JP7451615B2 - 粉末、このような粉末を含む電極及び電池 - Google Patents
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Description
・PVAの量が完全なコーティングを形成するのには余りに低かったこと。
・開示されたプロセスにおいて、相当の比率のPVAが、結局最後にはアノード活物質といくらかの距離を残し、コーティングを形成するために利用できないこと。
・PVA分解の炭素収率がわずか10~20%であり、これにより、炭素層のその形成の間にかなりの収縮が発生し、これが炭素層が形成される間に亀裂をもたらし、非被覆領域をもたらすこと。
・80~90重量%に及ぶ分解ガスの漏れが、炭素への変換中にPVA層の分解においてそれら自体のための流路を作り出し、これが、炭素層において多孔性を作り出し、これによって、その保護能力を低減すること。
遊離シリコンの決定:
製品の遊離シリコン系ドメインの百分率を決定するために、既知の総Si含量を有する製品0.1gを、45℃の水中1.2g/LのKOHの溶液中に配置した。ガスビュレットを用いて48時間にわたって発生したガスを採取し、その体積を測定したが、他のガス測定法が想定されてもよい。
Si+KOH+5H2O→KH7SiO6+2H2
Si+2KOH+2H2O→K2H2SiO4+2H2
遊離シリコン系ドメインの百分率を、サンプル中の反応したシリコンの量及びSiの総量の比率として定義した。
実施例及び反例における粉末の酸素含量は、Leco TC600酸素-窒素分析器を用いて、以下の方法によって決定した。
試験される全ての複合粉末を、45μmの篩を用いて篩い分けし、カーボンブラック、カーボン繊維及びカルボキシメチルセルロースナトリウムバインダ(水中2.5重量%)と混合した。使用された比率は、90重量部の複合粉末/3重量部のカーボンブラック/2重量部のカーボン繊維及び5重量部のカルボキシメチルセルロース(CMC)であった。
シリコン粒子の凝集体の最大サイズを、凝集体の外周上の2点間の最大測定可能距離を測定することによって、SEM画像により決定した。シリコン及びピッチは、そのままであるか又は分解されているかのいずれかを視覚的に容易に識別することができ、したがって、シリコン凝集体は、シリコンの分布率によって容易に特定することができるが、特にピッチの不在によって容易に特定することができる。
アルゴンをプラズマガスとして用いて、60kWの高周波数(RF)の誘導結合プラズマ(ICP)を適用することによって、サブマイクロメートルサイズのシリコン粉末を得て、これに、マイクロメートルサイズのシリコン粉末を220g/時の速度で注入し、2000Kを超える広く行き渡る(すなわち、反応ゾーン内に)温度をもたらした。この第1の工程において、前駆体は完全に蒸発した。第2の加工工程において、ガスの温度を1600K未満に加工させるために、反応ゾーンのすぐ下流でアルゴン流をクエンチガスとして使用し、金属サブマイクロメートルシリコン粉末に核生成させた。最後に、0.15モル%の酸素を含むN2/O2混合物を100L/時で添加することによって、不動態化工程を、100℃の温度で5分間行った。プラズマ及びクエンチガスの両方についてのガスの流速を、80nmの平均粒子直径d50及び521nmのd90を有するサブマイクロメートルのシリコン粉末を得るように調整した。この場合には、2.5Nm3/時のArを、プラズマ用に、10Nm3/時のArをクエンチガス用に使用した。
実施例1のように得たサブマイクロメートルサイズのシリコン粉末500gを、石油系ピッチ粉末1000gと混合した。
実施例1のように得たサブマイクロメートルサイズのシリコン粉末16gを、石油系ピッチ粉末32gと乾式混合した。
実施例1のように得たサブマイクロメートルサイズのシリコン粉末16gを、石油系ピッチ粉末32gと混合した。
Claims (12)
- マトリックス材料と、このマトリックス材料中に分散したシリコン系ドメインとを含み、黒鉛を含まない粒子を含む粉末であって、前記マトリックス材料が連続マトリックスであり、前記マトリックス材料が炭素であり、前記シリコン系ドメインにおけるシリコン含量が80重量%以上であり、
前記シリコン系ドメインの一部分がシリコン系ドメインの凝集体の形態で存在し、これらの凝集体の少なくとも98%が3μm以下の最大サイズを有するか、又は前記シリコン系ドメインが凝集体には全く凝集しないことを特徴とする、粉末。 - 前記シリコン系ドメインにおけるシリコン含量が90重量%以上であることを特徴とする、請求項1に記載の粉末。
- 前記シリコン系ドメインが凝集体に全く凝集しないか、又は全ての凝集体が3μm以下の最大サイズを有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の粉末。
- 前記シリコン系ドメインが、前記マトリックス材料中に完全には埋め込まれていない遊離シリコン系ドメインであるか、又は前記マトリックス材料によって完全に包囲されている完全に埋め込まれたシリコン系ドメインであり、前記遊離シリコン系ドメインの百分率が、前記粉末中の金属又は酸化状態のSiの総量の4重量%以下であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の粉末。
- 前記遊離シリコン系ドメインの百分率が、前記粉末のサンプルをアルカリ溶液中にある特定の時間配置し、前記ある特定の時間の後に発生した水素の体積を決定し、反応したシリコン1モルに対して2モルの水素が生成することに基づいて、この量の水素を発生させるために必要とされたシリコンの量を算出し、これを前記サンプル中に存在する金属又は酸化状態のSiの総量で割ることによって決定される百分率であることを特徴とする、請求項4に記載の粉末。
- 前記シリコン系ドメインが、500nm未満である、質量平均直径d50を有することを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の粉末。
- 前記シリコン系ドメインが、シリコン系粒子であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の粉末。
- 10m2/g未満のBET値を有することを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の粉末。
- 前記粒子が、20体積%未満の多孔度を有することを特徴とする、請求項1~8のいずれか一項に記載の粉末。
- 前記粒子が多孔性ではないことを特徴とする、請求項1~9のいずれか一項に記載の粉末。
- 請求項1~10のいずれか一項に記載の粉末を含む、電気化学セル用の電極。
- 請求項11に記載の電極を含む電池。
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