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JP7525191B2 - Anode material for lithium ion battery, lithium ion battery, method for manufacturing anode material for lithium ion battery and manufacturing device thereof - Google Patents
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JP7525191B2 - Anode material for lithium ion battery, lithium ion battery, method for manufacturing anode material for lithium ion battery and manufacturing device thereof - Google Patents

Anode material for lithium ion battery, lithium ion battery, method for manufacturing anode material for lithium ion battery and manufacturing device thereof Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン電池の負極材料、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池の負極材料の製造方法及びその製造装置に関する。 The present invention relates to a negative electrode material for lithium ion batteries, lithium ion batteries, a method for manufacturing a negative electrode material for lithium ion batteries, and an apparatus for manufacturing the same.

従来から採用されているリチウムイオン電池は、その負極側に、負極活物質(以下、「負極材料」ともいう)の黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛等)と負極材とを結着材を用いて混合した合剤層を備える負電極を有している。また、その正極側は、正極材及び正極活物質のリチウム(Li)酸化物粉末(LiCoO、LiNiO、LiMnO等)と導電性黒鉛(主にカーボンブラック等)とを結着材(PVDF:ポリフッ化ビニリデン等)を用いて混合し、塗布形成した合剤層を備える正電極を有している。また、リチウムイオン電池のセル容器内には電解液が満たされるとともに、負極材と正極材との間にはセパレータ(主に、ポリオレフィン系多孔質材、又は多孔質のポリプロピレン・シート等)が設けられている。 A conventional lithium ion battery has a negative electrode on its negative electrode side, which has a mixture layer made by mixing a graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.) of a negative electrode active material (hereinafter also referred to as "negative electrode material") and a negative electrode material using a binder. The positive electrode side has a positive electrode with a mixture layer formed by mixing a lithium (Li) oxide powder (LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , etc.) of a positive electrode active material and a conductive graphite (mainly carbon black, etc.) using a binder (PVDF: polyvinylidene fluoride, etc.) and applying the mixture layer. The cell container of the lithium ion battery is filled with an electrolyte, and a separator (mainly a polyolefin-based porous material or a porous polypropylene sheet, etc.) is provided between the negative electrode material and the positive electrode material.

上述のセパレータは、電解液を通過させ、リチウムイオンの移動を生じさせることを可能にして、電気的な短絡が起こらないように電極間を分離するように設けられている。 The separator is provided to allow the electrolyte to pass through and the movement of lithium ions to occur, separating the electrodes to prevent electrical short circuits.

リチウムイオン電池の充放電は、リチウムイオンが電解液中で負極材と正極材との間を移動することによって行われる。充電時においては、リチウムイオンは負極側に移動し、放電時においては、リチウムイオンは正極側に移動する。充電は、外部接続の電源を通じて行われ、放電は外部接続の抵抗(負荷)を介して行われる。 Lithium-ion batteries are charged and discharged by the movement of lithium ions between the negative and positive electrode materials in the electrolyte. When charging, the lithium ions move to the negative electrode side, and when discharging, the lithium ions move to the positive electrode side. Charging is performed through an externally connected power source, and discharging is performed through an externally connected resistance (load).

ところで、リチウムイオン電池の分野で、近年、その負極活物質に、上記の黒鉛に代わる素材として、シリコン粒子を用いる技術が開示されている。例えば、シリコン粒子の例として、単結晶シリコンを乳鉢で粉砕し、メッシュを用いて分級することによって形成した、直径が約38ミクロン(μm)以下の粉末を、アルゴン雰囲気中30℃/分の昇温速度で150℃(到達温度)にまで加熱されたもの(特許文献1参照)がある。また、他の例として、高温高濃度の亜鉛ガス中に液状の四塩化ケイ素を供給し、1050℃以上の高温状態で反応させることによって、四塩化ケイ素を還元してシリコン粒子を形成し、該微細なシリコンを1000℃以下、特に500~800℃にて結晶成長並びに凝集させた後、形成したシリコン粒子の粒度を調整し、塩化亜鉛水溶液中に集める。この作業により、粒径が1~100μm程度の高純度シリコン粒子が得られること、及びそれを利用することが開示されている(特許文献2参照)。 In the field of lithium ion batteries, a technology has been recently disclosed that uses silicon particles as an alternative material to the graphite in the negative electrode active material. For example, a silicon particle is formed by crushing single crystal silicon in a mortar and classifying it using a mesh, and the powder is heated to 150°C (attained temperature) at a heating rate of 30°C/min in an argon atmosphere (see Patent Document 1). Another example is a method in which liquid silicon tetrachloride is supplied to high-temperature, high-concentration zinc gas and reacted at a high temperature of 1050°C or higher to reduce the silicon tetrachloride and form silicon particles. The fine silicon is then crystallized and aggregated at 1000°C or lower, particularly 500 to 800°C, after which the particle size of the formed silicon particles is adjusted and collected in an aqueous zinc chloride solution. It has been disclosed that this process produces high-purity silicon particles with a particle size of about 1 to 100 μm, and that the particles can be used (see Patent Document 2).

特開2005-032733号公報JP 2005-032733 A 特開2012-101998号公報JP 2012-101998 A 国際公開公報第WO2015/189926号パンフレットInternational Publication No. WO2015/189926 国際公開公報第WO2013/027686号パンフレットInternational Publication No. WO2013/027686

しかしながら、従来技術においては、負極材料としてシリコン粒子を用いる場合、その充放電における電気容量を増大させることができるが、一方で、シリコン粒子内にリチウムを吸蔵・放出して、シリコン粒子が体積変動し、又は破壊されることになる。その結果、充放電のサイクル特性が維持できないという問題が存在している。 However, in conventional technology, when silicon particles are used as the negative electrode material, the electrical capacity during charging and discharging can be increased, but at the same time, lithium is absorbed and released into the silicon particles, causing the silicon particles to change in volume or be destroyed. As a result, there is a problem in that the charge and discharge cycle characteristics cannot be maintained.

例えば、上述の特許文献1及び2において開示されているシリコン粒子の場合、高温の合成と採集工程を行う必要があるため、負極材料としてのシリコン粒子を得るまでの製造工程が極めて複雑になる。その結果、生産性の低下を招いたり、製造コスト高になることが避けられない。また、特許文献3において開示されている技術は、シリコン粒子の一部が、例えば膨張収縮によって電気的に孤立しないように配慮されている点で有効であるが、改善の余地はまだまだ残されている。すなわち、シリコン粒子を用いたリチウムイオン電池の開発は未だ途上にある。 For example, in the case of the silicon particles disclosed in the above-mentioned Patent Documents 1 and 2, high-temperature synthesis and collection processes are required, making the manufacturing process for obtaining silicon particles as a negative electrode material extremely complicated. As a result, it is inevitable that productivity will decrease and manufacturing costs will increase. In addition, the technology disclosed in Patent Document 3 is effective in that it takes care not to electrically isolate some of the silicon particles due to, for example, expansion and contraction, but there is still room for improvement. In other words, the development of lithium-ion batteries using silicon particles is still in progress.

本願発明者らは、上述の技術的課題を踏まえ、負極材料として利用する材料をシリコン粒子のみに拘泥することなく、リチウムイオン電池のメカニズムに適応し得る、より高性能の負極材料を見出すべく、鋭意研究と分析を重ねた。 In light of the above technical issues, the inventors of the present application have conducted extensive research and analysis to find a higher performance negative electrode material that can be adapted to the mechanism of lithium ion batteries, without being limited to silicon particles as the material used as the negative electrode material.

その結果、本願発明者らは、特異な態様において、ある特徴的なシリコン微細粒子を、黒鉛を用いて形成された内部空間に取り込み、それを囲って内在化させ、いわば一体化ないし合体させることにより(以下、「複合化」ともいう)、その特徴的なシリコン微細粒子の有用性を顕著に高めた、より高性能の負極材料を実現し得るとの知見を得た。本発明は、上述の視点に基づいて創出された。 As a result, the inventors of the present application have discovered that, in a unique manner, by incorporating certain characteristic fine silicon particles into an internal space formed by using graphite, surrounding and internalizing them, and, so to speak, integrating or combining them (hereinafter, also referred to as "composite formation"), it is possible to realize a higher performance anode material that significantly enhances the usefulness of the characteristic fine silicon particles. The present invention was created based on the above-mentioned perspective.

本発明は、従来のシリコン粒子を用いた負極材料が抱えていた充放電のサイクル特性等に関する諸問題の少なくとも一部を解決するとともに、炭酸ガスの削減効果も期待されているリチウムイオン電池について、より高性能のリチウムイオン電池の負極材料及びその製造方法の実現に大きく貢献するものである。 The present invention solves at least some of the problems with charge/discharge cycle characteristics that existed with conventional anode materials using silicon particles, and is expected to contribute greatly to the realization of higher performance anode materials and manufacturing methods for lithium ion batteries, which are also expected to reduce carbon dioxide emissions.

本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料は、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有するシリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物であって、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物を含み、かつ黒鉛が、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の少なくとも一部を囲う。 The negative electrode material of one lithium ion battery of the present invention is silicon microparticles and/or aggregates or assemblies of the silicon microparticles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less, and includes the aggregates or assemblies in a state where the aggregates or assemblies are folded into at least a multi-layered petal shape or a scale shape, and graphite surrounds at least a portion of the silicon microparticles and/or the aggregates or assemblies.

上述の負極材料は、シリコン微細粒子及び/又は複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の少なくとも一部が黒鉛によって囲われた状態の複合物を含んでいる。加えて、シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物は、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な凝集物あるいは集合物である。そのため、詳しいメカニズムは未だ明らかではないが、上述の該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物が黒鉛によって囲われることにより、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、該黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。 The above-mentioned negative electrode material contains a composite in which at least a part of the silicon fine particles and/or the aggregates or assemblies of the silicon fine particles in a state where they are folded in a multi-layered petal-like or scale-like shape is surrounded by graphite. In addition, the silicon fine particles and/or the aggregates or assemblies are very fine aggregates or assemblies having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less. Therefore, although the detailed mechanism is not yet clear, the silicon fine particles and/or the aggregates or assemblies are surrounded by graphite, in combination with the specificity of the multi-layered petal-like or scale-like shape of the aggregates or assemblies, which suppresses the degree of freedom of the silicon fine particles and/or the aggregates or assemblies to a certain extent, which leads to an increase in the cooperation between the graphite and the silicon fine particles and/or the graphite and the aggregates or assemblies. As a result, by adopting this negative electrode material, a lithium ion battery with little change in charge/discharge capacity even when charging and discharging are repeated, in other words, with good charge/discharge cycle characteristics, can be realized. Alternatively, an increase in charge/discharge capacity can be achieved.

また、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造装置は、結晶性シリコンを粉砕することにより、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有するシリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物であって、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物を形成する粉砕部と、黒鉛が、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の少なくとも一部を囲うことによって、前述の黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいは該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成部と、を備える。 In addition, one of the lithium ion battery negative electrode material manufacturing devices of the present invention includes a crushing section that crushes crystalline silicon to form silicon fine particles and/or agglomerates or aggregates of the silicon fine particles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less, the agglomerates or aggregates being in a state where the agglomerates or aggregates are at least folded in a multi-layered petal-like or scale-like shape, and a composite forming section that forms a composite containing the graphite and the silicon fine particles, or a composite containing the graphite and the agglomerates or aggregates, by surrounding at least a portion of the silicon fine particles and/or the agglomerates or aggregates with graphite.

このリチウムイオン電池の負極材料の製造装置によれば、粉砕部によって、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な、シリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物を形成する。ここで、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物が形成される。加えて、この製造装置は、少なくとも一部の該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいはその黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成部をさらに備えている。そのため、詳しいメカニズムは未だ明らかではないが、上述の該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物が黒鉛によって囲われることにより、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、該黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この製造装置によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。 According to this manufacturing device for lithium-ion battery negative electrode material, the grinding unit forms very fine silicon microparticles and/or agglomerates or aggregates of the silicon microparticles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less. Here, the agglomerates or aggregates are formed in a state where they are folded at least in a multi-layered petal shape or scale shape. In addition, this manufacturing device further includes a composite forming unit that surrounds at least a portion of the silicon microparticles and/or agglomerates or aggregates with graphite to form a composite containing the graphite and the silicon microparticles, or a composite containing the graphite and the agglomerates or aggregates. Therefore, although the detailed mechanism is not yet clear, the silicon fine particles and/or the agglomerates or the aggregates, combined with the uniqueness of the multi-layered petal-like or scale-like shape of the agglomerates or the aggregates described above, are surrounded by graphite, which suppresses the degree of freedom of the silicon fine particles and/or the agglomerates or the aggregates to a certain extent, which leads to increased cooperation between the graphite and the silicon fine particles and/or the graphite and the agglomerates or the aggregates. As a result, this manufacturing device can contribute to the production of a lithium ion battery negative electrode material that has little change in charge/discharge capacity even when charging and discharging are repeated, in other words, has good charge/discharge cycle characteristics, or a lithium ion battery negative electrode material that can increase the charge/discharge capacity.

また、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造方法は、結晶性シリコンを粉砕することにより、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有するシリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物であって、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物を形成する粉砕工程と、黒鉛が、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の少なくとも一部を囲うことによって、該黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいは該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成工程と、を含む。 In addition, one method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery of the present invention includes a crushing step of crushing crystalline silicon to form silicon fine particles and/or aggregates or aggregates of the silicon fine particles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less, the aggregates or aggregates being in a state where the aggregates or aggregates are folded at least in a multi-layered petal shape or scale shape, and a composite formation step of forming a composite containing the graphite and the silicon fine particles, or a composite containing the graphite and the aggregates or aggregates by surrounding at least a portion of the silicon fine particles and/or the aggregates or aggregates with graphite.

このリチウムイオン電池の負極材料の製造方法によれば、粉砕工程によって、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な、シリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物を形成する。ここで、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物が形成される。加えて、この製造方法は、少なくとも一部の該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいはその黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成工程をさらに備えている。そのため、詳しいメカニズムは未だ明らかではないが、上述の該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物が黒鉛によって囲われることにより、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、該黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この製造装置によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。 According to this method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery, a grinding step is performed to form very fine silicon microparticles and/or agglomerates or aggregates of the silicon microparticles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less. Here, the agglomerates or aggregates are formed in a state where they are folded at least in a multi-layered petal-like or scale-like shape. In addition, this production method further includes a composite formation step in which graphite surrounds at least a portion of the silicon microparticles and/or agglomerates or aggregates to form a composite containing the graphite and the silicon microparticles, or a composite containing the graphite and the agglomerates or aggregates. Therefore, although the detailed mechanism is not yet clear, the silicon fine particles and/or the agglomerates or the aggregates, combined with the uniqueness of the multi-layered petal-like or scale-like shape of the agglomerates or the aggregates described above, are surrounded by graphite, which suppresses the degree of freedom of the silicon fine particles and/or the agglomerates or the aggregates to a certain extent, which leads to increased cooperation between the graphite and the silicon fine particles and/or the graphite and the agglomerates or the aggregates. As a result, this manufacturing device can contribute to the production of a lithium ion battery negative electrode material that has little change in charge/discharge capacity even when charging and discharging are repeated, in other words, has good charge/discharge cycle characteristics, or a lithium ion battery negative electrode material that can increase the charge/discharge capacity.

ところで、上述の各発明における結晶性シリコンには、単結晶シリコンのみならず、多結晶シリコンが含まれる。また、上述の各発明における結晶性シリコンとして金属性のシリコンを選択することもできる。なお、上述の各発明の結晶性シリコンが、例えばシリコンウェハの生産過程におけるシリコンの切削加工において通常は廃棄物とされるシリコンの切粉あるいはシリコンの切削屑又は研磨屑であることは、製造コストの低減、環境への負荷の低減、資源の再利用等の多様な観点から、非常に好適な一態様である。 The crystalline silicon in each of the above-mentioned inventions includes not only single crystal silicon but also polycrystalline silicon. Metallic silicon can also be selected as the crystalline silicon in each of the above-mentioned inventions. The crystalline silicon in each of the above-mentioned inventions is silicon chips, cutting waste, or polishing waste, which is usually treated as waste in the cutting process of silicon in the production process of silicon wafers, for example. This is a very suitable embodiment from various viewpoints such as reducing manufacturing costs, reducing the burden on the environment, and reusing resources.

従って、製造コストの低減、原材料の調達の容易性、環境への負荷の低減、及び/又は資源の活用性等の観点から言えば、結晶性シリコンの切粉又は切削屑を含み、かつ黒鉛が、該切粉又は該切削屑の少なくとも一部を囲うリチウムイオン電池の負極材料も、他の採用し得る一態様である。また、黒鉛が、結晶性シリコンの切粉又は切削屑の少なくとも一部を囲うことによって、該黒鉛と該切粉又は該切削屑とを含む複合体を形成する複合体形成部を備えるリチウムイオン電池の負極材料の製造装置も、他の採用し得る一態様である。加えて、黒鉛が、結晶性シリコンの切粉又は切削屑の少なくとも一部を囲うことによって、該黒鉛と該切粉又は該切削屑とを含む複合体を形成する複合体形成工程を含むリチウムイオン電池の負極材料の製造方法も、他の採用し得る一態様である。 Therefore, from the viewpoint of reducing manufacturing costs, easiness of procuring raw materials, reducing environmental burden, and/or utilization of resources, a negative electrode material for a lithium ion battery containing crystalline silicon chips or cutting chips and graphite surrounding at least a part of the chips or cutting chips is another aspect that can be adopted. Also, a manufacturing device for a negative electrode material for a lithium ion battery including a complex forming part in which graphite surrounds at least a part of the crystalline silicon chips or cutting chips to form a complex containing the graphite and the chips or cutting chips is another aspect that can be adopted. In addition, a manufacturing method for a negative electrode material for a lithium ion battery including a complex forming step in which graphite surrounds at least a part of the crystalline silicon chips or cutting chips to form a complex containing the graphite and the chips or cutting chips is another aspect that can be adopted.

さらに、上述の各発明においては、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の上述の凝集物あるいは集合物が、より確度高く、又はより容易に、リチウムイオンを蓄え易く、また放出し易くなるために、上述の凝集物あるいは上述の集合物、あるいは上述の切粉又は上述の切削屑の表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたリチウムイオン電池の負極材料を採用することは、他の好適な一態様である。リチウムイオンを蓄え易さ、又は放出し易さの観点から言えば、上述の凝集物あるいは上述の集合物、あるいは上述の切粉又は上述の切削屑の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する被覆形成部を備えるリチウムイオン電池の負極材料の製造装置を採用することは、他の好適な一態様である。同様に、上述の凝集物あるいは上述の集合物、あるいは上述の切粉又は上述の切削屑の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する被覆形成工程を備えるリチウムイオン電池の負極材料の製造方法を採用することは、他の好適な一態様である。 Furthermore, in each of the above-mentioned inventions, in order to make it easier or more certain for the above-mentioned aggregates or aggregates in a multi-layered petal-like or scale-like state to store and release lithium ions, it is another preferred embodiment to adopt a negative electrode material for a lithium ion battery in which at least a part of the surface of the above-mentioned aggregates or aggregates, or the above-mentioned chips or cutting chips, is covered with carbon. From the viewpoint of ease of storing or releasing lithium ions, it is another preferred embodiment to adopt a manufacturing device for a negative electrode material for a lithium ion battery that includes a coating forming part that forms carbon that covers at least a part of the surface of the above-mentioned aggregates or aggregates, or the above-mentioned chips or cutting chips. Similarly, it is another preferred embodiment to adopt a manufacturing method for a negative electrode material for a lithium ion battery that includes a coating forming step that forms carbon that covers at least a part of the surface of the above-mentioned aggregates or aggregates, or the above-mentioned chips or cutting chips.

また、上述の各発明においては、黒鉛、より積極的に表現すれば黒鉛のいわば「層」(例えば、グラフェン又はグラフェンシート)が、上述の非常に微細であって特異な形状を有する凝集物あるいは集合物を囲っている。しかしながら、その黒鉛が、シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物を必ずしも完全に包囲しているわけではない。従って、上述の複合物は、該凝集物あるいは該集合物が黒鉛の中に内包されたものというよりは、むしろ黒鉛によって囲われたものと言える。 In addition, in each of the above-mentioned inventions, graphite, or more positively expressed as a "layer" of graphite (e.g., graphene or graphene sheets), surrounds the above-mentioned very fine aggregates or aggregates having a unique shape. However, the graphite does not necessarily completely surround the silicon microparticles and/or the aggregates or aggregates. Therefore, the above-mentioned composite can be said to be one in which the aggregates or aggregates are surrounded by graphite, rather than one in which the aggregates or aggregates are encapsulated within the graphite.

本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。また、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造装置によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。加えて、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造方法によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。 According to one of the lithium ion battery anode materials of the present invention, it is possible to realize a lithium ion battery with little change in charge/discharge capacity even when charging/discharging is repeated, in other words, with good charge/discharge cycle characteristics. Alternatively, it is possible to realize an increase in charge/discharge capacity. In addition, according to one of the lithium ion battery anode material manufacturing apparatuses of the present invention, it is possible to contribute to the manufacture of a lithium ion battery anode material with little change in charge/discharge capacity even when charging/discharging is repeated, in other words, with good charge/discharge cycle characteristics, or a lithium ion battery anode material that can increase charge/discharge capacity. In addition, according to one of the lithium ion battery anode material manufacturing methods of the present invention, it is possible to contribute to the manufacture of a lithium ion battery anode material with little change in charge/discharge capacity even when charging/discharging is repeated, in other words, with good charge/discharge cycle characteristics, or a lithium ion battery anode material that can increase charge/discharge capacity.

第1の実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造工程を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram showing a manufacturing process of the negative electrode material of the lithium ion battery according to the first embodiment. 第1の実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置及び製造工程を示す概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus and a manufacturing process for a negative electrode material for a lithium ion battery according to a first embodiment. 第1の実施形態の被覆形成工程(S4)を経たシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のTEM(透過型電子顕微鏡)像を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a TEM (transmission electron microscope) image of an example of silicon fine particles and/or their aggregates or conglomerates that have been subjected to the coating formation step (S4) of the first embodiment. 第1の実施形態のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のSEM像である。1 is a SEM image of an example of silicon fine particles and/or aggregates or aggregates thereof according to the first embodiment. 第1の実施形態における、拡大されたシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のSEM像である。4 is a SEM image of an example of enlarged silicon microparticles and/or aggregates or clusters thereof in the first embodiment. 第1の実施形態における、(a)シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の他の例のSEM像、及び(b)(a)の一部の拡大図である。5A is an SEM image of another example of an aggregate or conglomerate of silicon fine particles in the first embodiment, and FIG. 5B is an enlarged view of a portion of FIG. 5A. 第1の実施形態のシリコン微細粒子のTEM像を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a TEM image of a silicon microparticle of the first embodiment. 第1の実施形態のシリコン微細粒子等の結晶子径に対する、(a)個数分布における結晶子径分布と、(b)体積分布における結晶子径分布とを示すグラフである。1 is a graph showing (a) the crystallite size distribution in number distribution and (b) the crystallite size distribution in volume distribution with respect to the crystallite size of silicon fine particles or the like of the first embodiment. 第1の実施形態のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果((a)広範囲,(b)限定された範囲)を示すグラフである。5 is a graph showing the results of X-ray diffraction measurement of silicon fine particles and/or their aggregates or conglomerates of the first embodiment ((a) wide range, (b) limited range). 第2の実施形態のリチウムイオン電池の概要構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a lithium ion battery according to a second embodiment. 他の実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置及び製造工程を示す概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus and a manufacturing process for a negative electrode material for a lithium ion battery according to another embodiment.

本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, common parts are given common reference symbols throughout all the drawings unless otherwise specified. In addition, the elements of each embodiment are not necessarily shown to scale in the drawings. In addition, some symbols may be omitted to make each drawing easier to see.

<第1の実施形態>
図1は、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造工程を示すフロー図である。また、図2は、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置及び製造工程を示す概要図である。
First Embodiment
Fig. 1 is a flow diagram showing the manufacturing process of the negative electrode material for the lithium ion battery of this embodiment. Also, Fig. 2 is a schematic diagram showing the manufacturing apparatus and manufacturing process of the negative electrode material for the lithium ion battery of this embodiment.

本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法、及びその負極材料を備えたリチウムイオン電池の製造方法は、例えば太陽電池等の半導体製品に使用されるシリコンウェハの生産過程におけるシリコンの切削加工において通常は廃棄物とされるシリコンの切粉あるいはシリコンの切削屑又は研磨屑(以下、「シリコンの切粉等」又は「切粉等」ともいう)を出発材料の一例とした、各種の工程を備える。また、切粉等には、廃棄対象となったシリコンウェハを公知の粉砕機によって粉砕した微細な屑も含まれる。図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法は、以下の(1)、(2)、(5)、及び(6)の工程、あるいは、以下の(1)、(2)、(4)、(5)、及び(6)の工程を含む。また、本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法は、採用し得る他の一態様として、以下の(3)の工程をさらに含むことができる。
(1)洗浄工程(S1)
(2)粉砕工程(S2)
(3)酸化膜除去工程(S3)
(4)被覆形成工程(S4)
(5)複合体形成工程(S5)
(6)負極形成工程(S6)
The method for producing the negative electrode material of the lithium ion battery of the present embodiment and the method for producing the lithium ion battery including the negative electrode material include various steps using silicon chips, silicon cutting chips, or polishing chips (hereinafter also referred to as "silicon chips, etc." or "chips, etc.") that are usually waste materials in the cutting process of silicon in the production process of silicon wafers used in semiconductor products such as solar cells as an example of a starting material. The chips, etc. also include fine chips obtained by pulverizing silicon wafers to be discarded with a known pulverizer. As shown in FIG. 1, the method for producing the lithium ion battery of the present embodiment includes the following steps (1), (2), (5), and (6), or the following steps (1), (2), (4), (5), and (6). The method for producing the lithium ion battery of the present embodiment may further include the following step (3) as another aspect that may be adopted.
(1) Cleaning step (S1)
(2) Crushing step (S2)
(3) Oxide film removal process (S3)
(4) Covering formation step (S4)
(5) Complex formation step (S5)
(6) Negative electrode formation step (S6)

また、図2に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100は、主として、洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10、粉砕機20、乾燥機(図示しない)、ロータリーエバポレータ40、シリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物(以下、代表して「シリコン微細粒子等」とも表現する)の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する被覆形成部60、少なくとも一部のシリコン微細粒子等を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛とシリコン微細粒子等とを含む複合体を形成する複合体形成部70、及びリチウムイオン電池の負極形成工程の一部を担う混合部80を備える。なお、上述の各構成のうち、被覆形成部60を含まないリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100も、採用し得る他の一態様である。 As shown in FIG. 2, the manufacturing apparatus 100 for the negative electrode material (or negative electrode) of the lithium ion battery of this embodiment mainly includes a washer (cleaning and preliminary crusher) 10, a crusher 20, a dryer (not shown), a rotary evaporator 40, a coating forming section 60 that forms carbon to cover at least a part of the surface of silicon fine particles and/or their aggregates or conglomerates (hereinafter also referred to as "silicon fine particles, etc."), a complex forming section 70 that forms a complex containing graphite and silicon fine particles, etc. by surrounding at least a part of the silicon fine particles, etc. with graphite, and a mixing section 80 that is responsible for part of the negative electrode formation process of the lithium ion battery. Of the above-mentioned configurations, the manufacturing apparatus 100 for the negative electrode material (or negative electrode) of the lithium ion battery that does not include the coating forming section 60 is also another aspect that can be adopted.

また、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100は、採用し得る他の一態様として、酸化膜除去槽50、遠心分離機58を備えることができる。なお、上記の粉砕機20のみ、あるいは洗浄機10及び粉砕機20を、本実施形態における粉砕部という。 In addition, the manufacturing apparatus 100 for the lithium ion battery negative electrode material (or negative electrode) of this embodiment can be equipped with an oxide film removal tank 50 and a centrifuge 58 as another embodiment that can be adopted. Note that only the crusher 20, or the washer 10 and the crusher 20, are referred to as the crushing section in this embodiment.

(1)洗浄工程(S1)
本実施形態の洗浄工程(S1)においては、例えば、単結晶又は多結晶のシリコン、すなわち、結晶性シリコンの塊又はインゴット(n型の結晶性シリコンの塊又はインゴット)の切削過程において形成されるシリコンの切粉等が洗浄される。代表的なシリコンの切粉等は、シリコンのインゴットが公知のワイヤ等(代表的には、固定砥粒ワイヤ)によって削り出される切粉等である。従って、本実施形態においては、従来、云わば廃材とされてきたシリコンの切粉等を出発材として、リチウムイオン電池の負極材料を構成するシリコン微細粒子等を形成するため、製造コストの低減、原材料の調達の容易性、環境への負荷の低減、及び/又は資源の活用性の観点で優れている。
(1) Cleaning step (S1)
In the cleaning step (S1) of this embodiment, for example, silicon chips formed in the cutting process of single crystal or polycrystalline silicon, that is, a lump or ingot of crystalline silicon (a lump or ingot of n-type crystalline silicon), are cleaned. Representative silicon chips are chips formed by cutting a silicon ingot with a known wire or the like (typically, a fixed abrasive wire). Therefore, in this embodiment, silicon chips, which have conventionally been considered to be waste materials, are used as a starting material to form silicon fine particles constituting the negative electrode material of a lithium ion battery, which is excellent in terms of reducing manufacturing costs, facilitating procurement of raw materials, reducing the burden on the environment, and/or utilizing resources.

本実施形態の洗浄工程(S1)は、主として、上述のシリコンの切粉等の形成過程において付着する有機物、代表的には、切削過程で使用するクーラント剤及び添加剤等の有機物の除去を目的とする。本実施形態においては、図2に示すように、まず、洗浄対象となる切粉等1を秤量した後、その切粉等1と所定の第1液体、並びにボール11が、有底円筒形のポット13a内に導入される。蓋13bを用いてポット13a内を密閉にした後、洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10であるボールミル機が有する円柱状の2本の回転体15を回転させることによって、回転体15上のポット13aを回転させる。その結果、ポット13a内において、洗浄対象となる切粉等1を第1液体中に分散させることにより切粉等1の洗浄、及び予備的な粉砕処理が行われる。 The cleaning step (S1) of this embodiment is mainly intended to remove organic matter that adheres during the formation process of the silicon chips, etc., typically organic matter such as coolants and additives used in the cutting process. In this embodiment, as shown in FIG. 2, first, the chips, etc. 1 to be cleaned are weighed, and then the chips, etc. 1, a predetermined first liquid, and balls 11 are introduced into a cylindrical pot 13a with a bottom. After sealing the pot 13a with a lid 13b, the pot 13a on the rotors 15 is rotated by rotating two cylindrical rotors 15 of the ball mill machine, which is the cleaning machine (cleaning and preliminary crushing machine) 10. As a result, the chips, etc. 1 to be cleaned are dispersed in the first liquid in the pot 13a, whereby cleaning and preliminary crushing of the chips, etc. 1 is performed.

ここで、本実施形態のボールミル機は、ポット13a及び蓋13bに収められた鋼球、磁器製ボール、玉石及びその類似物をボール11(粉砕媒体)とし、ポット13a及び蓋13bを回転させることによって物理的な衝撃力を与える粉砕機である。また、上述の第1液体の好適な例は、アセトンである。また、より具体的な一態様においては、例えば、シリコンの切粉等の100グラム(g)に対してアセトン300ミリリットル(mL)を添加し、ボールミル機(本実施形態においては、MASUDA社製、Universal BALL MILL)の回転体15上に乗せられたポット13a及び蓋13b内で約1時間撹拌することにより、シリコンの切粉等をアセトン中に分散させた。なお、ボールミル機のボール種は、粒径φ10ミリメートル(mm)のアルミナボールと粒径φ20mmのアルミナボールであった。なお、本実施形態の洗浄工程(S1)においては、ボールミル機内において、シリコンの切粉等を第1液体中で予備粉砕及び撹拌することによって分散処理を行っている。従って、単に第1液体に浸漬させるだけの処理よりも、洗浄効率を格段に高めることになるため、リチウムイオン電池の負極特性の向上、特に充放電サイクル特性の向上の観点で好適なシリコン粒子を得ることが可能となる。 Here, the ball mill of this embodiment is a grinding machine that applies physical impact force by rotating the pot 13a and the lid 13b to balls 11 (grinding media) such as steel balls, porcelain balls, boulders, and the like housed in the pot 13a and the lid 13b. A suitable example of the first liquid is acetone. In a more specific embodiment, for example, 300 milliliters (mL) of acetone is added to 100 grams (g) of silicon chips, etc., and the mixture is stirred for about one hour in the pot 13a and the lid 13b placed on the rotor 15 of the ball mill (Universal BALL MILL, manufactured by MASUDA Co., Ltd. in this embodiment), thereby dispersing the silicon chips, etc. in the acetone. The ball types of the ball mill were alumina balls with a particle diameter of φ10 millimeters (mm) and alumina balls with a particle diameter of φ20 mm. In the cleaning process (S1) of this embodiment, silicon chips and the like are pre-pulverized and stirred in the first liquid in a ball mill to perform a dispersion process. This significantly improves the cleaning efficiency compared to a process in which the chips are simply immersed in the first liquid, making it possible to obtain silicon particles that are suitable for improving the negative electrode characteristics of lithium ion batteries, particularly in terms of improving the charge/discharge cycle characteristics.

洗浄工程(S1)の後、蓋13bを開けてシリコン粒子を第1液体とともに排出した後、公知の減圧濾過手段により、第1液体は吸引ろ過にて除去されて廃液となる。一方、残ったシリコン粒子は、公知の乾燥機内において乾燥される。なお、必要に応じて、乾燥処理後に得られたシリコン粒子を、同一工程によって再び洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10内において予備粉砕及び洗浄が行われる。なお、洗浄工程(S1)において採用され得る他の洗浄方法の例は、RCA洗浄法を用いた洗浄、又は水(純水を含む)を用いた洗浄である。 After the cleaning step (S1), the lid 13b is opened to discharge the silicon particles together with the first liquid, and the first liquid is then removed by suction filtration using a known reduced pressure filtration means to produce waste liquid. Meanwhile, the remaining silicon particles are dried in a known dryer. If necessary, the silicon particles obtained after the drying process are pre-crushed and washed again in the washer (cleaning and pre-crushing machine) 10 in the same process. Examples of other cleaning methods that can be used in the cleaning step (S1) include cleaning using the RCA cleaning method, or cleaning using water (including pure water).

(2)粉砕工程(S2)
その後、粉砕工程(S2)においては、洗浄されたシリコン粒子に所定の第2液体を添加して、ビーズミル機内においてシリコン粒子の粉砕処理が行われる。従って、本実施形態においては、前述のボールミル機の後、換言すれば、前述のボールミル機による粉砕の後に用いられるビーズミル機によって、洗浄工程(S1)を経たシリコン粒子がさらに細かく粉砕されることになる。
(2) Crushing step (S2)
Then, in the crushing step (S2), a predetermined second liquid is added to the washed silicon particles, and the silicon particles are crushed in a bead mill. Therefore, in this embodiment, the silicon particles that have been subjected to the washing step (S1) are crushed further finely by the bead mill used after the ball mill, in other words, after the crushing by the ball mill.

本実施形態の第2液体の好適な例は、IPA(イソプロピルアルコール)である。粉砕工程の前処理として、第2液体と洗浄工程(S1)で得られたシリコン粒子をポット13a内に、重量比で、第2液体が95%に対してシリコン粒子を5%となるように収めた後、洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10のポット13aおよび蓋13bを回転させることによって予備粉砕処理が行われる。予備粉砕処理されたシリコン粒子を含むスラリーを開口部180ミクロンのメッシュに通すことによって比較的粗い粒子が取り除かれた後、得られたシリコン粒子を含むスラリーを、粉砕機20のビーズミル(本実施形態においては、アシザワ・ファインティング社製、スターミルLMZ015)を用いてさらに微粉砕処理する。より具体的には、粒子径180ミクロン以上のシリコン切粉が除去されたシリコン切粉を含むスラリーを、粉砕機20の導入口21へ投入し、粉砕機20で微粉砕処理を行いながら又は該処理後に、排出口24側のフィルタ25へと導く。また、この処理によって微粉砕化が不十分な場合には、ポンプ28を用いてスラリーを粉砕機20の導入口21側へ戻して再度の微粉砕処理を行えるように循環させることによって、微粉砕処理を行うこともできる。具体的なビーズミル機のビーズ種の一例は、粒径φ0.5mmのジルコニアビーズである。微粉砕処理されたシリコン粒子を含むスラリーを回収した後、減圧蒸留を自動で行うロータリーエバポレータ40を用いて第2液体を除去することにより、微粉砕処理された結果物としてのシリコン微細粒子等が得られる。 A suitable example of the second liquid in this embodiment is IPA (isopropyl alcohol). As a pretreatment for the grinding process, the second liquid and the silicon particles obtained in the cleaning process (S1) are placed in the pot 13a so that the weight ratio of the second liquid is 95% and the silicon particles is 5%, and then the pot 13a and the lid 13b of the cleaning machine (cleaning and preliminary grinding machine) 10 are rotated to perform a preliminary grinding process. The slurry containing the pre-ground silicon particles is passed through a mesh with an opening of 180 microns to remove relatively coarse particles, and the obtained slurry containing the silicon particles is further finely ground using a bead mill (in this embodiment, Star Mill LMZ015, manufactured by Ashizawa Finding Co., Ltd.) of the grinder 20. More specifically, the slurry containing silicon chips from which silicon chips with a particle diameter of 180 microns or more have been removed is introduced into the inlet 21 of the grinder 20, and is guided to the filter 25 on the outlet 24 side while or after the fine grinding process is being performed by the grinder 20. Furthermore, if this process does not produce sufficient pulverization, the slurry can be circulated using pump 28 back to the inlet 21 of the pulverizer 20 so that it can be pulverized again. A specific example of the type of beads used in the bead mill is zirconia beads with a diameter of φ0.5 mm. After collecting the slurry containing the pulverized silicon particles, the second liquid is removed using a rotary evaporator 40 that automatically performs reduced pressure distillation, thereby obtaining silicon fine particles and the like as the result of the pulverization process.

なお、本実施形態においては、粒径φ0.5mmのジルコニアビーズを約450g導入し、回転数2900rpm、4時間の微粉砕処理が行われることによって、シリコン微細粒子等を得ることができる。また、粉砕工程(S2)においては、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、衝撃波粉砕機の群からなる粉砕機のうちの上述以外のいずれか、又は2種以上の組み合わせによって粉砕処理を行うことも、採用し得る他の一態様である。また、粉砕工程(S2)において用いられる粉砕機として、自動の粉砕機のみならず手動の粉砕機が採用されても良い。但し、確度高く、後述する複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の、シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物を形成する観点から言えば、ビーズミルによる処理からなる粉砕工程(S2)、又はビーズミルによる処理を含む粉砕工程(S2)が採用されることが好ましい。 In this embodiment, about 450 g of zirconia beads having a particle diameter of φ0.5 mm are introduced, and the fine grinding process is performed at a rotation speed of 2900 rpm for 4 hours, thereby obtaining silicon fine particles and the like. In addition, in the grinding process (S2), grinding process may be performed by any one of the grinders consisting of a ball mill, a bead mill, a jet mill, and a shock wave grinder, or a combination of two or more of them other than those described above. In addition, as the grinder used in the grinding process (S2), not only an automatic grinder but also a manual grinder may be used. However, from the viewpoint of forming agglomerates or aggregates of silicon fine particles in a state of being folded into a multi-layered petal shape or scale shape as described later with high accuracy, it is preferable to adopt the grinding process (S2) consisting of processing by a bead mill, or the grinding process (S2) including processing by a bead mill.

また、公知のライカイ機(代表的なライカイ機として、株式会社石川工場社製、型式20D型)を用いて、上述の粉砕工程(S2)によって得られたシリコン微細粒子等をさらに解砕することは、採用し得る他の好適な一態様である。この解砕処理により、リチウムイオン電池の負極を形成する際の分散性が改善されるため、リチウムの吸蔵・放出によって負極が破壊されることが確度高く防止され又は抑制されるという効果が得られる。 Another suitable embodiment that can be adopted is to further crush the silicon microparticles obtained by the above-mentioned crushing step (S2) using a known crushing machine (a representative crushing machine is Model 20D manufactured by Ishikawa Factory Co., Ltd.). This crushing process improves the dispersibility when forming the negative electrode of the lithium ion battery, and therefore has the effect of highly reliably preventing or suppressing the destruction of the negative electrode due to the absorption and release of lithium.

(3)酸化膜除去工程(S3)
本実施形態においては、好適な一態様として酸化膜除去工程(S3)が行われる。ただし、この酸化膜除去工程(S3)が行われなくても、本実施形態の効果の少なくとも一部の効果が奏される。
(3) Oxide film removal process (S3)
In this embodiment, the oxide film removing step (S3) is performed as a preferred embodiment. However, even if this oxide film removing step (S3) is not performed, at least a part of the effect of this embodiment can be achieved. is played.

本実施形態の酸化膜除去工程(S3)においては、粉砕工程(S2)によって得られたシリコン微細粒子等2を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液に接触させる処理が行われる。粉砕工程(S2)によって得られたシリコン微細粒子等2を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液中に浸漬することにより分散させる。具体的には、酸化膜除去槽50において、シリコン微細粒子等2を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液55中に撹拌器57を用いて分散させることによりシリコン微細粒子等2の表面の酸化物(主として、酸化シリコン)が除去される。 In the oxide film removal step (S3) of this embodiment, the silicon fine particles, etc. 2 obtained in the pulverization step (S2) are brought into contact with hydrofluoric acid or an aqueous ammonium fluoride solution. The silicon fine particles, etc. 2 obtained in the pulverization step (S2) are dispersed by immersing them in hydrofluoric acid or an aqueous ammonium fluoride solution. Specifically, in the oxide film removal tank 50, the silicon fine particles, etc. 2 are dispersed in hydrofluoric acid or an aqueous ammonium fluoride solution 55 using an agitator 57, thereby removing oxides (mainly silicon oxide) on the surfaces of the silicon fine particles, etc. 2.

その後、遠心分離機58によって、表面の酸化物の一部又は全部が除去されたシリコン微細粒子等とフッ化水素酸水溶液とが分離される。その後、シリコン微細粒子等をエタノール溶液等の第3液体中に浸漬する。第3液体を除去することにより、当初形成されていた表面の酸化物(又は酸化膜)の一部又は全部が除去されたシリコン微細粒子等が得られる。なお、シリコン微細粒子等2の表面に存在し得る酸化物の除去処理を行わない場合は、シリコン微細粒子等は、後述する被覆形成工程(S4)、複合体形成工程(S5)、及び負極形成工程(S6)による処理が行われる。 Then, the silicon microparticles, etc. from which some or all of the surface oxides have been removed are separated from the hydrofluoric acid solution by a centrifuge 58. The silicon microparticles, etc. are then immersed in a third liquid, such as an ethanol solution. By removing the third liquid, silicon microparticles, etc. from which some or all of the oxides (or oxide film) originally formed on the surface have been removed are obtained. If the process of removing oxides that may be present on the surface of the silicon microparticles, etc. 2 is not performed, the silicon microparticles, etc. are processed in the coating formation process (S4), composite formation process (S5), and negative electrode formation process (S6) described below.

なお、本実施形態の酸化膜除去工程(S3)においては、シリコン微細粒子等をフッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液に浸漬することによってシリコン微細粒子等にフッ化水素酸を接触させているが、その他の方法によってシリコン微細粒子等にフッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液を接触させる工程も採用し得る。例えば、いわゆるシャワーのようにフッ化水素酸水溶液をシリコン微細粒子等に対して散布することも、採用し得る他の一態様である。 In the oxide film removal step (S3) of this embodiment, the silicon fine particles, etc. are brought into contact with hydrofluoric acid by immersing the silicon fine particles, etc. in hydrofluoric acid or an aqueous solution of ammonium fluoride. However, a step of bringing the silicon fine particles, etc. into contact with hydrofluoric acid or an aqueous solution of ammonium fluoride by other methods may also be employed. For example, spraying the aqueous solution of hydrofluoric acid onto the silicon fine particles, etc., in the manner of a so-called shower, is another embodiment that may be employed.

(4)被覆形成工程(S4)
本実施形態においては、好適な一態様として被覆形成工程(S4)が行われる。ただし、この被覆形成工程(S4)が行われなくても、本実施形態の効果の少なくとも一部の効果が奏される。従って、既に述べたとおり、粉砕工程(S2)の後、又は酸化膜除去工程(S3)の後に、被覆形成工程(S4)を行わずに、次に示す(5)複合体形成工程(S5)が行われることも、採用し得る他の一態様である。
(4) Covering formation step (S4)
In this embodiment, the coating formation step (S4) is performed as a preferred embodiment. However, even if the coating formation step (S4) is not performed, at least a part of the effects of this embodiment can be achieved. Therefore, as already described, after the crushing step (S2) or the oxide film removing step (S3), the coating forming step (S4) is not carried out, and the following (5) complex forming step is carried out. Another aspect that can be adopted is that (S5) is performed.

本実施形態においては、酸化膜除去工程(S3)を経た、又は経ていないシリコン微細粒子等の表面の一部又は全部を炭素の膜によって被覆する被覆形成工程が行われる。従って、本実施形態の被覆形成工程(S4)を経たシリコン微細粒子等は、その表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われているため、炭素によって覆われていないシリコン微細粒子等に比べて厚みが増すことになる。なお、本実施形態の炭素が導電性を備えることによって、導電性を有する負極材料を形成することができる。また、例えば、その膜厚が数nm~数μmの炭素によってシリコン微細粒子等を覆うことによって、薄い厚みの負極を形成するのみならず、比較的厚い負極の形成が容易になる。なお、図3は、本実施形態の被覆形成工程(S4)を経た、シリコン微細粒子等(一部の拡大図)及び/又はその凝集物あるいは集合物(一部の拡大図)の一例のTEM(透過型電子顕微鏡)像である。図3において示される結晶性シリコンは、主として、結晶の面方位(111)(単に、「Si(111)」又は「(111)」とも表記する。他の面方位の表記についても同じ。)が観察された。 In this embodiment, a coating formation process is performed in which a part or all of the surface of silicon fine particles, etc., which have undergone or have not undergone the oxide film removal process (S3), is coated with a carbon film. Therefore, the silicon fine particles, etc., which have undergone the coating formation process (S4) of this embodiment have at least a part of their surface covered with carbon, so that they are thicker than silicon fine particles, etc., which are not covered with carbon. In addition, since the carbon of this embodiment has conductivity, a conductive negative electrode material can be formed. In addition, by covering the silicon fine particles, etc. with carbon having a film thickness of, for example, several nm to several μm, not only a thin negative electrode is formed, but also a relatively thick negative electrode is easily formed. In addition, FIG. 3 is a TEM (transmission electron microscope) image of an example of silicon fine particles, etc. (partially enlarged view) and/or their aggregates or aggregates (partially enlarged view) which have undergone the coating formation process (S4) of this embodiment. The crystalline silicon shown in FIG. 3 was observed to have mainly a crystal plane orientation (111) (also referred to simply as "Si(111)" or "(111)". The same applies to other plane orientations).

加えて、例えば、炭素によってシリコン微細粒子等を覆うことによる負極全体としての内部応力の緩和、より微視的には個別のシリコン微細粒子等の内部応力の緩和に寄与し得る。その結果、リチウムイオン電池の製造をより容易にすることができるとともに、リチウムイオン電池の性能(例えば、充放電のサイクル特性)の向上にも寄与し得る。 In addition, for example, covering silicon microparticles with carbon can contribute to alleviating internal stress in the negative electrode as a whole, and more microscopically, to alleviating internal stress in individual silicon microparticles. As a result, it can make lithium-ion batteries easier to manufacture and can also contribute to improving the performance of lithium-ion batteries (for example, charge/discharge cycle characteristics).

また、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等を用いてリチウムイオン電池の負極材料を形成することにより、炭素によって覆われていないシリコン微細粒子等に比べて充電容量値及び放電容量値を増加させることも可能となる。例えば、本願発明者らの研究によれば、炭素によって覆われていないシリコン微細粒子等の場合、例えば、負極材料の厚みが約30μmである場合は、充電容量値及び放電容量値が、500(mAh/g)未満である。しかしながら、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等を用いることにより、充電容量値及び放電容量値が、2倍以上(代表的には、約3~約5倍)に増加させることができる。 In addition, by forming the negative electrode material of a lithium ion battery using silicon fine particles, etc., at least a portion of whose surface is covered with carbon, it is possible to increase the charge capacity value and discharge capacity value compared to silicon fine particles, etc., that are not covered with carbon. For example, according to research by the present inventors, in the case of silicon fine particles, etc., that are not covered with carbon, for example, when the thickness of the negative electrode material is about 30 μm, the charge capacity value and discharge capacity value are less than 500 (mAh/g). However, by using silicon fine particles, etc., at least a portion of whose surface is covered with carbon, the charge capacity value and discharge capacity value can be increased by more than two times (typically about 3 to about 5 times).

ところで、本実施形態の被覆形成工程(S4)において、シリコン微細粒子等の表面の一部又は全部(換言すれば、その表面上の少なくとも一部)を炭素の膜によって被覆する手段は、特に限定されない。例えば、化学気相成長法の一例である熱CVD法によってシリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部を炭素によって覆う方法を採用することができる。具体的には、シリコン微細粒子等2を有機物ガス及び/又はその蒸気を含有する雰囲気において、約600℃以上約1200℃以下で加熱することによって、シリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部を炭素の膜によって被覆することができる。従って、化学気相成長装置の一例である熱CVD装置は、本実施形態の被覆形成工程(S4)において採用し得る被覆形成部60の一態様である。また、熱CVD法において採用され得る材料(又は原料)の例は、メタン、エタン、アセチレン、エチレン、プロパン、ブタン、ブテン、ペンタン、イソブタン、ヘキサンの群から選択される1種又は2種以上の炭化水素、及び/又は、1種又は2種以上の公知の芳香族炭化水素である。なお、銅又は銅合金を触媒として採用することにより、約400℃でもアセチレンを熱分解し得る点は、処理温度の低温化に寄与しうる。 In the coating formation step (S4) of this embodiment, the means for coating part or all of the surface of the silicon fine particles, etc. (in other words, at least a part of the surface) with a carbon film is not particularly limited. For example, a method of covering at least a part of the surface of the silicon fine particles, etc. 2 with carbon by a thermal CVD method, which is an example of a chemical vapor deposition method, can be adopted. Specifically, at least a part of the surface of the silicon fine particles, etc. 2 can be coated with a carbon film by heating the silicon fine particles, etc. 2 at about 600°C or higher and about 1200°C or lower in an atmosphere containing an organic gas and/or its vapor. Therefore, a thermal CVD device, which is an example of a chemical vapor deposition device, is one aspect of the coating formation unit 60 that can be adopted in the coating formation step (S4) of this embodiment. Examples of materials (or raw materials) that can be used in the thermal CVD method include one or more hydrocarbons selected from the group consisting of methane, ethane, acetylene, ethylene, propane, butane, butene, pentane, isobutane, and hexane, and/or one or more known aromatic hydrocarbons. By using copper or a copper alloy as a catalyst, acetylene can be thermally decomposed even at about 400°C, which can contribute to lowering the processing temperature.

上述のとおり、代表的には、炭化水素ガスを、加熱されたシリコン微細粒子等2上又はその近傍において熱分解させて炭素化することにより、シリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部をその炭素の膜によって被覆することが、本実施形態において適切な炭素の膜の一例を実現するとともに、生産性及び工業性に優れた手法であるといえる。なお、化学気相成長法の他の一例である減圧熱CVD法又はプラズマCVD法も、適宜採用され得る。 As described above, typically, a hydrocarbon gas is pyrolyzed on or near the heated silicon microparticles 2 to carbonize them, thereby covering at least a portion of the surface of the silicon microparticles 2 with a carbon film, which is an example of a suitable carbon film in this embodiment and is a method with excellent productivity and industrial applicability. Note that reduced pressure thermal CVD or plasma CVD, which are other examples of chemical vapor deposition methods, may also be used as appropriate.

また、シリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部を炭素の膜によって被覆する方法の他の例は、次のとおりである。まず、公知の(塩素化ポリエチレンエラストマー等)の有機化合物、又は該有機化合物と黒鉛粉末とを混合した混合物を、被覆形成部60内において、少なくとも本実施形態の洗浄工程(S1)及び粉砕工程(S2)によって処理されたシリコン微細粒子等2に付着又は吸着させる。その後、該有機化合物を熱分解する温度まで加熱し、該有機化合物を炭化させることにより、表面上の少なくとも一部が炭素(代表的には、グラフェン、グラファイト、及び/又は無定形炭素)によって覆われたシリコン微細粒子等2を形成することができる。なお、一旦形成された該シリコン微細粒子等2を窒素雰囲気下又は水素雰囲気下で、例えば400℃~1200℃にて焼成する工程を追加的に、及び/又は事前に実施することも、本実施形態の変形例の一態様である。なお、シリコン微細粒子等2の表面上に酸化膜が形成されることを確度高く防止、抑制、又は除去し得る観点から言えば、シリコン微細粒子等2を水素雰囲気下で加熱することが好ましい。 Another example of a method for covering at least a portion of the surface of silicon fine particles, etc. 2 with a carbon film is as follows. First, a known organic compound (such as chlorinated polyethylene elastomer) or a mixture of the organic compound and graphite powder is attached or adsorbed to silicon fine particles, etc. 2 that have been treated at least by the cleaning step (S1) and the crushing step (S2) of this embodiment in the coating forming section 60. Thereafter, the organic compound is heated to a temperature at which it pyrolyzes, and the organic compound is carbonized to form silicon fine particles, etc. 2 whose surfaces are at least partially covered with carbon (typically graphene, graphite, and/or amorphous carbon). In addition, a step of baking the silicon fine particles, etc. 2 once formed in a nitrogen atmosphere or a hydrogen atmosphere at, for example, 400°C to 1200°C can also be additionally and/or previously performed, which is one aspect of a modified example of this embodiment. From the viewpoint of being able to reliably prevent, suppress, or remove the formation of an oxide film on the surface of the silicon microparticles, etc. 2, it is preferable to heat the silicon microparticles, etc. 2 in a hydrogen atmosphere.

また、その他の公知の手段を用いて、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等2を形成することも、採用し得る別の一態様である。例えば、公知のカーボンブラックの製造方法(ファーネス法又はチャネル法)によって形成された炭素膜を利用することも可能である。なお、ファーネス法は、コールタールを蒸留して得られるクレオソート油を乱流拡散させた状態の所定のチャンバー内においてクレオソート油の部分燃焼を行った後、飛沫を水冷する方法である。また、チャネル法は、例えば天然ガスを燃焼させて形成した炎をチャンネル鋼の冷却面に衝突させることによって、炭素を析出させる方法である。但し、石油由来の硫黄成分が含まれることになるため、そのような不純物成分が混入され難い方法である、上述の熱CVD法を採用することがより好ましい。また、上述の各方法を採用する際に、例えばシリコン微細粒子等に対して、適宜、公知の機械構造を採用して運動エネルギーを与えることによって、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上の少なくとも一部を炭素の膜を用いて被覆する方法を採用することは、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上に、より均質に(例えば、厚み及び/又は密度において均一性良く)炭素の膜を形成することが可能となるため、好適な一態様である。より具体的には、シリコン微細粒子等2を収容するチャンバー又は管を回転させながら、及び/又は、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物に対して超音波振動を与えながら、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上の少なくとも一部を炭素の膜を用いて被覆する方法を採用することは、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上に、より均質に炭素の膜を形成することが可能となるため、好適な一態様である。 Another possible embodiment is to form silicon fine particles, etc., 2, at least a part of which is covered with carbon, using other known means. For example, it is also possible to use a carbon film formed by a known carbon black manufacturing method (furnace method or channel method). The furnace method is a method in which creosote oil obtained by distilling coal tar is partially burned in a specified chamber in a state in which the creosote oil is turbulently diffused, and then the droplets are water-cooled. The channel method is a method in which carbon is precipitated by colliding a flame formed by burning natural gas, for example, with the cooling surface of a channel steel. However, since sulfur components derived from petroleum are included, it is more preferable to adopt the above-mentioned thermal CVD method, which is a method in which such impurity components are less likely to be mixed in. In addition, when employing each of the above-mentioned methods, for example, a method of coating at least a part of the surface of the silicon fine particles, etc. 2 and/or their aggregates or conglomerates with a carbon film by applying kinetic energy to the silicon fine particles, etc. by appropriately employing a known mechanical structure is a preferred embodiment, since it is possible to form a carbon film more uniformly (for example, with good uniformity in thickness and/or density) on the surface of the silicon fine particles, etc. 2 and/or their aggregates or conglomerates. More specifically, while rotating the chamber or tube containing the silicon fine particles, etc. 2 and/or applying ultrasonic vibration to the silicon fine particles, etc. 2 and/or their aggregates or conglomerates, it is a preferred embodiment to employ a method of coating at least a part of the surface of the silicon fine particles, etc. 2 and/or their aggregates or conglomerates with a carbon film, since it is possible to form a carbon film more uniformly on the surface of the silicon fine particles, etc. 2 and/or their aggregates or conglomerates.

なお、被覆形成工程(S4)を行う場合の第1の実施形態においては、負極材料又は負極の一部を担うシリコン微細粒子等2について、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.1であったが、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.05以上0.37未満であれば、安定的であって、かつ充電容量値及び放電容量値が高いリチウムイオン電池を得ることができる。 In the first embodiment in which the coating formation process (S4) is performed, the weight ratio of carbon (C) in the silicon fine particles etc. 2 that constitute the negative electrode material or part of the negative electrode is 0.1 when silicon (Si) is taken as 1. However, if the weight ratio of carbon (C) when silicon (Si) is taken as 1 is 0.05 or more and less than 0.37, a stable lithium ion battery with high charge capacity value and discharge capacity value can be obtained.

また、本発明者がさらに詳細に分析した結果、TEM(透過型電子顕微鏡)像によって、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.1のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚は、約2nm~約3nmであった。また、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.16のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚は、約5nm~約10nmであった。また、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.21のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚も、約5nm~約10nmであった。加えて、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.37のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚は、約50nm~約90nmであった。従って、シリコン(Si)に付着している部分の炭素(C)の膜厚が1nm以上50nm未満、特に、該膜厚が、2nm以上10nm以下であれば、安定的であって、かつ充電容量値及び放電容量値が高いリチウムイオン電池を得ることができる。 Furthermore, as a result of further detailed analysis by the inventor, the film thickness of the portion where carbon (C) adheres to silicon (Si) was about 2 nm to about 3 nm when the weight ratio of carbon (C) to silicon (Si) was 0.1 when the weight ratio of carbon (C) to silicon (Si) was 1 was about 5 nm to about 10 nm when the weight ratio of carbon (C) to silicon (Si) was 0.16. The film thickness of the portion where carbon (C) adheres to silicon (Si) was also about 5 nm to about 10 nm when the weight ratio of carbon (C) to silicon (Si) was 0.21 when the weight ratio of carbon (C) to silicon (Si) was 1. In addition, the film thickness of the portion where carbon (C) adheres to silicon (Si) was about 50 nm to about 90 nm when the weight ratio of carbon (C) to silicon (Si) was 0.37 when the weight ratio of carbon (C) to silicon (Si) was 1. Therefore, if the thickness of the carbon (C) film attached to the silicon (Si) is 1 nm or more and less than 50 nm, and in particular, if the thickness is 2 nm or more and 10 nm or less, a stable lithium ion battery with high charge capacity and discharge capacity values can be obtained.

また、シリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われていない(つまり、被覆形成工程(S4)を経ていない)リチウムイオン電池の充電容量値及び放電容量値よりも、被覆形成工程(S4)を経たものを採用した方が、2倍以上(代表的には約3倍)高い充電容量値及び放電容量値を有し得る。 Furthermore, the charge capacity and discharge capacity of a lithium-ion battery in which at least a portion of the surface of silicon microparticles and/or their aggregates or assemblies is not covered with carbon (i.e., has not been subjected to the coating formation process (S4)) can be at least two times (typically about three times) higher.

(5)複合体形成工程(S5)
上述のとおり、粉砕工程(S2)の後、又は酸化膜除去工程(S3)の後に、被覆形成工程(S4)を経て、又は被覆形成工程(S4)を経ずに、複合体形成工程(S5)が行われる。本実施形態の複合体形成工程(S5)は、少なくとも一部のシリコン微細粒子等2を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛とシリコン微細粒子等2とを含む複合体を形成する工程である。
(5) Complex formation step (S5)
As described above, after the crushing step (S2) or the oxide film removing step (S3), the composite forming step (S5) is performed via the coating forming step (S4) or without the coating forming step (S4). In the composite formation step (S5) of the present embodiment, a composite containing the graphite and the silicon fine particles 2 is formed by surrounding at least a part of the silicon fine particles 2 with the graphite. It is a process.

具体的には、まず、シリコン微細粒子等2と、黒鉛(代表的には、薄片状の黒鉛、又は膨張黒鉛)とが、複合体形成部70内に導入される。なお、本実施形態の薄片状の黒鉛、又は膨張黒鉛は、公知の方法において開示される方法によって形成され得る。 Specifically, first, silicon microparticles etc. 2 and graphite (typically, flake graphite or expanded graphite) are introduced into the composite forming section 70. The flake graphite or expanded graphite of this embodiment can be formed by a method disclosed in a publicly known method.

また、本実施形態においては、粉砕工程(S2)が行われているため、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な、シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物(シリコン微細粒子等2)が形成される。加えて、該凝集物あるいは該集合物は、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態のシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物である。そのような非常に微細なシリコン微細粒子等2が採用されるため、シリコン微細粒子等2と、黒鉛とを混合し、シリコン微細粒子等2を、黒鉛を用いて形成された内部空間に取り込み、それを囲って内在化させ、いわば一体化ないし合体させる場合の複合体形成部70の一例として、粉砕機20において用いられたビーズミル機と同様のビーズミル機を採用し得る。その他の複合体形成部70の例は、公知の乾式処理又は公知の湿式処理と、高速回転衝撃式粉砕機に代表され粉砕機とを併用する機器群である。但し、実質的な工程数を低減する観点から言えば、シリコン微細粒子等2と、黒鉛とを複合する際には、複合体形成部70として、上述のビーズミル機のみ又はビーズミル機を少なくとも含む複合処理装置、あるいは高速回転衝撃式粉砕機を含む複合処理装置を採用することが好ましい。 In addition, in this embodiment, since the grinding step (S2) is performed, a very fine aggregate or aggregate of silicon fine particles (silicon fine particles, etc. 2) having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less is formed. In addition, the aggregate or aggregate is an aggregate or aggregate of silicon fine particles in a state of being folded in a multi-layered petal shape or scale shape. Since such very fine silicon fine particles, etc. 2 are used, a bead mill machine similar to the bead mill machine used in the grinder 20 can be used as an example of a complex forming section 70 in which the silicon fine particles, etc. 2 and graphite are mixed, the silicon fine particles, etc. 2 are taken into the internal space formed using graphite, and the silicon fine particles, etc. 2 are surrounded and internalized, so to speak, and integrated or combined. Other examples of the complex forming section 70 are equipment groups that use a known dry process or a known wet process in combination with a grinder, represented by a high-speed rotary impact grinder. However, from the viewpoint of reducing the actual number of steps, when compounding silicon fine particles etc. 2 with graphite, it is preferable to use, as the composite forming section 70, the above-mentioned bead mill machine alone or a composite processing device that includes at least a bead mill machine, or a composite processing device that includes a high-speed rotary impact grinder.

なお、特に、鱗片状のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物は、その形状の特異性から、シリコン微細粒子等2を黒鉛(特に、膨張黒鉛)の適度な距離を有する層間に取り込まれ易くなるため、及び/又は該黒鉛によって囲われ易くするため、黒鉛とシリコン微細粒子等2とを複合体形成部70に導入したときの黒鉛とシリコン微細粒子等2との複合化に有利である。加えて、鱗片状のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物が被覆形成工程(S4)を経たものを採用することは、黒鉛(特に、膨張黒鉛)の適度な距離を有する層間にシリコン微細粒子等2をより確度高く取り込み易くなること、及び/又は該黒鉛によってシリコン微細粒子等2を囲い易くなることから好適である。また、上述のとおり、より高い充電容量値及び放電容量値を有し得る観点からも、鱗片状のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物が被覆形成工程(S4)を経たものを採用することは、好適な一態様である。 In particular, the scaly silicon fine particles and/or their aggregates or aggregates are advantageous for compositing the graphite and the silicon fine particles 2 when the graphite and the silicon fine particles 2 are introduced into the composite forming section 70 because the silicon fine particles 2 are easily taken in between layers of graphite (particularly expanded graphite) having a moderate distance due to the specific shape, and/or are easily surrounded by the graphite. In addition, it is preferable to adopt the scaly silicon fine particles and/or their aggregates or aggregates that have undergone the coating formation process (S4) because the silicon fine particles 2 are more easily taken in between layers of graphite (particularly expanded graphite) having a moderate distance, and/or the silicon fine particles 2 are more easily surrounded by the graphite. Also, as described above, from the viewpoint of having a higher charge capacity value and discharge capacity value, it is a preferable embodiment to adopt the scaly silicon fine particles and/or their aggregates or aggregates that have undergone the coating formation process (S4).

複合体形成工程(S5)を行うことにより、上述の、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の凝集物あるいは集合物を有する、非常に微細なシリコン微細粒子等2が、黒鉛によって囲われた状態を形成し得る。本実施形態においては、シート状の黒鉛によってシリコン微細粒子等2が、いわば取り込まれるように黒鉛のエッジ部分が折り畳まれる過程(代表的には、「球形化」)を必ずしも経る必要はないが、そのような過程を経た上で、シリコン微細粒子等2が黒鉛によって囲われた状態を形成することも採用し得る一態様である。 By carrying out the composite formation step (S5), it is possible to form a state in which the extremely fine silicon microparticles, etc. 2, which have the above-mentioned agglomerates or aggregates in a state of being folded into a multi-layered petal-like or scale-like shape, are surrounded by graphite. In this embodiment, it is not necessarily necessary to go through a process (representatively, "spheroidization") in which the edges of the graphite are folded so that the silicon microparticles, etc. 2 are, so to speak, captured by the sheet-like graphite, but it is also possible to adopt an embodiment in which the silicon microparticles, etc. 2 are surrounded by graphite after going through such a process.

(6)負極形成工程(S6)
本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100は、粉砕工程(S2)の後、又は酸化膜除去工程(S3)の後に、被覆形成工程(S4)によって処理された又は処理されなかった負極材料としての、シリコン微細粒子等の少なくとも一部が黒鉛によって囲われたものと、負極の一部を構成する部材(例えば、銅箔)とを結着材(例えば、アンモニウムカルボキシルメチルセルロース(CMC)及びスチレンブタジエンゴム(SBR)、あるいは、アンモニウムカルボキシルメチルセルロース(CMC)及びポリビニルアルコール(PVA))を用いて混合する混合部80を備えている。この混合部80によって形成される合剤層を用いて負電極が形成される。
(6) Negative electrode formation step (S6)
The manufacturing apparatus 100 for manufacturing the negative electrode material (or negative electrode) of the lithium ion battery of this embodiment is for crushing the lithium ion battery material (or negative electrode) after the crushing step (S2) or after the oxide film removing step (S3), and for forming a coating (S4). The untreated negative electrode material, which is at least partly surrounded by graphite, is bound to a component (e.g., copper foil) that constitutes a part of the negative electrode by a binder (e.g., ammonium carboxylate). The mixing section 80 mixes methyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR), or ammonium carboxymethyl cellulose (CMC) and polyvinyl alcohol (PVA). The layer is used to form the negative electrode.

<その他の工程>
なお、下記の(A)~(D)の工程によって得られたシリコン微細粒子等は、例えば、各シリコン微細粒子等の結晶子径の個数分布及び/又は体積分布のバラつきを軽減するために分級され得る。
(A)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、及び複合体形成工程(S5)
(B)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、酸化膜除去工程(S3)、及び複合体形成工程(S5)
(C)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、被覆形成工程(S4)、及び複合体形成工程(S5)
(D)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、酸化膜除去工程(S3)、被覆形成工程(S4)、及び複合体形成工程(S5)
<Other processes>
The silicon fine particles etc. obtained by the following steps (A) to (D) can be classified, for example, in order to reduce the variation in the number distribution and/or volume distribution of the crystallite diameter of each silicon fine particle etc.
(A) Washing step (S1), crushing step (S2), and composite forming step (S5)
(B) Cleaning step (S1), crushing step (S2), oxide film removal step (S3), and composite forming step (S5)
(C) Cleaning step (S1), crushing step (S2), coating forming step (S4), and composite forming step (S5)
(D) Cleaning step (S1), crushing step (S2), oxide film removal step (S3), coating forming step (S4), and composite forming step (S5)

<第1の実施形態において得られたシリコン微細粒子等の分析結果>
1.SEM像及びTEM像よるシリコン微細粒子等の解析
<Analysis results of silicon fine particles etc. obtained in the first embodiment>
1. Analysis of silicon microparticles using SEM and TEM images

図4Aは、第1の実施形態の粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のSEM(走査型電子顕微鏡)像である。また、図4Bは、第1の実施形態の粉砕工程(S2)後における、拡大されたシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のSEM像を示す図である。また、図4Cは、第1の実施形態における、(a)シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の他の例のSEM像を示す図、及び(b)(a)の一部の拡大図である。加えて、図5は、第1の実施形態のシリコン微細粒子の透過電子顕微鏡(TEM)像を示す図である。 Figure 4A is a SEM (scanning electron microscope) image of an example of silicon fine particles and/or their aggregates or conglomerates after the crushing step (S2) of the first embodiment. Also, Figure 4B is a diagram showing an enlarged SEM image of an example of silicon fine particles and/or their aggregates or conglomerates after the crushing step (S2) of the first embodiment. Also, Figure 4C is a diagram showing (a) an SEM image of another example of an aggregate or conglomerate of silicon fine particles in the first embodiment, and (b) an enlarged view of a part of (a). In addition, Figure 5 is a diagram showing a transmission electron microscope (TEM) image of silicon fine particles of the first embodiment.

図4Aに示すように、個別のシリコン微細粒子のみならず、Y1及びY2に示すシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物が確認された。大変興味深いことに、さらに詳細に分析をすると、図4B、並びに図4C(a),(b)のZ部分に示すように、シリコン微細粒子又はその凝集物は、いわば薄層状のシリコン微細粒子が複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の凝集物あるいは集合物であることが確認できた。なお、より詳しく観察すれば、例えば、1つ又は一群の鱗片状のシリコン微細粒子の幅(短径)を1としたときの長さ(長径)の範囲は、3.3~12.9であった。 As shown in Figure 4A, not only individual silicon microparticles but also silicon microparticles and/or their aggregates or conglomerates shown in Y1 and Y2 were confirmed. Interestingly, a more detailed analysis confirmed that the silicon microparticles or their aggregates were aggregates or conglomerates of thin-layer silicon microparticles folded into a compound petal-like or scale-like shape, as shown in Figure 4B and the Z portion of Figures 4C (a) and (b). Furthermore, a more detailed observation revealed that, for example, when the width (minor axis) of one or a group of scale-like silicon microparticles was taken as 1, the length (major axis) ranged from 3.3 to 12.9.

また、個別のシリコン微細粒子等に着目した図5に示すTEM像から、もう一つの興味深い知見が得られた。具体的には、図5における白線で囲っている領域が示す個別のシリコン微細粒子等は、結晶性、すなわち単結晶シリコンであることが確認できた。加えて、シリコン微細粒子等の少なくとも一部は、断面視において約2nm~約10nmの大きさの不定形の多角形の結晶子であることが確認できた。なお、図5においては、白線で囲っている各領域に、結晶の面方位が示されている。 Another interesting finding was obtained from the TEM image shown in Figure 5, which focuses on individual silicon microparticles. Specifically, it was confirmed that the individual silicon microparticles shown in the areas surrounded by white lines in Figure 5 are crystalline, i.e., single crystal silicon. In addition, it was confirmed that at least a portion of the silicon microparticles are irregular polygonal crystallites measuring about 2 nm to about 10 nm in size when viewed in cross section. Note that in Figure 5, the crystal plane orientation is shown in each area surrounded by white lines.

2.X線回折法によるシリコン微細粒子等の結晶子径分布の解析
図6は、第1の実施形態のシリコン微細粒子等のSi(111)方向の結晶子径に対する、(a)個数分布における結晶子径分布と、(b)体積分布における結晶子径分布とを示すグラフである。図6は、粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子等の結晶子径分布を、X線回折法を用いて解析することによって得られた結果を示している。図6(a)及び図6(b)は、いずれも、横軸が結晶子径(nm)を表し、縦軸は、頻度を表している。
2. Analysis of crystallite size distribution of silicon fine particles by X-ray diffraction method Figure 6 is a graph showing (a) the crystallite size distribution in number distribution and (b) the crystallite size distribution in volume distribution for the crystallite size of silicon fine particles of the first embodiment in the Si (111) direction. Figure 6 shows the results obtained by analyzing the crystallite size distribution of silicon fine particles after the pulverization step (S2) using X-ray diffraction. In both Figure 6 (a) and Figure 6 (b), the horizontal axis represents the crystallite size (nm) and the vertical axis represents the frequency.

図6(a)及び図6(b)の結果から、個数分布においては、モード径が1.6nm、メジアン径(50%結晶子径)が2.6nmであった。また、体積分布においては、モード径が6.3nm、メジアン径が9.9nmであった。従って、個数分布においてはモード径であってもメジアン径であっても5nm以下であり、より詳細には3nm以下の値が実現されていることが確認された。なお、体積分布においては、モード径であってもメジアン径であっても少なくとも50nm以下であり、特に30nm以下、より狭義には20nm以下であることが確認されたことは特筆に値する。さらに、図6においては、10nm以下という極めて小さい値が実現されていることが確認された。 From the results of Figures 6(a) and 6(b), in the number distribution, the mode diameter was 1.6 nm and the median diameter (50% crystallite diameter) was 2.6 nm. In addition, in the volume distribution, the mode diameter was 6.3 nm and the median diameter was 9.9 nm. Therefore, it was confirmed that in the number distribution, both the mode diameter and the median diameter were 5 nm or less, and more specifically, a value of 3 nm or less was realized. It is noteworthy that in the volume distribution, both the mode diameter and the median diameter were confirmed to be at least 50 nm or less, particularly 30 nm or less, and more narrowly 20 nm or less. Furthermore, in Figure 6, it was confirmed that an extremely small value of 10 nm or less was realized.

図6(a)及び図6(b)の結果より、ビーズミル法を用いた粉砕工程(S2)後に得られるシリコン微細粒子等は、平均の結晶子径が約20nm以下、より具体的には、10nm以下を実現する、約9.8nmであることが確認できた。なお、酸化膜除去工程(S3)後のシリコン微細粒子等の結晶子径分布も、図6とほぼ同様である。 From the results of Figures 6(a) and 6(b), it was confirmed that the silicon microparticles obtained after the grinding process (S2) using the bead mill method have an average crystallite diameter of about 20 nm or less, more specifically, about 9.8 nm, which achieves a crystallite diameter of 10 nm or less. The crystallite diameter distribution of the silicon microparticles after the oxide film removal process (S3) is also almost the same as that shown in Figure 6.

従って、図6の結果と図4の各図の結果とを合わせて解析すれば、少なくとも粉砕工程(S2)後又は酸化膜除去工程(S3)後のシリコン微細粒子等の凝集物あるいは集合物は、いわば長径約100nm以下の範囲のいわば薄層状のシリコン微細粒子等が、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態であるといえる。また、シリコン微細粒子等は、図5及び図6から分かるように、主として長径が10nm以下の結晶子から構成されている。 Therefore, by analyzing the results of FIG. 6 together with the results of each diagram in FIG. 4, it can be said that at least after the crushing step (S2) or the oxide film removal step (S3), the aggregates or conglomerates of silicon microparticles, etc. are in a state in which thin-layered silicon microparticles, etc. with a major axis of about 100 nm or less are piled up in a multi-layered petal-like or scale-like shape. Furthermore, as can be seen from FIG. 5 and FIG. 6, the silicon microparticles, etc. are mainly composed of crystallites with a major axis of 10 nm or less.

また、本実施形態のシリコン微細粒子等は、図6に示すように、1nm以下の結晶子径のシリコン微細粒子等を含んでいることが分かる。また、興味深いことに、本実施形態のシリコン微細粒子等の体積分布における平均結晶子径は、約10nmであることも確認された。この数値は、非常に小さい値であるといえる。また、上述のとおり、さらに調査を進めることによって、そのシリコン微細粒子等の見かけの体積径として約100nm以下の範囲にあることが確認された。特に、長径が5nm以下の結晶子径の、極微細なシリコン粒子を多数含むことによって、後述するリチウムイオン電池の負極材料として用いるシリコン微細粒子等によって導き出される充放電のサイクル特性をより確度高く向上させるものである。また、前述の極微細なシリコン粒子に表面の少なくとも一部が炭素によって覆われているため、より高い充電容量値及び放電容量値、並びに優れた充放電のサイクル特性を実現することができる。 As shown in FIG. 6, the silicon microparticles of this embodiment contain silicon microparticles with a crystallite diameter of 1 nm or less. Interestingly, it was also confirmed that the average crystallite diameter in the volume distribution of the silicon microparticles of this embodiment is about 10 nm. This value can be said to be a very small value. As described above, further investigation confirmed that the apparent volume diameter of the silicon microparticles is in the range of about 100 nm or less. In particular, by containing a large number of extremely fine silicon particles with a crystallite diameter of 5 nm or less, the charge and discharge cycle characteristics derived from the silicon microparticles used as the negative electrode material of the lithium ion battery described later can be improved with a higher degree of accuracy. In addition, since at least a portion of the surface of the extremely fine silicon particles described above is covered with carbon, it is possible to realize higher charge capacity values and discharge capacity values, as well as excellent charge and discharge cycle characteristics.

3.X線回折法によるシリコン微細粒子等の結晶子の面方位の解析
図7(a)は、第1の実施形態の粉砕工程(S2)前のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果(P)及び粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果(Q)を、広い角度範囲において解析した結果である。また、図7(b)は、図7(a)の結果(P)の一部を拡大したものであり、第1の実施形態の粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果を限定された角度範囲において解析した結果(R)である。なお、図7(b)内に示されたC(002)面及びC(003)面の各ピーク強度は、約1wt%~約3wt%のグラファイトの微粒子がシリコン微細粒子群又はシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物内に含まれていることを示している。なお、一例としてのC(002)面のグラファイトの微粒子の大きさは、約50nm以下、より具体的には、約35nmであり、C(003)面のグラファイトの微粒子の大きさは、約100nm以下、より具体的には、約75nmであった。
3. Analysis of crystallite plane orientation of silicon fine particles by X-ray diffraction method FIG. 7(a) shows the results of X-ray diffraction measurement (P) of silicon fine particles and/or their aggregates or aggregates before the crushing step (S2) of the first embodiment and the results of X-ray diffraction measurement (Q) of silicon fine particles and/or their aggregates or aggregates after the crushing step (S2) in a wide angle range. FIG. 7(b) shows an enlarged view of a part of the result (P) of FIG. 7(a), and shows the results of X-ray diffraction measurement (R) of silicon fine particles and/or their aggregates or aggregates after the crushing step (S2) of the first embodiment in a limited angle range. The peak intensities of the C(002) and C(003) planes shown in FIG. 7(b) indicate that about 1 wt % to about 3 wt % of graphite particles are contained in the silicon fine particle group or the aggregates or aggregates of silicon fine particles. As an example, the size of the graphite particles on the C(002) plane was about 50 nm or less, more specifically, about 35 nm, and the size of the graphite particles on the C(003) plane was about 100 nm or less, more specifically, about 75 nm.

図7(a)及び(b)に示すように、第1の実施形態の粉砕工程(S2)前の2θ=28.4°付近のSiの結晶面(111)に帰属する回折ピークに比べて、粉砕工程(S2)後のSi(111)に帰属する回折ピークは、その半値幅が大きくなっていることが確認された。なお、粉砕工程(S2)後のSi(111)ピークの半値幅から、シェラーの式を用いて計算された平均結晶子径は、9.8nmであった。また、大変興味深いことに、粉砕工程(S2)後の2θ=28.4°付近のSi(111)に帰属する回折ピークの強度は、その他の回折ピークの強度(例えば、Si(220)又はSi(311)のピーク強度)よりも大きいことが明らかとなった。なお、粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子の結晶格子のSi(111)の配列間隔は、図5に示したとおり、0.31nm(3.1Å)である。 7(a) and (b), it was confirmed that the diffraction peak attributable to Si (111) after the grinding step (S2) had a larger half-width than the diffraction peak attributable to the crystal plane (111) of Si around 2θ = 28.4° before the grinding step (S2) of the first embodiment. The average crystallite size calculated using Scherrer's formula from the half-width of the Si (111) peak after the grinding step (S2) was 9.8 nm. Interestingly, it was revealed that the intensity of the diffraction peak attributable to Si (111) around 2θ = 28.4° after the grinding step (S2) was larger than the intensity of other diffraction peaks (for example, the peak intensity of Si (220) or Si (311)). The arrangement interval of Si (111) in the crystal lattice of the silicon microparticles after the grinding step (S2) is 0.31 nm (3.1 Å), as shown in FIG. 5.

上記の各解析結果を踏まえると、本実施形態の粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子等については、主として面方位が(111)である結晶性のシリコン微細粒子等が、複層花弁状又は鱗片状に多重に折重なった状態の凝集物あるいは集合物であるといえる。 Considering the above analytical results, the silicon microparticles after the crushing step (S2) of this embodiment can be said to be aggregates or conglomerates in which crystalline silicon microparticles, mainly with a (111) plane orientation, are multi-layered and petal- or scale-like.

そうすると、本実施形態の粉砕工程(S2)後又は酸化膜除去工程(S3)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物をリチウムイオン電池の負極材料の一部として用いることによって、リチウムイオン電池の正極材料中から電離したリチウムイオン(Li)が負極に到達したときに、リチウムイオン(Li)が複層花弁状又は鱗片状に多重に折重なった状態の凝集物あるいは集合物の襞部間隙に入り込み易く、また出易いという特有の効果が奏され得る。 In this way, by using the silicon fine particles and/or their agglomerates or aggregates after the crushing step (S2) or the oxide film removal step (S3) of this embodiment as part of the negative electrode material of a lithium ion battery, a unique effect can be achieved in which when lithium ions (Li + ) ionized from the positive electrode material of the lithium ion battery reach the negative electrode, the lithium ions (Li + ) can easily enter and exit the gaps in the folds of the agglomerates or aggregates, which are in a multi-folded, petal-like or scale-like state.

加えて、本実施形態においては、上述の複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態のシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の少なくとも一部を、黒鉛が囲っている。従って、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物の存在によって、リチウムイオンが蓄えられ易く、また放出され易い負極材料又は負極が得られる。加えて、該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、それらが黒鉛によって囲われることにより、該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながるため、むしろリチウムイオンの移動状態の高度な安定性を実現し得ることになる。その結果、この負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。 In addition, in this embodiment, at least a part of the aggregates or aggregates of silicon fine particles in the above-mentioned multi-layered petal-like or scale-like folded state is surrounded by graphite. Therefore, due to the presence of the aggregates or aggregates in the multi-layered petal-like or scale-like folded state, a negative electrode material or negative electrode in which lithium ions are easily stored and released is obtained. In addition, combined with the specificity of the multi-layered petal-like or scale-like shape of the aggregates or aggregates, the degree of freedom of the aggregates or aggregates is suppressed to a certain extent by being surrounded by graphite, which leads to increased cooperation between the graphite and the aggregates or aggregates, and therefore a high degree of stability in the movement state of lithium ions can be realized. As a result, by adopting this negative electrode material, a lithium ion battery with little change in charge/discharge capacity even when charging/discharging is repeated, in other words with good charge/discharge cycle characteristics, can be realized. Alternatively, an increase in charge/discharge capacity can be realized.

<第1の実施形態の変形例>
第1の実施形態のうち、洗浄工程(S1)のみが行われた結果として得られるシリコンの切粉等(より具体的には、結晶性シリコンの切粉又は切削屑)を、粉砕工程(S2)を行うことなく、一例として複合体形成部70を用いた複合体形成工程(S5)によって複合体を形成する処理を行うことは、採用し得る変形例の一つである。なお、第1の実施形態と同様に、酸化膜除去工程(S3)が洗浄工程(S1)の後に行われ得る。また、第1の実施形態と同様に、被覆形成工程(S4)、すなわち、前述の切粉又は前述の切削屑の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する、一例として被覆形成部60を用いた被覆形成工程が、洗浄工程(S1)の後、又は、洗浄工程(S1)と酸化膜除去工程(S3)の後に行われ得る。
<Modification of the first embodiment>
In the first embodiment, silicon chips or the like (more specifically, chips or cutting chips of crystalline silicon) obtained as a result of performing only the cleaning step (S1) are subjected to a process of forming a composite by a composite forming step (S5) using a composite forming unit 70, for example, without performing a crushing step (S2). As in the first embodiment, an oxide film removing step (S3) may be performed after the cleaning step (S1). As in the first embodiment, a coating forming step (S4), i.e., a coating forming step using a coating forming unit 60, for example, for forming carbon that covers at least a part of the surface of the chips or cutting chips, may be performed after the cleaning step (S1) or after the cleaning step (S1) and the oxide film removing step (S3).

この変形例においては、上述のとおり、黒鉛が、洗浄工程(S1)のみによって得られるシリコンの切粉等の少なくとも一部を囲う。また、この変形例においては、そのシリコンの切粉等と、黒鉛(代表的には、薄片状の黒鉛、又は膨張黒鉛)とが、第1の実施形態において用いられる複合体形成部70内に導入される。その後、第1の実施形態の複合体形成工程(S5)と同様の処理が行われることにより、シリコンの切粉等の少なくとも一部が黒鉛によって囲われた複合物が形成される。 In this modified example, as described above, graphite surrounds at least a portion of the silicon chips, etc. obtained only by the cleaning step (S1). In addition, in this modified example, the silicon chips, etc. and graphite (typically, flaky graphite or expanded graphite) are introduced into the composite forming section 70 used in the first embodiment. Thereafter, a process similar to the composite forming step (S5) in the first embodiment is performed to form a composite in which at least a portion of the silicon chips, etc. are surrounded by graphite.

この変形例が採用された場合であっても、第1の実施形態の効果と同様の、又は少なくとも一部の効果が奏され得る。 Even if this modified example is adopted, the same effects as those of the first embodiment, or at least some of the effects, can be achieved.

<第2の実施形態>
本実施形態のリチウムイオン電池は、次に示す(1)~(3)の態様のシリコン切粉等又はシリコン微細粒子を黒鉛が囲ったものを、負極材料として用いている。なお、負極材料以外の構成は、従来のCR2032型のコインセル構造リチウムイオン電池の構成と同様である。
(1)複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態のシリコン微細粒子及び/又はシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の少なくとも一部を、黒鉛が囲ったもの。
(2)(1)において、シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたもの。
(3)結晶性シリコンの切粉又は切削屑の少なくとも一部を、黒鉛が囲ったもの。
Second Embodiment
The lithium ion battery of this embodiment uses silicon chips or silicon fine particles surrounded by graphite as the negative electrode material in the following forms (1) to (3). The configuration other than the negative electrode material is the same as that of a conventional CR2032 type coin cell lithium ion battery.
(1) Silicon fine particles and/or aggregates or clusters of silicon fine particles in a multi-layered petal-like or scale-like folded state, at least partially surrounded by graphite.
(2) In (1), at least a portion of the surface of the silicon fine particles and/or the aggregates or conglomerates is covered with carbon.
(3) At least a portion of crystalline silicon chips or cutting waste is surrounded by graphite.

図8は、本実施形態のリチウムイオン電池500の概要構成図である。本実施形態のリチウムイオン電池500は、CR2032型コインセルの容器510内に、負極材及び負極材料514に電気的に接続する負電極512と、正極材及び正極材料518に電気的に接続する正電極516と、負極材及び負極材料514と正極材及び正極材料518とを電子的に絶縁するセパレータ520と、電解液530とを備える。また、本実施形態のリチウムイオン電池500は、充放電を実現するために、負電極512及び正電極516につながる電源540と抵抗550を備えた外部回路を有している。 Figure 8 is a schematic diagram of the lithium ion battery 500 of this embodiment. The lithium ion battery 500 of this embodiment includes a negative electrode 512 electrically connected to the negative electrode material 514, a positive electrode 516 electrically connected to the positive electrode material 518, a separator 520 that electronically insulates the negative electrode material 514 from the positive electrode material 518, and an electrolyte 530 in a container 510 of a CR2032 type coin cell. In addition, the lithium ion battery 500 of this embodiment has an external circuit including a power source 540 and a resistor 550 connected to the negative electrode 512 and the positive electrode 516 to realize charging and discharging.

また、本実施形態のリチウムイオン電池500の製造方法は、次のとおりである。 The manufacturing method for the lithium ion battery 500 of this embodiment is as follows.

負極の製造方法については、まず、第1の実施形態において作製した、シリコン微細粒子等の少なくとも一部を黒鉛によって囲ったもの、又は、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等の少なくとも一部を黒鉛によって囲ったもの(以下、総称して、「負極活物質」という。)約0.3gを、1wt%CMCバインダー水溶液、SBRバインダー水分散液(JSR株式会社製、TRD2001)からなる約10mL(ミリリットル)の溶液中に分散させる。 Regarding the method of manufacturing the negative electrode, first, about 0.3 g of the silicon fine particles, etc., at least partially surrounded by graphite, or the silicon fine particles, etc., at least partially covered on the surface with carbon, at least partially surrounded by graphite, as produced in the first embodiment (hereinafter collectively referred to as "negative electrode active material") is dispersed in about 10 mL (milliliters) of a solution consisting of a 1 wt % aqueous CMC binder solution and an aqueous SBR binder dispersion (TRD2001, manufactured by JSR Corporation).

本実施形態においては、乾燥重量比で、シリコン微細粒子等、カーボンブラック、CMCバインダー水溶液、SBRバインダー水分散液の順に、67:11:13:9、あるいは、50:25:20:5となるように配合する。また、本実施形態の1つの変形例においては、乾燥重量比で、シリコン微細粒子等、カーボンブラック、CMCバインダー水溶液、PVAバインダー水分散液の順に、50:25:20:5となるように配合する。 In this embodiment, the silicon fine particles, etc., carbon black, CMC binder aqueous solution, and SBR binder aqueous dispersion are mixed in the order of 67:11:13:9 or 50:25:20:5 in dry weight ratio. In one modified example of this embodiment, the silicon fine particles, etc., carbon black, CMC binder aqueous solution, and PVA binder aqueous dispersion are mixed in the order of 50:25:20:5 in dry weight ratio.

次に、メノウ乳鉢を用いて混合調製したスラリーを、厚さ15μmであって約9cm(縦)×10cm(横)の銅箔の一面上に、乾燥後約30μm~約200μmの厚みとなるように塗布した後、ホットプレート上にて大気中、80℃、約1時間の乾燥処理を行う。その後、上述の銅箔を乾燥スラリーとともに電池規格CR2032型コインセル対応の直径が11.3mmの大きさの円形に打ち抜くことにより、作用極を形成する。この作用極の重量を測定した後、グローボックス内で、120℃、6時間の真空加熱により再度乾燥処理したものを、銅箔からなる負電極512の内面に張り付けることにより、本実施形態の負極が製造される。 Next, the slurry mixed and prepared using an agate mortar is applied to one side of a copper foil measuring 9 cm (length) x 10 cm (width) with a thickness of 15 μm so that the thickness after drying will be about 30 μm to about 200 μm, and then dried on a hot plate in air at 80°C for about 1 hour. The copper foil and the dried slurry are then punched out into a circle with a diameter of 11.3 mm, which corresponds to the battery standard CR2032 type coin cell, to form a working electrode. After measuring the weight of this working electrode, it is dried again by vacuum heating at 120°C for 6 hours in a glove box, and then attached to the inner surface of the negative electrode 512 made of copper foil, thereby producing the negative electrode of this embodiment.

次に、正極については、ハーフセル構造のリチウムイオン電池を用いて負極材料の特性を評価するため、リチウム基板を直径13mmの円状に打ち抜いたものを、正電極516として採用した。なお、リチウムイオン電池の正極については、上述の正電極516の代わりに公知の正電極を採用することができる。 Next, for the positive electrode, in order to evaluate the characteristics of the negative electrode material using a lithium ion battery with a half-cell structure, a lithium substrate was punched out into a circle with a diameter of 13 mm and used as the positive electrode 516. Note that for the positive electrode of the lithium ion battery, a known positive electrode can be used instead of the above-mentioned positive electrode 516.

また、本実施形態のセパレータ520は、多孔質のポリプロレン・シートである。加えて、本実施形態の電解液530は、エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)を容積比で1/1で混合の溶媒(1L)中に、1モルの六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解した電解液、あるいは、その電解液にフルオロエチレンカーボネート(FEC)を添加したものであって、CR2032型コインセルの内容積(約1mL)を満たす量以内の量を注入したものである。 The separator 520 of this embodiment is a porous polypropylene sheet. In addition, the electrolyte 530 of this embodiment is an electrolyte in which 1 mole of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in a solvent (1 L) of ethylene carbonate (EC)/diethyl carbonate (DEC) mixed at a volume ratio of 1/1, or the electrolyte to which fluoroethylene carbonate (FEC) has been added, and is injected in an amount that is within the amount that fills the internal volume (about 1 mL) of a CR2032 coin cell.

上述の正極材及び正極材料518、正電極516、負極材及び負極材料514、負電極512、セパレータ520及び電解液530を、CR2032型コインセルの容器510内へ配置する。その後、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で、該コインセルの外枠の正電極516と負電極512との間を絶縁した状態で、セパレータ520及び電解液530の各構成材を容器510内に密封することにより、CR2032型コインセルのリチウムイオン電池500を試作した。 The above-mentioned positive electrode material and cathode material 518, positive electrode 516, negative electrode material and anode material 514, negative electrode 512, separator 520, and electrolyte 530 are placed in a container 510 of a CR2032 type coin cell. After that, in a glove box with an argon atmosphere, the components of the separator 520 and electrolyte 530 are sealed in the container 510 while insulating the positive electrode 516 and negative electrode 512 of the outer frame of the coin cell, thereby producing a prototype lithium-ion battery 500 of a CR2032 type coin cell.

なお、本実施形態における電解液530を構成する電解溶媒の例は、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)(ポリプロレン・シート)の環状カーボネート、及び、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等の鎖状カーボネート有機溶媒の混合溶媒である。また、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)や四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)などの支持塩を前述の電解溶媒中に溶解させて使用することができる。 In addition, examples of the electrolytic solvent constituting the electrolytic solution 530 in this embodiment are mixed solvents of cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (polypropylene sheet), and chain carbonate organic solvents such as dimethyl carbonate (DMC) and diethyl carbonate (DEC). In addition, supporting salts such as lithium hexafluorophosphate (LiPF) and lithium tetrafluoroborate (LiBF) can be dissolved in the electrolytic solvent and used.

上述の構造を採用することにより、上述のシリコン微細粒子の存在、あるいは該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、それらが黒鉛によって囲われることにより、上述のシリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。 By adopting the above-mentioned structure, the presence of the above-mentioned silicon fine particles, or the unique multi-layered petal-like or scale-like shape of the agglomerates or aggregates, combined with the fact that they are surrounded by graphite, suppresses the degree of freedom of the above-mentioned silicon fine particles and/or the agglomerates or aggregates to a certain extent, which leads to increased cooperation between the graphite and the silicon fine particles and/or the graphite and the agglomerates or aggregates. As a result, by adopting this negative electrode material, it is possible to realize a lithium ion battery with little change in charge/discharge capacity even when charging and discharging are repeated, in other words, with good charge/discharge cycle characteristics. Alternatively, it is possible to realize an increase in charge/discharge capacity.

<その他の実施形態(1)>
ところで、上述の各実施形態においては、出発材として、単結晶又は多結晶のシリコンの塊又はインゴットの切削過程において形成されるシリコンの切粉等を例示しているが、その他の形態のシリコンの切粉等を出発材とすることも採用し得る他の一態様である。具体的には、シリコンの切粉等は、半導体製品の生産過程におけるシリコンのインゴットの切削加工において必然的に形成されるものに限らず、予め選定した結晶性シリコンのインゴットを切削機で一様に又はランダムに切削して作製することも可能である。また、通常は廃棄物とされるシリコンの切粉やシリコンの研磨屑等のいわゆるシリコン廃材が、上述の各実施形態のシリコン微細粒子等の出発材となり得るが、該シリコン廃材には、ウェハの破片、廃棄ウェハ等を粉砕することによって得られる微細な屑も含まれ得る。さらに、金属性のシリコンの切粉又は金属性のシリコンの研磨屑、あるいは金属性のその他の粒子状のシリコンといった材料を出発材料として用いるシリコン微細粒子等も、採用し得る。
<Other embodiment (1)>
Incidentally, in each of the above-mentioned embodiments, silicon chips formed in the cutting process of a single crystal or polycrystalline silicon lump or ingot are exemplified as the starting material, but other forms of silicon chips can also be used as the starting material. Specifically, silicon chips are not limited to those inevitably formed in the cutting process of a silicon ingot in the production process of semiconductor products, but can also be produced by cutting a pre-selected crystalline silicon ingot uniformly or randomly with a cutting machine. In addition, so-called silicon waste materials such as silicon chips and silicon polishing chips, which are usually considered waste, can be the starting material for the silicon fine particles, etc. of each of the above-mentioned embodiments, but the silicon waste materials can also include fine chips obtained by crushing wafer fragments, waste wafers, etc. Furthermore, silicon fine particles, etc. using materials such as metallic silicon chips, metallic silicon polishing chips, or metallic other particulate silicon as the starting material can also be adopted.

<その他の実施形態(2)>
また、上述の各実施形態におけるn型結晶性シリコンの不純物濃度は特に限定されない。また、n型のみならず、p型の結晶性シリコンを採用することもできる。さらに、真正半導体である結晶性シリコンも、上述の各実施形態における結晶性シリコンとして採用し得る。なお、リチウムイオン電池の負極材料内における電子の移動が重視されるため、n型の不純物を含有する結晶性シリコンを用いるのがより好適である。また、上述の図7(b)に示す、C(002)面及びC(003)面の各ピーク強度が示す約1wt%~約3wt%のグラファイトの微粒子がシリコン微細粒子等群又はシリコン微細粒子等の集合物内に含まれていることから、これらのグラファイトの一部又は全部が、負極材料の導電性の向上に寄与し得る点を付言する。
<Other embodiment (2)>
In addition, the impurity concentration of the n-type crystalline silicon in each of the above-mentioned embodiments is not particularly limited. In addition, not only n-type but also p-type crystalline silicon can be adopted. Furthermore, crystalline silicon, which is a true semiconductor, can also be adopted as the crystalline silicon in each of the above-mentioned embodiments. Since the movement of electrons in the negative electrode material of the lithium ion battery is important, it is more preferable to use crystalline silicon containing n-type impurities. In addition, since about 1 wt % to about 3 wt % of graphite particles indicated by the peak intensities of the C(002) plane and the C(003) plane shown in the above-mentioned FIG. 7(b) are contained in the group of silicon fine particles or the aggregate of silicon fine particles, it is added that a part or all of these graphite particles can contribute to improving the conductivity of the negative electrode material.

<その他の実施形態(3)>
また、上述の各実施形態のシリコン微細粒子等及びそれを備えたリチウムイオン電池は、第2の実施形態において紹介したコインセル型式の構造への適用に限定されない。従って、コインセル型式の構造より大きな電気容量のリチウムイオン電池を備える、又は利用する各種デバイス又は装置に適用され得る。
<Other embodiment (3)>
Furthermore, the silicon microparticles and the lithium ion batteries including the same in the above-described embodiments are not limited to application to the coin cell type structure introduced in the second embodiment, and can therefore be applied to various devices or apparatuses that include or use lithium ion batteries with a larger electric capacity than those in the coin cell type structure.

<その他の実施形態(4)>
また、上述の第1の実施形態における図2に示すリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100の代替的な装置として、図9に示すリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置200が採用されても良い。具体的には、設備の簡素化及び/又は製造コストの低減の観点から、リチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置200においては、シリコンの切削過程で形成されるシリコンの切粉等を洗浄する洗浄機10が、洗浄されたシリコンの切粉等を粉砕することによってシリコン微細粒子等2を形成する粉砕機20を兼ねている態様である。従って、図9に示す装置/方法においては、例えば、洗浄工程においては比較的大きな径のビーズを用い、粉砕工程においては比較的小さい径のビーズを用いることによって、リチウムイオン電池の負極材料として用いるシリコン微細粒子等2を得ることになる。但し、より確度高く、第1の実施形態において説明したシリコン微細粒子等2を得るためには、第1の実施形態のように、ボールミル機を用いて処理した後のビーズミル機によって、シリコン微細粒子等2を形成することが好ましい。
<Other embodiment (4)>
In addition, as an alternative to the lithium ion battery negative electrode material (or negative electrode) manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 2 in the first embodiment described above, a lithium ion battery negative electrode material (or negative electrode) manufacturing apparatus 200 shown in FIG. 9 may be adopted. Specifically, from the viewpoint of simplifying the equipment and/or reducing manufacturing costs, in the lithium ion battery negative electrode material (or negative electrode) manufacturing apparatus 200, a cleaning machine 10 for cleaning silicon chips formed in the silicon cutting process also serves as a crusher 20 for forming silicon fine particles 2 by crushing the cleaned silicon chips. Therefore, in the apparatus/method shown in FIG. 9, for example, beads with a relatively large diameter are used in the cleaning process and beads with a relatively small diameter are used in the crushing process to obtain silicon fine particles 2 to be used as a lithium ion battery negative electrode material. However, in order to obtain the silicon fine particles 2 described in the first embodiment with a higher degree of accuracy, it is preferable to form the silicon fine particles 2 by a bead mill machine after processing using a ball mill machine as in the first embodiment.

<その他の実施形態(5)>
また、本願発明者らの分析によれば、第2の実施形態における電解液530に添加されたフルオロエチレンカーボネート(FEC)の量が、充電容量値及び放電容量値、並びに充放電サイクルの特性に影響を及ぼし得ることが明らかとなった。これは、負極材料の表面に良好な(例えば、低抵抗及び/又は薄い)SEI(solid electrolyte interface)を形成するためである。
<Other embodiment (5)>
Furthermore, the inventors' analysis revealed that the amount of fluoroethylene carbonate (FEC) added to the electrolyte 530 in the second embodiment can affect the charge capacity value, the discharge capacity value, and the charge/discharge cycle characteristics, because a good (e.g., low-resistance and/or thin) solid electrolyte interface (SEI) is formed on the surface of the negative electrode material.

上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。 The disclosure of each of the above-mentioned embodiments is provided for the purpose of explaining those embodiments, and is not provided to limit the present invention. In addition, modifications within the scope of the present invention, including other combinations of each embodiment, are also included in the scope of the claims.

本発明のリチウムイオン電池の負極材料及びそれを備えたリチウムイオン電池は、例えば、各種の発電又は蓄電装置(家庭用小型電力貯蔵装置及び大型蓄電システムを含む)、スマートフォン、携帯情報端末、携帯電子機器(携帯電話、携帯用音楽プレイヤー、ノート型パソコン、デジタルカメラ・ビデオ)、電気自動車、ハイブリッド電気自動車(HEV)又はプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)、モーターを電力源とする自動二輪車、モーターを電力源とする自動三輪車、その他の輸送機械又は車両等を含む多種のデバイスないし装置に対して適することができる。 The negative electrode material for the lithium ion battery of the present invention and the lithium ion battery equipped with the same can be suitable for a wide variety of devices or apparatuses, including, for example, various power generation or storage devices (including small home power storage devices and large storage systems), smartphones, personal digital assistants, portable electronic devices (mobile phones, portable music players, notebook computers, digital cameras and videos), electric vehicles, hybrid electric vehicles (HEVs) or plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), motorcycles powered by motors, three-wheeled vehicles powered by motors, and other transport machinery or vehicles.

1 切粉等
2 シリコン微細粒子等
10 洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)
11 ボール
13a ポット
13b 蓋
15 回転体
20 粉砕機
21 導入口
22 処理室
24 排出口
25 フィルタ
40 ロータリーエバポレータ
50 酸化膜除去槽
55 フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液
57 撹拌器
58 遠心分離機
60 被覆形成部
70 複合体形成部
80 混合部
100 リチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置
500 リチウムイオン電池
510 容器
512 負電極
514 負極材及び負極材料
516 正電極
518 正極材及び正極材料
520 セパレータ
530 電解液
540 電源
550 抵抗
1. Cutting chips, etc. 2. Silicon fine particles, etc. 10. Cleaning machine (cleaning and preliminary crushing machine)
11 Bowl 13a Pot 13b Lid 15 Rotor 20 Crusher 21 Inlet 22 Treatment chamber 24 Outlet 25 Filter 40 Rotary evaporator 50 Oxide film removal tank 55 Hydrofluoric acid or ammonium fluoride aqueous solution 57 Stirrer 58 Centrifuge 60 Coating forming section 70 Composite forming section 80 Mixing section 100 Manufacturing device for negative electrode material (or negative electrode) of lithium ion battery 500 Lithium ion battery 510 Container 512 Negative electrode 514 Negative electrode material and negative electrode material 516 Positive electrode 518 Positive electrode material and positive electrode material 520 Separator 530 Electrolyte 540 Power source 550 Resistor

Claims (15)

薄層状のシリコン微細粒子が鱗状に重なった前記シリコン微細粒子の凝集物又は集合物を含み、The silicon fine particles include an aggregate or agglomerate of the silicon fine particles in which thin-layer silicon fine particles are stacked in a scale-like manner,
前記凝集物又は前記集合物が黒鉛の層間に取り込まれることによって前記黒鉛が前記凝集物又は前記集合物の少なくとも一部を囲い、且つ、The agglomerates or aggregates are trapped between layers of graphite, so that the graphite surrounds at least a portion of the agglomerates or aggregates; and
前記シリコン微細粒子の結晶子は、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する、The crystallites of the silicon fine particles have a volume distribution in which the mode diameter and the median diameter are 30 nm or less.
リチウムイオン電池の負極材料。A negative electrode material for lithium-ion batteries.
前記凝集物又は前記集合物が、1wt%~3wt%のグラファイトの微粒子を含む、The aggregates or conglomerates contain 1 wt % to 3 wt % of graphite particles;
請求項1に記載のリチウムイオン電池の負極材料。The negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 1.
前記シリコン微細粒子が、前記モード径及び前記メジアン径が20nm以下の体積分布を有する、The silicon fine particles have a volume distribution in which the mode diameter and the median diameter are 20 nm or less.
請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン電池の負極材料。The negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 1 or 2.
前記凝集物又は前記集合物のX線回折測定による、2θ=28.4°付近のSi(111)に帰属する回折ピークの強度が、その他の回折ピークの強度よりも大きい、In an X-ray diffraction measurement of the aggregate or the assembly, the intensity of a diffraction peak attributable to Si (111) near 2θ = 28.4° is greater than the intensities of other diffraction peaks.
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料。The negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3.
前記黒鉛が膨張黒鉛である、The graphite is expanded graphite.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料。The negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 4.
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料を備える、The negative electrode material of a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 5 is provided.
リチウムイオン電池。Lithium-ion battery.
請求項6に記載のリチウムイオン電池を備える装置。A device comprising the lithium ion battery of claim 6. 結晶性シリコンを粉砕することにより、シリコン微細粒子の結晶子のモード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する薄層状の前記シリコン微細粒子の凝集物又は集合物であって、少なくとも前記シリコン微細粒子が鱗状に重なった前記凝集物又は前記集合物を形成する粉砕部と、a grinding section for grinding crystalline silicon to form a thin-layer aggregate or aggregate of silicon fine particles having a volume distribution in which the mode diameter and median diameter of the crystallites of the silicon fine particles are 30 nm or less, the aggregate or aggregate being composed of at least the silicon fine particles overlapping in a scale-like manner;
前記凝集物又は前記集合物が黒鉛の層間に取り込まれることにより、前記黒鉛が前記凝集物又は前記集合物の少なくとも一部を囲うことによって、前記黒鉛と前記凝集物又は前記集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成部と、を備える、and a composite forming section in which the agglomerates or the aggregates are taken in between layers of graphite, so that the graphite surrounds at least a part of the agglomerates or the aggregates, thereby forming a composite containing the graphite and the agglomerates or the aggregates.
リチウムイオン電池の負極材料の製造装置。Equipment for manufacturing negative electrode materials for lithium-ion batteries.
前記凝集物あるいは前記集合物の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する、被覆形成部と、をさらに備える、A coating forming unit that forms carbon to cover at least a portion of the surface of the aggregate or the conglomerate,
請求項8に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。The apparatus for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 8.
前記結晶性シリコンは、固定砥粒ワイヤによって削り出される切粉又は切削屑である、The crystalline silicon is chips or shavings cut by a fixed abrasive wire.
請求項8又は請求項9に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。An apparatus for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 8 or 9.
前記粉砕部が、ボールミル機、及び前記ボールミル機の後に用いられるビーズミル機を備える、The grinding unit includes a ball mill and a bead mill used after the ball mill.
請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。An apparatus for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 8 to 10.
結晶性シリコンを粉砕することにより、シリコン微細粒子の結晶子のモード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する薄層状の前記シリコン微細粒子の凝集物又は集合物であって、少なくとも前記シリコン微細粒子が鱗状に重なった前記凝集物又は前記集合物を形成する粉砕工程と、a grinding step of grinding crystalline silicon to form a thin-layer aggregate or aggregate of silicon fine particles having a volume distribution in which the mode diameter and median diameter of the crystallites of the silicon fine particles are 30 nm or less, the aggregate or aggregate being composed of at least the silicon fine particles stacked in a scale-like shape;
前記凝集物又は前記集合物が黒鉛の層間に取り込まれることにより、前記黒鉛が、前記凝集物又は前記集合物の少なくとも一部を囲うことによって、前記黒鉛と前記凝集物又は前記集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成工程と、を含む、and a composite forming step in which the agglomerates or the aggregates are incorporated between layers of graphite, so that the graphite surrounds at least a portion of the agglomerates or the aggregates, thereby forming a composite containing the graphite and the agglomerates or the aggregates.
リチウムイオン電池の負極材料の製造方法。A method for producing negative electrode materials for lithium-ion batteries.
前記凝集物あるいは前記集合物の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する、被覆形成工程、をさらに含む、A coating forming step of forming carbon covering at least a portion of the surface of the aggregate or the conglomerate is further included.
請求項12に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。A method for producing the negative electrode material of a lithium ion battery according to claim 12.
前記結晶性シリコンは、固定砥粒ワイヤによって削り出される切粉又は切削屑である、The crystalline silicon is chips or shavings cut by a fixed abrasive wire.
請求項12又は請求項13に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。A method for producing the negative electrode material of a lithium ion battery according to claim 12 or 13.
前記粉砕工程において、前記結晶性シリコンをボールミル機による粉砕の後にビーズミル機によって粉砕することにより、前記凝集物あるいは前記集合物を形成する、In the pulverization step, the crystalline silicon is pulverized by a ball mill and then pulverized by a bead mill to form the aggregates or the conglomerates.
請求項12乃至請求項14のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。A method for producing the negative electrode material of a lithium ion battery according to any one of claims 12 to 14.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024150525A (en) * 2016-04-06 2024-10-23 日新化成株式会社 Anode material for lithium ion battery, lithium ion battery, method for manufacturing anode material for lithium ion battery and manufacturing device thereof

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018113187A (en) * 2017-01-12 2018-07-19 日立化成株式会社 Negative electrode material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same
JPWO2019131862A1 (en) * 2017-12-28 2019-12-26 昭和電工株式会社 Anode material for lithium ion secondary battery
CN108767232B (en) * 2018-06-01 2021-09-21 中南大学 Coating method of lithium ion battery anode material
WO2021005689A1 (en) * 2019-07-08 2021-01-14 昭和電工マテリアルズ株式会社 Negative-electrode active material for lithium-ion secondary battery, negative electrode for lithium-ion secondary battery, lithium-ion secondary battery, and method for manufacturing negative-electrode active material for lithium-ion secondary battery
KR102309264B1 (en) * 2020-10-16 2021-10-07 에스머티리얼 주식회사 Silicon Nano-composite Structured Powders for Anode Materials and Method for Producing the Same
CN116936750A (en) * 2023-09-18 2023-10-24 季华实验室 Lithium ion battery negative electrode plate, preparation method thereof, negative electrode plate slurry and lithium ion battery

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060234127A1 (en) 2003-06-25 2006-10-19 Kim You M Anode material for lithium secondary cell with high capacity
JP2012229146A (en) 2011-04-27 2012-11-22 Hikari Kobayashi METHOD FOR MANUFACTURING SILICON FINE PARTICLE, AND Si INK, SOLAR CELL AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SILICON FINE PARTICLE
WO2013027686A1 (en) 2011-08-22 2013-02-28 Kachi Naoyoshi Composite active material for lithium secondary batteries and method for producing same
WO2015097974A1 (en) 2013-12-25 2015-07-02 株式会社豊田自動織機 Negative electrode active material, method for producing same and electricity storage device
WO2015189926A1 (en) 2014-06-11 2015-12-17 小林 光 Negative electrode material for lithium ion batteries, lithium ion battery, method and apparatus for producing negative electrode for lithium ion batteries, and method and apparatus for producing negative electrode material for lithium ion batteries

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5494343B2 (en) * 2010-08-12 2014-05-14 日立化成株式会社 Negative electrode material for lithium secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP6914615B2 (en) * 2016-04-06 2021-08-04 日新化成株式会社 Methods for manufacturing negative electrode materials for lithium-ion batteries, lithium-ion batteries, negative electrode materials for lithium-ion batteries, and their manufacturing equipment.

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060234127A1 (en) 2003-06-25 2006-10-19 Kim You M Anode material for lithium secondary cell with high capacity
JP2006525625A (en) 2003-06-25 2006-11-09 エルジー・ケム・リミテッド High capacity anode material for lithium secondary battery
JP2012229146A (en) 2011-04-27 2012-11-22 Hikari Kobayashi METHOD FOR MANUFACTURING SILICON FINE PARTICLE, AND Si INK, SOLAR CELL AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SILICON FINE PARTICLE
WO2013027686A1 (en) 2011-08-22 2013-02-28 Kachi Naoyoshi Composite active material for lithium secondary batteries and method for producing same
US20140227600A1 (en) 2011-08-22 2014-08-14 Naoyoshi KACHI Composite active material for lithium secondary batteries and method for producing same
WO2015097974A1 (en) 2013-12-25 2015-07-02 株式会社豊田自動織機 Negative electrode active material, method for producing same and electricity storage device
WO2015189926A1 (en) 2014-06-11 2015-12-17 小林 光 Negative electrode material for lithium ion batteries, lithium ion battery, method and apparatus for producing negative electrode for lithium ion batteries, and method and apparatus for producing negative electrode material for lithium ion batteries

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024150525A (en) * 2016-04-06 2024-10-23 日新化成株式会社 Anode material for lithium ion battery, lithium ion battery, method for manufacturing anode material for lithium ion battery and manufacturing device thereof

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