JPWO2016067577A1 - Negative electrode active material, negative electrode and battery - Google Patents

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Abstract

充放電容量及びサイクル特性に優れた負極活物質材料を提供する。負極活物質材料(100)は、特定粒子(110)と、結着部(120)とを備える。特定粒子(110)は、複数の充放電相と、拘束相と、複数のセラミックス粒子とを含有する。充放電相は、Si、Sn及びZnからなる群から選択される1種以上からなり、10〜200nmの平均結晶粒径を有する。拘束相は、第2族元素、遷移元素、第12族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される1種以上の元素(だたし、充放電相の元素及びCは除く)と、充放電相に含有される元素とからなる固溶体又は金属間化合物であって、内部に充放電相が分散される。セラミックス粒子は、少なくとも充放電相内に分散され、0.01〜0.1μmの平均粒径を有し、特定粒子(110)の総質量に対して1〜10質量%含有される。Provided is a negative electrode active material excellent in charge / discharge capacity and cycle characteristics. The negative electrode active material (100) includes specific particles (110) and a binding part (120). The specific particles (110) contain a plurality of charge / discharge phases, a constrained phase, and a plurality of ceramic particles. The charge / discharge phase is composed of one or more selected from the group consisting of Si, Sn and Zn, and has an average crystal grain size of 10 to 200 nm. The constrained phase is one or more elements selected from the group consisting of Group 2 elements, transition elements, Group 12 elements, Group 13 elements, and Group 14 elements (however, charge-discharge phase elements and C And a solid solution or an intermetallic compound composed of elements contained in the charge / discharge phase, in which the charge / discharge phase is dispersed. The ceramic particles are dispersed at least in the charge / discharge phase, have an average particle diameter of 0.01 to 0.1 μm, and are contained in an amount of 1 to 10% by mass with respect to the total mass of the specific particles (110).

Description

本発明は、負極活物質材料、負極及び電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode active material, a negative electrode, and a battery.

近年、家庭用ビデオカメラ、ノートパソコン、及び、スマートフォン等の小型電子機器が普及している。これらの小型電子機器の普及に伴い、電池の高容量化及び高サイクル特性が求められている。   In recent years, small electronic devices such as home video cameras, notebook computers, and smartphones have become widespread. With the widespread use of these small electronic devices, higher battery capacity and higher cycle characteristics are required.

リチウムイオン電池に代表される二次電池には、黒鉛系の負極活物質材料が利用されている。しかしながら、黒鉛系の負極活物質材料では、高容量化、高サイクル特性化に限界がある。   A secondary battery represented by a lithium ion battery uses a graphite-based negative electrode active material. However, a graphite-based negative electrode active material has limitations in increasing capacity and cycle characteristics.

そこで、黒鉛系負極活物質材料よりも高容量な合金系負極活物質材料が注目されている。合金系負極活物質材料としては、シリコン(Si)系負極活物質材料、スズ(Sn)系負極活物質材料、亜鉛(Zn)系負極活物質材料が知られている。よりコンパクトで長寿命なリチウムイオン電池の実用化のために、上記合金系負極活物質材料に対して様々な検討がなされている。   Therefore, an alloy-based negative electrode active material having a higher capacity than a graphite-based negative electrode active material has attracted attention. As the alloy-based negative electrode active material, silicon (Si) -based negative electrode active material, tin (Sn) -based negative electrode active material, and zinc (Zn) -based negative electrode active material are known. Various studies have been made on the above alloy-based negative electrode active material materials for practical use of a more compact and long-life lithium ion battery.

しかしながら、合金系負極活物質材料は、充放電時に大きな膨張及び収縮を繰り返す。そのため、合金系負極活物質材料の容量は劣化しやすい。充電に伴う黒鉛の体積膨張収縮率は、12%程度である。これに対して、充電に伴うSi単体又はSn単体の体積膨張収縮率は400%前後である。このため、Sn単体の負極板が充放電を繰り返すと、顕著な膨張収縮が起こり、負極活物質材料を含む負極板に、き裂及び割れが発生する。この場合、負極の容量が顕著に低下する。体積膨張収縮により負極活物質材料の一部が遊離して負極板が電子伝導性を失うためである。   However, the alloy-based negative electrode active material repeatedly repeats large expansion and contraction during charging and discharging. Therefore, the capacity of the alloy-based negative electrode active material is likely to deteriorate. The volume expansion / contraction rate of graphite accompanying charging is about 12%. On the other hand, the volume expansion / contraction rate of Si alone or Sn accompanying charging is about 400%. For this reason, when the negative electrode plate of Sn alone is repeatedly charged and discharged, remarkable expansion and contraction occur, and cracks and cracks occur in the negative electrode plate containing the negative electrode active material. In this case, the capacity of the negative electrode is significantly reduced. This is because part of the negative electrode active material is liberated by volume expansion and contraction, and the negative electrode plate loses electronic conductivity.

特開2001−243946号公報(特許文献1)は、容量の劣化を抑制できる非水電解質二次電池を開示する。この電池は、固相Aからなる核粒子の周囲の全面又は一部を固相Bで被覆した複合粒子からなる負極材料を含む負極を備える。固相Aは、ケイ素、スズ、亜鉛の少なくとも1種を構成元素として含有する。固相Bは、固相Aの構成元素であるケイ素、スズ、亜鉛のいずれかと、周期表の2族元素、遷移元素、12族元素、13族元素、及び14族元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素(但し、固相Aの構成元素及び炭素を除く)との固溶体又は金属間化合物からなる。複合粒子は、セラミックスを含有する。   Japanese Patent Laying-Open No. 2001-243946 (Patent Document 1) discloses a non-aqueous electrolyte secondary battery that can suppress deterioration of capacity. This battery includes a negative electrode including a negative electrode material made of composite particles in which the whole or part of the periphery of a core particle made of solid phase A is coated with solid phase B. The solid phase A contains at least one of silicon, tin, and zinc as a constituent element. The solid phase B is selected from the group consisting of silicon, tin, and zinc, which are constituent elements of the solid phase A, and the group 2 element, transition element, group 12 element, group 13 element, and group 14 element of the periodic table. A solid solution or an intermetallic compound with at least one element (except for the constituent element of solid phase A and carbon). The composite particles contain ceramics.

特許文献1では、固相Aが高容量を与える。固相Bが、固相Aの充電に伴う膨張を抑える。そのため、固相Aの崩壊が抑制されサイクル特性が向上する。さらに、セラミックスは、クラックの伝播を抑制するため、サイクル特性が向上する。   In Patent Document 1, the solid phase A gives a high capacity. Solid phase B suppresses expansion associated with charging of solid phase A. Therefore, collapse of the solid phase A is suppressed and cycle characteristics are improved. Furthermore, since the ceramic suppresses the propagation of cracks, the cycle characteristics are improved.

特開2001−243946号公報JP 2001-243946 A

しかしながら、特許文献1に開示された負極活物質材料を用いても、サイクル特性が低い場合がある。   However, even if the negative electrode active material disclosed in Patent Document 1 is used, the cycle characteristics may be low.

本発明の目的は、充放電容量及びサイクル特性に優れた負極活物質材料を提供することである。   An object of the present invention is to provide a negative electrode active material excellent in charge / discharge capacity and cycle characteristics.

本実施形態の負極活物質材料は、特定粒子と、結着部とを備える。特定粒子は、複数の充放電相と、拘束相と、複数のセラミックス粒子とを含有する。充放電相は、Si、Sn及びZnからなる群から選択される1種以上からなり、10〜200nmの平均結晶粒径を有する。拘束相は、第2族元素、遷移元素、第12族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される1種以上の元素(だたし、充放電相の元素及びCは除く)と、充放電相に含有される元素とからなる固溶体又は金属間化合物であって、内部に充放電相が分散される。セラミックス粒子は、少なくとも充放電相内に分散され、0.01〜0.1μmの平均粒径を有し、特定粒子の総質量に対して1〜10質量%含有される。CuKα線によるX線回折において、拘束相のピークの半価幅が0.30〜0.65°である。結着部は、非黒鉛質炭素及び炭素前駆体の少なくとも一方を主成分として含有し、特定粒子同士を結着する。   The negative electrode active material of this embodiment includes specific particles and a binding part. The specific particles contain a plurality of charge / discharge phases, a constrained phase, and a plurality of ceramic particles. The charge / discharge phase is composed of one or more selected from the group consisting of Si, Sn and Zn, and has an average crystal grain size of 10 to 200 nm. The constrained phase is one or more elements selected from the group consisting of Group 2 elements, transition elements, Group 12 elements, Group 13 elements, and Group 14 elements (however, charge-discharge phase elements and C And a solid solution or an intermetallic compound composed of elements contained in the charge / discharge phase, in which the charge / discharge phase is dispersed. The ceramic particles are dispersed at least in the charge / discharge phase, have an average particle diameter of 0.01 to 0.1 μm, and are contained in an amount of 1 to 10% by mass with respect to the total mass of the specific particles. In X-ray diffraction using CuKα rays, the half-value width of the peak of the constrained phase is 0.30 to 0.65 °. The binding part contains at least one of non-graphitic carbon and a carbon precursor as a main component, and binds specific particles to each other.

本実施形態による負極活物質材料は、充放電容量及びサイクル特性に優れる。   The negative electrode active material according to the present embodiment is excellent in charge / discharge capacity and cycle characteristics.

図1は、本実施形態による電極活物質材料の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of the electrode active material according to the present embodiment.

本実施形態の負極活物質材料は、特定粒子と、結着部とを備える。特定粒子は、複数の充放電相と、拘束相と、複数のセラミックス粒子とを含有する。充放電相は、Si、Sn及びZnからなる群から選択される1種以上からなり、10〜200nmの平均結晶粒径を有する。拘束相は、第2族元素、遷移元素、第12族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される1種以上の元素(だたし、充放電相の元素及びCは除く)と、充放電相に含有される元素とからなる固溶体又は金属間化合物であって、内部に充放電相が分散される。セラミックス粒子は、少なくとも充放電相内に分散され、0.01〜0.1μmの平均粒径を有し、特定粒子の総質量に対して1〜10質量%含有される。CuKα線によるX線回折において、拘束相のピークの半価幅が0.30〜0.65°である。結着部は、非黒鉛質炭素及び炭素前駆体の少なくとも一方を主成分として含有し、特定粒子同士を結着する。   The negative electrode active material of this embodiment includes specific particles and a binding part. The specific particles contain a plurality of charge / discharge phases, a constrained phase, and a plurality of ceramic particles. The charge / discharge phase is composed of one or more selected from the group consisting of Si, Sn and Zn, and has an average crystal grain size of 10 to 200 nm. The constrained phase is one or more elements selected from the group consisting of Group 2 elements, transition elements, Group 12 elements, Group 13 elements, and Group 14 elements (however, charge-discharge phase elements and C And a solid solution or an intermetallic compound composed of elements contained in the charge / discharge phase, in which the charge / discharge phase is dispersed. The ceramic particles are dispersed at least in the charge / discharge phase, have an average particle diameter of 0.01 to 0.1 μm, and are contained in an amount of 1 to 10% by mass with respect to the total mass of the specific particles. In X-ray diffraction using CuKα rays, the half-value width of the peak of the constrained phase is 0.30 to 0.65 °. The binding part contains at least one of non-graphitic carbon and a carbon precursor as a main component, and binds specific particles to each other.

本実施形態の負極活物質材料では、充放電相が、リチウム(Li)に代表される金属イオンの吸収及び放出を行う。つまり、充放電相が容量を高める。さらに、拘束相が、充電に伴う充放電相の体積変化(膨張及び収縮)を抑える。ところで、拘束相のひずみが多い場合、充放電相の体積変化(膨張及び収縮)を抑えることにより、ひずみ量がさらに増大する。この場合、拘束相の一部が早期に離脱したり、崩壊したりする。その結果、負極活物質材料のサイクル特性が低下する。   In the negative electrode active material of this embodiment, the charge / discharge phase absorbs and releases metal ions typified by lithium (Li). That is, the charge / discharge phase increases the capacity. Furthermore, a restraint phase suppresses the volume change (expansion and shrinkage | contraction) of the charging / discharging phase accompanying charging. By the way, when the restraint phase has a large amount of strain, the amount of strain further increases by suppressing the volume change (expansion and contraction) of the charge / discharge phase. In this case, a part of the restraint phase is detached early or collapses. As a result, the cycle characteristics of the negative electrode active material are deteriorated.

本実施形態では、後述の熱処理を行うことにより、拘束相内のひずみ量を予め低減する。その結果、ひずみ量の指標である、拘束相の回折ピーク半価幅を0.65°以下と低くすることができる。拘束相内のひずみは少ないため、サイクル特性が高まる。   In the present embodiment, the amount of strain in the constrained phase is reduced in advance by performing a heat treatment described later. As a result, the diffraction peak half-value width of the constrained phase, which is an index of the strain amount, can be lowered to 0.65 ° or less. Since the strain in the constrained phase is small, the cycle characteristics are enhanced.

ところで、サイクル特性を高めるには、充放電相の結晶粒は微細である方が好ましい。結晶粒が微細であれば、充放電相の強度は高まる。この場合、充放電を繰り返して充放電相が膨張及び収縮を繰り返しても、充放電相の一部が離脱したり、崩壊するのを抑制できる。   By the way, in order to improve cycle characteristics, it is preferable that the crystal grains of the charge / discharge phase are fine. If the crystal grains are fine, the strength of the charge / discharge phase is increased. In this case, even if charging / discharging is repeated and the charging / discharging phase repeats expansion and contraction, it is possible to suppress part of the charging / discharging phase from being separated or collapsed.

しかしながら、拘束相のひずみ量を低減するために熱処理を実施する場合、充放電相内の結晶粒が粗大化しやすい。そこで、本実施形態では、少なくとも充放電相内に微細なセラミックス粒子が分散される。これにより、熱処理を行った場合であっても、セラミックス粒子により、結晶粒の粗大化が抑制される。その結果、充放電相内の結晶粒の平均粒径は10〜200nmに抑えられ、微細な結晶粒を維持できる。そのため、サイクル特性が高まる。   However, when heat treatment is performed in order to reduce the strain amount of the constrained phase, the crystal grains in the charge / discharge phase tend to be coarse. Therefore, in this embodiment, fine ceramic particles are dispersed at least in the charge / discharge phase. Thereby, even if it is a case where heat processing is performed, the coarsening of a crystal grain is suppressed by ceramic particles. As a result, the average grain size of the crystal grains in the charge / discharge phase is suppressed to 10 to 200 nm, and fine crystal grains can be maintained. Therefore, cycle characteristics are improved.

好ましくは、結着部は、非黒鉛質炭素である。   Preferably, the binding part is non-graphitic carbon.

この場合、金属イオン二次電池の容量維持率がさらに向上する。   In this case, the capacity maintenance rate of the metal ion secondary battery is further improved.

好ましくは、特定粒子の総質量と結着部の質量との総和に対する特定粒子の総質量の比(以下、比RPと称することもある)は91.0〜99.5%である。   Preferably, the ratio of the total mass of the specific particles to the total sum of the total mass of the specific particles and the mass of the binding portion (hereinafter also referred to as the ratio RP) is 91.0 to 99.5%.

この場合、金属イオン二次電池の容量維持率がさらに向上する。   In this case, the capacity maintenance rate of the metal ion secondary battery is further improved.

セラミックス粒子はセラミックスを主成分とする粒子である。「主成分」とは、粒子中のセラミックスの体積率が50%以上であることを意味する。好ましくは、セラミックス粒子は、Al、MgO、ZrO、Y、TiO、La及びCeOからなる群から選択される1種又は2種以上である。セラミックスは、CrN、TiN、TaN、AlN、BN、Si、NbN、ZrB、TaB、MoB、WC、VC、TiC、SiC、HfC等の非酸化物系セラミックスであってもよい。Ceramic particles are particles mainly composed of ceramics. “Main component” means that the volume fraction of ceramics in the particles is 50% or more. Preferably, the ceramic particles are one or more selected from the group consisting of Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , La 2 O 3 and CeO 2 . The ceramics may be non-oxide ceramics such as CrN, TiN, TaN, AlN, BN, Si 3 N 4 , NbN, ZrB, TaB 2 , MoB 2 , WC, VC, TiC, SiC, and HfC.

たとえば、上記負極活物質材料の充放電相はSiからなり、拘束相は1種以上の金属珪化物からなる。金属珪化物は、Ni及び/又はTiを含有してもよい。   For example, the charge / discharge phase of the negative electrode active material is made of Si, and the constraining phase is made of one or more metal silicides. The metal silicide may contain Ni and / or Ti.

本実施形態による電極は、上述の負極活物質材料を含む。本実施形態による電池は、上述の負極を含む。   The electrode according to the present embodiment includes the negative electrode active material described above. The battery according to the present embodiment includes the above-described negative electrode.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[負極活物質材料]
図1は、本実施形態による負極活物質材料100の断面図である。図1を参照して、負極活物質材料100は、特定粒子110と、結着部120とを備える。
[Negative electrode active material]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a negative electrode active material 100 according to the present embodiment. Referring to FIG. 1, negative electrode active material 100 includes specific particles 110 and binding portions 120.

[特定粒子]
特定粒子110は、Liに代表される金属イオンを可逆的に吸収及び放出できる。特定粒子110は、複数の充放電相と、拘束相と、複数のセラミックス粒子とを含有する。
[Specific particles]
The specific particle 110 can reversibly absorb and release a metal ion typified by Li. The specific particles 110 contain a plurality of charge / discharge phases, a constrained phase, and a plurality of ceramic particles.

[充放電相]
充放電相は、珪素(Si)、スズ(Sn)及び亜鉛(Zn)からなる群から選択される1種以上からなる。これらの元素は、金属イオンを吸収及び放出する。つまり、充放電相は、負極活物質材料の充放電容量を高める。
[Charge / discharge phase]
The charge / discharge phase is composed of one or more selected from the group consisting of silicon (Si), tin (Sn), and zinc (Zn). These elements absorb and release metal ions. That is, the charge / discharge phase increases the charge / discharge capacity of the negative electrode active material.

充放電相の結晶粒の平均結晶粒径は10〜200nmである。本実施形態では、充放電相の結晶粒は微細である。平均結晶粒径が200nm以下であれば、充放電相中の金属イオンの拡散距離が短く、金属イオンの吸収及び放出に伴う応力集中が軽減される。この場合、充放電に伴い充放電相が膨張及び収縮を繰り返しても、充放電相の一部が離脱したり、崩壊したりするのが抑制される。平均結晶粒径の好ましい上限は100nmであり、さらに好ましくは80nmであり、さらに好ましくは50nmである。   The average crystal grain size of the charge / discharge phase crystal grains is 10 to 200 nm. In this embodiment, the charge / discharge phase crystal grains are fine. If the average crystal grain size is 200 nm or less, the diffusion distance of metal ions in the charge / discharge phase is short, and stress concentration associated with absorption and release of metal ions is reduced. In this case, even if the charge / discharge phase repeatedly expands and contracts with charge / discharge, the charge / discharge phase is prevented from being partially detached or collapsed. A preferable upper limit of the average crystal grain size is 100 nm, more preferably 80 nm, and further preferably 50 nm.

充放電相の結晶粒の平均結晶粒径は次の方法で測定される。特定粒子から、ミクロ組織観察用のサンプルを作製する。作製したサンプルを透過電子顕微鏡(TEM)で観察し、平均結晶粒径を求める。   The average crystal grain size of the charge / discharge phase crystal grains is measured by the following method. A sample for microstructural observation is prepared from specific particles. The prepared sample is observed with a transmission electron microscope (TEM), and the average crystal grain size is determined.

[拘束相]
上述の複数の充放電相は、拘束相内に分散される。換言すれば、拘束相は、充放電相を取り囲む。上述のとおり、充放電相は、膨張及び収縮を繰り返す。拘束相は、充放電相を取り囲んで拘束し、充放電相の体積変化(膨張及び収縮)を抑制する。そのため、充放電相の急激な体積変化により、充放電相の一部が離脱したり、崩壊したりするのが抑制される。その結果、負極活物質材料のサイクル特性が高まる。
[Restricted Phase]
The plurality of charge / discharge phases described above are dispersed in the constraining phase. In other words, the constraining phase surrounds the charge / discharge phase. As described above, the charge / discharge phase repeats expansion and contraction. The constraining phase surrounds and constrains the charge / discharge phase, and suppresses volume changes (expansion and contraction) of the charge / discharge phase. Therefore, it is suppressed that a part of charging / discharging phase leaves | separates or collapses by the rapid volume change of a charging / discharging phase. As a result, the cycle characteristics of the negative electrode active material are enhanced.

拘束相は、周期表における、第2族元素、遷移元素、第12族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される1種以上の元素(だたし、充放電相の元素及びCは除く)と、充放電相に含有される元素とからなる固溶体又は金属間化合物である。充放電相がSiからなるSi相である場合、拘束相はたとえば、金属珪化物相である。金属珪化物相はたとえば、Siと、Tiと、Niとを含有する。   The constrained phase is one or more elements selected from the group consisting of Group 2 elements, transition elements, Group 12 elements, Group 13 elements and Group 14 elements in the periodic table (however, the charge / discharge phase) And a solid solution or an intermetallic compound consisting of elements contained in the charge / discharge phase. When the charge / discharge phase is a Si phase made of Si, the constraining phase is, for example, a metal silicide phase. The metal silicide phase contains, for example, Si, Ti, and Ni.

CuKα線を用いたX線回折において、拘束相の回折ピークの半価幅は0.30〜0.65°である。   In X-ray diffraction using CuKα rays, the half width of the diffraction peak of the constrained phase is 0.30 to 0.65 °.

拘束相は、充放電相の体積変化(膨張及び収縮)を抑える。このとき、拘束相は充放電相からの外力を受ける。そのため、充放電に伴い、拘束相にひずみが蓄積されていく。   The constraining phase suppresses the volume change (expansion and contraction) of the charge / discharge phase. At this time, the restraint phase receives an external force from the charge / discharge phase. For this reason, strain is accumulated in the constraining phase with charge and discharge.

充放電前の拘束相でひずみ量が多ければ、充放電に伴いひずみがさらに加算される。その結果、拘束相の一部が離脱したり、崩壊したりする。この場合、負極活物質材料のサイクル特性(容量維持率)が低下する。したがって、充放電前の拘束相では、ひずみ量が少ない方が好ましい。   If the amount of strain is large in the constrained phase before charge / discharge, strain is further added along with charge / discharge. As a result, a part of the restraint phase is disengaged or collapses. In this case, the cycle characteristics (capacity maintenance ratio) of the negative electrode active material are lowered. Therefore, in the constrained phase before charging / discharging, it is preferable that the amount of strain is small.

拘束相の回折ピークの半価幅は、拘束相内のひずみ量の指標となる。半価幅が小さいほど、拘束相内のひずみ量が少ない。半価幅が0.65°を超えれば、拘束相内のひずみ量が多すぎる。この場合、負極活物質材料のサイクル特性が低い。   The half width of the diffraction peak of the constrained phase is an index of the amount of strain in the constrained phase. The smaller the half width, the smaller the amount of strain in the constrained phase. If the half width exceeds 0.65 °, the amount of strain in the constrained phase is too large. In this case, the cycle characteristics of the negative electrode active material are low.

拘束相の半価幅が0.65°以下であれば、拘束相内のひずみ量が十分に少ない。そのため、負極活物質材料は優れたサイクル特性を有する。半価幅の好ましい上限は0.50°であり、さらに好ましくは0.35°である。   If the half width of the constrained phase is 0.65 ° or less, the amount of strain in the constrained phase is sufficiently small. Therefore, the negative electrode active material has excellent cycle characteristics. The upper limit with preferable half value width is 0.50 degree, More preferably, it is 0.35 degree.

拘束相のみを考慮した場合、半価幅の下限は特に限定されない。拘束相のひずみ量は、後述の熱処理により調整される。熱処理温度を高くすれば、半価幅を低くすることができる。しかしながら、熱処理温度が高すぎれば、充放電相の結晶粒が粗大化する。この場合、上述のとおり、サイクル特性が低下する。充放電相の平均結晶粒を10〜200nmに維持できる範囲での半価幅の下限は0.30°である。したがって、拘束相の半価幅は0.30〜0.65°である。   When considering only the restraint phase, the lower limit of the half-value width is not particularly limited. The strain amount of the constrained phase is adjusted by a heat treatment described later. If the heat treatment temperature is raised, the half width can be lowered. However, if the heat treatment temperature is too high, the charge and discharge phase crystal grains become coarse. In this case, as described above, the cycle characteristics deteriorate. The lower limit of the half width in the range in which the average crystal grains of the charge / discharge phase can be maintained at 10 to 200 nm is 0.30 °. Therefore, the half width of the constrained phase is 0.30 to 0.65 °.

拘束相の半価幅は次の方法で測定される。負極活物質材料の拘束相に対してX線回折を実施する。X線回折では、30kV、100mAの条件でCuKα線(波長は1.5418Å)を用いる。ピークトップ法に基づいて、回折ピーク高さの半価になる高さにおける回折角度を半価幅として測定する。さらに、LaB6(六ホウ化ランタン)の単結晶(半価幅を持たない理想な単結晶)を用いて、X線回折装置由来の半価幅を測定する。測定された装置固有の半価幅を、測定された半価幅から差し引いて補正を行う。補正後の値を、拘束相の回折ピークの半価幅と定義する。   The half width of the constrained phase is measured by the following method. X-ray diffraction is performed on the constrained phase of the negative electrode active material. In X-ray diffraction, CuKα rays (wavelength is 1.5418 mm) are used under the conditions of 30 kV and 100 mA. Based on the peak top method, the diffraction angle at the height at which the half height of the diffraction peak height is obtained is measured as the half width. Further, the half width derived from the X-ray diffractometer is measured using a single crystal of LaB6 (lanthanum hexaboride) (an ideal single crystal having no half width). Correction is performed by subtracting the measured half-value width inherent to the apparatus from the measured half-value width. The corrected value is defined as the half width of the diffraction peak of the constrained phase.

[セラミックス粒子]
複数のセラミックス粒子は、負極活物質材料内に分散される。つまり、セラミックス粒子は充放電相及び拘束相内に分散される。セラミックス粒子の平均粒径は0.01〜0.1μmであり、微細である。以下、平均粒径が0.01〜0.1μmのセラミックス粒子を「微細セラミックス粒子」ともいう。微細セラミックス粒子は、次の作用を有する。
[Ceramic particles]
The plurality of ceramic particles are dispersed in the negative electrode active material. That is, the ceramic particles are dispersed in the charge / discharge phase and the constraining phase. The average particle diameter of the ceramic particles is 0.01 to 0.1 μm and is fine. Hereinafter, ceramic particles having an average particle diameter of 0.01 to 0.1 μm are also referred to as “fine ceramic particles”. The fine ceramic particles have the following action.

充放電相内の微細セラミックス粒子は、充放電相の結晶粒の平均結晶粒径を微細なまま維持する。上述のとおり、本実施形態では、熱処理を実施することにより、拘束相内のひずみ量を低減する。しかしながら、熱処理を実施すれば、充放電相内の結晶粒が粗大になりやすい。本実施形態では、充放電相内に分散した微細セラミックス粒子が、熱処理により充放電相内の結晶粒が粗大化するのを抑制する。そのため、充放電相の平均結晶粒径が10〜200nmに維持される。   The fine ceramic particles in the charge / discharge phase maintain the average crystal grain size of the crystal grains in the charge / discharge phase as fine as possible. As described above, in this embodiment, the amount of strain in the constrained phase is reduced by performing heat treatment. However, if heat treatment is performed, the crystal grains in the charge / discharge phase tend to be coarse. In this embodiment, the fine ceramic particles dispersed in the charge / discharge phase suppress the coarsening of crystal grains in the charge / discharge phase due to heat treatment. Therefore, the average crystal grain size of the charge / discharge phase is maintained at 10 to 200 nm.

セラミックス粒子の平均粒径が0.1μmを超えれば、セラミックス粒子が大きすぎる。この場合、充放電相の結晶粒の粗大化を抑制しにくく、結晶粒の平均結晶粒径が200nmを超える場合がある。したがって、セラミックス粒子の平均粒径の上限は0.1μmである。セラミックス粒子の平均粒径の好ましい上限は0.06μmである。セラミックス粒子の平均粒径の下限は特に限定されない。しかしながら、製造コストを考慮すれば、セラミックス粒子の平均粒径の下限は0.01μmである。   If the average particle size of the ceramic particles exceeds 0.1 μm, the ceramic particles are too large. In this case, it is difficult to suppress the coarsening of the charge / discharge phase crystal grains, and the average crystal grain size of the crystal grains may exceed 200 nm. Therefore, the upper limit of the average particle size of the ceramic particles is 0.1 μm. A preferable upper limit of the average particle size of the ceramic particles is 0.06 μm. The lower limit of the average particle size of the ceramic particles is not particularly limited. However, considering the production cost, the lower limit of the average particle size of the ceramic particles is 0.01 μm.

セラミックス粒子の平均粒径は、次の方法で測定される。レーザー回折・散乱式の粒度分布測定装置(日機装株式会社製 マイクロトラックFRA)を用いて測定する。この測定は、水を分散溶媒として、超音波により粉末凝集をほぐした後に行う。データ解析時には、測定装置メーカー提供の各物質の屈折率を入力して、粒度分布を求める。   The average particle diameter of the ceramic particles is measured by the following method. Measurement is performed using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus (Microtrack FRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). This measurement is performed after loosening the powder by ultrasonic waves using water as a dispersion solvent. At the time of data analysis, the refractive index of each substance provided by the measuring device manufacturer is input to obtain the particle size distribution.

特定粒子内のセラミックス粒子の含有量は、質量%で1〜10%である。セラミックス粒子の含有量が低すぎれば、熱処理後の充放電相の結晶粒が粗大になる。一方、セラミックス粒子は充放電容量に寄与しない。そのため、セラミックス粒子の含有量が高すぎれば、充放電容量が低下する。セラミックス粒子の含有量が1〜10%であれば、充放電相の結晶粒を微細に維持しつつ、高い充放電容量が得られる。セラミックス粒子の含有量の好ましい下限は2%である。セラミックス粒子の含有量の好ましい上限は6%である。   The content of ceramic particles in the specific particles is 1 to 10% by mass. If the ceramic particle content is too low, the crystal grains of the charge / discharge phase after the heat treatment become coarse. On the other hand, ceramic particles do not contribute to the charge / discharge capacity. Therefore, if the content of ceramic particles is too high, the charge / discharge capacity decreases. If the content of the ceramic particles is 1 to 10%, a high charge / discharge capacity can be obtained while maintaining fine grains of the charge / discharge phase. A preferable lower limit of the content of the ceramic particles is 2%. A preferable upper limit of the content of ceramic particles is 6%.

上記特定粒子110は、充放電相、拘束相、及び、セラミックス粒子の他、不純物を含有してもよい。特定粒子110はさらに、他の相又は粒子を含有してもよい。   The specific particles 110 may contain impurities in addition to the charge / discharge phase, the constrained phase, and the ceramic particles. The specific particles 110 may further contain other phases or particles.

[結着部]
本実施形態の負極活物質材料100はさらに、特定粒子110同士を結着する結着部120を含有する。結着部120は、非黒鉛質炭素及び炭素前駆体の少なくとも一種を主成分とする。
[Binder]
The negative electrode active material 100 of the present embodiment further includes a binding part 120 that binds the specific particles 110 to each other. The binder 120 is mainly composed of at least one of non-graphitic carbon and a carbon precursor.

結着部120は、特定粒子110同士を結着する。つまり、特定粒子110の間には、結着部120が充填される。特定粒子110は、結着部120を介して互いに結着している。   The binding unit 120 binds the specific particles 110 to each other. That is, the binding part 120 is filled between the specific particles 110. The specific particles 110 are bound to each other via the binding part 120.

結着部120は、非黒鉛質炭素及び炭素前駆体の少なくとも1種を主成分とする。ここで、「主成分」とは、結着部120に占める体積割合が50%以上であることを意味する。好ましくは、上記体積割合は80%以上である。   The binder 120 is mainly composed of at least one of non-graphitic carbon and a carbon precursor. Here, “main component” means that the volume ratio in the binding portion 120 is 50% or more. Preferably, the volume ratio is 80% or more.

[非黒鉛質炭素]
非黒鉛質炭素は、非晶質炭素及び乱層構造炭素の少なくとも1種である。非晶質炭素とは、短距離秩序(数原子〜十数個原子オーダー)を有し、長距離秩序(数百〜数千個の原子オーダー)を有さない炭素を意味する。乱層構造炭素とは、六角網平面方向に平行な乱層構造を有し、三次元方向には結晶学的規則性がみられない炭素原子からなる炭素を意味する。乱層構造炭素は、透過型電子顕微鏡(TEM)等で確認される。
[Non-graphitic carbon]
Non-graphitic carbon is at least one of amorphous carbon and turbostratic carbon. Amorphous carbon means carbon having short-range order (on the order of several atoms to tens of atoms) and not having long-range order (on the order of hundreds to thousands of atoms). Turbulent structure carbon means carbon composed of carbon atoms having a turbulent structure parallel to the hexagonal plane direction and no crystallographic regularity in the three-dimensional direction. Turbulent structure carbon is confirmed with a transmission electron microscope (TEM) or the like.

非黒鉛質炭素は、熱可塑性樹脂等の熱可塑性有機物を焼成して製造される。本実施形態において、熱可塑性樹脂はたとえば、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、合成熱可塑性樹脂、天然熱可塑性樹脂及びこれらの混合物である。好ましい熱可塑性樹脂は、ピッチ粉末である。ピッチ粉末は、昇温過程で溶融すると共に炭化される。そのため、ピッチ粉末により製造される非黒鉛質炭素は、特定粒子110同士を結着しやすい。ピッチ粉末はさらに、低温焼成されても不可逆容量が小さい。   Non-graphitic carbon is produced by firing a thermoplastic organic material such as a thermoplastic resin. In the present embodiment, the thermoplastic resin is, for example, petroleum pitch, coal pitch, synthetic thermoplastic resin, natural thermoplastic resin, and a mixture thereof. A preferred thermoplastic resin is pitch powder. The pitch powder is melted and carbonized during the heating process. Therefore, the non-graphitic carbon produced from the pitch powder tends to bind the specific particles 110 to each other. Further, the pitch powder has a small irreversible capacity even when fired at a low temperature.

[炭素前駆体]
炭素前駆体は、熱可塑性有機物を加熱した際において熱可塑性有機物が非黒鉛質炭素に変換される前段階の物質である。
[Carbon precursor]
The carbon precursor is a material at a stage before the thermoplastic organic material is converted into non-graphitic carbon when the thermoplastic organic material is heated.

好ましくは、結着部120は、非黒鉛質炭素である。炭素前駆体は導電性が低いが、一方で非黒鉛質炭素は炭素前駆体より導電性が高い。そのため、結着部120が非黒鉛質炭素である場合、金属イオン二次電池の容量維持率が向上する。   Preferably, the binding part 120 is non-graphitic carbon. Carbon precursors are less conductive, while non-graphitic carbon is more conductive than carbon precursors. Therefore, when the binding part 120 is non-graphitic carbon, the capacity maintenance rate of the metal ion secondary battery is improved.

負極活物質材料100は、特定粒子110のみからなる負極活物質材料と比較して、高い容量維持率を有する。負極活物質材料100は、結着部120を含有する。そのため、電解液に接触する特定粒子110の面積が減少し、電解液の分解が抑制される。さらに、結着部120により、特定粒子110同士の結合が維持され、特定粒子110間の導電性が維持される。以上の理由により、負極活物質材料100が高い容量維持率を有すると考えられる。本実施形態の負極活物質材料100は、特定粒子110と、結着部120とを含有するため、高い放電容量にも係わらず、高い容量維持率を示す。   The negative electrode active material 100 has a higher capacity retention rate than the negative electrode active material made of only the specific particles 110. The negative electrode active material 100 includes a binding part 120. Therefore, the area of the specific particles 110 that come into contact with the electrolytic solution is reduced, and decomposition of the electrolytic solution is suppressed. Furthermore, the binding part 120 maintains the bonds between the specific particles 110 and maintains the conductivity between the specific particles 110. For the above reasons, the negative electrode active material 100 is considered to have a high capacity retention rate. Since the negative electrode active material 100 of this embodiment contains the specific particle 110 and the binding part 120, it shows a high capacity retention rate despite the high discharge capacity.

結着部120は、非黒鉛質炭素及び炭素前駆体以外の他の成分を含有してもよい。結着部120はたとえば、黒鉛粒子、導電性炭素質微粒子、スズ粒子等を含有してもよい。   The binder 120 may contain other components other than non-graphitic carbon and a carbon precursor. The binder 120 may contain, for example, graphite particles, conductive carbonaceous fine particles, tin particles, and the like.

[特定粒子と結着部の質量比]
好ましくは、上述の特定粒子110の総質量と結着部120の質量との総和に対する、特定粒子110の総質量の比RPは、91.0〜99.5%である。
[Mass ratio of specific particles to binding part]
Preferably, the ratio RP of the total mass of the specific particles 110 to the total sum of the total mass of the specific particles 110 and the mass of the binding portion 120 is 91.0 to 99.5%.

比RPが91.0%未満である場合、初回充電時の放電容量が低下する。負極活物質材料100中の特定粒子110の割合が少なすぎるためと考えられる。一方、比RPが99.5%を超えれば、結着部120による結着が低くなる。この場合、特定粒子110間の導電性を維持することが難しくなるため、負極活物質材料100の容量維持率が低下する。さらに、結着部120の割合が少ないため、特定粒子110と電解液との接触面積が大きくなり、電解液の分解を抑制することが難しくなる。そのため、負極活物質材料100の容量維持率がさらに低下する。したがって、好ましい比RPは91.0〜99.5%である。比RPの好ましい下限は95.0%であり、さらに好ましくは96.0%である。比RPの好ましい上限は98.5%であり、さらに好ましくは98.0%である。   When the ratio RP is less than 91.0%, the discharge capacity at the first charge is reduced. This is probably because the ratio of the specific particles 110 in the negative electrode active material 100 is too small. On the other hand, if the ratio RP exceeds 99.5%, the binding by the binding portion 120 becomes low. In this case, since it becomes difficult to maintain the conductivity between the specific particles 110, the capacity maintenance rate of the negative electrode active material 100 is lowered. Furthermore, since the ratio of the binding part 120 is small, the contact area between the specific particles 110 and the electrolytic solution is increased, and it is difficult to suppress decomposition of the electrolytic solution. Therefore, the capacity retention rate of the negative electrode active material 100 is further reduced. Therefore, the preferred ratio RP is 91.0-99.5%. The minimum with preferable ratio RP is 95.0%, More preferably, it is 96.0%. The upper limit with preferable ratio RP is 98.5%, More preferably, it is 98.0%.

[負極及び電池]
好ましくは、本実施形態の負極は、非水電解質二次電池に用いられる。本明細書にいう「非水電解質二次電池」は、例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池等の金属イオン二次電池である。
[Negative electrode and battery]
Preferably, the negative electrode of the present embodiment is used for a nonaqueous electrolyte secondary battery. The “non-aqueous electrolyte secondary battery” referred to in this specification is a metal ion secondary battery such as a lithium ion secondary battery, a sodium ion secondary battery, a magnesium ion secondary battery, or a calcium ion secondary battery.

本実施形態の電池は、非水電解質二次電池である。電池は、上述の負極を含む。電池はたとえば、本実施形態の負極と、正極と、セパレータと、電解液又は電解質とを備える。   The battery of this embodiment is a nonaqueous electrolyte secondary battery. The battery includes the above-described negative electrode. A battery is provided with the negative electrode of this embodiment, a positive electrode, a separator, and electrolyte solution or electrolyte, for example.

電池の形状は、円筒形、角形であってもよいし、コイン型、シート型等でもよい。本実施形態の電池は、ポリマー電池等の固体電解質を利用した電池でもよい。   The shape of the battery may be a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a sheet shape, or the like. The battery of this embodiment may be a battery using a solid electrolyte such as a polymer battery.

[正極]
正極はたとえば、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物及びそのリチウム(Li)化合物、ニオブ酸化物及びそのリチウム化合物、有機導電性物質を用いた共役系ポリマー、シェプレル相化合物、活性炭、活性炭素繊維等である。
[Positive electrode]
The positive electrode is, for example, a transition metal chalcogenide, vanadium oxide and its lithium (Li) compound, niobium oxide and its lithium compound, a conjugated polymer using an organic conductive material, a sheprel phase compound, activated carbon, activated carbon fiber, etc. is there.

[電解液]
電解液は、一般に、支持電解質としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液である。リチウム塩は例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiAsF、LiB(C)、LiCFSO、LiCHSO、Li(CFSON、LiCSO、Li(CFSO、LiCl、LiBr、LiI等である。これらは、単独で用いられてもよく組み合わせて用いられてもよい。有機溶媒は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの炭酸エステル類が好ましい。但し、カルボン酸エステル、エーテルをはじめとする他の各種の有機溶媒も使用可能である。これらの有機溶媒は、単独で用いられてもよいし、組み合わせて用いられてもよい。
[Electrolyte]
The electrolytic solution is generally a non-aqueous electrolytic solution in which a lithium salt as a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent. Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiB (C 6 H 5 ), LiCF 3 SO 3 , LiCH 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 2 SO 2 ) 2 , LiCl, LiBr, LiI and the like. These may be used alone or in combination. The organic solvent is preferably a carbonic acid ester such as propylene carbonate, ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, or diethyl carbonate. However, various other organic solvents including carboxylic acid esters and ethers can also be used. These organic solvents may be used alone or in combination.

[セパレータ]
セパレータは、正極及び負極の間に設置される。セパレータは絶縁体としての役割を果たす。セパレータはさらに、電解質の保持にも大きく寄与する。本実施形態の電池は周知のセパレータを備えればよい。セパレータはたとえば、ポリオレフィン系材質であるポリプロピレン、ポリエチレン、又はその両者の混合布、もしくは、ガラスフィルターなどの多孔体である。
[Separator]
The separator is installed between the positive electrode and the negative electrode. The separator serves as an insulator. Further, the separator greatly contributes to the retention of the electrolyte. The battery of this embodiment may be provided with a known separator. The separator is, for example, a polyolefin material such as polypropylene, polyethylene, a mixed cloth of both, or a porous body such as a glass filter.

[製造方法]
本実施形態の負極活物質材料100の製造方法の一例を説明する。負極活物質材料100の製造方法は、準備工程と、メカニカルグラインディング処理(以下、MG処理という)工程と、混合工程と、熱処理工程とを備える。
[Production method]
An example of the manufacturing method of the negative electrode active material 100 of this embodiment is demonstrated. The manufacturing method of the negative electrode active material 100 includes a preparation process, a mechanical grinding process (hereinafter referred to as MG process) process, a mixing process, and a heat treatment process.

[準備工程]
準備工程では、充放電相と、拘束相とを含有する原材料を準備する。初めに、Si、Sn及びZnからなる群から選択される1種以上からなる元素と、第2族元素、遷移元素、第12族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される1種以上の元素(だたし、充放電相の元素及びCは除く)とを含有する原料を準備する。このとき、充放電相と、拘束相とが形成されるように、これらの元素の配合を調整する。たとえば、充放電相としてのSi相と、拘束相としての金属珪化物相とを含有する負極活物質材料を製造する場合、Si、Ni、Ti等を原料として、これらの元素の配合を調整する。
[Preparation process]
In the preparation step, a raw material containing a charge / discharge phase and a constraining phase is prepared. First, one or more elements selected from the group consisting of Si, Sn and Zn, and a group consisting of Group 2 elements, transition elements, Group 12 elements, Group 13 elements and Group 14 elements are selected. The raw material containing the 1 or more types of element (However, the element and C of a charge / discharge phase are excluded) is prepared. At this time, the blending of these elements is adjusted so that a charge / discharge phase and a constrained phase are formed. For example, when producing a negative electrode active material containing a Si phase as a charge / discharge phase and a metal silicide phase as a constraining phase, the composition of these elements is adjusted using Si, Ni, Ti, etc. as raw materials. .

準備された原料を溶解して溶湯を製造する。溶解方法は特に限定されない。溶解方法はたとえば、アーク溶解、高周波加熱溶解、抵抗加熱溶解等である。   The prepared raw material is melted to produce a molten metal. The dissolution method is not particularly limited. Examples of the melting method include arc melting, high-frequency heating melting, resistance heating melting, and the like.

次に、溶湯を冷却してインゴット又は鋳片を製造する。冷却方法は特に限定されない。冷却方法はたとえば、ストリップキャスティング法(SC法)である。ストリップキャスティング法では、回転する水冷ロール上に溶湯を注ぎ、溶湯を急冷凝固する。この場合、薄片状の鋳片が製造される。なお、溶湯を鋳型に鋳込んでインゴットを製造してもよい。   Next, the molten metal is cooled to produce an ingot or slab. The cooling method is not particularly limited. The cooling method is, for example, a strip casting method (SC method). In the strip casting method, molten metal is poured onto a rotating water-cooled roll, and the molten metal is rapidly solidified. In this case, a flaky cast piece is produced. The ingot may be manufactured by casting a molten metal in a mold.

製造された素材(インゴット又は鋳片)を粉砕して原材料を製造する。たとえば、素材を切断したり、ハンマーミル等を用いて粉砕したりして、100μm以下の粗粉末にする。さらに、粗粉末に対してボールミル、アトライタ、ディスクミル、ジェットミル、ピンミル等を用いて粉砕加工を実施し、原材料(粉末粒子)のサイズ(粒径)を調整する。原材料の平均粒径は特に限定されない。原材料の平均粒径はたとえば、25〜30μmである。粗粉末に対する粉砕加工は、酸化抑制のため、不活性ガス雰囲気またはドライ雰囲気で行うのが好ましい。   The raw material (ingot or slab) is pulverized to produce raw materials. For example, the raw material is cut or pulverized using a hammer mill or the like to obtain a coarse powder of 100 μm or less. Further, the coarse powder is pulverized using a ball mill, an attritor, a disk mill, a jet mill, a pin mill, or the like to adjust the size (particle size) of the raw material (powder particles). The average particle diameter of the raw material is not particularly limited. The average particle diameter of the raw material is, for example, 25 to 30 μm. The pulverization of the coarse powder is preferably performed in an inert gas atmosphere or a dry atmosphere in order to suppress oxidation.

[MG処理工程]
上記原材料と、微細セラミックス粒子とを混合して、混合粉末を作製する。混合粉末に対して、MG処理を実施する。MG処理ではたとえば、ボールミルを利用する。MG処理において、混合粉末に黒鉛、ステアリン酸、又は、PVP(ポリビニルピロリドン)を配合してもよい。この場合、MG処理で生成された特定粒子110がボールミルの内壁に付着するのを抑制できる。MG処理により、微細な結晶粒を有する充放電相を含む特定粒子110が製造される。特定粒子110の平均粒径はたとえば、5〜200μmである。
[MG treatment process]
The raw material and fine ceramic particles are mixed to produce a mixed powder. MG treatment is performed on the mixed powder. In the MG processing, for example, a ball mill is used. In the MG treatment, graphite, stearic acid, or PVP (polyvinylpyrrolidone) may be added to the mixed powder. In this case, it can suppress that the specific particle 110 produced | generated by MG process adheres to the inner wall of a ball mill. The specific particles 110 including the charge / discharge phase having fine crystal grains are manufactured by the MG treatment. The average particle diameter of the specific particles 110 is, for example, 5 to 200 μm.

以上の準備工程及びMG処理工程により、本実施形態の特定粒子110を製造できる。   The specific particles 110 of the present embodiment can be manufactured by the above preparation process and MG treatment process.

[混合工程]
混合工程では、熱可塑性有機物粉末を有機溶媒に溶解し、そこにMG処理工程で得られた特定粒子110を投入して、混合粉末を形成する。負極活物質材料100中の比RPを91.0%〜99.5%とする。そのためには、混合する熱可塑性有機物粉末の量を、特定粒子110と熱可塑性有機物粉末との合計量に対し、0.1質量%〜16.5質量%とするのが好ましい。
[Mixing process]
In the mixing step, the thermoplastic organic powder is dissolved in an organic solvent, and the specific particles 110 obtained in the MG treatment step are added thereto to form a mixed powder. The ratio RP in the negative electrode active material 100 is set to 91.0% to 99.5%. For this purpose, the amount of the thermoplastic organic powder to be mixed is preferably 0.1% by mass to 16.5% by mass with respect to the total amount of the specific particles 110 and the thermoplastic organic powder.

[熱処理工程]
負極活物質材料は、上述のとおり、微細な結晶粒を有する充放電相と、拘束相と、セラミックス粒子とを含有する。しかしながら、MG処理により、拘束相内には多数のひずみが導入されている。そこで、負極活物質材料に対して熱処理を実施して、拘束相のひずみ量を低減する。さらに、熱処理を実施して熱可塑性有機物粉末を非黒鉛質炭素及び炭素前駆体の少なくとも一種に変換し、結着部を形成する。
[Heat treatment process]
As described above, the negative electrode active material includes a charge / discharge phase having fine crystal grains, a constrained phase, and ceramic particles. However, many strains are introduced into the constrained phase by the MG treatment. Therefore, heat treatment is performed on the negative electrode active material to reduce the strain amount of the constrained phase. Further, heat treatment is performed to convert the thermoplastic organic powder into at least one of non-graphitic carbon and carbon precursor, thereby forming a binding part.

熱処理工程では、非酸化雰囲気下(不活性ガス雰囲気下、真空雰囲気下等)で混合粉末を300〜1000℃で熱処理する。熱処理温度が1000℃を超えれば、拘束相のひずみ量は低減するものの、充放電相の結晶粒が粗大化する。しかしながら、本実施形態の負極活物質材料では、1〜10質量%の微細セラミックス粒子を含有することにより、熱処理中の充放電相内の結晶粒の粗大化が抑制される。熱処理温度が1000℃以下であれば、充放電相の平均結晶粒径を200nm以下に抑えることができる。熱処理温度が300℃未満であれば、熱可塑性有機物粉末が十分に軟化せず、複数の粒子110同士を結着しにくい。さらに、熱可塑性有機物粉末が非黒鉛質炭素及び炭素前駆体の少なくとも一種に変換されにくく、結着部が形成されにくい。   In the heat treatment step, the mixed powder is heat treated at 300 to 1000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere (inert gas atmosphere, vacuum atmosphere, etc.). If the heat treatment temperature exceeds 1000 ° C., the strain amount of the constrained phase is reduced, but the crystal grains of the charge / discharge phase are coarsened. However, in the negative electrode active material of this embodiment, by containing 1 to 10% by mass of fine ceramic particles, coarsening of crystal grains in the charge / discharge phase during heat treatment is suppressed. If the heat treatment temperature is 1000 ° C. or lower, the average crystal grain size of the charge / discharge phase can be suppressed to 200 nm or lower. If the heat treatment temperature is less than 300 ° C., the thermoplastic organic powder is not sufficiently softened, and it is difficult to bind the plurality of particles 110 to each other. Furthermore, it is difficult for the thermoplastic organic powder to be converted into at least one of non-graphitic carbon and carbon precursor, and the binding portion is difficult to be formed.

熱処理温度が300〜1000℃であれば、拘束相のひずみ量が低減され、拘束相の回折ピークの半価幅が0.30〜0.65°になる。さらに、熱可塑性有機物粉末が十分に軟化して、特定粒子110同士を結着させる。さらに、熱可塑性有機物粉末が非黒鉛質炭素及び炭素前駆体の少なくとも一種に変換され、結着部120が形成される。その結果、上述の電極活物質材料が得られる。   If heat processing temperature is 300-1000 degreeC, the distortion amount of a constrained phase will be reduced and the half value width of the diffraction peak of a constrained phase will be 0.30-0.65 degree. Furthermore, the thermoplastic organic powder is sufficiently softened to bind the specific particles 110 to each other. Furthermore, the thermoplastic organic powder is converted into at least one of non-graphitic carbon and carbon precursor, and the binding portion 120 is formed. As a result, the above-described electrode active material is obtained.

熱処理温度の好ましい下限は350℃である。熱処理温度の好ましい上限は950℃であり、さらに好ましくは900℃であり、さらに好ましくは850℃である。特に好ましい熱処理温度は、400〜800℃である。   A preferred lower limit of the heat treatment temperature is 350 ° C. The upper limit with preferable heat processing temperature is 950 degreeC, More preferably, it is 900 degreeC, More preferably, it is 850 degreeC. A particularly preferable heat treatment temperature is 400 to 800 ° C.

好ましい熱処理時間は3.0時間〜12時間である。熱処理時間のさらに好ましい下限は4.0時間である。熱処理時間のさらに好ましい上限は8時間である。   A preferable heat treatment time is 3.0 hours to 12 hours. A more preferable lower limit of the heat treatment time is 4.0 hours. A more preferable upper limit of the heat treatment time is 8 hours.

負極活物質材料100が、特定粒子110と結着部120とからなる場合、上記工程により負極活物質材料100が製造される。負極活物質材料100が、特定粒子110及び結着部120と、他の物質とを含有する場合、混合工程において、特定粒子110、熱可塑性有機物粉末、及び他の物質を混合し、熱処理することにより、負極活物質材料100が製造される。   When the negative electrode active material 100 includes the specific particles 110 and the binding part 120, the negative electrode active material 100 is manufactured by the above process. When the negative electrode active material 100 contains the specific particles 110 and the binding part 120 and other substances, the specific particles 110, the thermoplastic organic powder, and other substances are mixed and heat-treated in the mixing step. Thus, the negative electrode active material 100 is manufactured.

以上の製造工程により、負極活物質材料100が製造される。   The negative electrode active material 100 is manufactured by the above manufacturing process.

[負極及び電池の製造方法]
本実施形態による負極の製造方法の一例は次のとおりである。上述の特定粒子110の粉末に対して、結着剤を混合して負極合剤を調製する。結着剤はたとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の非水溶性の樹脂であって電池の非水電解質に使用される溶媒に不溶性のもの、カルビキシメチルセルロース(CMC)及びビニルアルコール(PVA)等の水溶性樹脂、及び、スチレンブタジエンラバー(SBR)等である。
[Negative Electrode and Battery Manufacturing Method]
An example of the negative electrode manufacturing method according to the present embodiment is as follows. A negative electrode mixture is prepared by mixing a binder with the powder of the specific particles 110 described above. The binder is, for example, a water-insoluble resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethyl methacrylate (PMMA), polytetrafluoroethylene (PTFE), etc., and is insoluble in the solvent used for the non-aqueous electrolyte of the battery. And water-soluble resins such as carboxymethyl cellulose (CMC) and vinyl alcohol (PVA), and styrene butadiene rubber (SBR).

負極に十分な導電性を付与する場合、負極合剤に、導電性を高めるための導電粉を混合する。導電粉はたとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、アセチレンブラック等の炭素材料、Ni等の金属である。好ましい導電粉は炭素材料である。炭素材料は、Liイオンを吸蔵できる。したがって、炭素材料は、導電性だけでなく、負極の容量も高める。炭素材料はさらに、保液性に優れる。好ましい炭素材料は、アセチレンブラックである。   When giving sufficient electroconductivity to a negative electrode, the electroconductive powder for improving electroconductivity is mixed with a negative electrode mixture. The conductive powder is, for example, a carbon material such as natural graphite, artificial graphite or acetylene black, or a metal such as Ni. A preferred conductive powder is a carbon material. The carbon material can occlude Li ions. Therefore, the carbon material increases not only the conductivity but also the capacity of the negative electrode. The carbon material is further excellent in liquid retention. A preferred carbon material is acetylene black.

負極合剤に水などの溶媒を加えて、必要であればホモジナイザ、ガラスビーズを用いて十分に攪拌し、負極合剤スラリを製造する。このスラリを圧延銅箔、電析銅箔などの活物質支持体に塗布して乾燥する。その後、必要に応じて、その乾燥物にプレスを施す。以上の工程により、負極を製造する。   A solvent such as water is added to the negative electrode mixture, and if necessary, the mixture is sufficiently stirred using a homogenizer and glass beads to produce a negative electrode mixture slurry. This slurry is applied to an active material support such as rolled copper foil or electrodeposited copper foil and dried. Thereafter, the dried product is pressed as necessary. A negative electrode is manufactured by the above process.

負極電極上に、セパレータ、金属Li薄板を順次積層した積層物を製造する。積層物をケースに収め、電池を製造する。   A laminate in which a separator and a metal Li thin plate are sequentially laminated on the negative electrode is manufactured. The laminate is placed in a case to manufacture a battery.

表1に示す各試験番号の電池を製造し、その特性を評価した。   Batteries with respective test numbers shown in Table 1 were produced and their characteristics were evaluated.

Figure 2016067577
Figure 2016067577

<負極活物質材料の製造>
(1)準備工程
各試験番号において、Ni、Ti及びSiの純原料を、チタン酸アルミ製の溶解るつぼに収納した。Ni、Ti及びSiの質量比は、22.2:18.0:59.8であった。
<Manufacture of negative electrode active material>
(1) Preparatory process In each test number, the pure raw material of Ni, Ti, and Si was accommodated in the melting crucible made from aluminum titanate. The mass ratio of Ni, Ti and Si was 22.2: 18.0: 59.8.

溶解るつぼ内をアルゴン(Ar)雰囲気とした後、溶解るつぼ内の原料を、高周波誘導加熱により1500℃まで加熱して溶湯を製造した。製造された溶湯を、周速90m/分で回転する銅製の水冷ロール上に接触させて急冷凝固し、薄片状の鋳片を製造した(SC法)。SC法での冷却速度は500〜2000℃/秒であった。製造された鋳片を粉砕した後、63μmの篩で分級して、平均粒径25〜30μmの原材料を作製した。   After making the inside of the melting crucible an argon (Ar) atmosphere, the raw material in the melting crucible was heated to 1500 ° C. by high frequency induction heating to produce a molten metal. The produced molten metal was brought into contact with a copper water-cooled roll rotating at a peripheral speed of 90 m / min and rapidly solidified to produce a flaky slab (SC method). The cooling rate in the SC method was 500 to 2000 ° C./second. The manufactured slab was pulverized and then classified with a 63 μm sieve to produce a raw material having an average particle size of 25 to 30 μm.

(2)MG処理工程
各試験番号ごとに、原材料と、アルミナ(Al)粉末とを混合した混合物を作製した。各試験番号のアルミナ粉末の平均粒径は0.06μmであった。原材料と、表1に示す割合のアルミナ粉末との混合物を遊星ボールミル(株式会社栗本鐵工所製、商品名:BX384E)に投入し、MG処理を実施して、特定粒子(粉末)を製造した。
(2) MG treatment process For each test number, a mixture was prepared by mixing raw materials and alumina (Al 2 O 3 ) powder. The average particle size of the alumina powder of each test number was 0.06 μm. A mixture of the raw material and the alumina powder in the ratio shown in Table 1 was put into a planetary ball mill (manufactured by Kurimoto Steel Co., Ltd., trade name: BX384E) and subjected to MG treatment to produce specific particles (powder). .

具体的には、混合物を、遊星ボールミルのミルポットに投入した。ミルポットの材質はSUS304であり、内径は100mmであり、深さは67mmであった。さらに、複数のボールをミルポットに投入した。ボールの材質はSUS304であり、ボール径は4mmであった。さらに、ボール及びミルポット内壁に特定粒子が固着するのを抑制するため、黒鉛をミルポットに投入した。投入された混合物、ボール及び黒鉛の質量比は、混合物:黒鉛:ボール=35g:5g:600gであった。   Specifically, the mixture was put into a mill pot of a planetary ball mill. The material of the mill pot was SUS304, the inner diameter was 100 mm, and the depth was 67 mm. In addition, a plurality of balls were thrown into the mill pot. The material of the ball was SUS304, and the ball diameter was 4 mm. Furthermore, in order to suppress the specific particles from sticking to the ball and the inner wall of the mill pot, graphite was put into the mill pot. The mass ratio of the charged mixture, balls and graphite was mixture: graphite: ball = 35 g: 5 g: 600 g.

MG処理では、グローブボックス内を窒素雰囲気(酸素1%未満)とした。さらに、ミルポットの回転数を500rmpとして、MG処理を10時間実施した。MG処理後、窒素雰囲気(酸素1%未満)のグローブボックス内で特定粒子を取り出して篩分級(63μm)した。   In the MG treatment, the inside of the glove box was a nitrogen atmosphere (oxygen less than 1%). Further, the MG treatment was carried out for 10 hours with the rotational speed of the mill pot set to 500 rpm. After the MG treatment, specific particles were taken out in a glove box in a nitrogen atmosphere (less than 1% oxygen) and classified (63 μm).

(3)混合工程
MG処理工程で得られた特定粒子と、石炭系ピッチ粉末(軟化点86℃、平均粒径20μm、1000℃加熱後の残炭率50%)とをロッキングミキサー(愛知電気株式会社製)に投入して混合粉末を調整した。特定粒子の質量と石炭系ピッチ粉末の質量との総和に対する、石炭系ピッチ粉末の質量の割合は表1中、熱可塑性有機物粉末の混合割合に示すとおりとした。
(3) Mixing step The specific particles obtained in the MG treatment step and a coal-based pitch powder (softening point 86 ° C., average particle size 20 μm, residual carbon ratio after heating at 1000 ° C. 50%) are mixed with a rocking mixer (Aichi Electric Co., Ltd.) The mixed powder was prepared. The ratio of the mass of the coal-based pitch powder to the sum of the mass of the specific particles and the mass of the coal-based pitch powder is as shown in Table 1 in the mixing ratio of the thermoplastic organic matter powder.

(4)熱処理工程
上記混合物を黒鉛るつぼに投入した。その後、混合粉末を、窒素気流中、200℃の温度で1時間加熱した。加熱後、表1に示す温度でさらに1時間加熱して、負極活物質材料を製造した。製造された負極活物質材料において、特定粒子の総質量と、結着部である石炭系ピッチ粉末由来の物質(炭素前駆体)の質量の総和に対する、特定粒子の総質量の比RPは表1に示すとおりであった。
(4) Heat treatment step The above mixture was put into a graphite crucible. Thereafter, the mixed powder was heated at a temperature of 200 ° C. for 1 hour in a nitrogen stream. After heating, the mixture was further heated at the temperature shown in Table 1 for 1 hour to produce a negative electrode active material. In the manufactured negative electrode active material, the ratio RP of the total mass of the specific particles to the total mass of the specific particles and the total mass of the carbon-based material (carbon precursor) derived from the coal-based pitch powder as the binding portion is shown in Table 1. It was as shown in.

(5)熱処理後の充放電相中の結晶粒の平均結晶粒径の測定
熱処理後の負極活物質材料について、FIB(集束イオンビーム)装置を用いて加速されたガリウム(Ga)イオンによって厚さ200nm以下の箔片部を作製し、透過電子顕微鏡(FEI社製TITAN80−300)によって広角環状暗視野像を写真撮影し充放電相を観察した。観察された充放電相の形状はアスペクト比が1.5未満の丸い形状をしていた。写真上で観察された相の縦・横の長さをそれぞれ測定し、その平均値を結晶粒径とした。n=4として対象相を観察し、得られた粒径の平均値を平均結晶粒径とした。結果を表1に示す。
(5) Measurement of average grain size of crystal grains in charge / discharge phase after heat treatment About the negative electrode active material after heat treatment, the thickness is increased by gallium (Ga) ions accelerated using a FIB (focused ion beam) apparatus. A foil piece of 200 nm or less was prepared, and a wide-angle annular dark field image was photographed with a transmission electron microscope (TITA80-300 manufactured by FEI) to observe the charge / discharge phase. The shape of the observed charge / discharge phase was a round shape with an aspect ratio of less than 1.5. The vertical and horizontal lengths of the phases observed on the photograph were measured, and the average value was taken as the crystal grain size. The target phase was observed with n = 4, and the average value of the obtained particle sizes was defined as the average crystal particle size. The results are shown in Table 1.

(6)負極の製造
製造された負極活物質材料(粉末)75質量部に対して、5質量部のスチレンブタジエンラバー(SBR)(バインダ)、5質量部のカルボキシメチルセルロース(CMC)(バインダ)、15質量部のアセチレンブラック粉末(導電粉)を混合して混合物を作製した。さらに混合物に蒸留水を添加した後に混練し、負極合剤スラリを調製した
(6) Production of negative electrode 5 parts by mass of styrene butadiene rubber (SBR) (binder), 5 parts by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) (binder), with respect to 75 parts by mass of the produced negative electrode active material (powder), 15 parts by mass of acetylene black powder (conductive powder) was mixed to prepare a mixture. Further, distilled water was added to the mixture and kneaded to prepare a negative electrode mixture slurry.

負極合剤スラリを、ドクターブレード(150μm)を用いて厚さ30μmの電解銅箔上に薄く塗布し、乾燥させて塗膜を形成した。この塗膜を、直径13mmの大きさのポンチを用いて打ち抜き、負極を製造した。銅箔上の負極合剤スラリの塗布量は2〜3mg/cmであった。The negative electrode mixture slurry was thinly applied onto an electrolytic copper foil having a thickness of 30 μm using a doctor blade (150 μm) and dried to form a coating film. This coating film was punched out using a punch having a diameter of 13 mm to produce a negative electrode. The coating amount of the negative electrode mixture slurry on the copper foil was 2 to 3 mg / cm 2 .

(7)コイン型電池の製造
対極(正極)にLi金属箔を用いたコイン型電池(2016型)を製造した。具体的には、負極電極上に、直径19mmのセパレータを配置した。さらに、セパレータ上に、直径15mmの金属Li箔を配置して、積層物を形成した。積層物をケース内に納めた。積層物を収納したケースの外周部を、専用のかしめ機でプレス加工して、コイン型電池(2016型)を作製した。支持電解質をLiPFとし、LiPF:エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC):ジメチルカーボネート(DMC):ビニレンカーボネート(VC):フルオロエチレンカーボネート(FEC)=16:48:23:16:1:8(質量比)とした混合溶媒を、電解液として用いた。
(7) Manufacture of coin-type battery A coin-type battery (2016 type) using Li metal foil for the counter electrode (positive electrode) was manufactured. Specifically, a separator having a diameter of 19 mm was disposed on the negative electrode. Further, a metal Li foil having a diameter of 15 mm was disposed on the separator to form a laminate. The laminate was placed in the case. The outer periphery of the case containing the laminate was pressed with a dedicated caulking machine to produce a coin-type battery (2016 type). The supporting electrolyte was LiPF 6 and LiPF 6 : ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC): dimethyl carbonate (DMC): vinylene carbonate (VC): fluoroethylene carbonate (FEC) = 16: 48: 23: 16: A mixed solvent at 1: 8 (mass ratio) was used as the electrolytic solution.

<電池の特性評価>
(1)初回放電容量及び平均充放電効率の測定
製造されたコイン型電池において、初めに、0.15mA/cmの電流値で、対極に対して電位差5.0mVになるまで定電流でドープ(電極へのリチウムイオンの挿入、リチウムイオン二次電池の充電に相当)を行った。その後、5.0mVを保持したまま、10μA/cmになるまで定電圧で対極に対してドープを続け、ドープ容量を測定した。次に、0.15mA/cmの定電流で、電位差1.2Vになるまで脱ドープ(電極からのリチウムイオンの離脱、リチウムイオン二次電池の放電に相当)を行い、脱ドープ容量を測定した。このときのドープ容量、脱ドープ容量はそれぞれ、この電極をリチウムイオン二次電池の負極として用いた時の充電容量、放電容量に相当する。したがって、測定されたドープ容量を充電容量とし、測定された脱ドープ容量を放電容量とした。同一の条件でドープと脱ドープとからなるサイクルを40回繰り返した(40サイクル)。
<Evaluation of battery characteristics>
(1) Measurement of initial discharge capacity and average charge / discharge efficiency In the manufactured coin-type battery, first, it was doped with a constant current at a current value of 0.15 mA / cm 2 until the potential difference became 5.0 mV with respect to the counter electrode. (Equivalent to insertion of lithium ions into the electrode and charging of the lithium ion secondary battery). Thereafter, while maintaining 5.0 mV, the counter electrode was continuously doped at a constant voltage until 10 μA / cm 2 , and the doping capacity was measured. Next, dedoping (corresponding to detachment of lithium ions from the electrode and discharging of the lithium ion secondary battery) is performed at a constant current of 0.15 mA / cm 2 until the potential difference becomes 1.2 V, and the dedoping capacity is measured. did. The doping capacity and the dedoping capacity at this time correspond to the charging capacity and discharging capacity when this electrode is used as the negative electrode of the lithium ion secondary battery, respectively. Therefore, the measured doping capacity was taken as the charge capacity, and the measured dedoping capacity was taken as the discharge capacity. A cycle consisting of dope and dedope was repeated 40 times under the same conditions (40 cycles).

上述の通りに測定した充電容量、放電容量から、アセチレンブラックの容量及びバインダの容量を考慮して、負極活物質材料単独の体積当たりの充電容量、放電容量を算出した。脱ドープ容量/ドープ容量の比は、リチウムイオン二次電池の放電容量/充電容量の比に相当するので、この比を充放電効率とした。2サイクル目〜40サイクル目の充放電効率の平均値を平均充放電効率とした。結果を表1に示す。平均充放電効率が95.0%以上であれば、実用電池として平均充放電効率が良好であると評価した。   From the charge capacity and discharge capacity measured as described above, the charge capacity and discharge capacity per volume of the anode active material material alone were calculated in consideration of the capacity of acetylene black and the capacity of the binder. Since the ratio of dedoping capacity / doping capacity corresponds to the ratio of discharge capacity / charge capacity of the lithium ion secondary battery, this ratio was defined as charge / discharge efficiency. The average value of the charge / discharge efficiency of the second cycle to the 40th cycle was defined as the average charge / discharge efficiency. The results are shown in Table 1. If average charging / discharging efficiency was 95.0% or more, it evaluated that average charging / discharging efficiency was favorable as a practical battery.

(2)40サイクル後容量維持率の測定
上述と同一条件でドープと脱ドープとからなるサイクルを40回繰り返し、「1サイクル目の脱ドープ時の放電容量」に対する「40サイクル目の脱ドープ時の放電容量」の比率を求めた。求めた比率を40サイクル後容量維持率とし、サイクル特性の指標とした。結果を表1に示す。40サイクル後容量維持率が60.0%以上であれば、実用電池としてサイクル特性が良好であると評価した。
(2) Measurement of capacity retention after 40 cycles 40 cycles of the dope and dedope cycles were repeated under the same conditions as described above, and the "discharge capacity at the first cycle of undoping" The ratio of “discharge capacity” was determined. The obtained ratio was defined as the capacity retention rate after 40 cycles, which was used as an index of cycle characteristics. The results are shown in Table 1. If the capacity retention rate after 40 cycles was 60.0% or more, it was evaluated that the cycle characteristics were good as a practical battery.

(3)電解液分解特性の評価(定電位保持試験)
製造されたコイン型電池を用いて、電解液の定電位電気分解を行った。作製した負極と、対極する正極との電位差を一定に保持して、各電位差における電流を計測した。測定を行った電位差は、2.00V、1.80V、1.60V、1.55V、1.50V、1.45V、1.4V、1.35V、1.30V、1.25V、1.20V、1.18V、1.15V、1.10V、1.05V、1.00Vであった。各電位差における電流を計測し、計測された電流値から反応電気量を算出した。各反応電気量のうち、最大値を電解液分解特性(mAh/g)とした。結果を表1に示す。電解液分解特性が10.0mAh/g以下であれば、実用電池として電解液分解特性が良好であると評価した。試験番号1では、電位差が1.4Vのとき、反応電気量が最大となった。
(3) Evaluation of electrolyte decomposition characteristics (constant potential holding test)
The electrolyte solution was subjected to constant potential electrolysis using the manufactured coin-type battery. The potential difference between the prepared negative electrode and the positive electrode as a counter electrode was kept constant, and the current at each potential difference was measured. The measured potential differences were 2.00V, 1.80V, 1.60V, 1.55V, 1.50V, 1.45V, 1.4V, 1.35V, 1.30V, 1.25V, 1.20V. 1.18V, 1.15V, 1.10V, 1.05V, 1.00V. The current at each potential difference was measured, and the amount of reaction electricity was calculated from the measured current value. The maximum value among the amounts of each reaction electricity was defined as the electrolyte decomposition characteristic (mAh / g). The results are shown in Table 1. When the electrolytic solution decomposition characteristic was 10.0 mAh / g or less, it was evaluated that the electrolytic solution decomposition characteristic was good as a practical battery. In test number 1, when the potential difference was 1.4 V, the amount of reaction electricity was the maximum.

<評価結果>
表1を参照して、試験番号1〜12の負極活物質材料は本発明の範囲内であった。そのため、優れた平均充放電効率、40サイクル後容量維持率及び電解液分解特性を示した。具体的には、平均充放電効率は95.0%以上、40サイクル後容量維持率は60.0%以上、電解液分解特性は10.0mAh/g以下であった。
<Evaluation results>
With reference to Table 1, the negative electrode active material of the test numbers 1-12 was in the scope of the present invention. Therefore, it showed excellent average charge / discharge efficiency, capacity retention after 40 cycles, and electrolyte decomposition characteristics. Specifically, the average charge / discharge efficiency was 95.0% or more, the capacity retention rate after 40 cycles was 60.0% or more, and the electrolyte decomposition characteristic was 10.0 mAh / g or less.

試験番号1、3〜6及び8〜12では、比RPが91.0〜99.5%の範囲内であった。そのため、試験番号2及び7と比較して、電解液分解特性が低かった。   In test numbers 1, 3-6, and 8-12, the ratio RP was within the range of 91.0-99.5%. Therefore, compared with test numbers 2 and 7, the electrolyte decomposition characteristics were low.

一方、試験番号13及び14では、負極活物質材料に結着部が形成されなかった。そのため、電解液分解特性が10.0mAh/gを超えた。特定粒子と電解液の接触面積が大きいため、電解液の分解を抑制できなかったためと考えられる。   On the other hand, in Test Nos. 13 and 14, no binding portion was formed in the negative electrode active material. Therefore, the electrolytic solution decomposition characteristic exceeded 10.0 mAh / g. This is probably because the contact area between the specific particles and the electrolytic solution is large, and the decomposition of the electrolytic solution could not be suppressed.

試験番号15では、特定粒子内にセラミックス粒子が含有されず、さらに、結着部が形成されなかった。そのため、40サイクル後容量維持率が低く、60.0%未満であった。さらに、電解液分解特性が10.0mAh/gを超えた。   In test number 15, ceramic particles were not contained in the specific particles, and no binding portion was formed. Therefore, the capacity retention rate after 40 cycles was low and less than 60.0%. Furthermore, the electrolytic solution decomposition characteristic exceeded 10.0 mAh / g.

試験番号9及び12では、混合粉末の熱処理温度を800℃としたため、結着部が非黒鉛質炭素となった。そのため、40サイクル後容量維持率が試験番号1〜8、10及び11と比較して高かった。結着部が導電性を持つためと考えられる。   In Test Nos. 9 and 12, since the heat treatment temperature of the mixed powder was 800 ° C., the binding part became non-graphitic carbon. Therefore, the capacity retention rate after 40 cycles was higher than those of Test Nos. 1-8, 10 and 11. This is probably because the binding part has conductivity.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately changing the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

100 負極活物質材料
110 特定粒子
120 結着部
100 Negative electrode active material 110 Specific particle 120 Binding part

Claims (8)

複数の特定粒子と、
非黒鉛質炭素及び炭素前駆体の少なくとも一方を主成分として含有し、前記特定粒子同士を結着する結着部とを備え、
前記特定粒子は、
Si、Sn及びZnからなる群から選択される1種以上からなり、10〜200nmの平均結晶粒径を有する複数の充放電相と、
第2族元素、遷移元素、第12族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される1種以上の元素(だたし、前記充放電相の元素及びCは除く)と、前記充放電相に含有される元素とからなる固溶体又は金属間化合物であって、内部に前記充放電相が分散された拘束相と、
前記充放電相内に分散され、0.01〜0.1μmの平均粒径を有し、前記特定粒子の総質量に対して1〜10質量%の複数のセラミックス粒子とを含有し、
CuKα線によるX線回折において、前記拘束相のピークの半価幅が0.30〜0.65°である、負極活物質材料。
Multiple specific particles,
Containing at least one of non-graphitic carbon and carbon precursor as a main component, and comprising a binding part that binds the specific particles,
The specific particles are:
A plurality of charge and discharge phases comprising at least one selected from the group consisting of Si, Sn and Zn, and having an average crystal grain size of 10 to 200 nm;
One or more elements selected from the group consisting of Group 2 elements, transition elements, Group 12 elements, Group 13 elements and Group 14 elements (however, the charge-discharge element and C are excluded) And a solid solution or an intermetallic compound composed of an element contained in the charge / discharge phase, and a constrained phase in which the charge / discharge phase is dispersed,
Dispersed in the charge / discharge phase, having an average particle diameter of 0.01 to 0.1 μm, containing 1 to 10% by mass of a plurality of ceramic particles with respect to the total mass of the specific particles;
A negative electrode active material in which the half-value width of the peak of the constrained phase is 0.30 to 0.65 ° in X-ray diffraction by CuKα rays.
請求項1に記載の負極活物質材料であって、
前記結着部は非黒鉛質炭素である、負極活物質材料。
The negative electrode active material according to claim 1,
The negative electrode active material, wherein the binding portion is non-graphitic carbon.
請求項1又は請求項2に記載の負極活物質材料であって、
前記特定粒子の総質量と前記結着部の質量との総和に対する前記特定粒子の総質量の比が、91.0%〜99.5%である、負極活物質材料。
The negative electrode active material according to claim 1 or 2, wherein
The negative electrode active material, wherein the ratio of the total mass of the specific particles to the total sum of the total mass of the specific particles and the mass of the binding portion is 91.0% to 99.5%.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の負極活物質材料であって、
前記セラミックス粒子は、Al、MgO、ZrO、Y、TiO、La及びCeOからなる群から選択される1種又は2種以上である、負極活物質材料。
It is a negative electrode active material of any one of Claims 1-3, Comprising:
The ceramic particles are one or more selected from the group consisting of Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , La 2 O 3 and CeO 2. .
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の負極活物質材料であって、
前記充放電相はSiからなり、
前記拘束相は1種以上の金属珪化物からなる、負極活物質材料。
The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 4, wherein
The charge / discharge phase is made of Si,
The constrained phase is a negative electrode active material made of one or more metal silicides.
請求項5に記載の負極活物質材料であって、
前記金属珪化物は、Ni及び/又はTiを含有する、負極活物質材料。
The negative electrode active material according to claim 5,
The metal silicide is a negative electrode active material containing Ni and / or Ti.
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の負極活物質材料を含む、負極。   The negative electrode containing the negative electrode active material of any one of Claims 1-6. 請求項7に記載の負極を備える、電池。   A battery comprising the negative electrode according to claim 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7006545B2 (en) * 2018-09-07 2022-01-24 トヨタ自動車株式会社 Solid state battery
CN113299892B (en) * 2021-05-21 2022-06-28 葫芦岛市铭浩新能源材料有限公司 Preparation method of iron-doped titanium dioxide/tungsten carbide lithium ion battery cathode material

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001243946A (en) * 2000-02-29 2001-09-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary cell
JP2003208893A (en) * 2002-01-15 2003-07-25 Hitachi Maxell Ltd Non-aqueous secondary battery and charging method thereof
JP2006049266A (en) * 2004-07-09 2006-02-16 Samsung Sdi Co Ltd Lithium secondary battery
JP2006164960A (en) * 2004-11-15 2006-06-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Non aqueous electrolyte secondary battery
JP2008004460A (en) * 2006-06-26 2008-01-10 Nec Tokin Corp Nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2011111709A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 三井金属鉱業株式会社 Negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2013002163A1 (en) * 2011-06-27 2013-01-03 三井金属鉱業株式会社 Negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries
WO2014034494A1 (en) * 2012-08-31 2014-03-06 中央電気工業株式会社 Alloy particles, electrode, nonaqueous electrolyte secondary battery, and method for producing alloy particles

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001243946A (en) * 2000-02-29 2001-09-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary cell
JP2003208893A (en) * 2002-01-15 2003-07-25 Hitachi Maxell Ltd Non-aqueous secondary battery and charging method thereof
JP2006049266A (en) * 2004-07-09 2006-02-16 Samsung Sdi Co Ltd Lithium secondary battery
JP2006164960A (en) * 2004-11-15 2006-06-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Non aqueous electrolyte secondary battery
JP2008004460A (en) * 2006-06-26 2008-01-10 Nec Tokin Corp Nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2011111709A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 三井金属鉱業株式会社 Negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2013002163A1 (en) * 2011-06-27 2013-01-03 三井金属鉱業株式会社 Negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries
WO2014034494A1 (en) * 2012-08-31 2014-03-06 中央電気工業株式会社 Alloy particles, electrode, nonaqueous electrolyte secondary battery, and method for producing alloy particles

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