be absorbed more. However, as will be described later, Examples 5 to 7, which have a smaller porosity than Comparative Example 1, had significantly smaller increases in confining pressure. Moreover, in the examples, the aspect ratio was 1 or more, and it was confirmed to be fibrous.

(拘束圧増加量)
実施例1~7および比較例1~4で得られた評価用電池について、0.245mAで4.55VまでCC/CV充電した後、0.245mAで3.0VまでCC/CV放電を行った。初回充電において、電池の拘束圧力をモニタリングし、4.55Vでの拘束圧を測定した。比較例1における拘束圧を1.00として相対評価した。結果を表2に示す。表2に示されるように、実施例1~7では比較例1~4よりも顕著に拘束圧増加量が小さかった。
(Confining pressure increase)
The evaluation batteries obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 were CC/CV charged at 0.245 mA to 4.55 V, and then CC/CV discharged at 0.245 mA to 3.0 V. . At the first charge, the confining pressure of the battery was monitored and the confining pressure at 4.55V was measured. A relative evaluation was made with the confining pressure in Comparative Example 1 set to 1.00. Table 2 shows the results. As shown in Table 2, in Examples 1-7, the increase in confining pressure was significantly smaller than in Comparative Examples 1-4.

Figure 0007259792000001
Figure 0007259792000001

Figure 0007259792000002
Figure 0007259792000002

上述したように、本開示における負極活物質の製造方法であれば、平均粒子径が小さく、低結晶性で、不織布状の負極活物質が得られることが確認された。また、このようにして得られた負極活物質を全固体電池に用いた場合、電池の拘束圧増加量を顕著に抑制できることが確認された。 As described above, it was confirmed that the negative electrode active material having a small average particle size, low crystallinity, and a non-woven fabric shape can be obtained with the method for producing a negative electrode active material according to the present disclosure. It was also confirmed that when the negative electrode active material thus obtained is used in an all-solid-state battery, the amount of increase in the constraint pressure of the battery can be significantly suppressed.

[実施例8]
実施例1と同様にして負極活物質を合成し、評価用電池を作製した。
[Example 8]
A negative electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1, and an evaluation battery was produced.

[実施例9]
表3に示すように、負極活物質の合成において、LiSi前駆体を12g、1,3,5-トリメチルベンゼンを400ml、エタノールを400mL、酢酸を600mL用いた。上記以外は実施例1と同様にして負極活物質を合成し、評価用電池を作製した。また、得られた負極活物質の平均粒子径(D50)を測定したところ、1.34μmであった。
[Example 9]
As shown in Table 3, 12 g of LiSi precursor, 400 ml of 1,3,5-trimethylbenzene, 400 mL of ethanol, and 600 mL of acetic acid were used in synthesizing the negative electrode active material. A negative electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1 except for the above, and a battery for evaluation was produced. Moreover, when the average particle diameter ( D50 ) of the obtained negative electrode active material was measured, it was 1.34 μm.

[実施例10]
表3に示すように、負極活物質の合成において、LiSi前駆体を12g、1,3,5-トリメチルベンゼンを400ml、エタノールを400mL、酢酸を600mL用いた。また、LiSi前駆体分散液と酢酸との反応後に、フィルターを用いた吸引ろ過にて液体と固体反応物とを分離した。そして、フィルター上に堆積した固体反応物に対して酢酸100mLを投入しながら吸引ろ過を継続することで、固体反応物を酢酸で洗浄した。洗浄後の固体反応物を120℃で2時間真空乾燥して、負極活物質を合成した。上記以外は、実施例1と同様にして評価用電池を作製した。また、得られた負極活物質の平均粒子径(D50)を測定したところ、0.61μmであった。
[Example 10]
As shown in Table 3, 12 g of LiSi precursor, 400 ml of 1,3,5-trimethylbenzene, 400 mL of ethanol, and 600 mL of acetic acid were used in synthesizing the negative electrode active material. After the reaction between the LiSi precursor dispersion and acetic acid, the liquid and solid reactants were separated by suction filtration using a filter. Then, suction filtration was continued while adding 100 mL of acetic acid to the solid reactant deposited on the filter, thereby washing the solid reactant with acetic acid. The washed solid reactant was vacuum-dried at 120° C. for 2 hours to synthesize a negative electrode active material. A battery for evaluation was produced in the same manner as in Example 1 except for the above. Moreover, when the average particle diameter ( D50 ) of the obtained negative electrode active material was measured, it was 0.61 μm.

[評価2]
(XRD測定)
評価1と同様にして、実施例8~10で得られた負極活物質に対して、CuKα線を用いたX線回折(XRD)測定を行った。得られたXRDデータを図6に示す。図6に示すように、実施例9においては、SiOに由来するピークcと、リチウムシリケートに由来するピークdとが確認された。一方、実施例8、10においては、SiOに由来するピークcと、リチウムシリケートに由来するピークdとは確認されなかった。なお、図6においてピークcに●、ピークdに▲を付した。
[Evaluation 2]
(XRD measurement)
In the same manner as in Evaluation 1, the negative electrode active materials obtained in Examples 8 to 10 were subjected to X-ray diffraction (XRD) measurement using CuKα rays. The XRD data obtained are shown in FIG. As shown in FIG. 6, in Example 9, peak c derived from SiO 2 and peak d derived from lithium silicate were confirmed. On the other hand, in Examples 8 and 10, peak c derived from SiO 2 and peak d derived from lithium silicate were not confirmed. In addition, in FIG. 6, peak c is marked with ●, and peak d is marked with ▴.

(拘束圧増加量)
評価1と同様にして、実施例8~10で得られた評価用電池について、拘束圧を測定した。実施例8における拘束圧を1.00として相対評価した。結果を表4に示す。
(Confining pressure increase)
Confining pressure was measured for the evaluation batteries obtained in Examples 8 to 10 in the same manner as in Evaluation 1. A relative evaluation was made with the confining pressure in Example 8 set to 1.00. Table 4 shows the results.

Figure 0007259792000003
Figure 0007259792000003

Figure 0007259792000004
Figure 0007259792000004

表4に示したように、負極活物質の製造規模を大きくし、洗浄工程を行わなかった実施例9では、負極活物質の平均粒子径および拘束圧増加量が実施例8に比べて大きくなった。一方で、洗浄工程を行った実施例10では、負極活物質の平均粒子径が実施例8および9よりも小さくなり、拘束圧増加量もより抑制されていた。これは、SiOおよびリチウムシリケート等の不純物が洗浄工程により除去されたためと考えられる。このように、本開示における負極活物質の製造方法において洗浄工程を行うことで、不純物の残存による負極活物質の凝集を抑制され、かつ、拘束圧増加量もより抑制できることが確認された。 As shown in Table 4, in Example 9 in which the production scale of the negative electrode active material was increased and the washing step was not performed, the average particle size of the negative electrode active material and the amount of increase in the confining pressure were larger than in Example 8. rice field. On the other hand, in Example 10 in which the washing step was performed, the average particle size of the negative electrode active material was smaller than in Examples 8 and 9, and the amount of increase in confining pressure was further suppressed. This is believed to be due to the removal of impurities such as SiO2 and lithium silicate by the cleaning process. As described above, it was confirmed that, by performing the washing step in the method for producing a negative electrode active material according to the present disclosure, aggregation of the negative electrode active material due to remaining impurities can be suppressed, and an increase in the confining pressure can be further suppressed.

1 …正極活物質層
2 …負極活物質層
3 …電解質層
4 …正極集電体
5 …負極集電体
10 …電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Positive electrode active material layer 2... Negative electrode active material layer 3... Electrolyte layer 4... Positive electrode collector 5... Negative electrode collector 10... Battery

Claims (7)

電池に用いられる負極活物質であって、
前記負極活物質が、Si繊維を含有する不織布状の粒子であり、
前記負極活物質の平均粒子径(D50)が、0.2μm以上3.6μm以下であり、
前記負極活物質が非晶質である、負極活物質。
A negative electrode active material used in a battery,
The negative electrode active material is a non-woven fabric containing Si fibers,
The average particle size (D 50 ) of the negative electrode active material is 0.2 μm or more and 3.6 μm or less,
A negative electrode active material, wherein the negative electrode active material is amorphous.
CuKα線を用いたXRD測定において、ピーク位置が2θ=28.4°±0.5°にあり、かつ、Siに由来するピークaが観察されない、請求項1に記載の負極活物質。 2. The negative electrode active material according to claim 1, wherein, in XRD measurement using CuKα rays, the peak position is at 2θ=28.4°±0.5° and no peak a derived from Si is observed. Si元素とLi元素とを含有するLiSi前駆体に、分散媒を添加してLiSi前駆体分散液を得る、分散工程と、
前記LiSi前駆体分散液にLi抽出溶媒を添加して、前記LiSi前駆体から前記Li元素を抽出し、Si繊維を含有する不織布状の粒子を得る、Li抽出工程とを有し、
前記分散媒の比誘電率が、3.08以下である、負極活物質の製造方法。
a dispersing step of adding a dispersion medium to a LiSi precursor containing Si element and Li element to obtain a LiSi precursor dispersion;
a Li extraction step of adding a Li extraction solvent to the LiSi precursor dispersion to extract the Li element from the LiSi precursor to obtain non-woven fabric-like particles containing Si fibers;
A method for producing a negative electrode active material, wherein the dispersion medium has a dielectric constant of 3.08 or less.
前記分散媒が、n-ブチルエーテル、1,3,5-トリメチルベンゼンおよびn-ヘプタンの少なくとも一種である、請求項3に記載の負極活物質の製造方法。 4. The method for producing a negative electrode active material according to claim 3 , wherein the dispersion medium is at least one of n-butyl ether, 1,3,5-trimethylbenzene and n-heptane. 前記Li抽出溶媒が、エタノール、1-プロパノール、1-ブタノール、1-ヘキサノールおよび酢酸の少なくとも一種である、請求項3または請求項4に記載の負極活物質の製造方法。 5. The method for producing a negative electrode active material according to claim 3 , wherein the Li extraction solvent is at least one of ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-hexanol and acetic acid. 前記Li抽出工程の後に、前記不織布状の粒子を酸で洗浄する、洗浄工程を有する、請求項3から請求項5までのいずれかの請求項に記載の負極活物質の製造方法。 6. The method for producing a negative electrode active material according to any one of claims 3 to 5 , further comprising a washing step of washing the non-woven fabric particles with an acid after the Li extraction step. 正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有する電池であって、
前記負極活物質層が、請求項1または請求項2に記載の負極活物質を含有する、電池。
A battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer,
A battery, wherein the negative electrode active material layer contains the negative electrode active material according to claim 1 .
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