TW201931646A

TW201931646A - 鋰離子二次電池用負極材料

Info

Publication number: TW201931646A
Application number: TW107147594A
Authority: TW
Inventors: 栗田貴行; 石井伸晃
Original assignee: 日商昭和電工股份有限公司
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2019-08-01
Also published as: WO2019131862A1; JPWO2019131862A1

Abstract

本發明係關於鋰離子二次電池用負極材料、負極片及鋰離子二次電池，該鋰離子二次電池用負極材料係包含複合體(A)之鋰離子二次電池用負極材料，該複合體(A)係包含：包含一次粒子之平均粒子徑d_AV 為5nm以上95nm以下之Si的粒子(A1)、與由包含石墨之物質所構成之粒子(A2)、與碳質材料(A3)，(220)面繞射峰值的半寬度相對於在前述複合體(A)之X光繞射測定之前述粒子(A1)之(111)面繞射峰值的半寬度之比，及(311)面繞射峰值的半寬度相對於(111)面繞射峰值的半寬度之比皆為1.40以下。根據本發明之負極材料，可藉由縮小Si粒子，並且縮小結晶子尺寸，得到電極膨脹率小且電池壽命長之鋰離子二次電池。

Description

鋰離子二次電池用負極材料

本發明係關於鋰離子二次電池用負極材料。

以超過電子部件之省電力化的速度進展移動電子設備之多機能化，故增加移動電子設備之消費電力。因此，比目前更強烈尋求移動電子設備之主電源即鋰離子二次電池的高容量化及小型化。又，電動車之需求延伸，故使用在電動車之鋰離子二次電池亦正強烈尋求高容量化。

為了因應這般的要求，提案有複合化矽(Si)粒子與碳材料之負極用材料。惟，使用Si粒子與碳材料之複合材料的鋰離子二次電池，雖有高容量但因Si特有之充電放電時的體積變化導致大幅劣化。為了對應此，進行Si之奈米粒子化、對Si之塗佈材料的適用、對Si之異種金屬摻雜等各種對應，藉由此等對應維持高容量並且正改善循環壽命。

惟，即使縮小Si奈米粒子，結晶子大時，Si奈米粒子之膨脹成為各向異性，含有Si之負極電極全體的膨脹率亦增大。又，假設以抑制膨脹率的觀點來看，即使可提供具有適當Si結晶子尺寸之Si粒子，若無法得到充分之導電性，且沒有抑制與電解液之副反應的塗佈材料，則無法實現具有長期壽命之電池。

因此，幾次嘗試縮小Si粒子之結晶子尺寸。例如，專利文獻1揭示有一種由蓄電裝置用Si系合金所構成之負極材料，其係於放電時伴隨鋰離子移動之由蓄電裝置用Si系合金所構成之負極材料，其特徵為由前述Si系合金所構成之負極材料，具有由Si所構成之Si主要相與由Si與Si以外之1種以上元素所構成之化合物相，前述化合物相具有包含由Si與Cu所構成之相而成之相，前述Si主要相之Si結晶子尺寸為30nm以下，且由Si與Cu所構成之化合物相的結晶子尺寸為40nm以下。

專利文獻2揭示有一種矽微細粒子，其係主要作為鋰離子二次電池用之負極活性物質使用之矽，藉由粉末X光繞射之結晶子尺寸為1～200nm，藉由雷射法之平均粒徑為0.1～5μm，進而藉由BET法之比表面積為10m² /g以上。
[先前技術文獻]
[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開第2014-160554號公報
[專利文獻2]日本特開第2016-15299號公報

[發明欲解決之課題]

專利文獻1之發明雖實現結晶性尺寸之減低，但注目在哪個面之結晶面則不明，且針對Si粒徑亦未記載。
專利文獻2之發明與專利文獻1相比較時，可容許之Si結晶子尺寸過大，有無法連接到膨脹抑制的可能性。又，即使Si之結晶子尺寸與專利文獻1相同為30nm以下，以Si單質且形成負極材料的點或Si粒徑為0.1μm以上的點來看，作為負極之膨脹抑制、電池壽命改善之手法為不利。
本發明之課題為提供一種用以伴隨使用之電極膨脹率小，且壽命長之鋰離子二次電池的負極材料。

[用以解決課題之手段]

本發明包含以下之態樣。
[1]一種鋰離子二次電池用負極材料，其係包含複合體(A)之鋰離子二次電池用負極材料，該複合體(A)係包含：包含一次粒子之平均粒子徑d_AV 為5nm以上95nm以下之Si的粒子(A1)、與由包含石墨之物質所構成之粒子(A2)、與碳質材料(A3)，其特徵為(220)面繞射峰值的半寬度相對於在前述複合體(A)之X光繞射測定之前述粒子(A1)之(111)面繞射峰值的半寬度之比，及(311)面繞射峰值的半寬度相對於(111)面繞射峰值的半寬度之比皆為1.40以下。
[2]如前項1所記載之鋰離子二次電池用負極材料，其係包含被覆粒子(A1)的厚度1nm以上20nm以下之非晶質碳被覆層(A1C)。
[3]如前項1或2所記載之鋰離子二次電池用負極材料，其中，前述粒子(A2)在體積基準累積粒度分布之50%粒子徑D_V50 為2.0μm以上20.0μm以下，BET比表面積(S_BET )為1.0m² /g以上10.0m² /g以下。
[4]如前項1～3中任一項之鋰離子二次電池用負極材料，其中，前述粒子(A2)係藉由粉末X光繞射法之石墨結晶的(110)面的峰值強度I₁₁₀ 與(004)面的峰值強度I₀₀₄ 之比I₁₁₀ /I₀₀₄ 為0.10以上0.35以下，藉由粉末X光繞射法的(002)面的平均面間隔d₀₀₂ 為0.3360nm以下，藉由氮氣體吸著法所測定之直徑0.4μm以下之細孔的全細孔容積為5.0μL/g以上40.0μL/g以下之石墨粒子。
[5]如前項1～4中任一項之鋰離子二次電池用負極材料，其中，前述複合體(A)中之前述粒子(A1)的含有率為10質量%以上70質量%以下。
[6]一種負極片，其係具有薄片狀集電體及被覆該集電體之負極層，前述負極層包含黏結劑、導電輔助劑及如前項1～5中任一項之鋰離子二次電池用負極材料。
[7]一種鋰離子二次電池，其係具有如前項6所記載之負極片。

[發明效果]

藉由本發明，可提供一種用以伴隨使用之電極膨脹率小，且壽命長之鋰離子二次電池的負極材料。

有關本發明之一實施形態之鋰離子二次電池用負極材料包含複合體(A)，該複合體(A)係包含粒子(A1)與非晶質碳被覆層(A1C)與粒子(A2)與碳質材料(A3)。

(1)粒子(A1)
本發明之一實施形態所使用之粒子(A1)係將可儲存暨釋放鋰離子之Si作為主成分。Si之含有率較佳為90質量%以上，更佳為95質量%以上。粒子(A1)可為由Si單質或包含Si元素之化合物、混合體、共熔體或固溶體所構成者。又，與粒子(A2)及碳質材料(A3)之複合化前之粒子(A1)可為凝聚複數個微粒子者，亦即可為經二次粒子化者。作為粒子(A1)之形狀，可列舉塊狀、鱗片狀、球狀、纖維狀等。此等當中，較佳為球狀或塊狀。

作為包含Si元素之物質，可列舉Si單質或包含Si與Li以外之元素M之一般式：
M(=M^a +M^b +M^c +M^d ･･･)_m Si表示之物質。該物質係相對於Si1莫耳，以成為m莫耳之比且為包含元素M之化合物、混合體、共熔體或固溶體。
作為Li以外之元素即元素M之具體例，可列舉B、C、N、O、S、P、Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ru、Rh、Pd、Pt、Be、Nb、Nd、Ce、W、Ta、Ag、Au、Cd、Ga、In、Sb、Ba等。式中，m較佳為0.01以上，更佳為0.10以上，再更佳為0.30以上。

作為包含Si元素之物質的具體例，可列舉Si單質、Si與鹼土類金屬之合金；Si與過渡金屬之合金；Si與半金屬之合金；Si、與Be、Ag、Al、Au、Cd、Ga、In、Sb或Zn之固溶性合金或共熔性合金；CaSi、CaSi₂ 、Mg₂ Si、BaSi₂ 、Cu₅ Si、FeSi、FeSi₂ 、CoSi₂ 、Ni₂ Si、NiSi₂ 、MnSi、MnSi₂ 、MoSi₂ 、CrSi₂ 、Cr₃ Si、TiSi₂ 、Ti₅ Si₃ 、NbSi₂ 、NdSi₂ 、CeSi₂ 、WSi₂ 、W₅ Si₃ 、TaSi₂ 、Ta₅ Si₃ 、PtSi、V₃ Si、VSi₂ 、PdSi、RuSi、RhSi等之矽化物；SiO₂ 、SiC、Si₃ N₄ 等。

粒子(A1)係一次粒子之平均粒子徑d_AV 之下限值為5nm，較佳為10nm，更佳為35nm。又，一次粒子之d_AV 之上限值為95nm，較佳為70nm。粒子(A1)之一次粒子之d_AV 較95nm更大時，藉由充放電，膨脹收縮粒子(A1)之體積，對包含粒子(A1)之複合體(A)的構造所給予之影響增大，降低容量維持率。又，一次粒子之d_AV 較5nm更小時，增加粒子(A1)之比表面積，副反應量增大。
平均粒子徑d_AV [nm]係藉由
d_AV [nm]=6×10³ /(ρ×S_BET )
定義。於此，ρ[g/cm³ ]為Si粒子之真密度，採用理論值之2.3[g/cm³ ]。S_BET [m² /g]係藉由將N₂ 氣體作為吸著氣體之BET法所測定之比表面積。

粒子(A1)較佳為其表面藉由薄非晶質碳被覆層(A1C)被覆而成。粒子(A1)以非晶質碳被覆層(A1C)被覆而成時，非晶質碳被覆層(A1C)之厚度的上限值為20nm，較佳為10nm，更佳為5nm。係因為抑制電解液與非晶質碳被覆層(A1C)之副反應。粒子(A1)以非晶質碳被覆層(A1C)被覆而成時，非晶質碳被覆層(A1C)之厚度的下限值為1nm，較佳為2nm，更佳為3nm。係因為抑制粒子(A1)之氧化與粒子(A1)彼此之凝聚。又，相較非晶質碳被覆層(A1C)，與電解液之副反應大量進行之粒子(A1)由於藉由非晶質碳被覆層(A1C)被覆，大幅提昇初期庫侖效率。又，藉由抑制副反應，可抑制氟乙烯碳酸酯(FEC)等之電解液消費量。

非晶質碳被覆層(A1C)的厚度，在以藉由透過型電子顯微鏡(TEM)之觀察拍攝的圖像，可藉由計測膜厚求出。將藉由具體之TEM之觀察的一例示於以下。
裝置：日立製作所製 H9500、
加速電壓：300kV。
樣品製作：於乙醇中少量採取試料藉由超音波照射分散後，載上微電網觀察用網孔(無支持膜)作為觀察用試料。
觀察倍率：5萬倍(粒子形狀觀察時)及40萬倍(非晶質碳層的厚度觀察時)

粒子(A1)以非晶質碳被覆層(A1C)被覆時，由粒子(A1)與被覆此之非晶質碳被覆層(A1C)所構成之核殼構造體(以下稱為構造體(α))，係BET比表面積較佳為25m² /g以上70m² /g以下，更佳為52m² /g以上67m² /g以下。又，一次粒子之密度為2.2g/cm³ 以上。構造體(α)之BET比表面積(S_BET )為25m² /g以上時，構造體(α)之粒徑不會過大，構造體(α)固體內之電子移動路線與Li離子擴散路線不會增長。亦即，保持充放電時之電阻為低。進而，構造體(α)每1粒子之膨脹量的絕對值亦不會增大，破壞構造體(α)周圍之複合體(A)的構造的可能性低。又，若構造體(α)的密度為2.2g/cm³ 以上，從體積能量密度的點來看亦有優位性。

複合體(A)中之粒子(A1)的含有率，較佳為2質量%以上95質量%以下，更佳為5質量%以上80質量%以下，再更佳為10質量%以上70質量%以下。粒子(A1)的含有率為95質量%以下時，可抑制電氣電阻為低。粒子(A1)的含有率為2質量%以上時，於體積或質量能量密度的點來看，保持優位性。

由粒子(A1)與非晶質碳被覆層(A1C)所構成之構造體(α)雖以固相法、液相法、氣相法之任一種皆可製作，但較佳為氣相法。尤其是從如單矽烷之氣相Si原料，以CVD法製作Si粒子，然後使用如乙炔或乙烯之碳原料，以CVD法製作均一之非晶質碳被覆層(A1C)之方法等較佳。

(2)粒子(A2)
在本發明較佳之實施態樣的粒子(A2)所包含之石墨粒子較佳為人造石墨粒子。光學組織之大小及形狀為特定的範圍，藉由具有適當石墨化度之人造石墨粒子，可得到崩潰特性與電池特性皆優異之電極材料。

在本說明書，所謂D_V50 ，係表示在藉由雷射繞射式粒度分布計所測定之體積基準粒度分布的50%粒子徑，表示粒子之表觀上之徑。

在本發明較佳之實施態樣的粒子(A2)所包含之石墨粒子在體積基準累積粒度分布之50%粒子徑D_V50 ，較佳為2.0μm以上20.0μm以下，更佳為5.0μm以上18.0μm以下。若D_V50 為2.0μm以上，不需要於粉碎時藉由特殊之機器進行粉碎，亦可節約能量。又，由於難以引起凝聚，塗佈時之操作性亦佳。進而，由於比表面積沒有過度過大，亦不會引起初期充放電效率降低。另一方面，若D_V50 為20.0μm以下，由於負極材料中之鋰擴散亦不會耗費時間，輸出入特性良好。又，從在石墨粒子之表面均一複合化含矽粒子，得到良好之循環特性。

在本發明較佳之實施態樣的粒子(A2)所包含之石墨粒子，藉由N₂ 氣體吸著法之BET比表面積較佳為1.0m² /g以上10.0m² /g以下，更佳為3.0m² /g以上7.5m² /g以下。石墨粒子之BET比表面積為上述之範圍時，作為負極材料，由於可抑制不可逆之副反應，並且可大幅確保與電解液接觸之面積，提昇輸出入特性。

在本發明較佳之實施態樣的粒子(A2)所包含之人造石墨粒子，在藉由粉末X光繞射法所得之繞射峰值檔案，石墨結晶之(110)面的峰值強度I₁₁₀ 與(004)面的峰值強度I₀₀₄ 之比I₁₁₀ /I₀₀₄ 較佳為0.10以上0.35以下。前述之比更佳為0.18以上0.30以下，再更佳為0.21以上0.30以下。若前述之比為0.10以上，配向性不會過高，藉由伴隨負極材料中之Si或對石墨之鋰離子的插入暨脫離(儲存暨釋放)之膨脹收縮，不會引起對於電極之集電體面對垂直方向之電極膨脹，而得到良好之循環壽命。且，由於石墨之碳網面不會與電極面平行，故容易引起Li之插入，而得到良好之急速充放電特性。若前述之比為0.35以下，配向性不會過低，進行使用該負極材料之電極製作時之沖壓時，容易提昇電極密度。

在本發明較佳之實施態樣的粒子(A2)所包含之人造石墨粒子，較佳為藉由粉末X光繞射法之(002)面之平均面間隔d₀₀₂ 為0.3360nm以下。藉此，負極材料中之人造石墨粒子本身每一質量之鋰插入、脫離量亦多，亦即作為負極材料亦提高質量能量密度。又，變得容易緩和伴隨作為負極材料之對Si之鋰插入、脫離的膨脹收縮，循環壽命變良好。
作為人造石墨粒子之結晶子之C軸方向的厚度Lc，為50nm以上1000nm以下，從質量能量密度或崩潰性的觀點來看較佳。

在本說明書，d₀₀₂ 及Lc可藉由既知之方法使用粉末X光繞射(XRD)法測定(稻垣道夫、「碳」、1963、No.36、25-34頁；Iwashita et al.,Carbon vol.42(2004), p.701-714)。

在本發明較佳之實施態樣的粒子(A2)所包含之人造石墨粒子，藉由在液體氮冷卻下之氮氣體吸著BET法之直徑0.4μm以下之細孔的全細孔容積，較佳為5.0μL/g以上40.0μL/g以下。更佳為25.0μL/g以上40.0μL/g以下。全細孔容積為5.0μL/g以上之人造石墨粒子，粒子(A1)與碳質材料(A3)的複合化容易進行，以循環容量維持率改善的點來看較佳。在以X光繞射法測定之Lc為100nm以上之碳材料，前述全細孔容積為40.0μL/g以下時，難以引起起因於充放電時之石墨層之各向異性的膨脹收縮之構造的不可逆變化，亦進一步提昇作為負極材料之循環特性。又，人造石墨粒子之全細孔容積為此範圍時，將該負極材料作為活性物質使用時，由於電解液變容易浸透，以急速充放電特性的點來看亦佳。

在本發明較佳之實施態樣的粒子(A2)所包含之人造石墨粒子，拉曼分光光譜測定之源自1300～1400cm^-1 的範圍非晶質成分的峰值強度I_D 與源自1580～1620cm^-1 的範圍之石墨成分的峰值強度I_G 之比I_D /I_G (R值)較佳為0.04以上0.18以下，更佳為0.08以上0.16以下。若R值為0.04以上，則石墨之結晶性不會過高，得到良好之急速充放電特性。若R值為0.18以下，因缺陷存在導致於充放電時不會產生副反應，而得到良好之循環特性。
拉曼光譜，例如可藉由使用雷射拉曼分光光度計(日本分光股份有限公司製、NRS-5100)，以附屬之顯微鏡觀察來測定。

(3)粒子(A2)之製造方法
有關本發明之一實施形態之粒子(A2)所包含之石墨粒子，可藉由加熱粉碎熱履歴為1000℃以下之焦炭的粒子來製造。
作為焦炭之原料，例如可使用石油瀝青、煤炭瀝青、煤炭瀝青焦炭、石油焦炭及此等之混合物。亦即，作為粒子(A2)所包含之石墨粒子，較佳為使用源自石油系焦炭及/或煤炭系焦炭之物質。此等當中，期望於特定的條件下進行延遲焦化者。

作為通過延遲結焦裝置之原料，可列舉對於原油純化時之重質溜分，進行流動床接觸分解後去除觸媒之渣油，或藉由將從煙煤等萃取之煤焦油以200℃以上的溫度蒸餾，且將所得之焦油昇溫至100℃以上，使其持有充分流動性者。延遲焦化製程中，至少在捲筒內入口，以此等之液體昇溫至450℃以上，進而昇溫至500℃，更進而昇溫至510℃以上較佳，藉此於後步驟之熱處理時提高殘碳率，提昇收率。又，於捲筒內之壓力較佳為維持在常壓以上，更佳為維持在300kPa以上，再更佳為維持在400kPa以上。藉此更提高作為負極之容量。如以上，藉由在較通常更過酷的條件進行填縫，使液體更加反應，可得到聚合度更高之焦炭。

將所得之焦炭從捲筒內藉由噴射水流切出，將所得之塊以錘子等粗粉碎至5cm左右。粗粉碎中雖亦可使用雙軸輥式破碎機或顎式破碎機，但較佳為以1mm篩上成為90質量%以上的方式粉碎。藉由如上述般進行粉碎，在以後之加熱的步驟等，乾燥後，可防止焦炭粉飛揚，或是增加燒損等之麻煩。

以下粉碎焦炭。
以乾式進行粉碎時，於粉碎時在焦炭包含水時，由於顯著降低粉碎性，故較佳為以100～1000℃左右預先乾燥。更佳為100～500℃。焦炭具有高熱履歴時，由於壓碎強度增強粉碎性惡化，且導致結晶之各向異性發達，故劈開性增強，易成為鱗片狀之粉末。粉碎之手法並未特別限制，可使用公知之噴射磨機、錘磨機、輥磨機、針磨機、振動磨機等進行。
粉碎較佳為以D_V50 成為2.0μm以上20.0μm以下的方式進行，更佳為5.0μm以上18.0μm以下。

石墨化係於惰性環境(例如氮氣體或氬氣體環境)下，以較佳為2400℃以上，更佳為2800℃以上，再更佳為3050℃以上，又再更佳為3150℃以上的溫度進行。以更高的溫度處理時，可得到石墨結晶更成長，可將鋰離子以更高容量儲蓄之電極。另一方面，溫度過高時，由於防止石墨粉的昇華有困難，作為必要之能量亦增大，故石墨化溫度較佳為3600℃以下。

為了達成此等之溫度，較佳為使用電氣能量。電氣能量與其他熱源比較為高價，尤其是為了達成2000℃以上，消費極為大量的電力。因此，較佳為於石墨化以外未消費電氣能量者。在石墨化前先燒成碳原料，以去除有機揮發分的狀態，亦即固定碳分成為95%以上，更佳為成為98%以上，再更佳為成為99%以上較佳。此燒成例如可藉由於700～1500℃加熱進行。藉由燒成由於石墨化時之質量減少減低，故可用石墨化處理裝置提高一次的處理量。

石墨化後較佳為未進行粉碎處理。惟，石墨化後，粒子可解碎至未粉碎的程度。
將石墨粒子作為活性物質使用，製作電極時，於電極壓縮時於電極內部，活性物質易成為均一分布，且與相鄰之粒子的接觸亦安定，因此可成為於重複充放電更加優異之電池。

(4)碳質材料(A3)
在本發明較佳之實施態樣的碳質材料(A3)係與粒子(A2)不同者，係藉由碳原子所形成之結晶的發達低的碳材料，在藉由拉曼散射分光法之拉曼光譜，於1360cm^-1 附近持有峰值。又，碳質材料(A3)與非晶質碳被覆層(A1C)相同亦可。
碳質材料(A3)例如可藉由碳化碳前驅體製造。前述碳前驅體雖並未特別限定，但較佳為熱重質油、熱分解油、直餾瀝青、吹製瀝青、乙烯製造時所副生之焦油或石油瀝青等之源自石油之物質、煤炭乾餾時所生成之煤焦油、蒸餾去除煤焦油之低沸點成分的重質成分、源自煤焦油瀝青(煤炭瀝青)等之煤炭的物質，特佳為石油系瀝青或煤炭系瀝青。瀝青為複數個多環芳香族化合物之混合物。使用瀝青時，可製造高碳化率且雜質少之碳質材料(A3)。瀝青由於氧含有率少，將粒子(A1)以碳質材料被覆時，粒子(A1)難以氧化。

作為碳質材料(A3)之前驅體的瀝青，軟化點較佳為80℃以上300℃以下。若瀝青的軟化點為80℃以上，由於構成其之多環芳香族化合物的平均分子量不會過小，且揮發分亦比較少，故不會產生碳化率降低、製造成本上昇、進而容易得到大量包含細孔之比表面積大的碳質材料(A3)的問題。若瀝青的軟化點為300℃以下，由於黏度不會過高，故可與粒子(A1)均一混合。瀝青的軟化點可用ASTM-D3104-77所記載之梅特勒法測定。

作為碳質材料(A3)之前驅體的瀝青，殘碳率較佳為20質量%以上70質量%以下，更佳為25質量%以上60質量%以下。若瀝青的殘碳率為20質量%以上，則不會產生製造成本上昇或得到比表面積大之碳質材料的問題。若瀝青的殘碳率為70質量%以下，由於黏度不會過高，故可與粒子(A1)均一混合。
殘碳率係用以下之方法決定。將固體狀之瀝青以乳鉢等粉碎，將粉碎物於氮氣體流通下進行質量熱分析。將對於在1100℃之質量的置入質量之比例定義為殘碳率。

本發明所使用之瀝青係QI(喹啉不溶分)含量較佳為10質量%以下，更佳為5質量%以下，再更佳為2質量%以下。瀝青之QI含量係對應游離碳量之值。熱處理大量包含游離碳之瀝青時，於出現中間相球體的過程，由於游離碳附著在球體表面，形成三維網絡，妨礙球體的成長，故易成為鑲嵌狀之組織。另一方面，熱處理游離碳少之瀝青時，中間相球體大幅成長易生成針焦炭。藉由QI含量為上述的範圍，使得電極特性變更為良好。

又，本發明所使用之瀝青係TI(甲苯不溶分)含量較佳為10質量%以上70質量%以下。TI含量低之瀝青，由於構成其之多環芳香族化合物的平均分子量小且揮發分多，碳化率變低提昇製造成本，易得到大量包含細孔之比表面積大的碳質材料。TI含量高之瀝青，由於構成其之多環芳香族化合物的平均分子量大，碳化率雖提高，但TI含量高之瀝青由於黏度高，有與粒子(A1)均一混合困難的傾向。藉由TI含量為上述範圍，可均一混合瀝青與其他成分，且可得到顯示適合作為電池用活性物質之特性的負極材料。

本發明所使用之瀝青的QI含量及TI含量可藉由JIS K2425所記載之方法或依據其之方法測定。

碳質材料(A3)相對於前述之粒子(A1)、粒子(A2)及碳質材料(A3)的合計質量之質量比例較佳為2質量%以上40質量%以下，更佳為4質量%以上30質量%以下。
若碳質材料(A3)之比例為2質量%以上，得到粒子(A1)與粒子(A2)之充分鍵結，又，由於變成可將粒子(A1)的表面以碳質材料(A3)被覆，變成易對粒子(A1)賦予導電性，得到抑制粒子(A1)的表面反應性之效果或緩和膨脹收縮之效果，得到良好之循環特性。另一方面，若碳質材料(A3)之比例為40質量%以下，即使碳質材料(A3)之比例提高初期效率亦不會降低。

(5)複合體(A)
有關本發明之一實施形態之複合體(A)，較佳為包含粒子(A1)或構造體(α)(粒子(A1)以非晶質碳被覆層(A1C)被覆時)、與粒子(A2)、與碳質材料(A3)，粒子(A1)或構造體(α)與粒子(A2)與碳質材料(A3)至少其一部分相互進行複合化。所謂複合化，例如可列舉粒子(A1)或構造體(α)與粒子(A2)藉由碳質材料(A3)固定而鍵結的狀態，或粒子(A1)或構造體(α)及/或粒子(A2)藉由碳質材料(A3)被覆的狀態。在本發明，較佳為粒子(A1)或構造體(α)藉由碳質材料(A3)完全被覆，成為粒子(A1)或構造體(α)的表面未露出的狀態，其中，較佳為粒子(A1)或構造體(α)與粒子(A2)透過碳質材料(A3)連結，其全體藉由碳質材料(A3)被覆的狀態，及直接接觸構造體(α)與粒子(A2)，其全體藉由碳質材料(A3)被覆的狀態。
作為負極材料，使用在電池時，藉由粒子(A1)或構造體(α)的表面不露出，抑制電解液分解反應，可高度維持庫侖效率，藉由透過碳質材料(A3)，連結粒子(A2)及粒子(A1)或構造體(α)，可提高個別之間的導電性，藉由粒子(A1)或構造體(α)藉由碳質材料(A3)被覆，可緩衝伴隨其膨脹及收縮之體積變化。

有關本發明之一實施形態之複合體(A)中可單獨包含未複合化之粒子(A2)、碳質材料(A3)、粒子(A1)或構造體(α)。未複合化且單獨包含之粒子(A2)、碳質材料(A3)、粒子(A1)或構造體(α)的量以較少者較佳，具體而言，相對於複合體(A)的質量，較佳為10質量%以下。

有關本發明之一實施形態之複合體(A)之D_V50 較佳為2.0μm以上20.0μm以下。更佳為2.0μm以上18.0μm以下。若D_V50 為2.0μm以上，經濟性良好地製造為可能。又，即使提昇電極密度亦無困難。進而，由於比表面積不會過度大，亦不會引起因與電解液之副反應導致之初期充放電效率的降低。又，若D_V50 為20.0μm以下，得到良好之輸出入特性與循環特性。

有關本發明之一實施形態之複合體(A)之BET比表面積(S_BET )較佳為1.0m² /g以上10.0m² /g以下。更佳為1.0m² /g以上5.0m² /g以下。若BET比表面積(S_BET )為1.0m² /g以上，不會降低輸出入特性，而是維持於電極中之均一分布性，得到良好之循環特性。若BET比表面積(S_BET )為10.0m² /g以下，不會降低塗佈性且操作性亦良好。又，於電極製作亦不會太需要黏結劑，易提昇電極密度，可抑制因與電解液之副反應導致之初期充放電的效率的降低。

有關本發明之一實施形態之複合體(A)係將在X光繞射測定之粒子(A1)之(111)面繞射峰值(28.0°≦2θ≦29.0°所出現之峰值)的半寬度大小定為1時，(220)面之繞射峰值(46.8°≦2θ≦47.8°所出現之峰值)及(311)面之繞射峰值(55.6°≦2θ≦56.6°所出現之峰值)的半寬度大小皆為較佳為1.50以下，更佳為1.40以下。(220)及(311)面繞射峰值的半寬度比皆超過1.50時，粒子(A1)之膨脹成為更各向異性，電極膨脹率增大。

有關本發明之一實施形態之複合體(A)，在以顯微拉曼分光測定器測定粒子端面所得之拉曼分光光譜，1300～1400cm^-1 的範圍有峰值之峰值強度I_D 與1580～1620cm^-1 的範圍有峰值之峰值強度I_G 之比I_D /I_G (R值)較佳為0.15以上1.0以下。更佳為0.2以上1.0以下，再更佳為0.4以上1.0以下。R值過小表示粒子(A2)之表面一定量露出。因此，若R值為0.15以上，粒子(A2)與粒子(A1)以碳質材料(A3)被覆，由於提高抑制粒子(A1)之表面反應性的效果或緩和膨脹收縮的效果，而得到良好之循環特性。另一方面，R值過大係表示大量包含初期不可逆容量大之非晶質碳的碳質材料(A3)被覆粒子(A2)的表面。因此，若R值為1.0以下，抑制初期放電效率的降低。

(6)複合體(A)之製造方法
有關本發明之一實施形態之複合體(A)可依據公知之方法製造。
例如可藉由包含混合粒子(A1)或構造體(α)、與粒子(A2)、與碳質材料(A3)之前驅體，熱處理所得之混合物，將前述前驅體作為碳質材料(A3)之方法，得到複合體(A)。
粒子(A1)或構造體(α)、與粒子(A2)、與碳質材料(A3)之前驅體的混合物，例如可藉由熔融碳質材料(A3)前驅體之一的瀝青，將該熔融瀝青、與粒子(A1)或構造體(α)在惰性環境混合，使該混合物固化後進行粉碎，將該粉碎物與粒子(A2)混合；可藉由混合粒子(A1)或構造體(α)、與粒子(A2)，其次混合粒子(A1)或構造體(α)及粒子(A2)之混合物與碳質材料(A3)前驅體，進行機械化學處理；或可藉由將碳質材料(A3)前驅體溶解在溶媒，於該前驅體溶液添加混合粒子(A1)或構造體(α)、與粒子(A2)，去除溶媒，粉碎所得之固形物得到。機械化學處理例如可使用Hybridizer(註冊商標、奈良機械製作所股份有限公司製)等公知之裝置。

為了粉碎或混合，雖可使用球磨機、噴射磨機、棒磨機、針磨機、旋轉切割機、錘磨機、噴霧器、乳鉢等公知之裝置暨器具，但較佳為採用粒子(A1)或構造體(α)之氧化程度不會提高般之方法。一般而言，由於認為氧化比表面積大之小粒徑粒子更容易進行，故較佳為優先進行大粒徑粒子之粉碎，小粒徑粒子之粉碎進展不大之裝置。例如如棒磨機、錘磨機等，主要藉由衝擊粉碎之手段，有衝擊力優先傳遞至大粒徑粒子，不怎麼傳遞到小粒徑粒子的傾向。如針磨機、旋轉切割機等般，主要藉由衝擊與剪斷粉碎之手段，有剪斷力優先傳遞至大粒徑粒子，不怎麼傳遞到小粒徑粒子的傾向。使用這般的裝置，不會進行粒子(A1)或構造體(α)之氧化，可進行粉碎或混合。

又，為了抑制粒子(A1)或構造體(α)之氧化進行，前述之粉碎暨混合較佳為於非氧化性環境進行。作為非氧化性環境，可列舉充滿氬氣體、氮氣體等之惰性氣體之環境。

用以將碳質材料(A3)前驅體作為碳質材料(A3)之熱處理，較佳為於200℃以上2000℃以下，更佳為於500℃以上1500℃以下，特佳為於600℃以上1200℃以下的溫度進行。藉由此熱處理，碳質材料(A3)被覆構造體(α)及/或粒子(A2)，且碳質材料(A3)可放入粒子(A1)相互之間或構造體(α)相互之間、粒子(A2)相互之間及粒子(A1)與粒子(A2)之間或構造體(α)與粒子(A2)之間，成為連結此等的形態。熱處理溫度過低時，碳質材料(A3)前驅體之碳化無法充分結束，於負極材料中殘留氫或氧，有該等對電池特性帶來不良影響的情況。反之，熱處理溫度過高時，有結晶化過度前進，降低充電特性或是鍵結粒子(A1)構成元素與碳，對於Li離子產生惰性狀態的情況。熱處理較佳為於非氧化性環境進行。作為非氧化性環境，可列舉充滿氬氣體、氮氣體等之惰性氣體之環境。又，由於藉由熱處理熔合粒子有成塊的情況，故為了將熱處理品作為電極活性物質使用，較佳為進行解碎。作為解碎方法，較佳為利用錘子等之衝擊力之粉碎機、利用被解碎物彼此的碰撞之噴射磨機等。

(7)容量的調整
作為鋰離子二次電池用負極材料，以提昇電池性能為目的或以調節鋰離子二次電池用負極材料的容量為目的，可混合包含複合體(A)與碳之材料。包含混合之碳的材料可使用複數種類。作為包含碳之材料，較佳為容量高之石墨。作為石墨，可從天然石墨、人造石墨選擇使用。此時，複合體(A)使用比較高容量(700mAh/g以上)之複合體者，由於可減低鋰離子二次電池用負極材料的成本故較佳。包含此容量調整用之碳的材料，可預先與複合體(A)混合，對此加入黏結劑、溶劑、導電輔助劑等之添加劑，製作負極用漿料。又，亦可同時混合複合體(A)、包含碳之材料、黏結劑、溶劑、導電輔助劑等之添加劑，製作負極用漿料。混合之順序或方法考量粉體之操作等適當決定即可。

(8)負極用漿料
有關本發明之一實施形態之負極用漿料係包含前述負極材料與黏結劑與溶媒與如有必要之導電輔助劑等之添加劑。此負極用漿料，例如可藉由混練前述負極材料與黏結劑與溶媒與如有必要之導電輔助劑等得到。負極用漿料可成形成薄片狀、圓粒狀等之形狀。

作為用作黏結劑之材料，例如可列舉聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯三元共聚物、丁二烯橡膠、苯乙烯丁二烯橡膠、丁基橡膠、丙烯酸橡膠、離子傳導率大之高分子化合物等。作為離子傳導率大之高分子化合物，可列舉聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯、聚表氯醇、聚磷腈、聚丙烯腈等。黏結劑的量相對於負極材料100質量份，較佳為0.5質量份以上100質量份以下。

導電輔助劑若為發揮對於電極賦予導電性及電極安定性(相對於在鋰離子之插入暨脫離的體積變化之緩衝作用)的功能者，則並未特別限定。例如可列舉碳奈米管、碳奈米纖維、氣相法碳纖維(例如「VGCF(註冊商標)」昭和電工股份有限公司製)、導電性碳(例如「DENKA BLACK(註冊商標)」電氣化學工業股份有限公司製、「Super C65」TIMCAL公司製、「Super C45」TIMCAL公司製、「KS6L」TIMCAL公司製)等。導電輔助劑的量相對於負極材料100質量份，較佳為10質量份以上100質量份以下。

溶媒並未特別限制，可使用N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲醯胺、異丙醇、水等。作為溶媒，使用水之黏結劑時，較佳為併用增黏劑。溶媒的量以成為漿料易塗佈在集電體般的黏度的方式調整即可。

(9)負極片
有關本發明之一實施形態之負極片係具有集電體與被覆集電體之電極層。
作為集電體，例如可列舉鎳箔、銅箔、鎳網孔或銅網孔等薄片狀者。
電極層含有黏結劑與前述之負極材料。電極層例如可藉由將前述之漿料塗佈在集電體上並進行乾燥得到。漿料之塗佈方法並未特別限制。電極層的厚度較佳為50～200μm。電極層過厚時，有於經規格化之電池容器無法收容負極片的情況。電極層的厚度可藉由漿料之塗佈量調整。又，使漿料乾燥後，亦可藉由加壓成形調整。作為加壓成形法，可列舉輥加壓、沖壓加壓等之成形法。進行沖壓成形時之壓力較佳為100～500MPa左右。
負極片之電極密度可如以下的方式進行來計算。亦即，將沖壓後之負極片沖成直徑16mm之圓形狀，測定其質量與厚度。由此減去已分別測定之集電體箔(沖成直徑16mm之圓形狀者)的質量與厚度，求出電極層的質量與厚度，將該值為基礎計算電極密度。

(10)鋰離子二次電池
有關本發明之一實施形態之鋰離子二次電池，係具有選自由非水系電解液及非水系聚合物電解質所構成之群組中之至少一種的正極薄片及前述負極片。
作為正極薄片，可使用自以往即使用於鋰離子二次電池者，具體而言，可使用包含正極活性物質而成之薄片。作為正極活性物質，可列舉LiNiO₂ 、LiCoO₂ 、LiMn₂ O₄ 、LiNi_0.34 Mn_0.33 Co_0.33 O₂ 、LiFePO₄ 等。

鋰離子二次電池所使用之非水系電解液及非水系聚合物電解質並未特別限制。例如可列舉將LiClO₄ 、LiPF₆ 、LiAsF₆ 、LiBF₄ 、LiSO₃ CF₃ 、CH₃ SO₃ Li、CF₃ SO₃ Li等之鋰鹽，溶解在乙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯、二甲基碳酸酯、乙基甲基碳酸酯、丙烯碳酸酯、伸丁基碳酸酯、乙腈、丙腈、二甲氧基乙烷、四氫呋喃、γ-丁內酯等之非水系溶媒而成之有機電解液；含有聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯及聚甲基丙烯酸甲酯等之凝膠狀聚合物電解質；含有具有氧化乙烯鍵結之聚合物等固體狀之聚合物電解質。

又，電解液中，於鋰離子二次電池之充電時可少量添加引起分解反應之物質。作為該物質，例如可列舉伸乙烯基碳酸酯(VC)、聯苯、丙烷磺內酯(PS)、氟乙烯碳酸酯(FEC)、乙烯磺內酯(ES)等。作為添加量，較佳為0.01質量%以上50質量%以下。

鋰離子二次電池中可於正極薄片與負極片之間設置分隔器。作為分隔器，例如可列舉將聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴作為主成分之不織布、布、微孔薄膜或組合該等者等。

鋰離子二次電池可使用在手機、手提電腦、移動資訊終端等之電子機器之電源；電鑽、吸塵器、電動汽車等之電動機之電源；藉由燃料電池、太陽光發電、風力發電等所得之電力的存儲等。

[實施例]

於以下針對本發明表示實施例及比較例，進一步具體說明。尚，此等係用以說明之單純例示，本發明並非被限制於此等。尚，在實施例及比較例，粒子(A1)之一次粒子之平均粒子徑d_AV 、非晶質碳被覆層(A1C)的厚度、藉由人造石墨粒子之X光繞射法之(002)面的平均面間隔d₀₀₂ 及結晶子之C軸方向的厚度L_C 及Si粒子(A1)之(111)面繞射峰值的半寬度、在拉曼分光光譜之R值係藉由本說明書之「實施方式」所記載之方法測定。又，其他物性的測定及電池評估係如下述進行。

[藉由粉末X光繞射法之I₁₁₀ /I₀₀₄ 的測定]
將碳粉末試料填充在玻璃製試料板(試料板窗口18×20mm、深度0.2mm)，用以下的條件進行測定。
X光繞射裝置：理學製SmartLab(註冊商標)、
X光種：Cu-Kα線、
Kβ線去除方法：Ni過濾器、
X光輸出：45kV、200mA、
測定範圍：5.0～10.0deg、
掃描速度：10.0deg/min。
對於所得之波形，進行平滑化、背景去除、Kα2去除，進行檔案套配。從該結果所得之(004)面的峰值強度I₀₀₄ 與(110)面的峰值強度I₁₁₀ ，算出作為配向性之指標的強度比I₁₁₀ /I₀₀₄ 。尚，各面之峰值係將以下的範圍當中最大強度者作為個別的峰值選擇。
(004)面：54.0～55.0deg、
(110)面：76.5～78.0deg。

[粒子徑D_V50 ]
將粉體極小型刮勺2杯份及非離子性界面活性劑(TRITON(註冊商標)-X；Roche Applied Science製)2滴添加在水50ml，進行3分鐘超音波分散。將此分散液投入雷射繞射式粒度分布測定器(LMS-2000e、SEISHIN企業股份有限公司製)，測定體積基準累積粒度分布，求出50%粒子徑D_V50 (μm)。

[比表面積]
使用比表面積/細孔分布測定裝置(Quantachrome Instruments公司製、NOVA 4200e)，將氮氣體作為探測器，藉由相對壓0.1、0.2及0.3之BET多點法，測定BET比表面積S_BET (m² /g)。

[細孔容積]
於玻璃製槽秤量碳材料約5g，於1kPa以下之減壓下300℃乾燥約3小時，去除水分等之吸著成分後，測定碳材料的質量。然後，將在液體氮冷卻下之乾燥後之碳材料之氮氣體的吸著等溫線以Quantachrome公司製Autosorb-1測定。從於所得之吸著等溫線之P/P₀ =0.992～0.995的測定點之氮吸著量與乾燥後之碳材料的質量，求出直徑0.4μm以下之全細孔容積(μL/g)。

[藉由粉末X光繞射法之(111)、(220)及(311)面繞射峰值半寬度測定]
將碳粉末試料填充在玻璃製試料板(試料板窗口18×20mm、深度0.2mm)，用以下的條件進行測定。
X光繞射裝置：理學製SmartLab(註冊商標)、
X光種：Cu-Kα線、
Kβ線去除方法：Ni過濾器、
X光輸出：45kV、200mA、
測定範圍：5.0～80.0deg、
掃描速度：10.0deg/min。
對於所得之波形，進行平滑化、背景去除、Kα2去除，進行檔案套配。從其結果所得之(220)面及(311)面繞射峰值算出半寬度。

[正極薄片之製造]
邊於LiNi_0.6 Mn_0.2 Co_0.2 O₂ 之192g、作為導電輔助劑之碳黑4g及作為結著材之聚偏二氟乙烯(PVdF)4g適當加入N-甲基吡咯烷酮邊進行攪拌暨混合，而得到漿狀之正極用漿料。
將前述之正極用漿料藉由輥塗機塗佈在厚度20μm之鋁箔上，使其乾燥而得到正極用薄片。經乾燥之電極藉由輥沖壓將密度定為3.6g/cm³ ，而得到電池評估用正極薄片。

[負極片之製造]
作為黏結劑，使用羧甲基纖維素(CMC；大賽璐股份有限公司製、CMC1300)。具體而言，得到溶解固體成分比2%之CMC粉末的水溶液。
作為導電輔助劑，準備碳黑、碳奈米管(CNT)及氣相成長法碳纖維(VGCF(註冊商標)-H，昭和電工股份有限公司製)，將分別以3：1：1(質量比)混合者作為混合導電輔助劑。
以成為於後述之實施例及比較例製造之複合體(A)、與作為包含調節容量之目的的碳之材料之石墨的混合物90質量份、混合導電輔助劑2質量份、CMC固體成分8質量份的方式混合CMC水溶液，在自轉暨公轉混合器進行混練而得到負極用漿料。
或以成為於實施例及比較例製造之複合體(A)90質量份、混合導電輔助劑2質量份、CMC固體成分8質量份的方式混合CMC水溶液，在自轉暨公轉混合器進行混練而得到負極用漿料。
將前述之負極用漿料於厚度20μm之銅箔上使用300μm間隔之刮刀(Doctor blade)均一塗佈，在熱板乾燥後，進行真空乾燥而得到負極片。經乾燥之電極在300MPa之壓力藉由一軸沖壓機進行沖壓而得到電池評估用負極片。

[正負極容量比之微調整]
使正極薄片與負極片對向製作鋰離子電池時，有必要考量兩者的容量平衡。亦即，接收到鋰離子側之負極的容量過少時，過剩之Li於負極側析出成為循環劣化的原因，反之，負極的容量過多時，循環特性為了成為於雖提昇但負荷小的狀態之充放電，能量密度降低。為了防止此點，正極薄片使用同一者，並且負極片已先在對極Li之半電池提前評估活性物質每一質量的放電量，相對於正極薄片的容量(Q_C )之負極片的容量(Q_A )之比以1.2且成為一定值的方式，微調整負極片的容量。

[評估用電池之製作]
以保持在露點-80℃以下之乾燥氬氣體環境的手套箱內實施下述之操作。

[二極式層壓型全電池]
沖成上述負極片及正極薄片，而得到面積20cm² 之負極片及正極片。分別於正極片之Al箔附上Al標籤，於負極片之Cu箔附上Ni標籤。將聚丙烯製薄膜微多孔膜挾在負極片與正極片之間，以該狀態用鋁層壓包材包裝，澆注電解液700μL。然後，將開口部藉由熱熔合進行密封，製作評估用之電池。尚，電解液係於乙烯碳酸酯、乙基甲基碳酸酯及二乙基碳酸酯以體積比3：5：2的比例混合之溶媒，混合伸乙烯基碳酸酯(VC)1質量%、氟乙烯碳酸酯(FEC)10質量%，進而於此以電解質LiPF₆ 成為1mol/L的濃度的方式溶解之液。

[充電、放電之定義]
所謂充電，係指對於電池賦予電壓，所謂放電，係指消費電池之電壓的操作。二極式層壓型全電池時，對極並非適用Li金屬，而是適用具有較上述負極片氧化還原電位更高之材料。因此，負極片被作為負極處理。據此，在二極式層壓型全電池，所謂充電，係意指對於上述負極片插入Li之操作，所謂放電，係意指從上述負極操作釋出Li之操作。

[使用二極式層壓型全電池之充放電循環試驗]
於使用二極式層壓型全電池之循環試驗，老化實施5循環。老化之內第1循環，係從靜息電位以0.025C之電流值在6小時45分鐘CC模式充電，導入12小時之休止。然後進一步以0.05C實施CC充電至4.2V為止。放電係在0.05C之電流值以CC模式放電至2.7V為止。老化之第2循環，係與第5循環為相同條件，充電係以電流值0.1C，CC充電至4.3V為止後，以4.3V轉換成CV充電，將截止電流值以0.025C進行充電。放電係在0.1C之電流值以CC模式實施至2.7V為止。老化之第3循環、第4循環為相同條件，將老化第2循環、第5循環之電流值從0.1C替換成0.2C。

進行上述老化後，用以下之方法進行充放電循環試驗。
充電係以電流值1C之CC模式進行至4.3V為止後，轉換成CV模式之放電，將截止電流值定為0.05C來實施。
放電係以電流值1C之CC模式進行至3.0V為止。
將此充放電操作定為1循環進行20循環，於第21循環進行將上述充放電之1C替換成0.1C之低速度試驗。將此21循環試驗重複24次，成為合計504循環之試驗。
將第N循環之放電容量維持率用下式定義來計算。
(N循環後放電容量維持率(%))=
{(N循環時放電容量)/(初次放電容量)}×100
所謂在此式之初次放電容量係意指老化結束後之第1循環。

[504循環充放電試驗後負極電極合劑層膨脹率測定]
使用二極式層壓型全電池之504循環之循環試驗後，將放電狀態(具有3.0～3.4V範圍內之電壓)的全電池，於Ar惰性環境進行解體，取出負極電極。將取出之負極於同環境中藉由乙基甲基碳酸酯(EMC)洗淨、乾燥後，藉由千分錶(三豐股份有限公司製；高精度型[最小表示量0.001mm])，測定負極電極的厚度。負極電極厚度採用將負極電極全體隨機測定20點進行平均化之厚度。從此負極電極厚度，將減去集電體之銅箔厚度之值定為「504循環試驗後之負極電極合劑層厚度」。
在計算504循環試驗後之負極電極合劑層膨脹率時，作為基準之負極電極合劑層的厚度，從將剛沖壓後之負極電極以千分錶測定20點之值的平均值，減去銅箔集電體的厚度，定為「剛沖壓後負極電極合劑層厚度」。
據此，「504循環試驗後之負極電極合劑層膨脹率」藉由下式計算。
(504循環試驗後之負極電極合劑層膨脹率(%))=
{(504循環試驗後之負極電極合劑層厚度)/(剛沖壓後負極電極合劑層厚度)}×100

於下述實施例及比較例使用之材料係如以下。
(1)含矽粒子(Si微粒子)
將於實施例及比較例使用在粒子(A1)之Si粒子、Si(1)～Si(3)之物性示於表1。
一次粒子之平均粒子徑d_AV 係如前述，為d_AV [nm]= 6×10³ /(ρ×S_BET )。於此，ρ為Si粒子之真密度(作為理論值之2.3[g/cm³ ])，S_BET 係藉由BET法測定之比表面積[m² /g]。

(2)構造體(α)之製作
將Si微粒子Si(1)～Si(3)以CVD法製作後，針對Si(1)及Si(2)，藉由連續將乙炔氣體使用在原料，以CVD法形成厚度2nm之碳被覆層(碳塗層)，於表1得到表示碳塗層的厚度之構造體(α)-1及構造體(α)-2(表1)。尚，針對Si微粒子Si(3)，並未進行構造體(α)之製作。

(3)瀝青
使用石油瀝青(軟化點220℃)。針對此石油瀝青，藉由氮氣體流通下之熱分析測定在1100℃之殘碳率時為52質量%。
又，以JIS K2425所記載之方法或依據其之方法所測定之石油瀝青的QI含量為0.62質量%，TI含量為48.9質量%。

(4)石墨粒子
於實施例及比較例，將與粒子(A2)一起以容量調節的目的作為包含碳之材料使用之石墨粒子之物性示於表2。

實施例1：
將石油系焦炭以粉碎機(細川密克朗股份有限公司製)粉碎後，進而以噴射磨機(SEISHIN企業股份有限公司製)粉碎，將此在艾其遜爐以3000℃進行熱處理，而得到D_V50 為7.5μm，BET比表面積為4.9m² /g之人造石墨粒子(A2)-a。
其次，將構造體(α)-1 16.4質量份與碳質材料(A3)之前驅體即前述之石油瀝青15.4質量份(作為碳化石油瀝青後之質量)投入可分離燒瓶。使氮氣體流通並保持惰性環境，昇溫至250℃。將混合器以500rpm回轉並進行攪拌，均一混合瀝青與含矽粒子。將此冷卻使其固化，而得到混合物。
於此混合物加入粒子(A2)-a即前述之人造石墨粒子68.2質量份，投入旋轉切割機，使氮氣體並保持惰性環境，並且以25000rpm高速攪拌使其混合。
將此放入燒成爐，於氮氣體流通下以150℃/h昇溫至1100℃，在1100℃保持1小時，將(A3)前驅體變換成(A3)。冷卻至室溫從燒成爐取出，以旋轉切割機解碎後，在45μm篩孔之篩將經篩分之篩下作為複合體(A)-a得到。

圖1係表示有關實施例1之複合體(鋰離子二次電池用負極材料)的X光繞射圖型之圖。針對此複合體(A)-a，將進行X光繞射測定所得之繞射峰值的半寬度比示於表3。於此，半寬度比係將(111)面繞射峰值的半寬度定為1，對於此之(220)面繞射峰值的半寬度之比及(311)面繞射峰值的半寬度之比。針對以下之實施例及比較例亦相同。
與上述不同，將石油系焦炭以粉碎機(細川密克朗股份有限公司製)粉碎，將此在艾其遜爐以3000℃進行熱處理，得到D_V50 為12.1μm，BET比表面積為2.5m² /g之石墨(1)。又，將石油系焦炭以粉碎機(細川密克朗股份有限公司製)粉碎後，進而以噴射磨機(SEISHIN企業股份有限公司製)粉碎，將此在艾其遜爐以3000℃進行熱處理，得到D_V50 為6.7μm且BET比表面積為6.1m² /g之石墨(2)。

使用複合體(A)-a單質及複合體(A)-a67.0質量份與石墨(1)16.5質量份與石墨(2)16.5質量份的混合物，製作負極片，測定藉由全電池之500循環後之容量維持率。將結果示於表3。且，500循環後之負極電極合劑層膨脹率的測定結果亦示於表3。

實施例2：
除了將構造體(α)-1替換成表1之構造體(α)-2之外，其他以與實施例1相同之方法得到複合體(A)-b。針對此複合體(A)-b，進行X光繞射測定。將所得之繞射峰值的半寬度比示於表3。

使用複合體(A)-b單質及複合體(A)-b67.0質量份與石墨(1)16.5質量份與石墨(2)16.5質量份的混合物，製作負極片，測定藉由全電池之500循環後之容量維持率。將結果示於表3。且，500循環後之負極電極合劑層膨脹率的測定結果亦示於表3。

比較例1：
除了將構造體(α)-1替換成表1之Si(3)之外，其他以與實施例1相同之方法得到複合體(A)-c。針對此複合體(A)-c，將進行X光繞射測定所得之繞射峰值的半寬度比示於表3。

使用複合體(A)-c單質及複合體(A)-c67.0質量份與石墨(1)16.5質量份與石墨(2)16.5質量份的混合物，製作負極片，測定藉由全電池之500循環後之容量維持率。將結果示於表3。且，500循環後之負極電極合劑層膨脹率的測定結果亦示於表3。

在表3所示之結果，比較實施例1及2與比較例1時，瞭解到(220)及(311)面之結晶子尺寸比越接近1.00，越可縮小500循環試驗後負極電極合劑層膨脹率。此係表示各結晶子尺寸之結晶子尺寸變更均一，Si粒子之膨脹變更各向同性。又，實施例1及2與比較例1比較時，改善500循環全電池容量維持率。此係因抑制500循環試驗後負極電極合劑層之膨脹率，抑制與電解液副反應導致。

[圖1]表示有關實施例1之複合材(鋰離子二次電池用負極材料)的XRD圖型之圖。

Claims

一種鋰離子二次電池用負極材料，其係包含複合體(A)之鋰離子二次電池用負極材料，該複合體(A)係包含：包含一次粒子之平均粒子徑d_AV 為5nm以上95nm以下之Si的粒子(A1)、與由包含石墨之物質所構成之粒子(A2)、與碳質材料(A3)，其特徵為(220)面繞射峰值的半寬度相對於在前述複合體(A)之X光繞射測定之前述粒子(A1)之(111)面繞射峰值的半寬度之比，及(311)面繞射峰值的半寬度相對於(111)面繞射峰值的半寬度之比皆為1.40以下。
如請求項1之鋰離子二次電池用負極材料，其係包含被覆粒子(A1)的厚度1nm以上20nm以下之非晶質碳被覆層(A1C)。
如請求項1或2之鋰離子二次電池用負極材料，其中，前述粒子(A2)在體積基準累積粒度分布之50%粒子徑D_V50 為2.0μm以上20.0μm以下，BET比表面積(S_BET )為1.0m² /g以上10.0m² /g以下。
如請求項1或2之鋰離子二次電池用負極材料，其中，前述粒子(A2)係藉由粉末X光繞射法之石墨結晶的(110)面的峰值強度I₁₁₀ 與(004)面的峰值強度I₀₀₄ 之比I₁₁₀ /I₀₀₄ 為0.10以上0.35以下，藉由粉末X光繞射法的(002)面的平均面間隔d₀₀₂ 為0.3360nm以下，藉由氮氣體吸著法所測定之直徑0.4μm以下之細孔的全細孔容積為5.0μL/g以上40.0μL/g以下之石墨粒子。
如請求項1或2之鋰離子二次電池用負極材料，其中，前述複合體(A)中之前述粒子(A1)的含有率為10質量%以上70質量%以下。
一種負極片，其係具有薄片狀集電體及被覆該集電體之負極層，前述負極層包含黏結劑、導電輔助劑及如請求項1～5中任一項之鋰離子二次電池用負極材料。
一種鋰離子二次電池，其係具有如請求項6之負極片。