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JP6743503B2 - Negative electrode active material for electric device and electric device using the same - Google Patents
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JP6743503B2 - Negative electrode active material for electric device and electric device using the same - Google Patents

Negative electrode active material for electric device and electric device using the same Download PDF

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Description

本発明は、電気デバイス用負極活物質、およびこれを用いた電気デバイスに関する。本発明の電気デバイス用負極活物質およびこれを用いた電気デバイスは、例えば、二次電池やキャパシタ等として電気自動車、燃料電池車およびハイブリッド電気自動車等の車両のモータ等の駆動用電源や補助電源に用いられる。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode active material for an electric device and an electric device using the same. The negative electrode active material for an electric device of the present invention and the electric device using the same are, for example, a driving power source and an auxiliary power source for a motor of a vehicle such as an electric vehicle, a fuel cell vehicle and a hybrid electric vehicle as a secondary battery or a capacitor. Used for.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの電気デバイスの開発が盛んに行われている。 In recent years, in order to deal with air pollution and global warming, reduction of carbon dioxide has been eagerly desired. In the automobile industry, expectations are growing for the reduction of carbon dioxide emissions by the introduction of electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), and electric devices such as secondary batteries for motor drives that hold the key to their practical application. Is being actively developed.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められている。したがって、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。 As a secondary battery for driving a motor, it is required to have extremely high output characteristics and high energy as compared with consumer lithium ion secondary batteries used in mobile phones, notebook computers and the like. Therefore, a lithium ion secondary battery, which has the highest theoretical energy among all batteries, has been attracting attention and is currently under rapid development.

リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。 Lithium ion secondary batteries are generally composed of a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied on both sides of a positive electrode current collector using a binder and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied on both sides of a negative electrode current collector using a binder. However, it is connected through the electrolyte layer and housed in the battery case.

従来、リチウムイオン二次電池の負極には充放電サイクルの寿命やコスト面で有利な炭素・黒鉛系材料が用いられてきた。しかし、炭素・黒鉛系の負極材料ではリチウムイオンの黒鉛結晶中への吸蔵・放出により充放電がなされるため、最大リチウム導入化合物であるLiCから得られる理論容量372mAh/g以上の充放電容量が得られないという欠点がある。このため、炭素・黒鉛系負極材料で車両用途の実用化レベルを満足する容量、エネルギー密度を得るのは困難である。 Conventionally, carbon/graphite-based materials, which are advantageous in terms of charge/discharge cycle life and cost, have been used for the negative electrode of lithium-ion secondary batteries. However, since the carbon/graphite negative electrode material is charged and discharged by occluding/releasing lithium ions into the graphite crystal, the theoretical capacity of 372 mAh/g or more obtained from LiC 6 which is the maximum lithium-introducing compound is used. There is a drawback that you can not get. For this reason, it is difficult to obtain a capacity and energy density satisfying the practical use level for vehicle applications with the carbon/graphite negative electrode material.

これに対し、負極にLiと合金化する材料を用いた電池は、従来の炭素・黒鉛系負極材料と比較しエネルギー密度が向上するため、車両用途における負極材料として期待されている。例えば、Si材料は、充放電において下記の反応式(A)のように1molあたり3.75molのリチウムイオンを吸蔵放出し、Li15Si(=Li3.75Si)においては理論容量3600mAh/gである。 On the other hand, a battery using a material that forms an alloy with Li for the negative electrode has an improved energy density as compared with the conventional carbon/graphite-based negative electrode material, and is therefore expected as a negative electrode material for vehicle applications. For example, Si material absorbs and desorbs 3.75 mol of lithium ions per mol as shown in the following reaction formula (A) during charge and discharge, and theoretical capacity of 3600 mAh/in Li 15 Si 4 (=Li 3.75 Si). It is g.

しかしながら、負極にLiと合金化する材料を用いたリチウムイオン二次電池は、充放電時の負極での膨張収縮が大きい。例えば、Liイオンを吸蔵した場合の体積膨張は、黒鉛材料では約1.2倍であるのに対し、Si材料ではSiとLiが合金化する際、アモルファス状態から結晶状態へ転移し大きな体積変化(約4倍)を起こすため、電極のサイクル寿命を低下させる問題があった。また、Si負極活物質の場合、容量とサイクル耐久性とはトレードオフの関係であり、高容量を示しつつサイクル耐久性を向上させることが困難であるといった問題があった。 However, the lithium-ion secondary battery using a material that forms an alloy with Li for the negative electrode has large expansion and contraction in the negative electrode during charging and discharging. For example, the volume expansion when occluding Li ions is about 1.2 times in the graphite material, whereas in the Si material, when Si and Li are alloyed, a transition from an amorphous state to a crystalline state occurs and a large volume change occurs. Therefore, there is a problem that the cycle life of the electrode is shortened. Further, in the case of the Si negative electrode active material, there is a trade-off relationship between capacity and cycle durability, and there is a problem that it is difficult to improve cycle durability while exhibiting high capacity.

ここで、特許文献1では、高容量で、かつサイクル寿命に優れた負極ペレットを有する非水電解質二次電池を提供することを課題とした発明が開示されている。具体的には、ケイ素粉末とチタン粉末とをメカニカルアロイング法により混合し、湿式粉砕して得られるケイ素含有合金であって、ケイ素を主体とする第1相とチタンのケイ化物(TiSiなど)を含む第2相とを含むものを負極活物質として用いることが開示されている。この際、これらの2つの相の少なくとも一方を非晶質または低結晶性とすることも開示されている。 Here, Patent Document 1 discloses an invention whose object is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode pellet having a high capacity and an excellent cycle life. Specifically, it is a silicon-containing alloy obtained by mixing silicon powder and titanium powder by a mechanical alloying method and wet pulverizing the mixture, wherein the first phase mainly composed of silicon and a silicide of titanium (such as TiSi 2 ). Is used as a negative electrode active material. At this time, it is also disclosed that at least one of these two phases is amorphous or low crystalline.

国際公開第2006/129415号パンフレットInternational Publication 2006/129415 pamphlet

本発明者らの検討によれば、上記特許文献1に記載の負極ペレットを用いたリチウムイオン二次電池等の電気デバイスでは、良好なサイクル耐久性を示すことができるとされているにもかかわらず、サイクル耐久性が十分ではない場合があることが判明した。 According to the study by the present inventors, it is said that an electric device such as a lithium ion secondary battery using the negative electrode pellet described in Patent Document 1 can exhibit good cycle durability. Therefore, it was found that the cycle durability may not be sufficient.

そこで本発明は、リチウムイオン二次電池等の電気デバイスのサイクル耐久性を向上させうる手段を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a means capable of improving the cycle durability of an electric device such as a lithium ion secondary battery.

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った。その結果、Si−Sn−Tiで表される三元系の合金組成を有し、ケイ素の結晶構造の内部にスズが固溶してなる非晶質または低結晶性のケイ素を主成分とする相(以下、a−Si相と呼ぶ場合もある)が、チタンのケイ化物を含むシリサイド相の母相中に分散されてなる構造を有するケイ素含有合金を電気デバイス用の負極活物質として用いるとともに、当該ケイ素含有合金についての示差走査熱量測定(DSC)法により得られるスペクトルにおいて確認される各種ピークのピーク強度の関係を制御することで、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have conducted earnest research to solve the above problems. As a result, it has a ternary alloy composition represented by Si-Sn-Ti, and contains amorphous or low crystalline silicon having tin as a solid solution in the crystal structure of silicon as a main component. While using a silicon-containing alloy having a structure in which a phase (hereinafter also referred to as an a-Si phase) is dispersed in a mother phase of a silicide phase containing a silicide of titanium as a negative electrode active material for an electric device, The inventors have found that the above problems can be solved by controlling the relationship between peak intensities of various peaks confirmed in a spectrum obtained by a differential scanning calorimetry (DSC) method for the silicon-containing alloy, and completed the present invention. Came to let.

すなわち、本発明は、ケイ素含有合金からなる電気デバイス用負極活物質に関する。具体的に、前記負極活物質は、TiSiを含むシリサイド相の母相中に、ケイ素の結晶構造の内部にスズが固溶してなる非晶質または低結晶性ケイ素を主成分とする相が分散されてなる構造を有し、下記化学式(1) That is, the present invention relates to a negative electrode active material for electric devices, which is made of a silicon-containing alloy. Specifically, the negative electrode active material is a phase whose main component is amorphous or low crystalline silicon in which tin is solid-dissolved in the crystal structure of silicon in a mother phase of a silicide phase containing TiSi 2. Has a structure in which the following chemical formula (1)

(上記化学式(1)において、Aは不可避不純物であり、x、y、z、及びaは、質量%の値を表し、この際、0<x<100、0<y<100、0<z<100、0≦a<0.5であり、x+y+z+a=100である。)
で表される組成を有するケイ素含有合金からなる。そして、当該負極活物質は、示差走査熱量測定(DSC)法により得られるスペクトルにおいて1200〜1350℃に観察されるSiピークのピーク強度をI(1)とし、1400〜1500℃に観察されるTiSiピークのピーク強度をI(2)とし、a−Si相が含まれないと仮定した場合のSi量に相当するピーク強度と前記Siピークのピーク強度との差として定義されるa−Siピークのピーク強度をI(3)としたときに、
I(2)/I(1)>0.59、および、
I(3)/I(1)>0.56
の関係を満たす点に特徴がある。
(In the above chemical formula (1), A is an unavoidable impurity, and x, y, z, and a represent the value of mass %, where 0<x<100, 0<y<100, 0<z. <100, 0≦a<0.5, and x+y+z+a=100.)
It consists of a silicon-containing alloy having a composition represented by: And the said negative electrode active material makes Ti(1) the peak intensity of the Si peak observed at 1200-1350 degreeC in the spectrum obtained by a differential scanning calorimetry (DSC) method, and is TiSi observed at 1400-1500 degreeC. An a-Si peak defined as a difference between the peak intensity corresponding to the amount of Si and the peak intensity of the Si peak when assuming that the peak intensity of the two peaks is I(2) and the a-Si phase is not included. When the peak intensity of is I(3),
I(2)/I(1)>0.59, and
I(3)/I(1)>0.56
Is characterized in that the relationship of is satisfied.

本発明によれば、Siのアモルファス化を十分に進行させるとともに、ケイ素を主成分とする相を硬いシリサイド相によって囲むことで活物質の膨張収縮時の体積変化を抑制することが可能となる結果、リチウムイオン二次電池等の電気デバイスのサイクル耐久性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to sufficiently promote the amorphization of Si and suppress the volume change during expansion and contraction of the active material by surrounding the phase containing silicon as the main component with the hard silicide phase. It is possible to improve cycle durability of an electric device such as a lithium ion secondary battery.

図1は、本発明に係る電気デバイスの代表的な一実施形態である積層型の扁平な非双極型リチウムイオン二次電池の概要を模式的に表した断面概略図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a stacking type flat non-polar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the electric device according to the present invention. 図2は、本発明に係る電気デバイスの代表的な実施形態である積層型の扁平なリチウムイオン二次電池の外観を模式的に表した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing the appearance of a laminated flat lithium-ion secondary battery that is a typical embodiment of the electric device according to the present invention. 図3は、後述する実施例2において作製された負極活物質(ケイ素含有合金)について測定された示差走査熱量測定(DSC)の結果を示すスペクトルである。FIG. 3 is a spectrum showing the results of differential scanning calorimetry (DSC) of the negative electrode active material (silicon-containing alloy) produced in Example 2 described later. 図4は、後述する比較例1において作製された負極活物質(ケイ素含有合金)について測定された示差走査熱量測定(DSC)の結果を示すスペクトルである。FIG. 4 is a spectrum showing the results of differential scanning calorimetry (DSC) of the negative electrode active material (silicon-containing alloy) produced in Comparative Example 1 described later. 図5Aは、実施例1において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した結果を示す観察写真(低倍率)である。FIG. 5A is an observation photograph (low magnification) showing the result of analyzing the structure structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Example 1. 図5Bは、実施例1において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した結果を示す観察写真(高倍率)である。FIG. 5B is an observation photograph (high magnification) showing the result of analyzing the structure structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Example 1. 図6Aは、実施例2において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した結果を示す観察写真(低倍率)である。FIG. 6A is an observation photograph (low magnification) showing the result of analysis of the structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Example 2. 図6Bは、実施例2において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した結果を示す観察写真(高倍率)である。FIG. 6B is an observation photograph (high magnification) showing the result of analyzing the structure structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Example 2. 図7Aは、実施例3において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した結果を示す観察写真(低倍率)である。FIG. 7A is an observation photograph (low magnification) showing the result of analysis of the structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Example 3. 図7Bは、実施例3において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した結果を示す観察写真(高倍率)である。FIG. 7B is an observation photograph (high magnification) showing the result of analyzing the structure structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Example 3. 図8Aは、実施例4において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した結果を示す観察写真(低倍率)である。FIG. 8A is an observation photograph (low magnification) showing the result of analysis of the structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Example 4. 図8Bは、実施例4において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した結果を示す観察写真(高倍率)である。FIG. 8B is an observation photograph (high magnification) showing the result of analysis of the structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Example 4. 図9Aは、比較例1において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した結果を示す観察写真(低倍率)である。FIG. 9A is an observation photograph (low magnification) showing the result of analysis of the structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Comparative Example 1. 図9Bは、比較例1において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した結果を示す観察写真(高倍率)である。FIG. 9B is an observation photograph (high magnification) showing the result of analysis of the structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Comparative Example 1.

以下、図面を参照しながら、本発明の電気デバイス用負極活物質およびこれを用いてなる電気デバイスの実施形態を説明する。但し、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Embodiments of a negative electrode active material for an electric device of the present invention and an electric device using the same will be described below with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the claims, and is not limited to the following modes. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Further, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of description, and may differ from the actual ratios.

以下、本発明の電気デバイス用負極活物質が適用されうる電気デバイスの基本的な構成を、図面を用いて説明する。本実施形態では、電気デバイスとしてリチウムイオン二次電池を例示して説明する。 Hereinafter, a basic configuration of an electric device to which the negative electrode active material for an electric device of the present invention can be applied will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a lithium ion secondary battery will be described as an example of the electric device.

まず、本発明に係る電気デバイス用負極活物質を含む負極の代表的な一実施形態であるリチウムイオン二次電池用の負極およびこれを用いてなるリチウムイオン二次電池では、セル(単電池層)の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる。そのため本実施形態のリチウムイオン二次電池用の負極活物質を用いてなるリチウムイオン二次電池では、車両の駆動電源用や補助電源用として優れている。その結果、車両の駆動電源用等のリチウムイオン二次電池として好適に利用できる。このほかにも、携帯電話などの携帯機器向けのリチウムイオン二次電池にも十分に適用可能である。 First, in a negative electrode for a lithium ion secondary battery, which is a typical embodiment of a negative electrode containing a negative electrode active material for an electric device according to the present invention, and a lithium ion secondary battery using the same, a cell (single battery layer ) Is large, and high energy density and high power density can be achieved. Therefore, the lithium ion secondary battery using the negative electrode active material for the lithium ion secondary battery of the present embodiment is excellent as a drive power source or an auxiliary power source for a vehicle. As a result, it can be suitably used as a lithium-ion secondary battery for a vehicle drive power source or the like. In addition, it can be sufficiently applied to lithium-ion secondary batteries for mobile devices such as mobile phones.

すなわち、本実施形態の対象となるリチウムイオン二次電池は、以下に説明する本実施形態のリチウムイオン二次電池用の負極活物質を用いてなるものであればよく、他の構成要件に関しては、特に制限されるべきものではない。 That is, the lithium-ion secondary battery that is the target of the present embodiment may be one that uses the negative electrode active material for the lithium-ion secondary battery of the present embodiment described below, and with respect to other constituent requirements. , It should not be particularly limited.

例えば、上記リチウムイオン二次電池を形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。 For example, when the lithium ion secondary batteries are distinguished by form/structure, they can be applied to any conventionally known form/structure such as a laminated (flat) battery and a wound (cylindrical) battery. It is a thing. By adopting a laminated (flat) battery structure, long-term reliability can be ensured by a sealing technique such as simple thermocompression bonding, which is advantageous in terms of cost and workability.

また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。 Further, when viewed in terms of the electrical connection form (electrode structure) in the lithium ion secondary battery, it can be applied to both non-bipolar (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries. It is a thing.

リチウムイオン二次電池内の電解質層の種類で区別した場合には、電解質層に非水系の電解液等の溶液電解質を用いた溶液電解質型電池、電解質層に高分子電解質を用いたポリマー電池など従来公知のいずれの電解質層のタイプにも適用し得るものである。該ポリマー電池は、さらに高分子ゲル電解質(単にゲル電解質ともいう)を用いたゲル電解質型電池、高分子固体電解質(単にポリマー電解質ともいう)を用いた固体高分子(全固体)型電池に分けられる。 When distinguished by the type of electrolyte layer in a lithium-ion secondary battery, a solution electrolyte type battery that uses a solution electrolyte such as a non-aqueous electrolyte solution for the electrolyte layer, a polymer battery that uses a polymer electrolyte for the electrolyte layer, etc. It can be applied to any type of conventionally known electrolyte layer. The polymer battery is further divided into a gel electrolyte type battery using a polymer gel electrolyte (also simply called gel electrolyte) and a solid polymer (all solid) type battery using a polymer solid electrolyte (also simply called polymer electrolyte). To be

したがって、以下の説明では、本実施形態のリチウムイオン二次電池用の負極活物質を用いてなる非双極型(内部並列接続タイプ)リチウムイオン二次電池につき図面を用いてごく簡単に説明する。但し、本実施形態のリチウムイオン二次電池の技術的範囲が、これらに制限されるべきものではない。 Therefore, in the following description, a non-bipolar (internal parallel connection type) lithium ion secondary battery using the negative electrode active material for the lithium ion secondary battery of the present embodiment will be briefly described with reference to the drawings. However, the technical scope of the lithium ion secondary battery of the present embodiment should not be limited to these.

<電池の全体構造>
図1は、本発明の電気デバイスの代表的な一実施形態である、扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」ともいう)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。
<Overall structure of battery>
FIG. 1 schematically shows the entire structure of a flat (laminated) lithium ion secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “laminated battery”), which is a typical embodiment of the electric device of the present invention. It is the cross-sectional schematic diagram represented.

図1に示すように、本実施形態の積層型電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極集電体12の両面に正極活物質層15が配置された正極と、電解質層17と、負極集電体11の両面に負極活物質層13が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの正極活物質層15とこれに隣接する負極活物質層13とが、電解質層17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。 As shown in FIG. 1, the laminated battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge/discharge reaction actually progresses is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior body. .. Here, in the power generation element 21, the positive electrode in which the positive electrode active material layers 15 are arranged on both surfaces of the positive electrode current collector 12, the electrolyte layer 17, and the negative electrode active material layers 13 are arranged on both surfaces of the negative electrode current collector 11. It has a structure in which a negative electrode is laminated. Specifically, one positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13 adjacent to the positive electrode active material layer 15 face each other with the electrolyte layer 17 in between, and the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode are laminated in this order. ..

これにより、隣接する正極、電解質層、および負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図1に示す積層型電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層の正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層15が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層の負極集電体が位置するようにし、該最外層の負極集電体の片面または両面に負極活物質層が配置されているようにしてもよい。 Thus, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode form one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the stacked battery 10 shown in FIG. 1 has a configuration in which a plurality of unit cell layers 19 are stacked and electrically connected in parallel. In addition, in each of the outermost positive electrode current collectors located on both outermost layers of the power generation element 21, the positive electrode active material layer 15 is arranged on only one surface, but the active material layers may be provided on both surfaces. .. That is, the current collector having the active material layers on both sides may be used as it is as the current collector for the outermost layer, instead of the current collector dedicated to the outermost layer in which the active material layer is provided on only one surface. Further, by reversing the arrangement of the positive electrode and the negative electrode from that in FIG. 1, the outermost negative electrode current collectors are located on both outermost layers of the power generation element 21, and one surface of the outermost layer negative electrode current collector or You may make it arrange|position the negative electrode active material layer on both surfaces.

正極集電体12および負極集電体11は、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板27および負極集電板25がそれぞれ取り付けられ、ラミネートシート29の端部に挟まれるようにしてラミネートシート29の外部に導出される構造を有している。正極集電板27および負極集電板25は、それぞれ必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体12および負極集電体11に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。 The positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 11 are attached with a positive electrode current collector plate 27 and a negative electrode current collector plate 25 that are electrically connected to the respective electrodes (positive electrode and negative electrode), and are sandwiched between the end portions of the laminate sheet 29. And has a structure led out of the laminate sheet 29. The positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25 are ultrasonically welded to the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 11 of each electrode via a positive electrode lead and a negative electrode lead (not shown), respectively, if necessary. It may be attached by resistance welding or the like.

上記で説明したリチウムイオン二次電池は、負極に特徴を有する。以下、当該負極を含めた電池の主要な構成部材について説明する。 The lithium-ion secondary battery described above is characterized by the negative electrode. Hereinafter, main constituent members of the battery including the negative electrode will be described.

<活物質層>
活物質層13または15は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
<Active material layer>
The active material layer 13 or 15 contains an active material, and may further contain other additives as needed.

[正極活物質層]
正極活物質層15は、正極活物質を含む。
[Cathode active material layer]
The positive electrode active material layer 15 contains a positive electrode active material.

(正極活物質)
正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられ、さらに好ましくはLi(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)が用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。
(Cathode active material)
As the positive electrode active material, for example, lithium such as LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li(Ni—Mn—Co)O 2 and those in which some of these transition metals are replaced with other elements Examples thereof include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, lithium-transition metal sulfate compounds, and the like. Depending on the case, two or more positive electrode active materials may be used in combination. From the viewpoint of capacity and output characteristics, a lithium-transition metal composite oxide is preferably used as the positive electrode active material. More preferably, a composite oxide containing lithium and nickel is used, and further preferably, Li(Ni—Mn—Co)O 2 and a part of these transition metals substituted with other elements (hereinafter, (Also simply referred to as “NMC complex oxide”) is used. The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni and Co are arranged in an ordered manner) atomic layer are alternately stacked via an oxygen atomic layer. One Li atom is contained, and the amount of Li that can be taken out is twice as large as that of spinel-type lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is twice as large, and a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。 As described above, the NMC composite oxide also includes a composite oxide in which a part of the transition metal element is replaced with another metal element. In this case, other elements include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu. , Ag, Zn, etc., preferably Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, more preferably Ti, Zr, P, Al, Mg, Cr, and more preferably Ti, Zr, Al, Mg, and Cr from the viewpoint of improving cycle characteristics.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferable that the NMC composite oxide has the general formula (1): Li a Ni b Mn c Co d M x O 2 (where a, b, c, d, and x are in the formula). Satisfies 0.9≦a≦1.2, 0<b<1, 0<c≦0.5, 0<d≦0.5, 0≦x≦0.3, b+c+d=1, and M is Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr, which is at least one element). Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. Represents. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4≦b≦0.6 in the general formula (1). The composition of each element can be measured by, for example, plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。 In general, nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) are known to contribute to the capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of materials and improving electron conductivity. Ti or the like partially replaces the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is replaced with another metal element, and 0<x≦0.3 is particularly preferable in the general formula (1). Since at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr is solid-solved, the crystal structure is stabilized, resulting in charge/discharge. It is considered that the battery capacity can be prevented from being lowered even by repeating the above, and excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.44≦b≦0.51、0.27≦c≦0.31、0.19≦d≦0.26であることが、容量と寿命特性とのバランスを向上させるという観点からは好ましい。例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2は、一般的な民生電池で実績のあるLiCoO、LiMn、LiNi1/3Mn1/3Co1/3などと比較して、単位重量あたりの容量が大きく、エネルギー密度の向上が可能となることでコンパクトかつ高容量の電池を作製できるという利点を有しており、航続距離の観点からも好ましい。なお、より容量が大きいという点ではLiNi0.8Co0.1Al0.1がより有利であるが、寿命特性に難がある。これに対し、LiNi0.5Mn0.3Co0.2はLiNi1/3Mn1/3Co1/3並みに優れた寿命特性を有しているのである。 As a more preferred embodiment, in the general formula (1), b, c and d are 0.44≦b≦0.51, 0.27≦c≦0.31 and 0.19≦d≦0.26. Is preferable from the viewpoint of improving the balance between capacity and life characteristics. For example, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 is LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2, etc., which have a proven record in general consumer batteries. Compared with the above, since the capacity per unit weight is large and the energy density can be improved, a compact and high capacity battery can be manufactured, which is also preferable from the viewpoint of cruising range. Although LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 is more advantageous in that it has a larger capacity, it has a problem in life characteristics. On the other hand, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 has a life characteristic as excellent as LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 .

場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 Depending on the case, two or more positive electrode active materials may be used in combination. From the viewpoint of capacity and output characteristics, a lithium-transition metal composite oxide is preferably used as the positive electrode active material. Needless to say, a positive electrode active material other than the above may be used.

正極活物質層15に含まれる正極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜30μmであり、より好ましくは5〜20μmである。なお、本明細書において、「粒子径」とは、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用いて観察される活物質粒子(観察面)の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離を意味する。また、本明細書において、「平均粒子径」の値は、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。他の構成成分の粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。 The average particle diameter of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer 15 is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 μm, and more preferably 5 to 20 μm from the viewpoint of high output. In addition, in the present specification, the “particle diameter” is on the contour line of the active material particles (observation surface) observed using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). Of the distances between any two points, it means the maximum distance. In addition, in the present specification, the value of “average particle size” refers to the number of particles observed in several to several tens of visual fields, using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The value calculated as the average value of the particle diameter shall be adopted. The particle size and average particle size of the other constituents can be defined in the same manner.

正極活物質層15は、バインダを含みうる。 The positive electrode active material layer 15 may include a binder.

(バインダ)
バインダは、活物質同士または活物質と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。正極活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、1種単独で用いてもよいし、2種併用してもよい。
(Binder)
The binder is added for the purpose of binding the active materials to each other or the active material and the current collector to maintain the electrode structure. The binder used for the positive electrode active material layer is not particularly limited, but examples thereof include the following materials. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, polyamide imide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC), ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene Rubber (SBR), isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene/propylene rubber, ethylene/propylene/diene copolymer, styrene/butadiene/styrene block copolymer and hydrogenated product thereof, styrene/isoprene/styrene block copolymer, and Thermoplastic polymers such as hydrogenated products thereof, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymer Fluorine resin such as polymer (PFA), ethylene/tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene/chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF), Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber (VDF-HFP fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-HFP-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoro Propylene-based fluororubber (VDF-PFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene Examples thereof include vinylidene fluoride-based fluororubbers such as vinylidene fluoride-based fluororubbers (VDF-PFMVE-TFE-based fluororubbers), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubbers (VDF-CTFE-based fluororubbers), and epoxy resins. Among them, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene/butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, polyamide, and polyamideimide are more preferable. These suitable binders are excellent in heat resistance, have a very wide potential window, are stable in both positive electrode potential and negative electrode potential, and can be used in the active material layer. These binders may be used alone or in combination of two.

正極活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。 The amount of the binder contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it can bind the active material, but is preferably 0.5 to 15 mass% with respect to the active material layer. And more preferably 1 to 10 mass %.

正極(正極活物質層)は、通常のスラリーを塗布(コーティング)する方法のほか、混練法、スパッタ法、蒸着法、CVD法、PVD法、イオンプレーティング法および溶射法のいずれかの方法によって形成することができる。 The positive electrode (positive electrode active material layer) is formed by any of a kneading method, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, a PVD method, an ion plating method, and a thermal spraying method, in addition to a method of applying (coating) a usual slurry. Can be formed.

[負極活物質層]
負極活物質層13は、負極活物質を含む。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer 13 contains a negative electrode active material.

(負極活物質)
本実施形態において、負極活物質は、ケイ素含有合金からなる。以下、本実施形態に係るケイ素含有合金の組成や構造、物性について説明する。
(Negative electrode active material)
In this embodiment, the negative electrode active material is made of a silicon-containing alloy. Hereinafter, the composition, structure, and physical properties of the silicon-containing alloy according to this embodiment will be described.

〔ケイ素含有合金の組成〕
本実施形態における負極活物質を構成するケイ素含有合金は、まず、Si−Sn−Tiで表される三元系の合金組成を有している。より具体的に、本実施形態における負極活物質を構成するケイ素含有合金は、下記化学式(1)で表される組成を有するものである。
[Composition of silicon-containing alloy]
The silicon-containing alloy forming the negative electrode active material in the present embodiment has a ternary alloy composition represented by Si-Sn-Ti. More specifically, the silicon-containing alloy forming the negative electrode active material in the present embodiment has a composition represented by the following chemical formula (1).

上記化学式(1)において、Aは不可避不純物であり、x、y、z、及びaは、質量%の値を表し、この際、0<x<100、0<y<100、0<z<100、0≦a<0.5であり、x+y+z+a=100である。 In the above chemical formula (1), A is an unavoidable impurity, and x, y, z, and a represent mass% values, where 0<x<100, 0<y<100, 0<z<. 100, 0≦a<0.5, and x+y+z+a=100.

上記化学式(1)から明らかなように、本実施形態に係るケイ素含有合金(SiSnTiの組成を有するもの)は、Si、SnおよびTiの三元系である。かような組成を有することで、高いサイクル耐久性の実現が可能となる。また、本明細書において「不可避不純物」とは、Si含有合金において、原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入したりするものを意味する。当該不可避不純物は、本来は不要なものであるが、微量であり、Si合金の特性に影響を及ぼさないため、許容されている不純物である。 As is clear from the above chemical formula (1), the silicon-containing alloy (having the composition of Si x Sn y Ti z A a ) according to this embodiment is a ternary system of Si, Sn, and Ti. With such a composition, high cycle durability can be realized. In addition, in the present specification, the “unavoidable impurities” mean those present in the raw material of the Si-containing alloy or inevitably mixed in the manufacturing process. Although the unavoidable impurities are essentially unnecessary, they are permissible impurities because they are trace amounts and do not affect the characteristics of the Si alloy.

本実施形態において、負極活物質(ケイ素含有合金)への添加元素としてTiを選択することで、Li合金化の際に、アモルファス−結晶の相転移を抑制してサイクル寿命を向上させることができる。また、これによって、従来の負極活物質(例えば、炭素系負極活物質)よりも高容量のものとなる。 In the present embodiment, by selecting Ti as an additive element to the negative electrode active material (silicon-containing alloy), it is possible to suppress the amorphous-crystal phase transition during Li alloying and improve the cycle life. .. Further, this makes the capacity higher than that of the conventional negative electrode active material (for example, carbon-based negative electrode active material).

ここで、Si系負極活物質では、充電時にSiとLiとが合金化する際、Si相がアモルファス状態から結晶状態へと転移して大きな体積変化(約4倍)を起こす。その結果、活物質粒子自体が壊れてしまい、活物質としての機能が失われてしまうという問題がある。このため、充電時におけるSi相のアモルファス−結晶の相転移を抑制することで粒子自体の崩壊を抑制することができ、活物質としての機能(高容量)が保持され、サイクル寿命も向上させることができる。 Here, in the Si-based negative electrode active material, when Si and Li are alloyed during charging, the Si phase transitions from an amorphous state to a crystalline state, causing a large volume change (about 4 times). As a result, there is a problem that the active material particles themselves are broken and the function as an active material is lost. Therefore, it is possible to suppress the collapse of the particles themselves by suppressing the phase transition of the Si phase amorphous-crystal during charging, the function (high capacity) as the active material is maintained, and the cycle life is also improved. You can

上述したように、本実施形態に係るケイ素含有合金(SiSnTiの組成を有するもの)は、Si、SnおよびTiの三元系である。ここで、各構成元素の構成比(質量比x、y、z)の合計は100質量%であるが、x、y、zのそれぞれの値について特に制限はない。xについては、充放電(Liイオンの挿入脱離)に対する耐久性の保持および初期容量のバランスという観点から、好ましくは58≦x≦73であり、より好ましくは59≦x≦70であり、さらに好ましくは59≦x≦65であり、特に好ましくは59≦x≦63である。また、yについては、Si相中に固溶し、Si相中のSi正四面体間距離を増大させることにより、充放電時の可逆的Liイオンの挿入脱離を可能にするという観点から、好ましくは2≦y≦15であり、より好ましくは5≦y≦13であり、さらに好ましくは7≦y≦11である。そして、zについては、xと同様に充放電(Liイオンの挿入脱離)に対する耐久性の保持および初期容量のバランスという観点から、好ましくは25≦z≦35であり、より好ましくは27≦z≦33であり、さらに好ましくは28≦z≦30である。このように、Siを主成分としつつ、Tiを比較的多めに含ませ、かつ、Snについてもある程度含ませることで、本実施形態に係るケイ素含有合金の微細組織構造を達成しやすくなる。ただし、上述した各構成元素の構成比の数値範囲はあくまでも好ましい実施形態を説明するものに過ぎず、特許請求の範囲に含まれている限り、本発明の技術的範囲内のものである。 As described above, the silicon-containing alloy (having the composition of Si x Sn y Ti z A a ) according to this embodiment is a ternary system of Si, Sn and Ti. Here, the sum of the constituent ratios (mass ratios x, y, z) of the constituent elements is 100% by mass, but there are no particular restrictions on the respective values of x, y, z. x is preferably 58≦x≦73, more preferably 59≦x≦70, from the viewpoint of maintaining durability against charge/discharge (insertion/desorption of Li ions) and balancing the initial capacity. It is preferably 59≦x≦65, and particularly preferably 59≦x≦63. With respect to y, from the viewpoint of enabling solid solution in the Si phase and increasing the distance between Si tetrahedra in the Si phase, reversible insertion and desorption of Li ions at the time of charging and discharging, It is preferably 2≦y≦15, more preferably 5≦y≦13, and further preferably 7≦y≦11. As for z, 25≦z≦35 is preferable, and 27≦z is more preferable, from the viewpoint of maintaining durability against charge/discharge (insertion/desorption of Li ions) and balance of initial capacity, similar to x. ≦33, and more preferably 28≦z≦30. As described above, by including Si in a relatively large amount and Ti in a relatively large amount and also including Sn to some extent, it becomes easy to achieve the microstructure structure of the silicon-containing alloy according to the present embodiment. However, the numerical range of the constituent ratio of each constituent element described above is merely for explaining the preferred embodiment, and is within the technical scope of the present invention as long as it is included in the claims.

なお、Aは上述のように、原料や製法に由来する上記3成分以外の不純物(不可避不純物)である。前記aは、0≦a<0.5であり、0≦a<0.1であることが好ましい。負極活物質(ケイ素含有合金)が上記化学式(1)の組成を有するか否かは、蛍光X線分析(XRF)による定性分析、および誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法による定量分析により確認することが可能である。 As described above, A is an impurity (unavoidable impurity) other than the above-mentioned three components, which is derived from the raw materials and the manufacturing method. The a is 0≦a<0.5, and preferably 0≦a<0.1. Whether or not the negative electrode active material (silicon-containing alloy) has the composition of the above chemical formula (1) is confirmed by qualitative analysis by fluorescent X-ray analysis (XRF) and quantitative analysis by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. It is possible to

〔ケイ素含有合金の構造〕
続いて、本実施形態における負極活物質を構成するケイ素含有合金は、非晶質または低結晶性ケイ素を主成分とするa−Si相がシリサイド相中に分散されてなる構造を有する点にも特徴がある。すなわち、連続相としてのシリサイド相からなる海の中に、分散相としてのa−Si相からなる島が分散しているいわゆる海島構造を有することが、本実施形態に係るケイ素含有合金の特徴の1つである。なお、ケイ素含有合金がこのような微細組織構造を有しているか否かは、例えば、ケイ素含有合金を高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡(HAADF−STEM)を用いて観察した後、観察画像と同じ視野についてEDX(エネルギー分散型X線分光法)により元素強度マッピングを行うことにより確認することができる。
[Structure of Silicon-Containing Alloy]
Subsequently, the silicon-containing alloy constituting the negative electrode active material in the present embodiment also has a structure in which the a-Si phase containing amorphous or low crystalline silicon as a main component is dispersed in the silicide phase. There are features. That is, the feature of the silicon-containing alloy according to the present embodiment is that the silicon-containing alloy according to the present embodiment has a so-called sea-island structure in which islands made of the a-Si phase as the dispersed phase are dispersed in the sea made of the silicide phase as the continuous phase. There is one. Whether or not the silicon-containing alloy has such a microstructure structure is observed, for example, after observing the silicon-containing alloy using a high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM). It can be confirmed by performing element intensity mapping by EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy) for the same visual field as the image.

〈a−Si相〉
ここで、本実施形態に係るケイ素含有合金において、a−Si相は、ケイ素の結晶構造の内部にスズが固溶してなる非晶質または低結晶性のケイ素を含む相である。このa−Si相は、本実施形態の電気デバイス(リチウムイオン二次電池)の作動時にリチウムイオンの吸蔵・放出に関与する相であり、電気化学的にリチウムと反応可能(すなわち、重量あたりおよび体積あたりに多量のリチウムを吸蔵・放出することが可能)な相である。また、a−Si相を構成するケイ素の結晶構造の内部にはスズが固溶しているが、ケイ素は電子伝導性に乏しいことから、母相にはリンやホウ素などの微量の添加元素や遷移金属などが含まれていてもよい。a−Si相のサイズについて特に制限はないが、充電時の膨張を抑制するという観点から、a−Si相のサイズは小さいほど好ましく、具体的には10nm以下であることが好ましく、8nm以下であることがより好ましい。一方、a−Si相のサイズの下限値についても特に制限はないが、好ましくは1nm以上であり、より好ましくは2nm以上であり、さらに好ましくは5nm以上であり、特に好ましくは8nm以上である。なお、a−Si相の直径の値については、HAADF−STEMでの高倍率(25nmスケールバー)のSiのEDX元素マッピングおよびTiのEDX元素マッピングを比較し、Siが存在しTiが存在しない領域をSi相とみなし、TiのEDX元素マッピングで強度が最大値の1/10を閾値とし、この閾値以下となる領域について二値化画像処理を行い、得られた二値化画像より、各Si相の寸法を読み取るという手法により5個以上の相について測定して得られた測定値の相加平均値として得ることができる。同様に、後述するシリサイド相の直径の値については、Cs−STEMでの高倍率(25nmスケールバー)のSiのEDX元素マッピングTiのEDX元素マッピングを比較し、Siが存在しTiも存在する領域をシリサイド相とみなし、TiのEDX元素マッピングで強度が最大値の1/10を閾値とし、この閾値以上となる領域について二値化画像処理を行い、得られた二値化画像より、各シリサイド相の寸法を読み取るという手法により5個以上の相について測定して得られた測定値の相加平均値として得ることができる。
<a-Si phase>
Here, in the silicon-containing alloy according to the present embodiment, the a-Si phase is a phase containing amorphous or low crystalline silicon formed by solid solution of tin in the crystal structure of silicon. This a-Si phase is a phase involved in occlusion/release of lithium ions during the operation of the electric device (lithium ion secondary battery) of the present embodiment, and is capable of reacting electrochemically with lithium (that is, per unit weight and It is a phase capable of absorbing and releasing a large amount of lithium per volume). Further, tin is in solid solution inside the crystal structure of silicon constituting the a-Si phase, but since silicon has poor electron conductivity, a trace amount of additional elements such as phosphorus and boron and A transition metal or the like may be included. The size of the a-Si phase is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing expansion during charging, the smaller the size of the a-Si phase, the more preferable it is, specifically, 10 nm or less is preferable, and 8 nm or less is preferable. More preferably. On the other hand, although the lower limit of the size of the a-Si phase is not particularly limited, it is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, further preferably 5 nm or more, and particularly preferably 8 nm or more. Regarding the value of the diameter of the a-Si phase, the EDX element mapping of Si and the EDX element mapping of Ti at high magnification (25 nm scale bar) in HAADF-STEM were compared, and a region where Si was present and Ti was not present was compared. Is regarded as the Si phase, the intensity is 1/10 of the maximum value in the EDX element mapping of Ti as a threshold value, and the binarized image processing is performed on the region where the intensity is equal to or less than this threshold value. It can be obtained as an arithmetic mean value of the measured values obtained by measuring five or more phases by the method of reading the phase dimensions. Similarly, for the value of the diameter of the silicide phase described later, the EDX element mapping of Si at high magnification (25 nm scale bar) in Cs-STEM is compared with the EDX element mapping of Ti, and the region where Si is present and Ti is also present. Is regarded as a silicide phase, 1/10 of the maximum value in the EDX element mapping of Ti is used as a threshold value, and binarized image processing is performed on a region where the intensity is equal to or higher than this threshold value. It can be obtained as an arithmetic mean value of the measured values obtained by measuring five or more phases by the method of reading the phase dimensions.

このa−Si相は、後述するシリサイド相よりもアモルファス化していることが好ましい。かような構成とすることにより、負極活物質(ケイ素含有合金)をより高容量なものとすることができる。なお、a−Si相がシリサイド相よりもアモルファス化しているか否かは、高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡(HAADF−STEM)を用いたa−Si相およびシリサイド相のそれぞれの観察画像を高速フーリエ変換(FFT)して得られる回折図形から判定することができる。すなわち、この回折図形に示される回折パターンは、単結晶相については二次元点配列のネットパターン(格子状のスポット)を示し、多結晶相についてはデバイシェラーリング(回折環)を示し、非晶質相についてはハローパターンを示す。これを利用することで、上記の確認が可能となる。本実施形態において、a−Si相は、非晶質または低結晶性であればよいが、より高いサイクル耐久性を実現するという観点から、a−Si相は、非晶質のものであることが好ましい。 This a-Si phase is preferably more amorphous than the silicide phase described later. With such a structure, the negative electrode active material (silicon-containing alloy) can have a higher capacity. Whether or not the a-Si phase is more amorphous than the silicide phase is determined by observing the a-Si phase and the silicide phase using a high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM). It can be determined from the diffraction pattern obtained by fast Fourier transform (FFT). That is, the diffraction pattern shown in this diffraction pattern shows a two-dimensional dot array net pattern (lattice-like spots) for the single crystal phase, Debye-Scherrer ring (diffraction ring) for the polycrystalline phase, and the amorphous phase. A halo pattern is shown for the material phase. By utilizing this, the above confirmation can be performed. In the present embodiment, the a-Si phase may be amorphous or low crystalline, but from the viewpoint of achieving higher cycle durability, the a-Si phase should be amorphous. Is preferred.

なお、本実施形態に係るケイ素含有合金はスズを必須に含むが、スズはケイ素との間でシリサイドを形成しない元素であることから、シリサイド相ではなくa−Si相に存在することになる。そしてスズの含有量が少ない場合には全てのスズ元素はa−Si相においてケイ素の結晶構造の内部に固溶して存在する。一方、スズの含有量が多くなると、a−Si相のケイ素中に固溶しきれなくなったスズ元素は凝集してスズ単体の結晶相として存在する。本実施形態において、このようなスズ単体の結晶相は存在しないことが好ましい。 The silicon-containing alloy according to the present embodiment essentially contains tin, but since tin is an element that does not form silicide with silicon, it exists in the a-Si phase instead of the silicide phase. When the tin content is low, all tin elements are present in the a-Si phase as a solid solution in the crystal structure of silicon. On the other hand, when the content of tin increases, the tin element that cannot be completely dissolved in silicon in the a-Si phase aggregates and exists as a crystal phase of tin alone. In the present embodiment, it is preferable that such a crystal phase of elemental tin does not exist.

〈シリサイド相〉
一方、上述した海島構造の海(連続相)を構成するシリサイド相は、チタンのケイ化物(シリサイド)を主成分とする結晶相である。このシリサイド相は、チタンのケイ化物を含むことでa−Si相との親和性に優れ、特に充電時の体積膨張における結晶界面での割れを抑制することができる。さらに、シリサイド相はa−Si相と比較して電子伝導性および硬度の観点で優れている。このように、シリサイド相はa−Si相の低い電子伝導性を改善し、かつ膨張時の応力に対して活物質の形状を維持する役割をも担っている。本実施形態においては、このような特性を有するシリサイド相が海島構造の海(連続相)を構成することで、負極活物質(ケイ素含有合金)の電子伝導性をよりいっそう向上させることができ、しかもa−Si相の膨張時の応力を緩和して活物質の割れを防止することができ、サイクル耐久性の向上に寄与しているものと考えられる。
<Silicide phase>
On the other hand, the silicide phase forming the sea (continuous phase) of the sea-island structure described above is a crystal phase containing titanium silicide (silicide) as a main component. Since this silicide phase contains a silicide of titanium, it has excellent affinity with the a-Si phase, and in particular, cracks at the crystal interface due to volume expansion during charging can be suppressed. Furthermore, the silicide phase is superior to the a-Si phase in terms of electronic conductivity and hardness. As described above, the silicide phase plays a role of improving the low electron conductivity of the a-Si phase and maintaining the shape of the active material against the stress during expansion. In the present embodiment, the silicide phase having such characteristics constitutes the sea (continuous phase) having a sea-island structure, whereby the electron conductivity of the negative electrode active material (silicon-containing alloy) can be further improved. Moreover, it is considered that the stress at the time of expansion of the a-Si phase can be relaxed to prevent cracking of the active material, which contributes to improvement of cycle durability.

シリサイド相には複数の相が存在していてもよく、例えばTiとSiとの組成比が異なる2相以上(例えば、TiSiおよびTiSi)が存在していてもよい。Tiは、ケイ化物を形成した際に他の元素のケイ化物よりも高い電子伝導度を示し、かつ高い強度を有するものである。特にシリサイドの1種であるTiSiは、非常に優れた電子伝導性を示すため、好ましい。シリサイドのこのような特性と、上述した非晶質Siの優れた特定に鑑みると、シリサイドはTiSiであり、かつ、a−Si相は非晶質であることが好ましい。 A plurality of phases may exist in the silicide phase, for example, two or more phases having different composition ratios of Ti and Si (for example, TiSi 2 and TiSi) may exist. Ti has a higher electron conductivity than silicides of other elements when forming a silicide and has high strength. In particular, TiSi 2 , which is one kind of silicide, is preferable because it exhibits extremely excellent electronic conductivity. In view of such properties of silicide and the excellent identification of amorphous Si described above, it is preferable that the silicide is TiSi 2 and the a-Si phase is amorphous.

特に、シリサイド相に組成比が異なる2相以上(例えば、TiSiおよびTiSi)が存在する場合は、シリサイド相の50質量%以上、好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上、最も好ましくは100質量%がTiSi相である。 In particular, when two or more phases having different composition ratios (for example, TiSi 2 and TiSi) are present in the silicide phase, 50 mass% or more, preferably 80 mass% or more, more preferably 90 mass% or more of the silicide phase, particularly preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass is the TiSi 2 phase.

上記シリサイド相のサイズについて特に制限はないが、好ましい実施形態において、シリサイド相のサイズは50nm以下であり、より好ましくは30nm以下であり、さらに好ましくは25nm以下である。かような構成とすることにより、負極活物質(ケイ素含有合金)をより高容量なものとすることができる。一方、シリサイド相のサイズの下限値についても特に制限はないが、Li挿入脱離に伴うa−Si相の膨張・収縮を抑え込むという観点から、シリサイド相の直径は上述したa−Si相の直径よりも大きいことが好ましく、その絶対値としては、好ましくは10nm以上であり、より好ましくは15nm以上である。 The size of the silicide phase is not particularly limited, but in a preferred embodiment, the size of the silicide phase is 50 nm or less, more preferably 30 nm or less, and further preferably 25 nm or less. With such a structure, the negative electrode active material (silicon-containing alloy) can have a higher capacity. On the other hand, although the lower limit of the size of the silicide phase is not particularly limited, the diameter of the silicide phase is the diameter of the a-Si phase described above from the viewpoint of suppressing expansion/contraction of the a-Si phase due to Li insertion/desorption. The absolute value is preferably 10 nm or more, more preferably 15 nm or more.

なお、チタンのダイシリサイド(TiSi)には、C49構造およびC54構造という2種類の結晶構造が存在する。C49構造は抵抗率が60μΩ・cm程度と高抵抗率を示す相(準安定相)であり、底心−斜方晶系の構造である。一方、C54構造は抵抗率が15〜20μΩ・cm程度と低抵抗率の相(安定相)であり、面心−斜方晶系の構造である。ここで、本実施形態に係るケイ素含有合金(負極活物質)のシリサイド相に含まれるダイシリサイド(TiSi)の結晶構造はC54構造であることが好ましい。C54構造を有するダイシリサイド(TiSi)は、C49構造を有するものと比較して低抵抗率かつ高硬度である。よって、本形態に係る負極活物質は高い電子伝導性を示し、しかも充放電時の活物質におけるa−Si相の膨張収縮によって生じる応力を緩和する効果に優れるものと考えられ、このことも高いサイクル耐久性の実現に寄与しているものと思われる。以上のことから、本発明の好ましい実施形態では、シリサイド相に含まれるチタンのケイ化物がチタンのダイシリサイド(TiSi)であるときに、当該TiSiがC54構造を有するものを主成分(質量比で50質量%以上)とするものである。ここで、「主成分」とは、シリサイド相100質量%に占めるC54構造を有するTiSiの質量比が50質量%超であることを意味し、好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。 Note that titanium disilicide (TiSi 2 ) has two types of crystal structures, a C49 structure and a C54 structure. The C49 structure is a phase (metastable phase) exhibiting a high resistivity of about 60 μΩ·cm, and has a base-centered orthorhombic structure. On the other hand, the C54 structure is a phase (stable phase) having a resistivity as low as 15 to 20 μΩ·cm and is a face center-orthorhombic structure. Here, the crystal structure of the disilicide (TiSi 2 ) contained in the silicide phase of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) according to the present embodiment is preferably the C54 structure. The disilicide (TiSi 2 ) having a C54 structure has a lower resistivity and a higher hardness than those having a C49 structure. Therefore, it is considered that the negative electrode active material according to the present embodiment exhibits high electron conductivity and is also excellent in the effect of alleviating the stress generated by the expansion and contraction of the a-Si phase in the active material during charge and discharge, which is also high. It seems that this contributes to the realization of cycle durability. From the above, in a preferred embodiment of the present invention, when the titanium silicide contained in the silicide phase is titanium disilicide (TiSi 2 ), the TiSi 2 having a C54 structure is the main component (mass). 50 mass% or more). Here, the “main component” means that the mass ratio of TiSi 2 having a C54 structure in 100% by mass of the silicide phase is more than 50% by mass, preferably 80% by mass or more, and more preferably It is 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass.

〔ケイ素含有合金のピーク強度の関係〕
また、本実施形態において、ケイ素含有合金は、示差走査熱量測定(DSC)法により得られるスペクトルにおいて1200〜1350℃に観察されるSiピークのピーク強度をI(1)とし、1400〜1500℃に観察されるTiSiピークのピーク強度をI(2)とし、a−Si相が含まれないと仮定した場合のSi量に相当するピーク強度と前記Siピークのピーク強度との差として定義されるa−Siピークのピーク強度をI(3)としたときに、
I(2)/I(1)>0.59、および、
I(3)/I(1)>0.56
の関係を満たす点にも特徴がある。ここで、示差走査熱量測定(DSC)法とは、物質および基準物質の温度をプログラムによって変化させながら、その物質および基準物質に対するエネルギー入力の差を温度の関数として測定する方法である。本発明におけるケイ素含有合金の示差走査熱量測定(DSC)は、後述する実施例の欄に記載の手法を用いて行うものとする。
[Relationship between peak strengths of silicon-containing alloys]
In addition, in the present embodiment, the silicon-containing alloy has a peak intensity of Si peak observed at 1200 to 1350° C. in a spectrum obtained by a differential scanning calorimetry (DSC) method as I(1), and is 1400 to 1500° C. The peak intensity of the observed TiSi 2 peak is defined as I(2) and is defined as the difference between the peak intensity corresponding to the amount of Si and the peak intensity of the Si peak when it is assumed that the a-Si phase is not included. When the peak intensity of the a-Si peak is I(3),
I(2)/I(1)>0.59, and
I(3)/I(1)>0.56
There is also a feature in satisfying the relationship. Here, the differential scanning calorimetry (DSC) method is a method of measuring the difference in energy input to the substance and the reference substance as a function of temperature while changing the temperature of the substance and the reference substance by a program. The differential scanning calorimetry (DSC) of the silicon-containing alloy in the present invention shall be performed using the method described in the section of Examples described later.

このようにして本発明に係るケイ素含有合金に対して示差走査熱量測定(DSC)を実施すると、例えば図3(後述する実施例2において作製されたケイ素含有合金について測定されたスペクトル)に示すように、600〜700℃付近の温度(図3に示す点fに対応する温度)でベースラインのシフトが観測される。この際の温度が、この合金のガラス転移温度(Tg)である。そして、その後も昇温を継続すると、1200〜1350℃付近の温度で比較的大きくシャープな吸熱ピークが観測され(図3に示す点cはこのピークトップであり、当該吸熱ピークは結晶性Siの融解熱を表す)、さらに1400〜1500℃付近の温度で比較的小さくブロードな吸熱ピークが観測される(図3に示す点eはこのピークトップであり、当該吸熱ピークはTiSiの融解熱を表す)。本発明における「Siピークのピーク強度」とは、ベースラインに向けて点cから引いた垂線と当該ベースラインとの交点(図3に示す点a)と点cとの距離(線分acの長さ)の相対値を意味する。また、本発明における「TiSiピークのピーク強度」とは、点eからベースラインに向けて引いた垂線とベースラインとの交点(図3に示す点d)と点eとの距離(線分deの長さ)の相対値を意味する。一方、本発明に係るケイ素含有合金では、a−Si相を含むことによってガラス転移温度(Tg)が存在することとなり、その結果としてベースラインのシフトが観察される。したがって、ガラス転移温度(Tg)よりも低温側におけるベースラインを外挿した仮想ベースラインに向けて点cから引いた垂線と当該仮想ベースラインとの交点(図3に示す点b)と点cとの距離(線分bcの長さ)の相対値は、a−Si相が含まれないと仮定した場合のSi量(すべてのSiが結晶性Siであると仮定した場合の全Si量)に相当するピーク強度を表す。言い換えれば、線分bcの長さ(a−Si相が含まれないと仮定した場合のSi量に相当するピーク強度)から線分acの長さ(実際の結晶性Si量)を減算した長さ(すなわち、点bと点aとの距離(線分abの長さ))の相対値はケイ素含有合金に含まれるa−Si量に相当することになる。よって、本明細書においては、この線分abの長さに相当するピーク強度を「a−Si相が含まれないと仮定した場合のSi量に相当するピーク強度と前記Siピークのピーク強度との差として定義されるa−Siピークのピーク強度」と称することとしている。 When the differential scanning calorimetry (DSC) is performed on the silicon-containing alloy according to the present invention in this manner, as shown in, for example, FIG. 3 (spectrum measured for the silicon-containing alloy produced in Example 2 described later). In addition, a baseline shift is observed at a temperature around 600 to 700° C. (temperature corresponding to point f shown in FIG. 3). The temperature at this time is the glass transition temperature (Tg) of this alloy. Then, when the temperature rise is continued thereafter, a relatively large and sharp endothermic peak is observed at a temperature around 1200 to 1350° C. (point c shown in FIG. 3 is this peak top, and the endothermic peak is crystalline Si. A relatively small and broad endothermic peak is observed at a temperature around 1400 to 1500° C. (point e shown in FIG. 3 is the top of this peak, and the endothermic peak indicates the heat of fusion of TiSi 2 ). Represent). In the present invention, the "peak intensity of Si peak" means the distance between the intersection of the perpendicular line drawn from the point c toward the baseline and the baseline (point a shown in FIG. 3) and the point c (of the line segment ac). It means the relative value of (length). Further, the “peak intensity of the TiSi 2 peak” in the present invention means the distance (line segment) between the intersection point (point d in FIG. 3) of the perpendicular line drawn from the point e toward the baseline and the baseline. (length of de). On the other hand, in the silicon-containing alloy according to the present invention, the glass transition temperature (Tg) exists due to the inclusion of the a-Si phase, and as a result, the baseline shift is observed. Therefore, the intersection point (point b in FIG. 3) and the point c of the perpendicular line drawn from the point c toward the extrapolated virtual baseline on the lower temperature side than the glass transition temperature (Tg) and the virtual baseline. And the relative value of the distance (length of line segment bc) is the Si amount when it is assumed that the a-Si phase is not included (the total Si amount when all Si is assumed to be crystalline Si). Represents the peak intensity corresponding to. In other words, the length obtained by subtracting the length of the line segment ac (the actual amount of crystalline Si) from the length of the line segment bc (the peak intensity corresponding to the amount of Si assuming that the a-Si phase is not included). The relative value of the distance (that is, the distance between the point b and the point a (the length of the line segment ab)) corresponds to the amount of a-Si contained in the silicon-containing alloy. Therefore, in the present specification, the peak intensity corresponding to the length of the line segment ab is the peak intensity corresponding to the amount of Si when the a-Si phase is not included and the peak intensity of the Si peak. The peak intensity of the a-Si peak defined as the difference between

上述したように、本実施形態に係るケイ素含有合金からなる負極活物質は、I(2)/I(1)>0.59、および、I(3)/I(1)>0.56を満たす点に特徴がある。かような規定を満足するケイ素含有合金においては、Siのアモルファス化を十分に進行させるとともに、ケイ素を主成分とする相を硬いシリサイド相によって囲むことで活物質の膨張収縮時の体積変化を抑制することが可能となる。その結果、リチウムイオン二次電池等の電気デバイスのサイクル耐久性を向上させることが可能となるものと考えられる。 As described above, the negative electrode active material made of the silicon-containing alloy according to the present embodiment has I(2)/I(1)>0.59 and I(3)/I(1)>0.56. It is characterized in that it satisfies the requirements. In a silicon-containing alloy satisfying such requirements, Si is sufficiently amorphized, and a phase containing silicon as a main component is surrounded by a hard silicide phase to suppress volume change during expansion and contraction of the active material. It becomes possible to do. As a result, it is considered possible to improve the cycle durability of electric devices such as lithium ion secondary batteries.

本発明の好ましい実施形態においては、よりいっそうサイクル耐久性に優れるという観点から、I(2)/I(1)の値は、好ましくはI(2)/I(1)≧0.70を満足し、より好ましくはI(2)/I(1)≧0.76を満足し、さらに好ましくはI(2)/I(1)≧1.27を満足し、特に好ましくはI(2)/I(1)≧1.69を満足するものである。また、同様によりいっそうサイクル耐久性に優れるという観点から、I(3)/I(1)の値は、好ましくはI(3)/I(1)≧0.60を満足し、より好ましくはI(3)/I(1)≧0.76を満足し、さらに好ましくはI(3)/I(1)≧1.00を満足し、特に好ましくはI(3)/I(1)≧1.31を満足するものである。なかでも、好ましくはI(2)/I(1)≧0.76およびI(3)/I(1)≧0.76を満足し、より好ましくはI(2)/I(1)≧1.27およびI(3)/I(1)≧1.00を満足し、さらに好ましくはI(2)/I(1)≧1.69およびI(3)/I(1)≧1.31を満足する。 In a preferred embodiment of the present invention, the value of I(2)/I(1) preferably satisfies I(2)/I(1)≧0.70 from the viewpoint of further excellent cycle durability. More preferably, I(2)/I(1)≧0.76 is satisfied, further preferably I(2)/I(1)≧1.27 is satisfied, and particularly preferably I(2)/ I(1)≧1.69 is satisfied. Further, similarly, from the viewpoint of further excellent cycle durability, the value of I(3)/I(1) preferably satisfies I(3)/I(1)≧0.60, and more preferably I (3)/I(1)≧0.76, more preferably I(3)/I(1)≧1.00, and most preferably I(3)/I(1)≧1. .31 is satisfied. Above all, preferably, I(2)/I(1)≧0.76 and I(3)/I(1)≧0.76 are satisfied, and more preferably I(2)/I(1)≧1. .27 and I(3)/I(1)≧1.00, more preferably I(2)/I(1)≧1.69 and I(3)/I(1)≧1.31. To be satisfied.

一方、サイクル耐久性に優れる本実施形態に係るケイ素含有合金(負極活物質)において、放電容量の値はサイクル耐久性との間でトレードオフの関係を示す。したがって、十分なサイクル耐久性を達成しながらもある程度の放電容量を確保するという観点からは、I(2)×I(3)/{I(1)}<0.50の関係をさらに満たすことが好ましく、I(2)×I(3)/{I(1)}<0.48の関係をさらに満たすことがより好ましく、I(2)×I(3)/{I(1)}<0.45の関係をさらに満たすことが特に好ましく、I(2)×I(3)/{I(1)}<0.42の関係をさらに満たすことが最も好ましい。 On the other hand, in the silicon-containing alloy (negative electrode active material) according to this embodiment having excellent cycle durability, the value of the discharge capacity shows a trade-off relationship with the cycle durability. Therefore, from the viewpoint of ensuring a certain discharge capacity while achieving sufficient cycle durability, the relationship of I(2)×I(3)/{I(1)} 2 <0.50 is further satisfied. It is preferable that the relationship of I(2)×I(3)/{I(1)} 2 <0.48 is further satisfied, and I(2)×I(3)/{I(1) It is particularly preferable that the relationship of 2 <0.45 is further satisfied, and it is most preferable that the relationship of I(2)×I(3)/{I(1)} 2 <0.42 is further satisfied.

なお、上述した負極活物質の組成や構造、物性の規定に関しては、これらを満たすようにするための制御手段について特に制限はないが、ケイ素含有合金を製造する際に用いる原料の組成を調節することや、後述する本発明の他の形態に係る製造方法を採用したり、Tiの配合量が一定の場合にはSnの配合量を相対的に少なめに設定したりすることによっても、上記規定を満たすように制御することが可能である。 Regarding the composition, structure, and physical properties of the negative electrode active material described above, the control means for satisfying these is not particularly limited, but the composition of the raw material used when producing the silicon-containing alloy is adjusted. Alternatively, by adopting a manufacturing method according to another embodiment of the present invention described later, or by setting a relatively small amount of Sn when the amount of Ti is constant, the above-mentioned stipulations can be obtained. It is possible to control to satisfy.

本実施形態における負極活物質を構成するケイ素含有合金の粒子径は特に制限されないが、平均粒子径として、好ましくは0.1〜20μmであり、より好ましくは0.2〜10μmである。 The particle diameter of the silicon-containing alloy constituting the negative electrode active material in the present embodiment is not particularly limited, but the average particle diameter is preferably 0.1 to 20 μm, more preferably 0.2 to 10 μm.

(負極活物質の製造方法)
本実施形態に係る電気デバイス用負極活物質の製造方法について特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうるが、本願では、a−Si相がシリサイド相中に分散されてなる構造を有し、かつ、各ピーク強度の値が所定の関係を満たすケイ素含有合金からなる負極活物質の製造方法の一例として、高エネルギータイプのメカニカルアロイング処理を利用することができる。具体的には、前記ケイ素含有合金と同一の組成を有する母合金の粉末に対して、15[G]以上の遠心力が加わるようなボールミル装置を用いてメカニカルアロイング処理を施すことにより、前記ケイ素含有合金からなる電気デバイス用負極活物質が得られる。このように、比較的大きい遠心力が加わるようなボールミル装置を用いてメカニカルアロイング処理を実施して負極活物質(ケイ素含有合金)を製造することで、上述した微細組織構造を有する合金を製造することが可能となる。また、前記製造方法は、得られる合金における各ピーク強度の値も上記所定の関係を満たすように制御することが可能となるなど、負極活物質のサイクル耐久性および充放電効率の両立に有効に寄与し得る製造方法である。以下、上記製造方法についてより詳細に説明するが、下記に記載の製造方法は本実施形態を製造するための一例に過ぎず、本発明の負極活物質を製造できる方法であれば特に制限はない。
(Method for producing negative electrode active material)
The method for producing the negative electrode active material for an electric device according to this embodiment is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to. However, in the present application, a structure in which an a-Si phase is dispersed in a silicide phase is provided. In addition, a high energy type mechanical alloying treatment can be used as an example of a method for producing a negative electrode active material made of a silicon-containing alloy in which each peak intensity value satisfies a predetermined relationship. Specifically, the powder of the mother alloy having the same composition as the silicon-containing alloy is subjected to mechanical alloying treatment by using a ball milling device such that a centrifugal force of 15 [G] or more is applied. A negative electrode active material for electric devices made of a silicon-containing alloy is obtained. As described above, the alloy having the above-mentioned microstructure structure is manufactured by performing the mechanical alloying treatment using the ball mill device to which a relatively large centrifugal force is applied to manufacture the negative electrode active material (silicon-containing alloy). It becomes possible to do. Further, the manufacturing method, it becomes possible to control the value of each peak intensity in the resulting alloy also to satisfy the above predetermined relationship, such as effective cycle compatibility and charge-discharge efficiency of the negative electrode active material. This is a manufacturing method that can contribute. Hereinafter, the above-described manufacturing method will be described in more detail, but the manufacturing method described below is only an example for manufacturing the present embodiment, and there is no particular limitation as long as it is a method capable of manufacturing the negative electrode active material of the present invention. ..

まず、母合金を得るために、原料として、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、チタン(Ti)のそれぞれについて、高純度の原料の粉末を準備する。 First, in order to obtain a mother alloy, powders of high-purity raw materials of silicon (Si), tin (Sn), and titanium (Ti) are prepared as raw materials.

続いて、上記で準備した原料粉末を用いて、メカニカルアロイング処理を行う。 Subsequently, a mechanical alloying process is performed using the raw material powder prepared above.

メカニカルアロイング処理により合金化処理を行うことで、相の状態の制御を容易に行うことができるため、メカニカルアロイング処理は、ボールミル装置を用いて、粉砕ポットに粉砕ボールおよび合金の原料粉末を投入してエネルギーを付与することで、合金化を図ることができる。すなわち、エネルギーの付与により熱が生じ、原料粉末が合金化してa−Si相のアモルファス化および当該相へのスズの固溶、並びにシリサイド相の形成が進行する。 By alloying by mechanical alloying process, the state of the phase can be easily controlled.Therefore, mechanical alloying process uses ball mill equipment to crush the crushed balls and the raw material powder of the alloy into the crushing pot. By throwing in and applying energy, alloying can be aimed at. That is, heat is generated by the application of energy, the raw material powder is alloyed, the a-Si phase is made amorphous, the solid solution of tin into the phase, and the formation of the silicide phase proceed.

本形態に係る製造方法では、メカニカルアロイング処理に用いられるボールミル装置によって内容物に加えられる遠心力が15[G]以上である点に特徴がある。このように比較的大きい遠心力が加わるようなボールミル装置を用いてメカニカルアロイング処理を施すことで、より短い時間の処理でも同等以上のサイクル耐久性を発揮しうるケイ素含有合金(負極活物質)を製造することが可能となる。また、比較的高価な原料であるSnの使用量を低減させることも可能となることから、ケイ素含有合金(負極活物質)の製造コストを低減させることも可能となる。なお、上記遠心力の値は、好ましくは50[G]以上であり、より好ましくは100[G]以上であり、さらに好ましくは120[G]以上であり、特に好ましくは150[G]以上であり、最も好ましくは175[G]以上である。一方、遠心力の上限値について特に制限はないが、通常は200[G]程度が現実的である。 The manufacturing method according to this embodiment is characterized in that the centrifugal force applied to the contents by the ball mill device used for the mechanical alloying treatment is 15 [G] or more. A silicon-containing alloy (negative electrode active material) capable of exhibiting cycle durability equal to or higher than that of a shorter time treatment by performing mechanical alloying treatment using a ball mill device to which a relatively large centrifugal force is applied. Can be manufactured. In addition, since it is possible to reduce the amount of Sn, which is a relatively expensive raw material, it is also possible to reduce the manufacturing cost of the silicon-containing alloy (negative electrode active material). The value of the centrifugal force is preferably 50 [G] or more, more preferably 100 [G] or more, still more preferably 120 [G] or more, and particularly preferably 150 [G] or more. Yes, and most preferably 175 [G] or more. On the other hand, although the upper limit of the centrifugal force is not particularly limited, it is usually about 200 [G] in reality.

ここで、ボールミル装置において内容物に加わる遠心力の値は、下記の数式によって算出される: Here, the value of the centrifugal force applied to the contents in the ball mill device is calculated by the following mathematical formula:

上記数式において、Gnlは遠心力[G]、rsは公転半径[m]、rplは自転半径[m]、iwは自転公転比[−]、rpmは回転数[回/分]である。したがって、公転半径rsを大きくするほど、自転半径rplを小さくするほど、また、回転数を大きくするほど、遠心力Gnlの値は大きくなることがわかる。 In the above formula, Gnl is the centrifugal force [G], rs is the revolution radius [m], rpl is the revolution radius [m], iw is the revolution revolution ratio [-], and rpm is the rotation speed [revolutions/minute]. Therefore, it can be understood that the value of the centrifugal force Gnl increases as the revolution radius rs increases, the rotation radius rpl decreases, and the rotation speed increases.

ボールミル装置の具体的な構成について特に制限はなく、上述した遠心力の規定を満たす限り、遊星ボールミル装置、撹拌ボールミル装置など従来公知のボールミル装置が用いられうる。ただし、本形態に係る製造方法において、好ましくは撹拌ボールミル装置が用いられる。この撹拌ボールミル装置は、円筒状の内面を有する容器と、この容器内に設けられた撹拌翼とを備えている。この撹拌ボールミル装置の容器内には、原料粉末、ボール、溶媒および処理剤が仕込まれるようになっている。遊星ボールミル装置と異なり、容器が回転することなく、容器内に設けられた撹拌翼が回転して原料粉末を合金化するようになっている。このような撹拌ボールミル装置を使用すると、撹拌翼によって容器の内容物を勢いよく撹拌することができることから、他のボールミル装置よりも大きい遠心力を容器の内容物に加えることができる。 The specific configuration of the ball mill device is not particularly limited, and conventionally known ball mill devices such as a planetary ball mill device and a stirring ball mill device can be used as long as they satisfy the above-mentioned centrifugal force regulation. However, in the manufacturing method according to the present embodiment, a stirred ball mill device is preferably used. This stirring ball mill device includes a container having a cylindrical inner surface and a stirring blade provided inside the container. Raw material powder, balls, a solvent, and a treating agent are charged in the container of the stirring ball mill device. Unlike the planetary ball mill device, the stirring blade provided in the container rotates to alloy the raw material powder without rotating the container. When such an agitating ball mill device is used, the content of the container can be vigorously agitated by the agitating blades, and thus a centrifugal force larger than that of other ball mill devices can be applied to the content of the container.

なお、一般に、メカニカルアロイング処理を実施する時間を長くするほど、好適な微細組織構造を有するケイ素含有合金を得ることができるが、本形態に係る製造方法では、上述したように比較的大きな遠心力が内容物に加わるようにメカニカルアロイング処理を施すことから、メカニカルアロイング処理の時間を短縮させても同等以上のサイクル耐久性を実現することが可能となる。かような観点から、本形態に係る製造方法において、メカニカルアロイング処理の時間は、好ましくは45時間以下であり、より好ましくは40時間以下であり、さらに好ましくは36時間以下であり、いっそう好ましくは30時間以下であり、特に好ましくは24時間以下であり、最も好ましくは20時間以下である。なお、メカニカルアロイング処理の時間の下限値は特に設定されないが、通常は12時間以上であればよい。 In general, as the time for carrying out the mechanical alloying treatment is increased, a silicon-containing alloy having a suitable microstructure can be obtained. However, in the production method according to the present embodiment, as described above, a relatively large centrifugal force is applied. Since the mechanical alloying treatment is performed so that force is applied to the contents, it is possible to achieve the same or higher cycle durability even if the mechanical alloying treatment time is shortened. From such a viewpoint, in the production method according to the present embodiment, the mechanical alloying treatment time is preferably 45 hours or less, more preferably 40 hours or less, further preferably 36 hours or less, and further preferably Is 30 hours or less, particularly preferably 24 hours or less, and most preferably 20 hours or less. The lower limit of the time for mechanical alloying treatment is not particularly set, but it is usually 12 hours or more.

また、高エネルギーを与えることにより短時間で合金化処理をできるため、Si酸化の進行を抑えることができ、そのため、各ピーク強度の値を上記所定の関係を満たすように制御することができる。この観点からも、上記のように、メカニカルアロイング処理で用いる装置の遠心力の値を大きくすることにより、本発明に係るケイ素含有合金を得ることが好ましい。 Further, since the alloying treatment can be performed in a short time by applying high energy, the progress of Si oxidation can be suppressed, and therefore the value of each peak intensity can be controlled so as to satisfy the above predetermined relationship. From this viewpoint as well, it is preferable to obtain the silicon-containing alloy according to the present invention by increasing the value of the centrifugal force of the device used in the mechanical alloying treatment as described above.

なお、ボールミル装置を用いたメカニカルアロイング処理においては、従来周知のボールを使用して原料粉末の合金化を行うことができるが、好ましくは、ボールとして、1mm以下、特に0.1〜1mmの直径を有するチタンまたはジルコニア製のものが使用される。特に、本形態においては、プラズマ回転電極法によって製造されたチタン製のボールが好適に使用される。このようなプラズマ回転電極法によって製造された直径が1mm以下のチタンまたはジルコニア製ボールは、均一な球形を有しており、ケイ素含有合金を得るためのボールとして特に好ましい。 In the mechanical alloying process using the ball mill device, it is possible to alloy the raw material powder using conventionally known balls, but it is preferable that the balls have a diameter of 1 mm or less, particularly 0.1 to 1 mm. Those made of titanium or zirconia having a diameter are used. Particularly, in the present embodiment, titanium balls produced by the plasma rotating electrode method are preferably used. Balls made of titanium or zirconia having a diameter of 1 mm or less produced by such a plasma rotary electrode method have a uniform spherical shape, and are particularly preferable as balls for obtaining a silicon-containing alloy.

また、本形態において、撹拌ボールミルの容器に仕込まれる溶媒も、特に限定されない。このような溶媒としては、例えば水(特にイオン交換水)、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ジメチルケトン、ジエチルケトン、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、ジフェニルエーテル、トルエンおよびキシレンが挙げられる。これらの溶媒は、単独で、または適宜組み合わせて使用される。 Further, in this embodiment, the solvent charged in the container of the stirring ball mill is not particularly limited. Examples of such a solvent include water (particularly ion-exchanged water), methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, dimethyl ketone, diethyl ketone, diethyl ether, dimethyl ether, diphenyl ether, toluene and xylene. These solvents are used alone or in appropriate combination.

さらに、本発明において、容器に仕込まれる処理剤も、特に限定されない。このような処理剤としては、例えば、容器の内壁への内容物の付着を防止するためのカーボン粉末のほか、界面活性剤および/または脂肪酸が挙げられる。 Furthermore, in the present invention, the treating agent charged in the container is not particularly limited. Examples of such a treating agent include a carbon powder for preventing the adhesion of the contents to the inner wall of the container, a surfactant and/or a fatty acid.

上述した手法によるメカニカルアロイング処理は、通常乾式雰囲気下で行われるが、メカニカルアロイング処理後の粒度分布は大小の幅が非常に大きい場合がある。このため、粒度を整えるための粉砕処理および/または分級処理を行うことが好ましい。 The mechanical alloying treatment by the method described above is usually performed in a dry atmosphere, but the particle size distribution after the mechanical alloying treatment may have a very large range. For this reason, it is preferable to perform a crushing treatment and/or a classification treatment for adjusting the particle size.

また、上述した製造方法以外に、急冷凝固などの工程を経てから、メカニカルアロイング処理を実施することもできる。急冷を経ることにより、粉末から合金化処理する場合に比べて、初期の状態でSiの非晶質化、TiSiの合金化が進行するため、短時間で合金化処理ができる。また、本発明に係る負極活物質を製造できるものであれば、適宜に工程を組み合わせることができる。 In addition to the above-described manufacturing method, the mechanical alloying treatment may be performed after a process such as rapid solidification. As compared with the case of alloying from powder by rapid cooling, Si becomes amorphous and TiSi 2 is alloyed in the initial state, so that alloying can be performed in a short time. Further, the steps can be appropriately combined as long as the negative electrode active material according to the present invention can be produced.

以上、負極活物質層に必須に含まれる所定の合金について説明したが、負極活物質層はその他の負極活物質を含んでいてもよい。上記所定の合金以外の負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどのカーボン、SiやSnなどの純金属や上記所定の組成比を外れる合金系活物質、あるいはTiO、Ti、TiO、もしくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3もしくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物(複合窒化物)、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Liなどが挙げられる。ただし、上記所定の合金を負極活物質として用いることにより奏される作用効果を十分に発揮させるという観点からは、負極活物質の全量100質量%に占める上記所定の合金の含有量は、好ましくは50〜100質量%であり、より好ましくは80〜100質量%であり、さらに好ましくは90〜100質量%であり、特に好ましくは95〜100質量%であり、最も好ましくは100質量%である。 The above has described the predetermined alloy essentially contained in the negative electrode active material layer, but the negative electrode active material layer may contain other negative electrode active material. As the negative electrode active material other than the above-mentioned predetermined alloy, natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, carbon such as coke, soft carbon or hard carbon, pure metal such as Si or Sn, or the above predetermined composition is used. Alloy active materials out of the ratio, or metal oxides such as TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , or SiO 2 , SiO, SnO 2 , lithium such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4 or Li 7 MnN And a transition metal, a complex oxide (composite nitride), a Li-Pb-based alloy, a Li-Al-based alloy, Li, and the like. However, from the viewpoint of sufficiently exhibiting the operational effects produced by using the above-mentioned predetermined alloy as the negative electrode active material, the content of the above-mentioned predetermined alloy in the total amount of 100% by mass of the negative electrode active material is preferably It is 50 to 100% by mass, more preferably 80 to 100% by mass, still more preferably 90 to 100% by mass, particularly preferably 95 to 100% by mass, and most preferably 100% by mass.

続いて、負極活物質層13は、バインダを含みうる。 Subsequently, the negative electrode active material layer 13 may include a binder.

(バインダ)
バインダは、活物質同士または活物質と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。負極活物質層に用いられるバインダの種類についても特に制限はなく、正極活物質層に用いられるバインダとして上述したものが同様に用いられうる。よって、ここでは詳細な説明は省略する。
(Binder)
The binder is added for the purpose of binding the active materials to each other or the active material and the current collector to maintain the electrode structure. The type of binder used in the negative electrode active material layer is also not particularly limited, and the binders described above as the binder used in the positive electrode active material layer can be similarly used. Therefore, detailed description is omitted here.

なお、負極活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは負極活物質層に対して、0.5〜20質量%であり、より好ましくは1〜15質量%である。 The amount of the binder contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it can bind the active material, but is preferably 0.5 to 0.5 with respect to the negative electrode active material layer. It is 20% by mass, more preferably 1 to 15% by mass.

(正極および負極活物質層15、13に共通する要件)
以下に、正極および負極活物質層15、13に共通する要件につき、説明する。
(Requirements common to the positive electrode and negative electrode active material layers 15 and 13)
The requirements common to the positive electrode and negative electrode active material layers 15 and 13 will be described below.

正極活物質層15および負極活物質層13は、必要に応じて、導電助剤、電解質塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等を含む。 The positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13 include a conductive auxiliary agent, an electrolyte salt (lithium salt), an ion conductive polymer, and the like, if necessary.

導電助剤
導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
Conductive Aid The conductive aid refers to an additive that is added to improve the conductivity of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. Examples of the conductive aid include carbon black such as acetylene black, carbon materials such as graphite and vapor grown carbon fiber. When the active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of output characteristics of the battery.

活物質層へ混入されてなる導電助剤の含有量は、活物質層の総量に対して、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上の範囲である。また、活物質層へ混入されてなる導電助剤の含有量は、活物質層の総量に対して、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは7質量%以下の範囲である。上述したケイ素含有合金からなる負極活物質自体の電子伝導性は低く、導電助剤の量によって電極抵抗を低減することができ、活物質層での導電助剤の配合比(含有量)を上記範囲内に規定することで以下の効果が発現される。即ち、電極反応を阻害することなく、電子伝導性を十分に担保することができ、電極密度の低下によるエネルギー密度の低下を抑制でき、ひいては電極密度の向上によるエネルギー密度の向上を図ることができる。 The content of the conductive additive mixed in the active material layer is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and further preferably 5% by mass or more with respect to the total amount of the active material layer. is there. The content of the conductive additive mixed in the active material layer is preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and further preferably 7% by mass or less with respect to the total amount of the active material layer. It is a range. The electron conductivity of the negative electrode active material itself made of the above-described silicon-containing alloy is low, the electrode resistance can be reduced by the amount of the conductive additive, and the compounding ratio (content) of the conductive additive in the active material layer is the above. By defining within the range, the following effects are exhibited. That is, the electron conductivity can be sufficiently ensured without hindering the electrode reaction, the decrease in energy density due to the decrease in electrode density can be suppressed, and the energy density due to the increase in electrode density can be improved. ..

また、上記導電助剤とバインダの機能を併せ持つ導電性結着剤をこれら導電助剤とバインダに代えて用いてもよいし、あるいはこれら導電助剤とバインダの一方ないし双方と併用してもよい。導電性結着剤としては、既に市販のTAB−2(宝泉株式会社製)を用いることができる。 Further, a conductive binder having the functions of the above-mentioned conductive additive and a binder may be used in place of the conductive additive and the binder, or may be used in combination with one or both of the conductive additive and the binder. .. As the conductive binder, commercially available TAB-2 (manufactured by Hosen Co., Ltd.) can be used.

電解質塩(リチウム塩)
電解質塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。
Electrolyte salt (lithium salt)
As the electrolyte salt (lithium salt), Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiCF 3 SO 3 , and the like.

イオン伝導性ポリマー
イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。
Ion Conductive Polymer Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO)-based and polypropylene oxide (PPO)-based polymers.

正極活物質層および負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水電解質二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。 The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about the non-aqueous electrolyte secondary battery.

各活物質層(集電体片面の活物質層)の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮し、通常1〜500μm程度、好ましくは2〜100μmである。 The thickness of each active material layer (active material layer on one surface of the current collector) is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be appropriately referred to. As an example, the thickness of each active material layer is usually about 1 to 500 μm, preferably 2 to 100 μm in consideration of the purpose of use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.) and ionic conductivity.

<集電体>
集電体11、12は導電性材料から構成される。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。
<Current collector>
The current collectors 11 and 12 are made of a conductive material. The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, in the case of being used for a large battery that requires high energy density, a current collector having a large area is used.

集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。 The thickness of the current collector is also not particularly limited. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm.

集電体の形状についても特に制限されない。図1に示す積層型電池10では、集電箔のほか、網目形状(エキスパンドグリッド等)等を用いることができる。 The shape of the current collector is also not particularly limited. In the laminated battery 10 shown in FIG. 1, in addition to the collector foil, a mesh shape (expanded grid or the like) can be used.

なお、負極活物質をスパッタ法等により薄膜合金を負極集電体12上に直接形成する場合には、集電箔を用いるのが望ましい。 When a thin film alloy of the negative electrode active material is directly formed on the negative electrode current collector 12 by a sputtering method or the like, it is desirable to use a collector foil.

集電体を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。 There is no particular limitation on the material forming the current collector. For example, a metal or a resin in which a conductive filler is added to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material can be adopted.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。 Specifically, examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper and the like. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plated material of a combination of these metals can be preferably used. Further, a foil having a metal surface coated with aluminum may be used. Of these, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoints of electron conductivity, battery operating potential, and adhesion of the negative electrode active material to the current collector by sputtering.

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。 In addition, examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylenevinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process and reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。 Examples of the non-conductive polymer material include polyethylene (PE; high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide. (PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA). , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), polystyrene (PS), and the like. Such a non-conductive polymer material may have excellent potential resistance or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。 A conductive filler may be added to the above-mentioned conductive polymer material or non-conductive polymer material, if necessary. In particular, when the resin serving as the base material of the current collector is composed only of the non-conductive polymer, the conductive filler is indispensable to impart conductivity to the resin.

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである。 The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, as a material having excellent conductivity, potential resistance, or lithium ion barrier property, metal and conductive carbon can be cited. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K or a metal thereof. It is preferable to include an alloy or a metal oxide containing. The conductive carbon is not particularly limited. Preferably, at least one selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene is included.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。 The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it can impart sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

<電解質層>
電解質層17を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
<Electrolyte layer>
A liquid electrolyte or a polymer electrolyte may be used as the electrolyte that constitutes the electrolyte layer 17.

液体電解質は、有機溶媒にリチウム塩(電解質塩)が溶解した形態を有する。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)等のカーボネート類が例示される。上記有機溶媒を、単独で使用してもよく、二種以上を混合して使用しても良い。 The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt (electrolyte salt) is dissolved in an organic solvent. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), Illustrative are carbonates such as methylpropyl carbonate (MPC). The above organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

また、リチウム塩としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiAsF、LiTaF、LiClO、LiCFSO等の電極の活物質層に添加され得る化合物を採用することができる。 As the lithium salt, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiClO 4, LiCF 3 SO 3 , etc. A compound that can be added to the active material layer of the electrode can be adopted.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質とに分類される。 On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質(電解液)が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導を遮断することが容易になる点で優れている。 The gel electrolyte has a structure in which the above liquid electrolyte (electrolyte solution) is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. The use of a gel polymer electrolyte as the electrolyte is advantageous in that the fluidity of the electrolyte is lost and it becomes easy to block the ionic conduction between the layers.

マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。 Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. An electrolyte salt such as a lithium salt can be well dissolved in such a polyalkylene oxide polymer.

ゲル電解質中の上記液体電解質(電解液)の割合としては、特に制限されるべきものではないが、イオン伝導度などの観点から、数質量%〜98質量%程度とするのが望ましい。本実施形態では、電解液の割合が70質量%以上の、電解液が多いゲル電解質について、特に効果がある。 The ratio of the liquid electrolyte (electrolytic solution) in the gel electrolyte is not particularly limited, but is preferably about several mass% to 98 mass% from the viewpoint of ionic conductivity and the like. The present embodiment is particularly effective for a gel electrolyte containing a large amount of electrolytic solution in which the proportion of the electrolytic solution is 70% by mass or more.

なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質や真性ポリマー電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータ(不織布を含む)の具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜や多孔質の平板、更には不織布が挙げられる。 When the electrolyte layer is composed of a liquid electrolyte, a gel electrolyte or an intrinsic polymer electrolyte, a separator may be used for the electrolyte layer. Specific forms of the separator (including a nonwoven fabric) include, for example, a microporous film made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, a porous flat plate, and a nonwoven fabric.

真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。 The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the above matrix polymer and does not contain an organic solvent which is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer is composed of an intrinsic polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the reliability of the battery can be improved.

ゲル電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。 The matrix polymer of the gel electrolyte or the intrinsic polymer electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a cross-linked structure, a suitable polymerization initiator may be used to perform thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. on a polymerizable polymer for forming a polyelectrolyte (for example, PEO or PPO). Polymerization may be performed.

<集電板およびリード>
電池外部に電流を取り出す目的で、集電板を用いてもよい。集電板は集電体やリードに電気的に接続され、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。
<Current collector and lead>
A current collector plate may be used for the purpose of extracting an electric current to the outside of the battery. The current collector plate is electrically connected to the current collector and the leads and taken out to the outside of the laminate sheet that is the battery exterior material.

集電板を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい。なお、正極集電板と負極集電板とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。 The material forming the current collector plate is not particularly limited, and a well-known highly conductive material that has been conventionally used as a current collector plate for a lithium ion secondary battery can be used. As the constituent material of the current collector, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable, and more preferably aluminum from the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, Copper or the like is preferable. The positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate may be made of the same material or different materials.

正極端子リードおよび負極端子リードに関しても、必要に応じて使用する。正極端子リードおよび負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材29から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。 The positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal lead are also used as necessary. As a material for the positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal lead, a terminal lead used in a known lithium ion secondary battery can be used. The portion taken out from the battery exterior material 29 has a heat-resistant insulating property so as not to contact the peripheral devices or wirings to leak electric current and affect the products (for example, automobile parts, especially electronic devices). It is preferable to coat with a heat-shrinkable tube.

<電池外装材>
電池外装材29としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。
<Battery exterior material>
As the battery exterior material 29, a well-known metal can case can be used, and a bag-shaped case that can cover the power generation element and that uses a laminate film containing aluminum can be used. As the laminate film, for example, a laminate film having a three-layer structure obtained by laminating PP, aluminum and nylon in this order can be used, but the laminate film is not limited thereto. A laminated film is desirable from the viewpoint of high output and excellent cooling performance, and the fact that it can be suitably used for batteries for large equipment for EVs and HEVs.

なお、上記のリチウムイオン二次電池は、従来公知の製造方法により製造することができる。 The above lithium-ion secondary battery can be manufactured by a conventionally known manufacturing method.

<リチウムイオン二次電池の外観構成>
図2は、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
<External structure of lithium-ion secondary battery>
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a laminated flat lithium ion secondary battery.

図2に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極集電板59、負極集電板58が引き出されている。発電要素57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素57は、正極集電板59および負極集電板58を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素57は、図1に示すリチウムイオン二次電池(積層型電池)10の発電要素21に相当するものである。発電要素57は、正極(正極活物質層)13、電解質層17および負極(負極活物質層)15で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。 As shown in FIG. 2, the laminated flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode current collector plate 59 and a negative electrode current collector plate 59 for extracting electric power from both sides thereof. The electric plate 58 is pulled out. The power generation element 57 is wrapped by the battery outer casing material 52 of the lithium-ion secondary battery 50 and its periphery is heat-sealed, and the power generation element 57 draws out the positive electrode current collector plate 59 and the negative electrode current collector plate 58 to the outside. It is sealed in the closed state. Here, the power generation element 57 corresponds to the power generation element 21 of the lithium ion secondary battery (multilayer battery) 10 shown in FIG. 1. The power generation element 57 is formed by stacking a plurality of single battery layers (single cells) 19 including a positive electrode (positive electrode active material layer) 13, an electrolyte layer 17, and a negative electrode (negative electrode active material layer) 15.

なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のもの(ラミネートセル)に制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のもの(コインセル)や角柱型形状(角型セル)のもの、こうした円筒型形状のものを変形させて長方形状の扁平な形状にしたようなもの、更にシリンダー状セルであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型や角柱型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。 The lithium ion secondary battery is not limited to the laminated flat type (laminate cell). A wound lithium-ion battery has a cylindrical shape (coin cell), a prismatic shape (square cell), or a cylindrical flat shape that is deformed into a flat shape. Further, it may be a cylindrical cell and is not particularly limited. The cylindrical or prismatic shape is not particularly limited, and may be a laminate film or a conventional cylindrical can (metal can) as the exterior material. Preferably, the power generating element is covered with an aluminum laminate film. With this configuration, weight reduction can be achieved.

また、図2に示す正極集電板59、負極集電板58の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極集電板59と負極集電板58とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極集電板59と負極集電板58をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出すようにしてもよいなど、図2に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、集電板に変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。 Further, the extraction of the positive electrode current collector plate 59 and the negative electrode current collector plate 58 shown in FIG. 2 is not particularly limited. The positive electrode current collector plate 59 and the negative electrode current collector plate 58 may be drawn out from the same side, or the positive electrode current collector plate 59 and the negative electrode current collector plate 58 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side. However, the present invention is not limited to that shown in FIG. Further, in the wound-type lithium-ion battery, instead of the current collector plate, for example, a cylindrical can (metal can) may be used to form the terminal.

上述したように、本実施形態のリチウムイオン二次電池用の負極活物質を用いてなる負極ならびにリチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、好適に利用することができる。即ち、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。 As described above, the negative electrode and the lithium-ion secondary battery using the negative electrode active material for the lithium-ion secondary battery of the present embodiment can be used for electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, hybrid fuel cell vehicles, and the like. It can be suitably used as a capacity power source. That is, it can be suitably used as a vehicle drive power source or an auxiliary power source that requires high volume energy density and high volume output density.

なお、上記実施形態では、電気デバイスとして、リチウムイオン電池を例示したが、これに制限されるわけではなく、他のタイプの二次電池、さらには一次電池にも適用できる。また、電池だけではなくキャパシタにも適用できる。 In addition, in the said embodiment, although a lithium ion battery was illustrated as an electric device, it is not limited to this, It can apply to another type of secondary battery, and also to a primary battery. Further, it can be applied to not only batteries but also capacitors.

本発明を、以下の実施例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。なお、金属の組成比は本願において、質量%の表記としている。 The present invention will be described in more detail using the following examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples. In the present application, the composition ratio of metal is expressed as mass %.

(比較例1)
[ケイ素含有合金(負極活物質)の製造]
以下の液体急冷凝固法により、Si59Sn11Ti30(組成比は質量比)の組成を有するケイ素含有合金を製造した。
(Comparative Example 1)
[Production of Silicon-Containing Alloy (Negative Electrode Active Material)]
A silicon-containing alloy having a composition of Si 59 Sn 11 Ti 30 (composition ratio is mass ratio) was manufactured by the following liquid rapid solidification method.

具体的に、高純度金属Siインゴット(5N)、高純度Tiワイヤ(3N)、高純度Snショット(3N)を用い、アーク溶解法を用いて、ケイ素含有合金Si59Sn11Ti30のインゴットを作製した。 Specifically, using a high-purity metal Si ingot (5N), a high-purity Ti wire (3N), and a high-purity Sn shot (3N), an ingot of a silicon-containing alloy Si 59 Sn 11 Ti 30 was obtained by using an arc melting method. It was made.

続いて、上記で得られたインゴットを母合金として用いて、液体急冷凝固法によりケイ素含有合金を作製した。具体的には、日新技研株式会社製の液体急冷凝固装置NEV−A05型を用いて、Ar置換のうえゲージ圧−0.03MPaに減圧したチャンバー内に設置した石英ノズル中に、Si59Sn11Ti30のインゴット(母合金)を入れ、高周波誘導加熱により融解した後、0.03MPaの噴射圧にて、回転数4000rpm(周速:41.9m/sec)のCuロール上に噴射して、薄帯状合金(急冷薄帯)を作製した。 Subsequently, a silicon-containing alloy was produced by a liquid rapid solidification method using the ingot obtained above as a mother alloy. Specifically, using a liquid rapid solidification apparatus NEV-A05 type manufactured by Nisshin Giken Co., Ltd., Si 59 Sn was placed in a quartz nozzle installed in a chamber whose Ar pressure was replaced and the gauge pressure was reduced to −0.03 MPa. 11 Ti 30 ingot (mother alloy) was put in, melted by high frequency induction heating, and then sprayed onto a Cu roll at a rotation speed of 4000 rpm (peripheral speed: 41.9 m/sec) at a spray pressure of 0.03 MPa. , Ribbon-shaped alloy (quenched ribbon) was prepared.

その後、粉砕処理を行った。具体的には、ドイツ フリッチュ社製遊星ボールミル装置P−6を用いて、ジルコニア製粉砕ポットにジルコニア製粉砕ボールと各合金の各原料粉末を投入し、400rpmで1時間、粉砕処理を実施して、ケイ素含有合金(負極活物質)を得た。なお、得られたケイ素含有合金(負極活物質)の平均粒子径は10μmであった。 Then, pulverization processing was performed. Specifically, using a planetary ball mill device P-6 manufactured by Germany Fritsch GmbH, the zirconia grinding balls and the respective raw material powders of each alloy were put into a zirconia grinding pot, and the grinding treatment was carried out at 400 rpm for 1 hour. , A silicon-containing alloy (negative electrode active material) was obtained. The average particle size of the obtained silicon-containing alloy (negative electrode active material) was 10 μm.

[負極の作製]
負極活物質である上記で製造したケイ素含有合金(Si59Sn11Ti30)80質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック 5質量部と、バインダであるポリイミド 15質量部と、を混合し、脱泡混練機(Thinky AR−100)を用いてN−メチルピロリドンに分散させて負極スラリーを得た。次いで、得られた負極スラリーを、銅箔よりなる負極集電体の両面にそれぞれ負極活物質層の厚さが30μmとなるように均一に塗布し、真空中で24時間乾燥させて、負極を得た。
[Preparation of negative electrode]
80 parts by mass of the silicon-containing alloy (Si 59 Sn 11 Ti 30 ) produced as described above, which is a negative electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black, which is a conductive additive, and 15 parts by mass of polyimide, which is a binder, are mixed, A defoaming kneader (Thinky AR-100) was used to disperse it in N-methylpyrrolidone to obtain a negative electrode slurry. Next, the obtained negative electrode slurry was uniformly applied onto both surfaces of a negative electrode current collector made of copper foil so that the thickness of the negative electrode active material layer was 30 μm, and dried in vacuum for 24 hours to give a negative electrode. Obtained.

[リチウムイオン二次電池(コインセル)の作製]
上記で作製した負極と対極Li箔(本城金属株式会社製、直径15mm、厚さ200μm)とを対向させ、この間にセパレータ(セルガード社製 セルガード2400)を配置した。次いで、負極、セパレータ、および対極Liの積層体をコインセル(CR2032、材質:ステンレス鋼(SUS316))の底部側に配置した。さらに、正極と負極との間の絶縁性を保つためガスケットを装着し、下記電解液をシリンジにより注入し、スプリングおよびスペーサを積層し、コインセルの上部側を重ねあわせ、かしめることにより密閉して、リチウムイオン二次電池(コインセル)を得た。
[Preparation of lithium-ion secondary battery (coin cell)]
The negative electrode prepared above and the counter electrode Li foil (manufactured by Honjo Metal Co., Ltd., diameter 15 mm, thickness 200 μm) were opposed to each other, and a separator (Celguard 2400 manufactured by Celgard Co., Ltd.) was placed therebetween. Next, the laminated body of the negative electrode, the separator, and the counter electrode Li was placed on the bottom side of the coin cell (CR2032, material: stainless steel (SUS316)). Furthermore, a gasket is attached to maintain the insulation between the positive electrode and the negative electrode, the following electrolytic solution is injected with a syringe, a spring and a spacer are laminated, and the upper side of the coin cell is overlapped and caulked to seal it. A lithium ion secondary battery (coin cell) was obtained.

なお、上記電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とをEC:DEC=1:1(体積比)の割合で混合した有機溶媒に、リチウム塩である六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を1mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。 In addition, as the above-mentioned electrolytic solution, hexafluorophosphoric acid, which is a lithium salt, is added to an organic solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a ratio of EC:DEC=1:1 (volume ratio). Lithium (LiPF 6 ) dissolved at a concentration of 1 mol/L was used.

(実施例1)
上述した比較例1で得られた薄帯状合金(急冷薄帯)を直径で約15μmのサイズに粉砕し、得られた粉砕物に対してメカニカルアロイング処理を施した。具体的には、ドイツ フリッチュ社製遊星ボールミル装置P−6を用いて、ジルコニア製粉砕ポットにジルコニア製粉砕ボールおよび上記粉砕物を投入し、600rpm、24時間の条件でメカニカルアロイング処理を施して合金化させた。その後、400rpm、1時間の粉砕処理を施して、ケイ素含有合金(負極活物質)を得た。なお、本実施例において用いた遊星ボールミル装置において、公転半径rs=0.060[m]、自転半径rpl=0.033[m]、自転公転比iw=−1.818[−]、回転数rpm=600[回/分]であったことから、遠心力Gnl=19.4[G]と算出された。また、得られたケイ素含有合金(負極活物質)の平均粒子径は10μmであった。
(Example 1)
The ribbon-shaped alloy (quenched ribbon) obtained in Comparative Example 1 described above was pulverized to a size of about 15 μm in diameter, and the obtained pulverized product was subjected to mechanical alloying treatment. Specifically, using a planetary ball mill device P-6 manufactured by Germany Fritsch GmbH, the zirconia crushed balls and the crushed product are put into a zirconia crushing pot, and mechanically alloyed at 600 rpm for 24 hours. Alloyed. Then, pulverization treatment was performed at 400 rpm for 1 hour to obtain a silicon-containing alloy (negative electrode active material). In the planetary ball mill device used in this embodiment, the revolution radius rs=0.060 [m], the revolution radius rpl=0.033 [m], the revolution revolution ratio iw=-1.818 [-], and the rotation speed. Since the rpm was 600 [times/minute], the centrifugal force Gnl was calculated to be 19.4 [G]. The average particle size of the obtained silicon-containing alloy (negative electrode active material) was 10 μm.

ケイ素含有合金(負極活物質)として上記で得られたものを使用したこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、負極およびリチウムイオン二次電池(コインセル)を作製した。 A negative electrode and a lithium ion secondary battery (coin cell) were produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the silicon-containing alloy (negative electrode active material) obtained above was used.

(実施例2)
メカニカルアロイング処理の処理時間を48時間としたこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、ケイ素含有合金(負極活物質)、負極およびリチウムイオン二次電池(コインセル)を作製した。なお、得られたケイ素含有合金(負極活物質)の平均粒子径は10μmであった。
(Example 2)
A silicon-containing alloy (negative electrode active material), a negative electrode, and a lithium ion secondary battery (coin cell) were produced in the same manner as in Example 1 except that the mechanical alloying treatment time was 48 hours. The average particle size of the obtained silicon-containing alloy (negative electrode active material) was 10 μm.

(実施例3)
以下のメカニカルアロイング法により、Si63SnTi30(組成比は質量比)の組成を有するケイ素含有合金を製造した。
(Example 3)
A silicon-containing alloy having a composition of Si 63 Sn 7 Ti 30 (composition ratio is mass ratio) was manufactured by the following mechanical alloying method.

具体的には、ドイツ ZOZ社製撹拌ボールミル装置C−01Mを用いて、SUS製粉砕ポットに1620gのジルコニア製粉砕ボール(φ5mm)および1gのカーボン(SGL)を投入し、その後1000rpmで10分間、プレ粉砕処理を実施した。その後、各合金の各原料粉末を合計で100g投入し、1500rpmで20時間かけて合金化させ(合金化処理)、その後400rpmで1時間、微粉砕処理を実施して、ケイ素含有合金(負極活物質)を得た。なお、本実施例において用いた撹拌ボールミル装置において、公転半径rs=0.070[m]、自転半径rpl=0[m]、回転数rpm=1500[回/分]であったことから、遠心力Gnl=176.0[G]と算出された。また、得られたケイ素含有合金(負極活物質)の平均粒子径は10μmであった。 Specifically, using a stirring ball mill C-01M manufactured by Germany ZOZ, 1620 g of zirconia grinding balls (φ5 mm) and 1 g of carbon (SGL) were put into a SUS grinding pot, and then 1000 rpm for 10 minutes. A pre-milling process was performed. Then, 100 g of each raw material powder of each alloy was added in total, and alloying was performed at 1500 rpm for 20 hours (alloying treatment), and then fine pulverization treatment was performed at 400 rpm for 1 hour to obtain a silicon-containing alloy (negative electrode active material). Substance) was obtained. In the stirring ball mill device used in this example, the revolution radius rs=0.070 [m], the rotation radius rpl=0 [m], and the rotation speed rpm=1500 [times/min], the centrifugal The force Gnl=176.0 [G] was calculated. The average particle size of the obtained silicon-containing alloy (negative electrode active material) was 10 μm.

ケイ素含有合金(負極活物質)として上記で得られたものを使用したこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、負極およびリチウムイオン二次電池(コインセル)を作製した。
(実施例4)
合金の組成をSi61SnTi30に変更したこと以外は、上述した実施例3と同様の手法により、ケイ素含有合金(負極活物質)、負極およびリチウムイオン二次電池(コインセル)を作製した。なお、得られたケイ素含有合金(負極活物質)の平均粒子径は10μmであった。
A negative electrode and a lithium ion secondary battery (coin cell) were produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the silicon-containing alloy (negative electrode active material) obtained above was used.
(Example 4)
A silicon-containing alloy (negative electrode active material), a negative electrode, and a lithium ion secondary battery (coin cell) were produced in the same manner as in Example 3 except that the composition of the alloy was changed to Si 61 Sn 9 Ti 30 . .. The average particle size of the obtained silicon-containing alloy (negative electrode active material) was 10 μm.

[ケイ素含有合金(負極活物質)についての示差走査熱量測定(DSC)]
上述した比較例および実施例1〜4のそれぞれにおいて作製したケイ素含有合金(負極活物質)について、以下の条件および装置を用いて示差走査熱量測定(DSC)法による分析を行った。
[Differential scanning calorimetry (DSC) of silicon-containing alloy (negative electrode active material)]
The silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in each of the above-described comparative example and Examples 1 to 4 was analyzed by a differential scanning calorimetry (DSC) method using the following conditions and apparatus.

(DSC法の条件および装置)
委託会社:セイコーアイ・テクノリサーチ株式会社
実験装置:示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 DSC−6300)
温度範囲:室温〜1500℃
昇降温速度:10℃/min
雰囲気:アルゴン雰囲気
基準物質:アルミナ粉末
試料容器:アルミナ製。
(Conditions and equipment for DSC method)
Contractor: Seiko Eye Techno Research Co., Ltd. Experimental equipment: Differential scanning calorimeter (DSC-6300 manufactured by SII Nano Technology Co., Ltd.)
Temperature range: room temperature to 1500°C
Temperature increase/decrease rate: 10°C/min
Atmosphere: Argon atmosphere Reference substance: Alumina powder Sample container: Made of alumina.

ここで、上記DSC法により得られたスペクトルにおいて、1200〜1350℃に観察されるSiピークのピーク強度をI(1)とし、1400〜1500℃に観察されるTiSiピークのピーク強度をI(2)とし、a−Si相が含まれないと仮定した場合のSi量に相当するピーク強度と前記Siピークのピーク強度との差として定義されるa−Siピークのピーク強度をI(3)としたときの「I(2)/I(1)」の値、「I(3)/I(1)」の値、および、「I(2)×I(3)/{I(1)}」の値を、下記の表1に示す。なお、上述した実施例2において作製された負極活物質(ケイ素含有合金)について測定された示差走査熱量測定(DSC)の結果を示すスペクトルを図3に示す。また、上述した比較例1において作製された負極活物質(ケイ素含有合金)について測定された示差走査熱量測定(DSC)の結果を示すスペクトルを図4に示す。 Here, in the spectrum obtained by the DSC method, the peak intensity of the Si peak observed at 1200 to 1350° C. is I(1), and the peak intensity of the TiSi 2 peak observed at 1400 to 1500° C. is I(1). 2), and the peak intensity of the a-Si peak defined as the difference between the peak intensity corresponding to the amount of Si and the peak intensity of the Si peak when it is assumed that the a-Si phase is not included is I(3). The value of "I(2)/I(1)", the value of "I(3)/I(1)", and "I(2)×I(3)/{I(1)" } 2 "values are shown in Table 1 below. In addition, the spectrum which shows the result of the differential scanning calorimetry (DSC) measured about the negative electrode active material (silicon containing alloy) produced in Example 2 mentioned above is shown in FIG. Further, FIG. 4 shows a spectrum showing the results of differential scanning calorimetry (DSC) measured on the negative electrode active material (silicon-containing alloy) produced in Comparative Example 1 described above.

[ケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造の分析]
実施例1において作製したケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造を分析した。
[Analysis of microstructure of silicon-containing alloy (negative electrode active material)]
The microstructure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Example 1 was analyzed.

図5Aの上段左の写真は、実施例1のケイ素含有合金(負極活物質)の高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡(HAADF−STEM)による観察画像(低倍率)である。また、図5Bの上段左の写真は、実施例1のケイ素含有合金(負極活物質)の高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡(HAADF−STEM)による観察画像(高倍率)である。図5Aおよび図5Bの上段右の写真は、上段左の観察画像と同じ視野についてEDX(エネルギー分散型X線分光法)により元素強度マッピングを行った画像である。そして、図5Aおよび図5Bの下段の写真は、左からSn、Si、Tiのそれぞれの元素に対するマッピング画像である。これらの結果から、Tiが存在する部位にはSiも存在することから当該部位にはシリサイド(TiSi)相が存在するものと考えられた。また、Tiが存在しない部位にもSiが存在すること、SnはTiが存在せずSiが存在する部位に存在することもわかった。以上の結果をまとめると、実施例1のケイ素含有合金(負極活物質)は、Siの結晶構造の内部にSnが固溶してなる非晶質または低結晶性のSiを含むa−Si相が、遷移金属のケイ化物を主成分とするシリサイド(TiSi)相中に分散されてなる構造を有するものであることがわかった。また、実施例2〜4のケイ素含有合金(負極活物質)も同様の構造を有するものであることが、それぞれ図6Aおよび図6B、図7Aおよび図7B、並びに図8Aおよび図8Bに示す観察結果によって確認された。 The photograph on the upper left of FIG. 5A is an observation image (low magnification) of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) of Example 1 by a high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM). The photograph on the upper left of FIG. 5B is an observation image (high magnification) of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) of Example 1 by a high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM). The photographs in the upper right of FIGS. 5A and 5B are images obtained by performing element intensity mapping by EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy) for the same visual field as the observed image in the upper left. The photographs in the lower part of FIGS. 5A and 5B are mapping images for the respective elements of Sn, Si, and Ti from the left. From these results, it was considered that Si (TiSi 2 ) phase was present at the site where Ti was present since Si was also present at the site. It was also found that Si exists also in the part where Ti does not exist, and Sn exists in the part where Ti does not exist and Si exists. Summarizing the above results, the silicon-containing alloy (negative electrode active material) of Example 1 has an a-Si phase containing amorphous or low crystalline Si formed by solid solution of Sn in the crystal structure of Si. Has a structure in which it is dispersed in a silicide (TiSi 2 ) phase containing a transition metal silicide as a main component. Further, the silicon-containing alloys (negative electrode active materials) of Examples 2 to 4 also have the same structure, and the observations shown in FIGS. 6A and 6B, 7A and 7B, and FIGS. 8A and 8B, respectively. Confirmed by the results.

一方、図9Aおよび図9Bに示す観察結果からわかるように、比較例1のケイ素含有合金(負極活物質)では、実施例の構造とは異なり、シリサイド(TiSi)の結晶の粗大化やSnの凝集体の偏析が観察された。 On the other hand, as can be seen from the observation results shown in FIGS. 9A and 9B, in the silicon-containing alloy of Comparative Example 1 (negative electrode active material), unlike the structure of the example, coarsening of crystals of silicide (TiSi 2 ) and Sn were observed. Segregation of the aggregates was observed.

[充放電効率およびサイクル耐久性の評価]
上述した比較例および実施例1〜4のそれぞれにおいて作製したリチウムイオン二次電池(コインセル)について、以下の充放電試験条件に従って、充放電効率およびサイクル耐久性の評価を行った。
[Evaluation of charge/discharge efficiency and cycle durability]
With respect to the lithium ion secondary battery (coin cell) produced in each of the above-described comparative example and Examples 1 to 4, the charge/discharge efficiency and the cycle durability were evaluated according to the following charge/discharge test conditions.

(充放電試験条件)
1)充放電試験機:HJ0501SM8A(北斗電工株式会社製)
2)充放電条件[充電過程]0.1mA、10mV→2V(定電流モード)
[放電過程]0.3C、2V→10mV(定電流モード)
3)恒温槽:PFU−3K(エスペック株式会社製)
4)評価温度:300K(27℃)。
(Charge/discharge test conditions)
1) Charge/discharge tester: HJ0501SM8A (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.)
2) Charge/discharge conditions [charging process] 0.1 mA, 10 mV→2 V (constant current mode)
[Discharging process] 0.3 C, 2 V→10 mV (constant current mode)
3) Constant temperature bath: PFU-3K (manufactured by ESPEC CORPORATION)
4) Evaluation temperature: 300K (27°C).

評価用コインセルは、充放電試験機を使用して、上記評価温度に設定された恒温槽中にて、充電過程(評価用電極へのLi挿入過程を言う)では、定電流モードとし、0.1mAにて10mVから2Vまで充電した。その後、放電過程(評価用電極からのLi脱離過程を言う)では、定電流モードとし、0.3C、2Vから10mVまで放電した。以上の充放電サイクルを1サイクルとして、同じ充放電条件にて、初期サイクル(1サイクル)〜50サイクルまで充放電試験を行った。そして、初期充電容量に対する初期放電容量の割合(初期充放電効率)、および1サイクル目の放電容量に対する50サイクル目の放電容量の割合(放電容量維持率[%])を求めた結果を、下記の表1に示す。 The coin cell for evaluation was set to a constant current mode in a constant temperature mode in a charging process (referring to a process of inserting Li into the evaluation electrode) in a constant temperature bath set to the above evaluation temperature using a charge/discharge tester. It was charged from 10 mV to 2 V at 1 mA. After that, in the discharging process (referring to the process of desorbing Li from the evaluation electrode), a constant current mode was set, and discharging was performed from 0.3 C, 2 V to 10 mV. With the above charge/discharge cycle as one cycle, a charge/discharge test was performed from the initial cycle (1 cycle) to 50 cycles under the same charge/discharge conditions. Then, the ratio of the initial discharge capacity to the initial charge capacity (initial charge/discharge efficiency) and the ratio of the discharge capacity at the 50th cycle to the discharge capacity at the first cycle (discharge capacity retention rate [%]) were obtained, and the results are shown below. Is shown in Table 1.

上記表1に示す結果から、本発明に係る負極活物質は、I(2)/I(1)>0.59およびI(3)/I(1)>0.56の関係を満たしていた。これによって、実施例の電気デバイス(リチウムイオン二次電池)は50サイクル後の放電容量維持率が高い値に維持されることがわかる。また、I(2)/I(1)≧0.76およびI(3)/I(1)≧0.76の関係を満たす実施例2〜4では、特に優れた放電容量維持率が達成されうることもわかる。なお、初期充放電効率の大幅な低下は確認されず、比較例1とほぼ同等かそれ以上の初期充放電効率を確保することもできた。一方、I(2)×I(3)/{I(1)}の値が0.50未満であると、放電容量が高い値に維持され、容量とサイクル耐久性とのバランスに優れたケイ素含有合金(負極活物質)が提供されうる。 From the results shown in Table 1 above, the negative electrode active material according to the present invention satisfied the relationship of I(2)/I(1)>0.59 and I(3)/I(1)>0.56. .. This shows that the electric device (lithium ion secondary battery) of the example maintains a high discharge capacity retention rate after 50 cycles. Further, in Examples 2 to 4 satisfying the relations of I(2)/I(1)≧0.76 and I(3)/I(1)≧0.76, particularly excellent discharge capacity retention rates were achieved. I understand that No significant decrease in the initial charge/discharge efficiency was confirmed, and the initial charge/discharge efficiency almost equal to or higher than that in Comparative Example 1 could be secured. On the other hand, when the value of I(2)×I(3)/{I(1)} 2 is less than 0.50, the discharge capacity is maintained at a high value, and the balance between capacity and cycle durability is excellent. A silicon-containing alloy (negative electrode active material) may be provided.

なお、比較例1で作製されたケイ素含有合金(負極活物質)の組織構造の分析では、上述したように、シリサイド(TiSi)の結晶の粗大化やSnの凝集体の偏析が観察された。このことから、比較例1のケイ素含有合金(負極活物質)では、SnがSi相の内部に十分に固溶していないことでSiのアモルファス化が十分に進行しておらず、また、ケイ素を主成分とする相を硬いシリサイド相によって十分に囲むこともできていない結果、十分なサイクル耐久性が発現していないものと考えられる。 In the analysis of the structure of the silicon-containing alloy (negative electrode active material) produced in Comparative Example 1, as described above, coarsening of silicide (TiSi 2 ) crystals and segregation of Sn agglomerates were observed. .. From this, in the silicon-containing alloy (negative electrode active material) of Comparative Example 1, Sn was not sufficiently solid-soluted in the Si phase, so that the Si was not sufficiently amorphized, and It is considered that sufficient cycle durability is not exhibited as a result of the fact that the phase mainly composed of is not sufficiently surrounded by the hard silicide phase.

10、50 リチウムイオン二次電池(積層型電池)、
11 負極集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層、
15 正極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21、57 発電要素、
25、58 負極集電板、
27、59 正極集電板、
29、52 電池外装材(ラミネートフィルム)。
10, 50 Lithium ion secondary battery (stacked battery),
11 negative electrode current collector,
12 positive electrode current collector,
13 negative electrode active material layer,
15 positive electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layers,
21, 57 power generation elements,
25, 58 negative electrode current collector,
27, 59 Positive electrode current collector plate,
29, 52 Battery exterior material (laminate film).

Claims (5)

TiSiを含むシリサイド相の母相中に、ケイ素の結晶構造の内部にスズが固溶してなる非晶質または低結晶性ケイ素を主成分とする相が分散されてなる構造を有し、下記化学式(1)
化学式(1)
SiSnTi
(上記化学式(1)において、Aは不可避不純物であり、x、y、z、及びaは、質量%の値を表し、この際、58≦x≦73、2≦y≦15、25≦z≦35であり、0≦a<0.5であり、x+y+z+a=100である。)
で表される組成を有するケイ素含有合金からなり、
示差走査熱量測定(DSC)法により得られるスペクトルにおいて1200〜1350℃に観察されるSiピークのピーク強度をI(1)とし、1400〜1500℃に観察されるTiSiピークのピーク強度をI(2)とし、a−Si相が含まれないと仮定した場合のSi量に相当するピーク強度と前記Siピークのピーク強度との差として定義されるa−Siピークのピーク強度をI(3)としたときに、
I(2)/I(1)>0.59、および、
I(3)/I(1)>0.56
の関係を満たすことを特徴とする、電気デバイス用負極活物質。
In a mother phase of a silicide phase containing TiSi 2 , a structure having an amorphous or low crystalline silicon-based phase in which tin is formed as a solid solution in the crystal structure of silicon is dispersed, The following chemical formula (1)
Chemical formula (1)
Si x Sn y Ti z A a
(In the above chemical formula (1), A is an unavoidable impurity, and x, y, z, and a represent the value of mass %, where 58≦x≦73, 2≦y≦15, 25≦z ≦35, 0≦a<0.5, and x+y+z+a=100.)
Consisting of a silicon-containing alloy having a composition represented by
In the spectrum obtained by the differential scanning calorimetry (DSC) method, the peak intensity of the Si peak observed at 1200 to 1350° C. is I(1), and the peak intensity of the TiSi 2 peak observed at 1400 to 1500° C. is I( 2), and the peak intensity of the a-Si peak defined as the difference between the peak intensity corresponding to the amount of Si and the peak intensity of the Si peak when it is assumed that the a-Si phase is not included is I(3). And when
I(2)/I(1)>0.59, and
I(3)/I(1)>0.56
A negative electrode active material for an electric device, characterized in that
I(2)/I(1)≧0.76、および、
I(3)/I(1)≧0.76
の関係をさらに満たす、請求項1に記載の電気デバイス用負極活物質。
I(2)/I(1)≧0.76, and
I(3)/I(1)≧0.76
The negative electrode active material for an electric device according to claim 1, further satisfying the relationship of.
I(2)×I(3)/{I(1)}<0.50の関係をさらに満たす、請求項1または2に記載の電気デバイス用負極活物質。 The negative electrode active material for an electric device according to claim 1, further satisfying the relationship of I(2)×I(3)/{I(1)} 2 <0.50. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気デバイス用負極活物質を用いてなる、電気デバイス用負極。 A negative electrode for an electric device, comprising the negative electrode active material for an electric device according to claim 1. 請求項4に記載の電気デバイス用負極を用いてなる、電気デバイス。 An electric device comprising the negative electrode for an electric device according to claim 4.
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