WO2018061536A1 - 負極活物質、混合負極活物質材料、及び負極活物質の製造方法 - Google Patents

負極活物質、混合負極活物質材料、及び負極活物質の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a negative electrode active material, a mixed negative electrode active material, and a method for producing a negative electrode active material.
  • This secondary battery is not limited to a small electronic device, but is also considered to be applied to a large-sized electronic device represented by an automobile or the like, or an electric power storage system represented by a house.
  • lithium ion secondary batteries are highly expected because they are small in size and easy to increase in capacity, and can obtain higher energy density than lead batteries and nickel cadmium batteries.
  • the above lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator together with an electrolyte, and the negative electrode includes a negative electrode active material involved in a charge / discharge reaction.
  • the negative electrode active material when silicon is used as the negative electrode active material as the main raw material, the negative electrode active material expands and contracts during charge / discharge, and therefore, it tends to break mainly near the surface of the negative electrode active material. Further, an ionic material is generated inside the active material, and the negative electrode active material is easily broken. When the negative electrode active material surface layer is cracked, a new surface is generated thereby increasing the reaction area of the active material. At this time, a decomposition reaction of the electrolytic solution occurs on the new surface, and a coating that is a decomposition product of the electrolytic solution is formed on the new surface, so that the electrolytic solution is consumed. For this reason, the cycle characteristics are likely to deteriorate.
  • silicon and amorphous silicon dioxide are simultaneously deposited using a vapor phase method (see, for example, Patent Document 1). Further, in order to obtain a high battery capacity and safety, a carbon material (electron conductive material) is provided on the surface layer of the silicon oxide particles (see, for example, Patent Document 2). Furthermore, in order to improve cycle characteristics and obtain high input / output characteristics, an active material containing silicon and oxygen is produced, and an active material layer having a high oxygen ratio in the vicinity of the current collector is formed ( For example, see Patent Document 3). Further, in order to improve cycle characteristics, oxygen is contained in the silicon active material, the average oxygen content is 40 at% or less, and the oxygen content is increased at a location close to the current collector. (For example, refer to Patent Document 4).
  • Si phase (for example, see Patent Document 5) by using a nanocomposite containing SiO 2, M y O metal oxide in order to improve the initial charge and discharge efficiency.
  • the molar ratio of oxygen to silicon in the negative electrode active material is set to 0.1 to 1.2, and the difference between the maximum and minimum molar ratios in the vicinity of the active material and current collector interface The active material is controlled within a range of 0.4 or less (see, for example, Patent Document 7).
  • Patent Document 8 a metal oxide containing lithium is used (see, for example, Patent Document 8).
  • a hydrophobic layer such as a silane compound is formed on the surface layer of the siliceous material (see, for example, Patent Document 9).
  • conductivity is imparted by using silicon oxide and forming a graphite film on the surface layer (see, for example, Patent Document 10).
  • Patent Document 10 with respect to the shift value obtained from the RAMAN spectrum for graphite coating, with broad peaks appearing at 1330 cm -1 and 1580 cm -1, their intensity ratio I 1330 / I 1580 is 1.5 ⁇ I 1330 / I 1580 ⁇ 3.
  • particles having a silicon microcrystalline phase dispersed in silicon dioxide are used in order to improve high battery capacity and cycle characteristics (see, for example, Patent Document 11). Further, in order to improve overcharge and overdischarge characteristics, silicon oxide in which the atomic ratio of silicon and oxygen is controlled to 1: y (0 ⁇ y ⁇ 2) is used (see, for example, Patent Document 12).
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and can stabilize a slurry produced at the time of producing a negative electrode for a secondary battery, and can be used for initial charge and discharge when used as a negative electrode active material for a secondary battery.
  • An object is to provide a negative electrode active material capable of improving characteristics and cycle characteristics, and a mixed negative electrode active material containing the negative electrode active material. It is another object of the present invention to provide a method for producing a negative electrode active material that can stabilize a slurry produced at the time of producing a negative electrode and improve initial charge / discharge characteristics and cycle characteristics.
  • the present invention provides a negative electrode active material including negative electrode active material particles, wherein the negative electrode active material particles include a silicon compound (SiO x : 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6). Containing silicon compound particles, wherein the silicon compound particles contain a Li compound, and the negative electrode active material particles contain at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose, and Mg and Al
  • the negative electrode active material characterized by including the metal salt containing at least 1 sort (s) of metal chosen from these.
  • the negative electrode active material of the present invention includes negative electrode active material particles containing silicon compound particles (also referred to as silicon-based active material particles), the battery capacity can be improved. Moreover, the irreversible capacity
  • aqueous negative electrode slurry During the production of a slurry in which a negative electrode active material or the like is dispersed (aqueous negative electrode slurry), elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is suppressed, and the stability of the aqueous negative electrode slurry is improved.
  • the total amount of at least one salt selected from the salt of polyacrylic acid and the salt of carboxymethyl cellulose is in the range of 0.1% by mass to 5% by mass with respect to the total amount of the negative electrode active material particles. It is preferable.
  • the total amount of at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethylcellulose is 0.1% by mass or more with respect to the total amount of the negative electrode active material particles, from the Li compound in the negative electrode active material particles Li ion elution is further suppressed, and the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved. Moreover, if the total amount of such a salt is 5 mass% or less with respect to the total amount of negative electrode active material particles, the fall of battery capacity can be prevented.
  • the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles can be further suppressed, so that the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved.
  • the total amount of the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al is in the range of 0.1% by mass to 5% by mass with respect to the total amount of the negative electrode active material particles. preferable.
  • the total amount of the metal salt is 0.1% by mass or more based on the total amount of the negative electrode active material particles, the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is further suppressed, and the aqueous negative electrode slurry Stability is further improved. Moreover, if the total amount of the metal salt is 5% by mass or less with respect to the total amount of the negative electrode active material particles, it is possible to prevent a decrease in battery capacity.
  • the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al is preferably any one of nitrate, phosphate, hydrochloride, and sulfate.
  • the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles can be further suppressed, so that the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved.
  • the total content of the mass-based content of at least one salt selected from the polyacrylic acid salt and the carboxymethylcellulose salt contained in the negative electrode active material particles is the Mg contained in the negative electrode active material particles. It is preferable that it is smaller than the sum total of the content on the mass basis of a metal salt containing at least one metal selected from Al.
  • the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles can be further suppressed, so that the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved.
  • examples of the negative electrode active material particles Li compounds, Li 2 Si 2 O 5, Li 2 SiO 3, Li 4 preferably contains at least one or more of SiO 4.
  • the irreversible capacity generated during charging can be reduced, and the initial efficiency and cycle characteristics of the battery can be improved.
  • the silicon compound particles have a peak half-value width (2 ⁇ ) due to the Si (111) crystal plane in an X-ray diffraction spectrum using Cu—K ⁇ rays of 1.2 ° or more, and
  • the corresponding crystallite size is preferably 7.5 nm or less.
  • the negative electrode active material in which the silicon compound particles have the above-described silicon crystallinity is used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery, better cycle characteristics and initial charge / discharge characteristics can be obtained.
  • the negative electrode active material of the present invention is obtained by using the silicon compound particles obtained from a 29 Si-MAS-NMR spectrum, and having a maximum peak intensity value A in a Si and Li silicate region given as a chemical shift value of ⁇ 60 to ⁇ 95 ppm.
  • the peak intensity value B in the SiO 2 region given as a chemical shift value of ⁇ 96 to ⁇ 150 ppm preferably satisfies the relationship A> B.
  • the silicon compound particles have a larger amount of Si and Li 2 SiO 3 based on the SiO 2 component, a negative electrode active material that can sufficiently obtain an effect of improving battery characteristics by inserting Li is obtained.
  • the negative electrode active material particles preferably have a median diameter of 3 ⁇ m to 15 ⁇ m.
  • the median diameter of the negative electrode active material particles is 3 ⁇ m or more, an increase in battery irreversible capacity due to an increase in surface area per mass can be suppressed.
  • the median diameter is set to 15 ⁇ m or less, the particles are difficult to break and a new surface is difficult to appear.
  • the negative electrode active material particles preferably include a carbon material in the surface layer portion.
  • the conductivity can be improved.
  • the average thickness of the carbon material is preferably 5 nm or more and 5000 nm or less.
  • the average thickness of the carbon material is 5 nm or more, conductivity can be improved. Moreover, if the average thickness of the carbon material to be coated is 5000 nm or less, a sufficient amount of silicon compound particles can be secured by using a negative electrode active material including such negative electrode active material particles in a lithium ion secondary battery. , Battery capacity reduction can be suppressed.
  • the present invention provides a mixed negative electrode active material comprising the negative electrode active material and a carbon-based active material.
  • the conductivity of the negative electrode active material layer can be improved by including the carbon-based active material together with the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) of the present invention.
  • the expansion stress associated with charging can be relaxed.
  • the battery capacity can be increased by mixing the silicon-based negative electrode active material with the carbon-based active material.
  • the present invention provides a method for producing a negative electrode active material including negative electrode active material particles containing silicon compound particles, wherein the silicon compound (SiO x : 0.5 ⁇ x ⁇ 1). .6), and a step of inserting Li into the silicon compound particles to contain a Li compound, thereby producing negative electrode active material particles.
  • the negative electrode active material comprising at least one salt selected from the above salts and a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al With children, to provide a method of preparing a negative active material, characterized in that to produce a negative electrode active material.
  • the negative electrode active material By producing the negative electrode active material by including the salt as described above in the negative electrode active material particles, the aqueous negative electrode slurry produced during the preparation of the negative electrode can be particularly stabilized, and the negative electrode of the lithium ion secondary battery When used as an active material, it is possible to produce a negative electrode active material that has high capacity and good cycle characteristics and initial charge / discharge characteristics.
  • the negative electrode active material of the present invention can stabilize the water-based negative electrode slurry prepared at the time of preparing the negative electrode, and has high capacity and good cycle characteristics and initial charge when used as a negative electrode active material for a secondary battery. Discharge characteristics can be obtained. Moreover, the same effect is acquired also in the mixed negative electrode active material material containing this negative electrode active material.
  • an aqueous slurry produced at the time of producing a negative electrode can be stabilized, and a good cycle can be obtained when used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery.
  • the negative electrode active material which has a characteristic and an initial stage charge / discharge characteristic can be manufactured.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows an example of a structure of the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing the negative electrode active material of this invention. It is an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from silicon compound particles when modified by a redox method. It is an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from silicon compound particles when modified by a thermal doping method. It is a figure showing the structural example (laminate film type) of the lithium secondary battery containing the negative electrode active material of this invention. It is a graph showing the relationship between the ratio of the silicon type active material particle with respect to the total amount of a negative electrode active material, and the increase rate of the battery capacity of a secondary battery.
  • the present inventors conducted extensive studies to obtain a negative electrode active material that has a high battery capacity and good slurry stability, cycle characteristics, and initial efficiency when used in a secondary battery. Invented.
  • the negative electrode active material of the present invention includes negative electrode active material particles. Further, the anode active material particles, silicon compound: which contains a silicon compound particles containing (SiO x 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6 ), the silicon compound particles contains a Li compound.
  • the negative electrode active material particles contain at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose. Furthermore, the negative electrode active material particles include a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al.
  • negative electrode active material includes negative electrode active material particles containing silicon compound particles (also referred to as silicon-based active material particles), battery capacity can be improved. Moreover, the irreversible capacity
  • a slurry (aqueous negative electrode slurry) in which a negative electrode active material or the like is dispersed in an aqueous solvent
  • elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is suppressed, and the stability of the aqueous negative electrode slurry is improved.
  • the negative electrode active material particles contain only at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose, the stability of the aqueous negative electrode slurry is not improved.
  • the negative electrode active material particles contain only at least one of the above metal salts, the effect of improving the stability of the aqueous negative electrode slurry is small.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also referred to as “negative electrode”).
  • the negative electrode 10 is configured to have a negative electrode active material layer 12 on a negative electrode current collector 11.
  • the negative electrode active material layer 12 may be provided on both surfaces or only one surface of the negative electrode current collector 11. Furthermore, the negative electrode current collector 11 may be omitted as long as the negative electrode active material of the present invention is used.
  • the negative electrode current collector 11 is an excellent conductive material and is made of a material that is excellent in mechanical strength.
  • Examples of the conductive material that can be used for the negative electrode current collector 11 include copper (Cu) and nickel (Ni). This conductive material is preferably a material that does not form an intermetallic compound with lithium (Li).
  • the negative electrode current collector 11 preferably contains carbon (C) or sulfur (S) in addition to the main element. This is because the physical strength of the negative electrode current collector is improved.
  • the current collector contains the above-described element, there is an effect of suppressing electrode deformation including the current collector.
  • content of said content element is not specifically limited, Especially, it is preferable that it is 100 mass ppm or less, respectively. This is because a higher deformation suppressing effect can be obtained. Such a deformation suppressing effect can further improve the cycle characteristics.
  • the surface of the negative electrode current collector 11 may be roughened or may not be roughened.
  • the roughened negative electrode current collector is, for example, a metal foil subjected to electrolytic treatment, embossing treatment, or chemical etching treatment.
  • the non-roughened negative electrode current collector is, for example, a rolled metal foil.
  • the negative electrode active material layer 12 contains the negative electrode active material of the present invention capable of occluding and releasing lithium ions, and from the viewpoint of battery design, further, other materials such as a negative electrode binder (binder) and a conductive aid. May be included.
  • the negative electrode active material includes negative electrode active material particles, and the negative electrode active material particles include silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6).
  • the negative electrode active material layer 12 may include a mixed negative electrode active material containing the negative electrode active material of the present invention and a carbon-based active material.
  • a mixed negative electrode active material containing the negative electrode active material of the present invention and a carbon-based active material.
  • the carbon-based active material include pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, carbon blacks, and the like.
  • the mass ratio of the silicon-based negative electrode active material to the total mass of the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) and the carbon-based active material of the present invention is 6% by mass or more. Is preferred.
  • the ratio of the mass of the silicon-based negative electrode active material to the total mass of the silicon-based negative electrode active material and the carbon-based active material is 6% by mass or more, the battery capacity can be reliably improved.
  • the negative electrode active material of the present invention contains silicon compound particles, and the silicon compound particles are a silicon oxide material containing a silicon compound (SiO x : 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6).
  • the composition is preferably such that x is close to 1. This is because high cycle characteristics can be obtained.
  • the composition of the silicon compound in the present invention does not necessarily mean a purity of 100%, and may contain a trace amount of impurity elements.
  • the silicon compound particles preferably contain at least one or more of Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3 , and Li 4 SiO 4 as the Li compound. .
  • the SiO 2 component part which is destabilized at the time of charging / discharging of the battery and destabilized at the time of charging / discharging, is modified in advance to another lithium silicate. The generated irreversible capacity can be reduced.
  • Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3 , and Li 4 SiO 4 are present in the bulk of the silicon compound particles, the battery characteristics are improved, but two or more kinds of Li compounds coexist. As a result, the battery characteristics are further improved.
  • These lithium silicates can be quantified by NMR (Nuclear Magnetic Resonance) or XPS (X-ray photoelectron spectroscopy: X-ray photoelectron spectroscopy). The XPS and NMR measurements can be performed, for example, under the following conditions.
  • XPS ⁇ Device X-ray photoelectron spectrometer, ⁇ X-ray source: Monochromatic Al K ⁇ ray, ⁇ X-ray spot diameter: 100 ⁇ m, Ar ion gun sputtering conditions: 0.5 kV / 2 mm ⁇ 2 mm.
  • 29 Si MAS NMR (magic angle rotating nuclear magnetic resonance) Apparatus 700 NMR spectrometer manufactured by Bruker, ⁇ Probe: 4mmHR-MAS rotor 50 ⁇ L, Sample rotation speed: 10 kHz, -Measurement environment temperature: 25 ° C.
  • the negative electrode active material of the present invention is such that the negative electrode active material particles include at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose, and at least selected from Mg and Al. Also included are metal salts containing one metal. At this time, in the negative electrode active material of the present invention, the total amount of at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose is 0.1% by mass or more and 5% by mass with respect to the total amount of the negative electrode active material particles. % Or less is preferable.
  • the total mass of the two or more salts is based on the total amount of the negative electrode active material particles. It is preferable that it is 0.1 mass% or more and 5 mass% or less.
  • the mass of the salt is preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles.
  • the total amount of the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al is in the range of 0.1% by mass to 5% by mass with respect to the total amount of the negative electrode active material particles. It is preferable that it is contained.
  • the total mass of the two or more metal salts is the total amount of the negative electrode active material particles. It is preferable that they are 0.1 mass% or more and 5 mass% or less with respect to.
  • the mass of the metal salt is 0.1 to 5 mass% with respect to the mass of negative electrode active material particles.
  • the total amount of the metal salt is in the range of 0.1% by mass or more with respect to the total amount of the negative electrode active material particles, the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is more sufficiently performed. And the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved. Moreover, if the total amount of the metal salt is in the range of 5% by mass or less with respect to the total amount of the negative electrode active material particles, the battery capacity does not decrease.
  • the total of the mass-based contents of at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose contained in the negative electrode active material particles is included in the negative electrode active material particles. It is preferable that the content is smaller than the total content based on the mass of the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al. By containing more metal salt than polyacrylic acid salt or the like, the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved.
  • the salt of polyacrylic acid or the salt of carboxymethyl cellulose ammonium salt of carboxymethyl cellulose (CMC-NH 4 ), lithium salt of polyacrylic acid (PAA-Li), and ammonium salt of polyacrylic acid ( At least one kind can be selected from PAA-NH 4 ) and the like.
  • the salt of polyacrylic acid or the salt of carboxymethyl cellulose is preferably an ammonium salt. This is because the stability of the aqueous negative electrode slurry can be further improved.
  • the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al is preferably any one of nitrate, phosphate, hydrochloride, and sulfate. This is because if such a material is included, the stability of the aqueous negative electrode slurry can be further improved. More specifically, as a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al, Mg (NO 3 ) 2 , MgCl 2 , MgSO 4 , Mg 3 (PO 4 ) 2 , AlCl 3 , Al (NO 3) 3, and the like AlPO 4, it can be selected at least one metal salt.
  • the salt of polyacrylic acid or the salt of carboxymethyl cellulose, and the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al are preferably weakly alkaline.
  • a weak alkaline salt Li is less likely to elute from the Li silicate than when an acidic salt is used.
  • the silicon compound particles have a half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak due to the Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction using Cu—K ⁇ rays of 1.2 ° or more, and the crystal plane
  • the silicon crystallinity of the silicon compound in the silicon compound particles is preferably as low as possible. In particular, if the amount of Si crystal is small, battery characteristics can be improved, and a stable Li compound can be generated.
  • the negative electrode active material of the present invention has a maximum peak intensity value A in the Si and Li silicate regions obtained from a 29 Si-MAS-NMR spectrum and given as a chemical shift value of ⁇ 60 to ⁇ 95 ppm.
  • the peak intensity value B in the SiO 2 region given as a chemical shift value of ⁇ 96 to ⁇ 150 ppm preferably satisfies the relationship of A> B. If the silicon compound particles have a relatively large amount of silicon component or Li 2 SiO 3 when the SiO 2 component is used as a reference, the effect of improving battery characteristics due to insertion of Li can be sufficiently obtained.
  • the measurement conditions for 29 Si-MAS-NMR may be the same as described above.
  • the median diameter (D 50 : particle diameter when the cumulative volume becomes 50%) of the negative electrode active material particles is 3 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. This is because, if the median diameter is in the above range, lithium ions are easily occluded and released during charging and discharging, and the particles are difficult to break. If the median diameter is 3 ⁇ m or more, the surface area per mass can be reduced, and an increase in battery irreversible capacity can be suppressed. On the other hand, when the median diameter is set to 15 ⁇ m or less, the particles are difficult to break and a new surface is difficult to appear.
  • the negative electrode active material particles preferably include a carbon material in the surface layer portion.
  • the conductivity can be improved. Therefore, when the negative electrode active material containing such negative electrode active material particles is used as the negative electrode active material of a secondary battery. Battery characteristics can be improved.
  • the average thickness of the carbon material of the surface layer portion of the negative electrode active material particles is preferably 5 nm or more and 5000 nm or less. If the average thickness of the carbon material is 5 nm or more, conductivity can be improved, and if the average thickness of the carbon material to be coated is 5000 nm or less, the negative electrode active material containing such negative electrode active material particles is converted into lithium ion When used as a negative electrode active material for a secondary battery, a decrease in battery capacity can be suppressed.
  • the average thickness of the carbon material can be calculated by the following procedure, for example. First, negative electrode active material particles are observed at an arbitrary magnification using a TEM (transmission electron microscope). This magnification is preferably a magnification capable of visually confirming the thickness of the carbon material so that the thickness can be measured. Subsequently, the thickness of the carbon material is measured at any 15 points. In this case, it is preferable to set the measurement position widely and randomly without concentrating on a specific place as much as possible. Finally, the average value of the thicknesses of the 15 carbon materials is calculated.
  • TEM transmission electron microscope
  • the coverage of the carbon material is not particularly limited, but is preferably as high as possible. A coverage of 30% or more is preferable because electric conductivity is further improved.
  • the method for coating the carbon material is not particularly limited, but a sugar carbonization method and a pyrolysis method of hydrocarbon gas are preferable. This is because the coverage can be improved.
  • the negative electrode binder contained in the negative electrode active material layer for example, one or more of polymer materials, synthetic rubbers and the like can be used.
  • the polymer material include polyvinylidene fluoride, polyimide, polyamideimide, aramid, polyacrylic acid, lithium polyacrylate, and carboxymethylcellulose.
  • the synthetic rubber include styrene butadiene rubber, fluorine rubber, and ethylene propylene diene.
  • the negative electrode conductive additive for example, one or more carbon materials such as carbon black, acetylene black, graphite, ketjen black, carbon nanotube, and carbon nanofiber can be used.
  • the negative electrode active material layer is formed by, for example, a coating method.
  • the coating method is a method in which negative electrode active material particles and the above-mentioned binder, and the like, and a conductive additive and a carbon material are mixed as necessary, and then dispersed and applied in an organic solvent or water.
  • the negative electrode can be produced, for example, by the following procedure. First, the manufacturing method of the negative electrode active material used for a negative electrode is demonstrated. First, silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6) are prepared. Next, Li is inserted into the silicon compound particles to contain the Li compound. In this way, negative electrode active material particles are produced. Next, the produced negative electrode active material particles include at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose and a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al. And a negative electrode active material is manufactured using this negative electrode active material particle.
  • the negative electrode active material can be produced as follows. First, a raw material for generating silicon oxide gas is heated in a temperature range of 900 ° C. to 1600 ° C. under reduced pressure in the presence of an inert gas to generate silicon oxide gas. Considering the surface oxygen of the metal silicon powder and the presence of a trace amount of oxygen in the reaction furnace, the mixing molar ratio is preferably in the range of 0.8 ⁇ metal silicon powder / silicon dioxide powder ⁇ 1.3.
  • the generated silicon oxide gas is solidified and deposited on the adsorption plate.
  • a silicon oxide deposit is taken out in a state where the temperature in the reaction furnace is lowered to 100 ° C. or less, and pulverized using a ball mill, a jet mill or the like, and pulverized.
  • the powder thus obtained may be classified.
  • the particle size distribution of the silicon compound particles can be adjusted during the pulverization step and the classification step.
  • silicon compound particles can be produced. Note that the Si crystallites in the silicon compound particles can be controlled by changing the vaporization temperature or by heat treatment after generation.
  • a carbon material layer may be formed on the surface layer of the silicon compound particles.
  • a thermal decomposition CVD method is desirable. A method for generating a carbon material layer by pyrolytic CVD will be described.
  • silicon compound particles are set in a furnace.
  • hydrocarbon gas is introduced into the furnace to raise the temperature in the furnace.
  • the decomposition temperature is not particularly limited, but is preferably 1200 ° C. or lower, and more preferably 950 ° C. or lower. By setting the decomposition temperature to 1200 ° C. or lower, unintended disproportionation of the active material particles can be suppressed.
  • a carbon layer is generated on the surface of the silicon compound particles.
  • the hydrocarbon gas used as the raw material for the carbon material is not particularly limited, but it is desirable that n ⁇ 3 in the C n H m composition. If n ⁇ 3, the production cost can be reduced, and the physical properties of the decomposition product can be improved.
  • Li is inserted into the silicon active material particles produced as described above to contain a Li compound.
  • lithium can be inserted by first immersing silicon active material particles in a solution A in which lithium is dissolved in an ether solvent.
  • the solution A may further contain a polycyclic aromatic compound or a linear polyphenylene compound.
  • active lithium can be desorbed from the silicon active material particles by immersing the silicon active material particles in a solution B containing a polycyclic aromatic compound or a derivative thereof.
  • the solvent of the solution B for example, an ether solvent, a ketone solvent, an ester solvent, an alcohol solvent, an amine solvent, or a mixed solvent thereof can be used.
  • the obtained silicon active material particles may be heat-treated at 400 to 800 ° C. under an inert gas.
  • the Li compound can be stabilized by heat treatment. Then, you may wash
  • ether solvent used for the solution A examples include diethyl ether, tert-butyl methyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, or a mixed solvent thereof. Can be used. Of these, tetrahydrofuran, dioxane, and 1,2-dimethoxyethane are particularly preferable. These solvents are preferably dehydrated and preferably deoxygenated.
  • polycyclic aromatic compound contained in the solution A one or more of naphthalene, anthracene, phenanthrene, naphthacene, pentacene, pyrene, picene, triphenylene, coronene, chrysene and derivatives thereof can be used.
  • chain polyphenylene compound one or more of biphenyl, terphenyl, and derivatives thereof can be used.
  • polycyclic aromatic compound contained in the solution B one or more of naphthalene, anthracene, phenanthrene, naphthacene, pentacene, pyrene, picene, triphenylene, coronene, chrysene and derivatives thereof can be used.
  • ether solvent of the solution B diethyl ether, tert-butyl methyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, or the like can be used. .
  • ketone solvent acetone, acetophenone, or the like can be used.
  • ester solvents examples include methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and isopropyl acetate.
  • alcohol solvent methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, or the like can be used.
  • amine solvent methylamine, ethylamine, ethylenediamine, or the like can be used.
  • Li may be inserted into the silicon active material particles by a thermal doping method.
  • the silicon active material particles can be mixed with LiH powder or Li powder, and can be modified by heating in a non-oxidizing atmosphere.
  • an Ar atmosphere can be used as the non-oxidizing atmosphere. More specifically, first, LiH powder or Li powder and silicon oxide powder are sufficiently mixed in an Ar atmosphere, sealed, and homogenized by stirring the sealed container. Thereafter, heating is performed in the range of 700 ° C. to 750 ° C. for reforming. In this case, in order to desorb Li from the silicon compound, the heated powder may be sufficiently cooled and then washed with alcohol, alkaline water, weak acid or pure water.
  • FIG. 2 shows an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from silicon compound particles when modification is performed by the oxidation-reduction method.
  • the peak given in the vicinity of ⁇ 75 ppm is a peak derived from Li 2 SiO 3
  • the peak given from ⁇ 80 to ⁇ 100 ppm is a peak derived from Si.
  • peaks of Li silicate other than Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 may be present in the range of ⁇ 80 to ⁇ 100 ppm.
  • FIG. 3 shows an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from silicon compound particles when the modification is performed by the thermal doping method.
  • the peak given in the vicinity of ⁇ 75 ppm is a peak derived from Li 2 SiO 3
  • the peak given from ⁇ 80 to ⁇ 100 ppm is a peak derived from Si.
  • peaks of Li silicate other than Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 may be present in the range of ⁇ 80 to ⁇ 100 ppm. Note that the peak of Li 4 SiO 4 can be confirmed from the XPS spectrum.
  • the prepared negative electrode active material particles include at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose and a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al.
  • the following method can be used to include these salts in the negative electrode active material particles.
  • the following wet mixing method can be used.
  • a solution in which at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose and a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al are dispersed is used as negative electrode active material particles.
  • the above-mentioned salt can be included in the surface of the negative electrode active material particles by spraying on the surface of the negative electrode active material and drying the negative electrode active material particles after spraying.
  • an aqueous solution in which a salt of polyacrylic acid and aluminum phosphate is dispersed in an aqueous solvent can be sprayed onto the negative electrode active material particles to dry the negative electrode active material particles.
  • the polyacrylic acid salt dissolves in the aqueous solvent, but the aluminum phosphate does not dissolve, so there is little cation or anion exchange between these salts in the aqueous solvent. Therefore, when dispersing in the solvent, the concentration of each salt in the negative electrode active material particles can be adjusted by adjusting the mass of each salt according to the mass of the negative electrode active material particles.
  • an organic solvent such as ethanol in which a salt of carboxymethyl cellulose and a metal salt are dispersed may be sprayed on the negative electrode active material particles to dry the negative electrode active material particles.
  • a dry mixing method may be used.
  • at least one selected from negative electrode active material particles, polyacrylic acid salt and carboxymethylcellulose salt by using a known processing apparatus (Hosokawa Micron Nobilta (R) NOB, Hosokawa Micron Nauta Mixer (R) DBX, etc.).
  • a seed salt and a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al can be dry-mixed to adhere each of the above-mentioned salts to the surface of the negative electrode active material particles.
  • the negative electrode active material produced as described above is mixed with other materials such as a negative electrode binder and a conductive aid to form a negative electrode mixture, and then an organic solvent or water is added to obtain a slurry. Next, the above slurry is applied to the surface of the negative electrode current collector and dried to form a negative electrode active material layer. At this time, you may perform a heat press etc. as needed.
  • a negative electrode can be produced as described above.
  • Lithium ion secondary battery containing the negative electrode active material of the present invention
  • a lithium ion secondary battery containing the negative electrode active material of the present invention will be described.
  • a laminated film type lithium ion secondary battery is taken as an example.
  • the laminated film type lithium ion secondary battery 20 shown in FIG. 4 is one in which a wound electrode body 21 is accommodated mainly in a sheet-like exterior member 25.
  • This wound body has a separator between a positive electrode and a negative electrode and is wound.
  • a separator is provided between the positive electrode and the negative electrode and a laminate is accommodated.
  • the positive electrode lead 22 is attached to the positive electrode
  • the negative electrode lead 23 is attached to the negative electrode.
  • the outermost peripheral part of the electrode body is protected by a protective tape.
  • the positive and negative electrode leads are led out in one direction from the inside of the exterior member 25 to the outside.
  • the positive electrode lead 22 is formed of a conductive material such as aluminum
  • the negative electrode lead 23 is formed of a conductive material such as nickel or copper.
  • the exterior member 25 is, for example, a laminate film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protective layer are laminated in this order.
  • This laminate film is composed of two films so that the fusion layer faces the electrode body 21.
  • the outer peripheral edges of the fusion layer are bonded together with an adhesive or an adhesive.
  • the fused part is, for example, a film such as polyethylene or polypropylene, and the metal part is aluminum foil or the like.
  • the protective layer is, for example, nylon.
  • An adhesion film 24 is inserted between the exterior member 25 and the positive and negative electrode leads to prevent intrusion of outside air.
  • This material is, for example, polyethylene, polypropylene, or polyolefin resin.
  • the positive electrode has, for example, a positive electrode active material layer on both sides or one side of the positive electrode current collector, similarly to the negative electrode 10 of FIG.
  • the positive electrode current collector is made of, for example, a conductive material such as aluminum.
  • the positive electrode active material layer includes one or more positive electrode materials capable of occluding and releasing lithium ions, and includes other materials such as a binder, a conductive additive, and a dispersant depending on the design. You can leave. In this case, details regarding the binder and the conductive additive are the same as, for example, the negative electrode binder and the negative electrode conductive additive already described.
  • a lithium-containing compound is desirable.
  • the lithium-containing compound include a composite oxide composed of lithium and a transition metal element, or a phosphate compound having lithium and a transition metal element.
  • compounds having at least one of nickel, iron, manganese and cobalt are preferable.
  • These chemical formulas are represented by, for example, Li x M1O 2 or Li y M2PO 4 .
  • M1 and M2 represent at least one or more transition metal elements.
  • the values of x and y vary depending on the battery charge / discharge state, but are generally expressed as 0.05 ⁇ x ⁇ 1.10 and 0.05 ⁇ y ⁇ 1.10.
  • Examples of the composite oxide having lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ) and lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ).
  • Examples of the phosphate compound having lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (0 ⁇ u ⁇ 1)). Is mentioned. This is because, when these positive electrode materials are used, a high battery capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained.
  • the negative electrode has the same configuration as the above-described negative electrode 10 for a lithium ion secondary battery in FIG. 1.
  • the negative electrode has negative electrode active material layers 12 on both surfaces of the current collector 11.
  • the negative electrode preferably has a negative electrode charge capacity larger than the electric capacity (charge capacity as a battery) obtained from the positive electrode active material agent. This is because the deposition of lithium metal on the negative electrode can be suppressed.
  • the positive electrode active material layer is provided on a part of both surfaces of the positive electrode current collector, and the negative electrode active material layer is also provided on a part of both surfaces of the negative electrode current collector.
  • the negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector is provided with a region where there is no opposing positive electrode active material layer. This is to perform a stable battery design.
  • the non-opposing region that is, the region where the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer are not opposed to each other, there is almost no influence of charge / discharge. Therefore, the state of the negative electrode active material layer is maintained as it is immediately after formation. This makes it possible to accurately examine the composition with good reproducibility without depending on the presence or absence of charge / discharge, such as the composition of the negative electrode active material.
  • the separator separates the positive electrode and the negative electrode, and allows lithium ions to pass through while preventing current short-circuiting due to bipolar contact.
  • This separator is formed of, for example, a porous film made of synthetic resin or ceramic, and may have a laminated structure in which two or more kinds of porous films are laminated.
  • the synthetic resin include polytetrafluoroethylene, polypropylene, and polyethylene.
  • Electrode At least a part of the active material layer or the separator is impregnated with a liquid electrolyte (electrolytic solution).
  • This electrolytic solution has an electrolyte salt dissolved in a solvent, and may contain other materials such as additives.
  • a non-aqueous solvent for example, a non-aqueous solvent can be used.
  • the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, and tetrahydrofuran.
  • a high viscosity solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate
  • a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate. This is because the dissociation property and ion mobility of the electrolyte salt are improved.
  • the halogenated chain carbonate ester is a chain carbonate ester having halogen as a constituent element (at least one hydrogen is replaced by halogen).
  • the halogenated cyclic carbonate is a cyclic carbonate having halogen as a constituent element (that is, at least one hydrogen is replaced by a halogen).
  • halogen is not particularly limited, but fluorine is preferred. This is because a film having a better quality than other halogens is formed. Further, the larger the number of halogens, the better. This is because the resulting coating is more stable and the decomposition reaction of the electrolyte is reduced.
  • halogenated chain carbonate examples include fluoromethyl methyl carbonate and difluoromethyl methyl carbonate.
  • halogenated cyclic carbonate examples include 4-fluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, and the like.
  • the solvent additive contains an unsaturated carbon bond cyclic carbonate. This is because a stable film is formed on the surface of the negative electrode during charging and discharging, and the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed.
  • unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate include vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate.
  • sultone cyclic sulfonic acid ester
  • solvent additive examples include propane sultone and propene sultone.
  • the solvent preferably contains an acid anhydride. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is improved.
  • the acid anhydride include propanedisulfonic acid anhydride.
  • the electrolyte salt can contain, for example, any one or more of light metal salts such as lithium salts.
  • the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ).
  • the content of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol / kg or more and 2.5 mol / kg or less with respect to the solvent. This is because high ionic conductivity is obtained.
  • a negative electrode can be produced using the negative electrode active material produced by the method for producing a negative electrode active material of the present invention, and a lithium ion secondary battery can be produced using the produced negative electrode.
  • a positive electrode is produced using the positive electrode material described above.
  • a positive electrode active material and, if necessary, a binder, a conductive additive and the like are mixed to form a positive electrode mixture, and then dispersed in an organic solvent to form a positive electrode mixture slurry.
  • the mixture slurry is applied to the positive electrode current collector with a coating apparatus such as a die coater having a knife roll or a die head, and dried with hot air to obtain a positive electrode active material layer.
  • the positive electrode active material layer is compression molded with a roll press or the like. At this time, heating may be performed, or heating or compression may be repeated a plurality of times.
  • a negative electrode is produced by forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector using the same operating procedure as the production of the negative electrode 10 for lithium ion secondary batteries described above.
  • the positive electrode lead 22 is attached to the positive electrode current collector and the negative electrode lead 23 is attached to the negative electrode current collector by ultrasonic welding or the like.
  • the positive electrode and the negative electrode are laminated or wound via a separator to produce a wound electrode body 21, and a protective tape is adhered to the outermost periphery thereof.
  • the wound body is molded so as to have a flat shape.
  • the insulating portions of the exterior member are bonded to each other by a heat fusion method, and the wound electrode body is released in only one direction. Enclose.
  • An adhesion film is inserted between the positive electrode lead and the negative electrode lead and the exterior member.
  • a predetermined amount of the adjusted electrolytic solution is introduced from the release portion, and vacuum impregnation is performed. After impregnation, the release part is bonded by a vacuum heat fusion method. As described above, the laminated film type lithium ion secondary battery 20 can be manufactured.
  • Example 1-1 The laminate film type lithium ion secondary battery 20 shown in FIG. 4 was produced by the following procedure.
  • the positive electrode active material is 95% by mass of LiNi 0.7 Co 0.25 Al 0.05 O, which is a lithium nickel cobalt composite oxide, 2.5% by mass of a positive electrode conductive additive, and a positive electrode binder (polyvinylidene fluoride). : PVDF) 2.5% by mass was mixed to obtain a positive electrode mixture.
  • the positive electrode mixture was dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) to obtain a paste slurry.
  • the slurry was applied to both surfaces of the positive electrode current collector with a coating apparatus having a die head, and dried with a hot air drying apparatus. At this time, a positive electrode current collector having a thickness of 15 ⁇ m was used. Finally, compression molding was performed with a roll press.
  • a negative electrode active material was produced as follows. A raw material mixed with metallic silicon and silicon dioxide was introduced into a reaction furnace, and vaporized in a 10 Pa vacuum atmosphere was deposited on an adsorption plate, cooled sufficiently, and then the deposit was taken out and pulverized with a ball mill. . The value x of SiO x of the silicon compound particles thus obtained was 0.5. Subsequently, the particle size of the silicon compound particles was adjusted by classification. Then, the carbon material was coat
  • the silicon compound particles (negative electrode active material particles) coated with the carbon coating were modified by inserting lithium by an oxidation-reduction method.
  • the negative electrode active material particles were immersed in a solution (solution C) in which lithium pieces and an aromatic compound naphthalene were dissolved in tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF).
  • This solution C was prepared by dissolving naphthalene in a THF solvent at a concentration of 0.2 mol / L and then adding a lithium piece having a mass of 10% by mass to the mixture of THF and naphthalene.
  • the temperature of the solution when the negative electrode active material particles were immersed was 20 ° C., and the immersion time was 20 hours. Thereafter, the negative electrode active material particles were collected by filtration. Through the above treatment, lithium was inserted into the negative electrode active material particles.
  • the obtained silicon compound particles were heat-treated at 600 ° C. for 24 hours in an argon atmosphere to stabilize the Li compound.
  • CMC-NH 4 carboxymethyl cellulose
  • AlPO 4 aluminum phosphate
  • negative electrode active material particles for preparing a negative electrode (silicon-based negative electrode active material) and a carbon-based active material were blended at a mass ratio of 2: 8 to prepare a negative electrode active material.
  • the carbon-based active material a mixture of natural graphite and artificial graphite coated with a pitch layer at a mass ratio of 5: 5 was used.
  • the median diameter of the carbon-based active material was 20 ⁇ m.
  • the produced negative electrode active material conductive additive 1 (carbon nanotube, CNT), conductive additive 2 (carbon fine particles having a median diameter of about 50 nm), styrene butadiene rubber (styrene butadiene copolymer, hereinafter referred to as SBR), Carboxymethylcellulose (hereinafter referred to as CMC) was mixed at a dry mass ratio of 92.5: 1: 1: 2.5: 3, and then diluted with pure water to obtain a negative electrode mixture slurry.
  • SBR and CMC are negative electrode binders (negative electrode binder).
  • an electrolytic copper foil having a thickness of 15 ⁇ m was used as the negative electrode current collector.
  • This electrolytic copper foil contained carbon and sulfur at a concentration of 70 mass ppm.
  • the negative electrode mixture slurry was applied to the negative electrode current collector and dried in a vacuum atmosphere at 100 ° C. for 1 hour.
  • the amount of deposition (also referred to as area density) of the negative electrode active material layer per unit area on one side of the negative electrode after drying was 5 mg / cm 2 .
  • an electrolyte salt lithium hexafluorophosphate: LiPF 6
  • FEC fluoro-1,3-dioxolan-2-one
  • EC ethylene carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • an electrolyte salt lithium hexafluorophosphate: LiPF 6
  • the content of the electrolyte salt was 1.2 mol / kg with respect to the solvent.
  • a secondary battery was assembled as follows. First, an aluminum lead was ultrasonically welded to one end of the positive electrode current collector, and a nickel lead was welded to one end of the negative electrode current collector. Subsequently, a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator were laminated in this order, and wound in the longitudinal direction to obtain a wound electrode body. The end portion was fixed with a PET protective tape. As the separator, a laminated film (thickness: 12 ⁇ m) sandwiched between a film mainly composed of porous polyethylene and a film mainly composed of porous polypropylene was used.
  • the outer peripheral edges excluding one side were heat-sealed, and the electrode body was housed inside.
  • the exterior member a nylon film, an aluminum foil, and an aluminum laminate film in which a polypropylene film was laminated were used.
  • an electrolytic solution prepared from the opening was injected, impregnated in a vacuum atmosphere, heat-sealed, and sealed.
  • the cycle characteristics were examined as follows. First, in order to stabilize the battery, charge and discharge was performed for 2 cycles at 0.2 C in an atmosphere at 25 ° C., and the discharge capacity at the second cycle was measured. Subsequently, charge and discharge were performed until the total number of cycles reached 499 cycles, and the discharge capacity was measured each time. Finally, the discharge capacity at the 500th cycle obtained by 0.2 C charge / discharge was divided by the discharge capacity at the second cycle to calculate a capacity retention rate (hereinafter also simply referred to as a retention rate). In the normal cycle, that is, from the 3rd cycle to the 499th cycle, charging and discharging were performed with a charge of 0.7 C and a discharge of 0.5 C.
  • initial efficiency (initial discharge capacity / initial charge capacity) ⁇ 100.
  • the ambient temperature was the same as when the cycle characteristics were examined.
  • Example 1-2 to Example 1-3, Comparative Example 1-1, 1-2 A secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1-1 except that the amount of oxygen in the bulk of the silicon compound was adjusted. In this case, the amount of oxygen was adjusted by changing the ratio of metal silicon and silicon dioxide in the raw material of the silicon compound and the heating temperature.
  • Table 1 shows the value of x of the silicon compound represented by SiO x in Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2.
  • the silicon-based active material particles of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2 had the following properties.
  • the median diameter of the silicon-based active material particles in the negative electrode active material particles was 8 ⁇ m.
  • Li 2 Si 2 O 5 and Li 2 SiO 3 were contained inside the silicon compound particles.
  • the silicon compound has a half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak due to the Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction of 2.257 °, and the crystallite size due to the Si (111) crystal plane is It was 3.77 nm.
  • the average thickness of the carbon material coated on the surface was 50 nm.
  • Table 1 shows the evaluation results of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2.
  • Example 2-1 to Example 2-2 A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2 except that the type of lithium silicate contained in the silicon compound particles was changed as shown in Table 2, and cycle characteristics, initial efficiency, and water-based negative electrode slurry Stability was evaluated.
  • Example 2-1 A secondary battery was fabricated under the same conditions as in Example 1-2 except that Li was not inserted into the silicon compound particles, and the cycle characteristics, initial efficiency, and stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated.
  • Table 2 shows the results of Example 2-1 to Example 2-2 and Comparative Example 2-1.
  • the silicon compound particles contain stable lithium silicate such as Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 , the capacity retention ratio and the initial efficiency were improved in a well-balanced manner. In particular, when two types of lithium silicate were included, the capacity retention rate and the initial efficiency were improved in a more balanced manner. In Examples 1-2, 2-1, and 2-2, the time until gas generation was one day or longer, and sufficient stability of the aqueous negative electrode slurry was obtained. On the other hand, as in Comparative Example 2-1, when the silicon compound particles did not contain a Li compound, although no gas was generated, the initial efficiency was significantly reduced.
  • Comparative Example 2-1 when the silicon compound particles did not contain a Li compound, although no gas was generated, the initial efficiency was significantly reduced.
  • Example 3-1 to Example 3-38 A secondary battery was fabricated under the same conditions as in Example 1-2, except that the salt content of carboxymethyl cellulose (CMC), the type of metal salt, and the content of metal salt were changed as shown in Table 3. , Cycle characteristics, initial efficiency, and stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • Example 3-1 The results of Example 3-1 to Example 3-38 are shown in Table 3.
  • Example 3-39 to Example 3-43 A secondary battery under the same conditions as in Example 1-2 except that carboxymethylcellulose was changed to a salt of polyacrylic acid (PAA) and the type of metal salt and the content of the metal salt were changed as shown in Table 4. The cycle characteristics, the initial efficiency, and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated.
  • PAA polyacrylic acid
  • Example 3-39 to Example 3-43 are shown in Table 4.
  • PAA-NH 4 in the table means an ammonium salt of polyacrylic acid.
  • Example 3-1 After the modification of the negative electrode active material particles, except that no polyacrylic acid salt, carboxymethylcellulose salt, Mg-containing metal salt, and Al-containing metal salt were included in the negative electrode active material particles.
  • a secondary battery was fabricated under the same conditions as in Example 1-2, and the cycle characteristics, initial efficiency, and stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated.
  • Table 5 shows the results of Comparative Examples 3-1 to 3-14.
  • PAA-Li means a lithium salt of polyacrylic acid.
  • Comparative Examples 3-2 to 3-7 when only the salt of polyacrylic acid or the salt of carboxymethyl cellulose is contained in the negative electrode active material particles, the time until gas generation is the same as in Comparative Example 3-1. Thus, the effect of improving the stability of the slurry was not obtained. When only the metal salt is contained in the negative electrode active material particles, the time until gas generation is increased as compared with Comparative Examples 3-1 to 3-7. Was inferior.
  • Example 4-1 Except for changing the method of incorporating a salt of polyacrylic acid or carboxymethyl cellulose into a negative electrode active material particle and a metal salt from a wet mixing method to a dry mixing method using Hosokawa Micron Nobilta (R) NOB, Examples A secondary battery was prepared in the same procedure as in 1-2, and the cycle characteristics, initial efficiency, and stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated. Specifically, a CMC-NH 4 in the negative electrode active material particles 100 g 1 g, was added 2g of AlPO 4, it was carried out for 30 seconds processing (Nobilta process) using Nobilta.
  • Example 4-2 Except for changing the method of incorporating a salt of polyacrylic acid or carboxymethyl cellulose into a negative electrode active material particle and a metal salt from a wet mixing method to a dry mixing method using Hosokawa Micron Nauta Mixer (R) DBX, Examples A secondary battery was prepared in the same procedure as in 1-2, and the cycle characteristics, initial efficiency, and stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated. Specifically, a CMC-NH 4 1 g, was added 2g of AlPO 4 in the negative electrode active material particles 100 g, was carried out 1 hour mixing with Nauta.
  • Examples 5-1 to 5-9 A secondary battery was fabricated under the same conditions as in Example 1-2 except that the crystallinity of the silicon compound particles was changed as shown in Table 7, and the cycle characteristics, initial efficiency, and stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated. .
  • the crystallinity in the silicon compound particles can be controlled by changing the vaporization temperature of the raw material or by heat treatment after the formation of the silicon compound particles.
  • the half-value width is calculated to be 20 ° or more, but it is a result of fitting using analysis software, and a peak is not substantially obtained. Therefore, it can be said that the silicon compound of Example 5-9 is substantially amorphous.
  • a high initial efficiency and capacity retention ratio were obtained with a low crystalline material having a half width of 1.2 ° or more and a crystallite size of 7.5 nm or less due to the Si (111) plane.
  • Example 6-1 A silicon compound was prepared under the same conditions as in Example 1-2 except that the relationship between the maximum peak intensity value A in the Si and Li silicate regions and the peak intensity value B derived from the SiO 2 region was A ⁇ B. Secondary batteries were prepared and evaluated for cycle characteristics, initial efficiency, and stability of the aqueous negative electrode slurry. In this case, by reducing the amount of insertion of lithium during reforming to reduce the amount of Li 2 SiO 3, it has a small intensity A of a peak derived from the Li 2 SiO 3.
  • Examples 7-1 to 7-6) A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2 except that the median diameter of the silicon compound particles was changed as shown in Table 9, and the cycle characteristics, initial efficiency, and stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated. .
  • the median diameter of the silicon compound was 3 ⁇ m or more, the maintenance ratio and the initial efficiency were further improved. This is presumably because the surface area per mass of the silicon compound was not too large, and the area where the side reaction occurred could be reduced.
  • the median diameter is 15 ⁇ m or less, particles are difficult to break during charging, and SEI (solid electrolyte interface) due to a new surface is difficult to be generated during charging / discharging, so that loss of reversible Li can be suppressed.
  • the median diameter of the silicon-based active material particles is 15 ⁇ m or less, the amount of expansion of the silicon compound particles during charging does not increase, so that physical and electrical destruction of the negative electrode active material layer due to expansion can be prevented.
  • Example 8-1 to 8-4 A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2, except that the average thickness of the carbon material coated on the surface of the silicon-based active material particles was changed as shown in Table 10, and cycle characteristics, initial efficiency, And the stability of the water-system negative electrode slurry was evaluated.
  • the average thickness of the carbon material can be adjusted by changing the CVD conditions.
  • the conductivity is improved when the film thickness of the carbon layer is 5 nm or more, the capacity retention ratio and the initial efficiency can be improved.
  • the film thickness of the carbon layer is 5000 nm or less, the amount of silicon compound particles can be sufficiently secured in battery design, and the battery capacity does not decrease.
  • Example 9-1 A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2 except that the mass ratio of the silicon-based active material particles in the negative electrode active material was changed, and the rate of increase in battery capacity was evaluated.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the ratio of the silicon-based active material particles to the total amount of the negative electrode active material and the increase rate of the battery capacity of the secondary battery.
  • the graph shown by A in FIG. 5 shows the rate of increase in battery capacity when the proportion of silicon compound particles is increased in the negative electrode active material of the negative electrode of the present invention.
  • the graph indicated by B in FIG. 5 shows the rate of increase in battery capacity when the proportion of silicon compound particles not doped with Li is increased.
  • the ratio of the silicon compound is 6% by mass or more, the increase rate of the battery capacity becomes larger than the conventional one, and the volume energy density increases particularly remarkably.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

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Abstract

本発明は、負極活物質粒子を含む負極活物質であって、負極活物質粒子が、ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含むケイ素化合物粒子を含有し、ケイ素化合物粒子が、Ｌｉ化合物を含有し、負極活物質粒子が、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩を含み、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩を含むことを特徴とする負極活物質である。これにより、二次電池の負極作製時に作製するスラリーを安定化することができ、二次電池の負極活物質として用いた際に、初期充放電特性及びサイクル特性を向上させることが可能な負極活物質が提供される。

Description

負極活物質、混合負極活物質材料、及び負極活物質の製造方法
　本発明は、負極活物質、混合負極活物質材料、及び負極活物質の製造方法に関する。
　近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器が広く普及しており、さらなる小型化、軽量化及び長寿命化が強く求められている。このような市場要求に対し、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。この二次電池は、小型の電子機器に限らず、自動車などに代表される大型の電子機器、家屋などに代表される電力貯蔵システムへの適用も検討されている。
　その中でも、リチウムイオン二次電池は小型かつ高容量化が行いやすく、また、鉛電池、ニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。
　上記のリチウムイオン二次電池は、正極および負極、セパレータと共に電解液を備えており、負極は充放電反応に関わる負極活物質を含んでいる。
　この負極活物質としては、炭素系活物質が広く使用されている一方で、最近の市場要求から電池容量のさらなる向上が求められている。電池容量向上のために、負極活物質材としてケイ素を用いることが検討されている。なぜならば、ケイ素の理論容量（４１９９ｍＡｈ／ｇ）は黒鉛の理論容量（３７２ｍＡｈ／ｇ）よりも１０倍以上大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。負極活物質材としてのケイ素材の開発はケイ素単体だけではなく、合金、酸化物に代表される化合物などについても検討されている。また、活物質形状は、炭素系活物質では標準的な塗布型から、集電体に直接堆積する一体型まで検討されている。
　しかしながら、負極活物質としてケイ素を主原料として用いると、充放電時に負極活物質が膨張収縮するため、主に負極活物質表層近傍で割れやすくなる。また、活物質内部にイオン性物質が生成し、負極活物質が割れやすい物質となる。負極活物質表層が割れると、それによって新表面が生じ、活物質の反応面積が増加する。この時、新表面において電解液の分解反応が生じるとともに、新表面に電解液の分解物である被膜が形成されるため電解液が消費される。このためサイクル特性が低下しやすくなる。
　これまでに、電池初期効率やサイクル特性を向上させるために、ケイ素材を主材としたリチウムイオン二次電池用負極材料、電極構成についてさまざまな検討がなされている。
　具体的には、良好なサイクル特性や高い安全性を得る目的で、気相法を用いケイ素及びアモルファス二酸化ケイ素を同時に堆積させている（例えば特許文献１参照）。また、高い電池容量や安全性を得るために、ケイ素酸化物粒子の表層に炭素材（電子伝導材）を設けている（例えば特許文献２参照）。さらに、サイクル特性を改善するとともに高入出力特性を得るために、ケイ素及び酸素を含有する活物質を作製し、かつ、集電体近傍での酸素比率が高い活物質層を形成している（例えば特許文献３参照）。また、サイクル特性向上させるために、ケイ素活物質中に酸素を含有させ、平均酸素含有量が４０ａｔ％以下であり、かつ集電体に近い場所で酸素含有量が多くなるように形成している（例えば特許文献４参照）。
　また、初回充放電効率を改善するためにＳｉ相、ＳｉＯ２、ＭｙＯ金属酸化物を含有するナノ複合体を用いている（例えば特許文献５参照）。また、サイクル特性改善のため、ＳｉＯｘ（０．８≦ｘ≦１．５、粒径範囲＝１μｍ～５０μｍ）と炭素材を混合して高温焼成している（例えば特許文献６参照）。また、サイクル特性改善のために、負極活物質中におけるケイ素に対する酸素のモル比を０．１～１．２とし、活物質、集電体界面近傍におけるモル比の最大値、最小値との差が０．４以下となる範囲で活物質の制御を行っている（例えば特許文献７参照）。また、電池負荷特性を向上させるため、リチウムを含有した金属酸化物を用いている（例えば特許文献８参照）。また、サイクル特性を改善させるために、ケイ素材表層にシラン化合物などの疎水層を形成している（例えば特許文献９参照）。また、サイクル特性改善のため、酸化ケイ素を用い、その表層に黒鉛被膜を形成することで導電性を付与している（例えば特許文献１０参照）。特許文献１０において、黒鉛被膜に関するＲＡＭＡＮスペクトルから得られるシフト値に関して、１３３０ｃｍ－１及び１５８０ｃｍ－１にブロードなピークが現れるとともに、それらの強度比Ｉ１３３０／Ｉ１５８０が１．５＜Ｉ１３３０／Ｉ１５８０＜３となっている。また、高い電池容量、サイクル特性の改善のため、二酸化ケイ素中に分散されたケイ素微結晶相を有する粒子を用いている（例えば、特許文献１１参照）。また、過充電、過放電特性を向上させるために、ケイ素と酸素の原子数比を１：ｙ（０＜ｙ＜２）に制御したケイ素酸化物を用いている（例えば特許文献１２参照）。
特開２００１－１８５１２７号公報 特開２００２－０４２８０６号公報 特開２００６－１６４９５４号公報 特開２００６－１１４４５４号公報 特開２００９－０７０８２５号公報 特開２００８－２８２８１９号公報 特開２００８－２５１３６９号公報 特開２００８－１７７３４６号公報 特開２００７－２３４２５５号公報 特開２００９－２１２０７４号公報 特開２００９－２０５９５０号公報 特許第２９９７７４１号明細書
　上述したように、近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器は高性能化、多機能化がすすめられており、その主電源であるリチウムイオン二次電池は電池容量の増加が求められている。この問題を解決する１つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極からなるリチウムイオン二次電池の開発が望まれている。また、ケイ素材を用いる場合、Ｌｉをドープしたケイ素材を用いることで高い初期効率及び容量維持率を得ることができるが、その一方で、Ｌｉをドープしたケイ素材は水系溶媒に対する安定性が低く、負極作製時に作製するケイ素材を混合した水系負極スラリーの安定性が低下してしまうため、工業的に不向きであった。
　本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、二次電池の負極作製時に作製するスラリーを安定化することができ、二次電池の負極活物質として用いた際に、初期充放電特性及びサイクル特性を向上させることが可能な負極活物質、及び、この負極活物質を含む混合負極活物質材料を提供することを目的とする。また、負極作製時に作製するスラリーを安定化することができ、初期充放電特性及びサイクル特性を向上させることができる負極活物質の製造方法を提供することも目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、負極活物質粒子を含む負極活物質であって、前記負極活物質粒子が、ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含むケイ素化合物粒子を含有し、前記ケイ素化合物粒子が、Ｌｉ化合物を含有し、前記負極活物質粒子が、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩を含み、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩を含むことを特徴とする負極活物質を提供する。
　本発明の負極活物質は、ケイ素化合物粒子を含む負極活物質粒子（ケイ素系活物質粒子とも呼称する）を含むため、電池容量を向上できる。また、ケイ素化合物粒子がＬｉ化合物を含むことにより、充電時に発生する不可逆容量を低減することができる。これにより、電池の初回効率及びサイクル特性を向上できる。また、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩と、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩とを負極活物質粒子が含むことで、水系溶媒中に負極活物質等を分散させたスラリー（水系負極スラリー）の作製時に、負極活物質粒子中のＬｉ化合物からのＬｉイオンの溶出が抑えられ、水系負極スラリーの安定性が向上する。
　このとき、前記ポリアクリル酸の塩及び前記カルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩の総量が、前記負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上５質量％以下の範囲のものであることが好ましい。
　ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩の総量が、負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上であれば、負極活物質粒子中のＬｉ化合物からのＬｉイオンの溶出がより抑えられ、水系負極スラリーの安定性がより向上する。また、このような塩の総量が、負極活物質粒子の総量に対して５質量％以下であれば、電池容量の低下を防止できる。
　またこのとき、前記ポリアクリル酸の塩及び前記カルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩が、アンモニウム塩であることが好ましい。
　このようなものであれば、負極活物質粒子中のＬｉ化合物からのＬｉイオンの溶出がより抑えられるため、水系負極スラリーの安定性がより向上する。
　また、前記Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩の総量が、前記負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上５質量％以下の範囲のものであることが好ましい。
　上記の金属塩の総量が、負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上であれば、負極活物質粒子中のＬｉ化合物からのＬｉイオンの溶出がより抑えられ、水系負極スラリーの安定性がより向上する。また、金属塩の総量が、負極活物質粒子の総量に対して５質量％以下であれば、電池容量の低下を防止できる。
　また、前記Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩が、硝酸塩、リン酸塩、塩酸塩、又は硫酸塩のいずれかのものであることが好ましい。
　このようなものであれば、負極活物質粒子中のＬｉ化合物からのＬｉイオンの溶出がより抑えられるため、水系負極スラリーの安定性がより向上する。
　また、前記負極活物質粒子に含まれる前記ポリアクリル酸の塩及び前記カルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩の質量基準の含有量の合計が、前記負極活物質粒子に含まれる前記Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩の質量基準の含有量の合計よりも小さいものであることが好ましい。
　このようなものであれば、負極活物質粒子中のＬｉ化合物からのＬｉイオンの溶出がより抑えられるため、水系負極スラリーの安定性がより向上する。
　また、前記負極活物質粒子がＬｉ化合物として、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４のうち少なくとも１種以上を含むことが好ましい。
　リチウム化合物として上記のようなリチウムシリケートを含むものとすることで、充電時に発生する不可逆容量を低減することができ、電池の初回効率及びサイクル特性を向上できる。
　また、前記ケイ素化合物粒子は、Ｃｕ－Ｋα線を用いたＸ線回折スペクトルにおけるＳｉ（１１１）結晶面に起因するピークの半値幅（２θ）が１．２°以上であるとともに、その結晶面に対応する結晶子サイズは７．５ｎｍ以下であることが好ましい。
　ケイ素化合物粒子が上記のケイ素結晶性を有する負極活物質をリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いれば、より良好なサイクル特性及び初期充放電特性が得られる。
　また、本発明の負極活物質は、前記ケイ素化合物粒子において、２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲ　スペクトルから得られる、ケミカルシフト値として－６０～－９５ｐｐｍで与えられるＳｉ及びＬｉシリケート領域の最大ピーク強度値Ａと、ケミカルシフト値として－９６～－１５０ｐｐｍで与えられるＳｉＯ２領域のピーク強度値Ｂが、Ａ＞Ｂという関係を満たすものであることが好ましい。
　ケイ素化合物粒子において、ＳｉＯ２成分を基準としてＳｉ及びＬｉ２ＳｉＯ３の量がより多いものであれば、Ｌｉの挿入による電池特性の向上効果を十分に得られる負極活物質となる。
　また、前記負極活物質粒子はメジアン径が３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。
　負極活物質粒子のメジアン径が３μｍ以上であれば、質量当たりの表面積の増加により電池不可逆容量が増加することを抑制することができる。一方で、メジアン径を１５μｍ以下とすることで、粒子が割れ難くなるため新表面が出難くなる。
　また、前記負極活物質粒子は、表層部に炭素材を含むことが好ましい。
　このように、負極活物質粒子がその表層部に炭素材を含むことで、導電性の向上が得られる。
　また、前記炭素材の平均厚さは５ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましい。
　炭素材の平均厚さが５ｎｍ以上であれば導電性向上が得られる。また、被覆する炭素材の平均厚さが５０００ｎｍ以下であれば、このような負極活物質粒子を含む負極活物質をリチウムイオン二次電池に用いることにより、ケイ素化合物粒子を十分な量確保できるので、電池容量の低下を抑制することができる。
　また、上記目的を達成するために、本発明は、上記の負極活物質と炭素系活物質とを含むことを特徴とする混合負極活物質材料を提供する。
　このように、負極活物質層を形成する材料として、本発明の負極活物質（ケイ素系負極活物質）とともに炭素系活物質を含むことで、負極活物質層の導電性を向上させることができるとともに、充電に伴う膨張応力を緩和することが可能となる。また、ケイ素系負極活物質を炭素系活物質に混合することで電池容量を増加させることができる。
　また、上記目的を達成するために、本発明は、ケイ素化合物粒子を含有する負極活物質粒子を含む負極活物質を製造する方法であって、ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含むケイ素化合物粒子を作製する工程と、前記ケイ素化合物粒子にＬｉを挿入し、Ｌｉ化合物を含有させる工程と、により負極活物質粒子を作製し、前記負極活物質粒子に、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩とＭｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩とを含ませる工程とを含み、前記ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩と、前記Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩とを含んだ前記負極活物質粒子を用いて、負極活物質を製造することを特徴とする負極活物質の製造方法を提供する。
　負極活物質粒子に上記のような塩を含ませて、負極活物質を製造することで、負極作製時に作製する水系負極スラリーを特に安定化することができ、かつ、リチウムイオン二次電池の負極活物質として使用した際に高容量であるとともに良好なサイクル特性及び初期充放電特性を有する負極活物質を製造することができる。
　本発明の負極活物質は、負極作製時に作製する水系負極スラリーを特に安定化することができ、かつ、二次電池の負極活物質として用いた際に、高容量で良好なサイクル特性及び初期充放電特性が得られる。また、この負極活物質を含む混合負極活物質材料においても同様の効果が得られる。また、本発明の負極活物質の製造方法であれば、負極作製時に作製する水系スラリーを安定化することができ、かつ、リチウムイオン二次電池の負極活物質として用いた際に、良好なサイクル特性及び初期充放電特性を有する負極活物質を製造することができる。
本発明の負極活物質を含む非水電解質二次電池用負極の構成の一例を示す断面図である。 酸化還元法により改質を行った場合にケイ素化合物粒子から測定される２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲスペクトルの一例である。 熱ドープ法により改質を行った場合にケイ素化合物粒子から測定される２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲスペクトルの一例である。 本発明の負極活物質を含むリチウム二次電池の構成例（ラミネートフィルム型）を表す図である。 負極活物質の総量に対するケイ素系活物質粒子の割合と二次電池の電池容量の増加率との関係を表すグラフである。
　以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　前述のように、リチウムイオン二次電池の電池容量を増加させる１つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極をリチウムイオン二次電池の負極として用いることが検討されている。特に、Ｌｉをドープしたケイ素材は初期充放電特性及びサイクル特性が良好となるものの、このようなケイ素材を含む水系負極スラリーの安定性が低下するという問題があり、炭素系活物質を用いたリチウムイオン二次電池と同等のスラリー安定性、初期充放電特性、及びサイクル特性を有する負極活物質を提案するには至っていなかった。
　そこで、本発明者らは、二次電池に用いた場合、高電池容量となるとともに、スラリー安定性、サイクル特性、及び初回効率が良好となる負極活物質を得るために鋭意検討を重ね、本発明に至った。
　本発明の負極活物質は、負極活物質粒子を含む。また、この負極活物質粒子は、ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含むケイ素化合物粒子を含有しており、このケイ素化合物粒子は、Ｌｉ化合物を含有している。また、負極活物質粒子は、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩を含む。さらに、負極活物質粒子は、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩を含む。
　このような負極活物質は、ケイ素化合物粒子を含む負極活物質粒子（ケイ素系活物質粒子とも呼称する）を含むため、電池容量を向上できる。また、ケイ素化合物粒子がＬｉ化合物を含むことにより、充電時に発生する不可逆容量を低減することができる。これにより、電池の初回効率及びサイクル特性を向上できる。また、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩と、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩とを両方とも負極活物質粒子が含むことで、水系溶媒中に負極活物質等を分散させたスラリー（水系負極スラリー）の作製時に、負極活物質粒子中のＬｉ化合物からのＬｉイオンの溶出が抑えられ、水系負極スラリーの安定性が向上する。負極活物質粒子が、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩のみ単独で含んでいても水系負極スラリーの安定性は向上しない。また、負極活物質粒子が、上記の少なくとも１種の金属塩のみ単独で含んでいても水系負極スラリーの安定性を向上させる効果は小さい。
＜非水電解質二次電池用負極＞
　次に、本発明の負極活物質を含む非水電解質二次電池用負極について説明する。図１は非水電解質二次電池用負極（以下、「負極」とも呼称する）の構成の一例を示す断面図である。
［負極の構成］
　図１に示したように、負極１０は、負極集電体１１の上に負極活物質層１２を有する構成になっている。この負極活物質層１２は負極集電体１１の両面、又は、片面だけに設けられていても良い。さらに、本発明の負極活物質が用いられたものであれば、負極集電体１１はなくてもよい。
［負極集電体］
　負極集電体１１は、優れた導電性材料であり、かつ、機械的な強度に長けた物で構成される。負極集電体１１に用いることができる導電性材料として、例えば銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）があげられる。この導電性材料は、リチウム（Ｌｉ）と金属間化合物を形成しない材料であることが好ましい。
　負極集電体１１は、主元素以外に炭素（Ｃ）や硫黄（Ｓ）を含んでいることが好ましい。負極集電体の物理的強度が向上するためである。特に、充電時に膨張する活物質層を有する場合、集電体が上記の元素を含んでいれば、集電体を含む電極変形を抑制する効果があるからである。上記の含有元素の含有量は、特に限定されないが、中でも、それぞれ１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。より高い変形抑制効果が得られるからである。このような変形抑制効果によりサイクル特性をより向上できる。
　また、負極集電体１１の表面は粗化されていてもよいし、粗化されていなくてもよい。粗化されている負極集電体は、例えば、電解処理、エンボス処理、又は、化学エッチング処理された金属箔などである。粗化されていない負極集電体は、例えば、圧延金属箔などである。
［負極活物質層］
　負極活物質層１２は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な本発明の負極活物質を含んでおり、電池設計上の観点から、さらに、負極結着剤（バインダ）や導電助剤など他の材料を含んでいてもよい。負極活物質は負極活物質粒子を含み、負極活物質粒子はケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含有するケイ素化合物粒子を含む。
　また、負極活物質層１２は、本発明の負極活物質と炭素系活物質とを含む混合負極活物質材料を含んでいても良い。これにより、負極活物質層の電気抵抗が低下するとともに、充電に伴う膨張応力を緩和することが可能となる。炭素系活物質としては、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、カーボンブラック類などを使用できる。
　また、混合負極活物質材料は、本発明の負極活物質（ケイ素系負極活物質）と炭素系活物質の質量の合計に対する、ケイ素系負極活物質の質量の割合が６質量％以上であることが好ましい。ケイ素系負極活物質と炭素系活物質の質量の合計に対する、ケイ素系負極活物質の質量の割合が６質量％以上であれば、電池容量を確実に向上させることが可能となる。
　また、上記のように本発明の負極活物質は、ケイ素化合物粒子を含み、ケイ素化合物粒子はケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含有する酸化ケイ素材であるが、その組成はｘが１に近い方が好ましい。なぜならば、高いサイクル特性が得られるからである。なお、本発明におけるケイ素化合物の組成は必ずしも純度１００％を意味しているわけではなく、微量の不純物元素を含んでいてもよい。
　また、本発明の負極活物質において、ケイ素化合物粒子は、Ｌｉ化合物として、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５、Ｌｉ２ＳｉＯ３、及びＬｉ４ＳｉＯ４のうち少なくとも１種以上を含有していることが好ましい。このようなものは、ケイ素化合物中の、電池の充放電時のリチウムの挿入、脱離時に不安定化するＳｉＯ２成分部を予め別のリチウムシリケートに改質させたものであるので、充電時に発生する不可逆容量を低減することができる。
　また、ケイ素化合物粒子のバルク内部にＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５、Ｌｉ２ＳｉＯ３、及びＬｉ４ＳｉＯ４は少なくとも１種以上存在することで電池特性が向上するが、２種類以上のＬｉ化合物を共存させると電池特性がより向上する。なお、これらのリチウムシリケートは、ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：核磁気共鳴）又はＸＰＳ（Ｘ－ｒａｙ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：Ｘ線光電子分光）で定量可能である。ＸＰＳとＮＭＲの測定は、例えば、以下の条件により行うことができる。
ＸＰＳ
・装置：　Ｘ線光電子分光装置、
・Ｘ線源：　単色化Ａｌ　Ｋα線、
・Ｘ線スポット径：　１００μｍ、
・Ａｒイオン銃スパッタ条件：　０．５ｋＶ／２ｍｍ×２ｍｍ。
２９Ｓｉ　ＭＡＳ　ＮＭＲ（マジック角回転核磁気共鳴）
・装置：　Ｂｒｕｋｅｒ社製７００ＮＭＲ分光器、
・プローブ：　４ｍｍＨＲ－ＭＡＳローター　５０μＬ、
・試料回転速度：　１０ｋＨｚ、
・測定環境温度：　２５℃。
　また、上記の通り、本発明の負極活物質は、負極活物質粒子が、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩を含み、さらに、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩も含んでいる。このとき、本発明の負極活物質では、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩の総量が、負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上５質量％以下の範囲であることが好ましい。例えば、負極活物質粒子が、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる塩が２種類以上含むときは、該２種類以上の塩の質量の合計が、負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上５質量％以下であることが好ましい。また、上記塩を１種類のみ含む場合には、その塩の質量が負極活物質粒子の質量に対して０．１質量％以上５質量％以下であることが好ましい。このように、上記塩の総量が、負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上の範囲であることで、負極活物質粒子中のＬｉ化合物からのＬｉイオンの溶出がより十分に抑えられ、水系負極スラリーの安定性が一層向上する。また、上記塩の総量が、負極活物質粒子の総量に対して５質量％以下の範囲であれば、電池容量が低下することがない。
　また、本発明の負極活物質では、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩の総量が、負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上５質量％以下の範囲で含まれていることが好ましい。上記同様、負極活物質粒子が、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩を２種類以上含むときは、２種類以上の金属塩の質量の合計が、負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上５質量％以下であることが好ましい。また、金属塩を１種類のみ含む場合には、その金属塩の質量が負極活物質粒子の質量に対して０．１質量％以上５質量％以下であることが好ましい。このように、金属塩の総量が、負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上の範囲であることで、負極活物質粒子中のＬｉ化合物からのＬｉイオンの溶出がより十分に抑えられ、水系負極スラリーの安定性が一層向上する。また、金属塩の総量が、負極活物質粒子の総量に対して５質量％以下の範囲であれば、電池容量が低下することがない。
　また、特に、本発明では、負極活物質粒子に含まれるポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩の質量基準の含有量の合計が、負極活物質粒子に含まれるＭｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩の質量基準の含有量の合計よりも小さいことが好ましい。金属塩をポリアクリル酸の塩等よりも多く含むことで、水系負極スラリーの安定性がより向上する。
　また、本発明では、ポリアクリル酸の塩又はカルボキシメチルセルロースの塩として、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩（ＣＭＣ－ＮＨ４）、ポリアクリル酸のリチウム塩（ＰＡＡ－Ｌｉ）、及びポリアクリル酸のアンモニウム塩（ＰＡＡ－ＮＨ４）などから少なくとも１種類を選択できる。この中でも特に、ポリアクリル酸の塩又はカルボキシメチルセルロースの塩が、アンモニウム塩であることが好ましい。このようなものであれば、水系負極スラリーの安定性をより向上させることができるためである。
　また、本発明では、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩が、硝酸塩、リン酸塩、塩酸塩、又は硫酸塩のいずれかのものであることが好ましい。このようなものを含めば、水系負極スラリーの安定性をより向上させることができるためである。より具体的には、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩として、Ｍｇ（ＮＯ３）２、ＭｇＣｌ２、ＭｇＳＯ４、Ｍｇ３（ＰＯ４）２、ＡｌＣｌ３、Ａｌ（ＮＯ３）３、及びＡｌＰＯ４などから、少なくとも１種類の金属塩を選択できる。
　また、ポリアクリル酸の塩又はカルボキシメチルセルロースの塩、及びＭｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩は弱アルカリ性のものであること好ましい。弱アルカリ性の塩を用いれば、酸性の塩を用いる場合よりもＬｉシリケートからＬｉが溶出しにくい。
　また、ケイ素化合物粒子は、Ｃｕ－Ｋα線を用いたＸ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が１．２°以上であるとともに、その結晶面に対応する結晶子サイズは７．５ｎｍ以下であることが好ましい。このピークは、結晶性が高い時（半値幅が狭い時）２θ＝２８．４±０．５°付近に現れる。ケイ素化合物粒子におけるケイ素化合物のケイ素結晶性は低いほどよく、特に、Ｓｉ結晶の存在量が少なければ、電池特性を向上でき、さらに、安定的なＬｉ化合物が生成できる。
　また、本発明の負極活物質は、ケイ素化合物粒子において、２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲスペクトルから得られる、ケミカルシフト値として－６０～－９５ｐｐｍで与えられるＳｉ及びＬｉシリケート領域の最大ピーク強度値Ａと、ケミカルシフト値として－９６～－１５０ｐｐｍで与えられるＳｉＯ２領域のピーク強度値Ｂが、Ａ＞Ｂという関係を満たすことが好ましい。ケイ素化合物粒子において、ＳｉＯ２成分を基準とした場合にケイ素成分又はＬｉ２ＳｉＯ３の量が比較的多いものであれば、Ｌｉの挿入による電池特性の向上効果を十分に得られる。なお、２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲの測定条件は上記と同様でよい。
　また、負極活物質粒子のメジアン径（Ｄ５０：累積体積が５０％となる時の粒子径）が３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。メジアン径が上記の範囲であれば、充放電時においてリチウムイオンの吸蔵放出がされやすくなるとともに、粒子が割れにくくなるからである。メジアン径が３μｍ以上であれば、質量当たりの表面積を小さくでき、電池不可逆容量の増加を抑制することができる。一方で、メジアン径を１５μｍ以下とすることで、粒子が割れ難くなるため新表面が出難くなる。
　また、本発明の負極活物質において、負極活物質粒子は、表層部に炭素材を含むことが好ましい。負極活物質粒子がその表層部に炭素材を含むことで、導電性の向上が得られるため、このような負極活物質粒子を含む負極活物質を二次電池の負極活物質として用いた際に、電池特性を向上させることができる。
　また、負極活物質粒子の表層部の炭素材の平均厚さは、５ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましい。炭素材の平均厚さが５ｎｍ以上であれば導電性向上が得られ、被覆する炭素材の平均厚さが５０００ｎｍ以下であれば、このような負極活物質粒子を含む負極活物質をリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いた際に、電池容量の低下を抑制することができる。
　この炭素材の平均厚さは、例えば、以下の手順により算出できる。先ず、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により任意の倍率で負極活物質粒子を観察する。この倍率は、厚さを測定できるように、目視で炭素材の厚さを確認できる倍率が好ましい。続いて、任意の１５点において、炭素材の厚さを測定する。この場合、できるだけ特定の場所に集中せず、広くランダムに測定位置を設定することが好ましい。最後に、上記の１５点の炭素材の厚さの平均値を算出する。
　炭素材の被覆率は特に限定されないが、できるだけ高い方が望ましい。被覆率が３０％以上であれば、電気伝導性がより向上するため好ましい。炭素材の被覆手法は特に限定されないが、糖炭化法、炭化水素ガスの熱分解法が好ましい。なぜならば、被覆率を向上させることができるからである。
　また、負極活物質層に含まれる負極結着剤としては、例えば、高分子材料、合成ゴムなどのいずれか１種類以上を用いることができる。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、カルボキシメチルセルロースなどである。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、エチレンプロピレンジエンなどである。
　負極導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、ケチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のいずれか１種以上を用いることができる。
　負極活物質層は、例えば、塗布法で形成される。塗布法とは、負極活物質粒子と上記の結着剤など、また、必要に応じて導電助剤、炭素材料を混合した後に、有機溶剤や水などに分散させ塗布する方法である。
［負極の製造方法］
　負極は、例えば、以下の手順により製造できる。まず、負極に使用する負極活物質の製造方法を説明する。最初に、ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含むケイ素化合物粒子を作製する。次に、ケイ素化合物粒子にＬｉを挿入し、Ｌｉ化合物を含有させる。このようにして、負極活物質粒子を作製する。次に、作製した負極活物質粒子に、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩とＭｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩とを含ませる。そして、この負極活物質粒子を用いて、負極活物質を製造する。
　より具体的には以下のように負極活物質を製造できる。先ず、酸化珪素ガスを発生する原料を不活性ガスの存在下、減圧下で９００℃～１６００℃の温度範囲で加熱し、酸化珪素ガスを発生させる。金属珪素粉末の表面酸素及び反応炉中の微量酸素の存在を考慮すると、混合モル比が、０．８＜金属珪素粉末／二酸化珪素粉末＜１．３の範囲であることが望ましい。
　発生した酸化珪素ガスは吸着板上で固体化され堆積される。次に、反応炉内温度を１００℃以下に下げた状態で酸化珪素の堆積物を取出し、ボールミル、ジェットミルなどを用いて粉砕し、粉末化を行う。このようにして得られた粉末を分級しても良い。本発明では、粉砕工程及び分級工程時にケイ素化合物粒子の粒度分布を調整することができる。以上のようにして、ケイ素化合物粒子を作製することができる。なお、ケイ素化合物粒子中のＳｉ結晶子は、気化温度の変更、又は、生成後の熱処理で制御できる。
　ここで、ケイ素化合物粒子の表層に炭素材の層を生成しても良い。炭素材の層を生成する方法としては、熱分解ＣＶＤ法が望ましい。熱分解ＣＶＤ法で炭素材の層を生成する方法について説明する。
　先ず、ケイ素化合物粒子を炉内にセットする。次に、炉内に炭化水素ガスを導入し、炉内温度を昇温させる。分解温度は特に限定しないが、１２００℃以下が望ましく、より望ましいのは９５０℃以下である。分解温度を１２００℃以下にすることで、活物質粒子の意図しない不均化を抑制することができる。所定の温度まで炉内温度を昇温させた後に、ケイ素化合物粒子の表面に炭素層を生成する。また、炭素材の原料となる炭化水素ガスは、特に限定しないが、ＣｎＨｍ組成においてｎ≦３であることが望ましい。ｎ≦３であれは、製造コストを低くでき、また、分解生成物の物性を良好にすることができる。
　次に、上記のように作製したケイ素活物質粒子に、Ｌｉを挿入し、Ｌｉ化合物を含有させる。このときに、Ｌｉ化合物として、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４のうち少なくとも１種以上を含有させることが好ましい。これらのようなＬｉシリケートを得るために、Ｌｉの挿入は、酸化還元法により行うことが好ましい。
　酸化還元法による改質では、例えば、まず、エーテル溶媒にリチウムを溶解した溶液Ａにケイ素活物質粒子を浸漬することで、リチウムを挿入できる。この溶液Ａに更に多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物を含ませても良い。リチウムの挿入後、多環芳香族化合物やその誘導体を含む溶液Ｂにケイ素活物質粒子を浸漬することで、ケイ素活物質粒子から活性なリチウムを脱離できる。この溶液Ｂの溶媒は例えば、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、アミン系溶媒、又はこれらの混合溶媒を使用できる。または溶液Ａに浸漬させた後、得られたケイ素活物質粒子を４００～８００℃不活性ガス下で熱処理しても良い。熱処理することにＬｉ化合物を安定化することができる。その後、アルコール、炭酸リチウムを溶解したアルカリ水、弱酸、又は純水などで洗浄する方法などで洗浄しても良い。
　溶液Ａに用いるエーテル系溶媒としては、ジエチルエーテル、ｔｅｒｔ－ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、１，２－ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、又はこれらの混合溶媒等を用いることができる。この中でも特にテトラヒドロフラン、ジオキサン、１，２－ジメトキシエタンを用いることが好ましい。これらの溶媒は、脱水されていることが好ましく、脱酸素されていることが好ましい。
　また、溶液Ａに含まれる多環芳香族化合物としては、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ペンタセン、ピレン、ピセン、トリフェニレン、コロネン、クリセン及びこれらの誘導体のうち１種類以上を用いることができ、直鎖ポリフェニレン化合物としては、ビフェニル、ターフェニル、及びこれらの誘導体のうち１種類以上を用いることができる。
　溶液Ｂに含まれる多環芳香族化合物としては、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ペンタセン、ピレン、ピセン、トリフェニレン、コロネン、クリセン及びこれらの誘導体のうち１種類以上を用いることができる。
　また、溶液Ｂのエーテル系溶媒としては、ジエチルエーテル、ｔｅｒｔ－ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、１，２－ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、及びテトラエチレングリコールジメチルエーテル等を用いることができる。
　ケトン系溶媒としては、アセトン、アセトフェノン等を用いることができる。
　エステル系溶媒としては、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、及び酢酸イソプロピル等を用いることができる。
　アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、及びイソプロピルアルコール等を用いることができる。
　アミン系溶媒としては、メチルアミン、エチルアミン、及びエチレンジアミン等を用いることができる。
　その他にも、熱ドープ法によって、ケイ素活物質粒子にＬｉを挿入してもよい。熱ドープ法による改質では、例えば、ケイ素活物質粒子をＬｉＨ粉やＬｉ粉と混合し、非酸化雰囲気下で加熱をすることで改質可能である。非酸化雰囲気としては、例えば、Ａｒ雰囲気などが使用できる。より具体的には、まず、Ａｒ雰囲気下でＬｉＨ粉又はＬｉ粉と酸化珪素粉末を十分に混ぜ、封止を行い、封止した容器ごと撹拌することで均一化する。その後、７００℃～７５０℃の範囲で加熱し改質を行う。またこの場合、Ｌｉをケイ素化合物から脱離するには、加熱後の粉末を十分に冷却し、その後アルコールやアルカリ水、弱酸や純水で洗浄してもよい。
　なお、熱ドープ法によって改質を行った場合、ケイ素化合物粒子から得られる２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲスペクトルは酸化還元法を用いた場合とは異なる。図２に酸化還元法により改質を行った場合にケイ素化合物粒子から測定される２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲスペクトルの一例を示す。図２において、－７５ｐｐｍ近辺に与えられるピークがＬｉ２ＳｉＯ３に由来するピークであり、－８０～－１００ｐｐｍに与えられるピークがＳｉに由来するピークである。なお、－８０～－１００ｐｐｍにかけて、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４以外のＬｉシリケートのピークを有する場合もある。
　また、図３に熱ドープ法により改質を行った場合にケイ素化合物粒子から測定される２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲスペクトルの一例を示す。図３において、－７５ｐｐｍ近辺に与えられるピークがＬｉ２ＳｉＯ３に由来するピークであり、－８０～－１００ｐｐｍに与えられるピークがＳｉに由来するピークである。なお、－８０～－１００ｐｐｍにかけて、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４以外のＬｉシリケートのピークを有する場合もある。なお、ＸＰＳスペクトルから、Ｌｉ４ＳｉＯ４のピークを確認できる。
　次に、作製した負極活物質粒子に、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩とＭｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩とを含ませる。負極活物質粒子にこれらの塩を含ませるには、以下のような手法を用いることができる。
　例えば、以下のような湿式混合法を用いることができる。湿式混合法では、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩とＭｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩とを分散させた溶液を負極活物質粒子の表面に噴霧し、噴霧後に負極活物質粒子を乾燥させることによって、負極活物質粒子の表面に上記の塩を含ませることができる。
　より具体的には、例えば、ポリアクリル酸の塩とリン酸アルミニウムとを水溶媒に分散した水溶液を負極活物質粒子に噴霧し、負極活物質粒子を乾燥させることができる。水溶媒にはポリアクリル酸の塩は溶解するが、リン酸アルミニウムは溶解しないため、水溶媒中のこれらの塩の間でカチオン又はアニオンの交換はほとんど起こらない。よって、溶媒に分散させる際に、負極活物質粒子の質量に応じて上記それぞれの塩の質量を調整することで、負極活物質粒子中のそれぞれの塩の濃度を調節することができる。また、その他にも、カルボキシメチルセルロースの塩と金属塩とを分散したエタノールなどの有機溶媒を負極活物質粒子に噴霧し、負極活物質粒子を乾燥させてもよい。
　また、上記のような湿式混合法の他に乾式混合法を用いてもよい。この場合、公知の処理装置（ホソカワミクロン　ノビルタ（Ｒ）ＮＯＢ、ホソカワミクロン　ナウタミキサ（Ｒ）ＤＢＸ等）を使用することによって、負極活物質粒子と、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩と、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩とを乾式混合し、負極活物質粒子の表面に上記の塩のそれぞれを付着させることができる。
　以上のようにして作製した負極活物質を、負極結着剤、導電助剤などの他の材料と混合して、負極合剤とした後に、有機溶剤又は水などを加えてスラリーとする。次に負極集電体の表面に、上記のスラリーを塗布し、乾燥させて、負極活物質層を形成する。この時、必要に応じて加熱プレスなどを行ってもよい。以上のようにして、負極を作製できる。
＜リチウムイオン二次電池＞
　次に、本発明の負極活物質を含むリチウムイオン二次電池について説明する。ここでは具体例として、ラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池を例に挙げる。
［ラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池の構成］
　図４に示すラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池２０は、主にシート状の外装部材２５の内部に巻回電極体２１が収納されたものである。この巻回体は正極、負極間にセパレータを有し、巻回されたものである。また正極、負極間にセパレータを有し積層体を収納した場合も存在する。どちらの電極体においても、正極に正極リード２２が取り付けられ、負極に負極リード２３が取り付けられている。電極体の最外周部は保護テープにより保護されている。
　正負極リードは、例えば、外装部材２５の内部から外部に向かって一方向で導出されている。正極リード２２は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料により形成され、負極リード２３は、例えば、ニッケル、銅などの導電性材料により形成される。
　外装部材２５は、例えば、融着層、金属層、表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムであり、このラミネートフィルムは融着層が電極体２１と対向するように、２枚のフィルムの融着層における外周縁部同士が融着、又は、接着剤などで張り合わされている。融着部は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのフィルムであり、金属部はアルミ箔などである。保護層は例えば、ナイロンなどである。
　外装部材２５と正負極リードとの間には、外気侵入防止のため密着フィルム２４が挿入されている。この材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン樹脂である。
　［正極］
　正極は、例えば、図１の負極１０と同様に、正極集電体の両面又は片面に正極活物質層を有している。
　正極集電体は、例えば、アルミニウムなどの導電性材により形成されている。
　正極活物質層は、リチウムイオンの吸蔵放出可能な正極材のいずれか１種又は２種以上を含んでおり、設計に応じて結着剤、導電助剤、分散剤などの他の材料を含んでいても良い。この場合、結着剤、導電助剤に関する詳細は、例えば既に記述した負極結着剤、負極導電助剤と同様である。
　正極材料としては、リチウム含有化合物が望ましい。このリチウム含有化合物は、例えばリチウムと遷移金属元素からなる複合酸化物、又はリチウムと遷移金属元素を有するリン酸化合物があげられる。これらの正極材の中でもニッケル、鉄、マンガン、コバルトの少なくとも１種以上を有する化合物が好ましい。これらの化学式として、例えば、ＬｉｘＭ１Ｏ２あるいはＬｉｙＭ２ＰＯ４で表される。式中、Ｍ１、Ｍ２は少なくとも１種以上の遷移金属元素を示す。ｘ、ｙの値は電池充放電状態によって異なる値を示すが、一般的に０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０で示される。
　リチウムと遷移金属元素とを有する複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉｘＣｏＯ２）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉｘＮｉＯ２）などが挙げられる。リチウムと遷移金属元素とを有するリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ４）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ１－ｕＭｎｕＰＯ４（０＜ｕ＜１））などが挙げられる。これらの正極材を用いれば、高い電池容量が得られるとともに、優れたサイクル特性も得られるからである。
［負極］
　負極は、上記した図１のリチウムイオン二次電池用負極１０と同様の構成を有し、例えば、集電体１１の両面に負極活物質層１２を有している。この負極は、正極活物質剤から得られる電気容量（電池として充電容量）に対して、負極充電容量が大きくなることが好ましい。負極上でのリチウム金属の析出を抑制することができるためである。
　正極活物質層は、正極集電体の両面の一部に設けられており、負極活物質層も負極集電体の両面の一部に設けられている。この場合、例えば、負極集電体上に設けられた負極活物質層は対向する正極活物質層が存在しない領域が設けられている。これは、安定した電池設計を行うためである。
　非対向領域、すなわち、上記の負極活物質層と正極活物質層とが対向しない領域では、充放電の影響をほとんど受けることが無い。そのため負極活物質層の状態が形成直後のまま維持される。これによって負極活物質の組成など、充放電の有無に依存せずに再現性良く組成などを正確に調べることができる。
［セパレータ］
　セパレータは正極、負極を隔離し、両極接触に伴う電流短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータは、例えば合成樹脂、あるいはセラミックからなる多孔質膜により形成されており、２種以上の多孔質膜が積層された積層構造を有しても良い。合成樹脂として例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。
［電解液］
　活物質層の少なくとも一部、又は、セパレータには、液状の電解質（電解液）が含浸されている。この電解液は、溶媒中に電解質塩が溶解されており、添加剤など他の材料を含んでいても良い。
　溶媒は、例えば、非水溶媒を用いることができる。非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、１，２－ジメトキシエタン又はテトラヒドロフランなどが挙げられる。この中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルのうちの少なくとも１種以上を用いることが望ましい。より良い特性が得られるからである。またこの場合、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの高粘度溶媒と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒を組み合わせることにより、より優位な特性を得ることができる。電解質塩の解離性やイオン移動度が向上するためである。
　合金系負極を用いる場合、特に溶媒として、ハロゲン化鎖状炭酸エステル、又は、ハロゲン化環状炭酸エステルのうち少なくとも１種を含んでいることが望ましい。これにより、充放電時、特に充電時において、負極活物質表面に安定な被膜が形成される。ここで、ハロゲン化鎖状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として有する（少なくとも１つの水素がハロゲンにより置換された）鎖状炭酸エステルである。また、ハロゲン化環状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として有する（すなわち、少なくとも１つの水素がハロゲンにより置換された）環状炭酸エステルである。
　ハロゲンの種類は特に限定されないが、フッ素が好ましい。これは、他のハロゲンよりも良質な被膜を形成するからである。また、ハロゲン数は多いほど望ましい。これは、得られる被膜がより安定的であり、電解液の分解反応が低減されるからである。
　ハロゲン化鎖状炭酸エステルは、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ジフルオロメチルメチルなどが挙げられる。ハロゲン化環状炭酸エステルとしては、４－フルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン、４，５－ジフルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オンなどが挙げられる。
　溶媒添加物として、不飽和炭素結合環状炭酸エステルを含んでいることが好ましい。充放電時に負極表面に安定な被膜が形成され、電解液の分解反応が抑制できるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとして、例えば炭酸ビニレン又は炭酸ビニルエチレンなどが挙げられる。
　また溶媒添加物として、スルトン（環状スルホン酸エステル）を含んでいることが好ましい。電池の化学的安定性が向上するからである。スルトンとしては、例えばプロパンスルトン、プロペンスルトンが挙げられる。
　さらに、溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。酸無水物としては、例えば、プロパンジスルホン酸無水物が挙げられる。
　電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか１種類以上含むことができる。リチウム塩として、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）などが挙げられる。
　電解質塩の含有量は、溶媒に対して０．５ｍｏｌ／ｋｇ以上２．５ｍｏｌ／ｋｇ以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。
［ラミネートフィルム型二次電池の製造方法］
　本発明では、上記の本発明の負極活物質の製造方法によって製造した負極活物質を用いて負極を作製でき、該作製した負極を用いてリチウムイオン二次電池を製造することができる。
　最初に上記した正極材を用い正極電極を作製する。まず、正極活物質と、必要に応じて結着剤、導電助剤などを混合し正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させ正極合剤スラリーとする。続いて、ナイフロール又はダイヘッドを有するダイコーターなどのコーティング装置で正極集電体に合剤スラリーを塗布し、熱風乾燥させて正極活物質層を得る。最後に、ロールプレス機などで正極活物質層を圧縮成型する。この時、加熱しても良く、また加熱又は圧縮を複数回繰り返しても良い。
　次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極１０の作製と同様の作業手順を用い、負極集電体に負極活物質層を形成し負極を作製する。
　正極及び負極を作製する際に、正極及び負極集電体の両面にそれぞれの活物質層を形成する。この時、どちらの電極においても両面部の活物質塗布長がずれていても良い（図１を参照）。
　続いて、電解液を調整する。続いて、超音波溶接などにより、正極集電体に正極リード２２を取り付けると共に、負極集電体に負極リード２３を取り付ける。続いて、正極と負極とをセパレータを介して積層、又は巻回させて巻回電極体２１を作製し、その最外周部に保護テープを接着させる。次に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。続いて、折りたたんだフィルム状の外装部材２５の間に巻回電極体を挟み込んだ後、熱融着法により外装部材の絶縁部同士を接着させ、一方向のみ解放状態にて、巻回電極体を封入する。正極リード、及び負極リードと外装部材の間に密着フィルムを挿入する。解放部から上記調整した電解液を所定量投入し、真空含浸を行う。含浸後、解放部を真空熱融着法により接着させる。以上のようにして、ラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池２０を製造することができる。
　以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１－１）
　以下の手順により、図４に示したラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池２０を作製した。
　最初に正極を作製した。正極活物質はリチウムニッケルコバルト複合酸化物であるＬｉＮｉ０．７Ｃｏ０．２５Ａｌ０．０５Ｏを９５質量％と、正極導電助剤２．５質量％と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン：ＰＶＤＦ）２．５質量％とを混合し、正極合剤とした。続いて正極合剤を有機溶剤（Ｎ－メチル－２－ピロリドン：ＮＭＰ）に分散させてペースト状のスラリーとした。続いてダイヘッドを有するコーティング装置で正極集電体の両面にスラリーを塗布し、熱風式乾燥装置で乾燥した。この時正極集電体は厚み１５μｍのものを用いた。最後にロールプレスで圧縮成型を行った。
　次に負極を作製した。まず、負極活物質を以下のようにして作製した。金属ケイ素と二酸化ケイ素を混合した原料を反応炉に導入し、１０Ｐａの真空度の雰囲気中で気化させたものを吸着板上に堆積させ、十分に冷却した後、堆積物を取出しボールミルで粉砕した。このようにして得たケイ素化合物粒子のＳｉＯｘのｘの値は０．５であった。続いて、ケイ素化合物粒子の粒径を分級により調整した。その後、熱分解ＣＶＤを行うことで、ケイ素化合物粒子の表面に炭素材を被覆した。
　続いて、炭素被膜を被覆したケイ素化合物粒子（負極活物質粒子）に対して酸化還元法によりリチウムを挿入し改質を行った。まず、負極活物質粒子を、リチウム片と、芳香族化合物であるナフタレンとをテトラヒドロフラン（以下、ＴＨＦと呼称する）に溶解させた溶液（溶液Ｃ）に浸漬した。この溶液Ｃは、ＴＨＦ溶媒にナフタレンを０．２ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたのちに、このＴＨＦとナフタレンの混合液に対して１０質量％の質量分のリチウム片を加えることで作製した。また、負極活物質粒子を浸漬する際の溶液の温度は２０℃で、浸漬時間は２０時間とした。その後、負極活物質粒子を濾取した。以上の処理により負極活物質粒子にリチウムを挿入した。
　続いて、得られたケイ素化合物粒子をアルゴン雰囲気下６００℃で２４時間熱処理を行いＬｉ化合物の安定化を行った。
　次に、負極活物質粒子に、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩（ＣＭＣ－ＮＨ４）とリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ４）を分散したエタノールを噴霧し、負極活物質粒子を乾燥させた。負極活物質粒子のＣＭＣ－ＮＨ４の含有量は１質量％、ＡｌＰＯ４の含有量は２質量％であった。
　次に、負極作製用の負極活物質粒子（ケイ素系負極活物質）と、炭素系活物質を２：８の質量比で配合し、負極活物質を作製した。ここで、炭素系活物質としては、ピッチ層で被覆した天然黒鉛及び人造黒鉛を５：５の質量比で混合したものを使用した。また、炭素系活物質のメジアン径は２０μｍであった。
　次に、作製した負極活物質、導電助剤１（カーボンナノチューブ、ＣＮＴ）、導電助剤２（メジアン径が約５０ｎｍの炭素微粒子）、スチレンブタジエンゴム（スチレンブタジエンコポリマー、以下、ＳＢＲと称する）、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣと称する）を９２．５：１：１：２．５：３の乾燥質量比で混合した後、純水で希釈し負極合剤スラリーとした。尚、上記のＳＢＲ、ＣＭＣは負極バインダー（負極結着剤）である。
　ここで、負極活物質粒子を含む水系スラリーの安定性を評価するために、作製した負極合剤スラリーの一部を二次電池の作製用のものとは別に３０ｇ取り出し、２０℃で保存し、負極合剤スラリー作製後からガス発生迄の時間を測定した。
　また、負極集電体としては、厚さ１５μｍの電解銅箔を用いた。この電解銅箔には、炭素及び硫黄がそれぞれ７０質量ｐｐｍの濃度で含まれていた。最後に、負極合剤スラリーを負極集電体に塗布し真空雰囲気中で１００℃×１時間の乾燥を行った。乾燥後の、負極の片面における単位面積あたりの負極活物質層の堆積量（面積密度とも称する）は５ｍｇ／ｃｍ２であった。
　次に、溶媒（４－フルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＦＥＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ））を混合した後、電解質塩（六フッ化リン酸リチウム：ＬｉＰＦ６）を溶解させて電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成を体積比でＦＥＣ：ＥＣ：ＤＭＣ＝１０：２０：７０とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して１．２ｍｏｌ／ｋｇとした。
　次に、以下のようにして二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体の一端にアルミリードを超音波溶接し、負極集電体の一端にはニッケルリードを溶接した。続いて、正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順に積層し、長手方向に倦回させ倦回電極体を得た。その捲き終わり部分をＰＥＴ保護テープで固定した。セパレータは多孔性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とするフィルムに挟まれた積層フィルム（厚さ１２μｍ）を用いた。続いて、外装部材間に電極体を挟んだ後、一辺を除く外周縁部同士を熱融着し、内部に電極体を収納した。外装部材はナイロンフィルム、アルミ箔及び、ポリプロピレンフィルムが積層されたアルミラミネートフィルムを用いた。続いて、開口部から調整した電解液を注入し、真空雰囲気下で含浸した後、熱融着し、封止した。
　以上のようにして作製した二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を評価した。
　サイクル特性については、以下のようにして調べた。最初に、電池安定化のため２５℃の雰囲気下、０．２Ｃで２サイクル充放電を行い、２サイクル目の放電容量を測定した。続いて、総サイクル数が４９９サイクルとなるまで充放電を行い、その都度放電容量を測定した。最後に、０．２Ｃ充放電で得られた５００サイクル目の放電容量を２サイクル目の放電容量で割り、容量維持率（以下、単に維持率ともいう）を算出した。通常サイクル、すなわち３サイクル目から４９９サイクル目までは、充電０．７Ｃ、放電０．５Ｃで充放電を行った。
　初回充放電特性を調べる場合には、初回効率（以下では初期効率と呼ぶ場合もある）を算出した。初回効率は、初回効率（％）＝（初回放電容量／初回充電容量）×１００で表される式から算出した。雰囲気温度は、サイクル特性を調べた場合と同様にした。
（実施例１－２～実施例１－３、比較例１－１、１－２）
　ケイ素化合物のバルク内酸素量を調整したことを除き、実施例１－１と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、ケイ素化合物の原料中の金属ケイ素と二酸化ケイ素との比率や加熱温度を変化させることで、酸素量を調整した。実施例１－１～１－３、比較例１－１、１－２における、ＳｉＯｘで表されるケイ素化合物のｘの値を表１中に示した。
　このとき、実施例１－１～１－３及び比較例１－１、１－２のケイ素系活物質粒子は以下のような性質を有していた。負極活物質粒子中のケイ素系活物質粒子のメジアン径は８μｍであった。ケイ素化合物粒子の内部には、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５及びＬｉ２ＳｉＯ３が含まれていた。また、ケイ素化合物は、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が２．２５７°であり、Ｓｉ（１１１）結晶面に起因する結晶子サイズは３．７７ｎｍであった。また、表面に被覆された炭素材の平均厚さは５０ｎｍであった。
　また、上記の全ての実施例及び比較例において、２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲ　スペクトルから得られるケミカルシフト値として－６０～－９５ｐｐｍで与えられるＳｉ及びＬｉシリケート領域のピークが発現した。また、上記全ての実施例、比較例で、２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲ　スペクトルから得られるケミカルシフト値として－６０～－９５ｐｐｍで与えられるＳｉ及びＬｉシリケート領域の最大ピーク強度値Ａと、－９６～－１５０ｐｐｍで与えられるＳｉＯ２領域のピーク強度値Ｂとの関係がＡ＞Ｂであった。
　実施例１－１～１－３、比較例１－１、１－２の評価結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、ＳｉＯｘで表わされるケイ素化合物において、ｘの値が、０．５≦ｘ≦１．６の範囲外の場合、電池特性が悪化した。例えば、比較例１－１に示すように、酸素が十分にない場合（ｘ＝０．３）、初回効率が向上するが、容量維持率が著しく悪化する。一方、比較例１－２に示すように、酸素量が多い場合（ｘ＝１．８）は導電性の低下が生じ実質的にケイ素酸化物の容量が発現しないため、評価を停止した。また、実施例１－１～１－３ではガス発生までの時間が２日以上となり、水系負極スラリー安定性が高いことが分かった。なお、比較例１－２ではガス発生までの時間の測定は行わなかった。
（実施例２－１～実施例２－２）
　ケイ素化合物粒子の内部に含ませるリチウムシリケートの種類を表２のように変更したこと以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。
（比較例２－１）
　ケイ素化合物粒子にＬｉを挿入しなかったこと以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。
　実施例２－１～実施例２－２、比較例２－１の結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ケイ素化合物粒子がＬｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４のような安定したリチウムシリケートを含むことで、容量維持率、初期効率がバランスよく向上した。特に、２種類のリチウムシリケートを含む場合に、容量維持率、初期効率がよりバランスよく向上した。また、実施例１－２、２－１、２－２では、ガス発生までの時間が１日以上となり、十分な水系負極スラリーの安定性が得られた。一方で、比較例２－１のように、ケイ素化合物粒子がＬｉ化合物を含有していない場合、ガス発生はないものの、初期効率が著しく低下してしまった。
（実施例３－１～実施例３－３８）
　カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の塩の含有量と、金属塩の種類と、金属塩の含有量とを表３のように変更したこと以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。
　実施例３－１～実施例３－３８の結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３から分かるように、カルボキシメチルセルロースの塩と、Ｍｇ又はＡｌを含む金属塩の両方が負極活物質粒子に含まれている場合に、ガス発生までの時間が高くなり、水系負極スラリーの安定性が向上した。また、カルボキシメチルセルロースの塩と、Ｍｇ又はＡｌを含む金属塩の含有量は、それぞれ、０．１質量％以上であれば、十分な水系負極スラリーの安定性が得られた。また、実施例３－１０～３－１４のように、カルボキシメチルセルロースの塩の含有量よりも金属塩の含有量が少ない実施例よりも、実施例３－１～３－４、３－１５～３－２６、３－３５～３－３８といった、カルボキシメチルセルロースの塩の含有量よりも金属塩の含有量が多い実施例において、ガス発生までの時間がより増加した。
（実施例３－３９～実施例３－４３）
　カルボキシメチルセルロースをポリアクリル酸（ＰＡＡ）の塩に変更し、金属塩の種類と、金属塩の含有量とを表４のように変更したこと以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。
　実施例３－３９～実施例３－４３の結果を表４に示す。なお、表中の「ＰＡＡ－ＮＨ４」とは、ポリアクリル酸のアンモニウム塩を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４から分かるように、カルボキシメチルセルロースの塩を用いた場合と同様、ポリアクリル酸の塩と、Ｍｇ又はＡｌを含む金属塩との両方が負極活物質粒子に含まれている場合に、ガス発生までの時間が増加し、水系負極スラリーの安定性が向上した。
（比較例３－１）
　負極活物質粒子の改質後に、ポリアクリル酸の塩、カルボキシメチルセルロースの塩、Ｍｇを含む金属塩、及びＡｌを含む金属塩のいずれの塩も負極活物質粒子に含有させなかったこと以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。
（比較例３－２～比較例３－７）
　負極活物質粒子の改質後に、ポリアクリル酸の塩又はカルボキシメチルセルロースの塩のみを負極活物質粒子に含有させ、金属塩は含有させなかった以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。
（比較例３－８～比較例３－１４）
　負極活物質粒子の改質後に、ポリアクリル酸の塩又はカルボキシメチルセルロースの塩は負極活物質粒子に含有させず、金属塩のみを含有させた以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。
　比較例３－１～３－１４の結果を表５に示す。なお、表５中の「ＰＡＡ－Ｌｉ」はポリアクリル酸のリチウム塩を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　比較例３－２～３－７から分かるように、ポリアクリル酸の塩又はカルボキシメチルセルロースの塩のみを負極活物質粒子に含有させた場合、ガス発生までの時間は、比較例３－１と同じとなり、スラリーの安定性の向上効果が得られなかった。また、金属塩のみを負極活物質粒子に含有させた場合、ガス発生までの時間は、比較例３－１～比較例３－７よりは増加するが、表３、４に示した実施例には劣る結果となった。
（実施例４－１）
　負極活物質粒子にポリアクリル酸の塩又はカルボキシメチルセルロースの塩と、金属塩とを含有させる方法を、湿式混合法から、ホソカワミクロン　ノビルタ（Ｒ）ＮＯＢを用いた乾式混合法に変更した以外、実施例１－２と同様の手順で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。具体的には、負極活物質粒子１００ｇにＣＭＣ－ＮＨ４を１ｇ、ＡｌＰＯ４を２ｇ加え、ノビルタを用いた処理（ノビルタ処理）を３０秒行った。
（実施例４－２）
　負極活物質粒子にポリアクリル酸の塩又はカルボキシメチルセルロースの塩と、金属塩とを含有させる方法を、湿式混合法から、ホソカワミクロン　ナウタミキサ（Ｒ）ＤＢＸを用いた乾式混合法に変更した以外、実施例１－２と同様の手順で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。具体的には、負極活物質粒子１００ｇにＣＭＣ－ＮＨ４を１ｇ、ＡｌＰＯ４を２ｇ加え、ナウタミキサを用いた混合を１時間行った。
　実施例４－１～４－２の結果を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　乾式混合法を用いた場合、湿式混合法を用いた場合よりも、ガス発生までの時間がさらに増加した。
（実施例５－１～５－９）
　ケイ素化合物粒子の結晶性を表７のように変化させたこと以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。なお、ケイ素化合物粒子中の結晶性は、原料の気化温度の変更、又は、ケイ素化合物粒子の生成後の熱処理で制御できる。なお、実施例５－９では半値幅を２０°以上と算出しているが、解析ソフトを用いフィッティングした結果であり、実質的にピークは得られていない。よって、実施例５－９のケイ素化合物は、実質的に非晶質であると言える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　特に半値幅が１．２°以上で、尚且つＳｉ（１１１）面に起因する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下の低結晶性材料で高い初期効率及び容量維持率が得られた。
（実施例６－１）
　ケイ素化合物をＳｉ及びＬｉシリケート領域の最大ピーク強度値Ａと上記ＳｉＯ２領域に由来するピーク強度値Ｂとの関係がＡ＜Ｂのものとしたこと以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。この場合、改質時にリチウムの挿入量を減らすことで、Ｌｉ２ＳｉＯ３の量を減らし、Ｌｉ２ＳｉＯ３に由来するピークの強度Ａを小さくした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　表８から分かるように、ピーク強度の関係がＡ＞Ｂである場合の方が、電池特性が向上した。
（実施例７－１～７－６）
　ケイ素化合物粒子のメジアン径を表９のように変化させたこと以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　ケイ素化合物のメジアン径が３μｍ以上であれば、維持率及び初期効率がより向上した。これは、ケイ素化合物の質量当たりの表面積が大すぎず、副反応が起きる面積を小さくできたためと考えられる。一方、メジアン径が１５μｍ以下であれば、充電時に粒子が割れ難く、充放電時に新生面によるＳＥＩ（固体電解質界面）が生成し難いため、可逆Ｌｉの損失を抑制することができる。また、ケイ素系活物質粒子のメジアン径が１５μｍ以下であれば、充電時のケイ素化合物粒子の膨張量が大きくならないため、膨張による負極活物質層の物理的、電気的破壊を防止できる。
（実施例８－１～８－４）
　ケイ素系活物質粒子の表面に被覆された炭素材の平均厚さを表１０のように変更したこと以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、サイクル特性、初回効率、及び水系負極スラリーの安定性を評価した。炭素材の平均厚さは、ＣＶＤ条件を変更することで調整できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　表１０からわかるように、炭素層の膜厚が５ｎｍ以上で導電性が向上するため、容量維持率及び初期効率を向上させることができる。一方、炭素層の膜厚が５０００ｎｍ以下であれば、電池設計上、ケイ素化合物粒子の量を十分に確保できるため、電池容量が低下することが無い。
（実施例９－１）
　負極活物質中のケイ素系活物質粒子の質量の割合を変更したこと以外、実施例１－２と同じ条件で二次電池を作製し、電池容量の増加率を評価した。
　図５に、負極活物質の総量に対するケイ素系活物質粒子の割合と二次電池の電池容量の増加率との関係を表すグラフを示す。図５中のＡで示すグラフは、本発明の負極の負極活物質において、ケイ素化合物粒子の割合を増加させた場合の電池容量の増加率を示している。一方、図５中のＢで示すグラフは、Ｌｉをドープしていないケイ素化合物粒子の割合を増加させた場合の電池容量の増加率を示している。図５から分かるように、ケイ素化合物の割合が６質量％以上となると、電池容量の増加率は従来に比べて大きくなり、体積エネルギー密度が、特に顕著に増加する。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (14)

  1. 　負極活物質粒子を含む負極活物質であって、
    　前記負極活物質粒子が、ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含むケイ素化合物粒子を含有し、
    　前記ケイ素化合物粒子が、Ｌｉ化合物を含有し、
    　前記負極活物質粒子が、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩を含み、Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩を含むことを特徴とする負極活物質。
  2. 　前記ポリアクリル酸の塩及び前記カルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩の総量が、前記負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上５質量％以下の範囲のものであることを特徴とする請求項１に記載の負極活物質。
  3. 　前記ポリアクリル酸の塩及び前記カルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩が、アンモニウム塩であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の負極活物質。
  4. 　前記Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩の総量が、前記負極活物質粒子の総量に対して０．１質量％以上５質量％以下の範囲のものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の負極活物質。
  5. 　前記Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩が、硝酸塩、リン酸塩、塩酸塩、又は硫酸塩のいずれかのものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の負極活物質。
  6. 　前記負極活物質粒子に含まれる前記ポリアクリル酸の塩及び前記カルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩の質量基準の含有量の合計が、前記負極活物質粒子に含まれる前記Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩の質量基準の含有量の合計よりも小さいものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の負極活物質。
  7. 　前記負極活物質粒子がＬｉ化合物として、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４のうち少なくとも１種以上を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の負極活物質。
  8. 　前記ケイ素化合物粒子は、Ｃｕ－Ｋα線を用いたＸ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が１．２°以上であるとともに、その結晶面に対応する結晶子サイズは７．５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の負極活物質。
  9. 　前記ケイ素化合物粒子において、２９Ｓｉ－ＭＡＳ－ＮＭＲ　スペクトルから得られる、ケミカルシフト値として－６０～－９５ｐｐｍで与えられるＳｉ及びＬｉシリケート領域の最大ピーク強度値Ａと、ケミカルシフト値として－９６～－１５０ｐｐｍで与えられるＳｉＯ２領域のピーク強度値Ｂが、Ａ＞Ｂという関係を満たすものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の負極活物質。
  10. 　前記負極活物質粒子はメジアン径が３μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の負極活物質。
  11. 　前記負極活物質粒子は、表層部に炭素材を含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の負極活物質。
  12. 　前記炭素材の平均厚さは５ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の負極活物質。
  13. 　請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の負極活物質と炭素系活物質とを含むことを特徴とする混合負極活物質材料。
  14. 　ケイ素化合物粒子を含有する負極活物質粒子を含む負極活物質を製造する方法であって、
    　ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含むケイ素化合物粒子を作製する工程と、
    　前記ケイ素化合物粒子にＬｉを挿入し、Ｌｉ化合物を含有させる工程と、
    　により負極活物質粒子を作製し、
    　前記負極活物質粒子に、ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩とＭｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩とを含ませる工程とを含み、
    　前記ポリアクリル酸の塩及びカルボキシメチルセルロースの塩から選ばれる少なくとも１種の塩と、前記Ｍｇ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属塩とを含んだ前記負極活物質粒子を用いて、負極活物質を製造することを特徴とする負極活物質の製造方法。
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