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JP2023012417A - Silicon oxide-based negative electrode material - Google Patents

Silicon oxide-based negative electrode material Download PDF

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JP2023012417A
JP2023012417A JP2022067153A JP2022067153A JP2023012417A JP 2023012417 A JP2023012417 A JP 2023012417A JP 2022067153 A JP2022067153 A JP 2022067153A JP 2022067153 A JP2022067153 A JP 2022067153A JP 2023012417 A JP2023012417 A JP 2023012417A
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Japan
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negative electrode
matrix
electrode material
particles
mass
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JP2022067153A
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Japanese (ja)
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友紀 廣野
Tomoki Hirono
俊之 澤田
Toshiyuki Sawada
裕樹 坂口
Hiroki Sakaguchi
洋行 薄井
Hiroyuki Usui
康弘 道見
Yasuhiro Michimi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Special Steel Co Ltd
Tottori University NUC
Original Assignee
Sanyo Special Steel Co Ltd
Tottori University NUC
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Abstract

【課題】サイクル寿命に優れた蓄電デバイスが得られる負極材料の提供。【解決手段】リチウムイオン二次電池2は、槽4、電解液6、セパレータ8、正極10及び負極12を有している。負極12は、活物質層を有している。この活物質層は、多数の粒子を含んでいる。これらの粒子の材質は、Si系材料である。このSi系材料の金属組織は、SiO2のマトリックス、このマトリックスに分散するSi結晶、及びこのマトリックスに分散するSn、B、In又はBiを含んでいる。【選択図】図1Kind Code: A1 An object of the present invention is to provide a negative electrode material with which an electricity storage device having excellent cycle life can be obtained. A lithium ion secondary battery (2) has a tank (4), an electrolytic solution (6), a separator (8), a positive electrode (10) and a negative electrode (12). The negative electrode 12 has an active material layer. This active material layer contains a large number of particles. The material of these particles is a Si-based material. The metal structure of this Si-based material contains a matrix of SiO2, Si crystals dispersed in this matrix, and Sn, B, In or Bi dispersed in this matrix. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、充電時又は放電時に、リチウムイオン、ナトリウムイオン等の陽イオンの移動を伴う、蓄電デバイスに関する。詳細には、本発明は、この蓄電デバイスの負極の改良に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electricity storage device that accompanies movement of positive ions such as lithium ions and sodium ions during charging or discharging. Specifically, the present invention relates to improvement of the negative electrode of this electricity storage device.

近年、携帯電話機、携帯音楽プレーヤー、携帯端末等が急速に普及している。これらの携帯機器は、リチウムイオン二次電池を有している。電気自動車及びハイブリッド自動車も、リチウムイオン二次電池を有している。さらに、家庭用の定置蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池及びハイブリットキャパシタが用いられている。 In recent years, mobile phones, mobile music players, mobile terminals, etc. have rapidly spread. These portable devices have lithium ion secondary batteries. Electric vehicles and hybrid vehicles also have lithium-ion secondary batteries. Furthermore, lithium ion secondary batteries and hybrid capacitors are used as stationary power storage devices for home use.

リチウムイオン二次電池では、放電時に負極がリチウムイオンを吸蔵する。リチウムイオン二次電池の充電時には、負極からリチウムイオンが放出される。負極は、集電体と、この集電体の表面に固着された活物質とを有している。 In a lithium ion secondary battery, the negative electrode absorbs lithium ions during discharge. During charging of the lithium ion secondary battery, lithium ions are released from the negative electrode. The negative electrode has a current collector and an active material adhered to the surface of this current collector.

負極における活物質として、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス等の炭素系材料が用いられている。この炭素系材料の、リチウムイオンに対する理論上の容量は、372mAh/gにすぎない。容量の大きな活物質が望まれている。 Carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, and coke are used as active materials in negative electrodes. The theoretical capacity of this carbon-based material for lithium ions is only 372 mAh/g. An active material with a large capacity is desired.

負極における活物質として、Siが注目されている。Siは、リチウムイオンと反応する。この反応により、化合物が形成される。典型的な化合物は、Li3.75Siである。この反応により、大量のリチウムイオンが負極に吸蔵される。Siは、負極の蓄電容量を高めうる。 Si has attracted attention as an active material for negative electrodes. Si reacts with lithium ions. This reaction forms a compound. A typical compound is Li 3.75 Si. Due to this reaction, a large amount of lithium ions are occluded in the negative electrode. Si can increase the storage capacity of the negative electrode.

Siを含む活物質層がリチウムイオンを吸蔵すると、前述の化合物の生成により、この活物質層が膨張する。活物質の膨張率は、約400%である。活物質層からリチウムイオンが放出されると、この活物質層が収縮する。膨張と収縮との繰り返しにより、活物質が集電体から脱落する。この脱落は、蓄電容量を低下させる。膨張と収縮との繰り返しにより、活物質間の導電性が阻害されることもある。さらに、膨張と収縮との繰り返しによる活物質の新生界面形成により、活物質表層でのSEI形成由来の電解液の分解反応が、過分に生じる。この反応によって生じた過剰な抵抗被膜は、電池抵抗を増大させる。さらにこの反応は、電解液の枯渇を引き起こす。Siを含む従来のリチウムイオン二次電池負極の寿命は、長くない。 When the active material layer containing Si absorbs lithium ions, the active material layer expands due to the formation of the aforementioned compounds. The expansion rate of the active material is about 400%. When lithium ions are released from the active material layer, the active material layer contracts. The active material drops from the current collector due to repeated expansion and contraction. This shedding reduces the storage capacity. Repeated expansion and contraction may hinder electrical conductivity between active materials. Furthermore, due to the formation of a new interface of the active material due to repeated expansion and contraction, the decomposition reaction of the electrolytic solution due to the formation of SEI on the surface layer of the active material occurs excessively. The excess resistive coating produced by this reaction increases the cell resistance. In addition, this reaction causes electrolyte depletion. The life of conventional lithium-ion secondary battery negative electrodes containing Si is not long.

特開2018-41702公報には、その組成がSi、SiO及び炭素系材料からなる負極材料が開示されている。この負極材料では、Siの体積変化によって生じる応力を、SiOが緩和する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-41702 discloses a negative electrode material whose composition is Si, SiO 2 and a carbonaceous material. In this negative electrode material, SiO 2 relieves the stress caused by the volume change of Si.

特開2018-41702公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-41702

従来のリチウムイオン二次電池では、サイクル寿命は不十分である。同様の問題は、リチウムイオン、ナトリウムイオン等の陽イオンが電気伝導を担う、他の蓄電デバイスにおいても、生じている。 Conventional lithium-ion secondary batteries have insufficient cycle life. A similar problem occurs in other electric storage devices in which cations such as lithium ions and sodium ions are responsible for electric conduction.

本発明の目的は、サイクル寿命に優れた蓄電デバイスが得られる、負極材料の提供にある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a negative electrode material with which an electricity storage device having excellent cycle life can be obtained.

本発明に係る蓄電デバイス用負極材料は、複数の粒子からなる。これらの粒子の材質は、Si系材料である。このSi系材料の金属組織は、SiOのマトリックス、このマトリックスに分散するSi結晶、及びこのマトリックスに分散するSn、B、In又はBiを含む。 A negative electrode material for an electricity storage device according to the present invention is composed of a plurality of particles. The material of these particles is a Si-based material. The metallographic structure of this Si-based material includes a matrix of SiO2 , Si crystals dispersed in this matrix, and Sn, B, In or Bi dispersed in this matrix.

他の観点によれば、本発明に係る蓄電デバイスの負極は、集電体と、この集電体の表面に固着された複数の粒子とを有する。これらの粒子の材質は、Si系材料である。このSi系材料の金属組織は、SiOのマトリックス、このマトリックスに分散するSi結晶、及びこのマトリックスに分散するSn、B、In又はBiを含む。 According to another aspect, a negative electrode of an electricity storage device according to the present invention has a current collector and a plurality of particles adhered to the surface of the current collector. The material of these particles is a Si-based material. The metallographic structure of this Si-based material includes a matrix of SiO2 , Si crystals dispersed in this matrix, and Sn, B, In or Bi dispersed in this matrix.

さらに他の観点によれば、本発明に係る蓄電デバイスは、正極と負極とを有する。この負極は、集電体と、この集電体の表面に固着された複数の粒子とを有する。これらの粒子の材質は、Si系材料である。このSi系材料の金属組織は、SiOのマトリックス、このマトリックスに分散するSi結晶、及びこのマトリックスに分散するSn、B、In又はBiを含む。 According to still another aspect, an electricity storage device according to the present invention has a positive electrode and a negative electrode. This negative electrode has a current collector and a plurality of particles adhered to the surface of this current collector. The material of these particles is a Si-based material. The metallographic structure of this Si-based material includes a matrix of SiO2 , Si crystals dispersed in this matrix, and Sn, B, In or Bi dispersed in this matrix.

さらに他の観点によれば、本発明に係る蓄電デバイス用負極材料の製造方法は、
(1)その主成分がSiOである原料、その主成分がSiである原料、及びその材質がSn、B、In又はBiである原料を、準備する工程、
並びに、
(2)これらの原料にメカニカルミリングを施して、SiOのマトリックスにSi結晶を分散させ、かつこのマトリックスにSn、B、In又はBiを分散させる工程
を含む。
According to still another aspect, the method for producing a negative electrode material for an electricity storage device according to the present invention comprises:
(1) a step of preparing a raw material whose main component is SiO2 , a raw material whose main component is Si, and a raw material whose material is Sn, B, In or Bi;
and,
(2) These raw materials are subjected to mechanical milling to disperse Si crystals in a matrix of SiO 2 and to disperse Sn, B, In or Bi in this matrix.

本発明に係る負極では、電子伝導性に優れたマトリックスが、Siと陽イオンとの均一な反応を促す。この負極を有する蓄電デバイスは、サイクル寿命に優れる。 In the negative electrode according to the present invention, the matrix having excellent electronic conductivity promotes uniform reaction between Si and cations. An electricity storage device having this negative electrode has excellent cycle life.

図1は、本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスとしての、リチウムイオン二次電池が示された概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a lithium ion secondary battery as an electricity storage device according to one embodiment of the present invention. 図2は、図1の電池の負極の一部が示された断面図である。2 is a cross-sectional view showing a portion of the negative electrode of the battery of FIG. 1. FIG. 図3は、図2の負極の粒子が示された透過電子顕微鏡写真である。FIG. 3 is a transmission electron micrograph showing particles of the negative electrode of FIG. 図4は、図3の粒子が拡大されて示された透過電子顕微鏡写真である。FIG. 4 is a transmission electron micrograph showing the particles of FIG. 3 enlarged. 図5は、本発明の実施例に係る負極材料の粒子が示された走査電子顕微鏡像である。FIG. 5 is a scanning electron microscope image showing particles of a negative electrode material according to an example of the present invention. 図6は、本発明の実施例に係る負極材料のX線回折の結果が示されたチャートである。FIG. 6 is a chart showing the results of X-ray diffraction of negative electrode materials according to examples of the present invention. 図7は、本発明の実施例に係る負極材料のX線回折の結果が示されたチャートである。FIG. 7 is a chart showing the results of X-ray diffraction of negative electrode materials according to examples of the present invention. 図8は、本発明の実施例に係る負極材料の金属組織が示された模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a metal structure of a negative electrode material according to an example of the present invention. 図9は、本発明の実施例に係る負極材料の電気伝導率が示されたグラフである。FIG. 9 is a graph showing electrical conductivity of negative electrode materials according to examples of the present invention. 図10は、本発明の実施例に係る負極材料のサイクル寿命の測定結果が示されたグラフである。FIG. 10 is a graph showing measurement results of cycle life of negative electrode materials according to examples of the present invention. 図11は、本発明の実施例に係る負極材料のサイクル寿命の測定結果が示されたグラフである。FIG. 11 is a graph showing measurement results of cycle life of negative electrode materials according to examples of the present invention. 図12は、本発明の実施例に係る負極材料の粒子が示された走査電子顕微鏡像である。FIG. 12 is a scanning electron microscope image showing particles of a negative electrode material according to an example of the present invention. 図13は、本発明の実施例に係る負極材料のX線回折の結果が示されたチャートである。FIG. 13 is a chart showing the results of X-ray diffraction of negative electrode materials according to examples of the present invention. 図14は、本発明の実施例に係る負極材料の電気伝導率が示されたグラフである。FIG. 14 is a graph showing electrical conductivity of negative electrode materials according to examples of the present invention. 図15は、本発明の実施例に係る負極材料のサイクル寿命の測定結果が示されたグラフである。FIG. 15 is a graph showing measurement results of cycle life of negative electrode materials according to examples of the present invention.

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments with appropriate reference to the drawings.

図1に概念的に示されたリチウムイオン二次電池2は、槽4、電解液6、セパレータ8、正極10及び負極12を有している。槽4は、電解液6を蓄えている。この電解液6は、リチウムイオンを含んでいる。このリチウムイオンは、電気伝導を担う。電解液6が、他のイオンを含んでもよい。他のイオンとして、ナトリウムイオンが例示される。ナトリウムイオンを含む電解液6では、このナトリウムイオンが電気伝導を担う。ナトリウムイオンの電解液を含む電池は、「ナトリウムイオン二次電池」と称されている。 A lithium ion secondary battery 2 conceptually shown in FIG. A tank 4 stores an electrolytic solution 6 . This electrolytic solution 6 contains lithium ions. This lithium ion is responsible for electrical conduction. The electrolyte solution 6 may contain other ions. Other ions are exemplified by sodium ions. In the electrolytic solution 6 containing sodium ions, the sodium ions are responsible for electrical conduction. A battery containing a sodium ion electrolyte is called a "sodium ion secondary battery".

セパレータ8は、槽4を、正極室14及び負極室16に区画している。セパレータ8により、正極10と負極12との当接が防止される。図示されないが、このセパレータ8は、多数の孔を有している。リチウムイオンは、この孔を通過しうる。正極10は、正極室14において、電解液6に浸漬されている。負極12は、負極室16において、電解液6に浸漬されている。 The separator 8 partitions the tank 4 into a positive electrode chamber 14 and a negative electrode chamber 16 . The separator 8 prevents contact between the positive electrode 10 and the negative electrode 12 . Although not shown, this separator 8 has a large number of holes. Lithium ions can pass through this hole. The positive electrode 10 is immersed in the electrolytic solution 6 in the positive electrode chamber 14 . The negative electrode 12 is immersed in the electrolytic solution 6 in the negative electrode chamber 16 .

図2には、負極12の一部が示されている。この負極12は、集電体18と、活物質層20とを有している。活物質層20は、多数の粒子22を含んでいる。粒子22は、この粒子22に当接する他の粒子22と固着されている。集電体18に当接する粒子22は、この集電体18に固着されている。活物質層20は、多孔質である。 A portion of the negative electrode 12 is shown in FIG. This negative electrode 12 has a current collector 18 and an active material layer 20 . Active material layer 20 includes a large number of particles 22 . A particle 22 is fixed with another particle 22 that abuts this particle 22 . The particles 22 contacting the current collector 18 are adhered to this current collector 18 . Active material layer 20 is porous.

活物質層20の粒子22の集合(つまり粉末)は、本発明では、「負極材料」と称される。この負極材料の材質は、Si系材料である。このSi系材料は、Si及びOを含んでいる。この合金はさらに、Sn、B、In及びBiからなる群から選択された1又は2以上を含んでいる。好ましくは、残部は不可避的不純物である。 The aggregate (that is, powder) of the particles 22 of the active material layer 20 is referred to as "negative electrode material" in the present invention. The material of this negative electrode material is a Si-based material. This Si-based material contains Si and O. This alloy further contains one or more selected from the group consisting of Sn, B, In and Bi. Preferably, the balance is unavoidable impurities.

このSi系材料の金属組織は、
(1)SiOのマトリックス
(2)Si結晶
及び
(3)Sn、B、In又はBi
を含んでいる。
The metal structure of this Si-based material is
(1) a matrix of SiO 2 (2) Si crystals and (3) Sn, B, In or Bi
contains.

図3は、図2の負極の粒子が示された透過電子顕微鏡写真であり、図4はその拡大写真である。図3には、マトリックスと複数の斑点とが示されている。これらの斑点は、マトリックスに分散している。マトリックスは、ハローパターンを示している。EDS分析によれば、マトリックスの主成分はSi及びOである。このマトリックスの組成は、SiOである。このマトリックスは、非晶質である。電子線解析によれば、それぞれの斑点は、Siの単相である。この斑点は、Si結晶である。図3及び4では、Sn及びBは確認されない。その理由は、Sn及びBの相が微細であるからである。後に詳説する通り、Sn及びBは、マトリックスに分散している。好ましい実施形態では、Sn及びBは、マトリックスに固溶している。 FIG. 3 is a transmission electron micrograph showing particles of the negative electrode of FIG. 2, and FIG. 4 is an enlarged photograph thereof. A matrix and a plurality of spots are shown in FIG. These spots are dispersed in a matrix. The matrix shows a halo pattern. According to EDS analysis, the main components of the matrix are Si and O. The composition of this matrix is SiO2 . This matrix is amorphous. According to electron beam analysis, each speck is a single phase of Si. These spots are Si crystals. In Figures 3 and 4, Sn and B are not identified. The reason is that the Sn and B phases are fine. Sn and B are dispersed in a matrix, as will be detailed later. In a preferred embodiment, Sn and B are in solid solution in the matrix.

マトリックスであるSiOは、SiOに由来する四面体の網目状構造を有する。Si結晶は、微細である。後に詳説される通り、Si結晶には、Snは分散しておらず、Bも分散していない。Si結晶は、クラスター形状を有している。この負極材料では、Siは、SiOとして存在し、かつSi結晶として存在する。この組成は、本明細書では、「SiO」と表される。Xは、2.0より小さい正の数である。 The matrix SiO2 has a tetrahedral network derived from SiO4. Si crystals are fine. As will be detailed later, neither Sn nor B is dispersed in the Si crystal. Si crystals have a cluster shape. In this negative electrode material, Si exists as SiO 2 and as Si crystals. This composition is referred to herein as "SiO x ". X is a positive number less than 2.0.

Si結晶は、リチウムイオンと反応する。この反応により、化合物が形成される。典型的な化合物は、Li3.75Siである。この反応により、大量のリチウムイオンが負極に吸蔵されうる。放電時にSi結晶は、リチウムイオンを吸蔵する。充電時にSi結晶は、リチウムイオンを放出する。Si結晶は、電池の蓄電性能に寄与しうる。 Si crystals react with lithium ions. This reaction forms a compound. A typical compound is Li 3.75 Si. Due to this reaction, a large amount of lithium ions can be occluded by the negative electrode. The Si crystal absorbs lithium ions during discharge. The Si crystal releases lithium ions during charging. Si crystals can contribute to the power storage performance of the battery.

Si結晶がリチウムイオンを吸蔵すると、この結晶が膨張する。Si結晶がリチウムイオンを放出すると、この結晶が収縮する。膨張時には、応力が発生する。収縮時にも、応力が発生する。SiOのマトリックスは、Si結晶の膨張及び収縮に追従し、この膨張及び収縮によって生じる応力を緩和する。このマトリックスは、粒子の集電体からの脱落を抑制する。 When the Si crystal absorbs lithium ions, the crystal expands. When the Si crystal releases lithium ions, the crystal contracts. During expansion, stress is generated. Stress is also generated during shrinkage. The SiO2 matrix follows the expansion and contraction of the Si crystal and relieves the stress caused by this expansion and contraction. This matrix prevents the particles from falling off from the current collector.

SiOは、本来的には、絶縁性である。本発明に係る負極材料のマトリックスでは、SiOにSn、B、In又はBiが分散している。Sn、B、In及びBiは、マトリックスの電子伝導性を高める。このマトリックスは、それぞれのSi結晶の、リチウムイオンとの反応を促す。この負極材料では、多くのSi結晶が、均一にリチウムイオンと反応する。 SiO 2 is inherently insulating. In the matrix of the anode material according to the invention Sn, B, In or Bi is dispersed in SiO2 . Sn, B, In and Bi enhance the electronic conductivity of the matrix. This matrix facilitates the reaction of each Si crystal with lithium ions. In this negative electrode material, many Si crystals uniformly react with lithium ions.

Siがリチウムイオンを吸蔵するとき、下記の数式(1)で示された反応が生じる。

Figure 2023012417000002
When Si absorbs lithium ions, the reaction represented by the following formula (1) occurs.
Figure 2023012417000002

Li2.00Siがさらにリチウムイオンを吸蔵するとき、下記の数式(2)で示された反応が生じる。

Figure 2023012417000003
When Li 2.00 Si further absorbs lithium ions, the reaction represented by the following formula (2) occurs.
Figure 2023012417000003

上記数式(1)の反応によるSiの体積膨張率は、240%である。上記数式(1)で生成したLi2.00Siからさらに数式(2)の反応まで進むと、Siの体積膨張率は、380%にまで到達する。上記数式(2)まで進行したとき体積膨張率は、数式(1)の反応による体積膨張率よりも大きい。前述の通り、マトリックスにSn、B、In又はBiが分散した負極材料では、Si結晶が均一にリチウムイオンと反応する。従って、上記数式(2)に至る反応が局所的に生じることが抑制され、局所的な体積膨張が抑制される。この電池では、Sn、B、In又はBiが、粒子の集電体からの脱落を抑制する。この電池は、サイクル寿命に優れている。 The volume expansion coefficient of Si due to the reaction of the above formula (1) is 240%. When the Li 2.00 Si produced by the above formula (1) proceeds to the reaction of the formula (2), the volume expansion coefficient of Si reaches 380%. The volume expansion rate when proceeding to the above formula (2) is larger than the volume expansion rate due to the reaction of formula (1). As described above, in a negative electrode material in which Sn, B, In or Bi is dispersed in a matrix, Si crystals uniformly react with lithium ions. Therefore, the local occurrence of the reaction leading to the above formula (2) is suppressed, and the local volumetric expansion is suppressed. In this battery, Sn, B, In, or Bi suppresses particles from falling off from the current collector. This battery has excellent cycle life.

蓄電容量及びサイクル寿命の観点から、Sn、B、In及びBiのいずれもがSi結晶に固溶しないことが好ましい。 From the viewpoint of storage capacity and cycle life, it is preferable that none of Sn, B, In and Bi form a solid solution in the Si crystal.

この負極材料におけるSiOの含有率は、31.0質量%以上49.0質量%以下が好ましい。この含有率が31.0質量%以上である負極材料では、マトリックスが応力緩和に十分に寄与する。この観点から、この含有率は32.0質量%以上がより好ましく、35.0質量%以上が特に好ましい。この含有率が49.0質量%以下である負極材料は、十分な量のSi結晶、Sn、B、In及びBiを含有しうる。 The content of SiO 2 in this negative electrode material is preferably 31.0% by mass or more and 49.0% by mass or less. In a negative electrode material having a content of 31.0% by mass or more, the matrix sufficiently contributes to stress relaxation. From this point of view, the content is more preferably 32.0% by mass or more, and particularly preferably 35.0% by mass or more. A negative electrode material with a content of 49.0% by mass or less can contain sufficient amounts of Si crystals, Sn, B, In and Bi.

この負極材料におけるSi結晶の含有率は、49.0質量%以上66.0質量%以下が好ましい。この含有率が49.0質量%以上である電池は、蓄電容量が大きい。この観点から、この含有率は50.0質量%以上がより好ましく、51.0質量%以上が特に好ましい。この含有率が66.0質量%以下である負極材料は、十分な量のSiO、Sn、B、In及びBiを含有しうる。 The content of Si crystals in this negative electrode material is preferably 49.0% by mass or more and 66.0% by mass or less. A battery with a content of 49.0% by mass or more has a large power storage capacity. From this point of view, the content is more preferably 50.0% by mass or more, and particularly preferably 51.0% by mass or more. A negative electrode material having a content of 66.0% by mass or less can contain sufficient amounts of SiO 2 , Sn, B, In and Bi.

この負極材料におけるSn、B、In及びBiの合計含有率は、0.1質量%以上10.0質量%以下が好ましい。この含有率が0.1質量%以上である電池では、Sn又はBが蓄電容量及びサイクル寿命に寄与しうる。この観点から、この含有率は1.0質量%以上がより好ましく、1.5質量%以上が特に好ましい。この含有率が10.0質量%以下である負極材料は、十分な量のSiO及びSi結晶を含有しうる。 The total content of Sn, B, In and Bi in this negative electrode material is preferably 0.1% by mass or more and 10.0% by mass or less. In a battery with a content of 0.1% by mass or more, Sn or B can contribute to the storage capacity and cycle life. From this point of view, the content is more preferably 1.0% by mass or more, and particularly preferably 1.5% by mass or more. A negative electrode material whose content is 10.0% by mass or less can contain sufficient amounts of SiO 2 and Si crystals.

Si結晶の結晶子サイズは、20nm以下が好ましい。この結晶子サイズが20nm以下である電池は、蓄電容量及びサイクル寿命に優れる。これらの観点から、結晶子サイズは15nm以下がより好ましく、12nm以下が特に好ましい。負極材料に含まれる全てのSi結晶において、結晶子サイズが上記範囲内であることが好ましい。 The crystallite size of the Si crystal is preferably 20 nm or less. A battery with a crystallite size of 20 nm or less is excellent in storage capacity and cycle life. From these points of view, the crystallite size is more preferably 15 nm or less, and particularly preferably 12 nm or less. All Si crystals contained in the negative electrode material preferably have a crystallite size within the above range.

結晶子サイズは、X線回折により測定されうる。X線回折におけるX線源は、波長が1.54059オングストロームであるCuKα線である。このX線回折分析で得られるピークの半値幅から、下記のScherrerの式が用いられて、結晶子サイズが求められ得る。
D = (K × λ) / (β × cosθ)
この数式において、Dは結晶子の大きさ(オングストローム)を表し、KはScherrerの定数を表し、λはX線管球の波長を表し、βは結晶子の大きさによる回折線の拡がりを表し、θは回折角を表す。
Crystallite size can be measured by X-ray diffraction. The X-ray source in X-ray diffraction is CuKα rays with a wavelength of 1.54059 angstroms. From the half width of the peak obtained by this X-ray diffraction analysis, the following Scherrer equation can be used to determine the crystallite size.
D = (K x λ) / (β x cos θ)
In this formula, D represents the crystallite size (angstroms), K represents Scherrer's constant, λ represents the wavelength of the X-ray tube, and β represents the spread of the diffraction line due to the crystallite size. , θ represents the diffraction angle.

活物質層に適用される多数の粒子の集合は、粉末である。この粉末の平均粒子径D50は、1.0μm以上6.0μm以下が好ましい。平均粒子径D50である電池は、サイクル寿命に優れる。サイクル寿命の観点から、平均粒子径D50は2.0μm以上がより好ましく、2.5μm以上が特に好ましい。サイクル寿命の観点から、平均粒子径D50は5.0μm以下がより好ましく、4.5μm以下が特に好ましい。 The mass of particles applied to the active material layer is powder. The average particle diameter D50 of this powder is preferably 1.0 μm or more and 6.0 μm or less. A battery having an average particle diameter of D50 is excellent in cycle life. From the viewpoint of cycle life, the average particle diameter D50 is more preferably 2.0 µm or more, particularly preferably 2.5 µm or more. From the viewpoint of cycle life, the average particle diameter D50 is more preferably 5.0 μm or less, particularly preferably 4.5 μm or less.

平均粒子径D50は、粉末の体積の累積カーブにおいて、累積体積が50%であるときの粒子直径である。平均粒子径D50は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置により測定される。 The average particle size D50 is the particle diameter when the cumulative volume is 50% in the powder volume cumulative curve. The average particle size D50 is measured with a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer.

以下、本発明に係る負極材料の製造方法の一例が説明される。この製造方法は、
(1)その主成分がSiOである原料、その主成分がSiである原料、及びその材質がSn、B、In又はBiである原料を、準備する工程、
並びに、
(2)これらの原料にメカニカルミリングを施して、SiOのマトリックスにSi結晶を分散させ、かつこのマトリックスにSn、B、In又はBiを分散させる工程
を含む。
An example of the method for producing a negative electrode material according to the present invention will be described below. This manufacturing method
(1) a step of preparing a raw material whose main component is SiO2 , a raw material whose main component is Si, and a raw material whose material is Sn, B, In or Bi;
and,
(2) These raw materials are subjected to mechanical milling to disperse Si crystals in a matrix of SiO 2 and to disperse Sn, B, In or Bi in this matrix.

ミリングに供されるSiOの原料は、液相合成法、気相合成法、溶融法等によって製作されうる。このSiOの原料の性状は、粉末状、フレーク状、塊状等である。ミリングに供されるSiの原料は、アトマイズ法、溶融法、還元法等によって製作されうる。このSiの原料の性状は、粉末状、フレーク状、塊状等である。ミリングに供されるSn、B、In又はBiの原料は、アトマイズ法、溶融法、還元法等によって製作されうる。このSn、B、In又はBiの原料の性状は、粉末状、フレーク状、塊状等である。 The raw material of SiO 2 to be milled can be produced by a liquid phase synthesis method, a vapor phase synthesis method, a melting method, or the like. The properties of this SiO 2 raw material are powder, flakes, lumps, and the like. The Si raw material to be milled can be produced by an atomizing method, a melting method, a reduction method, or the like. The properties of this Si raw material are powder, flakes, lumps, and the like. Raw materials of Sn, B, In, or Bi to be milled can be produced by an atomizing method, a melting method, a reduction method, or the like. The properties of the Sn, B, In, or Bi raw material are powder, flake, block, and the like.

の反応ギブズエネルギー(ΔrG)は、181.25kJ mоl-1である。SnOの反応ギブズエネルギー(ΔrG)は、340.93kJ mоl-1である。B又はSnを添加した場合は、ΔrG>0となることから、B及びSnOよりも、SiOとして存在する方が安定である。このことから、原料として、SiOではなく、Si及びBが使用されてもよく、Si及びSnOが使用されてもよい。このB及びSnOの原料は、液相合成法、気相合成法、溶融法等によって製作されうる。また、このB及びSnOの原料の性状は、粉末状、フレーク状、塊状等である。 The reaction Gibbs energy (ΔrG 0 ) of B 2 O 3 is 181.25 kJ mol −1 . The reaction Gibbs energy (ΔrG 0 ) of SnO 2 is 340.93 kJ mol −1 . Since ΔrG 0 >0 when B or Sn is added, it is more stable to exist as SiO 2 than B 2 O 3 and SnO 2 . For this reason, Si and B 2 O 3 may be used as raw materials instead of SiO 2 , and Si and SnO 2 may be used. The B 2 O 3 and SnO 2 raw materials can be produced by a liquid phase synthesis method, a gas phase synthesis method, a melting method, or the like. The properties of the B 2 O 3 and SnO 2 raw materials are powder, flakes, lumps, and the like.

これらの原料が、メディアと共にポットに投入される。メディアの材質として、ジルコニア、SUS304及びSUJ2が例示される。ポットの材質として、ジルコニア、SUS304(JISで規定されたオーステナイト系ステンレス鋼)及びSUJ2(JISで規定された高炭素クロム軸受鋼)が例示される。このポットの内部が不活性ガスで満たされて、このポットが密閉される。このポットがミリング装置に載せられて、攪拌がなされる。ミリング法として、ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、アトライタ及び振動ボールミルが例示される。「メカニカルグライディング」、「メカイカルアロイング」等と称される手法も含め、本発明の目的を達成しうる種々の機械的粉砕加工が、本明細書では、「メカニカルミリング」と総称される。このミリングにより、SiOのマトリックス中にSi結晶が分散する。このミリングにより、SiOのマトリックス中にSn又はBが分散する。ミリングは、SiOの結晶性を低下させる。 These raw materials are put into the pot together with the media. Zirconia, SUS304 and SUJ2 are exemplified as media materials. Examples of the pot material include zirconia, SUS304 (austenitic stainless steel specified by JIS), and SUJ2 (high carbon chromium bearing steel specified by JIS). The interior of the pot is filled with inert gas and the pot is sealed. The pot is placed on a milling device and agitated. Examples of milling methods include ball mills, bead mills, planetary ball mills, attritors and vibrating ball mills. Various mechanical grinding processes capable of achieving the objectives of the present invention, including techniques called "mechanical grinding", "mechanical alloying", etc., are collectively referred to herein as "mechanical milling". This milling disperses Si crystals in a matrix of SiO2 . This milling disperses the Sn or B in the SiO2 matrix. Milling reduces the crystallinity of SiO2 .

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。 The effects of the present invention will be clarified by examples below, but the present invention should not be construed in a limited manner based on the description of these examples.

[実施例1]
フレーク状のSi原料をアルミナ製の坩堝内で高周波誘導によって加熱し、溶融合金を得た。坩堝の底に形成されたノズルから溶融合金を落下させ、これに高圧の窒素ガスを噴射した。この噴射により溶融金属が微細化しかつ急冷されて、粉末が形成された。この粉末を、目開きが300μmである篩で分級し、Si粉末を得た。材質がオーステナイト系ステンレス鋼である容器に、材質が高炭素クロム軸受鋼である多数のボールを投入した。これらのボールの合計質量は、12kgであった。この容器に、31.4gのSi粉末、26.8gのSiO粉末(純度:99.9%)及び1.8gのSn粉末(純度:99.0%)を、投入した。これらの粉末の合計質量とボールの合計質量との比は、1:200であった。この容器を密閉し、容器内を減圧して、内圧を0.1MPaとした。この容器に、アルゴンガスを封入した。その容器を、振動ボールミル装置にセットした。以下の条件で、メカニカルミリングを実施した。
振動数:1200rpm
時間:14時間
このメカニカルミリングの後、粉末とボールとの質量比を1:300とし、さらに14時間のメカニカルミリングを実施して、合金粉末を得た。
[Example 1]
A flaky Si raw material was heated by high-frequency induction in an alumina crucible to obtain a molten alloy. A molten alloy was dropped from a nozzle formed at the bottom of the crucible, and high-pressure nitrogen gas was injected into it. This injection atomized and quenched the molten metal to form a powder. This powder was classified with a sieve having an opening of 300 μm to obtain Si powder. A large number of balls made of high-carbon chromium bearing steel were put into a container made of austenitic stainless steel. The total mass of these balls was 12 kg. 31.4 g of Si powder, 26.8 g of SiO 2 powder (purity: 99.9%) and 1.8 g of Sn powder (purity: 99.0%) were charged into the container. The ratio of the total weight of these powders to the total weight of the balls was 1:200. The container was sealed and the pressure inside the container was reduced to 0.1 MPa. Argon gas was sealed in this container. The container was set in a vibrating ball mill apparatus. Mechanical milling was performed under the following conditions.
Frequency: 1200rpm
Time: 14 hours After this mechanical milling, the mass ratio of the powder to the balls was set to 1:300, and mechanical milling was further performed for 14 hours to obtain an alloy powder.

この合金粉末に、以下の条件で解砕を施した。
装置:ジェットミル
ガスの種類:窒素ガス
ガスの圧力:0.7MPa
この解砕により、粒度が10μm以下に調整された負極材料が得られた。この負極材料におけるSnの含有率は、3質量%であった。
This alloy powder was pulverized under the following conditions.
Apparatus: Jet mill Gas type: Nitrogen gas Gas pressure: 0.7 MPa
By this pulverization, a negative electrode material having a particle size adjusted to 10 μm or less was obtained. The Sn content in this negative electrode material was 3% by mass.

[実施例2]
Sn粉末に代えてB粉末(純度:99.9%)を容器に投入した他は実施例1と同様にして、実施例2の負極材料を得た。
[Example 2]
A negative electrode material of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that B powder (purity: 99.9%) was put into the container instead of the Sn powder.

[比較例1]
Sn粉末に代えてAl粉末(純度:99.9%)を容器に投入した他は実施例1と同様にして、比較例1の負極材料を得た。
[Comparative Example 1]
A negative electrode material of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that Al powder (purity: 99.9%) was put into the container instead of Sn powder.

[比較例2]
Sn粉末を容器に投入しなかった他は実施例1と同様にして、比較例2の負極材料を得た。
[Comparative Example 2]
A negative electrode material of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the Sn powder was not put into the container.

[外観]
粉末に含まれる粒子を、走査電子顕微鏡で撮影した。この結果が、図5に示されている。図5における各像の配置は、以下の通りである。
左上:比較例2
右上:比較例1
左下:実施例2
右下:実施例1
各像において、サイズが5μm程度である二次粒子が確認された。この結果から、Sn及びBが二次粒子のサイズや形状に及ぼす影響は少ないと、考えられる。各像において、一次粒子は、明確には確認できなかった。この結果から、一次粒子のサイズは数百nm以下であると推測される。
[exterior]
The particles contained in the powder were photographed with a scanning electron microscope. The results are shown in FIG. The arrangement of each image in FIG. 5 is as follows.
Upper left: Comparative example 2
Upper right: Comparative example 1
Lower left: Example 2
Lower right: Example 1
In each image, secondary particles with a size of about 5 μm were confirmed. From this result, it is considered that Sn and B have little effect on the size and shape of secondary particles. Primary particles could not be clearly identified in each image. From this result, the size of the primary particles is estimated to be several hundred nm or less.

[X線回折]
粉末を2θ=20-60deg.のX線回折に供した。この結果が、図6に示されている。図6から明らかなように、各粉末において、Siの回折ピーク((111)、(220)及び(311))が観測された。Siの結晶子サイズは、Scherrerの式より算出し、約8-12nmであることがわかった。各粉末において、SiOの回折ピークは、見られなかった。メカニカルミリングの高エネルギー粉砕により、SiOはほぼ非晶質へと変化したと考えられる。実施例1の粉末において、Snに由来するピークは、見られなかった。実施例2の粉末において、Bに由来するピークは、見られなかった。比較例1の粉末において、Alに由来するピークは、見られなかった。
[X-ray diffraction]
2θ=20-60 deg. was subjected to X-ray diffraction. The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 6, Si diffraction peaks ((111), (220) and (311)) were observed in each powder. The crystallite size of Si was calculated from Scherrer's formula and found to be about 8-12 nm. No SiO 2 diffraction peak was observed in each powder. It is believed that the high-energy pulverization of mechanical milling changed the SiO2 to almost amorphous. In the powder of Example 1, no peak derived from Sn was observed. In the powder of Example 2, no peak derived from B was observed. In the powder of Comparative Example 1, no peak derived from Al was observed.

粉末を2θ=25-32deg.のX線回折に供した。この結果が、図7に示されている。実施例1及び2の、2θ=28deg.のピーク位置は、比較例2のピーク位置からシフトしていないことが分かった。この結果から、Siの結晶格子が膨張及び収縮をしておらず、従ってSn又はBがSiに固溶していないことが分かった。 2θ=25-32 deg. was subjected to X-ray diffraction. The results are shown in FIG. 2θ=28 deg. did not shift from the peak position of Comparative Example 2. From this result, it was found that the crystal lattice of Si did not expand or contract, and therefore Sn or B did not form a solid solution in Si.

[金属組織]
以上の検討結果より、各実施例の粉末が図8に示された金属組織を有していることが、分かった。この金属組織は、
(1)非晶質なSiOのマトリックス
(2)このマトリックスに分散するSi結晶
及び
(3)このマトリックスに分散する、非晶質のSn又はB
を有している。Sn及びBは、Si中には、実質的には存在していない。
[Metal structure]
From the above study results, it was found that the powder of each example had the metallographic structure shown in FIG. This metallographic structure is
(1) a matrix of amorphous SiO2 , (2) Si crystals dispersed in this matrix and (3) amorphous Sn or B dispersed in this matrix.
have. Sn and B are substantially absent in Si.

[実験1]
[電気伝導率]
各粉末を加圧して、成形体を得た。この成形体の電気伝導率を測定した。この結果が、図9のグラフに示されている。このグラフにおいて、横軸は加圧の圧力であり、縦軸は電気伝導率である。各実施例の負極材料の電気伝導率は、比較例2のそれと比べて、1.5倍以上である。一方、比較例1の負極材料の電気伝導率は、比較例2のそれと同等である。比較例1の負極材料において導電性の改善が見られない理由は、Alの酸化によって絶縁体であるAlが形成されたためと推測される。
[Experiment 1]
[Electrical conductivity]
Each powder was pressed to obtain a compact. The electrical conductivity of this compact was measured. The results are shown in the graph of FIG. In this graph, the horizontal axis is the applied pressure and the vertical axis is the electrical conductivity. The electrical conductivity of the negative electrode material of each example is 1.5 times or more that of Comparative Example 2. On the other hand, the electrical conductivity of the negative electrode material of Comparative Example 1 is equivalent to that of Comparative Example 2. The reason why the conductivity of the negative electrode material of Comparative Example 1 is not improved is presumed to be that Al 2 O 3 , which is an insulator, was formed by oxidation of Al.

[サイクル寿命]
70質量%の粉末(負極材料)、15質量%のアセチレンブラック、10質量%のカルボキシメチルセルロース及び5質量%のスチレン-ブタジエン共重合体を混練し、組成物を得た。この組成物を銅泊に塗布し、負極を得た。この負極を有するコインセルを、作成した。このコインセルにおいて、陽極はリチウムであり、セパレータはガラス繊維フィルタであった。このコインセルにおいて、電解液は、リチウムビス(トリフルオロメタンサルフォニル)アミドの、プロピレンカーボネート溶液であった。この溶液の濃度は、1mol/dm-3Mであった。このコインセルにて充電及び放電のサイクルを繰り返し行い、放電容量を測定した。この結果が、図10のグラフに示されている。このグラフにおいて、横軸はサイクル数であり、縦軸は放電容量である。図10から明らかな通り、各実施例の負極材料は、比較例2の負極材料に比べて長寿命である。
[Cycle life]
70% by mass of powder (negative electrode material), 15% by mass of acetylene black, 10% by mass of carboxymethyl cellulose and 5% by mass of styrene-butadiene copolymer were kneaded to obtain a composition. This composition was applied to a copper foil to obtain a negative electrode. A coin cell having this negative electrode was produced. In this coin cell, the anode was lithium and the separator was a glass fiber filter. In this coin cell, the electrolyte was a solution of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide in propylene carbonate. The concentration of this solution was 1 mol/dm −3 M. This coin cell was repeatedly subjected to charge and discharge cycles, and the discharge capacity was measured. The results are shown in the graph of FIG. In this graph, the horizontal axis is the number of cycles, and the vertical axis is the discharge capacity. As is clear from FIG. 10 , the negative electrode material of each example has a longer life than the negative electrode material of Comparative Example 2.

[実験2]
[サイクル寿命]
各負極材料を用いて、ナトリウムイオン二次電池を製作した。実験1と同様にして、この負極材料のサイクル寿命を測定した。この結果が、図11のグラフに示されている。このグラフにおいて、横軸はサイクル数であり、縦軸は電気伝導率である。図11から明らかな通り、各実施例の負極材料は、比較例2の負極材料に比べて長寿命である。
[Experiment 2]
[Cycle life]
A sodium ion secondary battery was produced using each negative electrode material. As in Experiment 1, the cycle life of this negative electrode material was measured. The results are shown in the graph of FIG. In this graph, the horizontal axis is the number of cycles and the vertical axis is the electrical conductivity. As is clear from FIG. 11 , the negative electrode material of each example has a longer life than the negative electrode material of Comparative Example 2.

[実施例3]
前述の容器へのSn粉末の投入量を0.6gとした他は実施例1と同様にして、実施例3の負極材料を得た。この負極材料におけるSnの含有率は、1質量%であった。
[Example 3]
A negative electrode material of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that 0.6 g of Sn powder was put into the container. The Sn content in this negative electrode material was 1% by mass.

[実施例4]
前述の容器へのSn粉末の投入量を3.0gとした他は実施例1と同様にして、実施例4の負極材料を得た。この負極材料におけるSnの含有率は、5質量%であった。
[Example 4]
A negative electrode material of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1, except that 3.0 g of the Sn powder was put into the aforementioned container. The Sn content in this negative electrode material was 5% by mass.

[外観]
粉末に含まれる粒子を、走査電子顕微鏡で撮影した。この結果が、図12に示されている。図12における各像の配置は、以下の通りである。
左上:比較例2
右上:実施例3
左下:実施例1
右下:実施例4
各像において、サイズが5μm程度である二次粒子が確認された。この結果から、Snが二次粒子のサイズや形状に及ぼす影響は少ないと、考えられる。各像において、一次粒子は、明確には確認できなかった。この結果から、一次粒子のサイズは数百nm以下であると推測される。
[exterior]
The particles contained in the powder were photographed with a scanning electron microscope. The results are shown in FIG. The arrangement of each image in FIG. 12 is as follows.
Upper left: Comparative example 2
Upper right: Example 3
Lower left: Example 1
Lower right: Example 4
In each image, secondary particles with a size of about 5 μm were confirmed. From this result, it is considered that Sn has little effect on the size and shape of secondary particles. Primary particles could not be clearly identified in each image. From this result, the size of the primary particles is estimated to be several hundred nm or less.

[X線回折]
粉末を2θ=20-60deg.のX線回折に供した。この結果が、図13に示されている。図13から明らかなように、各粉末において、Siの回折ピーク((111)、(220)及び(311))が観測された。Siの結晶子サイズは、Scherrerの式より算出し、約8-12nmであることがわかった。各粉末において、SiOの回折ピークは、見られなかった。メカニカルミリングの高エネルギー粉砕により、SiOはほぼ非晶質へと変化したと考えられる。さらに、各粉末において、Snに由来するピークは、見られなかった。
[X-ray diffraction]
2θ=20-60 deg. was subjected to X-ray diffraction. The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 13, Si diffraction peaks ((111), (220) and (311)) were observed in each powder. The crystallite size of Si was calculated from Scherrer's formula and found to be about 8-12 nm. No SiO 2 diffraction peak was observed in each powder. It is believed that the high-energy pulverization of mechanical milling changed the SiO2 to almost amorphous. Furthermore, no peak derived from Sn was observed in each powder.

[実験3]
[電気伝導率]
各粉末を加圧して、成形体を得た。この成形体の電気伝導率を測定した。この結果が、図14のグラフに示されている。このグラフにおいて、横軸は加圧の圧力であり、縦軸は電気伝導率である。各実施例の負極材料の電気伝導率は、比較例2のそれと比べて大きい。
[Experiment 3]
[Electrical conductivity]
Each powder was pressed to obtain a compact. The electrical conductivity of this compact was measured. The results are shown in the graph of FIG. In this graph, the horizontal axis is the applied pressure and the vertical axis is the electrical conductivity. The electrical conductivity of the negative electrode material of each example is greater than that of Comparative Example 2.

[サイクル寿命]
実験2と同様にして、放電容量を測定した。この結果が、図15のグラフに示されている。このグラフにおいて、横軸はサイクル数であり、縦軸は放電容量である。図15から明らかな通り、各実施例の負極材料は、比較例2の負極材料に比べて長寿命である。
[Cycle life]
The discharge capacity was measured in the same manner as in Experiment 2. The results are shown in the graph of FIG. In this graph, the horizontal axis is the number of cycles, and the vertical axis is the discharge capacity. As is clear from FIG. 15, the negative electrode material of each example has a longer life than the negative electrode material of Comparative Example 2.

実験1-3の結果から、本発明の優位性は明らかである。 The superiority of the present invention is clear from the results of Experiments 1-3.

[開示項目]
以下の項目のそれぞれは、好ましい実施形態の開示である。
[Disclosure items]
Each of the following items is a disclosure of a preferred embodiment.

[項目1]
複数の粒子からなる蓄電デバイス用負極材料であって、
これらの粒子の材質が、Si系材料であり、
このSi系材料の金属組織が、SiOのマトリックス、上記マトリックスに分散するSi結晶、及び上記マトリックスに分散するSn、B、In又はBiを含む負極材料。
[Item 1]
A negative electrode material for an electricity storage device comprising a plurality of particles,
The material of these particles is a Si-based material,
A negative electrode material in which the metallic structure of this Si-based material includes a matrix of SiO2 , Si crystals dispersed in the matrix, and Sn, B, In or Bi dispersed in the matrix.

[項目2]
上記Sn、B、In又はBiが上記マトリックスに固溶している項目1に記載の負極材料。
[Item 2]
2. The negative electrode material according to item 1, wherein the Sn, B, In or Bi is dissolved in the matrix.

[項目3]
上記SiOの含有率が31.0質量%以上49.0質量%以下であり、上記Si結晶の含有率が49.0質量%以上66.0質量%以下であり、上記Sn、B、In及びBiの合計含有率が0.1質量%以上10.0質量%以下である項目1又は2に記載の負極材料。
[Item 3]
The SiO 2 content is 31.0% by mass or more and 49.0% by mass or less, the Si crystal content is 49.0% by mass or more and 66.0% by mass or less, and the Sn, B, In 3. The negative electrode material according to item 1 or 2, wherein the total content of Bi and Bi is 0.1% by mass or more and 10.0% by mass or less.

[項目4]
上記Si結晶の結晶子サイズが20nm以下である項目1から3のいずれかに記載の負極材料。
[Item 4]
4. The negative electrode material according to any one of items 1 to 3, wherein the Si crystal has a crystallite size of 20 nm or less.

[項目5]
上記Si結晶に、Sn、B、In及びBiのいずれもが固溶していない項目1から4のいずれかに記載の負極材料。
[Item 5]
5. The negative electrode material according to any one of items 1 to 4, wherein none of Sn, B, In and Bi is dissolved in the Si crystal.

[項目6]
その平均粒子径D50が1.0μm以上6.0μm以下である項目1から5のいずれかに記載の負極材料。
[Item 6]
6. The negative electrode material according to any one of items 1 to 5, which has an average particle diameter D50 of 1.0 μm or more and 6.0 μm or less.

[項目7]
集電体と、この集電体の表面に固着された複数の粒子とを備えており、
これらの粒子の材質が、Si系材料であり、
このSi系材料の金属組織が、SiOのマトリックス、上記マトリックスに分散するSi結晶、及び上記マトリックスに分散するSn、B、In又はBiを含む、蓄電デバイスの負極。
[Item 7]
comprising a current collector and a plurality of particles adhered to the surface of the current collector;
The material of these particles is a Si-based material,
A negative electrode of an electric storage device, wherein the metallographic structure of this Si-based material comprises a matrix of SiO 2 , Si crystals dispersed in the matrix, and Sn, B, In or Bi dispersed in the matrix.

[項目8]
正極と負極とを備えており、
上記負極が、集電体と、この集電体の表面に固着された複数の粒子とを備えており、
これらの粒子の材質が、Si系材料であり、
このSi系材料の金属組織が、SiOのマトリックス、上記マトリックスに分散するSi結晶、及び上記マトリックスに分散するSn、B、In又はBiを含む蓄電デバイス。
[Item 8]
comprising a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode comprises a current collector and a plurality of particles adhered to the surface of the current collector,
The material of these particles is a Si-based material,
A power storage device in which the metallographic structure of the Si-based material includes a matrix of SiO 2 , Si crystals dispersed in the matrix, and Sn, B, In or Bi dispersed in the matrix.

[項目9]
その主成分がSiOである原料、その主成分がSiである原料、及びその材質がSn、B、In又はBiである原料を、準備する工程、
並びに、
これらの原料にメカニカルミリングを施して、SiOのマトリックスにSi結晶を分散させ、かつこのマトリックスにSn、B、In又はBiを分散させる工程
を備えた、蓄電デバイス用負極材料の製造方法。
[Item 9]
preparing a raw material whose main component is SiO2 , a raw material whose main component is Si, and a raw material whose material is Sn, B, In or Bi;
and,
A method for producing a negative electrode material for an electric storage device, comprising a step of subjecting these raw materials to mechanical milling to disperse Si crystals in a matrix of SiO 2 and disperse Sn, B, In or Bi in this matrix.

本発明に係る負極材料は、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、全固体リチウムイオン二次電池、全固体ナトリウムイオン二次電池、ハイブリットキャパシタ等の、種々の蓄電デバイスに適用されうる。 The negative electrode material according to the present invention can be applied to various power storage devices such as lithium ion secondary batteries, sodium ion secondary batteries, all solid lithium ion secondary batteries, all solid sodium ion secondary batteries, hybrid capacitors and the like.

2・・・リチウムイオン二次電池
4・・・槽
6・・電解液
8・・・セパレータ
10・・・正極
12・・・負極
14・・・正極室
16・・・負極室
18・・・集電体
20・・・活物質層
22・・・粒子(負極材料)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2... Lithium ion secondary battery 4... Tank 6... Electrolyte solution 8... Separator 10... Positive electrode 12... Negative electrode 14... Positive electrode chamber 16... Negative electrode chamber 18... Current collector 20... Active material layer 22... Particles (negative electrode material)

Claims (9)

複数の粒子からなる蓄電デバイス用負極材料であって、
これらの粒子の材質が、Si系材料であり、
このSi系材料の金属組織が、SiOのマトリックス、上記マトリックスに分散するSi結晶、及び上記マトリックスに分散するSn、B、In又はBiを含む負極材料。
A negative electrode material for an electricity storage device comprising a plurality of particles,
The material of these particles is a Si-based material,
A negative electrode material in which the metallic structure of this Si-based material includes a matrix of SiO2 , Si crystals dispersed in the matrix, and Sn, B, In or Bi dispersed in the matrix.
上記Sn、B、In又はBiが上記マトリックスに固溶している請求項1に記載の負極材料。 2. The negative electrode material according to claim 1, wherein said Sn, B, In or Bi is dissolved in said matrix. 上記SiOの含有率が31.0質量%以上49.0質量%以下であり、上記Si結晶の含有率が49.0質量%以上66.0質量%以下であり、上記Sn、B、In及びBiの合計含有率が0.1質量%以上10.0質量%以下である請求項1又は2に記載の負極材料。 The SiO 2 content is 31.0% by mass or more and 49.0% by mass or less, the Si crystal content is 49.0% by mass or more and 66.0% by mass or less, and the Sn, B, In 3. The negative electrode material according to claim 1, wherein the total content of Bi and Bi is 0.1% by mass or more and 10.0% by mass or less. 上記Si結晶の結晶子サイズが20nm以下である請求項1又は2に記載の負極材料。 3. The negative electrode material according to claim 1, wherein the Si crystal has a crystallite size of 20 nm or less. 上記Si結晶に、Sn、B、In及びBiのいずれもが固溶していない請求項1又は2に記載の負極材料。 3. The negative electrode material according to claim 1, wherein none of Sn, B, In and Bi is dissolved in the Si crystal. その平均粒子径D50が1.0μm以上6.0μm以下である請求項1又は2に記載の負極材料。 3. The negative electrode material according to claim 1, wherein the average particle diameter D50 is 1.0 [mu]m or more and 6.0 [mu]m or less. 集電体と、この集電体の表面に固着された複数の粒子とを備えており、
これらの粒子の材質が、Si系材料であり、
このSi系材料の金属組織が、SiOのマトリックス、上記マトリックスに分散するSi結晶、及び上記マトリックスに分散するSn、B、In又はBiを含む、蓄電デバイスの負極。
comprising a current collector and a plurality of particles adhered to the surface of the current collector;
The material of these particles is a Si-based material,
A negative electrode of an electric storage device, wherein the metallographic structure of this Si-based material comprises a matrix of SiO 2 , Si crystals dispersed in the matrix, and Sn, B, In or Bi dispersed in the matrix.
正極と負極とを備えており、
上記負極が、集電体と、この集電体の表面に固着された複数の粒子とを備えており、
これらの粒子の材質が、Si系材料であり、
このSi系材料の金属組織が、SiOのマトリックス、上記マトリックスに分散するSi結晶、及び上記マトリックスに分散するSn、B、In又はBiを含む蓄電デバイス。
comprising a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode comprises a current collector and a plurality of particles adhered to the surface of the current collector,
The material of these particles is a Si-based material,
A power storage device in which the metallographic structure of the Si-based material includes a matrix of SiO 2 , Si crystals dispersed in the matrix, and Sn, B, In or Bi dispersed in the matrix.
その主成分がSiOである原料、その主成分がSiである原料、及びその材質がSn、B、In又はBiである原料を、準備する工程、
並びに、
これらの原料にメカニカルミリングを施して、SiOのマトリックスにSi結晶を分散させ、かつこのマトリックスにSn、B、In又はBiを分散させる工程
を備えた、蓄電デバイス用負極材料の製造方法。
preparing a raw material whose main component is SiO2 , a raw material whose main component is Si, and a raw material whose material is Sn, B, In or Bi;
and,
A method for producing a negative electrode material for an electric storage device, comprising a step of subjecting these raw materials to mechanical milling to disperse Si crystals in a matrix of SiO 2 and disperse Sn, B, In or Bi in this matrix.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230052285A (en) * 2020-08-20 2023-04-19 로베르트 보쉬 게엠베하 Magnetic components for electrical modules and/or electronic modules

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