WO2018221258A1 - 非水電解質二次電池用負極活物質及び非水電解質二次電池、並びに非水電解質二次電池用負極材の製造方法 - Google Patents

非水電解質二次電池用負極活物質及び非水電解質二次電池、並びに非水電解質二次電池用負極材の製造方法 Download PDF

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広太 高橋
貴一 廣瀬
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Definitions

  • the present invention relates to a negative electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery, and a method for producing a negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
  • 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 As the negative electrode active material, a carbon material is widely used, but further improvement in battery capacity is required due to recent market demand.
  • silicon As a negative electrode active material, use of silicon as a negative electrode active material has been studied. This is because the theoretical capacity of silicon (4199 mAh / g) is 10 times or more larger than the theoretical capacity of graphite (372 mAh / g), so that significant improvement in battery capacity can be expected.
  • the development of a siliceous material as a negative electrode active material has been examined not only for silicon itself but also for compounds represented by alloys and oxides.
  • the shape of the active material has been studied from a standard coating type for carbon materials to an integrated type directly deposited on a current collector.
  • 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 and discharge, so that 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 the 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).
  • a metal oxide containing lithium is used (see, for example, Patent Document 8).
  • Patent Document 9 As a technique for suppressing particle cohesiveness, an example in which the particle surface is treated with a silane compound or the like has been reported (for example, Patent Document 9). Moreover, in order to suppress the amount of moisture brought into the battery, the surface of the inorganic particles is hydrophobized (for example, Patent Document 10). In order to improve the cycle characteristics, a hydrophobic layer such as a silane compound is formed on the surface of the siliceous material (see, for example, Patent Document 11).
  • lithium ion secondary battery As described above, in recent years, small electronic devices typified by mobile terminals and the like have been improved in performance and multifunction, and the lithium ion secondary battery as the main power source is required to increase the battery capacity. ing. As one method for solving this problem, development of a lithium ion secondary battery composed of a negative electrode using a siliceous material as a main material is desired.
  • a lithium ion secondary battery using a siliceous material is desired to have battery characteristics close to those of a lithium ion secondary battery using a carbon material.
  • the use of silicon oxide modified by insertion and partial desorption of Li as the negative electrode active material has improved the cycle retention rate and initial efficiency of the battery.
  • the modified silicon oxide since the modified silicon oxide has been modified using Li, its water resistance is relatively low. Therefore, stabilization of the slurry containing the modified silicon oxide produced during the production of the negative electrode becomes insufficient, and gas may be generated due to aging of the slurry.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that has high stability with respect to an aqueous slurry, high capacity, and excellent cycle characteristics and initial efficiency.
  • the purpose is to provide.
  • a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing negative electrode active material particles
  • the negative electrode active material particles contain silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6),
  • the silicon compound particles contain a Li compound,
  • the silicon compound particles are at least partly coated with a carbon material,
  • the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein at least a part of the surface of the silicon compound particles or the surface of the carbon material or both of them is coated with a layer containing a compound having a silyl group Provide active material.
  • the negative electrode active material of the present invention since the negative electrode active material particles containing silicon compound particles have a compound having a silyl group on the outermost surface, the aggregation of the active materials during electrode production is suppressed. And water resistance to the aqueous slurry is high.
  • the present invention is excellent in conductivity because at least a part of the surface of the silicon compound particles is coated with a carbon material (hereinafter also referred to as a carbon coating). Therefore, if the negative electrode active material of the present invention is used, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high battery capacity and a good cycle maintenance ratio utilizing the original characteristics of silicon oxide modified with Li can be industrially produced. Manufacturing in an advantageous production.
  • the negative electrode active material particles containing silicon compound particles are also referred to as silicon-based active material particles.
  • the negative electrode active material containing the silicon-based active material particles is also referred to as a silicon-based active material.
  • the silyl group is preferably a silyl group having an organic group having 1 to 5 carbon atoms.
  • Such a silyl group can impart moderate hydrophobicity to the negative electrode active material particles.
  • the silicon compound particles are preferably contains at least one member selected from Li 4 SiO 4, Li 2 SiO 3, Li 2 Si 2 O 5 at least partially.
  • Li silicates such as Li 4 SiO 4, Li 2 SiO 3, and Li 2 Si 2 O 5 are relatively stable as Li compounds, so that better battery characteristics can be obtained.
  • the coating amount of the carbon material is 0.5% by mass or more and 15% by mass or less with respect to the total of the silicon compound particles and the carbon material.
  • Such a coating amount of the carbon material is a negative electrode active material particle having a high capacity and excellent conductivity.
  • the volume resistivity of the negative electrode active material particles measured by a four-probe method according to JIS K7194 when applied with 38.2 MPa is 0.01 ⁇ ⁇ cm or more and less than 100 ⁇ ⁇ cm.
  • volume resistivity is 0.01 ⁇ ⁇ cm or more and less than 100 ⁇ ⁇ cm, sufficient conductivity can be ensured, so that better battery characteristics can be obtained.
  • the silicon compound particles have a half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak due to an Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction of 1.2 ° or more, and a crystallite size corresponding to the crystal plane is It is preferable that it is 7.5 nm or less.
  • the silicon compound particles having such a crystallite size have low crystallinity and a small amount of Si crystals, the battery characteristics can be improved.
  • the median diameter of the silicon compound particles is preferably 0.5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the median diameter is 0.5 ⁇ m or more, the area where the side reaction occurs on the surface of the silicon compound particles is small, so that Li is not consumed excessively and the cycle maintenance rate of the battery can be maintained high. Further, if the median diameter is 20 ⁇ m or less, the expansion at the time of inserting Li is small, it is difficult to crack, and cracks are hardly generated. Furthermore, since the expansion of the silicon compound particles is small, for example, a negative electrode active material layer in which a carbon active material is mixed with a commonly used silicon-based active material is not easily broken.
  • the present invention provides a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the negative electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
  • Such a secondary battery has a high cycle maintenance ratio and initial efficiency, and can be manufactured industrially.
  • a method for producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising negative electrode active material particles containing silicon compound particles, Producing silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6); Coating at least a part of the silicon compound particles with a carbon material; Modifying the silicon compound particles by inserting Li into the silicon compound particles; Forming a layer containing a compound having a silyl group on at least a part of the surface of the modified silicon compound particles or the surface of the carbon material, or both of them, and the compound having the silyl group
  • a method for producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery using the silicon compound particles formed with a layer containing the negative electrode active material particles.
  • the nonaqueous negative electrode which has the high battery capacity and the favorable cycle maintenance factor which utilized the original characteristic of the silicon oxide modified using Li A material can be obtained. Furthermore, since the negative electrode material manufactured in this way contains silicon-based active material particles having a layer containing a compound having a silyl group as described above, the slurry produced at the time of manufacturing the negative electrode is stable. Become. That is, a negative electrode material capable of industrially producing a secondary battery can be obtained.
  • the negative electrode active material of the present invention can improve the stability of the slurry produced during the production of the secondary battery, and if this slurry is used, an industrially usable coating film can be formed. Capacity, cycle characteristics, and initial charge / discharge characteristics can be improved. Moreover, the secondary battery of the present invention containing this negative electrode active material can be produced industrially superiorly, and the battery capacity, cycle characteristics, and initial charge / discharge characteristics are good. Moreover, the same effect can be acquired also in the electronic device, electric tool, electric vehicle, electric power storage system, etc. which used the secondary battery of this invention.
  • the method for producing a negative electrode material of the present invention provides a negative electrode material that can improve the stability of a slurry produced during the production of a secondary battery and can improve battery capacity, cycle characteristics, and initial charge / discharge characteristics. Can be manufactured.
  • Lithium ion secondary batteries using silicon-based active materials as the main material are expected to have cycle characteristics and initial efficiency close to those of lithium ion secondary batteries using carbon materials.
  • silicon-based active material modified with Li in order to obtain cycle characteristics and initial efficiency close to those of a secondary battery, it is difficult to produce a stable slurry, and it is difficult to produce a good quality negative electrode.
  • the present inventors have made extensive studies in order to obtain a negative electrode active material capable of easily producing a nonaqueous electrolyte secondary battery having a high battery capacity and good cycle characteristics and initial efficiency.
  • the present invention has been reached.
  • the negative electrode active material of the present invention includes negative electrode active material particles. Then, the anode active material particles, silicon compound: containing silicon compound particles containing (SiO x 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6 ).
  • the silicon compound particles contain a Li compound.
  • the silicon compound particles are at least partly coated with a carbon material. Further, at least a part of the surface of the silicon compound particles, the surface of the carbon material, or both of them is coated with a layer containing a compound having a silyl group.
  • FIG. 1 shows an outline of the vicinity of the surface layer portion of the silicon compound particles 1.
  • a carbon coating 2 is formed on the surface of the silicon compound particles 1.
  • the carbon film is formed on a part of the surface of the silicon compound particles, but the carbon film may be formed on the entire surface of the silicon compound particles.
  • a layer (silyl group region) 3 containing a compound having a silyl group is formed on the surface of the silicon compound particles 1 and the surface of the carbon coating 2.
  • FIG. 1 illustrates the case where the silyl group of the layer 3 containing the compound having a silyl group is a trimethylsilyl group, there is no particular limitation thereto.
  • the silicon-based active material particles have a silyl group such as an alkylsilyl group on the outermost surface, aggregation of the silicon-based active material particles is suppressed, and further, All water resistance is high.
  • silicon oxides modified by Li insertion and desorption are likely to agglomerate in an aqueous slurry, and further change over time, resulting in gas generation, which is not suitable for mass production.
  • the silicon-based active material particles have a layer containing a compound having a silyl group as described above, aggregation in the slurry is suppressed, and gas generation associated with aging of the slurry is less likely to occur.
  • the present invention is excellent in conductivity because at least a part of the surface of the silicon compound particles is coated with a carbon film. Therefore, if the negative electrode active material of the present invention is used, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high battery capacity and a good cycle maintenance ratio utilizing the original characteristics of silicon oxide modified with Li can be industrially produced. Manufacturing in an advantageous production.
  • the coating amount of the layer containing the compound having a silyl group is not particularly limited, for example, it can be 10% by mass or less with respect to the negative electrode active material particles.
  • the lower limit of the coating amount it is only necessary that a layer containing a compound having a silyl group is formed on the surface of the negative electrode active material particles.
  • a layer containing a compound having a silyl group is formed on the surface of the negative electrode active material particles.
  • 0.01% by mass or more with respect to the negative electrode active material particles It can be set as the coating amount.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a negative electrode containing the negative electrode active material of the present invention.
  • 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.
  • the negative electrode current collector 11 may not be provided in the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
  • 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 ppm or less. This is because a higher deformation suppressing effect can be obtained.
  • 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.
  • the non-roughened negative electrode current collector is, for example, a rolled metal foil.
  • the negative electrode active material layer 12 may contain a plurality of types of negative electrode active materials such as carbon-based active materials in addition to silicon-based active material particles. Furthermore, other materials such as a thickener (also referred to as “binder” or “binder”) or a conductive aid may be included in battery design. The shape of the negative electrode active material may be particulate.
  • the negative electrode active material of the present invention includes a silicon compound particle, and the silicon compound particle is 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 oxide material in the present invention does not necessarily mean 100% purity, and may contain a small amount of impurity elements and Li.
  • the silicon compound particles have a half-width (2 ⁇ ) of a diffraction peak due to the Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction of 1.2 ° or more, and a crystallite corresponding to the crystal plane It is desirable that the size is 7.5 nm or less. This crystallite size can be calculated from the half width of the diffraction peak due to the Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction. As described above, since the crystallinity is low and the amount of Si crystals present is small, not only the battery characteristics are improved, but also a stable Li compound can be generated.
  • the median diameter of the silicon compound particles is not particularly limited, but is preferably 0.5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. This is because, within this range, it is easy to occlude and release lithium ions during charging and discharging, and the silicon-based active material particles are difficult to break. If the median diameter is 0.5 ⁇ m or more, the surface area is not too large, so that side reactions are unlikely to occur during charging and discharging, and the battery irreversible capacity can be reduced. On the other hand, a median diameter of 20 ⁇ m or less is preferable because the silicon-based active material particles are difficult to break and a new surface is difficult to appear.
  • the silicon-based active material has at least one selected from Li 4 SiO 4, Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 as the Li compound contained in at least a part of the silicon compound particles. It is preferable that it exists. Li silicates such as Li 4 SiO 4, Li 2 SiO 3, and Li 2 Si 2 O 5 are relatively more stable than other Li compounds. Therefore, silicon-based active materials containing these Li compounds are more Stable battery characteristics can be obtained. These Li compounds can be obtained by selectively changing a part of the SiO 2 component generated inside the silicon compound particles to a Li compound and modifying the silicon compound particles.
  • the Li compound inside the silicon compound particles can be quantified by NMR (nuclear magnetic resonance) and XPS (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.
  • an electrochemical method when modifying silicon compound particles, an electrochemical method, a modification by oxidation-reduction reaction, and a physical method such as thermal doping can be used.
  • the silicon compound particles when modified using an electrochemical technique and oxidation-reduction modification, the battery characteristics of the negative electrode active material are improved.
  • the modification may be performed not only by inserting Li into the silicon compound particles, but also by stabilizing the Li compound by heat treatment and desorbing Li from the silicon compound particles. Thereby, stability with respect to slurry, such as water resistance of a negative electrode active material, improves more.
  • the silicon compound particles have a peak derived from the SiO 2 region given as -95 to -150 ppm as a chemical shift value obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum. In this way, the stability with respect to the slurry is further improved by leaving the SiO 2 region to some extent without changing all the SiO 2 regions in the silicon compound particles to the Li compound by the modification.
  • the silicon-based active material particles have a layer containing a compound having a silyl group on the surface of the silicon compound particles or the surface of the carbon coating.
  • silyl group examples include silyl groups having an organic group such as an alkyl group.
  • a silyl group having an organic group having 1 to 5 carbon atoms is preferable.
  • a silyl group having an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable.
  • the alkyl group is preferably a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a tertiary butyl group, or an isobutyl group.
  • the alkyl chain has 5 or less carbon atoms, the hydrophobicity does not become too strong, and the dispersibility in the aqueous slurry is unlikely to deteriorate.
  • silyl group having an alkyl group examples include trialkylsilyl groups such as a trimethylsilyl group and a triethylsilyl group.
  • the three alkyls may be the same as described above, or may be different.
  • the organic group having 1 to 5 carbon atoms may contain an unsaturated bond.
  • the alkyl group may contain a fluorine atom.
  • the silicon compound particles By covering the surface of the silicon compound particles with a layer containing a compound having a silyl group such as a trialkylsilyl group, aggregation of the silicon compound particles is suppressed during electrode preparation, and water resistance is further improved. Stability is improved.
  • Silyl groups such as alkylsilyl groups on the surface can be identified by TOF-SIMS. Detection of a fragment of a compound having a silyl group such as an alkylsilyl-based compound in the outermost layer can be performed under the following conditions, for example.
  • PHI TRIFT 2 made by ULVAC-PHI ⁇ Primary ion source: Ga ⁇ Sample temperature: 25 °C ⁇ Acceleration voltage: 5 kV ⁇ Spot size: 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m Sputtering: Ga, 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m, 10 s ⁇ Cation mass spectrum ⁇ Sample: Powder formation on indium metal
  • the coating amount of the carbon material is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less with respect to the total of the silicon compound particles and the carbon material. With such a coating amount of the carbon material, negative electrode active material particles having high capacity and excellent conductivity are obtained.
  • the volume resistivity at the time of 38.2 MPa application measured by the 4-probe method based on JISK7194 of negative electrode active material particle is 0.01 ohm * cm or more and less than 100 ohm * cm It is preferable. If the volume resistivity is 0.01 ⁇ ⁇ cm or more and less than 100 ⁇ ⁇ cm, sufficient conductivity can be ensured, so that better battery characteristics can be obtained.
  • silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6) are prepared.
  • the silicon compound particles are modified by inserting Li into the silicon compound particles.
  • a Li compound can be generated at the same time or inside the silicon compound particles.
  • some of the inserted Li may be detached from the silicon compound particles.
  • a layer containing a compound having a silyl group is formed on at least a part of the surface of the modified silicon compound particles, the surface of the carbon material, or both of them.
  • the negative electrode material and the negative electrode can be manufactured by using the silicon compound particles formed with the layer containing the compound having a silyl group as the negative electrode active material particles and mixing with a conductive additive or a binder.
  • the negative electrode material is manufactured by the following procedure, for example.
  • a raw material that generates silicon oxide gas is heated in a temperature range of 900 ° C. to 1600 ° C. in the presence of an inert gas or under reduced pressure to generate silicon oxide gas.
  • the raw material is a mixture of metal silicon powder and silicon dioxide powder, and considering the surface oxygen of the metal silicon powder and the presence of trace amounts of oxygen in the reactor, the mixing molar ratio is 0.8 ⁇ metal silicon powder / It is desirable that the silicon dioxide powder is in the range of ⁇ 1.3.
  • the Si crystallites in the particles are controlled by changing the preparation range and vaporization temperature, and by heat treatment after generation.
  • the generated gas is deposited on the adsorption plate. The deposit is taken out with the temperature in the reactor lowered to 100 ° C. or lower, and pulverized and powdered using a ball mill, a jet mill or the like.
  • a carbon coating (carbon material) is formed on the surface layer of the obtained powder material (silicon compound particles).
  • the carbon coating is effective for further improving the battery characteristics of the negative electrode active material.
  • Pyrolysis CVD is desirable as a method for forming a carbon film on the surface layer of the powder material.
  • silicon oxide powder is set in a furnace, the furnace is filled with hydrocarbon gas, and the temperature in the furnace is raised.
  • the decomposition temperature is not particularly limited, but is particularly preferably 1200 ° C. or lower. More desirably, the temperature is 950 ° C. or lower, and unintended disproportionation of silicon oxide can be suppressed.
  • Hydrocarbon gas is not particularly limited, 3 ⁇ n of C n H m composition it is desirable. This is because the low production cost and the physical properties of the decomposition products are good.
  • the powder material is modified in the bulk.
  • Examples of the method for performing reforming in the bulk include an electrochemical method, a redox method, and a thermal doping method.
  • the electrochemical method is desirably performed using an apparatus capable of electrochemically inserting and extracting Li.
  • the apparatus structure is not particularly limited, for example, the bulk reforming can be performed using the bulk reforming apparatus 20 shown in FIG.
  • the in-bulk reformer 20 includes a bathtub 27 filled with an organic solvent 23, a positive electrode (lithium source, reforming source) 21 disposed in the bathtub 27 and connected to one of the power sources 26, And a separator 24 provided between the positive electrode 21 and the powder storage container 25.
  • the powder storage container 25 is connected to the other side of the power source 26.
  • silicon oxide particles (silicon-based active material particles) 22 are stored. As described above, the silicon oxide particles are stored in the powder container, and a voltage is applied to the powder container and the positive electrode (lithium source) storing the silicon oxide particles by the power source. Thereby, since lithium can be inserted into and desorbed from the silicon compound particles, the silicon oxide particles 22 can be modified. By heat-treating the obtained silicon oxide particles at 400 to 800 ° C., the Li compound can be stabilized. After the modification, it may be washed with alcohol, alkaline water, weak acid, or pure water.
  • organic solvent 23 in the bathtub 27 ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, or the like can be used.
  • electrolyte salt contained in the organic solvent 23 lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), or the like can be used.
  • the positive electrode 21 may use a Li foil or a Li-containing compound.
  • the Li-containing compound include lithium carbonate, lithium oxide, lithium cobaltate, lithium olivine, lithium nickelate, and lithium vanadium phosphate.
  • lithium can be inserted by first immersing silicon-based active material particles in a solution A in which lithium is dissolved in an ether-based solvent.
  • the solution A may further contain a polycyclic aromatic compound or a linear polyphenylene compound.
  • the resulting silicon-based active material particles can be heat treated at 400 to 800 ° C. to stabilize the Li compound.
  • active lithium may be desorbed from the silicon-based active material particles by immersing the silicon-based active material particles in a solution B containing a polycyclic aromatic compound or a derivative thereof.
  • an ether solvent, a ketone solvent, an ester solvent, an alcohol solvent, an amine solvent, or a mixed solvent thereof can be used. After the modification, it may be washed with alcohol, alkaline water, weak acid, or pure water.
  • ether solvent used for the solution A 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 is used. be able to. Of these, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, and diethylene glycol dimethyl ether are particularly preferably used. These solvents are preferably dehydrated and preferably deoxygenated.
  • polycyclic aromatic compound contained in the solution A one or more of naphthalenes, anthracene, phenanthrene, naphthacene, pentacene, pyrene, triphenylene, coronene, chrysene, and derivatives thereof can be used.
  • linear 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, triphenylene, coronene, chrysene, and derivatives thereof can be used.
  • Examples of the ether solvent of the solution B 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.
  • ketone solvent acetone, acetophenone, or the like can be used.
  • ester solvent methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate and the like can be used.
  • alcohol solvent methanol, ethanol, propanol, isopropyl alkanol and the like can be used.
  • amine solvent methylamine, ethylamine, ethylenediamine, or the like can be used.
  • the powder material (silicon-based active material particles) can be mixed with LiH powder or Li powder and heated in a non-oxidizing atmosphere.
  • a non-oxidizing atmosphere for example, an Ar atmosphere can be used as the non-oxidizing atmosphere.
  • 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.
  • a method of sufficiently cooling the heated powder and then washing with alcohol, alkaline water, weak acid or pure water can be used.
  • a layer containing a compound having a silyl group is formed on at least a part of the surface of the modified silicon compound particles, the surface of the carbon material, or both of them.
  • the layer containing a compound having a silyl group is preferably formed by an alkylsilazane treatment. By doing so, a layer containing a compound having a silyl group can be efficiently formed by the treatment occurring on the surface of the material. More specifically, for example, a layer containing a compound having a silyl group can be formed by the following procedure.
  • OH groups exist on the surface of the silicon compound particles and the carbon material, and this OH group reacts with a decomposition product of alkylsilazane, and a trialkylsilyl group is introduced on the surface of the silicon compound particles and the carbon material. It is conceivable that.
  • dehydrated toluene, modified silicon compound particles for a quarter of the mass of dehydrated toluene, and HMDS (hexamethyldisilazane) equivalent to 3% by mass of the modified silicon compound particles are put into a container. Stir for 1 hour. Thereafter, silicon compound particles formed with a layer containing a compound having a silyl group as negative electrode active material particles are collected by filtration.
  • these negative electrode active materials are mixed with other materials such as a binder and a conductive additive.
  • an organic solvent or water is added to form a slurry.
  • the negative electrode mixture slurry is applied to the surface of the negative electrode current collector 11 and dried to form the negative electrode active material layer 12. At this time, a heating press or the like may be performed as necessary. As described above, the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be produced.
  • the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention contains the negative electrode active material of the present invention.
  • a laminated film type lithium ion secondary battery will be described as a specific example of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
  • a laminated film type lithium ion secondary battery 30 shown in FIG. 4 is one in which a wound electrode body 31 is accommodated mainly in a sheet-like exterior member 35.
  • the wound electrode body 31 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 32 is attached to the positive electrode
  • the negative electrode lead 33 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 32 and 33 are led out in one direction from the inside of the exterior member 35 to the outside, for example.
  • the positive electrode lead 32 is formed of a conductive material such as aluminum
  • the negative electrode lead 33 is formed of a conductive material such as nickel or copper.
  • the exterior member 35 is, for example, a laminate film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protective layer are laminated in this order.
  • the laminate film is formed of two sheets so that the fusion layer faces the wound electrode body 31.
  • the outer peripheral edges of the fusion layer of the film are bonded together with an adhesive or the like.
  • 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 34 is inserted between the exterior member 35 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 any one or more of positive electrode materials capable of occluding and releasing lithium ions, and other materials such as a positive electrode binder, a positive electrode conductive additive, and a dispersant depending on the design. May be included. In this case, details regarding the positive electrode binder and the positive electrode conductive additive are the same as, for example, the negative electrode binder and 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 M 1 O 2 or Li y M 2 PO 4 .
  • M 1 and M 2 represent at least one transition metal element.
  • 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 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide.
  • Examples of the lithium nickel cobalt composite oxide include lithium nickel cobalt aluminum composite oxide (NCA) and lithium nickel cobalt manganese composite oxide (NCM).
  • 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. If these positive electrode materials are used, a high battery capacity can be obtained, and excellent cycle characteristics can also be obtained.
  • the negative electrode has the same configuration as the negative electrode 10 for lithium ion secondary battery in FIG. 2 described above, and has, for example, a negative electrode active material layer on both surfaces of the current collector.
  • This 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. Thereby, precipitation 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 similarly, the negative electrode active material layer is 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 separator separates the positive electrode and the negative electrode, and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit due to contact between the two electrodes.
  • 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 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 ion conductivity is obtained.
  • a positive electrode is manufactured using the positive electrode material described above.
  • a positive electrode active material and, if necessary, a positive electrode binder and a positive electrode conductive additive are mixed to form a positive electrode mixture, which is 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 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.
  • an electrolyte solution is prepared.
  • the positive electrode lead 32 is attached to the positive electrode current collector and the negative electrode lead 33 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 31, and a protective tape is bonded to the outermost periphery.
  • 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 thermal fusion method, and the wound electrode body is opened in only one direction. Enclose.
  • the laminated film type secondary battery 30 can be manufactured as described above.
  • the negative electrode utilization rate during charge / discharge is preferably 93% or more and 99% or less. If the negative electrode utilization rate is in the range of 93% or more, the initial charge efficiency does not decrease, and the battery capacity can be greatly improved. Moreover, if the negative electrode utilization rate is in the range of 99% or less, Li is not precipitated and safety can be ensured.
  • Example 1-1 The laminate film type secondary battery 30 shown in FIG. 4 was produced by the following procedure.
  • the positive electrode active material is 95 parts by mass of lithium nickel cobalt aluminum composite oxide (LiNi 0.7 Co 0.25 Al 0.05 O), 2.5 parts by mass of positive electrode conductive additive (acetylene black), and a positive electrode binder. (Polyvinylidene fluoride, PVDF) 2.5 parts by mass were 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 was produced.
  • a silicon-based active material was prepared as follows. A raw material (vaporization starting material) mixed with metallic silicon and silicon dioxide is placed in a reactor, and the vaporized material in a vacuum atmosphere of 10 Pa is deposited on an adsorption plate and cooled sufficiently. It was pulverized with a take-out ball mill. After adjusting the particle size, the carbon film was coated by performing thermal CVD. Subsequently, LiH powder having a mass corresponding to 4% by mass with respect to the silicon compound particles coated with the carbon coating was mixed in an argon atmosphere and stirred with a shaker. Thereafter, the agitated powder was modified by heat treatment at 740 ° C. in an atmosphere control furnace.
  • the modified silicon compound particles are put into a mixed solution in which 3% by mass of HMDS (hexamethyldisilazane) is dissolved in dehydrated toluene twice as much as the modified silicon compound particles. Stir for hours. Thereafter, the silicon compound particles after stirring were filtered and dried to remove toluene. As a result, a layer containing a compound having a trimethylsilyl group was formed.
  • HMDS hexamethyldisilazane
  • the negative electrode active material was prepared by blending the silicon-based active material prepared as described above and the carbon-based active material in a mass ratio of 1: 9.
  • 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).
  • the negative electrode current collector an electrolytic copper foil (thickness 15 ⁇ m) was used. Finally, 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 .
  • fluoroethylene carbonate (FEC), ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed, and then an electrolyte salt (lithium hexafluorophosphate: LiPF 6 ) is dissolved to prepare an electrolytic solution.
  • FEC fluoroethylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • an electrolyte salt lithium hexafluorophosphate: LiPF 6
  • 1.5% by mass of vinylene carbonate (VC) was added to the obtained electrolytic solution.
  • 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 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 of 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 except for 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 electrolyte prepared from the opening was injected, impregnated in a vacuum atmosphere, and then 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 299 cycles, and the discharge capacity was measured each time. Finally, the discharge capacity at the 300th 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 maintenance rate). In the normal cycle, that is, from the 3rd cycle to the 299th cycle, charging and discharging were performed at a charge of 0.7 C and a discharge of 0.5 C.
  • the initial efficiency was calculated.
  • a 2032 type coin battery was assembled as a test cell.
  • the negative electrode a negative electrode produced in the same procedure as the electrode containing the silicon-based active material of the laminate film type secondary battery was used.
  • the electrolytic solution one prepared by the same procedure as the electrolytic solution of the laminate film type secondary battery described above was used. A metal lithium foil having a thickness of 0.5 mm was used as the counter electrode. Further, polyethylene having a thickness of 20 ⁇ m was used as a separator. Subsequently, the bottom pig of the 2032 type coin battery, the lithium foil, and the separator are stacked, and 150 mL of the electrolytic solution is injected, and subsequently, the negative electrode and the spacer (thickness: 1.0 mm) are stacked, and 150 mL of the electrolytic solution is injected. Then, a 2032 type coin battery was manufactured by lifting up the spring and the upper lid of the coin battery in this order and caulking with an automatic coin cell caulking machine.
  • the produced 2032 type coin battery was charged at a constant current density of 0.2 mA / cm 2 until reaching 0.0 V, and when the voltage reached 0.0 V, the current density was at 0.0 V constant voltage. It was charged to reach 0.02 mA / cm 2, when the discharge was discharged until the voltage reached 1.2V at a constant current density of 0.2 mA / cm 2.
  • the ambient temperature was the same as when the cycle characteristics were examined.
  • X1 to X3 in Table 1 indicate the types of the three alkyl groups possessed by the trialkylsilyl group.
  • Example 1 when the surface treatment with HMDS was not performed (Comparative Examples 1-1 and 1-2), the strength of the TMS component relative to the strength of the C 3 H 5 component was 0, and the TMS group was present on the surface. Does not exist. In contrast, in Example 1-1 in which HMDS treatment was performed, the strength of the TMS component relative to the strength of the C 3 H 5 component was confirmed, and it was confirmed that TMS groups were present on the surface.
  • Example 2-1 to 2-4 The cycle characteristics of the secondary battery were evaluated in the same procedure as in Example 1-1 except that the Li silicate species was changed by changing the Li doping amount.
  • Examples 3-1 to 3-5 The cycle characteristics of the secondary battery were evaluated in the same procedure as in Example 1-1 except that the coating amount of the carbon material (carbon coating layer) was changed.
  • the carbon coating amount is large, the electric conductivity is good, so that the discharge is performed firmly and the initial efficiency is improved. As a result, a high maintenance rate of the cycle was obtained.
  • the carbon coating amount exceeds 15% by mass, the capacity merit of SiO becomes small, which is not realistic.
  • the carbon coating amount is preferably 0.5% by mass or more because conductivity is deteriorated.
  • Example 4-1 and 4-2 The cycle characteristics of the secondary battery were evaluated in the same procedure as in Example 1-1 except that the modification method was changed to the oxidation-reduction method and the crystallite size of the silicon compound particles was also changed.
  • Examples 4-1 and 4-2 when silicon compound particles coated with a carbon coating were modified by inserting lithium by oxidation-reduction, first, the silicon compound particles coated with the carbon coating were treated with lithium fragments. And an aromatic compound naphthalene was immersed in a solution (solution A) dissolved in tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF).
  • This solution A 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 dipping the silicon compound particles coated with the carbon film was 20 ° C., and the dipping time was 20 hours. Thereafter, the modified silicon compound particles were collected by filtration. Through the above treatment, lithium was inserted into the silicon compound particles.
  • the obtained silicon compound particles were heat-treated at 600 ° C. for 24 hours in an argon atmosphere to stabilize the Li compound.
  • the stabilized silicon compound particles were washed, and the washed silicon compound particles were dried under reduced pressure.
  • the dried silicon compound particles were put into a mixed solution in which 3% by mass of HMDS was dissolved in dehydrated toluene twice as much as the modified silicon compound particles, and stirred at room temperature for 1 hour. Thereafter, the silicon compound particles after stirring were filtered and dried to remove toluene. As a result, a layer containing a compound having a trimethylsilyl group was formed.
  • a silicon-based active material was produced as described above.
  • the cycle retention rate was greatly improved by reducing the crystallite size. This is considered to originate from the fact that the expansion and contraction of silicon is alleviated due to the small crystallite size. Moreover, even if the dope method was changed to the oxidation-reduction dope, it was possible to suppress aggregates by having a trimethylsilyl group, and it was possible to delay the days of gas generation.
  • Examples 5-1 to 5-5 Except for changing the particle diameter (D 50 ) of the silicon compound particles and the modification method, the cycle characteristics of the secondary battery were evaluated in the same procedure as in Example 1-1.
  • the particle diameter of the silicon compound particles containing SiO When the particle diameter of the silicon compound particles containing SiO is too small, the surface area becomes too large, and therefore, 2 ⁇ m or more is more preferable in order to lengthen the days of gas generation. Since the surface area is reduced by increasing the particle diameter, the number of days of gas generation can be delayed. In addition, since side reactions in the battery are also suppressed, both initial efficiency and cycle maintenance ratio are improved. On the other hand, when the particle diameter is too large, SiO is large in expansion and contraction during charge and discharge, and there is a possibility that bulk fracture may occur.
  • 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非水電解質二次電池用負極活物質であって、前記負極活物質粒子は、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、前記ケイ素化合物粒子は、Ｌｉ化合物を含有し、前記ケイ素化合物粒子は、少なくともその一部を炭素材で被覆されたものであり、前記ケイ素化合物粒子の表面若しくは前記炭素材の表面又はこれらの両方の少なくとも一部が、シリル基を有する化合物を含む層で被覆されたものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質である。　これにより、水系スラリーに対する安定性が高く、高容量であるとともに、サイクル特性及び初回効率が良好な非水電解質二次電池用負極活物質が提供される。

Description

非水電解質二次電池用負極活物質及び非水電解質二次電池、並びに非水電解質二次電池用負極材の製造方法
　本発明は、非水電解質二次電池用負極活物質及び非水電解質二次電池、並びに非水電解質二次電池用負極材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、炭素材料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、炭素材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及び収縮するため、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、サイクル特性を向上させるために、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、粒子の凝集性を抑制する手法として、粒子表面をシラン化合物などで処理する例が報告されている（例えば特許文献９）。また、電池内への水分持ち込み量を抑制するため、無機粒子表面を疎水化処理している（例えば特許文献１０）。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１１参照）。
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２０００－０４４２２６公報 特許第５１６０５４４号公報 特開２００７－２３４２５５号公報
　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、ケイ素材を用いたリチウムイオン二次電池は、炭素材を用いたリチウムイオン二次電池と同等に近い電池特性が望まれている。そこで、Ｌｉの挿入、一部脱離により改質されたケイ素酸化物を負極活物質として使用することで、電池のサイクル維持率、及び初回効率を改善してきた。しかしながら、改質後のケイ素酸化物はＬｉを用いて改質されたため、比較的耐水性が低い。そのため、負極の製造時に作製する、上記改質後のケイ素酸化物を含むスラリーの安定化が不十分となってしまい、スラリーの経時変化によってガスが発生することがあり、炭素系活物質の塗布に従来から一般的に使われている装置等を使用することができない場合が有ったり、または使用しづらいという問題があった。また、Ｌｉを用いて改質したケイ素化合物粒子の凝集性が強く、スラリーの塗工ができないという問題があった。このように、Ｌｉを用いた改質によって、初期効率及びサイクル維持率を改善したケイ素酸化物を使用する場合、水を含むスラリーの安定性が不十分となるため、二次電池の工業的な生産において優位な非水電解質二次電池用負極活物質を提案するには至っていなかった。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、水系スラリーに対する安定性が高く、高容量であるとともに、サイクル特性及び初回効率が良好な非水電解質二次電池用負極活物質を提供することを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明では、負極活物質粒子を含む非水電解質二次電池用負極活物質であって、
　前記負極活物質粒子は、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、
　前記ケイ素化合物粒子は、Ｌｉ化合物を含有し、
　前記ケイ素化合物粒子は、少なくともその一部を炭素材で被覆されたものであり、
　前記ケイ素化合物粒子の表面若しくは前記炭素材の表面又はこれらの両方の少なくとも一部が、シリル基を有する化合物を含む層で被覆されたものであることを特徴とする非水電解質二次電池用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有する負極活物質粒子が、その最表面に、シリル基を有する化合物を有しているため、電極作製時の活物質同士の凝集を抑制することができ、水系スラリーに対しての耐水性が高いものとなる。また、本発明は、ケイ素化合物粒子の表面の少なくとも一部が炭素材（以下、炭素被膜とも呼称する）で被覆されたものであるため、導電性に優れる。そのため、本発明の負極活物質を使用すれば、Ｌｉを用いて改質されたケイ素酸化物本来の特性を生かした高い電池容量及び良好なサイクル維持率を有する非水電解質二次電池を工業的な生産において優位に製造可能となる。なお、以下、ケイ素化合物粒子を含有する負極活物質粒子のことを、ケイ素系活物質粒子とも呼称する。また、このケイ素系活物質粒子を含む負極活物質のことを、ケイ素系活物質とも呼称する。
　また、前記シリル基が、炭素数が１～５である有機基を有するシリル基であることが好ましい。
　このようなシリル基であれば、負極活物質粒子に、適度な疎水性を付与することができる。
　また、前記ケイ素化合物粒子は、少なくともその一部にＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５から選ばれる少なくとも１種類以上を含むことが好ましい。
　Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５のようなＬｉシリケートは、Ｌｉ化合物として比較的安定しているため、より良好な電池特性が得られる。
　また、前記炭素材の被覆量が、前記ケイ素化合物粒子と前記炭素材の合計に対し０．５質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。
　このような炭素材の被覆量であれば、高容量であるとともに、導電性に優れる負極活物質粒子となる。
　また、前記負極活物質粒子のＪＩＳ　Ｋ７１９４に準拠する４探針法によって測定した３８．２ＭＰａ印加時の体積抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ未満であることが好ましい。
　体積抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ未満であれば、十分な導電性を確保できるため、より良好な電池特性が得られる。
　また、前記ケイ素化合物粒子は、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１．２°以上であり、その結晶面に対応する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下であることが好ましい。
　このような結晶子サイズを有するケイ素化合物粒子は、結晶性が低くＳｉ結晶の存在量が少ないため、電池特性を向上させることができる。
　また、前記ケイ素化合物粒子のメディアン径が０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
　メディアン径が０．５μｍ以上であれば、ケイ素化合物粒子の表面における副反応が起きる面積が小さいため、Ｌｉを余分に消費せず、電池のサイクル維持率を高く維持できる。また、メディアン径が２０μｍ以下であれば、Ｌｉ挿入時の膨張が小さく、割れ難くなり、かつ、亀裂が生じにくい。さらに、ケイ素化合物粒子の膨張が小さいため、例えば一般的に使用されているケイ素系活物質に炭素活物質を混合した負極活物質層などが破壊され難い。
　更に本発明では、上記本発明の非水電解質二次電池用負極活物質を含むことを特徴とする非水電解質二次電池を提供する。
　このような二次電池は、高いサイクル維持率及び初回効率を有するとともに、工業的に優位に製造することが可能なものである。
　更に本発明では、ケイ素化合物粒子を含有する負極活物質粒子を含む非水電解質二次電池用負極材の製造方法であって、
　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の少なくとも一部を炭素材で被覆する工程と、
　前記ケイ素化合物粒子に、Ｌｉを挿入することで、前記ケイ素化合物粒子を改質する工程と、
　前記改質後のケイ素化合物粒子の表面若しくは前記炭素材の表面又はこれらの両方の少なくとも一部に、シリル基を有する化合物を含む層を形成する工程と
を有し、前記シリル基を有する化合物を含む層を形成されたケイ素化合物粒子を負極活物質粒子として用いて、非水電解質二次電池用負極材を製造することを特徴とする非水電解質二次電池用負極材の製造方法を提供する。
　このような非水電解質二次電池用負極材の製造方法であれば、Ｌｉを用いて改質されたケイ素酸化物本来の特性を生かした高い電池容量及び良好なサイクル維持率を有する非水負極材を得ることができる。さらにこのようにして製造された負極材は、上記のようなシリル基を有する化合物を含む層を有するケイ素系活物質粒子を含有しているため、負極の製造時に作製するスラリーが安定なものとなる。すなわち、二次電池を工業的に優位に生産可能な負極材を得ることができる。
　本発明の負極活物質は、二次電池の製造時に作製するスラリーの安定性を向上させることができ、このスラリーを用いれば、工業的に使用可能な塗膜を形成できるので、実質的に電池容量、サイクル特性、及び初回充放電特性を向上させることができる。また、この負極活物質を含む本発明の二次電池は、工業的に優位に生産可能であり、電池容量、サイクル特性、及び初回充放電特性が良好なものとなる。また、本発明の二次電池を用いた電子機器、電動工具、電気自動車及び電力貯蔵システム等でも同様の効果を得ることができる。
　また、本発明の負極材の製造方法は、二次電池の製造時に作製するスラリーの安定性を向上させ、かつ、電池容量、サイクル特性、及び初回充放電特性を向上させることができる負極材を製造できる。
本発明の負極活物質に含まれるケイ素系活物質粒子のシリル基を有する化合物を含む層付近の構成の概略を示す図である。 本発明の負極活物質を含む負極の構成を示す断面図である。 本発明の負極活物質を製造する際に使用できるバルク内改質装置の一例を示す概略図である。 本発明の負極活物質を含むリチウムイオン二次電池の構成例（ラミネートフィルム型）を表す分解図である。
　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、ケイ素系活物質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。ケイ素系活物質を主材として用いたリチウムイオン二次電池は、炭素材を用いたリチウムイオン二次電池と同等に近いサイクル特性、初期効率が望まれているが、炭素材を用いたリチウムイオン二次電池と同等に近いサイクル特性、初期効率を得るためにＬｉを用いて改質したケイ素系活物質では安定したスラリーの作製が難しく、良質な負極電極を製造することは困難であった。
　そこで、本発明者らは、高電池容量であるとともに、サイクル特性及び初回効率が良好な非水電解質二次電池を容易に製造することが可能な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。そして、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する。このケイ素化合物粒子は、Ｌｉ化合物を含有する。また、ケイ素化合物粒子は、少なくともその一部を炭素材で被覆されたものである。さらに、ケイ素化合物粒子の表面若しくは炭素材の表面又はこれらの両方の少なくとも一部が、シリル基を有する化合物を含む層で被覆されたものである。
　ここで、図１に、ケイ素化合物粒子１の表層部付近の概略を示す。図１のように、ケイ素化合物粒子１の表面には炭素被膜２が形成されている。図１の場合、ケイ素化合物粒子の表面の一部に炭素被膜が形成されているが、炭素被膜はケイ素化合物粒子の全面に形成されていても良い。また、ケイ素化合物粒子１の表面と炭素被膜２の表面には、シリル基を有する化合物を含む層（シリル基領域）３が形成されている。図１では、シリル基を有する化合物を含む層３のシリル基がトリメチルシリル基の場合を例示しているが、これに特に限定されることは無い。
　このような負極活物質は、ケイ素系活物質粒子が、その最表面に、アルキルシリル基等のシリル基を有しているため、ケイ素系活物質粒子の凝集が抑制され、さらに水系スラリーに対しての耐水性が高いものとなる。従来、Ｌｉの挿入、脱離によって改質したケイ素酸化物は、水系スラリーにおいて凝集しやすく、さらに経時変化して、ガス発生が起こるため、量産化に不向きであった。しかしながら、本発明では、ケイ素系活物質粒子が、上記のようなシリル基を有する化合物を含む層を有することで、スラリーでの凝集を抑制し、スラリーの経時変化に伴うガス発生が起こりづらくなり、安定した塗膜を得ることができ、結着性を十分に確保することができる。また、本発明は、ケイ素化合物粒子の表面の少なくとも一部が炭素被膜で被覆されたものであるため、導電性に優れる。そのため、本発明の負極活物質を使用すれば、Ｌｉを用いて改質されたケイ素酸化物本来の特性を生かした高い電池容量及び良好なサイクル維持率を有する非水電解質二次電池を工業的な生産において優位に製造可能となる。シリル基を有する化合物を含む層の被覆量は特に限定されないが、例えば、負極活物質粒子に対して１０質量％以下とすることができる。また、被覆量の下限については、負極活物質粒子表面においてシリル基を有する化合物を含む層が形成されていればさえいればよいが、例えば、負極活物質粒子に対して０．０１質量％以上の被覆量とすることができる。
［負極の構成］
　続いて、このような本発明の負極活物質を含む二次電池の負極の構成について説明する。
　図２は、本発明の負極活物質を含む負極の断面図を表している。図２に示すように、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、本発明の非水電解質二次電池の負極においては、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、１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。これは、より高い変形抑制効果が得られるからである。
　負極集電体１１の表面は、粗化されていても良いし、粗化されていなくても良い。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、ケイ素系活物質粒子の他に炭素系活物質などの複数の種類の負極活物質を含んでいて良い。さらに、電池設計上、増粘剤（「結着剤」、「バインダー」とも呼称する）や導電助剤等の他の材料を含んでいても良い。また、負極活物質の形状は粒子状であって良い。
　上述のように、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、その組成としてはｘが１に近い方が好ましい。これは、高いサイクル特性が得られるからである。なお、本発明における酸化ケイ素材の組成は必ずしも純度１００％を意味しているわけではなく、微量の不純物元素やＬｉを含んでいても良い。
　また、本発明において、ケイ素化合物の結晶性は低いほどよい。具体的には、ケイ素化合物粒子は、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１．２°以上であり、その結晶面に対応する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下であることが望ましい。この結晶子サイズは、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より算出することができる。このように、特に結晶性が低くＳｉ結晶の存在量が少ないことにより、電池特性を向上させるだけでなく、安定的なＬｉ化合物の生成をすることができる。
　また、ケイ素化合物粒子のメディアン径は特に限定されないが、中でも０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば、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、ケイ素系活物質粒子が割れにくくなるからである。このメディアン径が０．５μｍ以上であれば、表面積が大きすぎないため、充放電時に副反応を起こしにくく、電池不可逆容量を低減することができる。一方、メディアン径が２０μｍ以下であれば、ケイ素系活物質粒子が割れにくく新生面が出にくいため好ましい。
　更に、本発明において、ケイ素系活物質は、ケイ素化合物粒子の少なくとも一部に含まれるＬｉ化合物として、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５から選ばれる少なくとも１種類以上が存在するものであることが好ましい。Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５のようなＬｉシリケートは、他のＬｉ化合物よりも比較的安定しているため、これらのＬｉ化合物を含むケイ素系活物質は、より安定した電池特性を得ることができる。これらのＬｉ化合物は、ケイ素化合物粒子の内部に生成するＳｉＯ２成分の一部をＬｉ化合物へ選択的に変更し、ケイ素化合物粒子を改質することにより得ることができる。
　ケイ素化合物粒子の内部のＬｉ化合物はＮＭＲ（核磁気共鳴）とＸＰＳ（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、本発明において、ケイ素化合物粒子の改質を行う際に、電気化学的手法や、酸化還元反応による改質、及び物理的手法である熱ドープ等の手法を用いることができる。特に、電気化学的手法及び酸化還元による改質を用いてケイ素化合物粒子を改質した場合、負極活物質の電池特性が向上する。また、改質では、ケイ素化合物粒子へのＬｉの挿入だけでなく、熱処理によるＬｉ化合物の安定化やケイ素化合物粒子からのＬｉの脱離を合わせて行うと良い。これにより、負極活物質の耐水性などといったスラリーに対する安定性がより向上する。
　また、本発明の負極活物質では、ケイ素化合物粒子が、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－９５～－１５０ｐｐｍに与えられるＳｉＯ２領域に由来するピークを持つことが好ましい。このように、改質によってケイ素化合物粒子中のＳｉＯ２領域を全て、Ｌｉ化合物に変更せずに、ある程度ＳｉＯ２領域を残しておくことで、スラリーに対する安定性がより向上する。
　また、上述のように、ケイ素系活物質粒子はケイ素化合物粒子の表面や炭素被膜の表面に、シリル基を有する化合物を含む層を有する。
　シリル基としてはアルキル基等の有機基を有するシリル基が挙げられる。この場合、炭素数が１～５である有機基を有するシリル基が好ましい。より好ましくは、炭素数１～５のアルキル基を有するシリル基である。この場合、アルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ターシャリーブチル基、イソブチル基であることが好ましい。アルキル鎖が炭素数５以下である場合、疎水性が強くなりすぎず、水系スラリーへの分散性が悪化しにくい。このようなアルキル基を有するシリル基としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基等のトリアルキルシリル基が挙げられる。この場合、３つのアルキルは上記のように同じであっても良いし、異なっていても良い。なお、炭素数１～５の有機基には不飽和結合を含んでいても良い。また、アルキル基中にフッ素原子を含んでいても良い。
　ケイ素化合物粒子の表面等がトリアルキルシリル基等のシリル基を有する化合物を含む層で被覆されることで、電極作製時にケイ素化合物粒子の凝集が抑制され、さらに耐水性が向上することよりスラリーの安定性が向上する。
　表面のアルキルシリル基等のシリル基は、ＴＯＦ－ＳＩＭＳによって同定することができる。最表層におけるアルキルシリル系化合物等のシリル基を有する化合物のフラグメントの検出は、例えば下記条件で行うことができる。
　アルバック・ファイ社製　ＰＨＩ　ＴＲＩＦＴ　２
・一次イオン源：　Ｇａ
・試料温度：　２５℃
・加速電圧：　５ｋＶ
・スポットサイズ：　１００μｍ×１００μｍ
・スパッタ：　Ｇａ、１００μｍ×１００μｍ、１０ｓ
・陽イオン質量スペクトル
・サンプル：　インジウムメタルに圧粉形成
　また、本発明の負極活物質においては、炭素材の被覆量が、ケイ素化合物粒子と炭素材の合計に対し０．５質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。このような炭素材の被覆量であれば、高容量であるとともに、導電性に優れる負極活物質粒子となる。
　また、本発明の負極活物質においては、負極活物質粒子のＪＩＳ　Ｋ７１９４に準拠する４探針法によって測定した３８．２ＭＰａ印加時の体積抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ未満であることが好ましい。体積抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ未満であれば、十分な導電性を確保できるため、より良好な電池特性が得られる。
［負極の製造方法］
　続いて、本発明の非水電解質二次電池の負極の製造方法の一例を説明する。
　最初に負極に含まれる負極材の製造方法を説明する。まず、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、ケイ素化合物粒子の少なくとも一部を炭素材で被覆する。次に、ケイ素化合物粒子に、Ｌｉを挿入することで、ケイ素化合物粒子を改質する。このとき、同時にケイ素化合物粒子の内部や表面にＬｉ化合物を生成させることができる。また、このとき、挿入したＬｉのうち、一部のＬｉをケイ素化合物粒子から脱離しても良い。次に、改質後のケイ素化合物粒子の表面若しくは炭素材の表面又はこれらの両方の少なくとも一部に、シリル基を有する化合物を含む層を形成する。そして、このようなシリル基を有する化合物を含む層を形成されたケイ素化合物粒子を負極活物質粒子として用いて、導電助剤やバインダと混合するなどして、負極材及び負極電極を製造できる。
　より具体的には、負極材は、例えば、以下の手順により製造される。
　まず、酸化珪素ガスを発生する原料を不活性ガスの存在下もしくは減圧下９００℃～１６００℃の温度範囲で加熱し、酸化ケイ素ガスを発生させる。この場合、原料は金属珪素粉末と二酸化珪素粉末との混合であり、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。粒子中のＳｉ結晶子は仕込み範囲や気化温度の変更、また生成後の熱処理で制御される。発生したガスは吸着板に堆積される。反応炉内温度を１００℃以下に下げた状態で堆積物を取出し、ボールミル、ジェットミルなどを用いて粉砕、粉末化を行う。
　次に、得られた粉末材料（ケイ素化合物粒子）の表層に炭素被膜（炭素材）を形成する。炭素被膜は、負極活物質の電池特性をより向上させるには効果的である。
　粉末材料の表層に炭素被膜を形成する手法としては、熱分解ＣＶＤが望ましい。熱分解ＣＶＤは炉内に酸化ケイ素粉末をセットし、炉内に炭化水素ガスを充満させ炉内温度を昇温させる。分解温度は特に限定しないが特に１２００℃以下が望ましい。より望ましいのは９５０℃以下であり、意図しないケイ素酸化物の不均化を抑制することが可能である。炭化水素ガスは特に限定することはないが、ＣｎＨｍ組成のうち３≧ｎが望ましい。低製造コスト及び分解生成物の物性が良いからである。
　次に、粉末材料のバルク内の改質を行う。バルク内改質を行う方法としては、電気化学法、酸化還元法、熱ドープ法が挙げられる。電気化学法は、電気化学的にＬｉを挿入・脱離し得る装置を用いて行うことが望ましい。特に装置構造を限定することはないが、例えば図３に示すバルク内改質装置２０を用いて、バルク内改質を行うことができる。バルク内改質装置２０は、有機溶媒２３で満たされた浴槽２７と、浴槽２７内に配置され、電源２６の一方に接続された陽電極（リチウム源、改質源）２１と、浴槽２７内に配置され、電源２６の他方に接続された粉末格納容器２５と、陽電極２１と粉末格納容器２５との間に設けられたセパレータ２４とを有している。粉末格納容器２５には、酸化珪素粒子（ケイ素系活物質粒子）２２が格納される。このように、粉末格納容器には、酸化珪素粒子を格納し、電源により酸化珪素粒子を格納した粉末格納容器と陽電極（リチウム源）に電圧をかける。これにより、ケイ素化合物粒子にリチウムを挿入、脱離することができるため、酸化珪素粒子２２を改質できる。得られた酸化珪素粒子を４００～８００℃で熱処理することによりＬｉ化合物を安定化させることができる。改質後には、アルコール、アルカリ水、弱酸、又は純水などで洗浄しても良い。
　浴槽２７内の有機溶媒２３として、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、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を用いることができる。また、有機溶媒２３に含まれる電解質塩として、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）などを用いることができる。
　陽電極２１はＬｉ箔を用いてもよく、また、Ｌｉ含有化合物を用いてもよい。Ｌｉ含有化合物として、炭酸リチウム、酸化リチウム、コバルト酸リチウム、オリビン鉄リチウム、ニッケル酸リチウム、リン酸バナジウムリチウムなどがあげられる。
　酸化還元法による改質では、例えば、まず、エーテル系溶媒にリチウムを溶解した溶液Ａにケイ素系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にさらに多環芳香族化合物または直鎖ポリフェニレン化合物を含ませても良い。得られたケイ素系活物質粒子を４００～８００℃で熱処理することによりＬｉ化合物を安定化させることができる。また、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にケイ素系活物質粒子を浸漬することで、ケイ素系活物質粒子から活性なリチウムを脱離させても良い。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、またはこれらの混合溶媒を使用できる。改質後には、アルコール、アルカリ水、弱酸、又は純水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、またはこれらの混合溶媒等を用いることができる。この中で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、ジエチレングリコールジメチルエーテル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に含まれてい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、トリフェニレン、コロネン、クリセン、およ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、およ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、トリフェニレン、コロネン、クリセン、およ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、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、またはこれらの混合溶媒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、およ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、およびイソプロピルアルコノ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、およびエチレンジアミン等を用いることができる。
　熱ドープ法を使用した改質の場合、例えば、粉末材料（ケイ素系活物質粒子）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をケイ素化合物粒子から脱離するには、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、弱酸や純水で洗浄する方法などを使用できる。
　続いて、改質後のケイ素化合物粒子の表面若しくは炭素材の表面又はこれらの両方の少なくとも一部に、シリル基を有する化合物を含む層を形成する。シリル基を有する化合物を含む層は、アルキルシラザン処理によって形成することが好ましい。このようにすれば、材料表面で処理が起こることで、効率よくシリル基を有する化合物を含む層を形成することができる。より具体的には、例えば、以下のような手順でシリル基を有する化合物を含む層を形成できる。なお、ケイ素化合物粒子や炭素材の表面にはＯＨ基が存在しており、このＯＨ基がアルキルシラザンの分解物と反応し、ケイ素化合物粒子や炭素材の表面にトリアルキルシリル基が導入されると考えられる。
　まず、脱水トルエンと、脱水トルエンの四分の一の質量分の改質後のケイ素化合物粒子と改質後のケイ素化合物粒子の３質量％相当のＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を容器に投入し、１時間撹拌する。その後、負極活物質粒子としてシリル基を有する化合物を含む層を形成されたケイ素化合物粒子を濾取する。
　続いて、上記の層を有するケイ素化合物粒子を含むケイ素系活物質と必要に応じて炭素系活物質を混合するとともに、これらの負極活物質とバインダ、導電助剤など他の材料とを混合し負極合剤としたのち、有機溶剤又は水などを加えてスラリーとする。
　次に、図２に示したように、負極集電体１１の表面に、この負極合剤のスラリーを塗布し、乾燥させて、負極活物質層１２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良い。以上のようにして、本発明の非水電解質二次電池の負極を製造することができる。
＜リチウムイオン二次電池＞
　次に、本発明の非水電解質二次電池について説明する。本発明の非水電解質二次電池は本発明の負極活物質を含むものである。ここでは本発明の非水電解質二次電池の具体例として、ラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池について説明する。
［ラミネートフィルム型二次電池の構成］
　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３０は、主にシート状の外装部材３５の内部に巻回電極体３１が収納されたものである。この巻回電極体３１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３２が取り付けられ、負極に負極リード３３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３２、３３は、例えば、外装部材３５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３２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３３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３５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巻回電極体３１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３５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３４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。
　正極は、例えば、図２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、設計に応じて正極結着剤、正極導電助剤、分散剤などの他の材料を含んでいても良い。この場合、正極結着剤、正極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）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物などが挙げられる。リチウムニッケルコバルト複合酸化物としては、例えばリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物（ＮＣＡ）やリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＮＣＭ）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、高い電池容量を得ることができるとともに、優れたサイクル特性も得ることができる。
［負極］
　負極は、上記した図２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、集電体の両面に負極活物質層を有している。この負極は、正極活物質剤から得られる電気容量（電池としての充電容量）に対して、負極充電容量が大きくなることが好ましい。これにより、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。
　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、同様に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。
　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、これによって負極活物質の組成などを、充放電の有無に依存せずに再現性良く正確に調べることができる。
［セパレータ］
　セパレータは正極と負極を隔離し、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。これは、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。
　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。これは、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］
　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、必要に応じて正極結着剤、正極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２を参照）。
　続いて、電解液を調製する。続いて、超音波溶接などにより、正極集電体に正極リード３２を取り付けると共に、負極集電体に負極リード３３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３１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３５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、一方向のみ開放状態にて、巻回電極体を封入する。続いて、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。続いて、開放部から上記調製した電解液を所定量投入し、真空含浸を行う。含浸後、開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二次電池３０を製造することができる。
　上記作製したラミネートフィルム型二次電池３０等の本発明の非水電解質二次電池において、充放電時の負極利用率が９３％以上９９％以下であることが好ましい。負極利用率を９３％以上の範囲とすれば、初回充電効率が低下せず、電池容量の向上を大きくできる。また、負極利用率を９９％以下の範囲とすれば、Ｌｉが析出してしまうことがなく安全性を確保できる。
　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二次電池３０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アルミニウム複合酸化物（ＬｉＮｉ０．７Ｃｏ０．２５Ａｌ０．０５Ｏ）９５質量部と、正極導電助剤（アセチレンブラック）２．５質量部と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン、ＰＶＤＦ）２．５質量部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、ケイ素系活物質を以下のように作製した。金属ケイ素と二酸化ケイ素を混合した原料（気化出発材）を反応炉へ設置し、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。粒径を調整した後、熱ＣＶＤを行うことで炭素被膜を被覆した。続いて、炭素被膜を被覆したケイ素化合物粒子に対して４質量％に相当する質量のＬｉＨ粉末をアルゴン雰囲気下で混合し、シェイカーで撹拌した。その後、雰囲気制御炉で、攪拌した粉末を７４０℃の熱処理を行うことで改質を行った。次に、改質後のケイ素化合物粒子を、改質後のケイ素化合物粒子の２倍量の脱水トルエンにＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を３質量％溶解させた混合溶液に投入し、室温で１時間撹拌した。その後、撹拌後のケイ素化合物粒子を濾過、乾燥しトルエンを除去した。これにより、トリメチルシリル基を有する化合物を含む層を形成した。以上のようにして、ケイ素系活物質を製造した。
　以上のようにして作製したケイ素系活物質と、炭素系活物質を１：９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、炭素系活物質のメディアン径は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（メディアン径が約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）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、負極合剤スラリーの安定性を測定するため、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状況を確認した。
　また、負極集電体としては、電解銅箔（厚さ１５μｍ）を用いた。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、溶媒として、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を混合したのち、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：ＤＥＣ＝１：２：７とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して１．０ｍｏｌ／ｋｇとした。さらに、得られた電解液にビニレンカーボネート（ＶＣ）を１．５質量％添加した。
　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、長手方向に巻回させ巻回電極体を得た。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１２μｍを用いた。続いて、外装部材間に電極体を挟んだのち、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、開口部から調製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２９９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３００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２９９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、初回効率を算出した。この場合、試験セルとして２０３２型コイン電池を組み立てた。
　負極としては、上記のラミネートフィルム型の二次電池のケイ素系活物質を含む電極と同様の手順で作製したものを使用した。電解液としては、上記のラミネートフィルム型の二次電池の電解液と同様の手順で作製したものを使用した。対極としては、厚さ０．５ｍｍの金属リチウム箔を使用した。また、セパレータとして、厚さ２０μｍのポリエチレンを用いた。続いて、２０３２型コイン電池の底ブタ、リチウム箔、セパレータを重ねて、電解液１５０ｍＬを注液し、続けて負極、スペーサ（厚さ１．０ｍｍ）を重ねて、電解液１５０ｍＬを注液し、続けてスプリング、コイン電池の上ブタの順にくみ上げ、自動コインセルカシメ機でかしめることで、２０３２型コイン電池を作製した。
　続いて、作製した２０３２型コイン電池を、０．０Ｖに達するまで定電流密度、０．２ｍＡ／ｃｍ２で充電し、電圧が０．０Ｖに達した段階で０．０Ｖ定電圧で電流密度が０．０２ｍＡ／ｃｍ２に達するまで充電し、放電時は０．２ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度で電圧が１．２Ｖに達するまで放電した。そして、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。
　また、試作したサンプル（ケイ素系活物質）のＴＯＦ－ＳＩＭＳ分析を行い、Ｃ３Ｈ５成分の強度に対するＴＭＳ（トリメチルシリル）成分の強度の測定を行った。
（比較例１－１）
　炭素被膜及びシリル基を有する化合物を含む層の形成を行わなかったこと以外、実施例１－１と同様の手順で、二次電池のサイクル特性の評価等を行った。
（比較例１－２）
　シリル基を有する化合物を含む層の形成を行わなかったこと以外、実施例１－１と同様の手順で、二次電池のサイクル特性の評価等を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　表１中のＸ１～Ｘ３は、トリアルキルシリル基が有する３つのアルキル基の種類を示すものである。
　表１に示すように、ＨＭＤＳによる表面処理を行っていない場合（比較例１－１、１－２）、Ｃ３Ｈ５成分の強度に対するＴＭＳ成分の強度は０であり、表面にＴＭＳ基は存在していない。これに対してＨＭＤＳ処理を行った実施例１－１ではＣ３Ｈ５成分の強度に対するＴＭＳ成分の強度が確認され、表面にＴＭＳ基が存在することが確認された。
　また、これらの粉を用いてガス発生、電池特性の確認を行ったところ、表１に示すように、トリメチルシリル基を有する場合、凝集物が無くなった。また、シリル基による表面コートにより疎水化されたことによりスラリーのガス発生の抑制効果も見られた。結果として初回効率・サイクル維持率共に向上した。シリル基を持たない場合、スラリーのガス発生までの時間が短く、さらに凝集物ができてしまい、結果として初回効率・サイクル維持率共に悪い結果となった。
（実施例２－１～２－４）
　Ｌｉドープ量を変えてＬｉシリケート種を変更した以外、実施例１－１と同様の手順で、二次電池のサイクル特性の評価等を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、いずれのＬｉシリケートの場合でも、凝集物は見られず、ガス発生も良好な結果が得られた。また、Ｌｉ化合物を含んでいる場合、初回効率、容量維持率共に良好な結果が得られた。
（実施例３－１～３－５）
　炭素材（炭素被覆層）の被覆量を変更した以外、実施例１－１と同様の手順で、二次電池のサイクル特性の評価等を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示すように、炭素被覆量が多い場合、導電が良好なため放電がしっかり行われ、初回効率が向上する。これによりサイクルも高い維持率が得られた。炭素被覆量が１５質量％より多くなる場合、ＳｉＯの容量メリットが小さくなるため現実的ではない。一方で、導電性が悪くなってしまうため、炭素被覆量は０．５質量％以上が望ましい。
（実施例４－１、４－２）
　改質方法を酸化還元法に変更し、ケイ素化合物粒子の結晶子サイズも変更したこと以外、実施例１－１と同様の手順で、二次電池のサイクル特性の評価等を行った。
　実施例４－１、４－２において、炭素被膜を被覆したケイ素化合物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う場合、まず、炭素被膜を被覆したケイ素化合物粒子を、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Ａ）に浸漬した。この溶液Ａ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、炭素被膜を被覆したケイ素化合物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、改質後のケイ素化合物粒子を濾取した。以上の処理によりケイ素化合物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、安定化後のケイ素化合物粒子を洗浄処理し、洗浄処理後のケイ素化合物粒子を減圧下で乾燥処理した。次に、乾燥後のケイ素化合物粒子を、改質後のケイ素化合物粒子の２倍量の脱水トルエンにＨＭＤＳを３質量％溶解させた混合溶液に投入し、室温で１時間撹拌した。その後、撹拌後のケイ素化合物粒子を濾過、乾燥しトルエンを除去した。これにより、トリメチルシリル基を有する化合物を含む層を形成した。以上のようにして、ケイ素系活物質を製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４に示すように、結晶子サイズを小さくすることで、サイクル維持率が大きく向上した。これは結晶子サイズが小さいことにより、ケイ素の膨張収縮が緩和されることに由来すると考えられる。また、ドープ手法を酸化還元ドープに変えても、トリメチルシリル基を有することで凝集物の抑制ができ、ガス発生の日数も遅くすることができた。
（実施例５－１～５－５）
　ケイ素化合物粒子の粒子径（Ｄ５０）及び改質方法を変更した以外、実施例１－１と同様の手順で、二次電池のサイクル特性の評価等を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　ＳｉＯを含むケイ素化合物粒子の粒子径が小さすぎると表面積が大きくなりすぎるため、ガス発生の日数を長くするためには、２μｍ以上がより好ましい。粒子径が大きくなることで表面積が小さくなるため、ガス発生日数を遅らせることができる。また、電池内での副反応も抑制されることから、初回効率・サイクル維持率共に向上する。一方で粒子径が大きすぎる場合、ＳｉＯは充放電における膨張収縮が大きいため、バルク破壊が起こる恐れがあるため、２０μｍ以下が望ましい。
　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 (9)

  1. 　負極活物質粒子を含む非水電解質二次電池用負極活物質であって、
    　前記負極活物質粒子は、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、
    　前記ケイ素化合物粒子は、Ｌｉ化合物を含有し、
    　前記ケイ素化合物粒子は、少なくともその一部を炭素材で被覆されたものであり、
    　前記ケイ素化合物粒子の表面若しくは前記炭素材の表面又はこれらの両方の少なくとも一部が、シリル基を有する化合物を含む層で被覆されたものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質。
  2. 　前記シリル基が、炭素数が１～５である有機基を有するシリル基であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
  3. 　前記ケイ素化合物粒子は、少なくともその一部にＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５から選ばれる少なくとも１種類以上を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
  4. 　前記炭素材の被覆量が、前記ケイ素化合物粒子と前記炭素材の合計に対し０．５質量％以上１５質量％以下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項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
  5. 　前記負極活物質粒子のＪＩＳ　Ｋ７１９４に準拠する４探針法によって測定した３８．２ＭＰａ印加時の体積抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ未満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項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
  6. 　前記ケイ素化合物粒子は、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１．２°以上であり、その結晶面に対応する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下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項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
  7. 　前記ケイ素化合物粒子のメディアン径が０．５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質を含むことを特徴とする非水電解質二次電池。
  9. 　ケイ素化合物粒子を含有する負極活物質粒子を含む非水電解質二次電池用負極材の製造方法であって、
    　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の少なくとも一部を炭素材で被覆する工程と、
    　前記ケイ素化合物粒子に、Ｌｉを挿入することで、前記ケイ素化合物粒子を改質する工程と、
    　前記改質後のケイ素化合物粒子の表面若しくは前記炭素材の表面又はこれらの両方の少なくとも一部に、シリル基を有する化合物を含む層を形成する工程と
    を有し、前記シリル基を有する化合物を含む層を形成されたケイ素化合物粒子を負極活物質粒子として用いて、非水電解質二次電池用負極材を製造することを特徴とする非水電解質二次電池用負極材の製造方法。
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