WO2015189926A1 - リチウムイオン電池の負極材料、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池の負極又は負極材料の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

リチウムイオン電池の負極材料、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池の負極又は負極材料の製造方法及びその製造装置 Download PDF

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lithium ion
silicon
ion battery
electrode material
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小林　光
徹 肥後
弥生 金谷
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小林　光
株式会社Ｋｉｔ
日新化成株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a negative electrode material for a lithium ion battery, a lithium ion battery, a method for manufacturing a negative electrode or a negative electrode material for a lithium ion battery, and a manufacturing apparatus therefor.
  • lithium ion batteries are mixed with a negative electrode material and negative electrode active material (hereinafter also referred to as “negative electrode material”) graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.) on the negative electrode side using a binder.
  • the negative electrode provided with the prepared mixture layer.
  • the positive electrode side is formed by binding a positive electrode material and a positive electrode active material lithium (Li) oxide powder (LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2, etc.) and conductive graphite (mainly carbon black, etc.) to a binder (PVdF Etc.) and a positive electrode provided with a mixture layer formed by coating.
  • the cell container of the lithium ion battery is filled with an electrolytic solution, and a separator (mainly a polyolefin-based porous material or a porous polypropylene sheet) is provided between the negative electrode material and the positive electrode material. It has been.
  • a separator mainly a polyolefin-based porous material or a porous polypropylene sheet
  • the above-described separator is provided so as to allow the electrolyte solution to pass therethrough and cause movement of lithium ions so as to separate the electrodes from each other so that an electrical short circuit does not occur.
  • the charging / discharging of the lithium ion battery is performed by moving lithium ions between the negative electrode material and the positive electrode material in the electrolytic solution. Lithium ions move to the negative electrode side during charging, and lithium ions move to the positive electrode side during discharging. Charging is performed through an externally connected power source, and discharging is performed through an externally connected resistor (load).
  • silicon particles As an example of silicon particles, a powder having a diameter of about 38 microns ( ⁇ m) or less formed by pulverizing single crystal silicon with a mortar and classifying it with a mesh is heated at 30 ° C./min in an argon atmosphere. Some have been heated to a temperature of 150 ° C. (reached temperature) (see Patent Document 1). As another example, by supplying liquid silicon tetrachloride in high-temperature and high-concentration zinc gas and reacting at a high temperature of 1050 ° C.
  • silicon tetrachloride is reduced to form silicon particles
  • Fine silicon is crystallized and agglomerated at 1000 ° C. or lower, particularly 500 to 800 ° C., and the size of the formed silicon particles is adjusted and collected in an aqueous zinc chloride solution. It is disclosed that high-purity silicon particles having a particle size of about 1 to 100 ⁇ m can be obtained by this work, and that it is used (see Patent Document 2).
  • the silicon particles disclosed in the above-mentioned prior art documents since it is necessary to perform a high-temperature synthesis and collection process, the manufacturing process until obtaining the silicon particles as the negative electrode material becomes extremely complicated. As a result, it is unavoidable that productivity is lowered and manufacturing costs are increased. Therefore, the silicon particles disclosed heretofore have a significant problem that the negative electrode characteristics of the lithium ion battery are poor and the industrial utility is not yet sufficient. That is, development of lithium ion batteries using silicon particles is still in progress.
  • the present invention solves at least a part of various problems related to charge / discharge cycle characteristics, etc., which a negative electrode material using conventional silicon particles has, and thereby provides a negative electrode material for a high-performance lithium ion battery, a lithium ion battery, It can greatly contribute to the provision of a method for manufacturing a negative electrode or a negative electrode material of a lithium ion battery and a manufacturing apparatus therefor.
  • the negative electrode material of one lithium ion battery of the present invention has fine silicon particles formed by pulverizing crystalline silicon.
  • the silicon fine particles used as each of the negative electrode materials described above are, for example, chips or cuttings which are usually treated as industrial waste, which is obtained by cutting a molten or solid lump of silicon or an ingot with a fixed abrasive wire.
  • the point that waste can be used as a starting material is worthy of special mention.
  • the silicon fine particles formed by pulverizing the chip or cutting waste with a ball mill and / or a bead mill can maintain a high level of charge / discharge cycle characteristics of a lithium ion battery, and / or This is a preferred embodiment for realizing the improvement of the characteristics.
  • one lithium ion battery of the present invention includes a negative electrode material having fine silicon particles formed by pulverizing crystalline silicon.
  • the change in charge / discharge capacity is reduced even if charge / discharge is repeated, in other words, the charge / discharge cycle characteristics are maintained at a high level and / or the characteristics are improved. Can do.
  • the negative electrode material manufacturing apparatus for one lithium ion battery of the present invention includes a pulverizing unit that forms fine silicon particles by pulverizing crystalline silicon.
  • a crushing part for forming the silicon fine particles having a peak intensity larger than the intensity of other diffraction peaks is provided.
  • the change in charge capacity and / or discharge capacity is small, in other words, for manufacturing lithium ion batteries having good charge / discharge cycle characteristics. Can contribute.
  • the negative electrode manufacturing apparatus of one lithium ion battery of the present invention includes a pulverization unit that forms fine silicon particles serving as a negative electrode material by pulverizing crystalline silicon.
  • the manufacturing method of the negative electrode material of one lithium ion battery of the present invention includes a pulverization step of forming fine silicon particles by pulverizing crystalline silicon.
  • the manufacturing method of the negative electrode of one lithium ion battery of the present invention includes a pulverizing step of forming crystalline silicon particles as a negative electrode material by pulverizing crystalline silicon.
  • the charge capacity and / or the discharge capacity change little even when charge and discharge are repeated, in other words, contribute to the production of a lithium ion battery having good charge / discharge cycle characteristics. Can do.
  • the crystalline silicon in each of the above-described inventions includes not only single crystal silicon but also polycrystalline silicon. Further, metal silicon can be selected as the crystalline silicon in each of the above-described inventions.
  • the negative electrode material of one lithium ion battery of the present invention it is possible to realize a lithium ion battery having a small change in charge / discharge capacity even when charge / discharge is repeated, in other words, a good charge / discharge cycle characteristic.
  • a change in charge / discharge capacity can be reduced, in other words, cycle characteristics of charge / discharge can be improved.
  • the manufacturing apparatus of one lithium ion battery of the present invention and the manufacturing method of one lithium ion battery of the present invention even if charging / discharging is repeated, the change in charge / discharge capacity is small, in other words, charging / discharging. This can contribute to the production of a lithium ion battery with good discharge cycle characteristics.
  • FIG. 1 is a flow diagram showing a manufacturing process of a negative electrode material of the lithium ion battery of this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a negative electrode material manufacturing apparatus and manufacturing process of the lithium ion battery of this embodiment.
  • a negative electrode material for a lithium ion battery according to the present embodiment, a lithium ion battery including the negative electrode material, and a method for manufacturing the negative electrode material include a silicon cutting process in the production process of a silicon wafer used for a semiconductor product such as a solar battery.
  • Various processes using silicon chips or silicon cutting scraps or polishing scraps hereinafter also referred to as “silicon chips or the like” or “chips or the like”) as waste materials in Is provided.
  • the chips and the like include fine scraps obtained by pulverizing a silicon wafer to be discarded by a known pulverizer.
  • the manufacturing method of the lithium ion battery of this embodiment includes the following steps (1), (2) and (4).
  • the manufacturing method of the lithium ion battery of this embodiment can include the following step (3) as another aspect that can be adopted.
  • (1) Cleaning step (S1) (2) Grinding step (S2) (3) Oxide film removal step (S3) (4)
  • the negative electrode material and the negative electrode manufacturing apparatus 100 of the lithium ion battery mainly include a cleaning machine (cleaning and preliminary pulverizer) 10, a pulverizer 20, and a dryer (not shown).
  • the rotary evaporator 40, and a mixing unit 60 that bears part of the negative electrode formation of the lithium ion battery.
  • the negative electrode material of the lithium ion battery and the negative electrode manufacturing apparatus 100 of the present embodiment can include an oxide film removal tank 50 and a centrifuge 58 as another aspect that can be adopted.
  • Cleaning step (S1) In the cleaning step (S1) of the present embodiment, for example, it is formed in the cutting process of single crystal or polycrystalline silicon, that is, a crystalline silicon lump or ingot (n-type crystalline silicon lump or ingot). Silicon chips and the like are cleaned. Typical silicon chips and the like are chips and the like in which a silicon ingot is cut out by a known wire or the like (typically, a fixed abrasive wire). Therefore, in the present embodiment, since the silicon fine particles constituting the negative electrode material of the lithium ion battery are formed using silicon chips, which have been conventionally regarded as waste, as the starting material, the manufacturing cost and / or the raw material Excellent in terms of easy procurement and resource utilization.
  • the cleaning step (S1) of the present embodiment is mainly for the purpose of removing organic substances adhering in the formation process of the above-described silicon chips, typically organic substances such as coolants and additives used in the cutting process.
  • the chips 1 to be cleaned are weighed, the chips 1, the predetermined first liquid, and the ball 11 have a bottomed cylindrical shape. It is introduced into the pot 13a. After sealing the inside of the pot 13a using the lid 13b, the two cylindrical rotating bodies 15 included in the ball mill which is the cleaning machine (cleaning and preliminary pulverizing machine) 10 are rotated, thereby rotating the rotary body 15 on the rotary body 15. The pot 13a is rotated. As a result, in the pot 13a, the chips 1 to be cleaned are dispersed in the first liquid, whereby the chips 1 are cleaned and preliminarily pulverized.
  • the ball mill machine of this embodiment uses the steel balls, magnetic balls, cobblestones and the like stored in the pot 13a and the lid 13b as the ball type 11 (grinding medium), and rotates the pot 13a and the lid 13b. It is a crusher that gives a physical impact force.
  • a suitable example of the first liquid is acetone.
  • 300 milliliters (mL) of acetone is added to 100 grams (g) of silicon chips and the like, and a ball mill machine (in this embodiment, manufactured by MASUDA, Silicon chips and the like were dispersed in acetone by stirring in a pot 13a and a lid 13b placed on a rotating body 15 (Universal BALL MILL) for about 1 hour.
  • Ball types of the ball mill machine were alumina balls having a particle diameter of ⁇ 10 millimeters (mm) and alumina balls having a particle diameter of ⁇ 20 mm.
  • the cleaning step (S1) of the present embodiment the dispersion process is performed by pre-grinding and stirring silicon chips and the like in the first liquid in the ball mill. Accordingly, since the cleaning efficiency is remarkably improved as compared with the treatment of simply immersing in the first liquid, silicon particles suitable for improving the negative electrode characteristics of the lithium ion battery, particularly for improving the charge / discharge cycle characteristics, are used. Can be obtained.
  • the lid 13b is opened to discharge the silicon particles together with the first liquid, and then the first liquid is removed by suction filtration with a known vacuum filtration means to become a waste liquid.
  • the remaining silicon particles are dried in a known dryer. If necessary, the silicon particles obtained after the drying treatment are again preliminarily crushed and washed in the washing machine (washing / preliminary pulverizer) 10 in the same process.
  • a suitable example of the second liquid of this embodiment is IPA (isopropyl alcohol).
  • the silicon particles obtained in the second liquid and the washing step (S1) are placed in the pot 13a so that the second liquid is 95% of the silicon particles and 95% of the second liquid.
  • a preliminary pulverization process is performed by rotating a cleaning machine (cleaning and preliminary pulverizer) 10. After relatively coarse particles are removed by passing the slurry containing silicon particles that have been subjected to pre-grinding treatment through a mesh having an opening of 180 microns, the obtained slurry containing silicon particles is used as a bead mill (this embodiment).
  • Is further pulverized using a star mill LMZ015 manufactured by Ashizawa Fineting More specifically, a slurry containing silicon particles from which silicon chips having a particle diameter of 180 microns or more are removed is introduced into the inlet 21 of the pulverizer 20, and the slurry is circulated using a pump 28 while the slurry is circulated. At 22, a fine pulverization process is performed.
  • a specific example of the bead type of the bead mill is zirconia beads having a particle diameter of ⁇ 0.5 mm.
  • the second liquid is removed using a rotary evaporator 40 that automatically performs vacuum distillation to obtain finely pulverized silicon fine particles as a result. It is done.
  • silicon fine particles can be obtained by introducing about 450 g of zirconia beads having a particle diameter of ⁇ 0.5 mm and performing a fine grinding process at a peripheral speed of 2908 rpm for 4 hours.
  • the pulverization step (S2) it is also possible to perform the pulverization treatment by any one of the pulverizers other than those described above, or a combination of two or more of the pulverizers composed of a ball mill, a bead mill, a jet mill and a shock wave pulverizer. Another aspect that can be achieved.
  • a pulverizer used in the pulverization step (S2) not only an automatic pulverizer but also a manual pulverizer may be employed.
  • the silicon fine particles obtained by the above-described crushing step (S2) can be further crushed.
  • Oxide film removal step (S3) In the present embodiment, an oxide film removing step (S3) is performed as a preferred embodiment. However, even if this oxide film removal step (S3) is not performed, at least a part of the effects of the present embodiment can be achieved.
  • the silicon fine particles 2 obtained by the pulverizing step (S2) are brought into contact with hydrofluoric acid or an aqueous ammonium fluoride solution.
  • the silicon fine particles 2 obtained by the pulverization step (S2) are dispersed by being immersed in an aqueous solution of hydrofluoric acid or ammonium fluoride.
  • the silicon fine particles 2 are dispersed in a hydrofluoric acid or ammonium fluoride aqueous solution 55 by using a stirrer 57, whereby an oxide (on the surface of the silicon fine particles 2 ( Mainly silicon oxide) is removed.
  • the silicon fine particles from which part or all of the surface oxide has been removed are separated from the hydrofluoric acid aqueous solution by the centrifuge 58. Thereafter, the silicon fine particles are immersed in a third liquid such as an ethanol solution. By removing the third liquid, silicon fine particles from which part or all of the oxide (or oxide film) on the surface that was originally formed are removed can be obtained.
  • the process by the negative electrode formation process (S4) mentioned later is performed for a silicon
  • the silicon fine particles are immersed in hydrofluoric acid or an aqueous ammonium fluoride solution to bring the hydrofluoric acid into contact with the silicon fine particles.
  • a step of bringing hydrofluoric acid or an aqueous ammonium fluoride solution into contact with the silicon fine particles by the above method can also be employed.
  • spraying a hydrofluoric acid aqueous solution onto silicon fine particles like a so-called shower is another aspect that can be employed.
  • Negative electrode forming step (S4) The negative electrode material and the negative electrode manufacturing apparatus 100 of the lithium ion battery according to the present embodiment have a silicon fine material that becomes a negative electrode active material formed by the pulverization step (S2) or by the pulverization step (S2) and the oxide film removal step (S3).
  • a mixing unit 60 is provided that mixes particles and a negative electrode material (for example, copper foil) using a binder (for example, ammonium carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR)).
  • a negative electrode is formed using the mixture layer formed by the mixing unit 60.
  • the silicon fine particles obtained by the pulverization step (S2) or by the pulverization step (S2) and the oxide film removal step (S3) are, for example, the number distribution of crystallite diameters of the respective silicon fine particles and / or It can be classified to reduce the variation in volume distribution.
  • FIG. 3A is an SEM (scanning electron microscope) image of an example of silicon fine particles or aggregates thereof after the crushing step (S2) of the first embodiment.
  • FIG. 3B is a figure which shows the SEM image of an example of the expanded silicon
  • 3C is a diagram showing an SEM image of another example of an aggregate of silicon fine particles in the first embodiment, and FIG. 3C is an enlarged view of a part of (b) (a).
  • FIG. 4 is a view showing a transmission electron microscope (TEM) image of the silicon fine particles of the first embodiment.
  • TEM transmission electron microscope
  • FIG. 3A As shown in FIG. 3A, not only individual silicon fine particles, but also silicon fine particles indicated by Y1 and Y2 or aggregates thereof were confirmed. Interestingly, when analyzed in more detail, as shown in FIG. 3B and the Z portion of FIGS. 3C (a) and 3 (b), the silicon fine particles or the aggregates thereof are so-called thin layered silicon fine particles. It was confirmed that it was an aggregate or aggregate in a state of being folded into a multi-layer petal shape or a scale shape.
  • the TEM image shown in FIG. 4 focusing on individual silicon fine particles. Specifically, it has been confirmed that the individual silicon fine particles indicated by the region surrounded by the white line in FIG. 4 are crystalline, that is, single crystal silicon. In addition, it was confirmed that at least some of the silicon fine particles were amorphous polygonal crystallites having a size of about 2 nm to about 10 nm in a cross-sectional view. In FIG. 4, the crystal plane orientation is shown in each region surrounded by a white line.
  • FIG. 5 shows (a) a crystallite size distribution indicating a number distribution with respect to a (111) -direction crystallite size of the silicon fine particles according to the first embodiment. (B) It is a graph which shows the crystallite diameter distribution which shows volume distribution. FIG. 5 shows the results obtained by analyzing the crystallite size distribution of the silicon fine particles after the pulverization step (S2) using the X-ray diffraction method.
  • the horizontal axis represents the crystallite diameter (nm), and the vertical axis represents the frequency.
  • the mode diameter was 1.6 nm and the median diameter (50% crystallite diameter) was 2.6 nm.
  • the mode diameter was 6.3 nm and the median diameter was 9.9 nm. Accordingly, it was confirmed that the number distribution was 5 nm or less regardless of the mode diameter or the median diameter, and more specifically, a value of 3 nm or less was realized. Furthermore, in the volume distribution, it was confirmed that a value of 10 nm or less was realized regardless of the mode diameter or the median diameter.
  • the silicon fine particles obtained after the pulverization step (S2) using the bead mill method had an average crystallite diameter of about 9.8 nm. .
  • the crystallite size distribution of the silicon fine particles after the oxide film removing step (S3) is almost the same as that shown in FIG.
  • the agglomerates or aggregates of silicon fine particles after at least the pulverization step (S2) or the oxide film removal step (S3) are:
  • the thin silicon fine particles having a major axis in the range of about 100 nm or less are folded in a multi-layered petal shape or scale shape.
  • the silicon fine particles are mainly composed of crystallites having a major axis of 10 nm or less.
  • the silicon fine particles of the present embodiment include silicon fine particles having a crystallite diameter of 1 nm or less as shown in FIG. Interestingly, it was also confirmed that the average crystallite size in the volume distribution of the silicon fine particles of the present embodiment is about 10 nm. This numerical value can be said to be a very small value. Further, as described above, by further investigation, it was confirmed that the apparent volume diameter of the silicon fine particles was in the range of about 100 nm or less. In particular, by including a large number of ultrafine silicon particles having a crystallite diameter of 5 nm or less in the major axis, the charge / discharge cycle characteristics derived from the silicon fine particles used as the negative electrode material of the lithium ion battery described later are improved with higher accuracy. Is.
  • FIG. 6A is a result of X-ray diffraction measurement of silicon fine particles or aggregates before the pulverization step (S2) of the first embodiment. It is the result of having analyzed the result (Q) of the X-ray-diffraction measurement of the silicon fine particle or its aggregate after (P) and a grinding
  • FIG. 6B is an enlarged view of a part of the result (P) of FIG. 6A, and shows the silicon fine particles or aggregates thereof after the pulverization step (S2) of the first embodiment.
  • the result (R) which analyzed the result of the X-ray-diffraction measurement in the limited angle range.
  • the peak intensities of the C (002) plane and C (003) plane shown in FIG. 6B are about 1 wt% to about 3 wt% of graphite fine particles or silicon fine particles. Indicates that it is contained within the collective.
  • the size of the fine graphite particles on the C (002) plane was about 35 nm
  • the size of the fine graphite particles on the C (003) plane was about 75 nm.
  • the diffraction peak attributed to Si (111) after the pulverization step (S2) has a larger half width than the diffraction peak attributed to other plane orientations. It was confirmed that In addition, the average crystallite diameter calculated using the Scherrer equation from the half width of the Si (111) peak after the pulverization step (S2) was 9.8 nm.
  • the Si (111) arrangement interval of the crystal lattice of the silicon fine particles after the pulverization step (S2) is 0.31 nm (3.1 cm) as shown in FIG. From the above results, the silicon particles cut out by the fixed abrasive method and the silicon fine particles formed from the silicon particles are cut with Si (111) considered to have the weakest Si bonding force as a cut surface. it is conceivable that.
  • the crystalline silicon fine particles having a plane orientation of (111) mainly have a multi-layer petal shape or a scale shape. It can be said that this is an aggregate in a state of being folded multiple times.
  • lithium ions (Li + ) reach the negative electrode, lithium ions (Li + ) easily enter and exit the crevice gaps of the aggregate in a multi-layered petal-like or scaly manner. A unique effect can be achieved.
  • the lithium ion battery of this embodiment uses the silicon fine particles produced in the first embodiment as a negative electrode material.
  • the configuration other than the negative electrode material is the same as the configuration of a conventional CR2032-type coin cell lithium ion battery.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the lithium ion battery 500 of the present embodiment.
  • the lithium ion battery 500 of this embodiment includes a negative electrode 512 that is electrically connected to the negative electrode material and the negative electrode material 514 and a positive electrode that is electrically connected to the positive electrode material and the positive electrode material 518 in the CR5102-type coin cell container 510. 516, a separator 520 that electronically insulates the negative electrode material and negative electrode material 514 from the positive electrode material and positive electrode material 518, and an electrolyte solution 530.
  • the lithium ion battery 500 of the present embodiment has an external circuit including a power source 540 and a resistor 550 connected to the negative electrode 512 and the positive electrode 516 in order to realize charging and discharging.
  • the manufacturing method of the lithium ion battery 500 of this embodiment is as follows.
  • about 0.3 g of silicon fine particles produced in the first embodiment is about 10 mL (1% by weight CMC binder aqueous solution, SBR binder aqueous dispersion (manufactured by JSR Corporation, TRD2001)). In a milliliter) solution. At this time, it mix
  • the slurry prepared by mixing using an agate mortar is 15 ⁇ m thick on one side of a copper foil of about 9 cm (length) ⁇ 10 cm (width) so as to have a thickness of about 100 ⁇ m to about 200 ⁇ m after drying.
  • a drying process is performed on the hot plate in the air at 80 ° C. for about 1 hour.
  • the above-mentioned copper foil is punched into a circular shape having a diameter corresponding to the battery standard CR 2032 type coin cell together with the dry slurry to form a working electrode.
  • the material dried again by vacuum heating at 120 ° C. for 6 hours in the glow box is pasted on the inner surface of the negative electrode 512 made of copper foil, whereby A negative electrode is produced.
  • the positive electrode a lithium substrate punched into a circle having a diameter of 13 mm was used as the positive electrode 516 in order to evaluate the characteristics of the negative electrode material using a half-cell lithium ion battery.
  • a known positive electrode can be used instead of the positive electrode 516 described above.
  • the separator 520 of the present embodiment is a porous polyprolene sheet.
  • the electrolytic solution 530 of the present embodiment is prepared by adding 1 mol of lithium hexafluorophosphate (1 L) in a solvent (1 L) of ethylene carbonate (EC) / diethyl carbonate (DEC) mixed at a volume ratio of 1/1. LiPF 6 ) is dissolved, and an amount within the amount satisfying the internal volume (about 1 mL) of the CR2032-type coin cell is injected.
  • Examples of the electrolytic solvent constituting the electrolytic solution 530 in this embodiment are ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) (polyprolene sheet) cyclic carbonate, dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC). ) And the like. Further, a supporting salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF) or lithium tetrafluoroborate (LiBF) can be used by dissolving in the above-mentioned electrolytic solvent.
  • EC ethylene carbonate
  • PC propylene carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • LiPF lithium hexafluorophosphate
  • LiBF lithium tetrafluoroborate
  • FIG. 8 is a graph showing the cycle characteristics of charging of the lithium ion battery 500 of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing the discharge cycle characteristics of the lithium ion battery 500 of the second embodiment.
  • the horizontal axis in each figure indicates the number of times the charge / discharge process is repeated. Further, a to g described at the top of each figure indicate a current density (mA / g) during charging and a period thereof. Therefore, for example, a relatively gentle charging process with a current density of 200 (mA / g) is performed in the period a, and a rapid current density of 5000 (mA / g) is performed in the period d. It shows that the charging process is being performed.
  • the second implementation described above was used, except that a negative electrode using commercially available silicon particles (manufactured by Soekawa Rikagaku Co., Ltd., particle size 1 ⁇ m to 2 ⁇ m, purity 99.9%) was used as the negative electrode active material
  • a lithium ion battery having a configuration similar to that of the embodiment was examined under the same conditions as the charge / discharge cycle characteristics described above. As a result, it was confirmed that both the charge capacity value and the discharge capacity value deteriorated rapidly (in an inversely proportional curve) from the 20th cycle, as shown in FIGS.
  • the charge capacity value and the discharge capacity value decreased from about 1500 (mAh / g) to about 800 (mAh / g) from the 20th cycle to the 30th cycle. . From the above results, it was revealed that the lithium ion battery 500 of the second embodiment is remarkably superior to the comparative example described above.
  • the lithium ion battery 500 of the second embodiment is several times higher than the theoretical value of about 370 mAh / g, which is the theoretical value of the lithium ion battery having a negative electrode as a negative electrode active material made of graphite, which has been conventionally employed. It became clear that not only the charge / discharge capacity of about 1500 mAh / g was realized, but also very stable charge / discharge cycle characteristics. In addition, unlike the commercially available silicon particles, by using the silicon fine particles and / or aggregates thereof according to the first embodiment, the capacity is high and the charge / discharge cycle characteristics are excellent. It was confirmed that a lithium ion battery could be realized.
  • ⁇ Other embodiments By the way, in each of the above-described embodiments, as a starting material, a single-crystal or polycrystalline silicon lump or silicon chips formed in the cutting process of an ingot is exemplified, but other forms of silicon are exemplified. It is another aspect in which chips and the like are used as a starting material. Specifically, silicon chips and the like are not necessarily formed in the cutting process of silicon ingots in the production process of semiconductor products. It is also possible to cut them randomly or randomly. In addition, so-called silicon waste materials such as silicon chips and silicon polishing scraps that are normally discarded can be used as starting materials for the silicon fine particles in each of the above-described embodiments. Also, fine waste obtained by pulverizing a waste wafer or the like may be included. Furthermore, silicon fine particles using a material such as metallic silicon chips or silicon polishing dust as a starting material can also be used.
  • the impurity concentration of the n-type crystalline silicon in each of the above embodiments is not particularly limited. Further, not only n-type but also p-type crystalline silicon can be employed. Furthermore, crystalline silicon which is a genuine semiconductor can also be employed as the crystalline silicon in each of the embodiments described above. Note that since movement of electrons in the negative electrode material of the lithium ion battery is emphasized, it is more preferable to use crystalline silicon containing an n-type impurity. Further, the graphite fine particles of about 1 wt% to about 3 wt% indicated by the peak intensities of the C (002) plane and the C (003) plane shown in FIG. Since it is contained in the aggregate, some or all of these graphites will be added to the points that can contribute to the improvement of the conductivity of the negative electrode material.
  • the silicon fine particles of the above-described embodiments and the lithium ion battery including the same are not limited to application to the coin cell type structure introduced in the second embodiment. Therefore, the present invention can be applied to various devices or apparatuses including or using a lithium ion battery having a larger electric capacity than a coin cell type structure. Moreover, it is another one aspect
  • the negative electrode manufacturing apparatus 200 shown in FIG. 12 is adopted as an alternative device for the negative electrode material and negative electrode manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 2 in the first embodiment. Also good. Specifically, from the viewpoint of simplification of equipment and / or reduction of manufacturing cost, in the negative electrode manufacturing apparatus 200 for a lithium ion battery, a cleaning machine for cleaning silicon chips formed in the cutting process of silicon. Reference numeral 10 denotes an aspect also serving as a pulverizer 20 that forms fine silicon particles by pulverizing washed silicon chips and the like. Therefore, in the apparatus / method shown in FIG. 12, for example, beads having a relatively large diameter are used in the cleaning process, and beads having a relatively small diameter are used in the pulverization process, so that the negative electrode material of the lithium ion battery is used. Silicon fine particles will be obtained.
  • Silicon fine particles and a lithium ion battery including the same include, for example, various power generation or power storage devices (including small household power storage devices and large power storage systems), smartphones, portable information terminals, portable electronic devices (portable devices). Telephone, portable music player, notebook computer, digital camera / video), electric vehicle, hybrid electric vehicle (HEV) or plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), motor-driven motorcycle, motor as power source It can be suitable for various devices or apparatuses including a motor tricycle, other transport machines or vehicles.

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Abstract

　本発明の１つのリチウムイオン電池の負極材料は、結晶性シリコンを粉砕することによって形成されるシリコン微細粒子を有する。また、本発明のもう１つのリチウムイオン電池の負極材料は、結晶性シリコンからなる複数のシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度が、その他の回折ピークの強度よりも大きい。上述の各負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ないリチウムイオン電池を得ることができる。

Description

リチウムイオン電池の負極材料、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池の負極又は負極材料の製造方法及びその製造装置
　本発明は、リチウムイオン電池の負極材料、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池の負極又は負極材料の製造方法及びその製造装置に関する。
　従来から採用されているリチウムイオン電池は、その負極側に負極材と負極活物質（以下、「負極材料」ともいう）の黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛等）とを結着材を用いて混合した合剤層を備える負電極を有している。また、その正極側は、正極材及び正極活物質のリチウム（Ｌｉ）酸化物粉末（ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２等）と導電性黒鉛（主にカーボンブラック等）とを結着材（ＰＶｄＦなど）を用いて混合し、塗布形成した合剤層を備える正電極を有している。また、リチウムイオン電池のセル容器内には電解液が満たされるとともに、負極材と正極材との間にはセパレータ（主に、ポリオレフィン系多孔質材、又は多孔質のポリプロピレン・シート等）が設けられている。
　上述のセパレータは、電解液を通過させ、リチウムイオンの移動を生じさせることを可能にして、電気的な短絡が起こらないように電極間を分離するように設けられている。
　リチウムイオン電池の充放電は、リチウムイオンが電解液中で負極材と正極材との間を移動することによって行われる。充電時においては、リチウムイオンは負極側に移動し、放電時においては、リチウムイオンは正極側に移動する。充電は、外部接続の電源を通じて行われ、放電は外部接続の抵抗（負荷）を介して行われる。
　ところで、リチウムイオン電池の分野で、近年、その負極活物質に、上記の黒鉛に代わる素材として、シリコン粒子を用いる技術が開示されている。例えば、シリコン粒子の例として、単結晶シリコンを乳鉢で粉砕し、メッシュを用いて分級することによって形成した、直径が約３８ミクロン（μｍ）以下の粉末を、アルゴン雰囲気中３０℃／分の昇温速度で１５０℃（到達温度）にまで加熱されたもの（特許文献１参照）がある。また、他の例として、高温高濃度の亜鉛ガス中に液状の四塩化ケイ素を供給し、１０５０℃以上の高温状態で反応させることによって、四塩化ケイ素を還元してシリコン粒子を形成し、該微細なシリコンを１０００℃以下、特に５００～８００℃にて結晶成長並びに凝集させた後、形成したシリコン粒子の粒度を調整し、塩化亜鉛水溶液中に集める。この作業により、粒径が１～１００μｍ程度の高純度シリコン粒子が得られること、及びそれを利用することが開示されている（特許文献２参照）。
特開２００５－０３２７３３号公報 特開２０１２－１０１９９８号公報
　しかしながら、従来技術においては、負極材料としてシリコン粒子を用いる場合、その充放電における電気容量を増大させることができるが、一方で、シリコン粒子内にリチウムが吸蔵・放出して、シリコン粒子が破壊されることになる。その結果、充放電のサイクル特性が維持できないという問題が存在している。
　また、上述の先行技術文献において開示されているシリコン粒子の場合、高温の合成と採集工程を行う必要があるため、負極材料としてのシリコン粒子を得るまでの製造工程が極めて複雑になる。その結果、生産性の低下を招いたり、製造コスト高になることが避けられない。したがって、従来から開示されているシリコン粒子は、リチウムイオン電池の負極特性が悪い上、産業的な利用性が未だ十分でないという大きな課題がある。すなわち、シリコン粒子を用いたリチウムイオン電池の開発は未だ途上にある。
　本発明は、従来のシリコン粒子を用いた負極材が抱えていた充放電のサイクル特性等に関する諸問題の少なくとも一部を解決することにより、高性能のリチウムイオン電池の負極材料、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池の負極又は負極材料の製造方法及びその製造装置の提供に大きく貢献し得る。
　本発明の１つのリチウムイオン電池の負極材料は、結晶性シリコンを粉砕することによって形成されるシリコン微細粒子を有する。
　また、本発明のもう１つのリチウムイオン電池の負極材料は、結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度が、その他の回折ピークの強度よりも大きい。
　上述の各負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。
　また、上述の各負極材料となるシリコン微細粒子は、例えば、シリコンの溶融固化された塊又はインゴットを固定砥粒ワイヤによって削り出された、通常は産業廃棄物として扱われている切粉又は切削屑を出発材として採用することができる点は特筆に価する。加えて、その切粉又は切削屑を、ボールミル機及び／又はビーズミル機によって粉砕することにより形成されるシリコン微細粒子は、リチウムイオン電池の充放電のサイクル特性の高レベルでの維持、及び／又はその特性の向上を実現するための好適な一態様である。
　また、本発明の１つのリチウムイオン電池は、結晶性シリコンを粉砕することによって形成されるシリコン微細粒子を有する負極材料を備えている。
　また、本発明のもう１つのリチウムイオン電池は、結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度が、その他の回折ピークの強度よりも大きい。
　上述のリチウムイオン電池によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化を低減する、換言すれば充放電のサイクル特性の高レベルでの維持、及び／又はその特性の向上をさせることができる。
　また、本発明の１つのリチウムイオン電池の負極材料の製造装置は、結晶性シリコンを粉砕することにより、シリコン微細粒子を形成する粉砕部を備える。
　また、本発明のもう１つのリチウムイオン電池の負極材料の製造装置は、結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度がその他の回折ピークの強度よりも大きい前記シリコン微細粒子を形成する粉砕部を備える。
　上述のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置によれば、充放電が繰り返されても充電容量及び／又は放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の製造に貢献し得る。
　また、本発明の１つのリチウムイオン電池の負極の製造装置は、結晶性シリコンを粉砕することにより、負極材料となるシリコン微細粒子を形成する粉砕部を備える。
　また、本発明のもう１つのリチウムイオン電池の負極の製造装置は、結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度がその他の回折ピークの強度よりも大きい負極材料となる前記シリコン微細粒子を形成する粉砕部を備える。
　上述のリチウムイオン電池の負極の製造装置によれば、充放電が繰り返されても充電容量及び／又は放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の製造に貢献し得る。
　また、本発明の１つのリチウムイオン電池の負極材料の製造方法は、結晶性シリコンを粉砕することにより、シリコン微細粒子を形成する粉砕工程を含む。
　また、本発明のもう１つのリチウムイオン電池の負極材料の製造方法は、結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度がその他の回折ピークの強度よりも大きい前記シリコン微細粒子を形成する、粉砕工程を含む。
　上述のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法によれば、充放電が繰り返されても充電容量及び／又は放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の製造に貢献し得る。
　また、本発明の１つのリチウムイオン電池の負極の製造方法は、結晶性シリコンを粉砕することにより、負極材料となるシリコン微細粒子を形成する粉砕工程を含む。
　また、本発明のもう１つのリチウムイオン電池の負極の製造方法は、結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度がその他の回折ピークの強度よりも大きい負極材料となる前記シリコン微細粒子を形成する、粉砕工程を含む。
　上述のリチウムイオン電池の負極の製造方法によれば、充放電が繰り返されても充電容量及び／又は放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の製造に貢献し得る。
　なお、上述の各発明における結晶性シリコンには、単結晶シリコンのみならず、多結晶結晶シリコンが含まれる。また、上述の各発明における結晶性シリコンとして金属シリコンを選択することもできる。
　本発明の１つのリチウムイオン電池の負極材料によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。また、本発明の１つのリチウムイオン電池によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化を低減する、換言すれば充放電のサイクル特性を向上させることができる。加えて、本発明の１つのリチウムイオン電池の製造装置、及び本発明の１つのリチウムイオン電池の製造方法によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の製造に貢献し得る。
第１の実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造工程を示すフロー図である。 第１の実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置及び製造工程を示す概要図である。 第１の実施形態のシリコン微細粒子又はその凝集体の一例のＳＥＭ像である。 第１の実施形態における、拡大されたシリコン微細粒子又はその凝集体の一例のＳＥＭ像を示す図である。 第１の実施形態における、（ａ）シリコン微細粒子の凝集体の他の例のＳＥＭ像を示す図、及び（ｂ）（ａ）の一部の拡大図である。 第１の実施形態のシリコン微細粒子のＴＥＭ像を示す図である。 第１の実施形態のシリコン微細粒子の結晶子径に対する、（ａ）個数分布における結晶子径分布と、（ｂ）体積分布における結晶子径分布とを示すグラフである。 第１の実施形態のシリコン微細粒子又はその凝集体のＸ線回折測定の結果（（ａ）広範囲，（ｂ）限定された範囲）を示すグラフである。 第２の実施形態のリチウムイオン電池の概要構成図である。 第２の実施形態のリチウムイオン電池の充電のサイクル特性を示すグラフである。 第２の実施形態のリチウムイオン電池の放電のサイクル特性を示すグラフである。 比較例のリチウムイオン電池の充電のサイクル特性を示すグラフである。 比較例の実施形態のリチウムイオン電池の放電のサイクル特性を示すグラフである。 他の実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置及び製造工程を示す概要図である。
　１　　　　切粉等
　２　　　　シリコン微細粒子
　１０　　　洗浄機（洗浄兼予備粉砕機）
　１１　　　ボール種
　１３ａ　　ポット
　１３ｂ　　蓋
　１５　　　回転軸
　２０　　　粉砕機
　２１　　　導入口
　２２　　　処理室
　２４　　　排出口
　２５　　　フィルタ
　３０　　　乾燥機
　４０　　　ロータリーエバポレータ
　５０　　　酸化膜除去槽
　５５　　　フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液
　５７　　　撹拌器
　５８　　　遠心分離機
　６０　　　混合部
　１００　　リチウムイオン電池の負極材料及び負極の製造装置
　５００　　リチウムイオン電池
　５１０　　容器
　５１２　　負電極
　５１４　　負極材及び負極材料
　５１６　　正電極
　５１８　　正極材及び正極材料
　５２０　　セパレータ
　５３０　　電解液
　５４０　　電源
　５５０　　抵抗
　本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。
＜第１の実施形態＞
　図１は、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造工程を示すフロー図である。また、図２は、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置及び製造工程を示す概要図である。
　本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料、及びその負極材料を備えたリチウムイオン電池、並びにそれらの製造方法は、例えば太陽電池等の半導体製品に使用されるシリコンウェハの生産過程におけるシリコンの切削加工において通常は廃棄物とされるシリコンの切粉あるいはシリコンの切削屑又は研磨屑（以下、「シリコンの切粉等」又は「切粉等」ともいう）を出発材料の一例とした、各種の工程を備える。また、切粉等には、廃棄対象となったシリコンウェハを公知の粉砕機によって粉砕した微細な屑も含まれる。図１に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法は、以下の（１）、（２）及び（４）の工程を含む。また、本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法は、採用し得る他の一態様として、以下の（３）の工程を含むことができる。
　（１）洗浄工程（Ｓ１）
　（２）粉砕工程（Ｓ２）
　（３）酸化膜除去工程（Ｓ３）
　（４）負極形成工程（Ｓ４）
　また、図２に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料及び負極の製造装置１００は、主として、洗浄機（洗浄兼予備粉砕機）１０、粉砕機２０、乾燥機（図示しない）、ロータリーエバポレータ４０、及びリチウムイオン電池の負極形成の一部を担う混合部６０を備える。また、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料及び負極の製造装置１００は、採用し得る他の一態様として、酸化膜除去槽５０、遠心分離機５８を備えることができる。
（１）洗浄工程（Ｓ１）
　本実施形態の洗浄工程（Ｓ１）においては、例えば、単結晶又は多結晶のシリコン、すなわち、結晶性シリコンの塊又はインゴット（ｎ型の結晶性シリコンの塊又はインゴット）の切削過程において形成されるシリコンの切粉等が洗浄される。代表的なシリコンの切粉等は、シリコンのインゴットが公知のワイヤ等（代表的には、固定砥粒ワイヤ）によって削り出される切粉等である。従って、本実施形態においては、従来、云わば廃材とされてきたシリコンの切粉等を出発材として、リチウムイオン電池の負極材料を構成するシリコン微細粒子を形成するため、製造コスト及び又は原材料の調達の容易性、及び資源の活用性の観点で優れている。
　本実施形態の洗浄工程（Ｓ１）は、主として、上述のシリコンの切粉等の形成過程において付着する有機物、代表的には、切削過程で使用するクーラント剤及び添加剤等の有機物の除去を目的とする。本実施形態においては、図２に示すように、まず、洗浄対象となる切粉等１を秤量した後、その切粉等１と所定の第１液体、並びにボール１１が、有底円筒形のポット１３ａ内に導入される。蓋１３ｂを用いてポット１３ａ内を密閉にした後、洗浄機（洗浄兼予備粉砕機）１０であるボールミル機が有する円柱状の２本の回転体１５を回転させることによって、回転体１５上のポット１３ａを回転させる。その結果、ポット１３ａ内において、洗浄対象となる切粉等１を第１液体中に分散させることにより切粉等１の洗浄、及び予備的な粉砕処理が行われる。
　ここで、本実施形態のボールミル機は、ポット１３ａ及び蓋１３ｂに収められた鋼球、磁性ボール、玉石及びその類似物をボール種１１（粉砕媒体）とし、ポット１３ａ及び蓋１３ｂを回転させることによって物理的な衝撃力を与える粉砕機である。また、上述の第１液体の好適な例は、アセトンである。また、より具体的な一態様においては、例えば、シリコンの切粉等の１００グラム（ｇ）に対してアセトン３００ミリリットル（ｍＬ）を添加し、ボールミル機（本実施形態においては、ＭＡＳＵＤＡ社製、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ＢＡＬＬ　ＭＩＬＬ）の回転体１５上に乗せられたポット１３ａ及び蓋１３ｂ内で約１時間撹拌することにより、シリコンの切粉等をアセトン中に分散させた。なお、ボールミル機のボール種は、粒径φ１０ミリメートル（ｍｍ）のアルミナボールと粒径φ２０ｍｍのアルミナボールであった。なお、本実施形態の洗浄工程（Ｓ１）においては、ボールミル機内において、シリコンの切粉等を第１液体中で予備粉砕及び撹拌することによって分散処理を行っている。従って、単に第１液体に浸漬させるだけの処理よりも、洗浄効率を格段に高めることになるため、リチウムイオン電池の負極特性の向上、特に充放電サイクル特性の向上の観点で好適なシリコン粒子を得ることが可能となる。
　洗浄工程（Ｓ１）の後、蓋１３ｂを開けてシリコン粒子を第１液体とともに排出した後、公知の減圧濾過手段により、第１液体は吸引ろ過にて除去されて廃液となる。一方、残ったシリコン粒子は、公知の乾燥機内において乾燥される。なお、必要に応じて、乾燥処理後に得られたシリコン粒子を、同一工程によって再び洗浄機（洗浄兼予備粉砕機）１０内において予備粉砕及び洗浄が行われる。
（２）粉砕工程（Ｓ２）
　その後、粉砕工程（Ｓ２）においては、洗浄されたシリコン粒子に所定の第２液体を添加して、ビーズミル機内においてシリコン粒子の粉砕処理が行われる。
　本実施形態の第２液体の好適な例は、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）である。粉砕工程の前処理として、第２液体と洗浄工程（Ｓ１）で得られたシリコン粒子をポット１３ａ内に、重量比で、第２液体が９５％に対してシリコン粒子を５％となるように収めた後、洗浄機（洗浄兼予備粉砕機）１０を回転させることによって予備粉砕処理が行われる。予備粉砕処理されたシリコン粒子を含むスラリーを開口部１８０ミクロンのメッシュに通すことによって比較的粗い粒子が取り除かれた後、得られたシリコン粒子を含むスラリーを、粉砕機２０のビーズミル（本実施形態においては、アシザワ・ファインティング社製、スターミルＬＭＺ０１５）を用いてさらに微粉砕処理する。より具体的には、粒子径１８０ミクロン以上のシリコン切粉が除去されたシリコン粒子を含むスラリーを粉砕機２０の導入口２１へ投入し、ポンプ２８を用いてスラリーを循環させながらビーズミルの処理室２２で微粉砕処理がおこなわれる。具体的なビーズミル機のビーズ種の一例は、粒径φ０．５ｍｍのジルコニアビーズである。微粉砕処理されたシリコン粒子を含むスラリーを回収した後、減圧蒸留を自動で行うロータリーエバポレータ４０を用いて第２液体を除去することにより、微粉砕処理された結果物としてのシリコン微細粒子が得られる。
　なお、本実施形態においては、粒径φ０．５ｍｍのジルコニアビーズを約４５０ｇ導入し、周速２９０８ｒｐｍ、４時間の微粉砕処理が行わることによって、シリコン微細粒子を得ることができる。また、粉砕工程（Ｓ２）においては、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、衝撃波粉砕機の群からなる粉砕機のうちの上述以外のいずれか、又は２種以上の組み合わせによって粉砕処理を行うことも、採用し得る他の一態様である。また、粉砕工程（Ｓ２）において用いられる粉砕機として、自動の粉砕機のみならず手動の粉砕機が採用されても良い。
　また、公知のライカイ機（代表的なライカイ機として、株式会社石川工場社製、型式２０Ｄ型）を用いて、上述の粉砕工程（Ｓ２）によって得られたシリコン微細粒子をさらに解砕することは、採用し得る他の好適な一態様である。この解砕処理により、リチウムイオン電池の負極を形成する際の分散性が改善されるため、リチウムの吸蔵・放出によって負極が破壊されることが確度高く防止され又は抑制されるという効果が得られる。
（３）酸化膜除去工程（Ｓ３）
　本実施形態においては、好適な一態様として酸化膜除去工程（Ｓ３）が行われる。ただし、この酸化膜除去工程（Ｓ３）が行われなくても、本実施形態の効果の少なくとも一部の効果が奏される。
　本実施形態の酸化膜除去工程（Ｓ３）においては、粉砕工程（Ｓ２）によって得られたシリコン微細粒子２を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液に接触させる処理が行われる。粉砕工程（Ｓ２）によって得られたシリコン微細粒子２を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液中に浸漬することにより分散させる。具体的には、酸化膜除去槽５０において、シリコン微細粒子２を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液５５中に撹拌器５７を用いて分散させることによりシリコン微細粒子２の表面の酸化物（主として、酸化シリコン）が除去される。
　その後、遠心分離機５８によって、表面の酸化物の一部又は全部が除去されたシリコン微細粒子とフッ化水素酸水溶液とが分離される。その後、シリコン微細粒子をエタノール溶液等の第３液体中に浸漬する。第３液体を除去することにより、当初形成されていた表面の酸化物（又は酸化膜）の一部又は全部が除去されたシリコン微細粒子が得られる。なお、シリコン微細粒子２の表面に存在し得る酸化物の除去処理を行わない場合は、シリコン微細粒子は、後述する負極形成工程（Ｓ４）による処理が行われる。
　なお、本実施形態の酸化膜除去工程（Ｓ３）においては、シリコン微細粒子をフッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液に浸漬することによってシリコン微細粒子にフッ化水素酸を接触させているが、その他の方法によってシリコン微細粒子にフッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液を接触させる工程も採用し得る。例えば、いわゆるシャワーのようにフッ化水素酸水溶液をシリコン微細粒子に対して散布することも、採用し得る他の一態様である。
（４）負極形成工程（Ｓ４）
　本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料及び負極の製造装置１００は、粉砕工程（Ｓ２）によって、あるいは粉砕工程（Ｓ２）及び酸化膜除去工程（Ｓ３）によって形成された負極活物質となるシリコン微細粒子と、負極材（例えば、銅箔）とを結着材（例えば、アンモニウムカルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）及びスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ））を用いて混合する混合部６０を備えている。この混合部６０によって形成される合剤層を用いて負電極が形成される。
　＜その他の工程＞
　なお、上述の粉砕工程（Ｓ２）によって、あるいは粉砕工程（Ｓ２）及び酸化膜除去工程（Ｓ３）によって得られたシリコン微細粒子は、例えば、各シリコン微細粒子の結晶子径の個数分布及び／又は体積分布のバラつきを軽減するために分級され得る。
＜第１の実施形態において得られたシリコン微細粒子の分析結果＞
１．ＳＥＭ像及びＴＥＭ像よるシリコン微細粒子の解析
　図３Ａは、第１の実施形態の粉砕工程（Ｓ２）後のシリコン微細粒子又はその凝集体の一例のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像である。また、図３Ｂは、第１の実施形態の粉砕工程（Ｓ２）後における、拡大されたシリコン微細粒子又はその凝集体の一例のＳＥＭ像を示す図である。また、図３Ｃは、第１の実施形態における、（ａ）シリコン微細粒子の凝集体の他の例のＳＥＭ像を示す図、及び（ｂ）（ａ）の一部の拡大図である。加えて、図４は、第１の実施形態のシリコン微細粒子の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を示す図である。
　図３Ａに示すように、個別のシリコン微細粒子のみならず、Ｙ１及びＹ２に示すシリコン微細粒子又はその凝集体が確認された。大変興味深いことに、さらに詳細に分析をすると、図３Ｂ、並びに図３Ｃ（ａ），（ｂ）のＺ部分に示すように、シリコン微細粒子又はその凝集体は、いわば薄層状のシリコン微細粒子が複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の凝集物又は集合物であることが確認できた。
　また、個別のシリコン微細粒子に着目した図４に示すＴＥＭ像から、もう一つの興味深い知見が得られた。具体的には、図４における白線で囲っている領域が示す個別のシリコン微細粒子は、結晶性、すなわち単結晶シリコンであることが確認できた。加えて、シリコン微細粒子の少なくとも一部は、断面視において約２ｎｍ～約１０ｎｍの大きさの不定形の多角形の結晶子であることが確認できた。なお、図４においては、白線で囲っている各領域に、結晶の面方位が示されている。
２．Ｘ線回折法によるシリコン微細粒子の結晶子径分布の解析
　図５は、第１の実施形態のシリコン微細粒子の（１１１）方向結晶子径に対する、（ａ）個数分布を示す結晶子径分布と、（ｂ）体積分布を示す結晶子径分布とを示すグラフである。図５は、粉砕工程（Ｓ２）後のシリコン微細粒子の結晶子径分布を、Ｘ線回折法を用いて解析することによって得られた結果を示している。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、いずれも、横軸が結晶子径（ｎｍ）を表し、縦軸は、頻度を表している。
　図５（ａ）及び図５（ｂ）の結果から、個数分布においては、モード径が１．６ｎｍ、メジアン径（５０％結晶子径）が２．６ｎｍであった。また、体積分布においては、モード径が６．３ｎｍ、メジアン径が９．９ｎｍであった。従って、個数分布においてはモード径であってもメジアン径であっても５ｎｍ以下であり、より詳細には３ｎｍ以下の値が実現されていることが確認された。さらに、体積分布においてはモード径であってもメジアン径であっても１０ｎｍ以下の値が実現されていることが確認された。
　図５（ａ）及び図５（ｂ）の結果より、ビーズミル法を用いた粉砕工程（Ｓ２）後に得られるシリコン微細粒子は、平均の結晶子径が約９．８ｎｍであることが確認できた。なお、酸化膜除去工程（Ｓ３）後のシリコン微細粒子の結晶子径分布も、図５とほぼ同様である。
　従って、図５の結果と図３の各図の結果とを合わせて解析すれば、少なくとも粉砕工程（Ｓ２）後又は酸化膜除去工程（Ｓ３）後のシリコン微細粒子の凝集物又は集合物は、いわば長径約１００ｎｍ以下の範囲のいわば薄層状のシリコン微細粒子が、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態であるといえる。また、シリコン微細粒子は、図４及び図５から分かるように、主として長径が１０ｎｍ以下の結晶子から構成されている。
　また、本実施形態のシリコン微細粒子は、図５に示すように、１ｎｍ以下の結晶子径のシリコン微細粒子を含んでいることが分かる。また、興味深いことに、本実施形態のシリコン微細粒子の体積分布における平均結晶子径は、約１０ｎｍであることも確認された。この数値は、非常に小さい値であるといえる。また、上述のとおり、さらに調査を進めることによって、そのシリコン微細粒子の見かけの体積径として約１００ｎｍ以下の範囲にあることが確認された。特に、長径が５ｎｍ以下の結晶子径の、極微細なシリコン粒子を多数含むことによって、後述するリチウムイオン電池の負極材料として用いるシリコン微細粒子によって導き出される充放電のサイクル特性をより確度高く向上させるものである。
３．Ｘ線回折法によるシリコン微細粒子の結晶子の面方位の解析
　図６（ａ）は、第１の実施形態の粉砕工程（Ｓ２）前のシリコン微細粒子又はその凝集体のＸ線回折測定の結果（Ｐ）及び粉砕工程（Ｓ２）後のシリコン微細粒子又はその凝集体のＸ線回折測定の結果（Ｑ）を、広い角度範囲において解析した結果である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）の結果（Ｐ）の一部を拡大したものであり、第１の実施形態の粉砕工程（Ｓ２）後のシリコン微細粒子又はその凝集体のＸ線回折測定の結果を限定された角度範囲において解析した結果（Ｒ）である。なお、図６（ｂ）内に示されたＣ（００２）面及びＣ（００３）面の各ピーク強度は、約１ｗｔ％～約３ｗｔ％のグラファイトの微粒子がシリコン微細粒子群又はシリコン微細粒子の集合体内に含まれていることを示している。なお、一例としてのＣ（００２）面のグラファイトの微粒子の大きさは、約３５ｎｍであり、Ｃ（００３）面のグラファイトの微粒子の大きさは、約７５ｎｍであった。
　図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の実施形態の粉砕工程（Ｓ２）前の２θ＝２８．４°付近のＳｉの結晶面（１１１）（単に、「Ｓｉ（１１１）」とも表記する。他の面方位の表記についても同じ。）に帰属する回折ピークに比べて、粉砕工程（Ｓ２）後のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークは、その半値幅が大きくなっていることが確認された。なお、粉砕工程（Ｓ２）後のＳｉ（１１１）ピークの半値幅から、シェラーの式を用いて計算された平均結晶子径は、９．８ｎｍであった。また、大変興味深いことに、粉砕工程（Ｓ２）後の２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度は、その他の回折ピークの強度（例えば、Ｓｉ（２２０）又はＳｉ（３１１）のピーク強度）よりも大きいことが明らかとなった。なお、粉砕工程（Ｓ２）後のシリコン微細粒子の結晶格子のＳｉ（１１１）の配列間隔は、図４に示したとおり、０．３１ｎｍ（３．１Å）である。上述の結果から、固定砥粒法によって削り出されるシリコン粒子及び該シリコン粒子から形成されるシリコン微細粒子は、Ｓｉの結合力が最も弱いと考えられるＳｉ（１１１）を切断面として切断されていると考えられる。
　上記の各解析結果を踏まえると、本実施形態の粉砕工程（Ｓ２）後のシリコン微細粒子については、主として面方位が（１１１）である結晶性のシリコン微細粒子が、複層花弁状又は鱗片状に多重に折重なった状態の凝集体であるといえる。
　そうすると、本実施形態の粉砕工程（Ｓ２）後又は酸化膜除去工程（Ｓ３）後のシリコン微細粒子又はその凝集体をリチウムイオン電池の負極材として用いることによって、リチウムイオン電池の正極材料中から電離したリチウムイオン（Ｌｉ＋）が負極に到達したときに、リチウムイオン（Ｌｉ＋）が複層花弁状又は鱗片状に多重に折重なった状態の凝集体の襞部間隙に入り込み易く、また出易いという特有の効果が奏され得る。
＜第２の実施形態＞
　本実施形態のリチウムイオン電池は、第１の実施形態において作製したシリコン微細粒子を負極材料として用いている。なお、負極材料以外の構成は、従来のＣＲ２０３２型のコインセル構造リチウムイオン電池の構成と同様である。
　図７は、本実施形態のリチウムイオン電池５００の概要構成図である。本実施形態のリチウムイオン電池５００は、ＣＲ２０３２型コインセルの容器５１０内に、負極材及び負極材料５１４に電気的に接続する負電極５１２と、正極材及び正極材料５１８に電気的に接続する正電極５１６と、負極材及び負極材料５１４と正極材及び正極材料５１８とを電子的に絶縁するセパレータ５２０と、電解液５３０とを備える。また、本実施形態のリチウムイオン電池５００は、充放電を実現するために、負電極５１２及び正電極５１６につながる電源５４０と抵抗５５０を備えた外部回路を有している。
　また、本実施形態のリチウムイオン電池５００の製造方法は、次のとおりである。
　負極の製造方法については、まず、第１の実施形態において作製したシリコン微細粒子約０．３ｇを、１ｗｔ％ＣＭＣバインダー水溶液、ＳＢＲバインダー水分散液（ＪＳＲ株式会社製、ＴＲＤ２００１）からなる約１０ｍＬ（ミリリットル）の溶液中に分散させる。このとき、乾燥重量比で、シリコン微細粒子、カーボンブラック、ＣＭＣバインダー水溶液、ＳＢＲバインダー水分散液の順に、６７：１１：１３：９となるように配合する。次に、メノウ乳鉢を用いて混合調製したスラリーを、厚さ１５μｍであって約９ｃｍ（縦）×１０ｃｍ（横）の銅箔の一面上に、乾燥後約１００μｍ～約２００μｍの厚みとなるように塗布した後、ホットプレート上にて大気中、８０℃、約１時間の乾燥処理を行う。その後、上述の銅箔を乾燥スラリーとともに電池規格ＣＲ２０３２型コインセル対応の直径が１５．９５ｍｍの大きさの円形に打ち抜くことにより、作用極を形成する。この作用極の重量を測定した後、グローボックス内で、１２０℃、６時間の真空加熱により再度乾燥処理したものを、銅箔からなる負電極５１２の内面に張り付けることにより、本実施形態の負極が製造される。
　次に、正極については、ハーフセル構造のリチウムイオン電池を用いて負極材料の特性を評価するため、リチウム基板を直径１３ｍｍの円状に打ち抜いたものを、正電極５１６として採用した。なお、リチウムイオン電池の正極については、上述の正電極５１６の代わりに公知の正電極を採用することができる。
　また、本実施形態のセパレータ５２０は、多孔質のポリプロレン・シートである。加えて、本実施形態の電解液５３０は、エチレンカーボネート（ＥＣ）／ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を容積比で１／１で混合の溶媒（１Ｌ）中に、１モルの六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を溶解したものであって、ＣＲ２０３２型コインセルの内容積（約１ｍＬ）を満たす量以内の量を注入したものである。
　上述の正極材及び正極材料５１８、正電極５１６、負極材及び負極材料５１４、負電極５１２、セパレータ５２０及び電解液５３０を、ＣＲ２０３２型コインセルの容器５１０内へ配置する。その後、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で、該コインセルの外枠の正電極５１６と負電極５１２との間を絶縁した状態で、セパレータ５２０及び電解液５３０の各構成材を容器５１０内に密封することにより、ＣＲ２０３２型コインセルのリチウムイオン電池５００を試作した。
　なお、本実施形態における電解液５３０を構成する電解溶媒の例は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）（ポリプロレン・シート）の環状カーボネート、及び、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等の鎖状カーボネート有機溶媒の混合溶媒である。また、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ）や四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ）などの支持塩を前述の電解溶媒中に溶解させて使用することができる。
＜リチウムイオン電池５００の充放電サイクル特性＞
　上述の構成を備えるリチウムイオン電池５００を用いて、充放電サイクル特性を測定した結果について説明する。図８は、第２の実施形態のリチウムイオン電池５００の充電のサイクル特性を示すグラフである。また、図９は、第２の実施形態のリチウムイオン電池５００の放電のサイクル特性を示すグラフである。
　なお、各図中の横軸は、いずれも、充放電工程が繰り返された回数を示している。また、各図の上部に記載されているａ～ｇは、充電時の電流密度（ｍＡ／ｇ）とその期間を示している。従って、例えば、ａの期間においては、電流密度が２００（ｍＡ／ｇ）という比較的緩やかな充電工程が行われており、ｄの期間においては、電流密度が５０００（ｍＡ／ｇ）という急速の充電工程が行われていることを示している。
　図８及び図９に示すように、約１５００（ｍＡｈ／ｇ）の条件下の充放電サイクルにおいて、サイクル数が１００回に至った場合においても、充電容量値及び放電容量値のいずれも、ほとんど低下していないという極めて良好な結果が得られた。加えて、電流密度が２００（ｍＡ／ｇ）～５０００（ｍＡ／ｇ）の変動に対しても、充電容量値及び放電容量値のいずれもがほとんど影響されないことも確認することができた。特に、リチウムイオン電池５００の負極に対して、５０００（ｍＡ／ｇ）の電流密度を与える条件で充放電を３０回繰り返したうちの第３０回目の充電容量（ｍＡｈ／ｇ）の、第１回目の充電容量からの容量低下が０．５％以下という極めて安定性の高い充放電サイクル特性が得られたことは特筆に価する。
　なお、比較例として、市販されているシリコン粒子（添川理化学株式会社製、粒径１μｍ～２μｍ，純度９９．９％）を負極活物質とする負極を用いた以外は、上述の第２の実施形態と同様の構成を備えるリチウムイオン電池を、上述の充放電サイクル特性と同条件で調べた。その結果、充電容量値及び放電容量値のいずれも、図９及び図１０に示すように、２０回目のサイクルから急速に（反比例曲線状に）劣化することが確認された。より具体的には、２０回目のサイクルから３０回目のサイクルに掛けて充電容量値及び放電容量値が、約１５００（ｍＡｈ／ｇ）から約８００（ｍＡｈ／ｇ）にまで低下することが分かった。上記結果から、第２の実施形態のリチウムイオン電池５００は、前述の比較例に対して格段に優れていることが明らかとなった。
　従って、第２の実施形態のリチウムイオン電池５００は、従来より採用されている黒鉛による負極活物質とする負極を備えるリチウムイオン電池の電気容量の理論値である約３７０ｍＡｈ／ｇよりも数倍高い充放電容量である約１５００ｍＡｈ／ｇを実現するのみならず、非常に安定性の高い充放電サイクル特性を有していることが明らかとなった。加えて、市販されているシリコン粒子とは異なり、上述の第１の実施形態のシリコン微細粒子及び／又はその凝集体を用いることによって、高容量であって、かつ優れた充放電サイクル特性を有するリチウムイオン電池を実現することができることが確認された。
＜その他の実施形態＞
　ところで、上述の各実施形態においては、出発材として、単結晶又は多結晶のシリコンの塊又はインゴットの切削過程において形成されるシリコンの切粉等を例示しているが、その他の形態のシリコンの切粉等を出発材とすることも採用し得る他の一態様である。具体的には、シリコンの切粉等は、半導体製品の生産過程におけるシリコンのインゴットの切削加工において必然的に形成されるものに限らず、予め選定した結晶性シリコンのインゴットを切削機で一様に又はランダムに切削して作製することも可能である。また、通常は廃棄物とされるシリコンの切粉やシリコンの研磨屑等のいわゆるシリコン廃材が、上述の各実施形態のシリコン微細粒子の出発材となり得るが、該シリコン廃材には、ウェハの破片、廃棄ウェハ等を粉砕することによって得られる微細な屑も含まれ得る。さらに、金属性のシリコンの切粉やシリコンの研磨屑といった材料を出発材料として用いるシリコン微細粒子も、採用し得る。
　また、上述の各実施形態におけるｎ型結晶性シリコンの不純物濃度は特に限定されない。また、ｎ型のみならず、ｐ型の結晶性シリコンを採用することもできる。さらに、真正半導体である結晶性シリコンも、上述の各実施形態における結晶性シリコンとして採用し得る。なお、リチウムイオン電池の負極材料内における電子の移動が重視されるため、ｎ型の不純物を含有する結晶性シリコンを用いるのがより好適である。また、上述の図６（ｂ）に示す、Ｃ（００２）面及びＣ（００３）面の各ピーク強度が示す約１ｗｔ％～約３ｗｔ％のグラファイトの微粒子がシリコン微細粒子群又はシリコン微細粒子の集合体内に含まれていることから、これらのグラファイトの一部又は全部が、負極材料の導電性の向上に寄与し得る点を付言する。
　また、上述の各実施形態のシリコン微細粒子及びそれを備えたリチウムイオン電池は、第２の実施形態において紹介したコインセル型式の構造への適用に限定されない。従って、コインセル型式の構造より大きな電気容量のリチウムイオン電池を備える、又は利用する各種デバイス又は装置に適用され得る。また、負極材料として、上述の各実施形態のシリコン混合粉末に黒鉛（代表的には、グラファイト）を混合したものを採用することも、採用し得る他の一態様である。
　また、上述の第１の実施形態における図２に示すリチウムイオン電池の負極材料及び負極の製造装置１００の代替的な装置として、図１２に示すリチウムイオン電池の負極の製造装置２００が採用されても良い。具体的には、設備の簡素化及び／又は製造コストの低減の観点から、リチウムイオン電池の負極の製造装置２００においては、シリコンの切削過程で形成されるシリコンの切粉等を洗浄する洗浄機１０が、洗浄されたシリコンの切粉等を粉砕することによってシリコン微細粒子を形成する粉砕機２０を兼ねている態様である。従って、図１２に示す装置／方法においては、例えば、洗浄工程においては比較的大きな径のビーズを用い、粉砕工程においては比較的小さい径のビーズを用いることによって、リチウムイオン電池の負極材料として用いるシリコン微細粒子を得ることになる。
　上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
　本発明のシリコン微細粒子及びそれを備えたリチウムイオン電池は、例えば、各種の発電又は蓄電装置（家庭用小型電力貯蔵装置及び大型蓄電システムを含む）、スマートフォン、携帯情報端末、携帯電子機器（携帯電話、携帯用音楽プレイヤー、ノート型パソコン、デジタルカメラ・ビデオ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）又はプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）、モーターを電力源とする自動二輪車、モーターを電力源とする自動三輪車、その他の輸送機械又は車両等を含む多種のデバイスないし装置に対して適することができる。

Claims (26)

  1. 　結晶性シリコンを粉砕することによって形成されるシリコン微細粒子を有する、
    　リチウムイオン電池の負極材料。
  2. 　前記結晶性シリコンが、固定砥粒ワイヤによって削り出される切粉又は切削屑である、
    　請求項１に記載のリチウムイオン電池の負極材料。
  3. 　前記シリコン微細粒子が、前記結晶性シリコンをビーズミル機によって粉砕することにより形成される、
    　請求項１又は請求項２に記載のリチウムイオン電池の負極材料。
  4. 　結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度が、その他の回折ピークの強度よりも大きい、
    　請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池の負極材料。
  5. 　透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像において観察される、前記シリコン微細粒子を形成する不定形の多角形状の結晶子を含む、
    　請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池の負極材料。
  6. 　結晶性シリコンを粉砕することによって形成されるシリコン微細粒子を有する負極材料を備えた、
    　リチウムイオン電池。
  7. 　前記結晶性シリコンが、固定砥粒ワイヤによって削り出される切粉又は切削屑である、
    　請求項６のリチウムイオン電池。
  8. 　前記シリコン微細粒子が、前記結晶性シリコンをビーズミル機によって粉砕することにより形成される、
    　請求項６又は請求項７に記載のリチウムイオン電池。
  9. 　結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度が、その他の回折ピークの強度よりも大きい、
    　請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。
  10. 　透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像において観察される、前記シリコン微細粒子を形成する不定形の多角形の結晶子を含む、
    　請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。
  11. 　前記負極材料を備えた負極に対して、５０００（ｍＡ／ｇ）の電流密度を与える条件で充放電を３０回繰り返したうちの第３０回目の充電容量（ｍＡｈ／ｇ）の、第１回目の充電容量からの容量低下が０．５％以下である、
    　請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。
  12. 　請求項６乃至請求項１１のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池を備える装置。
  13. 　結晶性シリコンを粉砕することにより、シリコン微細粒子を形成する粉砕部を備える、
    　リチウムイオン電池の負極材料の製造装置。
  14. 　前記結晶性シリコンが、固定砥粒ワイヤによって削り出される切粉又は切削屑である、
    　請求項１３に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。
  15. 　前記シリコン微細粒子が、前記結晶性シリコンをビーズミル機によって粉砕することにより形成される、
    　請求項１３又は請求項１４に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。
  16. 　結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度がその他の回折ピークの強度よりも大きい前記シリコン微細粒子を形成する粉砕部を備える、
    　請求項１３乃至請求項１５いずれか１項に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。
  17. 　結晶性シリコンを粉砕することにより、負極材料となるシリコン微細粒子を形成する粉砕部を備える、
    　リチウムイオン電池の負極の製造装置。
  18. 　前記結晶性シリコンが、固定砥粒ワイヤによって削り出される切粉又は切削屑である、
    　請求項１７に記載のリチウムイオン電池の負極の製造装置。
  19. 　前記シリコン微細粒子が、前記結晶性シリコンをビーズミル機によって粉砕することにより形成される、
    　請求項１７又は請求項１８に記載のリチウムイオン電池の負極の製造装置。
  20. 　結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度がその他の回折ピークの強度よりも大きい負極材料となる前記シリコン微細粒子を形成する粉砕部を備える、
    　請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池の負極の製造装置。
  21. 　結晶性シリコンを粉砕することにより、シリコン微細粒子を形成する粉砕工程を含む、
    　リチウムイオン電池の負極材料の製造方法。
  22. 　前記結晶性シリコンが、固定砥粒ワイヤによって削り出される切粉又は切削屑である、
    　請求項２１に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。
  23. 　前記シリコン微細粒子が、前記結晶性シリコンをビーズミル機によって粉砕することにより形成される、
    　請求項２１又は請求項２２に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。
  24. 　結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度がその他の回折ピークの強度よりも大きい前記シリコン微細粒子を形成する、粉砕工程を含む、
    　請求項２１乃至請求項２３のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。
  25. 　結晶性シリコンを粉砕することにより、負極材料となるシリコン微細粒子を形成する粉砕工程を含む、
    　リチウムイオン電池の負極の製造方法。
  26. 　結晶性シリコンからなるシリコン微細粒子のＸ線回折測定による、２θ＝２８．４°付近のＳｉ（１１１）に帰属する回折ピークの強度がその他の回折ピークの強度よりも大きい負極材料となる前記シリコン微細粒子を形成する、粉砕工程を含む、
    　リチウムイオン電池の負極の製造方法。
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