JP7632757B2 - Composite particles, method for producing composite particles, negative electrode active material for secondary battery, negative electrode and secondary battery - Google Patents
Composite particles, method for producing composite particles, negative electrode active material for secondary battery, negative electrode and secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP7632757B2 JP7632757B2 JP2024529986A JP2024529986A JP7632757B2 JP 7632757 B2 JP7632757 B2 JP 7632757B2 JP 2024529986 A JP2024529986 A JP 2024529986A JP 2024529986 A JP2024529986 A JP 2024529986A JP 7632757 B2 JP7632757 B2 JP 7632757B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- negative electrode
- composite
- group
- composite particle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
- C01B33/32—Alkali metal silicates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明は、複合粒子、複合粒子の製造方法、当該複合粒子を含む二次電池用負極活物質、当該負極活物質を含む負極、及び当該負極を含む二次電池に関する。The present invention relates to composite particles, a method for producing the composite particles, a negative electrode active material for a secondary battery comprising the composite particles, a negative electrode comprising the negative electrode active material, and a secondary battery comprising the negative electrode.
エネルギー需要の環境対応から、電気自動車(EV)への展開が急速に進んでおり、リチウムイオン電池(LIB)の利用範囲が拡大している。LIB負極材料の主流である黒鉛では理論容量密度(372mAh/g)が低く、電池容量向上のため、珪素、錫、ならびに酸化物を用いた高容量活物質の開発が活発に行われている。しかしながら、これらの材料はリチウムイオンの吸蔵、放出に伴って体積膨張および収縮が大きいため充放電の繰り返しによって活物質が微粉化することで充放電特性が悪くなるという課題がある。 In response to environmental concerns about energy demand, the use of lithium-ion batteries (LIBs) is expanding as they are rapidly deployed in electric vehicles (EVs). Graphite, the mainstream LIB anode material, has a low theoretical capacity density (372 mAh/g), so there has been active development of high-capacity active materials using silicon, tin, and oxides to improve battery capacity. However, these materials have a problem in that the volume expands and contracts significantly as they absorb and release lithium ions, and the active material becomes pulverized with repeated charging and discharging, deteriorating the charge and discharge characteristics.
特許文献1には、複数のナノ粒子を含む炭素質マトリックスを含んでなり、前記ナノ粒子は、シリコンコアと、前記シリコンコア上に配置されてSiOx(0<x≦2)を含む酸化膜層と、前記酸化膜層の表面の少なくとも一部を覆ってLiFを含むコーティング層とを含む負極活物質が記載されている。Patent Document 1 describes a negative electrode active material comprising a carbonaceous matrix containing a plurality of nanoparticles, the nanoparticles including a silicon core, an oxide film layer containing SiOx (0<x≦2) disposed on the silicon core, and a coating layer containing LiF covering at least a portion of the surface of the oxide film layer.
特許文献2には、負極活物質粒子を有し、該負極活物質粒子はケイ素化合物(SiOx:0.5≦x≦1.6)粒子を含有し、前記負極活物質粒子が、少なくともその一部を炭素材で被覆されるとともに、Li2SiO3及びLi2Si2O5から選ばれる1種類以上を含み、前記負極活物質粒子をCu-Kα線を用いたX線回折により測定したときに、該X線回折により得られるSi結晶構造に帰属する2θ=28.4°付近のピークの強度Iaと、該X線回折により得られるLi2SiO3に帰属するピークのピーク強度Ibと、該X線回折により得られるLi2Si2O5に帰属するピークのピーク強度Icが、Ib/Ia≦4.8を満たし、かつ、Ic/Ia≦6.0を満たすものである非水電解質二次電池用負極活物質が記載されている。 Patent Document 2 describes a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which has negative electrode active material particles, the negative electrode active material particles containing silicon compound (SiOx: 0.5≦x≦1.6) particles, at least a portion of the negative electrode active material particles being coated with a carbon material and containing one or more types selected from Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 , and when the negative electrode active material particles are measured by X-ray diffraction using Cu-Kα rays, the intensity Ia of a peak attributable to a Si crystal structure obtained by the X-ray diffraction at about 2θ=28.4°, the peak intensity Ib of a peak attributable to Li 2 SiO 3 obtained by the X-ray diffraction, and the peak intensity Ic of a peak attributable to Li 2 Si 2 O 5 obtained by the X-ray diffraction satisfy Ib/Ia≦4.8 and Ic/Ia≦6.0.
特許文献3には、Si-O-C-Li複合体であって、ナノケイ素と、ケイ素酸素リチウム化合物と、カーボンコーティングとを含み、前記ケイ素酸素リチウム化合物は部分的に結晶化したものであり、前記複合体が酸化ケイ素を更に含み、前記複合体は、ナノケイ素がケイ素酸素リチウム化合物に分散して融合粒子を形成し、前記融合粒子が海島状の形式で酸化ケイ素からなるマトリックスに分散して複合粒子を形成し、前記カーボンコーティングが前記複合粒子の表面に被覆された構造となる、複合体が記載されている。Patent Document 3 describes a Si-O-C-Li composite comprising nanosilicon, a silicon-oxygen-lithium compound, and a carbon coating, the silicon-oxygen-lithium compound being partially crystallized, the composite further comprising silicon oxide, the composite comprising nanosilicon dispersed in the silicon-oxygen-lithium compound to form fused particles, the fused particles dispersed in a sea-island format in a matrix of silicon oxide to form composite particles, and a structure in which the carbon coating is coated on the surfaces of the composite particles.
しかしながら、上記特許文献1に記載の負極活物質は、Si粒子にLiFをコーティングしており、これではリチウムイオンの吸蔵、放出に伴うシリコン膨張に耐えられないことがある。このようなSi膨張抑制のためにはマトリックス相などの構造を持たせる必要があると考えれられる。However, the negative electrode active material described in the above Patent Document 1 is made by coating Si particles with LiF, which may not be able to withstand the silicon expansion that accompanies the absorption and release of lithium ions. In order to suppress such Si expansion, it is thought that it is necessary to provide a structure such as a matrix phase.
上記特許文献2の負極活物質では、性能を向上させるためにLiを内部まで十分拡散される必要があるが、これにはLiの添加量を増やさなければならない。Liの添加量を増やした場合、コストアップに繋がり、また、大気中で長時間保管した際に二次電池としたときの初期効率が低下することがある。そのため、Liの添加量を極力減らすことが好ましい。また、性能向上のためには、少ないLi量で活物質の構造を制御する必要がある。具体的には、活物質表面に選択的に存在する方が好ましく、これによって電解液との表面副反応が抑制され電池性能が向上する。In the negative electrode active material of Patent Document 2, Li needs to be sufficiently diffused to the inside to improve performance, but this requires an increased amount of Li to be added. Increasing the amount of Li added leads to increased costs and may reduce the initial efficiency of a secondary battery when stored in air for a long period of time. For this reason, it is preferable to reduce the amount of Li added as much as possible. In addition, in order to improve performance, it is necessary to control the structure of the active material with a small amount of Li. Specifically, it is preferable for Li to be selectively present on the surface of the active material, which suppresses surface side reactions with the electrolyte and improves battery performance.
上記特許文献3に記載の複合体は、シリコンをケイ素酸素リチウム化合物および酸化ケイ素、炭素コーティングで覆うのみであり、これではSiの膨張抑制に耐えられない。また、特許文献3には、「得られた複合体は構造が安定し、空気等の成分が粒子内部に侵入して活性成分が失効することを効果的に回避することができ、長期間保存されても構造と性質が劣化しない」と記載されているが、これは実施例などで定量的な評価により実証されている訳ではなく、必ずしも上記のような長期保存による品質安定性があるとは言えない。The composite described in Patent Document 3 only covers silicon with a silicon-oxy-lithium compound, silicon oxide, and a carbon coating, which cannot withstand the expansion inhibition of silicon. Patent Document 3 also describes that "the obtained composite has a stable structure, and can effectively prevent components such as air from penetrating the inside of the particles and causing the active ingredient to become ineffective, and the structure and properties do not deteriorate even when stored for a long period of time," but this has not been substantiated by quantitative evaluation in the examples, and it cannot necessarily be said that the quality is stable even when stored for a long period of time as described above.
上記特許文献1~3に記載の従来技術では、Si粒子の周囲にSiO2やLixSiyOzのみ存在する構造であり、これではSiの膨張抑制が十分でないことがある。充放電特性改善のためには、活物質内部の金属元素濃度を制御する必要があり、更には電解液との表面副反応抑制のためには、活物質表面の構造制御が必要である。 In the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 3, only SiO2 or LixSiyOz exists around the Si particles, which may not sufficiently suppress the expansion of Si. In order to improve the charge/discharge characteristics, it is necessary to control the metal element concentration inside the active material, and further, in order to suppress the surface side reaction with the electrolyte, it is necessary to control the structure of the active material surface.
本発明の課題は、電解液との表面副反応や繰り返し充放電時のSi膨張を抑え込み、活物質の初回充放電効率、サイクル特性がより一層向上することのできる複合粒子、複合粒子の製造方法、当該複合粒子を含む二次電池用負極活物質、当該負極活物質を含む負極、及び当該負極を含む二次電池を提供することである。また、Liの添加量を制御することで、大気中で長時間保管した際に二次電池としたときの初期効率などが低下せず、品質が安定した複合粒子、およびこれを含む二次電池用負極活物質を提供することである。The present invention aims to provide composite particles that can suppress surface side reactions with an electrolyte and Si expansion during repeated charging and discharging, and further improve the initial charge-discharge efficiency and cycle characteristics of the active material, a method for producing the composite particles, a negative electrode active material for a secondary battery containing the composite particles, a negative electrode containing the negative electrode active material, and a secondary battery containing the negative electrode. In addition, the present invention aims to provide composite particles and a negative electrode active material for a secondary battery containing the same, which are stable in quality and do not decrease in initial efficiency when used as a secondary battery when stored in air for a long period of time by controlling the amount of Li added.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、充放電においてSiの膨張を抑え込むSi及びO元素を含むマトリックス相と特定の金属シリケートを含む複合粒子の構造体を作製することを見出した。さらに、この金属シリケートの金属部の濃度を制御し、選択的に金属元素を分布させることで、表面の副反応を抑制し、充放電性能の改善に至ることを見出した。As a result of intensive research to solve the above problems, the inventors have discovered that it is possible to prepare a composite particle structure containing a specific metal silicate and a matrix phase containing Si and O elements that suppresses the expansion of Si during charging and discharging. Furthermore, they have discovered that by controlling the concentration of the metal portion of this metal silicate and selectively distributing the metal elements, it is possible to suppress side reactions on the surface, leading to improved charging and discharging performance.
本発明は、下記の態様を有する。
[1] 少なくとも1つ以上のシリコン粒子と、前記シリコン粒子の外側にSi及びO元素を含有するマトリクス相を有し、さらにシリケート化合物を含有し、前記シリケート化合物が、Li、K、Na、Ca、MgおよびAlから成る群から選ばれる少なくとも一種の金属元素を含む複合粒子。
[2] 前記金属元素の金属イオン元素濃度が前記複合粒子の全体元素において0.1~40.0atom%である[1]に記載の複合粒子。
[3] 前記複合粒子の表面部から内部方向30%の領域に存在する全元素に対する金属イオン元素の比率Aとそれ以外の領域に存在する全元素に対する金属イオン元素の比率Bとしたとき、金属イオン元素存在割合が、0.5<A/(A+B)<1.0を満たす[1]または[2]に記載の複合粒子。
[4] 前記シリケート化合物がLi元素を含む[1]~[3]のいずれか1つに記載の複合粒子。
[5] 前記シリケート化合物が、LixSiyOz(ただし、x,y,zは0より大きい整数)で表記される結晶構造を含む[1]~[4]のいずれか1つに記載の複合粒子。
[6] 前記シリケート化合物が、LixSiyOz(x+4y-2z=0を満たす)で表記される結晶構造を含む[1]~[5]のいずれか1つに記載の複合粒子。
[7] 前記シリケート化合物が、Li2SiO3、Li4SiO4、及びLi2Si2O5から成る群から選ばれる少なくとも一種である結晶構造を含む[1]~[6]のいずれか1つに記載の複合粒子。
[8] 前記Li元素が複合粒子の全体質量に対して、20質量%以下である[1]~[7]のいずれか1つに記載の複合粒子。
[9] 前記シリコン粒子のX線回折スペクトルにおけるシリコン粒子(111)面に対応するピーク強度CとLi2SiO3のX線回折スペクトルにおける(111)面に対応するピーク強度Dが0<D/C≦0.6を満たす[1]~[8]のいずれか1つに記載の複合粒子。
[10] 前記シリコン粒子のX線回折スペクトルにおける2θがシリコン粒子の(111)面に対応するピークにおいて、結晶子サイズxが10nm<x<30nmであり、Li2SiO3の(111)面に対応するX線回折ピークにおいて、結晶子サイズyが1nm<y<40nmを満たす[1]~[9]のいずれか1つに記載の複合粒子。
[11] 平均粒径xが1μm<x<15μmであり、比表面積nが0.1m2/g<n<20m2/gである[1]~[10]のいずれか1つの複合粒子。
[12] 前記マトリクス相がSi及びO元素、とともにC元素を含有する[1]~[11]のいずれか1つの複合粒子。
[13] 下記工程1及び工程2を含む、[1]~[12]のいずれか1つの複合粒子の製造方法。
工程1:シリコン粒子を含むポリシロキサン樹脂由来の中間体に、Li、K、Na、Ca、MgおよびAlから成る群から選ばれる少なくとも一種の金属元素化合物を混合する工程
工程2:非酸素雰囲気下900℃以下で焼成する工程
[14] [1]~[12]のいずれか1つに記載の複合粒子を含む二次電池用負極活物質。
[15] [14]に記載の二次電池用負極活物質を含む負極。
[16] [15]に記載の負極を含む二次電池。
The present invention has the following aspects.
[1] Composite particles comprising at least one silicon particle and a matrix phase containing Si and O elements outside the silicon particle, and further containing a silicate compound, the silicate compound containing at least one metal element selected from the group consisting of Li, K, Na, Ca, Mg, and Al.
[2] The composite particle according to [1], wherein the metal ion element concentration of the metal element is 0.1 to 40.0 atom % based on the total elements of the composite particle.
[3] The composite particle according to [1] or [2], wherein when a ratio A of a metal ion element to all elements present in a region of 30% inward from the surface of the composite particle is taken as a ratio B of a metal ion element to all elements present in the other region, the metal ion element abundance ratio satisfies 0.5<A/(A+B)<1.0.
[4] The composite particle according to any one of [1] to [3], wherein the silicate compound contains Li element.
[5] The composite particle according to any one of [1] to [4], wherein the silicate compound has a crystal structure represented by LixSiyOz (wherein x, y, and z are integers greater than 0).
[6] The composite particle according to any one of [1] to [5], wherein the silicate compound has a crystal structure represented by LixSiyOz (where x+4y-2z=0).
[7] The composite particle according to any one of [1] to [6], wherein the silicate compound has a crystal structure of at least one selected from the group consisting of Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 , and Li 2 Si 2 O 5.
[8] The composite particle according to any one of [1] to [7], wherein the Li element is 20 mass % or less based on the total mass of the composite particle.
[9] The composite particle according to any one of [1] to [8], wherein a peak intensity C corresponding to the (111) plane of the silicon particle in the X-ray diffraction spectrum of the silicon particle and a peak intensity D corresponding to the (111) plane in the X-ray diffraction spectrum of Li 2 SiO 3 satisfy 0<D/C≦0.6.
[10] The composite particle according to any one of [1] to [9], wherein in the X-ray diffraction spectrum of the silicon particle, at a peak where 2θ corresponds to the (111) plane of the silicon particle, the crystallite size x satisfies 10 nm < x < 30 nm, and in the X-ray diffraction peak where 2θ corresponds to the (111) plane of Li 2 SiO 3 , the crystallite size y satisfies 1 nm < y < 40 nm.
[11] The composite particles according to any one of [1] to [10], wherein the average particle diameter x is 1 μm<x<15 μm and the specific surface area n is 0.1 m 2 /g<n<20 m 2 /g.
[12] The composite particle according to any one of [1] to [11], wherein the matrix phase contains Si and O elements as well as C element.
[13] A method for producing a composite particle according to any one of [1] to [12], comprising the following steps 1 and 2:
Step 1: mixing at least one metal element compound selected from the group consisting of Li, K, Na, Ca, Mg, and Al with an intermediate derived from a polysiloxane resin containing silicon particles; and Step 2: firing at 900° C. or less in a non-oxygen atmosphere. [14] A negative electrode active material for secondary batteries comprising the composite particles according to any one of [1] to [12].
[15] A negative electrode comprising the negative electrode active material for a secondary battery according to [14].
[16] A secondary battery comprising the negative electrode according to [15].
本発明の複合粒子は、表面副反応を抑制することができ、二次電池における容量維持率や初回クーロン効率といった充放電性能を高く維持できる。また、本発明の複合粒子は、大気中で長時間保管した際に二次電池としたときの初期効率などが低下せず、品質安定性を有する。The composite particles of the present invention can suppress surface side reactions and can maintain high charge/discharge performance such as capacity retention rate and initial coulombic efficiency in secondary batteries. In addition, the composite particles of the present invention have quality stability and do not decrease in initial efficiency when used as a secondary battery when stored in air for a long period of time.
以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。
なお、本明細書において、「質量」は「重量」と同義である。また、本明細書において数値範囲を示す「~」とは、特段の定めがない限り、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In this specification, "mass" is synonymous with "weight." Furthermore, in this specification, the term "to" indicating a range of values is used to mean that the values before and after the range are included as the lower and upper limits, unless otherwise specified.
[複合粒子]
本実施形態の複合粒子は、少なくとも1つ以上のシリコン粒子と、当該シリコン粒子の外側にSi及びO元素を含有するマトリクス相を有し、さらにシリケート化合物を含有し、上記シリケート化合物が、Li、K、Na、Ca、MgおよびAlから成る群から選ばれる少なくとも一種の金属元素を含む。
本実施形態の複合粒子は、複数のシリコン粒子がマトリックス相に分散して埋没した状態となっており、さらに上記のシリケート化合物が成分として分布して存在することを特徴としている。シリケート化合物は、シリケート層としてマトリクス相の外部に存在していてもよく、シリコン粒子やマトリクス相の内部に存在していてもよく、その両方であってもよい。
[Composite particles]
The composite particle of the present embodiment has at least one silicon particle and a matrix phase containing Si and O elements outside the silicon particle, and further contains a silicate compound, and the silicate compound contains at least one metal element selected from the group consisting of Li, K, Na, Ca, Mg, and Al.
The composite particle of the present embodiment is characterized in that a plurality of silicon particles are dispersed and embedded in a matrix phase, and further in that the silicate compound is distributed as a component. The silicate compound may be present outside the matrix phase as a silicate layer, or may be present inside the silicon particles or the matrix phase, or may be both.
(シリコン粒子)
本実施形態の複合粒子におけるシリコン粒子は、0価のケイ素から構成され、平均粒径が300nm以下である。シリコン粒子の平均粒径は、好ましくは5nm~300nm、より好ましくは20nm~250nm、さらに好ましくは50nm~200nmである。シリコン粒子の平均粒径がこの範囲にあると、二次電池における容量維持率や初回クーロン効率といった充放電性能を高く維持できる。
なお、シリコン粒子の平均粒径は、本実施形態の複合粒子をTEM観察し、5万倍率のTEM画像から任意に選んだシリコン粒子50個の粒径の平均値を求めることによって得られる。
(Silicon particles)
The silicon particles in the composite particles of this embodiment are composed of zero-valent silicon and have an average particle size of 300 nm or less. The average particle size of the silicon particles is preferably 5 nm to 300 nm, more preferably 20 nm to 250 nm, and even more preferably 50 nm to 200 nm. When the average particle size of the silicon particles is within this range, the charge/discharge performance, such as the capacity retention rate and the initial coulombic efficiency, of the secondary battery can be maintained at a high level.
The average particle size of the silicon particles can be obtained by observing the composite particles of this embodiment with a TEM and calculating the average particle size of 50 silicon particles randomly selected from the TEM image at a magnification of 50,000.
本実施形態の複合粒子を構成するシリコン粒子は、X線回折スペクトルにおけるシリコン粒子の(111)面に対応するピーク強度CとLi2SiO3のX線回折スペクトルにおける(111)面に対応するピーク強度Dが0<D/C≦0.6を満たすことが好ましい。ピーク強度の範囲は0.05<D/C≦0.5がより好ましい。このピーク強度の範囲を満たすと、二次電池における容量維持率や初回クーロン効率といった充放電性能を高く維持できる。 The silicon particles constituting the composite particles of this embodiment preferably satisfy the following relationship: peak intensity C corresponding to the (111) plane of the silicon particles in the X-ray diffraction spectrum and peak intensity D corresponding to the (111) plane in the X-ray diffraction spectrum of Li 2 SiO 3 are 0<D/C≦0.6. The peak intensity range is more preferably 0.05<D/C≦0.5. When this peak intensity range is satisfied, the charge/discharge performance such as the capacity retention rate and the initial coulombic efficiency in the secondary battery can be maintained at a high level.
上記X線回折スペクトルにおける2θがシリコン結晶構造の(111)面に対応するピークにおいて、ピーク半値幅を用いたScherrer式計算で得られる結晶子サイズxが10nm<x<30nmであり、Li2SiO3の(111)面に対応するX線回折ピークにおいて、結晶子サイズyが1nm<y<40nmであることが好ましい。結晶子サイズがこの範囲を満たすと、二次電池における容量維持率や初回クーロン効率といった充放電性能を高く維持できる。 In the peak where 2θ in the X-ray diffraction spectrum corresponds to the (111) plane of the silicon crystal structure, the crystallite size x obtained by Scherrer's calculation using the peak half-width is preferably 10 nm<x<30 nm, and in the X-ray diffraction peak corresponding to the (111) plane of Li 2 SiO 3 , the crystallite size y is preferably 1 nm<y<40 nm. When the crystallite size satisfies this range, the charge/discharge performance such as the capacity retention rate and the initial coulombic efficiency in the secondary battery can be maintained at a high level.
上記シリコン粒子の比表面積は、充放電容量と初回クーロン効率及びサイクル特性の観点から、50m2/g~400m2/gが好ましく、100m2/g~300m2/gがより好ましく、150m2/g~230m2/gがさらに好ましい。比表面積は、BET法により求めた値であり、窒素ガス吸着測定により求めることができ、例えば比表面積測定装置を用いて測定することができる。また、シリコン粒子上の有機付着物を除去するため、比表面積測定の前に窒素雰囲気中、500℃・2時間熱処理することが好ましい。 From the viewpoint of charge/discharge capacity, initial coulombic efficiency, and cycle characteristics, the specific surface area of the silicon particles is preferably 50 m 2 /g to 400 m 2 /g, more preferably 100 m 2 /g to 300 m 2 /g, and even more preferably 150 m 2 /g to 230 m 2 /g. The specific surface area is a value determined by the BET method, and can be determined by nitrogen gas adsorption measurement, for example, by using a specific surface area measuring device. In addition, in order to remove organic deposits on the silicon particles, it is preferable to perform a heat treatment at 500°C for 2 hours in a nitrogen atmosphere before measuring the specific surface area.
上記シリコン粒子は、その形態が特に限定されず、例えば、粒状、針状、フレーク状のいずれかであってもよいが、二次電池としたときの充放電性能の観点から、長軸方向の長さは30nm~300nmが好ましく、厚みは1nm~60nmが好ましい。二次電池としたときの充放電性能の観点から、長さに対する厚みの比である、いわゆるアスペクト比が0.5以下である針状またはフレーク状の形状が好ましい。
シリコン粒子の形態は、動的光散乱法で平均粒径の測定が可能であるが、透過型電子顕微鏡(TEM)や電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)の解析手段を用いることで、アスペクト比のサンプルをより容易かつ精密に同定することができる。シリコン粒子の場合は、サンプルを集束イオンビーム(FIB)で切断して断面をFE-SEM観察することができ、またはサンプルをスライス加工してTEM観察により状態を同定することができる。なお、シリコン粒子のアスペクト比は、TEM画像に映る視野内のサンプルの主要部分50粒子をベースにした計算結果である。
The silicon particles are not particularly limited in shape and may be, for example, granular, needle-like, or flaky, but from the viewpoint of charge/discharge performance when used as a secondary battery, the length in the major axis direction is preferably 30 nm to 300 nm, and the thickness is preferably 1 nm to 60 nm. From the viewpoint of charge/discharge performance when used as a secondary battery, a needle-like or flaky shape having an aspect ratio, which is the ratio of thickness to length, of 0.5 or less is preferred.
The morphology of silicon particles can be measured by the average particle size using dynamic light scattering, but the aspect ratio of the sample can be more easily and precisely identified by using analytical means such as a transmission electron microscope (TEM) or a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). In the case of silicon particles, the sample can be cut with a focused ion beam (FIB) and the cross section can be observed with a FE-SEM, or the sample can be sliced and the state can be identified by TEM observation. The aspect ratio of silicon particles is a calculation result based on the main part of 50 particles of the sample within the field of view of the TEM image.
(マトリクス相)
上記シリコン粒子の外部に存在するマトリクス相は、Si元素及びO元素を少なくとも含有する。上記マトリクス相は、SiOx(1<x<2)で表される組成を有することが好ましく、さらに炭素質(C元素)を成分として含むことが好ましい。
上記マトリクス相は、珪素元素と酸素元素を少なくとも含む、珪素-酸素骨格の三次元ネットワーク構造である。また、珪素元素と炭素元素と酸素元素を含み、珪素-酸素-炭素骨格の三次元ネットワーク構造であることが好ましい。この珪素-酸素-炭素骨格の三次元ネットワーク構造は、比較的化学安定性が高く、炭素(炭素質の相)との複合構造をとり、リチウムの吸蔵および放出に対して体積変化が小さい。特にマトリクス相の三次元ネットワーク構造がシリコンオキシカーバイド(SiOC)の構造を含有することが好ましい。この三次元ネットワーク構造は、珪素元素と炭素元素と酸素元素以外に窒素元素を有していてもよい。
(Matrix phase)
The matrix phase present outside the silicon particles contains at least the elements Si and O. The matrix phase preferably has a composition represented by SiOx (1<x<2), and further preferably contains carbonaceous matter (C element) as a component.
The matrix phase is a three-dimensional network structure of a silicon-oxygen skeleton containing at least silicon and oxygen elements. It is also preferable that the matrix phase contains silicon, carbon, and oxygen elements and is a three-dimensional network structure of a silicon-oxygen-carbon skeleton. This three-dimensional network structure of a silicon-oxygen-carbon skeleton has relatively high chemical stability, has a composite structure with carbon (carbonaceous phase), and exhibits small volumetric change with respect to the absorption and release of lithium. In particular, it is preferable that the three-dimensional network structure of the matrix phase contains a silicon oxycarbide (SiOC) structure. This three-dimensional network structure may contain a nitrogen element in addition to silicon, carbon, and oxygen elements.
(シリケート化合物)
上記シリケート化合物は一般に1個または数個のケイ素原子を中心とし、電気陰性な配位子がこれを取り囲んだ構造を持つアニオンを含む化合物であり、Li、K、Na、Ca、MgおよびAlから成る群から選ばれる少なくとも一種の金属(元素)を含むシリケート化合物は、これらの金属とアニオンを含む化合物との塩である。
(Silicate Compound)
The silicate compounds are generally compounds containing anions having a structure in which one or more silicon atoms are at the center and electronegative ligands surround the silicon atoms, and the silicate compounds containing at least one metal (element) selected from the group consisting of Li, K, Na, Ca, Mg, and Al are salts of these metals and compounds containing anions.
上記アニオンを含む化合物としては、例えばオルトケイ酸イオン(SiO4 4-)、メタケイ酸イオン(SiO3 2-)、ピロケイ酸イオン(Si2O7 6-)、環状ケイ酸イオン(Si3O9 6-またはSi6O18 12-)等のケイ酸イオンが挙げられる。 Examples of compounds containing the above anions include silicate ions such as orthosilicate ion (SiO 4 4− ), metasilicate ion (SiO 3 2− ), pyrosilicate ion (Si 2 O 7 6− ), and cyclic silicate ion (Si 3 O 9 6− or Si 6 O 18 12− ).
上記シリケート化合物は、リチウムシリケート化合物、マグネシウムシリケート化合物、またはナトリウムシリケート化合物であることが好ましく、リチウムシリケート化合物、またはマグネシウムシリケート化合物がより好ましく、リチウムシリケート化合物であることが特に好ましい。The silicate compound is preferably a lithium silicate compound, a magnesium silicate compound, or a sodium silicate compound, more preferably a lithium silicate compound or a magnesium silicate compound, and particularly preferably a lithium silicate compound.
リチウムシリケート化合物としては、LixSiyOz(ただし、x,y,zは0より大きい整数)で表記される結晶構造を含むことが好ましく、LixSiyOz(x+4y-2z=0)で表記される結晶構造を含むことがより好ましい。このようなリチウムシリケート化合物としては、例えばメタケイ酸リチウム(Li2SiO3、Li2Si2O5、Li4SiO4)が挙げられ、リチウムシリケート化合物が、Li2SiO3、Li4SiO4、及びLi2Si2O5から成る群から選ばれる少なくとも一種の結晶構造を含むことが好ましい。 The lithium silicate compound preferably contains a crystal structure represented by Li x Si y O z (where x, y, and z are integers greater than 0), and more preferably contains a crystal structure represented by Li x Si y O z (x+4y-2z=0). Examples of such lithium silicate compounds include lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 , Li 2 Si 2 O 5 , Li 4 SiO 4 ), and it is preferable that the lithium silicate compound contains at least one crystal structure selected from the group consisting of Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 , and Li 2 Si 2 O 5 .
マグネシウムシリケート化合物としては、例えばメタケイ酸マグネシウム(MgSiO3、Mg2SiO4)が挙げられる。 The magnesium silicate compound may, for example, be magnesium metasilicate (MgSiO 3 , Mg 2 SiO 4 ).
また、ナトリウムシリケート化合物としては、例えばメタケイ酸ナトリウム(Na2SiO3、Na4SiO4、Na2Si2O5、Na2Si4O9)が挙げられる。 Examples of sodium silicate compounds include sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 , Na 4 SiO 4 , Na 2 Si 2 O 5 , Na 2 Si 4 O 9 ).
上記シリケート化合物は、上記金属の2種以上を有していてもよい。2種以上の金属を有する場合、一つのケイ酸イオンが複数種の金属を有していてもよいし、異なる金属を有するシリケート化合物の混合物であってもよい。また、シリケート化合物は、上記金属以外の他の金属を有してもよい。シリケート化合物は、結晶状態の場合、粉末X線回折測定(XRD)で検出することができ、非晶質の場合は、固体29Si-NMR測定で確認することができる。 The silicate compound may have two or more of the above metals. When two or more metals are contained, one silicate ion may have a plurality of metals, or a mixture of silicate compounds having different metals may be used. The silicate compound may also have a metal other than the above metals. When the silicate compound is in a crystalline state, it can be detected by powder X-ray diffraction measurement (XRD), and when it is amorphous, it can be confirmed by solid-state 29Si -NMR measurement.
上記金属元素の含有量は、複合粒子の全体質量に対して、好ましくは25質量%以下、より好ましくは0.1~20質量%、さらに好ましくは0.2~18質量%、特に好ましくは0.3~15質量%である。金属元素の含有量がこの範囲であると、複合粒子の表面副反応を抑制し、二次電池としたときの充放電性能をより向上させることができる。複合粒子内に金属元素が金属イオンとして一部のみに局在化せず、均一に分散(分布)していることが好ましい。金属元素の含有量は、例えばオージェ電子分光法(AES)、ICP-OES分析装置で測定することができる。The content of the above metal elements is preferably 25% by mass or less, more preferably 0.1 to 20% by mass, even more preferably 0.2 to 18% by mass, and particularly preferably 0.3 to 15% by mass, based on the total mass of the composite particles. When the content of the metal elements is within this range, surface side reactions of the composite particles can be suppressed, and the charge/discharge performance when used as a secondary battery can be further improved. It is preferable that the metal elements are uniformly dispersed (distributed) within the composite particles, rather than being localized as metal ions in only a few areas. The content of the metal elements can be measured, for example, by Auger electron spectroscopy (AES) or an ICP-OES analyzer.
上記シリケート化合物は、Li元素を含むことが好ましく、Li元素の含有量は、複合粒子の全体質量に対して、好ましくは20質量%以下、より好ましくは0.1~19質量%、さらに好ましくは0.2~17質量%、特に好ましくは0.3~15質量%である。Li元素の含有量がこの範囲であると、複合粒子の表面副反応を抑制し、二次電池としたときの充放電性能をより向上させることができる。The silicate compound preferably contains Li element, and the content of Li element is preferably 20 mass% or less, more preferably 0.1 to 19 mass%, even more preferably 0.2 to 17 mass%, and particularly preferably 0.3 to 15 mass%, relative to the total mass of the composite particle. When the content of Li element is within this range, surface side reactions of the composite particle can be suppressed, and the charge/discharge performance when formed into a secondary battery can be further improved.
本実施形態の複合粒子では、複合粒子の全体元素において、金属元素の金属イオン元素濃度が0.1~40.0atom%であることが好ましく、0.3~35.0atom%がより好ましく、0.5~30.0atom%が特に好ましい。金属イオン元素濃度がこの範囲であると、複合粒子の表面の副反応を抑制し、二次電池としたときの充放電性能をより向上させることができる。金属元素の金属イオン元素濃度も、例えばオージェ電子分光法(AES)で測定することができる。In the composite particle of this embodiment, the metal ion element concentration of the metal element in the total elements of the composite particle is preferably 0.1 to 40.0 atom%, more preferably 0.3 to 35.0 atom%, and particularly preferably 0.5 to 30.0 atom%. When the metal ion element concentration is within this range, side reactions on the surface of the composite particle can be suppressed, and the charge/discharge performance when used as a secondary battery can be further improved. The metal ion element concentration of the metal element can also be measured, for example, by Auger electron spectroscopy (AES).
本実施形態の複合粒子において、上記金属イオン元素の濃度勾配が存在していてもよく、複合粒子の内部より表面部の濃度が高いことが好ましい。具体的には、複合粒子の表面部から内部方向30%の領域に存在する全元素に対する金属イオン元素の比率Aと、それ以外の領域に存在する全元素に対する金属イオン元素の比率Bとしたとき、金属イオン元素存在割合が、0.5<A/(A+B)<1.0を満たすことが好ましい。金属イオン元素存在割合は、0.6<A/(A+B)<0.99がより好ましく、0.7<A/(A+B)<0.98がさらに好ましい。金属イオン元素存在割合がこの範囲であると、表面の副反応を抑制し、二次電池としたときの充放電性能をより向上させることができる。In the composite particle of this embodiment, a concentration gradient of the metal ion element may exist, and it is preferable that the concentration of the surface part is higher than that of the inside of the composite particle. Specifically, when the ratio A of the metal ion element to all elements present in the region 30% in the inward direction from the surface part of the composite particle is taken as the ratio B of the metal ion element to all elements present in the other region, it is preferable that the metal ion element abundance ratio satisfies 0.5<A/(A+B)<1.0. The metal ion element abundance ratio is more preferably 0.6<A/(A+B)<0.99, and even more preferably 0.7<A/(A+B)<0.98. When the metal ion element abundance ratio is within this range, side reactions on the surface can be suppressed, and the charge/discharge performance when used as a secondary battery can be further improved.
本実施形態の複合粒子は、その平均粒径xが、好ましくは1μm<x<15μm、より好ましくは2μm<x<13μmであり、さらに好ましくは3μm<x<10μmである。また、比表面積nは、好ましくは0.1m2/g<n<20m2/g、より好ましくは0.5m2/g<n<18m2/gであり、さらに好ましくは0.7m2/g<n<15m2/gである。
複合粒子の平均粒径および比表面積がこの範囲であると、表面の副反応を抑制し、二次電池としたときの充放電性能をより向上させることができる。特に平均粒径xが1μm<x<15μmであり、比表面積nが0.1m2/g<n<20m2/gであることが好ましい。
The composite particles of this embodiment have an average particle size x of preferably 1 μm<x<15 μm, more preferably 2 μm<x<13 μm, and even more preferably 3 μm<x<10 μm, and a specific surface area n of preferably 0.1 m 2 /g<n<20 m 2 /g, more preferably 0.5 m 2 /g<n<18 m 2 /g, and even more preferably 0.7 m 2 /g<n<15 m 2 /g.
When the average particle diameter and specific surface area of the composite particles are within these ranges, side reactions on the surface can be suppressed and the charge/discharge performance of the secondary battery can be further improved. In particular, it is preferable that the average particle diameter x is 1 μm<x<15 μm and the specific surface area n is 0.1 m 2 /g<n<20 m 2 /g.
[二次電池用負極活物質]
本実施形態の二次電池用負極活物質は、上記本実施形態の複合粒子を含む。本実施形態の複合粒子自体が負極活物質としての性能を有するが、二次電池用負極活物質は、複合粒子以外の成分を有していてもよい。
[Negative electrode active material for secondary batteries]
The negative electrode active material for a secondary battery of this embodiment includes the composite particles of this embodiment. The composite particles of this embodiment themselves have the performance as a negative electrode active material, but the negative electrode active material for a secondary battery may contain components other than the composite particles.
上記二次電池用負極活物質は、複合粒子の表面に炭素層が存在していてもよい。つまり、複合粒子表面の少なくとも一部に炭素被膜を有していてもよい。炭素層(炭素被膜)は、中でも低結晶性炭素からなる被膜が好ましい。炭素層(炭素被膜)の量は、化学安定性や熱安定性の改善の観点から、二次電池用複合活物質の質量を100質量%として、0.1質量%以上30質量%以下が好ましく、1質量%以上25質量%以下がより好ましく、5質量%以上20質量%以下がさらに好ましい。二次電池用複合活物質は、炭素層(炭素被膜)をその表面に連続的に有しても断続的に有してもよい。炭素層(炭素被膜)は化学気相成長法により活物質の表面に存在させるのが好ましい。The negative electrode active material for secondary batteries may have a carbon layer on the surface of the composite particles. That is, at least a part of the surface of the composite particles may have a carbon coating. The carbon layer (carbon coating) is preferably a coating made of low crystalline carbon. From the viewpoint of improving chemical stability and thermal stability, the amount of the carbon layer (carbon coating) is preferably 0.1% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 25% by mass or less, and even more preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less, based on the mass of the composite active material for secondary batteries being 100% by mass. The composite active material for secondary batteries may have a carbon layer (carbon coating) on its surface continuously or intermittently. It is preferable that the carbon layer (carbon coating) is present on the surface of the active material by chemical vapor deposition.
上記二次電池用負極活物質の真密度は、好ましくは1.6g/cm3以上2.6g/cm3以下である。真密度は、得られる二次電池のエネルギー密度を向上させる観点から、1.75g/cm3以上がより好ましく、1.80g/cm3以上がさらに好ましい。真密度は、真密度測定装置を用いて測定された値である。 The true density of the negative electrode active material for secondary batteries is preferably 1.6 g/cm 3 or more and 2.6 g/cm 3 or less. From the viewpoint of improving the energy density of the resulting secondary battery, the true density is more preferably 1.75 g/cm 3 or more, and further preferably 1.80 g/cm 3 or more. The true density is a value measured using a true density measuring device.
上記二次電池用負極活物質の平均粒径は、2μm以上15μm以下が好ましい。平均粒径が2μm以上であると、比表面積の大幅な上昇を抑制でき、二次電池とした時、充放電時にSEIの生成量を抑制することで単位体積当たりの可逆充放電容量を向上できる。また、平均粒径が15μm以下であると、集電体との密着強度が向上することで集電体からの剥離を抑制できる。The average particle size of the negative electrode active material for secondary batteries is preferably 2 μm or more and 15 μm or less. If the average particle size is 2 μm or more, a significant increase in the specific surface area can be suppressed, and when used as a secondary battery, the reversible charge/discharge capacity per unit volume can be improved by suppressing the amount of SEI generated during charging and discharging. In addition, if the average particle size is 15 μm or less, the adhesion strength with the current collector is improved, thereby suppressing peeling from the current collector.
上記二次電池用負極活物質の比表面積は、0.1m2/g以上10m2/g以下が好ましい。比表面積は0.3m2/g以上がより好ましく、0.5m2/g以上が特に好ましい。比表面積が上記範囲であると、電極作製時における溶媒の吸収量を適切に保つことができ、結着性を維持するための結着剤の使用量も適切に保つことができる。なお比表面積は、BET法により求めた値であり、窒素ガス吸着測定により求めることができ、例えば比表面積測定装置を用いて測定することができる。 The specific surface area of the negative electrode active material for secondary batteries is preferably 0.1 m 2 /g or more and 10 m 2 /g or less. The specific surface area is more preferably 0.3 m 2 /g or more, and particularly preferably 0.5 m 2 /g or more. When the specific surface area is in the above range, the amount of solvent absorbed during electrode preparation can be appropriately maintained, and the amount of binder used to maintain binding properties can also be appropriately maintained. The specific surface area is a value determined by the BET method, and can be determined by nitrogen gas adsorption measurement, for example, using a specific surface area measurement device.
[複合粒子の製造方法]
本実施形態の複合粒子の製造方法は、下記工程1及び工程2を含む。
工程1:シリコン粒子を含むポリシロキサン樹脂由来の中間体に、Li、K、Na、Ca、MgおよびAlから成る群から選ばれる少なくとも一種の金属元素化合物を混合する工程
工程2:非酸素雰囲気下900℃以下で焼成する工程
なお、本実施形態の複合粒子は、上記製造方法により得られたものに限定はされない。以下の製造方法の記載は、本実施形態の複合粒子の製造方法の一態様にすぎず、上記工程1及び2以外の工程を含んでいてもよく、工程1及び工程2の順番は、特に限定されない。
[Method of manufacturing composite particles]
The method for producing composite particles of the present embodiment includes the following steps 1 and 2.
Step 1: Mixing at least one metal element compound selected from the group consisting of Li, K, Na, Ca, Mg and Al with an intermediate derived from a polysiloxane resin containing silicon particles. Step 2: Sintering at 900°C or less in a non-oxygen atmosphere. The composite particles of this embodiment are not limited to those obtained by the above manufacturing method. The description of the manufacturing method below is only one aspect of the manufacturing method of the composite particles of this embodiment, and may include steps other than the above steps 1 and 2, and the order of steps 1 and 2 is not particularly limited.
まず、工程1で用いるシリコン粒子は、原料シリコンを湿式粉砕することによって得られる。具体的には、湿式粉砕にて、原料シリコンを有機溶媒等の溶剤に分散してシリコン粒子の分散液であるシリコンスラリーとすることによって得られる。シリコンスラリーは、原料シリコンを湿式粉末粉砕装置にて粉砕しながら調整することができる。原料シリコンの粉砕を促進させるために有機溶媒に分散剤を添加することが好ましい。湿式粉砕装置としてはローラーミル、高速回転粉砕機、容器駆動型ミル、ビーズミルなどが挙げられる。なお、得られたシリコンスラリーにおけるシリコン粒子の平均粒径の好ましい範囲は、上述のとおりである。First, the silicon particles used in step 1 are obtained by wet grinding the raw silicon. Specifically, the raw silicon is dispersed in a solvent such as an organic solvent in the wet grinding to obtain a silicon slurry, which is a dispersion of silicon particles. The silicon slurry can be prepared while grinding the raw silicon in a wet powder grinding device. It is preferable to add a dispersant to the organic solvent to promote the grinding of the raw silicon. Examples of wet grinding devices include roller mills, high-speed rotary grinders, container-driven mills, and bead mills. The preferred range of the average particle size of the silicon particles in the obtained silicon slurry is as described above.
上記有機溶媒としては、例えば、ケトン類のアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン;アルコール類のエタノール、メタノール、ノルマルプロピルアルコール、イソプロピルアルコール;芳香族のベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。 Examples of the above organic solvents include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and diisobutyl ketone; alcohols such as ethanol, methanol, normal propyl alcohol, and isopropyl alcohol; and aromatics such as benzene, toluene, and xylene.
上記分散剤の種類は、水系や非水系の分散剤が挙げられ、非水系分散剤が好ましい。非水系分散剤の種類は、ポリエーテル系、アルコール系、ポリアルキレンポリアミン系、ポリカルボン酸部分アルキルエステル系などの高分子型、多価アルコールエステル系、アルキルポリアミン系などの低分子型、ポリリン酸塩系などの無機型が例示される。シリコンスラリーにおけるシリコン粒子と分散剤との固形分の濃度は、特に限定されないが、溶媒、分散剤およびシリコン粒子の合計量を100質量%として、5質量%から40質量%の範囲が好ましく、10質量%から30質量%がより好ましい。分散剤の添加量は、シリコン粒子の全体質量に対し、2質量から60質量%の範囲が好ましく、5質量%から50質量%がより好ましい。The above-mentioned dispersants include aqueous and non-aqueous dispersants, with non-aqueous dispersants being preferred. Examples of non-aqueous dispersants include polymeric types such as polyethers, alcohols, polyalkylene polyamines, and polycarboxylic acid partial alkyl esters, low molecular weight types such as polyhydric alcohol esters and alkyl polyamines, and inorganic types such as polyphosphates. The solid concentration of the silicon particles and dispersant in the silicon slurry is not particularly limited, but is preferably in the range of 5% to 40% by mass, and more preferably 10% to 30% by mass, with the total amount of the solvent, dispersant, and silicon particles being 100% by mass. The amount of dispersant added is preferably in the range of 2% to 60% by mass, and more preferably 5% to 50% by mass, with respect to the total mass of the silicon particles.
次に、ポリシロキサン化合物と、上記湿式粉砕で得られたシリコンスラリーとを均一に混合させた後、脱溶媒、乾燥、及び高温処理を行うことで、シリコン粒子を含むポリシロキサン樹脂由来の中間体を得る。具体的には、珪素-酸素骨格の三次元ネットワーク構造であるマトリックス相とシリコン粒子とを混ぜて均一化させてから、脱溶媒、乾燥及び高温処理をし、中間体を得る。Next, the polysiloxane compound is mixed uniformly with the silicon slurry obtained by the wet grinding process, and then the process is followed by desolvation, drying, and high-temperature treatment to obtain an intermediate derived from polysiloxane resin containing silicon particles. Specifically, the matrix phase, which is a three-dimensional network structure of a silicon-oxygen skeleton, is mixed with the silicon particles and homogenized, and then the process is followed by desolvation, drying, and high-temperature treatment to obtain an intermediate.
上記ポリシロキサン化合物としては、例えばポリカルボシラン構造、ポリシラザン構造、ポリシラン構造およびポリシロキサン構造を少なくとも1つ含む樹脂が挙げられる。これらの構造のみを含む樹脂であってもよく、これら構造の少なくとも一つをセグメントとして有し、他の重合体セグメントと化学的に結合した複合型樹脂でもよい。複合化の形態はグラフト共重合、ブロック共重合、ランダム共重合、交互共重合などがある。例えば、ポリシロキサンセグメントが重合体セグメントの側鎖に化学的に結合したグラフト構造を有する複合樹脂、重合体セグメントの末端にポリシロキサンセグメントが化学的に結合したブロック構造を有する複合樹脂が挙げられる。Examples of the polysiloxane compound include resins containing at least one of a polycarbosilane structure, a polysilazane structure, a polysilane structure, and a polysiloxane structure. The resin may contain only these structures, or may be a composite resin having at least one of these structures as a segment and chemically bonded to other polymer segments. The form of the composite may be graft copolymerization, block copolymerization, random copolymerization, alternating copolymerization, etc. Examples include a composite resin having a graft structure in which a polysiloxane segment is chemically bonded to the side chain of a polymer segment, and a composite resin having a block structure in which a polysiloxane segment is chemically bonded to the end of a polymer segment.
ポリシロキサンセグメントが、下記一般式(S-1)および/または下記一般式(S-2)で表される構造単位を有するポリシロキサン化合物が好ましい。なかでもポリシロキサン化合物が、シロキサン結合(Si-O-Si)主骨格の側鎖または末端に、カルボキシ基、エポキシ基、アミノ基、またはポリエーテル基を有することがより好ましい。A polysiloxane compound in which the polysiloxane segment has a structural unit represented by the following general formula (S-1) and/or the following general formula (S-2) is preferred. In particular, it is more preferred that the polysiloxane compound has a carboxy group, an epoxy group, an amino group, or a polyether group on the side chain or end of the main siloxane bond (Si-O-Si) skeleton.
なお、上記一般式(S-1)および(S-2)中、R1は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基またはアルキル基、エポキシ基、カルボキシ基などを表す。R2およびR3は、それぞれアルキル基、シクロアルキル基、アリール基またはアラルキル基、エポキシ基、カルボキシ基などを示す。 In the above general formulas (S-1) and (S-2), R1 represents an aromatic hydrocarbon group or an alkyl group which may have a substituent, an epoxy group, a carboxy group, etc. R2 and R3 each represent an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group or an aralkyl group, an epoxy group, a carboxy group, etc.
アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、1,2-ジメチルプロピル基、1-エチルプロピル基、ヘキシル基、イソヘシル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、1,1-ジメチルブチル基、1,2-ジメチルブチル基、2,2-ジメチルブチル基、1-エチルブチル基、1,1,2-トリメチルプロピル基、1,2,2-トリメチルプロピル基、1-エチル-2-メチルプロピル基、1-エチル-1-メチルプロピル基等が挙げられる。上記シクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。Examples of the alkyl group include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 1,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, hexyl, isohexyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 1,1-dimethylbutyl, 1,2-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 1-ethylbutyl, 1,1,2-trimethylpropyl, 1,2,2-trimethylpropyl, 1-ethyl-2-methylpropyl, and 1-ethyl-1-methylpropyl. Examples of the cycloalkyl group include cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, and cyclohexyl.
アリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基、2-メチルフェニル基、3-メチルフェニル基、4-メチルフェニル基、4-ビニルフェニル基、3-イソプロピルフェニル基が挙げられる。Examples of aryl groups include phenyl, naphthyl, 2-methylphenyl, 3-methylphenyl, 4-methylphenyl, 4-vinylphenyl, and 3-isopropylphenyl groups.
アラルキル基としては、例えばベンジル基、ジフェニルメチル基、ナフチルメチル基が挙げられる。 Examples of aralkyl groups include benzyl groups, diphenylmethyl groups, and naphthylmethyl groups.
ポリシロキサン化合物が有するポリシロキサンセグメント以外の重合体セグメントとしては、例えばアクリル重合体、フルオロオレフィン重合体、ビニルエステル重合体、芳香族系ビニル重合体、オレフィン重合体等のビニル重合体セグメントや、ウレタン重合体セグメント、エステル重合体セグメント、エーテル重合体セグメント等の重合体セグメントが挙げられる。中でも、ビニル重合体セグメントが好ましい。Examples of polymer segments other than the polysiloxane segment contained in the polysiloxane compound include vinyl polymer segments such as acrylic polymers, fluoroolefin polymers, vinyl ester polymers, aromatic vinyl polymers, and olefin polymers, as well as polymer segments such as urethane polymer segments, ester polymer segments, and ether polymer segments. Among these, vinyl polymer segments are preferred.
ポリシロキサン化合物が、ポリシロキサンセグメントと重合体セグメントとが下記の構造式(S-3)で示される構造で結合した複合樹脂でもよく、三次元網目状のポリシロキサン構造を有してもよい。The polysiloxane compound may be a composite resin in which polysiloxane segments and polymer segments are bonded in a structure shown in the following structural formula (S-3), or may have a three-dimensional mesh-like polysiloxane structure.
なお式中、炭素原子は重合体セグメントを構成する炭素原子であり、2個のケイ素原子はポリシロキサンセグメントを構成するケイ素原子である。In the formula, the carbon atom is a carbon atom that constitutes a polymer segment, and the two silicon atoms are silicon atoms that constitute a polysiloxane segment.
ポリシロキサン化合物が有するポリシロキサンセグメントは、ポリシロキサンセグメント中に重合性二重結合など加熱により反応が可能な官能基を有していてもよい。熱分解前にポリシロキサン化合物を加熱処理することにより、架橋反応が進行し、固体状とすることにより、熱分解処理を容易に行うことができる。The polysiloxane segment of the polysiloxane compound may have a functional group capable of reacting by heating, such as a polymerizable double bond, in the polysiloxane segment. By subjecting the polysiloxane compound to heat treatment before thermal decomposition, the crosslinking reaction proceeds, and the compound becomes solid, making it easier to carry out the thermal decomposition treatment.
重合性二重結合としては、例えばビニル基や(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。重合性二重結合は、ポリシロキサンセグメント中に2つ以上存在することが好ましく、3から200個存在することがより好ましく、3から50個存在することが更に好ましい。また、ポリシロキサン化合物として重合性二重結合が2個以上存在する複合樹脂を使用することによって、架橋反応が容易に進行させることができる。Examples of polymerizable double bonds include vinyl groups and (meth)acryloyl groups. It is preferable that there are two or more polymerizable double bonds in the polysiloxane segment, more preferably 3 to 200, and even more preferably 3 to 50. In addition, by using a composite resin having two or more polymerizable double bonds as the polysiloxane compound, the crosslinking reaction can be easily carried out.
ポリシロキサンセグメントは、シラノール基および/または加水分解性シリル基を有してもよい。加水分解性シリル基中の加水分解性基としては、例えばハロゲン原子、アルコキシ基、置換アルコキシ基、アシロキシ基、フェノキシ基、メルカプト基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、イミノオキシ基、アルケニルオキシ基が挙げられ、これらの基が加水分解されることにより加水分解性シリル基はシラノール基となる。前記熱硬化反応と並行して、シラノール基中の水酸基や加水分解性シリル基中の前記加水分解性基の間で加水分解縮合反応が進行することで、固体状のポリシロキサン化合物を得ることができる。The polysiloxane segment may have a silanol group and/or a hydrolyzable silyl group. Examples of the hydrolyzable group in the hydrolyzable silyl group include a halogen atom, an alkoxy group, a substituted alkoxy group, an acyloxy group, a phenoxy group, a mercapto group, an amino group, an amide group, an aminooxy group, an iminoxy group, and an alkenyloxy group. When these groups are hydrolyzed, the hydrolyzable silyl group becomes a silanol group. In parallel with the thermosetting reaction, a hydrolysis condensation reaction proceeds between the hydroxyl group in the silanol group and the hydrolyzable group in the hydrolyzable silyl group, thereby obtaining a solid polysiloxane compound.
本発明でいうシラノール基とは、ケイ素原子に直接結合した水酸基を有するケイ素含有基である。本発明で言う加水分解性シリル基とは、ケイ素原子に直接結合した加水分解性基を有するケイ素含有基であり、具体的には、例えば下記の一般式(S-4)で表される基が挙げられる。The silanol group in the present invention is a silicon-containing group having a hydroxyl group directly bonded to a silicon atom. The hydrolyzable silyl group in the present invention is a silicon-containing group having a hydrolyzable group directly bonded to a silicon atom, and specifically includes, for example, a group represented by the following general formula (S-4).
なお式中、R4はアルキル基、アリール基またはアラルキル基等の1価の有機基を、R5はハロゲン原子、アルコキシ基、アシロキシ基、アリルオキシ基、メルカプト基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、イミノオキシ基またはアルケニルオキシ基である。またbは0から2の整数である。 In the formula, R4 is a monovalent organic group such as an alkyl group, an aryl group, or an aralkyl group, R5 is a halogen atom, an alkoxy group, an acyloxy group, an allyloxy group, a mercapto group, an amino group, an amido group, an aminooxy group, an iminoxy group, or an alkenyloxy group, and b is an integer of 0 to 2.
アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、1,2-ジメチルプロピル基、1-エチルプロピル基、ヘキシル基、イソヘシル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、1,1-ジメチルブチル基、1,2-ジメチルブチル基、2,2-ジメチルブチル基、1-エチルブチル基、1,1,2-トリメチルプロピル基、1,2,2-トリメチルプロピル基、1-エチル-2-メチルプロピル基、1-エチル-1-メチルプロピル基が挙げられる。Examples of alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 1,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, hexyl, isohexyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 1,1-dimethylbutyl, 1,2-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 1-ethylbutyl, 1,1,2-trimethylpropyl, 1,2,2-trimethylpropyl, 1-ethyl-2-methylpropyl, and 1-ethyl-1-methylpropyl.
アリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基、2-メチルフェニル基、3-メチルフェニル基、4-メチルフェニル基、4-ビニルフェニル基、3-イソプロピルフェニル基が挙げられる。Examples of aryl groups include phenyl, naphthyl, 2-methylphenyl, 3-methylphenyl, 4-methylphenyl, 4-vinylphenyl, and 3-isopropylphenyl groups.
アラルキル基としては、例えばベンジル基、ジフェニルメチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。 Examples of aralkyl groups include benzyl groups, diphenylmethyl groups, and naphthylmethyl groups.
ハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。 Examples of halogen atoms include fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, and iodine atoms.
アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、第二ブトキシ基、第三ブトキシ基が挙げられる。Examples of alkoxy groups include methoxy groups, ethoxy groups, propoxy groups, isopropoxy groups, butoxy groups, sec-butoxy groups, and tert-butoxy groups.
アシロキシ基としては、例えばホルミルオキシ基、アセトキシ基、プロパノイルオキシ基、ブタノイルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ペンタノイルオキシ基、フェニルアセトキシ基、アセトアセトキシ基、ベンゾイルオキシ基、ナフトイルオキシ基が挙げられる。Examples of acyloxy groups include formyloxy groups, acetoxy groups, propanoyloxy groups, butanoyloxy groups, pivaloyloxy groups, pentanoyloxy groups, phenylacetoxy groups, acetoacetoxy groups, benzoyloxy groups, and naphthoyloxy groups.
アリルオキシ基としては、例えばフェニルオキシ基、ナフチルオキシ基が挙げられる。 Examples of allyloxy groups include phenyloxy groups and naphthyloxy groups.
アルケニルオキシ基としては、例えばビニルオキシ基、アリルオキシ基、1-プロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシ基、2-ブテニルオキシ基、3-ブテニルオキシ基、2-ペテニルオキシ基、3-メチル-3-ブテニルオキシ基、2-ヘキセニルオキシ基が挙げられる。Examples of alkenyloxy groups include vinyloxy groups, allyloxy groups, 1-propenyloxy groups, isopropenyloxy groups, 2-butenyloxy groups, 3-butenyloxy groups, 2-pentenyloxy groups, 3-methyl-3-butenyloxy groups, and 2-hexenyloxy groups.
上記一般式(S-1)および/または前記一般式(S-2)で示される構造単位を有するポリシロキサンセグメントとしては、例えば以下の構造を有するものが挙げられる。Examples of polysiloxane segments having structural units represented by the above general formula (S-1) and/or the above general formula (S-2) include those having the following structures:
上記構造式(1)~(3)中のR6は、上記R1と同じ意味を表す。また、上記構造式(4)~(8)中のR7とR8は、それぞれ、上記R2とR3と同じ意味を表す。 R6 in the structural formulae (1) to (3) above has the same meaning as R1 above. R7 and R8 in the structural formulae (4) to (8) above have the same meaning as R2 and R3 above, respectively.
重合体セグメントは、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要に応じて各種官能基を有していてもよい。かかる官能基としては、例えばカルボキシル基、ブロックされたカルボキシル基、カルボン酸無水基、3級アミノ基、水酸基、ブロックされた水酸基、シクロカーボネート基、エポキシ基、カルボニル基、1級アミド基、2級アミド、カーバメート基、下記の構造式(S-5)で表される官能基を使用することができる。The polymer segment may have various functional groups as necessary, as long as they do not impair the effects of the present invention. Examples of such functional groups include a carboxyl group, a blocked carboxyl group, a carboxylic anhydride group, a tertiary amino group, a hydroxyl group, a blocked hydroxyl group, a cyclocarbonate group, an epoxy group, a carbonyl group, a primary amide group, a secondary amide, a carbamate group, and a functional group represented by the following structural formula (S-5).
また、重合体セグメントは、ビニル基、(メタ)アクリロイル基等の重合性二重結合を有していてもよい。The polymer segment may also have a polymerizable double bond such as a vinyl group or a (meth)acryloyl group.
上記ポリシロキサン化合物は、例えば、下記(1)~(3)に示す方法で製造することが好ましい。The above polysiloxane compound is preferably produced, for example, by the methods shown in (1) to (3) below.
(1)重合体セグメントの原料として、シラノール基および/または加水分解性シリル基を含有する重合体セグメントを予め調製しておき、この重合体セグメントと、シラノール基および/または加水分解性シリル基、並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物とを混合し、加水分解縮合反応を行う方法。(1) A method in which a polymer segment containing a silanol group and/or a hydrolyzable silyl group is prepared in advance as a raw material for the polymer segment, and this polymer segment is mixed with a silane compound having both a silanol group and/or a hydrolyzable silyl group and a polymerizable double bond to carry out a hydrolysis condensation reaction.
(2)重合体セグメントの原料として、シラノール基および/または加水分解性シリル基を含有する重合体セグメントを予め調製する。また、シラノール基および/または加水分解性シリル基、並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物を加水分解縮合反応してポリシロキサンも予め調製しておく。そして、重合体セグメントとポリシロキサンとを混合し、加水分解縮合反応を行う方法。(2) A polymer segment containing a silanol group and/or a hydrolyzable silyl group is prepared in advance as a raw material for the polymer segment. A polysiloxane is also prepared in advance by subjecting a silane compound having both a silanol group and/or a hydrolyzable silyl group and a polymerizable double bond to a hydrolysis and condensation reaction. The polymer segment and the polysiloxane are then mixed together to carry out a hydrolysis and condensation reaction.
(3)重合体セグメントと、シラノール基および/または加水分解性シリル基、並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物と、ポリシロキサンとを混合し、加水分解縮合反応を行う方法。この方法によりポリシロキサン化合物が得られる。(3) A method in which a polymer segment, a silane compound having both a silanol group and/or a hydrolyzable silyl group, and a polymerizable double bond, and a polysiloxane are mixed together, and a hydrolysis condensation reaction is carried out. This method produces a polysiloxane compound.
また、ポリシロキサン化合物は市販品を用いてもよく、例えば、セラネート(登録商標)シリーズ(有機・無機ハイブリッド型コーティング樹脂;DIC株式会社製)やコンポセランSQシリーズ(シルセスキオキサン型ハイブリッド;荒川化学工業株式会社製)が挙げられる。In addition, commercially available polysiloxane compounds may be used, such as the Ceranate (registered trademark) series (organic/inorganic hybrid coating resin; manufactured by DIC Corporation) and the Compoceran SQ series (silsesquioxane hybrid; manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd.).
珪素-酸素-炭素骨格を有するポリシロキサン樹脂とするためにポリシロキサン化合物とともにこれと混和性の良い炭素源樹脂を用いてもよい。このような炭素源樹脂としては、ベンゼン環や芳香族官能基を有する分子構造が含まれる熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が挙げられる。 In order to obtain a polysiloxane resin having a silicon-oxygen-carbon skeleton, a carbon source resin that is compatible with the polysiloxane compound may be used. Examples of such carbon source resins include thermosetting resins and thermoplastic resins that contain a molecular structure with a benzene ring or aromatic functional group.
熱硬化性樹脂としては、例えばノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂などのフェノール樹脂;ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;アニリン樹脂;シアネート樹脂;フラン樹脂;ケトン樹脂;不飽和ポリエステル樹脂;ウレタン樹脂が挙げられる。 Examples of thermosetting resins include phenolic resins such as novolac-type phenolic resins and resole-type phenolic resins; epoxy resins such as bisphenol-type epoxy resins and novolac-type epoxy resins; melamine resins; urea resins; aniline resins; cyanate resins; furan resins; ketone resins; unsaturated polyester resins; and urethane resins.
また、熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、例えばポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル-スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリフタルアミドが挙げられる。 Thermoplastic resins are not particularly limited, and examples include polyethylene, polystyrene, polyacrylonitrile, acrylonitrile-styrene (AS) resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polypropylene, vinyl chloride, methacrylic resin, polyethylene terephthalate, polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyetherimide, polyamideimide, polyimide, and polyphthalamide.
そして、脱溶媒、乾燥及び高温処理をすることでシリコン粒子を含むポリシロキサン樹脂由来の中間体を得る。乾燥は、例えば乾燥機、減圧乾燥機、噴霧乾燥機などで行われる。乾燥温度は80℃以上が好ましく、150℃以下が好ましい。減圧をしながら乾燥を行ってもよい。高温処理は、昇温速度、一定温度での保持時間等により規定される焼成のプログラムに沿って行われる。処理温度は、例えば、最高到達温度1000℃以上が好ましい。処理装置は、流動層反応炉、回転炉、竪型移動層反応炉、トンネル炉、バッチ炉、ロータリーキルン等をその目的に応じ適宜選択することができる。Then, by removing the solvent, drying and performing high-temperature treatment, an intermediate derived from polysiloxane resin containing silicon particles is obtained. Drying is performed, for example, using a dryer, a reduced pressure dryer, a spray dryer, etc. The drying temperature is preferably 80°C or higher, and preferably 150°C or lower. Drying may be performed while reducing the pressure. The high-temperature treatment is performed according to a firing program that is specified by the heating rate, the holding time at a constant temperature, etc. The treatment temperature is preferably, for example, a maximum reaching temperature of 1000°C or higher. The treatment equipment can be appropriately selected according to the purpose from among fluidized bed reactors, rotary furnaces, vertical moving bed reactors, tunnel furnaces, batch furnaces, rotary kilns, etc.
(工程1)
次に、上記で得られたシリコン粒子を含むポリシロキサン樹脂由来の中間体に、Li、K、Na、Ca、MgおよびAlから成る群から選ばれる少なくとも一種の金属元素化合物を混合する(混合工程)。なお、下記工程1の記載は、一部の工程を省略してもよく、混合方法については特に制限はない。
(Step 1)
Next, at least one metal element compound selected from the group consisting of Li, K, Na, Ca, Mg, and Al is mixed with the intermediate derived from the polysiloxane resin containing silicon particles obtained above (mixing step). Note that in the description of step 1 below, some steps may be omitted, and there is no particular restriction on the mixing method.
金属元素化合物は、上記記載の元素を含めば、特に限定されず、例えば、酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、硝酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩、炭酸塩等の金属元素化合物を用いることができる。具体的には例えば、金属元素がLiである場合には酸化リチウム、無水酢酸リチウム、Mgである場合は無水酢酸マグネシウムが代表例として挙げられる。本実施形態においては、上記金属元素化合物は、金属元素がLiである場合は無水酢酸リチウム、Mgである場合は無水酢酸マグネシウムが好ましい。
これらの金属元素化合物は、エタノールやMEKなど適切な有機溶媒(極性、非極性)に分散させて加えてもよい。金属元素化合物の添加量は、複合粒子の全体質量に対して、好ましくは0.1~30質量%である。
The metal element compound is not particularly limited as long as it contains the above-mentioned elements, and metal element compounds such as oxides, hydroxides, oxyhydroxides, nitrates, oxalates, acetates, and carbonates can be used. Specifically, when the metal element is Li, lithium oxide and anhydrous lithium acetate are typical examples, and when the metal element is Mg, anhydrous magnesium acetate is typical. In this embodiment, when the metal element is Li, anhydrous lithium acetate is preferable, and when the metal element is Mg, anhydrous magnesium acetate is preferable.
These metal element compounds may be added by dispersing them in a suitable organic solvent (polar or non-polar) such as ethanol, MEK, etc. The amount of the metal element compound added is preferably 0.1 to 30% by mass based on the total mass of the composite particles.
金属元素化合物を加えた後、ポリシロキサン樹脂由来の中間体中に金属元素を均一に分散させるために混合をする。混合手法は、例えば、攪拌翼を備えた攪拌機で行うことができ、攪拌時間は例えば1分~2時間、好ましくは2分~1時間である。攪拌は常温で行ってもよく、30~50℃程度に加熱しながら行ってもよい。また、有機溶媒に分散させてから混合をするのではなく、粉体の金属元素化合物をそのままポリシロキサン樹脂由来の中間体に加えて混合をしてもよい。粉体での混合の場合は、ボールミルやビーズミルなどで行うことができ、混合時間は、例えば1分~2時間、好ましくは2分~1時間である。攪拌は常温で行ってもよく、30~50℃程度に加熱しながら行ってもよい。After adding the metal element compound, mixing is performed to uniformly disperse the metal element in the polysiloxane resin-derived intermediate. The mixing method can be performed, for example, with a stirrer equipped with a stirring blade, and the stirring time is, for example, 1 minute to 2 hours, preferably 2 minutes to 1 hour. Stirring may be performed at room temperature, or while heating to about 30 to 50°C. In addition, instead of dispersing in an organic solvent and then mixing, the powdered metal element compound may be added directly to the polysiloxane resin-derived intermediate and mixed. In the case of mixing in powder, it can be performed with a ball mill or a bead mill, and the mixing time is, for example, 1 minute to 2 hours, preferably 2 minutes to 1 hour. Stirring may be performed at room temperature, or while heating to about 30 to 50°C.
上記工程1の混合後、脱溶媒および乾燥を行う。脱溶媒は、濾過など常用の方法で行うことができる。乾燥は例えば乾燥機、減圧乾燥機、噴霧乾燥機などで行われる。乾燥温度は80℃以上が好ましく、150℃以下が好ましい。減圧をしながら乾燥を行ってもよい。After the mixing in step 1, the solvent is removed and the mixture is dried. The solvent can be removed by a conventional method such as filtration. Drying can be performed, for example, using a dryer, a vacuum dryer, or a spray dryer. The drying temperature is preferably 80°C or higher and 150°C or lower. Drying may be performed under reduced pressure.
(工程2)
上記乾燥後に、非酸素雰囲気下900℃以下で焼成をする(焼成工程)。焼成に用いる装置は、流動層反応炉、回転炉、竪型移動層反応炉、トンネル炉、バッチ炉、ロータリーキルン等をその目的に応じ適宜選択することができる。焼成は、昇温速度、一定温度での保持時間等により規定される焼成のプログラムに沿って行われる。焼成温度は、例えば、最高到達温度900℃以下が好ましい。これにより混合工程で加えた金属元素化合物の金属元素を化合物として含む複合粒子が得られる。
(Step 2)
After the drying, the mixture is fired at 900°C or less in an oxygen-free atmosphere (firing step). The firing apparatus may be selected from fluidized bed reactors, rotary furnaces, vertical moving bed reactors, tunnel furnaces, batch furnaces, rotary kilns, etc., depending on the purpose. The firing is performed according to a firing program that is determined by the heating rate, holding time at a constant temperature, etc. The firing temperature is preferably, for example, a maximum reaching temperature of 900°C or less. This allows composite particles to be obtained that contain the metal element of the metal element compound added in the mixing step as a compound.
なお、上記焼成時の非酸化性雰囲気とは、用いられるガス種類に対して特に限定がなく、窒素、アルゴン、水素、窒素・水素混合ガスなどが挙げられる。 The non-oxidizing atmosphere during the firing process is not particularly limited in terms of the type of gas used, and examples include nitrogen, argon, hydrogen, and nitrogen/hydrogen mixed gas.
上記で得られた焼成物を更に粉砕し、必要に応じて分級してもよい。粉砕は、目的とする粒径まで一段で行ってもよいし、数段に分けて行ってもよい。また、粒径が10mm以上の塊または凝集粒子である場合は、ジョークラッシャー、ロールクラッシャー等で粗粉砕を行った後、グローミル、ボールミル等で粉砕し、更にビーズミル、ジェットミル等で粉砕してもよい。分級は、風力分級機、湿式分級機等で行うことができる。The fired product obtained above may be further pulverized and classified as necessary. The pulverization may be performed in one stage until the desired particle size is reached, or may be performed in several stages. In addition, in the case of lumps or agglomerated particles with a particle size of 10 mm or more, the particles may be coarsely pulverized using a jaw crusher, roll crusher, etc., and then pulverized using a glow mill, ball mill, etc., and further pulverized using a bead mill, jet mill, etc. Classification may be performed using a wind classifier, wet classifier, etc.
このようにして得られた複合粒子をそのまま二次電池用負極活物質として用いてもよい。二次電池用負極活物質がさらに表面に炭素(炭素被膜)を有する場合、得られた活物質を化学気相蒸着装置内で、熱分解性炭素源ガスとキャリア不活性ガスフローの中、700℃から1000℃の温度範囲にて炭素被膜で被覆する。熱分解性炭素源ガスとしては、アセチレン、エチレン、アセトン、アルコール、プロパン、メタン、エタンなどが挙げられる。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等が挙げられ、通常、窒素が用いられる。The composite particles thus obtained may be used as they are as the negative electrode active material for secondary batteries. When the negative electrode active material for secondary batteries further has carbon (carbon coating) on the surface, the obtained active material is coated with a carbon coating in a chemical vapor deposition apparatus at a temperature range of 700°C to 1000°C in a flow of pyrolytic carbon source gas and carrier inert gas. Examples of pyrolytic carbon source gas include acetylene, ethylene, acetone, alcohol, propane, methane, and ethane. Examples of inert gas include nitrogen, helium, and argon, and nitrogen is usually used.
本実施形態の複合粒子の製造方法では、上記高温処理後の中間体に金属元素化合物を添加して混合をして焼成してもよく、高温処理を行っていない中間体に金属元素化合物を添加して混合をして焼成してもよい。
さらに、焼成により得られた複合粒子を液体で洗浄してもよい。液体洗浄は、不純物、未反応物を取り除くために実施され、液体は水やアルコールなどOH基を持つものが好ましい。
In the method for producing composite particles of this embodiment, a metal element compound may be added to the intermediate after the high-temperature treatment, and the mixture may be mixed and fired, or a metal element compound may be added to an intermediate that has not been subjected to high-temperature treatment, and the mixture may be mixed and fired.
Furthermore, the composite particles obtained by firing may be washed with a liquid in order to remove impurities and unreacted substances, and the liquid is preferably one having an OH group, such as water or alcohol.
[負極]
本実施形態の負極は、上記二次電池用負極活物質を含む限り特に制限はないが、他に有機結着剤や導電助剤などの成分を含んでいてもよい。
本実施形態の負極は、本実施形態の複合粒子と、有機結着剤と、必要に応じてその他の導電助剤などの成分を含んで構成されるスラリーを集電体銅箔上へ薄膜状に塗付することで作製することができる。また、上記スラリーに黒鉛など炭素材料を加えて負極を作製することもできる。炭素材料としては、天然黒鉛、人工黒鉛、ハードカーボンまたはソフトカーボンのような非晶質炭素などが挙げられる。
[Negative electrode]
The negative electrode of this embodiment is not particularly limited as long as it contains the above-mentioned negative electrode active material for secondary batteries, but may also contain other components such as an organic binder and a conductive assistant.
The negative electrode of this embodiment can be produced by applying a slurry containing the composite particles of this embodiment, an organic binder, and other components such as conductive assistants as necessary, onto a copper foil current collector in the form of a thin film. The negative electrode can also be produced by adding a carbon material such as graphite to the slurry. Examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite, and amorphous carbon such as hard carbon or soft carbon.
例えば、二次電池用負極活物質と、有機結着材であるバインダーとを、溶媒とともに撹拌機、ボールミル、スーパーサンドミル、加圧ニーダ等の分散装置により混練して、負極材スラリーを調製し、これを集電体に塗布して負極層を形成することで得ることができる。また、ペースト状の負極材スラリーをシート状、ペレット状等の形状に成形し、これを集電体と一体化することでも得ることができる。For example, the negative electrode active material for secondary batteries and a binder, which is an organic binding material, are mixed together with a solvent using a dispersing device such as a stirrer, ball mill, super sand mill, or pressure kneader to prepare a negative electrode material slurry, which is then applied to a current collector to form a negative electrode layer. Alternatively, the negative electrode material slurry in paste form can be formed into a sheet, pellet, or other shape and integrated with the current collector to obtain the negative electrode layer.
上記有機結着剤としては、例えばスチレン-ブタジエンゴム共重合体(以下、「SBR」とも記す。);メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、およびヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等のエチレン性不飽和カルボン酸エステル、および、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸からなる(メタ)アクリル共重合体等の不飽和カルボン酸共重合体;ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリエピクロヒドリン、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミドイミド、カルボキシメチルセルロース(以下、「CMC」とも記す。)などの高分子化合物が挙げられる。Examples of the organic binder include styrene-butadiene rubber copolymers (hereinafter also referred to as "SBR"); ethylenically unsaturated carboxylic acid esters such as methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, (meth)acrylonitrile, and hydroxyethyl (meth)acrylate, and unsaturated carboxylic acid copolymers such as (meth)acrylic copolymers consisting of ethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, and maleic acid; and polymeric compounds such as polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamideimide, and carboxymethylcellulose (hereinafter also referred to as "CMC").
これらの有機結着剤は、それぞれの物性によって、水に分散、あるいは溶解したもの、また、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの有機溶剤に溶解したものがある。リチウムイオン二次電池負極の負極層中の有機結着剤の含有比率は、1質量%から30質量%であることが好ましく、2質量%から20質量%であることがより好ましく、3質量%から15質量%であることがさらに好ましい。Depending on their physical properties, these organic binders may be dispersed or dissolved in water, or dissolved in an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The content of the organic binder in the negative electrode layer of the lithium ion secondary battery negative electrode is preferably 1% by mass to 30% by mass, more preferably 2% by mass to 20% by mass, and even more preferably 3% by mass to 15% by mass.
有機結着剤の含有比率が1質量%以上であることで密着性がより良好で、充放電時の膨張および収縮によって負極構造の破壊がより抑制される。一方、30質量%以下であることで、電極抵抗の上昇がより抑えられる。When the content of the organic binder is 1% by mass or more, adhesion is better and destruction of the negative electrode structure due to expansion and contraction during charging and discharging is more suppressed. On the other hand, when the content is 30% by mass or less, an increase in electrode resistance is more suppressed.
また、上記負極材スラリーには、必要に応じて、導電助剤を混合してもよい。導電助材としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック、あるいは導電性を示す酸化物や窒化物等が挙げられる。導電助剤の使用量は、本実施形態の負極活物質に対して、例えば1質量%から15質量%とすればよい。In addition, the negative electrode material slurry may be mixed with a conductive additive as necessary. Examples of conductive additives include carbon black, graphite, acetylene black, and oxides and nitrides that exhibit electrical conductivity. The amount of conductive additive used may be, for example, 1% by mass to 15% by mass with respect to the negative electrode active material of this embodiment.
また上記集電体の材質および形状については、例えば銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等を、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にした帯状のものを用いればよい。また、多孔性材料、例えばポーラスメタル(発泡メタル)やカーボンペーパーなども使用できる。As for the material and shape of the current collector, for example, copper, nickel, titanium, stainless steel, etc., may be used in the form of a foil, a perforated foil, a mesh, or a strip. Porous materials such as porous metal (foamed metal) and carbon paper can also be used.
上記負極材スラリーを集電体に塗布する方法としては、例えばメタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法などが挙げられる。塗布後は、必要に応じて平板プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行うことが好ましい。 Methods for applying the negative electrode material slurry to the current collector include, for example, metal mask printing, electrostatic painting, dip coating, spray coating, roll coating, doctor blade, gravure coating, screen printing, etc. After application, it is preferable to perform rolling treatment using a flat plate press, calendar roll, etc. as necessary.
また、上記負極材スラリーをシート状またはペレット状等として、これと集電体との一体化は、例えば、ロール、プレス、もしくはこれらの組み合わせ等により行うことができる。In addition, the negative electrode material slurry can be made into a sheet or pellet form, and integrated with the current collector by, for example, rolling, pressing, or a combination of these.
上記集電体上に形成された負極層または集電体と一体化した負極層は、用いた有機結着剤に応じて熱処理することが好ましい。例えば、水系のスチレン-ブタジエンゴム共重合体(SBR)などを用いた場合には100~130℃で熱処理すればよく、ポリイミド、ポリアミドイミドを主骨格とした有機結着剤を用いた場合には150~450℃で熱処理することが好ましい。The negative electrode layer formed on the current collector or the negative electrode layer integrated with the current collector is preferably heat-treated according to the organic binder used. For example, when using a water-based styrene-butadiene rubber copolymer (SBR), heat treatment at 100 to 130°C is sufficient, and when using an organic binder with a polyimide or polyamideimide as the main skeleton, heat treatment at 150 to 450°C is preferable.
この熱処理により溶媒の除去、バインダーの硬化による高強度化が進み、粒子間および粒子と集電体間の密着性が向上できる。なお、これらの熱処理は、処理中の集電体の酸化を防ぐため、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気、真空雰囲気で行うことが好ましい。This heat treatment removes the solvent and hardens the binder, increasing strength and improving adhesion between particles and between the particles and the current collector. It is preferable to carry out these heat treatments in an inert atmosphere such as helium, argon, or nitrogen, or in a vacuum atmosphere, to prevent oxidation of the current collector during treatment.
また、熱処理した後に、負極は加圧処理しておくことが好ましい。負極では、電極密度が1g/cm3から1.8g/cm3であることが好ましく、1.1g/cm3から1.7g/cm3であることがより好ましく、1.2g/cm3から1.6g/cm3であることがさらに好ましい。電極密度については、高いほど密着性および電極の体積容量密度が向上する傾向がある。一方、電極密度が高すぎると、電極中の空隙が減少することでケイ素など体積膨張の抑制効果が弱くなり、容量維持率が低下することがある。そのため電極密度の最適な範囲が選択される。 In addition, after the heat treatment, the negative electrode is preferably subjected to pressure treatment. In the negative electrode, the electrode density is preferably 1 g/cm 3 to 1.8 g/cm 3 , more preferably 1.1 g/cm 3 to 1.7 g/cm 3 , and even more preferably 1.2 g/cm 3 to 1.6 g/cm 3. The higher the electrode density, the more the adhesion and the volume capacity density of the electrode tend to improve. On the other hand, if the electrode density is too high, the voids in the electrode are reduced, which weakens the effect of suppressing the volume expansion of silicon, etc., and the capacity retention rate may decrease. Therefore, the optimal range of the electrode density is selected.
[二次電池]
本実施形態の二次電池は、本実施形態の負極を含む。二次電池としては、非水電解質二次電池と固体型電解質二次電池が好ましく、特に非水電解質二次電池の負極として用いた際に優れた性能を発揮するものである。
[Secondary battery]
The secondary battery of the present embodiment includes the negative electrode of the present embodiment. As the secondary battery, non-aqueous electrolyte secondary batteries and solid electrolyte secondary batteries are preferable, and the negative electrode of the present embodiment exhibits excellent performance particularly when used as the negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery.
本実施形態の二次電池は、例えば湿式電解質二次電池に用いる場合、正極と、本実施形態の二次電池用負極活物質を含む負極とを、セパレータを介して対向して配置し、電解液を注入することにより構成することができる。When the secondary battery of this embodiment is used, for example, as a wet electrolyte secondary battery, it can be constructed by arranging a positive electrode and a negative electrode containing the negative electrode active material for a secondary battery of this embodiment opposite each other via a separator and injecting an electrolyte.
正極は、負極と同様にして、集電体表面上に正極層を形成することで得ることができる。この場合の集電体はアルミニウム、チタン、ステンレス鋼等の金属や合金を、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にした帯状のものを用いることができる。The positive electrode can be obtained by forming a positive electrode layer on the surface of a current collector in the same manner as the negative electrode. In this case, the current collector can be a strip of metal or alloy such as aluminum, titanium, or stainless steel in the form of foil, perforated foil, mesh, or the like.
正極層に用いる正極材料としては、特に制限されない。非水電解質二次電池の中でも、リチウムイオン二次電池を作製する場合には、例えばリチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な金属化合物、金属酸化物、金属硫化物、または導電性高分子材料を用いればよい。例えばコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、およびこれらの複合酸化物(LiCoxNiyMnzO2、x+y+z=1)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、リチウムバナジウム化合物、V2O5、V6O13、VO2、MnO2、TiO2、MoV2O8、TiS2、V2S5、VS2、MoS2、MoS3、Cr3O8、Cr2O5、オリビン型LiMPO4(ただし、MはCo、Ni、MnまたはFe)、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセン等の導電性ポリマー、多孔質炭素等などを単独或いは混合して使用することができる。 The positive electrode material used in the positive electrode layer is not particularly limited. When a lithium ion secondary battery is produced among nonaqueous electrolyte secondary batteries, for example, a metal compound, a metal oxide, a metal sulfide, or a conductive polymer material capable of doping or intercalating lithium ions may be used. For example, lithium cobalt oxide ( LiCoO2 ), lithium nickel oxide ( LiNiO2 ), lithium manganese oxide ( LiMnO2 ), and composite oxides thereof ( LiCoxNiyMnzO2 , x+y+z= 1 ), lithium manganese spinel ( LiMn2O4 ), lithium vanadium compounds, V2O5 , V6O13 , VO2 , MnO2 , TiO2 , MoV2O8 , TiS2 , V2S5 , VS2 , MoS2 , MoS3 , Cr3O8 , Cr2O5 , olivine type LiMPO4 (wherein M is Co, Ni, Mn or Fe), conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene and polyacene, porous carbon, etc. can be used alone or in combination.
セパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを主成分とした不織布、クロス、微孔フィルムまたはそれらを組み合わせたものを使用することができる。なお、作製する非水電解質二次電池の正極と負極が直接接触しない構造にした場合は、セパレータを使用する必要はない。The separator may be a nonwoven fabric, cloth, microporous film, or a combination of these, whose main component is a polyolefin such as polyethylene or polypropylene. If the positive and negative electrodes of the nonaqueous electrolyte secondary battery are not in direct contact with each other, there is no need to use a separator.
電解液としては、例えばLiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSO3CF3等のリチウム塩を、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、シクロペンタノン、スルホラン、3-メチルスルホラン、2,4-ジメチルスルホラン、3-メチル-1,3-オキサゾリジン-2-オン、γ-ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ブチルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル等の単体もしくは2成分以上の混合物の非水系溶剤に溶解した、いわゆる有機電解液を使用することができる。 As the electrolyte, for example, a so-called organic electrolyte can be used in which a lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , or LiSO 3 CF 3 is dissolved in a non-aqueous solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, cyclopentanone, sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butyl methyl carbonate, ethyl propyl carbonate, butyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, methyl acetate, or ethyl acetate, either alone or as a mixture of two or more components.
本実施形態の二次電池の構造は、特に限定されないが、通常、正極および負極と、必要に応じて設けられるセパレータとを、扁平渦巻状に巻回して巻回式極板群としたり、これらを平板状として積層して積層式極板群としたりし、これら極板群を外装体中に封入した構造とするのが一般的である。なお、本発明の実施例で用いるハーフセルは、負極に本負極活物質を主体とする構成とし、対極に金属リチウムを用いた簡易評価を行っているが、これはより活物質自体のサイクル特性を明確に比較するためである。The structure of the secondary battery of this embodiment is not particularly limited, but typically, the positive and negative electrodes and a separator, which is provided as necessary, are wound into a flat spiral shape to form a wound electrode plate group, or are stacked as flat plates to form a stacked electrode plate group, and these electrode plate groups are enclosed in an exterior body. Note that the half cells used in the examples of the present invention are mainly composed of the present negative electrode active material in the negative electrode, and a simple evaluation is performed using metallic lithium as the counter electrode, in order to more clearly compare the cycle characteristics of the active material itself.
本実施形態の二次電池は、特に限定されないが、ペーパー型電池、ボタン型電池、コイン型電池、積層型電池、円筒型電池、角型電池などとして使用される。上述した本実施形態の負極活物質は、リチウムイオンを挿入脱離することを充放電機構とする電気化学装置全般、例えば、ハイブリッドキャパシタ、固体リチウム二次電池などにも適用することが可能である。The secondary battery of this embodiment is used as, but is not limited to, a paper battery, a button battery, a coin battery, a laminated battery, a cylindrical battery, a square battery, etc. The negative electrode active material of this embodiment described above can also be applied to electrochemical devices in general that use the insertion and removal of lithium ions as a charging and discharging mechanism, such as hybrid capacitors and solid lithium secondary batteries.
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。本実施例における[%]及び[部]は特段の指定がない限り「質量%」及び「質量部」を表すものとする。下記の方法でシリコン粒子を得て、複合粒子を作製し、二次電池評価を行った。The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In the examples, [%] and [parts] represent "mass %" and "mass parts" unless otherwise specified. Silicon particles were obtained by the following method, composite particles were produced, and secondary battery evaluation was performed.
(シリコン粒子の作製)
合成例1
150mlの小型ビーズミル装置の容器中に60%の充填率で粒径が0.1mmのジルコニアビーズおよび100m のメチルエチルケトン(以下、「MEK」とも記す。)溶媒を入れた。その後、平均粒径が5μmのシリコン粉体とカチオン性分散剤液(ビックケミー・ジャパン株式会社:BYK145)を入れ、回転数1500周/分、粉砕時間4h条件下にてビーズミル湿式粉砕を行い、固形物濃度が30質量%の濃い褐色液体状のシリコンスラリーを得た。TEM観察で、得られたシリコン粒子の形態およびサイズを確認したところ、シリコン粒子の平均粒径は50nmであった。
(Preparation of silicon particles)
Synthesis Example 1
In a 150 ml container of a small bead mill device, zirconia beads with a particle size of 0.1 mm and 100 m methyl ethyl ketone (hereinafter also referred to as "MEK") solvent were placed at a filling rate of 60%. Then, silicon powder with an average particle size of 5 μm and a cationic dispersant liquid (BYK Japan Co., Ltd.: BYK145) were placed, and wet grinding was performed using a bead mill at a rotation speed of 1500 revolutions/min and a grinding time of 4 hours to obtain a dark brown liquid-like silicon slurry with a solid concentration of 30% by mass. When the shape and size of the obtained silicon particles were confirmed by TEM observation, the average particle size of the silicon particles was 50 nm.
(複合粒子の作製とその評価)
実施例1
上記合成例1で作製したシリコン粒子(平均粒径=50nm)にポリシロキサン樹脂(CERANATE SSA-500:DIC株式会社製)をシリコンスラリーと高温焼成後のシリコン元素含有量が50%になるように混合させ、120℃のオイルバス中、窒素雰囲気下で脱溶媒し、110℃で10hの減圧乾燥を行い、混合乾燥物を得た。次に、混合乾燥物を窒素雰囲気中1100℃/6時間にて高温焼成して、黒色焼成物を得た。そして、黒色焼成物を、遊星型ボールミル(ボールミルP-6クラシックライン:FRITSCH社製)で粉砕し、複合粒子中間体を得た。作製した複合粒子中間体に酸化リチウム(LiO2)(和光純薬株式会社製)を、シリコン粒子に対して0.1当量添加し、遊星型ボールミルで混合した。混合物を窒素雰囲気下800℃/2時間で高温焼成して、蒸留水で洗浄、減圧乾燥し、平均粒径が6.4μm、比表面積(SSA)5.1m2/gの複合粒子を得た。
得られた複合粒子の全体質量に対する金属イオン元素量は、ICP-OES分析装置(ICAP-7400、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製)を使用して測定し、金属元素の存在量は、4.2質量%であった。
また、複合粒子の表面部と粒子内部の金属イオン元素濃度分布比はオージェ電子分光(AES)法により測定した。その結果、粒子表面部から内部方向30%の領域における全元素に対する金属イオン元素の比率と、それ以外の領域に存在する全元素に対する金属イオン元素の比率BとしたときのA/(A+B)が0.9であった。
金属シリケート種の同定及び結晶子サイズ、強度比の測定は、XRD装置(ultima5:株式会社Rigaku製)を用いて測定し、Cu-Ka線による結果によりシリコン(111)結晶面、Li2SiO3(111)結晶面に帰属する回折ピーク(2θ=28.4°、26.9°)の半値幅に基づき、シェラー式を用いて算出した。Si結晶子サイズは22nm、Li2SiO3の結晶子サイズは21nm、ピーク強度比(D/C)は0.28であった。
電極の初回効率及びサイクル特性を測定するために、ハーフセルの評価を行った。上記で得た複合粒子(8部)と導電助剤のアセチレンブラック(1部)と有機結着材(1部、内訳SBR(0.75部)+CMC(0.25部))を混合して、自転公転式の泡取り錬太郎で10分間攪拌することでスラリーを調整した。アプリケーターを用いて厚み20μmの銅箔へ塗膜後、110℃・減圧条件下で乾燥し、電極薄膜を得た。直径14mmの円状電極に打ち抜き、厚みが約40μmになるように、錠剤成型器を用いてプレスを行った。厚みの測定は、厚み計を用いて電極5箇所の平均値を算出した。水分含有量の極低(露点-40℃以下)であるドライルームにおいてLi箔を25μmのポリプロピレン製セパレータを介して本発明の電極を対向させ、電解液(キシダ化学株式会社、1mol/LのLiPF6、炭酸ジエチル:炭酸エチレン=1:1(容量比))を吸着させ評価用ハーフ電池(CR2032型)を作製した。二次電池充放電試験装置(北斗電工製)を用いて電池特性を測定し、室温25℃、カットオフ電圧範囲が0.005-1.5Vに、充電レートが0.1C(1-3回)と0.2C(4サイクル以後)にし、定電流・低電圧式充放電/定電流式充放電の設定条件下で充放電特性の評価試験を行った。初回効率は86%であった。
試料の大気安定性を評価するために、大気下室温でバイアル瓶中に保管した複合粒子をハーフセルで評価したところ、7日大気中で保管した試料の初回効率は85%、14日大気中で保管した試料の初回効率も85%であった。
フルセルの評価は、正極材料としてLiCoO2を正極活物質、集電体としてアルミ箔を用いた単層シートを用いて、正極膜を作製し、450mAh/g放電容量設計値にて黒鉛粉体や活物質粉末とバインダーを混合して負極膜を作製した。非水電解質には六フッ化リン酸リチウムをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比で1/1の混合液に1mol/Lの濃度で溶解した非水電解質溶液を用い、セパレータに厚さ30μmのポリエチレン製微多孔質フィルムを用いたラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。ラミネート型リチウムイオン二次電池を室温下、テストセルの電圧が4.2Vに達するまで1.2mA(正極基準で0.25c)の定電流で充電を行い、4.2Vに達した後は、セル電圧を4.2Vに保つように電流を減少させて充電を行い、放電容量を求めた。室温下300サイクルの容量維持率は89%であった。
(Preparation and evaluation of composite particles)
Example 1
The silicon particles (average particle size = 50 nm) prepared in the above Synthesis Example 1 were mixed with polysiloxane resin (CERANATE SSA-500: manufactured by DIC Corporation) so that the silicon element content after high-temperature firing with the silicon slurry was 50%, and the solvent was removed in a nitrogen atmosphere in an oil bath at 120 ° C., and reduced pressure drying was performed at 110 ° C. for 10 hours to obtain a mixed dried product. Next, the mixed dried product was fired at a high temperature at 1100 ° C. / 6 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a black fired product. Then, the black fired product was pulverized with a planetary ball mill (ball mill P-6 classic line: manufactured by FRITSCH) to obtain a composite particle intermediate. Lithium oxide (LiO 2 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the prepared composite particle intermediate in an amount of 0.1 equivalent to the silicon particles, and mixed with a planetary ball mill. The mixture was sintered at a high temperature of 800° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, washed with distilled water, and dried under reduced pressure to obtain composite particles with an average particle size of 6.4 μm and a specific surface area (SSA) of 5.1 m 2 /g.
The amount of metal ion elements relative to the total mass of the obtained composite particles was measured using an ICP-OES analyzer (ICAP-7400, manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.), and the amount of metal elements present was 4.2% by mass.
The metal ion element concentration distribution ratio between the surface and interior of the composite particle was measured by Auger electron spectroscopy (AES), and the result was that A/(A+B) was 0.9, where A is the ratio of the metal ion element to all elements in a region 30% inward from the particle surface and B is the ratio of the metal ion element to all elements in the other regions.
Identification of metal silicate species and measurement of crystallite size and intensity ratio were performed using an XRD device (Ultima5: manufactured by Rigaku Co., Ltd.) and calculated using the Scherrer equation based on the half-width of the diffraction peaks (2θ = 28.4°, 26.9°) belonging to the silicon (111) crystal plane and Li 2 SiO 3 (111) crystal plane from the results using Cu-Ka radiation. The Si crystallite size was 22 nm, the Li 2 SiO 3 crystallite size was 21 nm, and the peak intensity ratio (D/C) was 0.28.
In order to measure the initial efficiency and cycle characteristics of the electrode, a half cell was evaluated. The composite particles (8 parts) obtained above, acetylene black (1 part) as a conductive assistant, and an organic binder (1 part, consisting of SBR (0.75 parts) + CMC (0.25 parts)) were mixed and stirred for 10 minutes with a rotating and revolving type foaming blender to prepare a slurry. After coating a copper foil with a thickness of 20 μm using an applicator, the film was dried under reduced pressure at 110 ° C. to obtain a thin electrode film. A circular electrode with a diameter of 14 mm was punched out and pressed using a tablet molder so that the thickness was about 40 μm. The thickness was measured by calculating the average value of five points on the electrode using a thickness gauge. In a dry room with extremely low moisture content (dew point -40°C or less), Li foil was placed opposite the electrode of the present invention via a 25 μm polypropylene separator, and an electrolyte (Kishida Chemical Co., Ltd., 1 mol/L LiPF 6 , diethyl carbonate:ethylene carbonate = 1:1 (capacity ratio)) was adsorbed to prepare an evaluation half battery (CR2032 type). Battery characteristics were measured using a secondary battery charge/discharge tester (Hokuto Denko Co., Ltd.), and an evaluation test of charge/discharge characteristics was performed under the set conditions of constant current/low voltage charge/discharge/constant current charge/discharge at room temperature of 25°C, cutoff voltage range of 0.005-1.5 V, and charge rate of 0.1 C (1-3 times) and 0.2 C (after 4 cycles). The initial efficiency was 86%.
In order to evaluate the atmospheric stability of the samples, composite particles stored in a vial at room temperature in the atmosphere were evaluated using a half cell. The initial efficiency of the sample stored in the atmosphere for 7 days was 85%, and the initial efficiency of the sample stored in the atmosphere for 14 days was also 85%.
For the evaluation of the full cell, a positive electrode film was prepared using a single-layer sheet using LiCoO2 as the positive electrode active material and aluminum foil as the current collector, and a negative electrode film was prepared by mixing graphite powder, active material powder, and binder at a discharge capacity design value of 450 mAh/g. A non-aqueous electrolyte solution in which lithium hexafluorophosphate was dissolved at a concentration of 1 mol/L in a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1/1 was used as the non-aqueous electrolyte, and a laminated lithium ion secondary battery was prepared using a polyethylene microporous film having a thickness of 30 μm as a separator. The laminated lithium ion secondary battery was charged at a constant current of 1.2 mA (0.25c based on the positive electrode) at room temperature until the voltage of the test cell reached 4.2 V, and after reaching 4.2 V, the current was reduced to keep the cell voltage at 4.2 V and charging was performed, and the discharge capacity was obtained. The capacity retention rate after 300 cycles at room temperature was 89%.
実施例2
ポリシロキサン樹脂(CERANATE SSA-934:DIC株式会社製)にフェノール樹脂(スミライトレジン:PR-53570、住友ベークライト株式会社製)を樹脂固形物質量構成比(5:5)で撹拌機中にて十分に混合させ、シリコンスラリーと高温焼成後のシリコン元素含有量が50%になるように混合させ混合乾燥物を作製、Li源添加時に、Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.05当量加えたこと以外、実施例1と同様にして行った。
Example 2
Polysiloxane resin (CERANATE SSA-934: manufactured by DIC Corporation) and phenolic resin (SUMILITE RESIN: PR-53570, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) were thoroughly mixed in a stirrer in a resin solid matter composition ratio (5:5), and mixed with the silicon slurry so that the silicon element content after high-temperature baking was 50% to produce a mixed and dried product. The procedure was the same as in Example 1, except that when the Li source was added, the amount of Li 2 O added was 0.05 equivalents relative to the silicon particles.
実施例3
Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.2当量としたこと以外、実施例2と同様にして行った。
Example 3
The same procedure as in Example 2 was repeated except that the amount of Li 2 O added was 0.2 equivalents relative to the silicon particles.
実施例4
Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.1当量とし、焼成温度を800℃/1hとしたこと以外、実施例1と同様にして行った。
Example 4
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the amount of Li 2 O added was 0.1 equivalent relative to the silicon particles and the firing temperature was 800° C./hour.
実施例5
Li2OをLi2CO3に変更し、添加量をシリコン粒子に対して1.0当量、焼成温度を800℃/4hとした以外、実施例2と同様にして行った。
Example 5
The same procedure as in Example 2 was repeated except that Li 2 O was changed to Li 2 CO 3 , the amount added was 1.0 equivalent relative to the silicon particles, and the firing temperature was 800° C./4 h.
実施例6
Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.07当量とし、焼成温度を800℃/1hとしたこと以外、実施例2と同様にして行った。
Example 6
The same procedure as in Example 2 was repeated except that the amount of Li 2 O added was 0.07 equivalent relative to the silicon particles and the firing temperature was 800° C./hour.
実施例7
Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.25当量とし、焼成温度を800℃/6hとしたこと以外、実施例2と同様にして行った。
Example 7
The same procedure as in Example 2 was repeated except that the amount of Li 2 O added was 0.25 equivalents relative to the silicon particles and the firing temperature was 800° C. for 6 hours.
実施例8
Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.3当量とし、焼成温度を800℃/4hとしたこと以外、実施例2と同様にして行った。
Example 8
The same procedure as in Example 2 was repeated except that the amount of Li 2 O added was 0.3 equivalents relative to the silicon particles and the firing temperature was 800° C./4 hours.
実施例9
黒色焼成物を、遊星型ボールミルで220rpm,10分粉砕し、Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.5当量、焼成温度を800℃/6hとしたこと以外、実施例2と同様にして行った。
Example 9
The black fired product was ground in a planetary ball mill at 220 rpm for 10 minutes, and the procedure was the same as in Example 2 except that the amount of Li 2 O added was 0.5 equivalents relative to the silicon particles and the firing temperature was 800° C./6 hours.
実施例10
Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.4当量とし、焼成温度を700℃/6h以外としたこと以外、実施例2と同様にして行った。
Example 10
The same procedures as in Example 2 were carried out except that the amount of Li 2 O added was 0.4 equivalents relative to the silicon particles and the firing temperature was other than 700° C./6 hours.
実施例11
Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.5当量、焼成温度を900℃/2hとした以外、実施例2と同様にして行った。
Example 11
The same procedure as in Example 2 was repeated except that the amount of Li 2 O added was 0.5 equivalents relative to the silicon particles and the firing temperature was 900° C./2 hours.
実施例12
Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.1当量、焼成温度を800℃/24hとした以外、実施例2と同様にして行った。
Example 12
The same procedure as in Example 2 was repeated except that the amount of Li 2 O added was 0.1 equivalent relative to the silicon particles and the firing temperature was 800° C./24 hours.
実施例13
Li2OをNa2CO3に変更し、シリコン粒子に対して0.5当量としたこと以外、実施例2と同様にして行った。
Example 13
The same procedure as in Example 2 was repeated, except that Li 2 O was changed to Na 2 CO 3 in an amount of 0.5 equivalents relative to the silicon particles.
実施例14
Li2OをK2CO3に変更し、シリコン粒子に対して0.5当量としたこと以外、実施例2と同様にして行った。
Example 14
The same procedure as in Example 2 was repeated, except that Li 2 O was changed to K 2 CO 3 in an amount of 0.5 equivalents relative to the silicon particles.
比較例1
実施例2に対して、Li2Oを添加しなかったこと以外は同様にして行った。
Comparative Example 1
The same procedure as in Example 2 was carried out except that Li 2 O was not added.
比較例2
ポリシロキサン樹脂およびフェノール樹脂を使用せず、Li2Oの添加量をシリコン粒子に対して0.1当量、焼成温度を800℃/2hとした以外、実施例2と同様にして行った。
Comparative Example 2
The same procedure as in Example 2 was repeated except that no polysiloxane resin or phenolic resin was used, the amount of Li 2 O added was 0.1 equivalent relative to the silicon particles, and the firing temperature was 800° C./2 hours.
比較例3
シリコン粒子を使用せず、Li2Oの添加量を1100℃、6h焼成後材料に対して0.3当量とした以外、実施例2と同様にして行った。
Comparative Example 3
The same procedure as in Example 2 was repeated except that no silicon particles were used and the amount of Li 2 O added was 0.3 equivalents relative to the material after sintering at 1100° C. for 6 hours.
比較例4
Li2OをFe2O3に変更し、その添加量をシリコン粒子に対して0.1当量、焼成温度を800℃/2hとした以外、実施例2と同様にして行った。
Comparative Example 4
The same procedure as in Example 2 was repeated except that Li 2 O was changed to Fe 2 O 3 , the amount of Fe 2 O 3 added was 0.1 equivalent relative to the silicon particles, and the firing temperature was 800° C./2 h.
上記表1より本発明の複合粒子(実施例1~14)では、比較例1~4に比べて、二次電池としたときの容量維持率および初回(クローン)効率が高く、大気中で長時間保管した際の初期効率の低下がほとんどないことが分かる。よって、本発明の複合粒子は、二次電池における容量維持率や初回クーロン効率といった充放電性能を高く維持できることが示された。 As can be seen from Table 1 above, the composite particles of the present invention (Examples 1 to 14) have higher capacity retention and initial (coulombic) efficiency when used in secondary batteries than Comparative Examples 1 to 4, and there is almost no decrease in initial efficiency when stored in air for a long period of time. This shows that the composite particles of the present invention can maintain high charge/discharge performance, such as capacity retention and initial coulombic efficiency, in secondary batteries.
Claims (15)
前記複合粒子の表面部から内部方向30%の領域に存在する全元素に対する金属イオン元素の比率A(atоm%)とそれ以外の領域に存在する全元素に対する金属イオン元素の比率B(atоm%)としたとき、金属イオン元素存在割合が、0.5<A/(A+B)<1.0を満たす複合粒子。 A composite particle having at least one silicon particle and a matrix phase outside the silicon particle, further containing a silicate compound containing a metal element , the matrix phase having a three-dimensional network structure of a silicon-oxygen skeleton optionally containing a nitrogen element or a three-dimensional network structure of a silicon-oxygen-carbon skeleton optionally containing a nitrogen element, the metal element being at least one selected from the group consisting of Li, K, Na, Ca, Mg and Al,
Composite particles, wherein the ratio A (atom %) of a metal ion element to all elements present in a region 30% inward from the surface of the composite particle is defined as A, and the ratio B (atom %) of a metal ion element to all elements present in the other region is defined as B, such that the metal ion element abundance ratio satisfies 0.5<A/(A+B)<1.0.
工程1:シリコン粒子を含むポリシロキサン樹脂由来の中間体に、Li、K、Na、Ca、MgおよびAlから成る群から選ばれる少なくとも一種の金属元素化合物を混合する工程
工程2:非酸素雰囲気下900℃以下で焼成する工程 A method for producing the composite particle according to claim 1, comprising the following steps 1 and 2:
Step 1: A step of mixing at least one metal element compound selected from the group consisting of Li, K, Na, Ca, Mg, and Al with an intermediate derived from a polysiloxane resin containing silicon particles. Step 2: A step of firing at 900° C. or less in a non-oxygen atmosphere.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023031778 | 2023-03-02 | ||
| JP2023031778 | 2023-03-02 | ||
| PCT/JP2024/005138 WO2024181132A1 (en) | 2023-03-02 | 2024-02-15 | Composite particle, production method for composite particle, negative electrode active material for secondary battery, negative electrode, and secondary battery |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2024181132A1 JPWO2024181132A1 (en) | 2024-09-06 |
| JPWO2024181132A5 JPWO2024181132A5 (en) | 2025-02-04 |
| JP7632757B2 true JP7632757B2 (en) | 2025-02-19 |
Family
ID=92589707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024529986A Active JP7632757B2 (en) | 2023-03-02 | 2024-02-15 | Composite particles, method for producing composite particles, negative electrode active material for secondary battery, negative electrode and secondary battery |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7632757B2 (en) |
| WO (1) | WO2024181132A1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007059213A (en) | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Toshiba Corp | Nonaqueous electrolyte battery and negative electrode active material |
| JP2011222151A (en) | 2010-04-05 | 2011-11-04 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Negative electrode material for nonaqueous secondary battery and method for producing the material, and lithium ion secondary battery |
| JP2018152250A (en) | 2017-03-13 | 2018-09-27 | 信越化学工業株式会社 | Negative electrode material, method of producing the negative electrode material, and mixed negative electrode material |
| WO2019142744A1 (en) | 2018-01-19 | 2019-07-25 | 三洋電機株式会社 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| WO2023171580A1 (en) | 2022-03-09 | 2023-09-14 | パナソニックエナジー株式会社 | Negative electrode active material for secondary batteries, and secondary battery |
-
2024
- 2024-02-15 JP JP2024529986A patent/JP7632757B2/en active Active
- 2024-02-15 WO PCT/JP2024/005138 patent/WO2024181132A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007059213A (en) | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Toshiba Corp | Nonaqueous electrolyte battery and negative electrode active material |
| JP2011222151A (en) | 2010-04-05 | 2011-11-04 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Negative electrode material for nonaqueous secondary battery and method for producing the material, and lithium ion secondary battery |
| JP2018152250A (en) | 2017-03-13 | 2018-09-27 | 信越化学工業株式会社 | Negative electrode material, method of producing the negative electrode material, and mixed negative electrode material |
| WO2019142744A1 (en) | 2018-01-19 | 2019-07-25 | 三洋電機株式会社 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| WO2023171580A1 (en) | 2022-03-09 | 2023-09-14 | パナソニックエナジー株式会社 | Negative electrode active material for secondary batteries, and secondary battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2024181132A1 (en) | 2024-09-06 |
| WO2024181132A1 (en) | 2024-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7447865B2 (en) | Silicon nanoparticles and active materials for non-aqueous secondary battery negative electrodes and secondary batteries using the same | |
| JP7343081B2 (en) | Secondary battery materials, negative electrode active materials and secondary batteries | |
| US20220384783A1 (en) | Active material for secondary battery negative electrode, negative electrode, and secondary battery | |
| JP7435916B1 (en) | Manufacturing method of negative electrode active material, negative electrode active material and secondary battery | |
| JP2023134577A (en) | Negative electrode active material, secondary battery, and method for producing negative electrode active material | |
| JP7586255B2 (en) | Composite active material for secondary battery and secondary battery | |
| JP7485230B2 (en) | Nanosilicon, nanosilicon slurry, method for producing nanosilicon, active material for secondary battery, and secondary battery | |
| JP7632757B2 (en) | Composite particles, method for producing composite particles, negative electrode active material for secondary battery, negative electrode and secondary battery | |
| JP7491478B2 (en) | Active material for secondary battery and secondary battery | |
| JP7491482B2 (en) | Active material for secondary battery, method for producing active material for secondary battery, and secondary battery | |
| JP7473098B1 (en) | Anode active material precursor, anode active material, secondary battery, and method for producing anode active material | |
| JP7453631B2 (en) | Silicon-based materials, composite materials containing silicon-based materials, negative electrode materials for secondary batteries, and secondary batteries | |
| WO2024181130A1 (en) | Composite active material for secondary batteries, and secondary battery | |
| JP2025010003A (en) | Nanosilicon, nanosilicon-containing slurry, active material for secondary batteries, method for producing nanosilicon-containing slurry, and method for producing active material for secondary batteries | |
| JP2025008899A (en) | Silicon particles, silicon-containing active material, negative electrode active material for secondary battery, negative electrode and secondary battery | |
| JP2025008898A (en) | Silicon particles, silicon-containing active material, negative electrode active material for secondary battery, negative electrode and secondary battery | |
| WO2024101263A1 (en) | Composite active material for secondary batteries, and secondary battery | |
| JP2025147581A (en) | Negative electrode active material, method for producing the same, and secondary battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240521 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240521 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20240521 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240820 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241003 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250107 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250120 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7632757 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |