JP6690381B2 - Negative electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解質二次電池の負極活物質として好適なアルカリ金属塩含有シリコンオキシカーバイド及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an alkali metal salt-containing silicon oxycarbide suitable as a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for producing the same.
近年の携帯型電子機器の小型化、高性能化に伴い、これらに搭載されているリチウムイオン二次電池の高容量化が希求されている。リチウムイオン二次電池の高容量化手段として、現在負極活物質として使用されている黒鉛よりも高容量な珪素、ゲルマニウム、錫およびそれらの金属酸化物、合金化物、金属オキシカーバイドを負極活物質に使用する検討がなされている。中でも、珪素及び酸化珪素(SiO)は高容量を有することから、次世代の負極活物質として注目されている。しかしながら、珪素及び酸化珪素はリチウム吸蔵時の体積膨張率が高いために充放電による劣化が大きく、サイクル特性が不十分である。このように、サイクル特性と高容量を兼ね備えた活物質が求められている中で、珪素や酸化珪素と比較して容量は高くはないが、リチウム吸蔵による体積膨張率が低く抑えられ、安定したサイクル特性を示すシリコンオキシカーバイド(SiOC)が注目されている(特許文献1)。 With the recent miniaturization and higher performance of portable electronic devices, there is a demand for higher capacity of lithium ion secondary batteries mounted therein. As a means for increasing the capacity of lithium-ion secondary batteries, silicon, germanium, tin and their metal oxides, alloys, and metal oxycarbides, which have higher capacities than graphite currently used as the negative electrode active material, are used as the negative electrode active material. It is being considered for use. Among them, silicon and silicon oxide (SiO) have attracted attention as a next-generation negative electrode active material because they have a high capacity. However, since silicon and silicon oxide have a high volume expansion coefficient when occluding lithium, they are greatly deteriorated by charging and discharging, and the cycle characteristics are insufficient. As described above, in the demand for an active material having both cycle characteristics and high capacity, the capacity is not higher than that of silicon or silicon oxide, but the volume expansion coefficient due to lithium occlusion is suppressed to be low and stable. Silicon oxycarbide (SiOC), which exhibits cycle characteristics, is drawing attention (Patent Document 1).
一方、シリコンオキシカーバイドは初回クーロン効率が低く、実用化の大きな障害となっている。この初回クーロン効率を改善するために、活物質に予めリチウムを添加するリチウムドープという技術が検討されている。この技術をシリコンオキシカーバイドに用いることで、初回クーロン効率が改善することが知られている(特許文献2)。しかしながら、従来技術で作製されるリチウムドープされたシリコンオキシカーバイドは、物質中に反応性の高いリチウムが残存するため、水や空気中の酸素とリチウムが容易に反応してしまう。そのため、大気中での取り扱いができず、また、負極製造プロセスで一般的に用いられる水系バインダーが使用できないため、実用化場面で問題がある。 On the other hand, silicon oxycarbide has a low initial coulombic efficiency, which is a major obstacle to its practical application. In order to improve the initial Coulombic efficiency, a technique called lithium doping in which lithium is added to the active material in advance has been studied. It is known that the initial Coulombic efficiency is improved by using this technique for silicon oxycarbide (Patent Document 2). However, in the lithium-doped silicon oxycarbide prepared by the conventional technique, highly reactive lithium remains in the substance, so that oxygen in water or air easily reacts with lithium. Therefore, it cannot be handled in the air, and since an aqueous binder that is generally used in the negative electrode manufacturing process cannot be used, there is a problem in practical use.
上記実情を鑑み、本発明が解決しようとする課題は、高い容量、優れた初回クーロン効率を有し、かつ、大気中での取り扱いが可能な非水電解質二次電池負極の活物質として好適な材料を提供することにあり、更には、該材料の製造方法、該活物質を用いた負極、及び該負極を有する非水電解質二次電池を提供することにある。 In view of the above circumstances, the problem to be solved by the present invention is to have a high capacity, an excellent initial Coulombic efficiency, and be suitable as an active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode that can be handled in the atmosphere. It is to provide a material, and further to provide a method for producing the material, a negative electrode using the active material, and a non-aqueous electrolyte secondary battery having the negative electrode.
本発明者らは上記課題を解決すべく、リチウムドープされたシリコンオキシカーバイド中に含まれる不可逆なリチウム吸蔵サイトの存在に注目して鋭意検討を重ねた結果、この不可逆なリチウム吸蔵サイトを無くすことで、大気中での取扱いに問題がなく、水系バインダーも採用できるなどの実用性が高い負極活物質を得るための材料を提供することができ、かつ、該材料を負極活物質として用いた場合に、リチウムドープ技術で得られた活物質を用いた場合と同等の優れた初回クーロン効率が得られることを見出し、本発明を完成させた。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made intensive studies by paying attention to the existence of an irreversible lithium storage site contained in lithium-doped silicon oxycarbide, and eliminating this irreversible lithium storage site. Thus, it is possible to provide a material for obtaining a highly practical negative electrode active material such that there is no problem in handling in the air and an aqueous binder can be adopted, and when the material is used as the negative electrode active material. In addition, they found that the same excellent initial Coulombic efficiency as that obtained by using the active material obtained by the lithium doping technique can be obtained, and completed the present invention.
本発明は、シリコンオキシカーバイドとアルカリ金属塩とを含有す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。 The present invention provides a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which contains silicon oxycarbide and an alkali metal salt.
また、本発明は、該非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法を提供する。 The present invention also provides a method for producing the negative electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery.
さらに、該非水電解質二次電池用負極活物質を用いた非水電解質二次電池負極、該負極を有する非水電解質二次電池を提供する。 Further provided are a non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode using the negative electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery having the negative electrode.
すなわち本発明は、以下の項1〜項12に関する。
項1.シリコンオキシカーバイドとアルカリ金属塩とを含有することを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質。
項2.
前記シリコンオキシカーバイドが、SiOyCz(0<y<3、0<z<10)の組成式で表される項1に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
項3.
前記アルカリ金属塩のアルカリ金属が、リチウム又はナトリウムであることを特徴とする項1に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
項4.
アルカリ金属塩の含有量が、シリコンオキシカーバイド中の珪素原子(Si)とアルカリ金属塩中のアルカリ金属原子(MA)の比が0<MA/Si<10の範囲で表せる量であることを特徴とする項1に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
項5.
項1〜項4に記載の非水電解質二次電池用負極活物質とバインダーとを含むことを特徴とする非水電解質二次電池用負極。
項6.
項5に記載の非水電解質二次電池用負極を有することを特徴とする非水電解質二次電池。
項7.
シリコンオキシカーバイドと、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むアルカリ金属源とを混合し、アルカリ金属含有シリコンオキシカーバイドを得る工程(1)と、
工程(1)により得られたアルカリ金属含有シリコンオキシカーバイドを、アルコール、水及び酸性溶液からなる群より選ばれる少なくとも1種で洗浄処理する工程(2)を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
項8.
前記アルカリ金属源が、リチウム、ナトリウム、リチウム金属化合物及びナトリウム金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする項7に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
項9.
前記アルコールが、200℃以下の沸点を有するアルコールである項7に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
項10.
前記酸性溶液が、無機酸、スルホン酸及びカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の溶液である項7に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
項11.
シリコンオキシカーバイドと、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むアルカリ金属源とを混合し、アルカリ金属含有シリコンオキシカーバイドを得る工程(1)と、
工程(1)で得られたアルカリ金属含有シリコンオキシカーバイドを酸素雰囲気又は窒素雰囲気中で加熱する工程(2)を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
項12.
前記アルカリ金属源が、リチウム、ナトリウム、リチウム金属化合物及びナトリウム金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする項11に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
That is, the present invention relates to the following items 1 to 12.
Item 1. A negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which contains silicon oxycarbide and an alkali metal salt.
Item 2.
Item 2. The negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Item 1, wherein the silicon oxycarbide is represented by a composition formula of SiOyCz (0 <y <3, 0 <z <10).
Item 3.
Item 2. The negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Item 1, wherein the alkali metal of the alkali metal salt is lithium or sodium.
Item 4.
The content of the alkali metal salt is such that the ratio of the silicon atom (Si) in the silicon oxycarbide and the alkali metal atom (MA) in the alkali metal salt can be expressed in the range of 0 <MA / Si <10. The negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Item 1.
Item 5.
Item 4. A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising the negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of items 1 to 4 and a binder.
Item 6.
Item 6. A non-aqueous electrolyte secondary battery having the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Item 5.
Item 7.
A step (1) of mixing silicon oxycarbide and an alkali metal source containing at least one selected from the group consisting of alkali metals and alkali metal compounds to obtain an alkali metal-containing silicon oxycarbide;
A non-aqueous electrolyte (2) comprising a step (2) of washing the alkali metal-containing silicon oxycarbide obtained in the step (1) with at least one selected from the group consisting of alcohol, water and an acidic solution. Manufacturing method of negative electrode active material for secondary battery.
Item 8.
Item 8. The method for producing a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Item 7, wherein the alkali metal source is at least one selected from the group consisting of lithium, sodium, lithium metal compounds and sodium metal compounds. Method.
Item 9.
Item 8. The method for producing a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Item 7, wherein the alcohol is an alcohol having a boiling point of 200 ° C or lower.
Item 10.
Item 8. The method for producing a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Item 7, wherein the acidic solution is at least one kind of solution selected from the group consisting of inorganic acids, sulfonic acids and carboxylic acids.
Item 11.
A step (1) of mixing silicon oxycarbide and an alkali metal source containing at least one selected from the group consisting of alkali metals and alkali metal compounds to obtain an alkali metal-containing silicon oxycarbide;
A method for producing a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a step (2) of heating the alkali metal-containing silicon oxycarbide obtained in the step (1) in an oxygen atmosphere or a nitrogen atmosphere.
Item 12.
Item 12. The negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Item 11, wherein the alkali metal source is at least one selected from the group consisting of lithium, sodium, lithium metal compounds and sodium metal compounds. Method.
本発明のシリコンオキシカーバイドとアルカリ金属塩とを含有する非水電解質二次電池負極用活物質は、安全性が高く、大気中での取扱いが容易であることから、電池製造時の作業性が改善され、また、負極製造に一般に用いられる水性バインダーも採用可能である。さらに、該活物質は、優れた電池特性を発揮する。具体的には、高い容量を有し、かつ、優れた初回クーロン効率を有する。このように本発明は、安全性を確保しつつ、従来知られたリチウムドープ手法と同等の電池特性を達成可能な格別顕著な効果を奏する。また、本発明によれば、上記のような優れた特性を有するシリコンオキシカーバイドとアルカリ金属塩とを含有する非水電解質二次電池負極用活物質を簡便に製造することができる。 The active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode containing the silicon oxycarbide and the alkali metal salt of the present invention has high safety and is easy to handle in the air, and therefore has good workability during battery production. Aqueous binders that have been improved and are commonly used in the production of negative electrodes can also be employed. Furthermore, the active material exhibits excellent battery characteristics. Specifically, it has a high capacity and excellent initial Coulombic efficiency. As described above, the present invention exerts a particularly remarkable effect capable of achieving the battery characteristics equivalent to those of the conventionally known lithium doping method while ensuring safety. Further, according to the present invention, an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode containing silicon oxycarbide and an alkali metal salt having the above excellent properties can be easily produced.
以下、詳細に本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明は、シリコンオキシカーバイドとアルカリ金属塩とを含有す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。 The present invention is a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which contains silicon oxycarbide and an alkali metal salt.
まず、本発明においた用いた技術用語を説明する。
<シリコンオキシカーバイド>
本発明に用いるシリコンオキシカーバイド(SiOCとも表記される)は、珪素含有複合樹脂を熱分解することで得られる。このようにして得られるシリコンオキシカーバイドは珪素、炭素、酸素を広範囲の組み合わせ割合で含む。シリコンオキシカーバイドの組成はSiOyCzとあらわすことができ、SiOyCz(0<y<3、0<z<10)の組成式で表されるシリコンオキシカーバイドであることが好ましく、SiOyCz(0<y<2、0<z<10)の組成式で表されるシリコンオキシカーバイドであることがさらに好ましい。
First, technical terms used in the present invention will be described.
<Silicon oxycarbide>
Silicon oxycarbide (also referred to as SiOC) used in the present invention is obtained by thermally decomposing a silicon-containing composite resin. The silicon oxycarbide thus obtained contains silicon, carbon and oxygen in a wide range of combination ratios. The composition of silicon oxycarbide can be represented as SiOyCz, and is preferably silicon oxycarbide represented by the composition formula of SiOyCz (0 <y <3, 0 <z <10), and SiOyCz (0 <y <2 , 0 <z <10) is more preferable.
ここで、珪素含有複合樹脂とは、ポリカルボシラン、ポリシラザン、ポリシラン及びポリシロキサンセグメントを少なくとも1つ含む樹脂である。 Here, the silicon-containing composite resin is a resin containing at least one of polycarbosilane, polysilazane, polysilane, and polysiloxane segment.
本発明に用いるシリコンオキシカーバイドの製造方法として、例えば、次のような方法が挙げられる。 Examples of the method for producing silicon oxycarbide used in the present invention include the following methods.
後記する実施例では、シラノール基および/または加水分解性シリル基、並びにポリシロキサンセグメント(a1)と、該ポリシロキサンセグメント(a1)以外の重合体セグメント(a2)とを有する珪素含有複合樹脂(A)を熱分解して得られるシリコンオキシカーバイドを使用している。前記ポリシロキサンセグメント(a1)が、下記一般式(S−2)および/または下記一般式(S−3)で表される構造単位を有するポリシロキサンセグメントであるものを用いることが好ましい。 In Examples described later, a silicon-containing composite resin (A containing a silanol group and / or a hydrolyzable silyl group, a polysiloxane segment (a1), and a polymer segment (a2) other than the polysiloxane segment (a1). ) Is obtained by thermal decomposition of silicon oxycarbide. It is preferable to use one in which the polysiloxane segment (a1) is a polysiloxane segment having a structural unit represented by the following general formula (S-2) and / or the following general formula (S-3).
(前記一般式(S−2)及び(S−3)中、R3、R4及びR5は、それぞれ独立して炭素原子数が1〜6のアルキル基、炭素原子数が3〜8のシクロアルキル基、アリール基または炭素原子数が7〜12のアラルキル基を示す。)
この場合、前記ポリシロキサンセグメント(a1)の含有率が、前記珪素含有複合樹脂(A)に対して10〜95質量%であることが好ましい。また、前記重合体セグメント(a2)が、ビニル重合体セグメントであることが好ましい。さらに、前記珪素含有複合樹脂(A)が、ポリシロキサンセグメント(a1)と重合体セグメント(a2)とが下記の構造式(S−5)で示される構造で結合した複合樹脂であることが好ましい。
(In the general formulas (S-2) and (S-3), R 3 , R 4 and R 5 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and 3 to 8 carbon atoms. It represents a cycloalkyl group, an aryl group or an aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms.)
In this case, the content of the polysiloxane segment (a1) is preferably 10 to 95 mass% with respect to the silicon-containing composite resin (A). Further, the polymer segment (a2) is preferably a vinyl polymer segment. Furthermore, it is preferable that the silicon-containing composite resin (A) is a composite resin in which a polysiloxane segment (a1) and a polymer segment (a2) are bonded in a structure represented by the following structural formula (S-5). .
(式中、炭素原子は重合体セグメント(a2)を構成する炭素原子であり、2個の珪素原子はポリシロキサンセグメント(a1)を構成する珪素原子である) (In the formula, carbon atoms are carbon atoms constituting the polymer segment (a2), and two silicon atoms are silicon atoms constituting the polysiloxane segment (a1).)
ここで言う珪素含有複合樹脂(A)としては、例えば、前記ポリシロキサンセグメント(a1)が前記重合体セグメント(a2)の側鎖に化学的に結合したグラフト構造を有する複合樹脂、前記重合体セグメント(a2)の末端に前記ポリシロキサンセグメント(a1)が化学的に結合したブロック構造を有する複合樹脂等が挙げられる。 Examples of the silicon-containing composite resin (A) used herein include, for example, a composite resin having a graft structure in which the polysiloxane segment (a1) is chemically bonded to a side chain of the polymer segment (a2), and the polymer segment. Examples thereof include a composite resin having a block structure in which the polysiloxane segment (a1) is chemically bonded to the end of (a2).
前記珪素含有複合樹脂(A)が有するポリシロキサンセグメント(a1)は、該ポリシロキサンセグメント(a1)中に重合性二重結合など加熱により反応が可能な官能基を有していてもよい。熱分解前に珪素含有複合樹脂(A)を加熱処理することにより、架橋反応が進行し、固体状とすることにより、熱分解処理を容易に行うことができる。 The polysiloxane segment (a1) included in the silicon-containing composite resin (A) may have a functional group capable of reacting by heating such as a polymerizable double bond in the polysiloxane segment (a1). By heat-treating the silicon-containing composite resin (A) before thermal decomposition, the crosslinking reaction proceeds, and by making it solid, the thermal decomposition treatment can be easily performed.
前記重合性二重結合としては、例えば、ビニル基や(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。重合性二重結合は、ポリシロキサンセグメント(a1)中に2つ以上存在することが好ましく3〜200個存在することがより好ましく、3〜50個存在することが更に好ましい。また、珪素含有複合樹脂(A)として重合性二重結合が2個以上存在する複合樹脂を使用することによって、架橋反応が容易に進行させることができる。 Examples of the polymerizable double bond include a vinyl group and a (meth) acryloyl group. Two or more polymerizable double bonds are preferably present in the polysiloxane segment (a1), more preferably 3 to 200, and even more preferably 3 to 50. Further, by using a composite resin having two or more polymerizable double bonds as the silicon-containing composite resin (A), the crosslinking reaction can easily proceed.
前記ポリシロキサンセグメント(a1)は、シラノール基および/または加水分解性シリル基を有している。前記熱硬化反応と並行して、シラノール基中の水酸基や加水分解性シリル基中の前記加水分解性基の間で加水分解縮合反応が進行することで、得られる塗膜のポリシロキサン構造の架橋反応が進行し、固体状の珪素含有複合樹脂(A)を得ることができる。 The polysiloxane segment (a1) has a silanol group and / or a hydrolyzable silyl group. In parallel with the thermosetting reaction, a hydrolysis-condensation reaction proceeds between the hydroxyl group in the silanol group and the hydrolyzable group in the hydrolyzable silyl group to crosslink the polysiloxane structure of the obtained coating film. The reaction proceeds, and a solid silicon-containing composite resin (A) can be obtained.
本発明で言うシラノール基とは珪素原子に直接結合した水酸基を有する珪素含有基である。本発明で言う加水分解性シリル基とは珪素原子に直接結合した加水分解性基を有する珪素含有基であり、具体的には、例えば、下記の一般式で表される基が挙げられる。 The silanol group referred to in the present invention is a silicon-containing group having a hydroxyl group directly bonded to a silicon atom. The hydrolyzable silyl group referred to in the present invention is a silicon-containing group having a hydrolyzable group directly bonded to a silicon atom, and specific examples thereof include groups represented by the following general formula.
(式中、R1はアルキル基、アリール基又はアラルキル基等の1価の有機基を、R2はハロゲン原子、アルコキシ基、アシロキシ基、アリールオキシ基、メルカプト基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、イミノオキシ基又はアルケニルオキシ基である。またbは0〜2の整数である。) (In the formula, R 1 represents a monovalent organic group such as an alkyl group, an aryl group or an aralkyl group, and R 2 represents a halogen atom, an alkoxy group, an acyloxy group, an aryloxy group, a mercapto group, an amino group, an amide group, an amino group. It is an oxy group, an iminooxy group or an alkenyloxy group, and b is an integer of 0 to 2.)
前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、1,1−ジメチルブチル基、1,2−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、1−エチルブチル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,2,2−トリメチルプロピル基、1−エチル−2−メチルプロピル基、1−エチル−1−メチルプロピル基等が挙げられる。 Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, a tert-pentyl group, 1-methylbutyl group, 2-methylbutyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1-ethylpropyl group, hexyl group, isohexyl group, 1-methylpentyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 1, 1-dimethylbutyl group, 1,2-dimethylbutyl group, 2,2-dimethylbutyl group, 1-ethylbutyl group, 1,1,2-trimethylpropyl group, 1,2,2-trimethylpropyl group, 1-ethyl Examples include 2-methylpropyl group and 1-ethyl-1-methylpropyl group.
前記アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−ビニルフェニル基、3−イソプロピルフェニル基等が挙げられる。 Examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, a 2-methylphenyl group, a 3-methylphenyl group, a 4-methylphenyl group, a 4-vinylphenyl group and a 3-isopropylphenyl group.
前記アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、ジフェニルメチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。 Examples of the aralkyl group include a benzyl group, a diphenylmethyl group, a naphthylmethyl group and the like.
前記ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。 Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom and the like.
前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、第二ブトキシ基、第三ブトキシ基等が挙げられる。 Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a butoxy group, a second butoxy group, and a third butoxy group.
前記アシロキシ基としては、例えば、ホルミルオキシ、アセトキシ、プロパノイルオキシ、ブタノイルオキシ、ピバロイルオキシ、ペンタノイルオキシ、フェニルアセトキシ、アセトアセトキシ、ベンゾイルオキシ、ナフトイルオキシ等が挙げられる。 Examples of the acyloxy group include formyloxy, acetoxy, propanoyloxy, butanoyloxy, pivaloyloxy, pentanoyloxy, phenylacetoxy, acetoacetoxy, benzoyloxy, naphthoyloxy and the like.
前記アリールオキシ基としては、例えば、フェニルオキシ、ナフチルオキシ等が挙げられる。 Examples of the aryloxy group include phenyloxy and naphthyloxy.
前記アルケニルオキシ基としては、例えば、ビニルオキシ基、アリルオキシ基、1−プロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシ基、2−ブテニルオキシ基、3−ブテニルオキシ基、2−ペテニルオキシ基、3−メチル−3−ブテニルオキシ基、2−ヘキセニルオキシ基等が挙げられる。 Examples of the alkenyloxy group include a vinyloxy group, an allyloxy group, a 1-propenyloxy group, an isopropenyloxy group, a 2-butenyloxy group, a 3-butenyloxy group, a 2-petenyloxy group, a 3-methyl-3-butenyloxy group, 2-hexenyloxy group etc. are mentioned.
前記ポリシロキサンセグメント(a1)が有する加水分解性シリル基中の加水分解性基としては、例えば、例えばハロゲン原子、アルコキシ基、置換アルコキシ基、アシロキシ基、フェノキシ基、メルカプト基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、イミノオキシ基、アルケニルオキシ基等が挙げられ、これらの基が加水分解されることにより加水分解性シリル基はシラノール基となる。そして、このシラノール基の水酸基が脱水縮合に用いられ、ポリシロキサンセグメント(a1)部分の架橋反応が進行する。 Examples of the hydrolyzable group in the hydrolyzable silyl group contained in the polysiloxane segment (a1) include, for example, a halogen atom, an alkoxy group, a substituted alkoxy group, an acyloxy group, a phenoxy group, a mercapto group, an amino group and an amide group. , An aminooxy group, an iminooxy group, an alkenyloxy group, and the like, and by hydrolyzing these groups, the hydrolyzable silyl group becomes a silanol group. Then, the hydroxyl group of this silanol group is used for dehydration condensation, and the crosslinking reaction of the polysiloxane segment (a1) portion proceeds.
前記ポリシロキサンセグメント(a1)は、下記一般式(S−2)および/または下記一般式(S−3)で示される構造単位を有するポリシロキサンセグメントが好ましい。下記一般式(S−2)および/または下記一般式(S−3)で示される構造単位を有するポリシロキサンセグメントは三次元網目状のポリシロキサン構造を有する。従って、複合樹脂としてこのようなポリシロキサンセグメントを有する珪素含有複合樹脂(A)を用い、熱分解することによりシリコンオキシカーバイドを得ることが可能となる。 The polysiloxane segment (a1) is preferably a polysiloxane segment having a structural unit represented by the following general formula (S-2) and / or the following general formula (S-3). The polysiloxane segment having the structural unit represented by the following general formula (S-2) and / or the following general formula (S-3) has a three-dimensional network polysiloxane structure. Therefore, it becomes possible to obtain silicon oxycarbide by thermally decomposing the silicon-containing composite resin (A) having such a polysiloxane segment as the composite resin.
(前記一般式(S−2)及び(S−3)中、R3、R4及びR5は、それぞれ独立して炭素原子数が1〜6のアルキル基、炭素原子数が3〜8のシクロアルキル基、アリール基または炭素原子数が7〜12のアラルキル基を示す。) (In the general formulas (S-2) and (S-3), R 3 , R 4 and R 5 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and 3 to 8 carbon atoms. It represents a cycloalkyl group, an aryl group or an aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms.)
前記炭素原子数が1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、1,1−ジメチルブチル基、1,2−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、1−エチルブチル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,2,2−トリメチルプロピル基、1−エチル−2−メチルプロピル基、1−エチル−1−メチルプロピル基等が挙げられる。 Examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert- butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, Neopentyl group, tert-pentyl group, 1-methylbutyl group, 2-methylbutyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1-ethylpropyl group, hexyl group, isohexyl group, 1-methylpentyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 1,1-dimethylbutyl group, 1,2-dimethylbutyl group, 2,2-dimethylbutyl group, 1-ethylbutyl group, 1,1,2-trimethylpropyl group, 1,2,2 -Trimethylpropyl group, 1-ethyl-2-methylpropyl group, 1-ethyl-1-methylpropyl group and the like can be mentioned.
前記炭素原子数が3〜8のシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。 Examples of the cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms include cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group and the like.
前記アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−ビニルフェニル基、3−イソプロピルフェニル基等が挙げられる。 Examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, a 2-methylphenyl group, a 3-methylphenyl group, a 4-methylphenyl group, a 4-vinylphenyl group and a 3-isopropylphenyl group.
前記炭素原子数が7〜12のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、ジフェニルメチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。 Examples of the aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms include benzyl group, diphenylmethyl group and naphthylmethyl group.
前記一般式(S−2)および/または下記一般式(S−3)で示される構造単位を有するポリシロキサンセグメントとしては、例えば以下の構造を有するもの等が挙げられる。 Examples of the polysiloxane segment having a structural unit represented by the general formula (S-2) and / or the following general formula (S-3) include those having the following structures.
前記珪素含有複合樹脂(A)が有するポリシロキサンセグメント(a1)以外の重合体セグメント(a2)としては、例えば、アクリル重合体、フルオロオレフィン重合体、ビニルエステル重合体、芳香族系ビニル重合体、ポリオレフィン重合体等のビニル重合体セグメントや、ポリウレタン重合体セグメント、ポリエステル重合体セグメント、ポリエーテル重合体セグメント等の重合体セグメント等が挙げられる。中でも、ビニル重合体セグメントが好ましい。 Examples of the polymer segment (a2) other than the polysiloxane segment (a1) included in the silicon-containing composite resin (A) include an acrylic polymer, a fluoroolefin polymer, a vinyl ester polymer, an aromatic vinyl polymer, Examples thereof include vinyl polymer segments such as polyolefin polymers, and polymer segments such as polyurethane polymer segments, polyester polymer segments and polyether polymer segments. Of these, vinyl polymer segments are preferred.
前記重合体セグメント(a2)は、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要に応じて各種官能基を有していても良い。かかる官能基としては、例えばカルボキシル基、ブロックされたカルボキシル基、カルボン酸無水基、3級アミノ基、水酸基、ブロックされた水酸基、シクロカーボネート基、エポキシ基、カルボニル基、1級アミド基、2級アミド、カーバメート基、下記の構造式(S−4)で表される官能基等を使用することができる。 The polymer segment (a2) may have various functional groups as needed, as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such functional groups include carboxyl groups, blocked carboxyl groups, carboxylic acid anhydride groups, tertiary amino groups, hydroxyl groups, blocked hydroxyl groups, cyclocarbonate groups, epoxy groups, carbonyl groups, primary amide groups, and secondary amide groups. An amide, a carbamate group, a functional group represented by the following structural formula (S-4), and the like can be used.
また、前記重合体セグメント(a2)は、ビニル基、(メタ)アクリロイル基等の重合性二重結合を有していても良い。 Further, the polymer segment (a2) may have a polymerizable double bond such as a vinyl group or a (meth) acryloyl group.
本発明で用いる珪素含有複合樹脂(A)としては、ポリシロキサンセグメント(a1)と重合体セグメント(a2)とが下記構造式(S−5)で表される構造で結合した複合樹脂や下記構造式(S−6)で表される構造で結合した複合樹脂等が挙げられる。 The silicon-containing composite resin (A) used in the present invention is a composite resin in which a polysiloxane segment (a1) and a polymer segment (a2) are bonded in a structure represented by the following structural formula (S-5) or the following structure Examples thereof include a composite resin bonded with the structure represented by the formula (S-6).
構造式(S−5)中、炭素原子は重合体セグメント(a2)を構成する炭素原子であり、2個の珪素原子はポリシロキサンセグメント(a1)を構成する珪素原子である) In the structural formula (S-5), carbon atoms are carbon atoms constituting the polymer segment (a2), and two silicon atoms are silicon atoms constituting the polysiloxane segment (a1).)
構造式(S−6)中、炭素原子は重合体セグメント(a2)を構成する炭素原子であり、珪素原子はポリシロキサンセグメント(a1)を構成する珪素原子である) In the structural formula (S-6), the carbon atom is a carbon atom forming the polymer segment (a2), and the silicon atom is a silicon atom forming the polysiloxane segment (a1).
本発明で用いる珪素含有複合樹脂(A)は、公知の方法で製造できるが、なかでも下記(1)〜(3)に示す方法で製造することが好ましい。但し、これらに限定されるものではない。 The silicon-containing composite resin (A) used in the present invention can be manufactured by a known method, but it is preferable to manufacture it by the methods shown in the following (1) to (3). However, it is not limited to these.
(1)前記重合体セグメント(a2)の原料として、シラノール基および/または加水分解性シリル基を含有する重合体セグメント(a2−1)を予め調製しておき、この重合体セグメント(a2−1)と、シラノール基および/または加水分解性シリル基、並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物を含有するシラン化合物とを混合し、加水分解縮合反応を行う方法。 (1) As a raw material for the polymer segment (a2), a polymer segment (a2-1) containing a silanol group and / or a hydrolyzable silyl group is prepared in advance, and the polymer segment (a2-1) is prepared. ) And a silane compound containing a silane compound having both a silanol group and / or a hydrolyzable silyl group and a polymerizable double bond, and performing a hydrolytic condensation reaction.
(2)前記重合体セグメント(a2)の原料として、シラノール基および/または加水分解性シリル基を含有する重合体セグメント(a2−1)を予め調製する。また、シラノール基および/または加水分解性シリル基、並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物を含有するシラン化合物を加水分解縮合反応してポリシロキサン(a1−1)も予め調製しておく。そして、重合体セグメント(a2−1)とポリシロキサン(a1−1)とを混合し、加水分解縮合反応を行う方法。 (2) As a raw material of the polymer segment (a2), a polymer segment (a2-1) containing a silanol group and / or a hydrolyzable silyl group is prepared in advance. Further, a polysilane (a1-1) is prepared in advance by subjecting a silane compound containing a silane compound having a silanol group and / or a hydrolyzable silyl group and a polymerizable double bond to hydrolysis and condensation reaction. Then, the polymer segment (a2-1) and the polysiloxane (a1-1) are mixed, and a hydrolysis condensation reaction is performed.
(3)前記重合体セグメント(a2−1)と、シラノール基および/または加水分解性シリル基、並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物を含有するシラン化合物と、ポリシロキサン(a1−1)とを混合し、加水分解縮合反応を行う方法。 (3) A silane compound containing the polymer segment (a2-1), a silane compound having a silanol group and / or a hydrolyzable silyl group, and a polymerizable double bond, and a polysiloxane (a1-1). A method of mixing with and performing a hydrolysis condensation reaction.
前記シリコンオキシカーバイドは、さらに黒鉛性粒子を含んでも良い。黒鉛性粒子(黒鉛性物質)は、人造黒鉛および天然黒鉛に大別されるが、電池容量と純度の面から、人造黒鉛であることが好ましい。 The silicon oxycarbide may further include graphitic particles. The graphite particles (graphitic substance) are roughly classified into artificial graphite and natural graphite, but from the viewpoint of battery capacity and purity, artificial graphite is preferable.
前記シリコンオキシカーバイドは、さらに珪素粒子を含んでも良い。珪素は、工業用として市販されている比較的低純度のものから、電子部品用材料として使用されている高純度のものまでいずれも使用することができる。珪素粒子の体積平均粒子径は0.01μm〜20μmが好ましく、より好ましくは0.05μm〜10μmであり、さらに好ましくは、0.1μm〜5μmの粒子であり、特に好ましくは0.1μm〜1μmである。珪素粒子の体積平均粒子径が0.01μm〜20μmの範囲内であると、高い初回充放電効率及び優れたサイクル特性を示すリチウムイオン二次電池用負極材として使用できる。体積平均粒子径が0.01μm以上であることで、珪素粒子の生産性及び取り扱い性が向上する。 The silicon oxycarbide may further contain silicon particles. As the silicon, any of relatively low-purity silicon commercially available for industrial use to high-purity silicon used as a material for electronic parts can be used. The volume average particle diameter of the silicon particles is preferably 0.01 μm to 20 μm, more preferably 0.05 μm to 10 μm, further preferably 0.1 μm to 5 μm, and particularly preferably 0.1 μm to 1 μm. is there. When the volume average particle diameter of the silicon particles is in the range of 0.01 μm to 20 μm, it can be used as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery exhibiting high initial charge / discharge efficiency and excellent cycle characteristics. When the volume average particle diameter is 0.01 μm or more, the productivity and handleability of silicon particles are improved.
熱分解は公知慣用の方法で行うことができ、特に制限はないが、例えば、不活性のガス雰囲気下で、1分当たり5℃で昇温を行い、以下の温度で熱分解を行うことができる。 The thermal decomposition can be carried out by a known and commonly used method, and there is no particular limitation. For example, the temperature can be raised at 5 ° C. per minute in an inert gas atmosphere and the thermal decomposition can be carried out at the following temperature. it can.
熱分解の温度に制限はないが、好ましくは、500〜1500℃、より好ましくは、600〜1500℃、特に好ましくは600〜1300℃の温度を挙げることができる。 The temperature of the thermal decomposition is not limited, but preferably 500 to 1500 ° C., more preferably 600 to 1500 ° C., and particularly preferably 600 to 1300 ° C.
不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴンなどが例示される。なお、この不活性ガス中に、水素ガス等の還元性ガスを含んでもよい。 Examples of the inert gas include nitrogen, helium, argon and the like. The inert gas may include a reducing gas such as hydrogen gas.
最終到達温度1500℃以上になると、炭化珪素の成長を助長するため好ましくない。一方、最終到達温度が上記範囲の下限より低いと、有機成分の炭化が不十分となる。なお、この熱分解工程は二段階以上で行なっても良い。すなわち、第一段階において、最終到達温度より低温で一定時間熱分解を行い、再度昇温し熱分解することができる。 When the final temperature reaches 1500 ° C. or higher, the growth of silicon carbide is promoted, which is not preferable. On the other hand, when the final temperature reached is lower than the lower limit of the above range, carbonization of the organic component becomes insufficient. The thermal decomposition step may be performed in two or more steps. That is, in the first stage, thermal decomposition can be performed at a temperature lower than the final reached temperature for a certain period of time and then again heated to perform thermal decomposition.
前記加熱処理は、固定床又は流動床方式の炭化炉で行うことができ、所定温度へ昇温できる機能を有する炉であれば、炭化炉の加熱方式及び種類は特に限定されない。炭化炉としては、例えば、リードハンマー炉、トンネル炉、単独炉等が挙げられる。 The heat treatment can be performed in a fixed-bed or fluidized-bed carbonization furnace, and the heating system and type of the carbonization furnace are not particularly limited as long as the furnace has a function of raising the temperature to a predetermined temperature. Examples of the carbonization furnace include a lead hammer furnace, a tunnel furnace, and a single furnace.
本発明の負極活物質が含有するアルカリ金属塩の具体例としては、ケイ酸塩、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、スルホン酸塩、カルボン酸塩、アルコキシドなどが挙げられる。ケイ酸塩の具体例として、オルトケイ酸リチウム、メタケイ酸リチウム、オルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸カリウム、メタケイ酸カリウムなどが挙げられる。炭酸塩の具体例として、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウムなどが挙げられる。水酸化物の具体例として、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムなどが挙げられる。ハロゲン化物の具体例として、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、フッ化セシウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化ルビジウム、塩化セシウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化ルビジウム、臭化セシウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化ルビジウム、ヨウ化セシウムなどが挙げられる。硫酸塩の具体例として、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ルビジウム、硫酸セシウムなどが挙げられる。硝酸塩の具体例として、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸ルビジウム、硝酸セシウムなどが挙げられる。リン酸塩の具体例として、リン酸リチウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸ルビジウム、リン酸セシウムなどが挙げられる。スルホン酸塩の具体例として、メタンスルホン酸リチウム、メタンスルホン酸ナトリウム、ベンゼンスルホン酸リチウム、ベンゼンスルホン酸ナトリウム、p−トルエンスルホン酸リチウム、p−トルエンスルホン酸ナトリウム、p−トルエンスルホン酸カリウムなどが挙げられる。カルボン酸塩の具体例として、ギ酸リチウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、プロピオン酸リチウム、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カリウム、安息香酸リチウム、安息香酸ナトリウム、安息香酸カリウム、シュウ酸リチウム、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸カリウム、クエン酸リチウム、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、酒石酸リチウム、酒石酸ナトリウム、酒石酸カリウムなどがあげられる。 Specific examples of the alkali metal salt contained in the negative electrode active material of the present invention include silicates, carbonates, hydroxides, halides, sulfates, nitrates, phosphates, sulfonates, carboxylates and alkoxides. And so on. Specific examples of the silicate include lithium orthosilicate, lithium metasilicate, sodium orthosilicate, sodium metasilicate, potassium orthosilicate, potassium metasilicate and the like. Specific examples of the carbonate include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, cesium carbonate and the like. Specific examples of the hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide and cesium hydroxide. Specific examples of the halide, lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, rubidium fluoride, cesium fluoride, lithium chloride, sodium chloride, potassium chloride, rubidium chloride, cesium chloride, lithium bromide, sodium bromide, Examples thereof include potassium bromide, rubidium bromide, cesium bromide, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, rubidium iodide and cesium iodide. Specific examples of the sulfate include lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, rubidium sulfate, and cesium sulfate. Specific examples of the nitrate include lithium nitrate, sodium nitrate, potassium nitrate, rubidium nitrate, cesium nitrate and the like. Specific examples of the phosphate include lithium phosphate, sodium phosphate, potassium phosphate, rubidium phosphate, cesium phosphate and the like. Specific examples of the sulfonate include lithium methanesulfonate, sodium methanesulfonate, lithium benzenesulfonate, sodium benzenesulfonate, lithium p-toluenesulfonate, sodium p-toluenesulfonate, potassium p-toluenesulfonate, and the like. Can be mentioned. Specific examples of the carboxylate, lithium formate, sodium formate, potassium formate, lithium acetate, sodium acetate, potassium acetate, lithium propionate, sodium propionate, potassium propionate, lithium benzoate, sodium benzoate, potassium benzoate, Examples thereof include lithium oxalate, sodium oxalate, potassium oxalate, lithium citrate, sodium citrate, potassium citrate, lithium tartrate, sodium tartrate and potassium tartrate.
含まれるアルカリ金属塩は単独でもよく、2種類以上のアルカリ金属塩でもよい。 The alkali metal salt contained may be a single kind or two or more kinds of alkali metal salts.
本発明の負極活物質中に含まれるアルカリ金属塩の含有量は、シリコンオキシカーバイド中の珪素原子(Si)とアルカリ金属塩中のアルカリ金属原子(MA)の比が0<MA/Si<10の範囲となるように含有させることが好ましく、0<MA/Si<2の範囲となるように含有させることがより好ましい。
<リチウムドープ>
本発明でリチウムドープとは金属リチウム及び/またはリチウム化合物を用いて、活物質中にリチウムを吸蔵(Lithiaiton化、インターカレーション、ドープ、挿入、吸蔵、担持、合金化等種々の言葉で表現されるが、これらを総称して本発明ではドープと記載し、説明する。)させることである。
<失活>
本発明の製造工程において用いた用語「失活」とは、活物質中にドープしたアルカリ金属が酸化されアルカリ金属イオンの状態になることをいう。アルカリ金属イオンは塩の状態でおり、ケイ酸塩、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、スルホン酸塩、カルボン酸塩、アルコキシドなどで存在する。シリコンオキシカーバイド中のアルカリ金属が失活しているかを確認するには、シリコンオキシカーバイドに水を加えて水素が発生しないことで確認することができる。アルカリ金属が残っている場合は、アルカリ金属と水が反応し、水素とアルカリ金属の水酸化物となる。
The content of the alkali metal salt contained in the negative electrode active material of the present invention is such that the ratio of the silicon atom (Si) in silicon oxycarbide to the alkali metal atom (MA) in the alkali metal salt is 0 <MA / Si <10. It is preferable to contain it in the range of 0, and it is more preferable to contain it in the range of 0 <MA / Si <2.
<Lithium dope>
In the present invention, lithium dope is expressed by various words such as metallic lithium and / or a lithium compound, which occludes lithium in the active material (lithiatenization, intercalation, dope, insertion, occlusion, loading, alloying, etc. However, these are collectively referred to as “dope” in the present invention, and will be described).
<Deactivation>
The term "deactivated" used in the manufacturing process of the present invention means that the alkali metal doped in the active material is oxidized to become an alkali metal ion. Alkali metal ions are in a salt state, and are present as silicates, carbonates, hydroxides, halides, sulfates, nitrates, phosphates, sulfonates, carboxylates, alkoxides and the like. In order to confirm whether or not the alkali metal in the silicon oxycarbide is deactivated, it can be confirmed by adding water to the silicon oxycarbide and not generating hydrogen. When the alkali metal remains, the alkali metal reacts with water to form hydrogen and a hydroxide of the alkali metal.
本発明のシリコンオキシカーバイドとアルカリ金属塩とを含む負極活物質の製法の一例を以下で説明するが、これらに限定されるわけではない。 An example of the method for producing the negative electrode active material containing the silicon oxycarbide and the alkali metal salt of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
シリコンオキシカーバイドと、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むアルカリ金属源と、を反応させて反応物を得て(工程1)、得られた反応物をアルコール、水及び酸性溶液からなる群より選ばれる少なくとも1種で洗浄処理する(工程2)ことで得ることができる。
<工程1>
本発明の製造方法において、<工程1>は説明すれば以下の通りである。シリコンオキシカーバイドとアルカリ金属及び/又はアルカリ金属化合物とを不活性ガス中で反応させて、シリコンオキシカーバイド中にアルカリ金属をドープさせた反応物を得る工程である。この反応時に、有機溶剤を用いることもできる。
Silicon oxycarbide is reacted with an alkali metal source containing at least one selected from the group consisting of alkali metals and alkali metal compounds to obtain a reaction product (step 1), and the obtained reaction product is alcohol, water. And at least one selected from the group consisting of acidic solutions (step 2).
<Step 1>
In the manufacturing method of the present invention, <Step 1> will be described below. In this step, silicon oxycarbide is reacted with an alkali metal and / or an alkali metal compound in an inert gas to obtain a reaction product obtained by doping silicon oxycarbide with an alkali metal. An organic solvent can be used during this reaction.
シリコンオキシカーバイドとアルカリ金属を反応させる方法は特に限定されず、例えばシリコンオキシカーバイドとリチウムナフタレニドとをアルゴン雰囲気下、テトラヒドロフラン中で反応させる方法や、あるいはシリコンオキシカーバイドと金属リチウムをアルゴン雰囲気中でボールミル等の高せん断応力のかかる装置で混合し、反応させる方法により行うことができる。 The method of reacting silicon oxycarbide with an alkali metal is not particularly limited, for example, a method of reacting silicon oxycarbide with lithium naphthalenide in an tetrahydrofuran atmosphere in tetrahydrofuran, or a method of reacting silicon oxycarbide with lithium metal in an argon atmosphere. It can be carried out by a method of mixing and reacting with a device such as a ball mill that applies high shear stress.
シリコンオキシカーバイドの形態は、特に限定されるものではないが、球状粒子、不定形粒子、繊維状等から適宜選択されるものであり、粉砕等の工程を経ることなく電極製造に用いることが可能な形態が好ましく、電極の厚み、密度(気孔率)あるいは目的とする蓄電デバイスの入出力特性、信頼性、安全性などを考慮して決定される。例えば、球状粒子、不定形粒子の場合の平均粒径、あるいは、繊維状材料の平均繊維長さは、好ましくは、通常50μm以下であり、より好ましくは30μm以下、更に好ましくは10μm以下であり、下限は0.01μm以上、好ましくは0.1μm以上、更に好ましくは0.5μm以上が実用的である。
The form of silicon oxycarbide is not particularly limited, but it is appropriately selected from spherical particles, amorphous particles, fibrous forms, etc., and can be used for electrode production without a step such as pulverization. It is preferably determined in consideration of the thickness, density (porosity) of the electrode, the input / output characteristics of the intended electricity storage device, reliability, safety, and the like. For example, the spherical particles, the average particle size in the case of irregular particles, or the average fiber length of the fibrous material is preferably usually 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, further preferably 10 μm or less, The lower limit is practically 0.01 μm or more, preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more.
ここで用いるアルカリ金属源は、リチウム、ナトリウム、リチウム金属化合物、ナトリウム金属化合物などが挙げられる。リチウム金属化合物の例としては、リチウムナフタレニド、リチウムビフェニリド、水素化リチウム、ブチルリチウム、フェニルリチウムなどが挙げられる。ナトリウム金属化合物の例としては、ナトリウムナフタレニド、ナトリウムビフェニリド、水素化ナトリウムなどが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、2以上を適宜選択して使用してもよい。 Examples of the alkali metal source used here include lithium, sodium, lithium metal compounds, and sodium metal compounds. Examples of lithium metal compounds include lithium naphthalenide, lithium biphenylide, lithium hydride, butyllithium, phenyllithium and the like. Examples of sodium metal compounds include sodium naphthalenide, sodium biphenylide, sodium hydride and the like. These may be used alone or in a suitable combination of two or more.
ここで使用する不活性ガスはアルゴン、窒素、ネオン、ヘリウム及びクリプトンからなる群より選ばれる1又は2以上の混合ガスであってもよい。 The inert gas used here may be a mixed gas of one or more selected from the group consisting of argon, nitrogen, neon, helium and krypton.
有機溶剤は、カーボネート類、ラクトン類、スルホン類、エーテル類、エステル類、炭化水素類から選ばれる1種又は2種以上の混合物であり、好ましくはカーボネート類、ラクトン類、スルホン類、エーテル類から選ばれる1種又は2種以上の混合物である。具体的には、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等のカーボネート類、テトラヒドロフラン、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、ジオキサン等のエーテル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、スルホラン、ジプロピルスルホン等のスルホン類の1種又は2種以上からなる有機溶媒を用いることができる。ヘキサン、ドデカン、デカリン等の炭化水素、酢酸メチル、蟻酸メチル等のエステル類等も用いることが可能である。 The organic solvent is one kind or a mixture of two or more kinds selected from carbonates, lactones, sulfones, ethers, esters and hydrocarbons, and preferably carbonates, lactones, sulfones and ethers. It is one kind or a mixture of two or more kinds selected. Specifically, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, carbonates such as methyl ethyl carbonate, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, ethers such as dioxane, lactones such as γ-butyrolactone, sulfolane, diether An organic solvent composed of one or more sulfones such as propyl sulfone can be used. It is also possible to use hydrocarbons such as hexane, dodecane, decalin, etc., esters such as methyl acetate, methyl formate, etc.
シリコンオキシカーバイドへのアルカリ金属のドープ量は、アルカリ金属(MA)とシリコンオキシカーバイド中の珪素(Si)との元素比(MA/Si)で、0.1〜10となる範囲が好ましく、2〜8の範囲であることがより好ましい。このような範囲とすることで、生産性が向上する。
<工程2>
本発明の製造方法において、「洗浄処理」とは、工程1で得られた反応物をアルカリ金属と反応する溶液で洗浄し、反応物中のアルカリ金属を失活させたアルカリ金属塩含有シリコンオキシカーバイドを得る工程である。反応物の洗浄に使用する溶液は、アルコール、水及び酸性溶液からなる群より選ばれる少なくとも1種のものを用いることができる。
The amount of alkali metal doped into silicon oxycarbide is preferably in the range of 0.1 to 10 in terms of element ratio (MA / Si) of alkali metal (MA) and silicon (Si) in silicon oxycarbide. More preferably, it is in the range of -8. With such a range, productivity is improved.
<Step 2>
In the production method of the present invention, the “washing treatment” means that the reaction product obtained in step 1 is washed with a solution that reacts with an alkali metal to deactivate the alkali metal in the reaction product, and an alkali metal salt-containing silicon oxyde. This is the process of obtaining carbide. The solution used for washing the reaction product may be at least one selected from the group consisting of alcohol, water and an acidic solution.
ここで用いるアルコールは、沸点が200℃以下のアルコールを好適に用いることができる。アルコールの具体例として、メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、tert−ブタノール、iso−ブタノール、エチレングリコールなどが挙げられる。 As the alcohol used here, an alcohol having a boiling point of 200 ° C. or lower can be preferably used. Specific examples of alcohols include methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, 1-butanol, 2-butanol, tert-butanol, iso-butanol, ethylene glycol and the like.
ここで用いる酸性溶液は、無機酸、スルホン酸、カルボン酸などの溶液を好適に用いることができる。 As the acidic solution used here, a solution of an inorganic acid, a sulfonic acid, a carboxylic acid or the like can be preferably used.
無機酸の具体例としては、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などが挙げられる。 Specific examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and the like.
カルボン酸の具体例としてはギ酸、酢酸、プロピオン酸、安息香酸、シュウ酸、クエン酸、酒石酸などが上げられる。スルホン酸の具体例としては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸などが挙げられる
これらは、単独で使用してもよく、2以上を適宜選択して使用してもよい。
Specific examples of the carboxylic acid include formic acid, acetic acid, propionic acid, benzoic acid, oxalic acid, citric acid and tartaric acid. Specific examples of the sulfonic acid include methane sulfonic acid, ethane sulfonic acid, benzene sulfonic acid, p-toluene sulfonic acid, and the like. These may be used alone, or two or more may be appropriately selected and used. Good.
具体的には、リチウムをドープしたシリコンオキシカーバイドに、不活性ガス中でエタノールを加え、ドープしたリチウムを失活させる。その後、反応物をろ過してエタノール、水で洗浄する。 Specifically, ethanol is added to lithium-doped silicon oxycarbide in an inert gas to deactivate the doped lithium. Then, the reaction product is filtered and washed with ethanol and water.
洗浄方法は特に限定されず、例えば、反応物にエタノールを添加してそれをろ過し、ろ物をエタノール、1N塩酸の順に洗浄することで行うことができる。
<工程2B>
本発明の製造方法の別の態様として、前記工程1の後に、工程1で得られた反応物を酸素雰囲気又は窒素雰囲気中で加熱する工程を含めて行うことができる。工程1で得られた反応物中のリチウムは窒素および酸素と反応して失活させることができる。加熱温度は雰囲気により異なり、酸素雰囲気では200℃〜500℃の範囲が好ましく、200℃〜300℃がより好ましい。500℃を超えるとシリコンオキシカーバイド中の炭素が分解するため好ましくない。窒素雰囲気では200℃〜1000℃の範囲が好ましく、300℃〜700℃がより好ましい。
The washing method is not particularly limited, and for example, it can be performed by adding ethanol to the reaction product, filtering it, and washing the filter cake with ethanol and 1N hydrochloric acid in this order.
<Step 2B>
As another aspect of the production method of the present invention, after the step 1, a step of heating the reaction product obtained in the step 1 in an oxygen atmosphere or a nitrogen atmosphere can be included. The lithium in the reaction product obtained in step 1 can be deactivated by reacting with nitrogen and oxygen. The heating temperature varies depending on the atmosphere, and in the oxygen atmosphere, the range of 200 ° C to 500 ° C is preferable, and the range of 200 ° C to 300 ° C is more preferable. If it exceeds 500 ° C, carbon in silicon oxycarbide is decomposed, which is not preferable. In the nitrogen atmosphere, the range of 200 ° C to 1000 ° C is preferable, and the range of 300 ° C to 700 ° C is more preferable.
加熱する方法は特に限定されないが、加熱機構を有する反応装置を用いればよく、連続法、回分法での処理が可能で、具体的には流動層反応炉、回転炉、竪型移動層反応炉、トンネル炉、バッチ炉、ロータリーキルン等をその目的に応じ適宜選択することができる。 The heating method is not particularly limited, but a reaction apparatus having a heating mechanism may be used, and a continuous method or a batch method can be used. Specifically, a fluidized bed reactor, a rotary furnace, or a vertical moving bed reactor. A tunnel furnace, a batch furnace, a rotary kiln, or the like can be appropriately selected according to the purpose.
上述の製法で得られた本発明の負極活物質は、シリコンオキシカーバイド中のアルカリ金属および/又はアルカリ金属化合物は失活し、アルカリ金属塩となって存在している。
<非水電解質二次電池の作製>
非水電解質二次電池負極は、本発明の非水電解質二次電池負極活物質とバインダーとを必須成分として、必要に応じてその他の導電助剤などの成分を含んで構成される。こうして得られる負極は、活物質として、本発明の非水電解質二次電池負極活物質を含むことから、大気中での取扱いも容易で、高容量かつ優れたサイクル特性を有し、さらに、優れた初回クーロン効率をも兼備する非水電解質二次電池用負極となる。該負極は、例えば、前述の非水電解質二次電池用負極活物質と、有機結着材であるバインダーとを、溶剤とともに撹拌機、ボールミル、スーパーサンドミル、加圧ニーダ等の分散装置により混練して、負極材スラリーを調製し、これを集電体に塗布して負極層を形成することで得ることができる。また、ペースト状の負極材スラリーをシート状、ペレット状等の形状に成形し、これを集電体と一体化することでも得ることができる。
In the negative electrode active material of the present invention obtained by the above-mentioned production method, the alkali metal and / or the alkali metal compound in silicon oxycarbide is deactivated and exists as an alkali metal salt.
<Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery>
The non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode is constituted by using the non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode active material of the present invention and a binder as essential components, and optionally containing other components such as a conductive auxiliary agent. Since the negative electrode thus obtained contains the non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode active material of the present invention as an active material, it is easy to handle in the air, has a high capacity and excellent cycle characteristics, and is excellent. It also serves as a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that also has initial coulombic efficiency. The negative electrode is prepared by, for example, kneading the negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery described above and a binder which is an organic binder together with a solvent by a dispersing device such as a stirrer, a ball mill, a super sand mill, a pressure kneader or the like. Then, a negative electrode material slurry is prepared and applied to a current collector to form a negative electrode layer. It can also be obtained by forming a paste-like negative electrode material slurry into a sheet shape, a pellet shape, or the like, and integrating this with a current collector.
上記有機結着剤(本願明細書において「バインダー」ともいう)としては、特に限定されないが、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体;エチレン性不飽和カルボン酸エステル(例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、およびヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等)、およびエチレン性不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等)からなる(メタ)アクリル共重合体;ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリエピクロヒドリン、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミドイミド、カルボキシメチルセルロースなどの高分子化合物が挙げられる。 The organic binder (also referred to as “binder” in the present specification) is not particularly limited, and examples thereof include styrene-butadiene copolymer; ethylenically unsaturated carboxylic acid ester (eg, methyl (meth) acrylate, ethyl). (Meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, (meth) acrylonitrile, and hydroxyethyl (meth) acrylate), and ethylenically unsaturated carboxylic acid (for example, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid) (Meth) acrylic copolymers composed of poly (vinylidene fluoride), polyethylene oxide, polyepiclohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide imide, carboxymethyl cellulose and the like.
これらの有機結着剤は、それぞれの物性によって、水に分散、あるいは溶解したもの、また、N‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)などの有機溶剤に溶解したものがある。リチウムイオン二次電池負極の負極層中の有機結着剤の含有比率は、1〜30質量%であることが好ましく、2〜20質量%であることがより好ましく、3〜15質量%であることがさらに好ましい。 These organic binders may be dispersed or dissolved in water or dissolved in an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) depending on their physical properties. The content ratio of the organic binder in the negative electrode layer of the negative electrode of the lithium ion secondary battery is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 2 to 20% by mass, and 3 to 15% by mass. Is more preferable.
有機結着剤の含有比率が1質量%以上であることで密着性が良好で、充放電時の膨張・収縮によって負極が破壊されることが抑制される。一方、30質量%以下であることで、電極抵抗が大きくなることを抑制できる。 When the content ratio of the organic binder is 1% by mass or more, the adhesion is good, and the negative electrode is prevented from being broken by the expansion / contraction during charging / discharging. On the other hand, when the content is 30% by mass or less, increase in electrode resistance can be suppressed.
この際、本発明においては、水性バインダーも採用することができる点で、実用化面においても従来のリチウムドープ技術に比べて優れるものである。 At this time, in the present invention, an aqueous binder can also be employed, which is superior to the conventional lithium doping technique in terms of practical use.
また、上記負極材スラリーには、必要に応じて、導電助材を混合してもよい。導電助材としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック、あるいは導電性を示す酸化物や窒化物等が挙げられる。導電助剤の使用量は、本発明のリチウムイオン二次電池負極材に対して1〜15質量%程度とすればよい。 Moreover, you may mix a conductive auxiliary material with the said negative electrode material slurry as needed. Examples of the conductive aid include carbon black, graphite, acetylene black, and oxides and nitrides having conductivity. The amount of the conductive additive used may be about 1 to 15 mass% with respect to the lithium ion secondary battery negative electrode material of the present invention.
また前記集電体の材質および形状については、特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等を、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にした帯状のものを用いればよい。また、多孔性材料、たとえばポーラスメタル(発泡メタル)やカーボンペーパーなども使用可能である。 Further, the material and shape of the current collector are not particularly limited, and for example, aluminum, copper, nickel, titanium, stainless steel or the like may be used in the form of a foil, a perforated foil, a mesh or the like. Good. Further, a porous material such as porous metal (foamed metal) or carbon paper can also be used.
上記負極材スラリーを集電体に塗布する方法としては、特に限定されないが、例えば、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法など公知の方法が挙げられる。塗布後は、必要に応じて平板プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行うことが好ましい。 The method of applying the negative electrode material slurry to the current collector is not particularly limited, and examples thereof include metal mask printing method, electrostatic coating method, dip coating method, spray coating method, roll coating method, doctor blade method, and gravure coating. Known methods such as a method and a screen printing method can be used. After coating, it is preferable to perform a rolling treatment using a flat plate press, a calender roll or the like, if necessary.
また、シート状、ペレット状等の形状に成形された負極材スラリーと集電体との一体化は、例えば、ロール、プレス、もしくはこれらの組み合わせ等、公知の方法により行うことができる。 The negative electrode material slurry formed into a sheet shape, a pellet shape, or the like and the current collector can be integrated by a known method such as roll, press, or a combination thereof.
前記集電体上に形成された負極層および集電体と一体化した負極層は、用いた有機結着剤に応じて熱処理することが好ましい。例えば、ポリイミド、ポリアミドイミドを主骨格とした有機結着剤を用いた場合には150〜450℃で熱処理することが好ましい。 The negative electrode layer formed on the current collector and the negative electrode layer integrated with the current collector are preferably heat-treated depending on the organic binder used. For example, when an organic binder having polyimide or polyamideimide as a main skeleton is used, it is preferable to perform heat treatment at 150 to 450 ° C.
この熱処理により溶媒の除去、バインダーの硬化による高強度化が進み、粒子間及び粒子と集電体間の密着性が向上できる。尚、これらの熱処理は、処理中の集電体の酸化を防ぐため、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気、真空雰囲気で行うことが好ましい。 By this heat treatment, the solvent is removed and the binder is cured to increase the strength, and the adhesion between the particles and between the particles and the current collector can be improved. Note that these heat treatments are preferably performed in an inert atmosphere of helium, argon, nitrogen or the like, or in a vacuum atmosphere in order to prevent oxidation of the current collector during the treatment.
また、熱処理する前に、負極はプレス(加圧処理)しておくことが好ましい。本発明の非水電解質二次電池用負極材では、電極密度が1.1〜1.7g/cm3であることが好ましく、1.2〜1.7g/cm3であることがより好ましく、1.3〜1.7g/cm3であることがさらに好ましい。電極密度については、高いほど密着性が向上し、サイクル性も向上する傾向がある。 Further, it is preferable to press (pressurize) the negative electrode before heat treatment. The negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, it is preferable that the electrode density of 1.1~1.7g / cm 3, more preferably 1.2~1.7g / cm 3, More preferably, it is 1.3 to 1.7 g / cm 3 . Regarding the electrode density, the higher the electrode density, the more the adhesion tends to improve, and the cycle property tends to improve.
本発明の非水電解質二次電池は、既述の本発明の負極を用いてなることを特徴とする。例えば、正極と、本発明の負極とを、セパレータを介して対向して配置し、電解液を注入することにより構成することができる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is characterized by using the above-mentioned negative electrode of the present invention. For example, the positive electrode and the negative electrode of the present invention may be arranged so as to face each other with a separator interposed therebetween, and the electrolytic solution may be injected.
前記正極は、前記負極と同様にして、集電体表面上に正極層を形成することで得ることができる。この場合の集電体はアルミニウム、チタン、ステンレス鋼等の金属や合金を、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にした帯状のものを用いることができる。 The positive electrode can be obtained by forming a positive electrode layer on the surface of the current collector in the same manner as the negative electrode. In this case, the current collector may be a belt-shaped collector made of a metal or alloy such as aluminum, titanium or stainless steel into a foil shape, a perforated foil shape, a mesh shape or the like.
前記正極層に用いる正極材料としては、特に制限されない。非水電解質二次電池の中でも、リチウムイオン二次電池を作製する場合には、例えば、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な金属化合物、金属酸化物、金属硫化物、または導電性高分子材料を用いればよく、特に限定されない。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、およびこれらの複酸化物(LiCoxNiyMnzO2、x+y+z=1)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、リチウムバナジウム化合物、V2O5、V6O13、VO2、MnO2、TiO2、MoV2O8、TiS2、V2S5、VS2、MoS2、MoS3、Cr3O8、Cr2O5、オリビン型LiMPO4(M:Co、Ni、Mn、Fe)、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセン等の導電性ポリマー、多孔質炭素等などを単独或いは混合して使用することができる。 The positive electrode material used for the positive electrode layer is not particularly limited. Among non-aqueous electrolyte secondary batteries, in the case of producing a lithium ion secondary battery, for example, a metal compound capable of doping or intercalating lithium ions, a metal oxide, a metal sulfide, or a conductive polymer material. May be used and is not particularly limited. For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), and their complex oxides (LiCoxNiyMnzO 2 , x + y + z = 1), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ). , lithium vanadium compounds, V 2 O 5, V 6 O 13, VO 2, MnO 2, TiO 2, MoV 2 O 8, TiS 2, V 2 S 5, VS 2, MoS 2, MoS 3, Cr 3 O 8 , Cr 2 O 5 , olivine-type LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe), conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacene, etc., alone or in mixture, and used. be able to.
前記セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを主成分とした不織布、クロス、微孔フィルム又はそれらを組み合わせたものを使用することができる。なお、作製する非水電解質二次電池の正極と負極が直接接触しない構造にした場合は、セパレータを使用する必要はない。 As the separator, for example, a non-woven fabric containing a polyolefin such as polyethylene or polypropylene as a main component, a cloth, a microporous film, or a combination thereof can be used. If the positive electrode and the negative electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery to be produced are not in direct contact with each other, it is not necessary to use a separator.
前記電解液としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSO3CF3等のリチウム塩を、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、シクロペンタノン、スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン、3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オン、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ブチルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル等の単体もしくは2成分以上の混合物の非水系溶剤に溶解した、いわゆる有機電解液を使用することができる。 Examples of the electrolytic solution include lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , and LiSO 3 CF 3 , ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, cyclopentanone, Sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butyl methyl carbonate, Ethyl propyl carbonate, butyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1 It is possible to use a so-called organic electrolytic solution which is dissolved in a non-aqueous solvent of a single substance such as 3,3-dioxolane, methyl acetate or ethyl acetate or a mixture of two or more components.
本発明の非水電解質二次電池の構造は、特に限定されないが、通常、正極および負極と、必要に応じて設けられるセパレータとを、扁平渦巻状に巻回して巻回式極板群としたり、これらを平板状として積層して積層式極板群としたりし、これら極板群を外装体中に封入した構造とするのが一般的である。 The structure of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but usually, a positive electrode and a negative electrode, and a separator provided as necessary are wound in a flat spiral shape to form a wound electrode plate group. Generally, these are laminated in the form of a flat plate to form a laminated electrode plate group, and the electrode plate group is generally enclosed in an exterior body.
本発明の非水電解質二次電池は、特に限定されないが、ペーパー型電池、ボタン型電池、コイン型電池、積層型電池、円筒型電池、角型電池などとして使用される。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is used as a paper type battery, a button type battery, a coin type battery, a laminated type battery, a cylindrical type battery, a square type battery and the like.
上述した本発明のシリコンオキシカーバイドは、リチウムイオンを挿入脱離することを充放電機構とする電気化学装置全般、例えば、ハイブリッドキャパシタなどにも適用することが可能である。 The above-described silicon oxycarbide of the present invention can be applied to all electrochemical devices having a charge / discharge mechanism for inserting and releasing lithium ions, for example, a hybrid capacitor.
次に、本発明を、実施例及び比較例により具体的に説明する。特に断りがない限り「部」「%」は質量基準である。 Next, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. Unless otherwise specified, "part" and "%" are based on mass.
まず、本発明の目的物の評価・確認手段を以下に示す。
<元素分析>
本発明の各元素の含有量は以下の分析により評価した。
C分析:高周波燃焼−赤外線吸収法により、分析を行った。
装置:LECO製 CS 844 型
O分析:不活性ガス融解−赤外線吸収法により、分析を行った。
装置:LECO製 TCH600型
Si、Li分析:試料を水酸化ナトリウムと過酸化ナトリウムで溶解分解後、溶融物を塩酸で溶解した後、ICP検出を行った。
装置:島津製作所製 ICPE−9820 型
<本発明の負極活物質において、リチウムが失活している(リチウム塩として存在している)ことの確認手段>
シリコンオキシカーバイド中のリチウムの失活は、リチウム塩含有シリコンオキシカーバイドに水を加えて、水素が発生しないことからリチウムの失活を確認した。
First, the means for evaluating and confirming the object of the present invention will be shown below.
<Elemental analysis>
The content of each element of the present invention was evaluated by the following analysis.
C analysis: Analysis was performed by the high frequency combustion-infrared absorption method.
Apparatus: LECO CS 844 type O analysis: Analysis was performed by an inert gas melting-infrared absorption method.
Apparatus: LECO TCH600 type Si, Li analysis: The sample was dissolved and decomposed with sodium hydroxide and sodium peroxide, and the melt was dissolved with hydrochloric acid, and then ICP detection was performed.
Device: Shimadzu ICPE-9820 type <Means for confirming that lithium is deactivated (present as lithium salt) in the negative electrode active material of the present invention>
Regarding the deactivation of lithium in silicon oxycarbide, the deactivation of lithium was confirmed because hydrogen was not generated by adding water to the lithium salt-containing silicon oxycarbide.
水素の発生の有無は以下の方法で確認した。シュレンク管にリチウム含有シリコンオキシカーバイドを1g加えて、管内をアルゴン雰囲気に置換し、その後、水10mlを加えて1時間攪拌した。攪拌後のシュレンク管からロック型シリンジを使用してガスを採取し、ガスクロマトグラフ(島津製作所製 GC−2014 型)を用いて採取したガスを分析し、水素発生の有無を確認した。 Whether or not hydrogen was generated was confirmed by the following method. 1 g of lithium-containing silicon oxycarbide was added to the Schlenk tube, the inside of the tube was replaced with an argon atmosphere, and then 10 ml of water was added and stirred for 1 hour. Gas was collected from the Schlenk tube after stirring using a lock type syringe, and the collected gas was analyzed using a gas chromatograph (Model GC-2014 manufactured by Shimadzu Corporation) to confirm the presence or absence of hydrogen generation.
<電池特性の評価>
本発明のリチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子の電池特性を次のようにして測定した。
測定の際に設定した電流値は、リチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子あたりの理論容量を700mAh(1.0C)とし、リチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子重量あたり70mA(0.1C)となるようにした。
<Evaluation of battery characteristics>
The battery characteristics of the lithium salt-containing silicon oxycarbide particles of the present invention were measured as follows.
The current value set at the time of measurement was set such that the theoretical capacity per lithium salt-containing silicon oxycarbide particle was 700 mAh (1.0 C) and 70 mA (0.1 C) per lithium salt-containing silicon oxycarbide particle weight. .
二次電池充放電試験装置(北斗電工)を用いて電池特性を測定し、充電は電池電圧が0.005Vに達するまで0.1Cの電流値でおこない、0.005Vに達した後は、セル電圧を0.005Vに保つように電流を減少させて行った。そして、電流値が10分の1の電流値を下回った時点で充電を終了した。このときの容量を充電容量とした。放電は0.1Cの電流値で行い、電圧が1.5Vを上回った時点で終了した。このときの容量を放電容量とした。各充放電時の切り替え時には、30分間、開回路で放置した。クーロン効率は以下のようにして求めた。
クーロン効率(%) = 放電容量(mAh/g) / 充電容量(mAh/g)
Battery characteristics were measured using a secondary battery charge / discharge tester (Hokuto Denko), charging was performed at a current value of 0.1 C until the battery voltage reached 0.005 V, and after reaching 0.005 V, the cell The current was reduced so that the voltage was maintained at 0.005V. Then, the charging was terminated when the current value fell below one-tenth the current value. The capacity at this time was defined as the charging capacity. The discharge was performed at a current value of 0.1 C, and was terminated when the voltage exceeded 1.5V. The capacity at this time was defined as the discharge capacity. At the time of switching during each charging / discharging, it was left in an open circuit for 30 minutes. Coulombic efficiency was calculated as follows.
Coulombic efficiency (%) = discharge capacity (mAh / g) / charge capacity (mAh / g)
<珪素含有複合樹脂(A)の合成>
[合成例1]
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)164gを仕込んで、120℃まで昇温した。次いで、メチルメタクリレート(MMA)226g、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTS)14g、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート24gからなる混合物を、前記反応容器中へ4時間で滴下した。その後、同温度で16時間撹拌し、トリメトキシシリル基を有するビニル重合体を調製した。
<Synthesis of Silicon-Containing Composite Resin (A)>
[Synthesis example 1]
A reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel, a condenser and a nitrogen gas inlet was charged with 164 g of phenyltrimethoxysilane (PTMS) and heated to 120 ° C. Then, a mixture of 226 g of methyl methacrylate (MMA), 14 g of 3-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane (MPTS) and 24 g of tert-butylperoxy-2-ethylhexanoate was dropped into the reaction vessel in 4 hours. . Then, the mixture was stirred at the same temperature for 16 hours to prepare a vinyl polymer having a trimethoxysilyl group.
次いで、前記反応容器の温度を80℃に調整し、メチルトリメトキシシラン(MTMS)113g、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(APTS)194g、ジメチルジメトキシシラン(DMDMS)99gを、前記反応容器中へ添加した。 その後、Phoslex A−3〔堺化学(株)製、イソプロピルアシッドホスフェイト〕5.4gと脱イオン水 83gとの混合物を、5分間で滴下し、同温度で2時間撹拌することにより、加水分解縮合反応させ、反応生成物を得た。反応生成物を、1H−NMRを用いて分析したところ、前記ビニル重合体が有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。その後、前記反応生成物を、10〜300mmHgの減圧下に、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、次いで、酢酸ブチル(BuAc) 400gを添加することで、不揮発分が59.8質量%であるポリシロキサンセグメントとビニル重合体セグメントからなる珪素含有複合樹脂(A−1)の溶液 1000gを得た。 Then, the temperature of the reaction vessel was adjusted to 80 ° C., 113 g of methyltrimethoxysilane (MTMS), 194 g of 3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane (APTS), and 99 g of dimethyldimethoxysilane (DMDMS) were introduced into the reaction vessel. Was added. After that, a mixture of 5.4 g of Phoslex A-3 [manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., isopropyl acid phosphate] and 83 g of deionized water was added dropwise over 5 minutes, and the mixture was stirred at the same temperature for 2 hours for hydrolysis. A condensation reaction was performed to obtain a reaction product. When the reaction product was analyzed by 1H-NMR, almost 100% of the trimethoxysilyl group in the vinyl polymer was hydrolyzed. Thereafter, the reaction product is distilled under reduced pressure of 10 to 300 mmHg at 40 to 60 ° C. for 2 hours to remove the produced methanol and water, and then 400 g of butyl acetate (BuAc) is added. Thus, 1000 g of a solution of the silicon-containing composite resin (A-1) containing the polysiloxane segment having a nonvolatile content of 59.8 mass% and the vinyl polymer segment was obtained.
[合成例2]
前記合成例1と同様の反応容器に、PTMS 191gを仕込んで、120℃まで昇温した。次いで、MMA 169g、MPTS 11g、TBPEH 18gからなる混合物を、前記反応容器中へ4時間で滴下した。その後、同温度で16時間撹拌することにより、トリメトキシシリル基を有するビニル重合体を調製した。
[Synthesis example 2]
191 g of PTMS was charged in the same reaction vessel as in Synthesis Example 1 and heated to 120 ° C. Then, a mixture of 169 g of MMA, 11 g of MPTS, and 18 g of TBPEH was dropped into the reaction vessel over 4 hours. Then, by stirring at the same temperature for 16 hours, a vinyl polymer having a trimethoxysilyl group was prepared.
次いで、前記反応容器の温度を80℃に調整し、MTMS 454g、DMDMS 116gを添加した。その後、Phoslex A−3 8.4gと脱イオン水 134gとの混合物を、5分間で滴下し、同温度で2時間撹拌することにより、加水分解縮合反応させ、反応生成物を得た。反応生成物を、1H−NMRを用いて分析したところ、前記ビニル重合体が有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。その後、前記反応生成物を、10〜300mmHgの減圧下に、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、次いで、BuAc 400gを添加することで、不揮発分が60.1%である重合性二重結合を有さないポリシロキサンセグメントとビニル重合体セグメントからなる珪素含有複合樹脂(A−2)の溶液 1000gを得た。 Then, the temperature of the reaction vessel was adjusted to 80 ° C., and 454 g of MTMS and 116 g of DMDMS were added. Then, a mixture of 8.4 g of Phoslex A-3 and 134 g of deionized water was added dropwise over 5 minutes, and the mixture was stirred at the same temperature for 2 hours to cause a hydrolytic condensation reaction to obtain a reaction product. When the reaction product was analyzed by 1H-NMR, almost 100% of the trimethoxysilyl group in the vinyl polymer was hydrolyzed. After that, the reaction product is distilled under reduced pressure of 10 to 300 mmHg under the condition of 40 to 60 ° C. for 2 hours to remove the produced methanol and water, and then 400 g of BuAc is added to the nonvolatile product. 1000 g of a solution containing 60.1% of a silicon-containing composite resin (A-2) consisting of a polysiloxane segment having no polymerizable double bond and a vinyl polymer segment was obtained.
[実施例1]
合成例1で得られた珪素含有複合樹脂(A−1)の溶液200gを、減圧下100℃で12時間乾燥させた。乾燥物を1000℃3時間窒素雰囲気中で加熱し、黒色のシリコンオキシカーバイド固形物を得た。得られた固形物をペイントコンディショナーで粉砕し、平均粒径10μmのシリコンオキシカーバイド粒子を得た。シリコンオキシカーバイド粒子の組成式は、SiOyCzと表した場合に、(Siが1.00、O(y)が1.53、C(z)が1.54)であった。
得られたシリコンオキシカーバイド粒子 1.5g、リチウム 0.58g、ナフタレン 11g、テトラヒドロフラン(THF)50mlをアルゴン中で混合し、3時間攪拌した。その後、得られた反応液にイソプロパノール20mlを徐々に加えて、次いで水20mlを徐々に加えた。反応液をろ過し、黒色のろ物を水、塩酸で洗浄した。洗浄したろ物を減圧下で12時間乾燥し、リチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子を得た。得られたリチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子1gに水10mlを添加して攪拌したところ、水素の発生は確認できなかった。リチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子に含まれるリチウム塩の量(Li/Siの値)は0.64であった。
[Example 1]
200 g of the solution of the silicon-containing composite resin (A-1) obtained in Synthesis Example 1 was dried under reduced pressure at 100 ° C. for 12 hours. The dried product was heated in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 3 hours to obtain a black silicon oxycarbide solid product. The obtained solid was pulverized with a paint conditioner to obtain silicon oxycarbide particles having an average particle size of 10 μm. The composition formula of the silicon oxycarbide particles was (Si: 1.00, O (y): 1.53, C (z): 1.54) when expressed as SiOyCz.
1.5 g of the obtained silicon oxycarbide particles, 0.58 g of lithium, 11 g of naphthalene, and 50 ml of tetrahydrofuran (THF) were mixed in argon and stirred for 3 hours. Then, 20 ml of isopropanol was gradually added to the obtained reaction liquid, and then 20 ml of water was gradually added. The reaction solution was filtered, and the black filter cake was washed with water and hydrochloric acid. The washed filter cake was dried under reduced pressure for 12 hours to obtain lithium salt-containing silicon oxycarbide particles. When 10 ml of water was added to 1 g of the obtained lithium salt-containing silicon oxycarbide particles and stirred, generation of hydrogen was not confirmed. The amount of lithium salt (Li / Si value) contained in the lithium salt-containing silicon oxycarbide particles was 0.64.
[実施例2]
合成例2で得られた珪素含有複合樹脂(A−2)の溶液200gを、減圧下100℃で12時間乾燥させた。乾燥物を1000℃3時間窒素雰囲気中で加熱し、黒色のシリコンオキシカーバイド固形物を得た。得られた固形物をペイントコンディショナーで粉砕し、平均粒径10μmのシリコンオキシカーバイド粒子を得た。シリコンオキシカーバイド粒子の組成式は、SiOyCzと表した場合に、(Siが1.00、O(y)が1.47、C(z)が1.47)であった。
得られたシリコンオキシカーバイド粒子 1.5g、リチウム 0.58g、ナフタレン 11g、テトラヒドロフラン(THF)50mlをアルゴン中で混合し、3時間攪拌した。その後、得られた反応液にイソプロパノール20mlを徐々に加えて、次いで水20mlを徐々に加えた。反応液をろ過し、黒色のろ物を水、塩酸で洗浄した。洗浄したろ物を減圧下で12時間乾燥し、リチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子を得た。得られたリチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子1gに水10mlを添加して攪拌したところ、水素の発生は確認できなかった。リチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子に含まれるリチウム塩の量(Li/Siの値)は0.58であった。
[Example 2]
200 g of a solution of the silicon-containing composite resin (A-2) obtained in Synthesis Example 2 was dried under reduced pressure at 100 ° C for 12 hours. The dried product was heated in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 3 hours to obtain a black silicon oxycarbide solid product. The obtained solid was pulverized with a paint conditioner to obtain silicon oxycarbide particles having an average particle size of 10 μm. The composition formula of the silicon oxycarbide particles was (Si: 1.00, O (y): 1.47, C (z): 1.47) when expressed as SiOyCz.
1.5 g of the obtained silicon oxycarbide particles, 0.58 g of lithium, 11 g of naphthalene, and 50 ml of tetrahydrofuran (THF) were mixed in argon and stirred for 3 hours. Then, 20 ml of isopropanol was gradually added to the obtained reaction liquid, and then 20 ml of water was gradually added. The reaction solution was filtered, and the black filter cake was washed with water and hydrochloric acid. The washed filter cake was dried under reduced pressure for 12 hours to obtain lithium salt-containing silicon oxycarbide particles. When 10 ml of water was added to 1 g of the obtained lithium salt-containing silicon oxycarbide particles and stirred, generation of hydrogen was not confirmed. The amount of lithium salt (Li / Si value) contained in the lithium salt-containing silicon oxycarbide particles was 0.58.
[試験例1]
実施例1で得られたリチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子 80部に対して、アセチレンブラック10部、カルボキシメチルセルロースナトリウム2.5部、スチレンブタジエンゴム7.5部、水150部を加えてスラリーを作製した。次いで、スラリーを厚さ18μmの銅箔に塗布し、120℃で1時間乾燥後、プレスにより電極を加圧成形し、最終的には1.54cm2に打ち抜き、負極とした。得られた負極と対極にリチウム箔を使用し、非水電解質として六フッ化リンリチウムをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの1/1(体積比)混合液に1mol/Lの濃度で溶解した非水電解質溶液を用い、セパレータに厚さ30μmのポリエチレン製微多孔質フィルムを用いた評価用リチウムイオン二次電池ハーフセルを作製した。
[Test Example 1]
To 80 parts of the lithium salt-containing silicon oxycarbide particles obtained in Example 1, 10 parts of acetylene black, 2.5 parts of sodium carboxymethyl cellulose, 7.5 parts of styrene-butadiene rubber, and 150 parts of water were added to prepare a slurry. did. Next, the slurry was applied to a copper foil having a thickness of 18 μm, dried at 120 ° C. for 1 hour, pressure-molded with an electrode, and finally punched out to 1.54 cm 2 to obtain a negative electrode. A non-aqueous electrolyte obtained by using lithium foil for the obtained negative electrode and a counter electrode, and dissolving lithium phosphorus hexafluoride as a non-aqueous electrolyte in a 1/1 (volume ratio) mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a concentration of 1 mol / L. Using the solution, a lithium ion secondary battery half cell for evaluation using a polyethylene microporous film having a thickness of 30 μm as a separator was prepared.
得られたハーフセルを12時間室温で放置した後、二次電池充放電試験装置(北斗電工)を用いて、初回の充放電容量および初回クーロン効率を評価した。結果を表3に示す。 After leaving the obtained half cell for 12 hours at room temperature, the initial charge / discharge capacity and the initial Coulombic efficiency were evaluated using a secondary battery charge / discharge tester (Hokuto Denko). The results are shown in Table 3.
[試験例2]
実施例2で得られたリチウム塩含有シリコンオキシカーバイド粒子を用いたこと以外は、前記試験例1と同様にして、電池を作製し、電池特性を評価した。結果を表3に示す。
[Test Example 2]
A battery was prepared and battery characteristics were evaluated in the same manner as in Test Example 1 except that the lithium salt-containing silicon oxycarbide particles obtained in Example 2 were used. The results are shown in Table 3.
<比較例>
[比較実施例]
合成例1で得られた珪素含有複合樹脂の溶液200gを、減圧下100℃で12時間乾燥させた。乾燥物を1000℃3時間窒素雰囲気中で加熱し、黒色のシリコンオキシカーバイド固形物を得た。得られた固形物をペイントコンディショナーで粉砕し、平均粒径10μmのシリコンオキシカーバイド粒子を得た。得られたシリコンオキシカーバイド粒子 1.5gに対して、アルゴン雰囲気中でリチウム粉を0.1g添加して乳鉢で攪拌混合し、リチウムドープしたシリコンオキシカーバイド粒子を得た。得られたリチウムドープされたシリコンオキシカーバイド粒子1gに水10mlを添加したところ、水素の発生が確認された。
<Comparative example>
Comparative Example
200 g of the solution of the silicon-containing composite resin obtained in Synthesis Example 1 was dried under reduced pressure at 100 ° C. for 12 hours. The dried product was heated in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 3 hours to obtain a black silicon oxycarbide solid product. The obtained solid was pulverized with a paint conditioner to obtain silicon oxycarbide particles having an average particle size of 10 μm. To 1.5 g of the obtained silicon oxycarbide particles, 0.1 g of lithium powder was added in an argon atmosphere and mixed with stirring in a mortar to obtain lithium-doped silicon oxycarbide particles. When 1 ml of the obtained lithium-doped silicon oxycarbide particles was added with 10 ml of water, generation of hydrogen was confirmed.
[比較試験例1]
比較実施例で得られたリチウム含有シリコンオキシカーバイド粒子80部に対して、アセチレンブラック10部、ポリ弗化ビニリデン10部、NMP150部を加えてスラリーを作製した。次いで、スラリーを厚さ18μmの銅箔に塗布し、リチウム含有シリコンオキシカーバイドを含む負極を作製し、得られたリチウム含有シリコンオキシカーバイド負極と対極にリチウム箔を使用し、非水電解質として六フッ化リンリチウムをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの1/1(体積比)混合液に1mol/Lの濃度で溶解した非水電解質溶液を用い、セパレータに厚さ30μmのポリエチレン製微多孔質フィルムを用いた評価用リチウムイオン二次電池ハーフセルを作製した。
[Comparative Test Example 1]
A slurry was prepared by adding 10 parts of acetylene black, 10 parts of polyvinylidene fluoride and 150 parts of NMP to 80 parts of the lithium-containing silicon oxycarbide particles obtained in the comparative example. Then, the slurry was applied to a copper foil having a thickness of 18 μm to prepare a negative electrode containing lithium-containing silicon oxycarbide, and the lithium foil was used as a counter electrode with the obtained lithium-containing silicon oxycarbide negative electrode. A nonaqueous electrolyte solution prepared by dissolving lithium phosphorus oxide in a 1/1 (volume ratio) mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a concentration of 1 mol / L was used as a separator, and a microporous polyethylene film having a thickness of 30 μm was used as a separator. A lithium-ion secondary battery half cell for evaluation was prepared.
得られたハーフセルを12時間室温で放置した後、二次電池充放電試験装置(北斗電工)を用いて、初回の充放電容量および初回クーロン効率を評価した。結果を表3に示す。 After leaving the obtained half cell for 12 hours at room temperature, the initial charge / discharge capacity and the initial Coulombic efficiency were evaluated using a secondary battery charge / discharge tester (Hokuto Denko). The results are shown in Table 3.
比較試験例に比して、不可逆容量の低減と初回クーロン効率の向上を確認した。
さらに、本発明の負極活物質は金属リチウムを含まずに上記の優れた初回の充放電容量および初回クーロン効率を得ているため、実用場面で要求される特性を満足しつつ、作業安全性が改善され、水系バインダーも使用可能な優れた活物質であることが分かる。
It was confirmed that the irreversible capacity was reduced and the initial coulombic efficiency was improved as compared with the comparative test example.
Furthermore, since the negative electrode active material of the present invention does not contain metallic lithium and has the above-described excellent initial charge / discharge capacity and initial Coulombic efficiency, work safety while satisfying the characteristics required in practical situations It can be seen that this is an excellent active material that is improved and can be used with an aqueous binder.
Claims (12)
池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5.
工程(1)により得られたアルカリ金属含有シリコンオキシカーバイドを、アルコール、水及び酸性溶液からなる群より選ばれる少なくとも1種で洗浄処理する工程(2)を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。 A step (1) of reacting silicon oxycarbide with an alkali metal source containing at least one selected from the group consisting of alkali metals and alkali metal compounds to obtain alkali metal-containing silicon oxycarbide;
A non-aqueous electrolyte (2) comprising a step (2) of washing the alkali metal-containing silicon oxycarbide obtained in the step (1) with at least one selected from the group consisting of alcohol, water and an acidic solution. Manufacturing method of negative electrode active material for secondary battery.
工程(1)で得られたアルカリ金属含有シリコンオキシカーバイドを酸素雰囲気又は窒素雰囲気中で加熱する工程(2)を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。 A step (1) of reacting silicon oxycarbide with an alkali metal source containing at least one selected from the group consisting of alkali metals and alkali metal compounds to obtain alkali metal-containing silicon oxycarbide;
A method for producing a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a step (2) of heating the alkali metal-containing silicon oxycarbide obtained in the step (1) in an oxygen atmosphere or a nitrogen atmosphere.
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