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WO2016009590A1 - 非水電解質二次電池用負極材及び負極活物質粒子の製造方法 - Google Patents

非水電解質二次電池用負極材及び負極活物質粒子の製造方法 Download PDF

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WO2016009590A1
WO2016009590A1 PCT/JP2015/003074 JP2015003074W WO2016009590A1 WO 2016009590 A1 WO2016009590 A1 WO 2016009590A1 JP 2015003074 W JP2015003074 W JP 2015003074W WO 2016009590 A1 WO2016009590 A1 WO 2016009590A1
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WO
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negative electrode
active material
silicon compound
secondary battery
sio
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PCT/JP2015/003074
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English (en)
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広太 高橋
貴一 廣瀬
古屋　昌浩
博道 加茂
吉川　博樹
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Priority to US15/324,512 priority patent/US10529984B2/en
Priority to JP2016534095A priority patent/JP6268293B2/ja
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and relates to a method for producing negative electrode active material particles.
  • the present invention also relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode material and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode.
  • This secondary battery is not limited to a small electronic device, but is also considered to be applied to a large-sized electronic device represented by an automobile or the like, or an electric power storage system represented by a house.
  • lithium ion secondary batteries are highly expected because they are small in size and easy to increase in capacity, and can obtain higher energy density than lead batteries and nickel cadmium batteries.
  • a lithium ion secondary battery includes an electrolyte solution together with a positive electrode, a negative electrode, and a separator.
  • This negative electrode contains a negative electrode active material involved in the charge / discharge reaction.
  • the negative electrode active material when silicon is used as the negative electrode active material as the main raw material, the negative electrode active material expands and contracts during charge and discharge, so that it tends to break mainly near the surface layer of the negative electrode active material particles. Further, an ionic material is generated inside the active material, and the negative electrode active material particles are easily broken. When the negative electrode active material surface layer is cracked, a new surface is generated and the reaction area of the active material is increased. At this time, a decomposition reaction of the electrolytic solution occurs on the new surface, and a coating film that is a decomposition product of the electrolytic solution is formed on the new surface, so that the electrolytic solution is consumed. For this reason, the cycle characteristics are likely to deteriorate.
  • silicon and amorphous silicon dioxide are simultaneously deposited using a vapor phase method (see, for example, Patent Document 1). Further, in order to obtain a high battery capacity and safety, a carbon material (electron conductive material) is provided on the surface layer of the silicon oxide particles (see, for example, Patent Document 2). Furthermore, in order to improve cycle characteristics and obtain high input / output characteristics, an active material containing silicon and oxygen is produced, and an active material layer having a high oxygen ratio in the vicinity of the current collector is formed (for example, (See Patent Document 3). Further, in order to improve the cycle characteristics, oxygen is contained in the silicon active material, the average oxygen content is 40 at% or less, and the oxygen content is increased at a location close to the current collector. (For example, see Patent Document 4).
  • Si phase (for example, see Patent Document 5) by using a nanocomposite containing SiO 2, M y O metal oxide in order to improve the initial charge and discharge efficiency.
  • a Li-containing material is added to the negative electrode, and pre-doping is performed to decompose Li and return Li to the positive electrode when the negative electrode potential is high (see, for example, Patent Document 6).
  • the molar ratio of oxygen to silicon in the negative electrode active material is set to 0.1 to 1.2, and the molar ratio of oxygen amount to silicon amount in the vicinity of the interface between the active material and the current collector The active material is controlled in a range where the difference between the maximum value and the minimum value is 0.4 or less (see, for example, Patent Document 8).
  • a metal oxide containing lithium is used (see, for example, Patent Document 9).
  • a hydrophobic layer such as a silane compound is formed on the surface of the siliceous material (see, for example, Patent Document 10).
  • Patent Document 11 silicon oxide is used and conductivity is imparted by forming a graphite film on the surface layer (see, for example, Patent Document 11).
  • Patent Document 11 with respect to the shift value obtained from the Raman spectra for graphite coating, with broad peaks appearing at 1330 cm -1 and 1580 cm -1, their intensity ratio I 1330 / I 1580 is 1.5 ⁇ I 1330 / I 1580 ⁇ 3.
  • particles having a silicon microcrystalline phase dispersed in silicon dioxide are used to improve high battery capacity and cycle characteristics (see, for example, Patent Document 12). Further, in order to improve overcharge and overdischarge characteristics, silicon oxide in which the atomic ratio of silicon and oxygen is controlled to 1: y (0 ⁇ y ⁇ 2) is used (for example, see Patent Document 13). .
  • non-aqueous electrolyte secondary batteries particularly lithium ion secondary batteries, which are the main power sources thereof. Is required to increase battery capacity.
  • development of a non-aqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode using a siliceous material as a main material is desired.
  • non-aqueous electrolyte secondary batteries using a siliceous material are desired to have cycle characteristics close to those of a non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbon material.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can increase battery capacity and improve cycle characteristics and battery initial efficiency. It is. Another object of the present invention is to provide a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode material, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode. Another object of the present invention is to provide a method for producing negative electrode active material particles that can be used for the negative electrode material.
  • a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having negative electrode active material particles, wherein the negative electrode active material particles are SiO x (0.5 ⁇ x ⁇ 1). .6) and a carbon coating layer comprising a carbon component covering the surface of the silicon compound, wherein the negative electrode active material particles include a SiO 2 component having a scale silica structure, and X
  • a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° in the line diffraction is 0.15 ° or less.
  • the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can obtain good battery characteristics by improving the conductivity of the negative electrode active material particles with a carbon coating layer made of a carbon component. Furthermore, the half-value width of the diffraction peak obtained at around 21.825 ° derived from the splenite structure obtained by X-ray diffraction, which contains a SiO 2 component having a clinopite structure in at least a part of the negative electrode active material particles. When (2 ⁇ ) is 0.15 ° or less, the irreversible capacity generated during charging can be reduced, and excellent battery characteristics can be obtained.
  • the negative electrode active material particles contain a SiO 2 component having a scale silica structure
  • the SiO 2 component part that is destabilized at the time of lithium insertion / extraction is effectively changed beforehand to another compound.
  • the effect of reducing the irreversible capacity generated during charging can be obtained.
  • the half-value width (2 ⁇ ) of the diffraction peak obtained near 21.825 ° derived from the lepidite structure obtained by X-ray diffraction is 0.15 ° or less
  • SiO due to lithium insertion and desorption is obtained.
  • the reforming of the two components can proceed efficiently, and the irreversible capacity of the battery can be further reduced.
  • the same effect is acquired also in the electronic device using the secondary battery using the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention.
  • the carbon coating layer is such that a fragment of a C x H y compound is detected by TOF-SIMS.
  • the surface state is such that a fragment of the C y H z compound is detected in the carbon coating layer, the compatibility with the binder (binder) is improved, and as a result, the battery characteristics can be further improved.
  • the C x H y compound detected in the carbon coating layer has a C 4 H 9 peak intensity of 0.005 or more and 0.035 or less with respect to the C 3 H 5 peak intensity. preferable.
  • the C 4 H 9 peak intensity relative to the C 3 H 5 peak intensity that is, (C 4 H 9 peak intensity / C 3 H 5 peak intensity) is 0.005 or more, the capacity retention ratio can be further improved. It becomes. Further, if the C 4 H 9 peaks 0.035, it is possible to prevent a reduction in the initial efficiency and capacity retention rate, and that excellent battery characteristics can be obtained.
  • the coating amount of the carbon coating layer is 0.5% by mass or more and 15% by mass or less with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • the coating amount of the carbon coating layer is 0.5% by mass or more, a sufficient conductivity improving effect can be obtained. Moreover, if the said coating amount is 15 mass% or less, battery capacity can fully be ensured.
  • the volume resistivity of the negative electrode active material particles when 20 kN is applied is preferably 0.10 ⁇ cm or more and 10 ⁇ cm or less.
  • the volume resistivity when a load of 20 kN is applied is 10 ⁇ cm or less, the electrical conductivity becomes good and the battery characteristics are improved. Moreover, if the volume resistivity is 0.1 ⁇ cm or more, the occurrence of a short circuit can be reliably prevented, and the safety of the battery can be improved.
  • the half width (2 ⁇ ) of the diffraction peak attributed to the Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction of the silicon compound is 1.2 ° or more, and the crystallite size attributed to the crystal plane Is preferably 7.5 nm or less.
  • the half width (2 ⁇ ) of the diffraction peak attributed to the Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction, and the crystallite size attributed to the crystal plane are in the above range. It is desirable that Battery characteristics can be improved by reducing the crystallinity of the Si component.
  • the ratio C / D of the diffraction peak intensity C resulting from the Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction and the diffraction peak intensity D derived from the SiO 2 component having the lepidite structure is determined by the silicon compound.
  • C / D ⁇ 1.8 is preferably satisfied.
  • the ratio of the SiO 2 component having a lepidite structure becomes relatively large with reference to the Si component, whereby the capacity retention rate and the initial efficiency can be improved.
  • the Si component of the silicon compound is preferably amorphous.
  • Battery characteristics can be improved by using a silicon compound having low crystallinity of the Si component. Furthermore, it becomes easy to produce a Li compound stably.
  • the negative electrode active material particles include at least one Li compound among LiF, Li 2 CO 3 , and Li 2 O in the particle surface layer portion. Further, the negative active material particles, preferably contains the particles inside the Li 4 SiO 4, Li 6 Si 2 O 7, at least one or more kinds of Li compound of Li 2 SiO 3.
  • the compound existing in the surface layer part or inside of the negative electrode active material particles or both of these compounds is these compounds, the effect of the present invention can be more effectively exhibited.
  • the Li surface compound in the particle surface layer portion of the negative electrode active material particles or in the inside or both thereof is produced by an electrochemical method.
  • a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery using any one of the above-described negative electrode materials for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • the negative electrode using the negative electrode material of the present invention can improve cycle characteristics and initial charge / discharge characteristics when used in a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • a carbon-based negative electrode material is included, and that the median diameter Y of the silicon compound and the median diameter X of the carbon-based negative electrode material satisfy the relationship of X / Y ⁇ 1.
  • a negative electrode material further comprising a carbon-based negative electrode material together with a negative electrode material composed of a silicon compound containing a Li compound and a carbon coating layer, it is possible to prevent destruction of the negative electrode due to volume change. In particular, this effect is effectively exhibited when the carbon-based negative electrode material is equal to or larger than the silicon compound.
  • the ratio A / B of the capacity A when the non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode is charged with constant current to 0.2 V and the capacity B when charged with constant current / constant voltage to 0 V is A / B ⁇ 0 .2 is preferably satisfied.
  • nonaqueous electrolyte secondary battery using any one of the above negative electrodes.
  • the nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode of the present invention can improve cycle characteristics and initial charge / discharge characteristics.
  • a method for producing negative electrode active material particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6), wherein SiO x (0.5 ⁇ x ⁇ 1.6).
  • SiO x 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6
  • the silicon compound particles having a half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained in the vicinity of 21.825 ° measured in X-ray diffraction of 0.15 ° or less are selected, and the surface of the selected silicon compound particles is a carbon component.
  • the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of the present invention contains a SiO 2 component having a clinopite structure, and is obtained by X-ray diffraction.
  • Produced negative active material particles having a half-width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained in the vicinity of 21.825 ° derived from a lepidite structure of 0.15 ° or less and having a carbon coating layer made of a carbon component can do.
  • the silicon compound particles contain a SiO 2 component having a scheelite structure and the X-ray diffraction has a half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° of 0.15 °.
  • a method for producing negative electrode active material particles characterized by the following.
  • the negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a SiO 2 component having a clinopite structure, and is obtained by X-ray diffraction. Reliable production of negative electrode active material particles having a half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained in the vicinity of 21.825 ° derived from a lepidite structure of 0.15 ° or less and having a carbon coating layer made of a carbon component can do.
  • the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can obtain good battery characteristics by improving the conductivity of the negative electrode active material particles with a carbon coating layer made of a carbon component. Furthermore, at least a part of the negative electrode active material particles contains a SiO 2 component having a clinopite structure, and further obtained by X-ray diffraction, the half-value width of a diffraction peak obtained in the vicinity of 21.825 ° derived from the splenite structure. When (2 ⁇ ) is 0.15 ° or less, the irreversible capacity generated during charging can be reduced, and excellent battery characteristics can be obtained. Moreover, the same effect is acquired also in the electronic device using the secondary battery using the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention.
  • the negative electrode active material particles include a SiO 2 component having a scale silica structure
  • the SiO 2 component part that becomes unstable at the time of lithium insertion / extraction can be effectively modified beforehand with another compound.
  • the half-value width (2 ⁇ ) of the diffraction peak obtained near 21.825 ° derived from the lepidite structure obtained by X-ray diffraction is 0.15 ° or less, SiO due to lithium insertion and desorption is obtained.
  • the reforming of the two components can proceed efficiently, and the irreversible capacity of the battery can be reduced.
  • the negative electrode active material particles contained in such a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be manufactured by the method for manufacturing negative electrode active material particles of the present invention.
  • FIG. 1 is a simplified diagram of a bulk reformer in an embodiment of the present technology. It is an exploded view showing the composition of the rechargeable battery (laminate film type) of one embodiment of this art.
  • Non-aqueous electrolyte secondary battery laminated film type lithium ion secondary battery
  • FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter sometimes simply referred to as “negative electrode”) according to an embodiment of the present invention.
  • the negative electrode 10 is configured to have a negative electrode active material layer 12 on a negative electrode current collector 11.
  • the negative electrode active material layer 12 may be provided on both surfaces or only one surface of the negative electrode current collector 11. Furthermore, the negative electrode current collector 11 may be omitted as long as the negative electrode active material of the present invention is used.
  • the negative electrode current collector 11 is an excellent conductive material and is made of a material that is excellent in mechanical strength.
  • Examples of the conductive material that can be used for the negative electrode current collector 11 include copper (Cu) and nickel (Ni). This conductive material is preferably a material that does not form an intermetallic compound with lithium (Li).
  • the negative electrode current collector 11 preferably contains carbon (C) or sulfur (S) in addition to the main element. This is because the physical strength of the negative electrode current collector is improved.
  • the current collector contains the above-described element, there is an effect of suppressing electrode deformation including the current collector.
  • content of said content element is not specifically limited, Especially, it is preferable that it is 100 ppm or less. This is because a higher deformation suppressing effect can be obtained.
  • the surface of the negative electrode current collector 11 may be roughened or not roughened.
  • the roughened negative electrode current collector is, for example, a metal foil subjected to electrolytic treatment, embossing treatment, or chemical etching.
  • the non-roughened negative electrode current collector is, for example, a rolled metal foil.
  • the negative electrode active material layer 12 includes a plurality of negative electrode active material particles capable of occluding and releasing lithium ions, and further includes other materials such as a negative electrode binder (binder) and a conductive additive in terms of battery design. May be.
  • the negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a material constituting the negative electrode active material layer 12.
  • the negative electrode active material particles used in the negative electrode material of the present invention cover a silicon compound represented by SiO x (0.5 ⁇ x ⁇ 1.6) capable of occluding and releasing lithium ions, and the surface of the silicon compound And a carbon coating layer made of a carbon component. Furthermore, the negative electrode active material particles contain a SiO 2 component having a clinopite structure in the silicon compound, and the X-ray diffraction has a half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° of 0.15 °. It is as follows. This structure is confirmed by a TEM-EDX (Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) photograph. In this case, occlusion / release of lithium ions may be performed in at least a part of the carbon coating layer of the carbon component.
  • SiO x 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6
  • the negative electrode active material particles used for the negative electrode material of the present invention is a silicon oxide material containing a silicon compound (SiO x : 0.5 ⁇ x ⁇ 1.6), and x is 1 as the composition of the silicon compound. The closer one is preferable. This is because high cycle characteristics can be obtained.
  • the siliceous material composition in the present invention does not necessarily mean 100% purity, and may contain a trace amount of impurity elements.
  • the negative electrode active material particles used in the negative electrode material of the present invention are characterized by including a SiO 2 component having a splenite structure.
  • the SiO 2 component having a lepidite structure can be produced by controlling the deposited SiO 2 structure by changing the temperature of the vaporization starting material that is a raw material of the silicon compound when producing the silicon compound.
  • the negative electrode active material particles include the SiO 2 component having a lepidite structure
  • the modification of the SiO 2 component by the insertion and desorption of lithium can be efficiently advanced, and is generated during charging.
  • the irreversible capacity can be greatly reduced.
  • the half width (2 ⁇ ) of the diffraction peak obtained near 21.825 ° derived from the SiO 2 component having a splenite structure in X-ray diffraction is 0.15 ° or less. Is.
  • the half width (2 ⁇ ) is more preferably 0.1 ° or less.
  • the lower the crystallinity of the Si component of the silicon compound, the better, and the half width (2 ⁇ ) of the diffraction peak due to the Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction is 1.2 ° or more.
  • the crystallite size resulting from the crystal plane is preferably 7.5 nm or less.
  • the ratio C / D of the diffraction peak intensity C derived from the Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction and the diffraction peak intensity D derived from the SiO 2 component having a splenite structure is C / D. It is preferable that /D ⁇ 1.8. Furthermore, the ratio C / D is preferably small, and is particularly preferably substantially zero. Thus, in the silicon compound, the ratio of the SiO 2 component having a lepidite structure becomes relatively large with reference to the Si component, whereby the capacity retention rate and the initial efficiency can be improved. When the ratio C / D is substantially 0, that is, when the silicon compound contains a SiO 2 component having a splenite structure, while the Si component is amorphous, the capacity retention rate and the initial efficiency Can be further improved.
  • the negative electrode active material particles are covered with the carbon coating layer made of a carbon component.
  • the coating amount of the carbon coating layer is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less based on the total mass of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • the coating amount of the carbon coating layer is 0.1% by mass or more, a sufficient conductivity improving effect can be obtained.
  • the said coating amount is 15 mass% or less, carbon amount will not increase too much and battery capacity can fully be ensured.
  • the carbon component coating method is not particularly limited, but a sugar carbonization method and a thermal decomposition method of hydrocarbon gas are preferable. This is because the coverage of the carbon coating layer on the surface of the negative electrode active material particles can be improved.
  • the carbon coating layer is such that a fragment of the C x H y compound is detected by TOF-SIMS. If the surface state is such that a fragment of the C y H z compound is detected in the carbon coating layer, the compatibility with the binder (binder) is improved, and as a result, the battery characteristics can be further improved.
  • the C x H y- based compound detected in the carbon coating layer preferably has a C 4 H 9 peak intensity of 0.005 or more and 0.035 or less with respect to the C 3 H 5 peak intensity. .
  • the C x H y compounds detected in the carbon coating layer there is a particularly high correlation between the amount of the C 4 H 9 component and the battery characteristics.
  • the capacity retention rate can be further improved.
  • the C 4 H 9 peaks 0.035 it is possible to prevent a reduction in the initial efficiency and capacity retention rate, and that excellent battery characteristics can be obtained.
  • the negative electrode active material particles preferably have a volume resistivity of 0.10 ⁇ cm or more and 10 ⁇ cm or less when a load of 20 kN is applied.
  • the volume resistivity at the time of applying 20 kN is 10 ⁇ cm or less, the electric conductivity is good and the battery characteristics are improved.
  • the volume resistivity is 0.1 ⁇ cm or more, the occurrence of a short circuit can be reliably prevented, and the safety of the battery can be improved.
  • the negative electrode active material particles include a particulate carbon compound having a median diameter smaller than that of the silicon compound. Thereby, it is possible to improve the electrical conductivity between the negative electrode active material particles.
  • the carbon-based compound can be present around the negative electrode active material particles by, for example, physical mixing with the negative electrode active material particles.
  • the median diameter of the silicon compound is not particularly limited, but is preferably 0.5 ⁇ m to 20 ⁇ m. This is because lithium ions are easily occluded and released during charging and discharging, and the particles are difficult to break. When the median diameter is 0.5 ⁇ m or more, the surface area is not too large, and an increase in battery irreversible capacity can be prevented. Furthermore, if the median diameter is 20 ⁇ m or less, the particles are difficult to break and a new surface is difficult to appear.
  • the negative electrode active material particles contained in the negative electrode material of the present invention are preferably those in which a part of the SiO 2 component generated inside the silicon compound is selectively changed to a Li compound.
  • Li 4 SiO 4 , Li 6 Si 2 O 7 , and Li 2 SiO 3 exhibit particularly good characteristics as the Li compound generated inside the silicon compound.
  • Li compounds can be quantified by NMR (nuclear magnetic resonance) and XPS (X-ray photoelectron spectroscopy).
  • the XPS and NMR measurements can be performed, for example, under the following conditions.
  • Ar ion gun sputtering conditions 0.5 kV 2 mm x 2 mm 29 Si MAS NMR (magic angle rotating nuclear magnetic resonance)
  • Device 700 NMR spectrometer manufactured by Bruker ⁇ Probe: 4 mmHR-MAS rotor 50 ⁇ L ⁇ Sample rotation speed: 10 kHz ⁇ Measurement environment temperature: 25 °C
  • the method for producing the selective compound, that is, the modification of the silicon compound is preferably performed by an electrochemical method.
  • negative electrode active material particles By producing negative electrode active material particles using such a modification (in-bulk modification) method, it is possible to reduce or avoid the formation of Li compounds in the Si region. In the atmosphere or in an aqueous slurry, It becomes a stable substance in the solvent slurry. In addition, it is possible to produce a lithium compound that is more stable with respect to thermal reforming (thermal doping method) that is randomly compounded by performing reforming by an electrochemical method.
  • thermal reforming thermal doping method
  • Li 4 SiO 4 , Li 6 Si 2 O 7 , and Li 2 SiO 3 generated in the bulk of the silicon compound improves the characteristics. However, two or more kinds of characteristics are improved more. It is a coexistence state.
  • At least one Li compound of Li 2 CO 3 , Li 2 O and LiF exists on the surface of the silicon compound.
  • the storage characteristics of the powder are dramatically improved by generating a fluorine compound such as LiF on the outermost layer of the silicon compound.
  • a fluorine compound such as LiF
  • LiF is the most desirable material, and the coating method is not particularly limited, but the electrochemical method is most preferable.
  • Examples of the negative electrode binder include one or more of polymer materials and synthetic rubbers.
  • Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride, polyimide, polyamideimide, aramid, polyacrylic acid, lithium polyacrylate, and carboxymethylcellulose.
  • the synthetic rubber is, for example, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, or ethylene propylene diene.
  • Examples of the negative electrode conductive assistant include one or more carbon materials such as carbon black, acetylene black, graphite, ketjen black, carbon nanotube, and carbon nanofiber.
  • the negative electrode active material layer may be formed in a mixed state of the negative electrode material of the present invention and a carbon material (carbon-based negative electrode material).
  • a carbon material carbon-based negative electrode material
  • the carbon-based negative electrode material include pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, and carbon blacks.
  • the median diameter Y of the silicon compound and the median diameter X of the carbon-based negative electrode material satisfy the relationship of X / Y ⁇ 1.
  • a negative electrode material including a carbon compound negative electrode material together with a negative electrode material composed of a silicon compound containing a Li compound and a carbon coating layer it is possible to prevent the negative electrode from being broken due to a volume change. In particular, this effect is effectively exhibited when the carbon-based negative electrode material is equal to or larger than the silicon compound.
  • the capacitances A and B can be measured as follows. First, a coin battery is produced. Metal lithium is used for the counter electrode, and charging is performed in CC (constant current) mode (current density 0.2 mA / cm 2 ) until the voltage is 0 (V), and in CV (constant voltage) mode from 0 (V).
  • the negative electrode active material layer is formed by, for example, a coating method.
  • the coating method is a method in which a negative electrode active material particle and the above-described binder, and the like, and a conductive additive and a carbon material are mixed as necessary, and then dispersed and coated in an organic solvent or water.
  • a method for producing negative electrode active material particles contained in the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described.
  • a raw material that generates silicon oxide gas is heated in the temperature range of 900 ° C. to 1600 ° C. in the presence of an inert gas or under reduced pressure to generate silicon oxide gas.
  • the raw material is a mixture of metal silicon powder and silicon dioxide powder, and considering the surface oxygen of the metal silicon powder and the presence of trace amounts of oxygen in the reactor, the mixing molar ratio is 0.8 ⁇ metal silicon powder / It is desirable that the silicon dioxide powder is in the range of ⁇ 1.3.
  • the Si crystallites in the particles are controlled by changing the preparation range and vaporization temperature, and by heat treatment after generation.
  • the generated gas is deposited on the adsorption plate.
  • the deposit is taken out with the temperature in the reactor lowered to 100 degrees or less, and pulverized and pulverized using a ball mill, a jet mill or the like.
  • the half-value width (2 ⁇ ) of the diffraction peak obtained near 21.825 ° is calculated.
  • the half-value width (2 ⁇ ) of the diffraction peak obtained in the vicinity of 21.825 °, which includes the SiO 2 component having the scale silica structure and is measured by X-ray diffraction is 0.15 ° or less.
  • the silicon compound particles satisfying the above conditions are selected. As will be described later, when the reaction temperature is set to 1000 ° C. or lower in the subsequent carbon coating layer forming step, this selection step may be omitted.
  • Pyrolysis CVD is desirable as a method for generating a carbon coating layer on the surface layer of the obtained powder material.
  • Thermal decomposition CVD fills the silicon oxide powder set in the furnace and the hydrocarbon gas into the furnace to raise the temperature in the furnace.
  • the reaction temperature is not particularly limited, but is particularly preferably 1200 ° C. or less. Furthermore, by setting the reaction temperature to 1000 ° C. or lower, it is ensured that the silicon oxide powder (silicon compound particles) contains a SiO 2 component having a clinopite structure and is near 21.825 ° in X-ray diffraction.
  • the half width (2 ⁇ ) of the obtained diffraction peak can be 0.15 ° or less.
  • the reaction temperature in the carbon coating layer forming step is set to 1000 ° C. or lower, a silicon oxide powder that includes the SiO 2 component having the scale silica structure and more reliably satisfies the half width is obtained. Sorting after the production of the silicon oxide powder may not be performed. Further, even when the reaction temperature is higher than 1000 ° C., it is obtained at around 21.825 ° measured by X-ray diffraction, including a SiO 2 component having a scale silica structure after the carbon coating layer is formed.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is surely used. Negative electrode active material particles contained in the negative electrode material are obtained. Moreover, the more desirable reaction temperature is 950 degrees C or less, and it is possible to suppress unintended disproportionation of the silicon compound particles.
  • the hydrocarbon gas is not particularly limited, but 3 ⁇ n is desirable in the C n H m composition. This is because the low production cost and the physical properties of the decomposition products are good.
  • the reforming in the bulk can electrochemically insert and desorb Li.
  • the apparatus structure is not particularly limited, for example, the bulk reforming can be performed using the bulk reforming apparatus 20 shown in FIG.
  • the reformer 20 in the bulk is disposed in the bathtub 27 filled with the organic solvent 23, the positive electrode (lithium source) 21 disposed in the bathtub 27 and connected to one of the power sources 26, and the bathtub 27. It has a powder storage container 25 connected to the other side of the power source 26 and a separator 24 provided between the positive electrode 21 and the powder storage container 25.
  • the powder storage container 25 stores a silicon compound powder 22.
  • the potential distribution can be reduced, and uniform control becomes possible.
  • organic solvent 23 in the bathtub 27 ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, or the like can be used.
  • electrolyte salt contained in the organic solvent 23 lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), or the like can be used.
  • the positive electrode 21 may use a Li foil or a Li-containing compound.
  • the Li-containing compound include lithium carbonate and lithium oxide.
  • the negative electrode active material particles are mixed with other materials such as a negative electrode binder and a conductive additive to form a negative electrode mixture, and then an organic solvent or water is added to form a slurry.
  • the mixture slurry is applied to the surface of the negative electrode current collector and dried to form the negative electrode active material layer 12 shown in FIG. At this time, a heating press or the like may be performed as necessary.
  • this negative electrode it is possible to improve the initial efficiency of the battery by changing the SiO 2 component having a lepidite structure present in the bulk to a stable Li compound, and to become a stable active material even if the number of cycles increases. , The stability of the active material is improved. In that case, a higher effect can be obtained when Li silicate is generated inside the bulk.
  • the negative electrode current collector contains 90 ppm or less of carbon and sulfur, higher effects can be obtained.
  • Lithium ion secondary battery> a lithium ion secondary battery will be described as a specific example of a non-aqueous electrolyte secondary battery using the above-described negative electrode.
  • a laminated film type secondary battery 30 shown in FIG. 3 is one in which a wound electrode body 31 is accommodated mainly in a sheet-like exterior member 35. This wound body has a separator between a positive electrode and a negative electrode and is wound. There is also a case where a separator is provided between the positive electrode and the negative electrode and a laminate is accommodated.
  • the positive electrode lead 32 is attached to the positive electrode
  • the negative electrode lead 33 is attached to the negative electrode.
  • the outermost peripheral part of the electrode body is protected by a protective tape.
  • the positive and negative electrode leads are led out in one direction from the inside of the exterior member 35 to the outside, for example.
  • the positive electrode lead 32 is formed of a conductive material such as aluminum
  • the negative electrode lead 33 is formed of a conductive material such as nickel or copper.
  • the exterior member 35 is, for example, a laminate film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protective layer are laminated in this order.
  • This laminate film is formed of two films so that the fusion layer faces the electrode body 31.
  • the outer peripheral edges of the fusion layer are bonded together with an adhesive or an adhesive.
  • the fused part is, for example, a film such as polyethylene or polypropylene, and the metal part is aluminum foil or the like.
  • the protective layer is, for example, nylon.
  • An adhesion film 34 is inserted between the exterior member 35 and the positive and negative electrode leads to prevent intrusion of outside air.
  • This material is, for example, polyethylene, polypropylene, or polyolefin resin.
  • the positive electrode has, for example, a positive electrode active material layer on both sides or one side of the positive electrode current collector, similarly to the negative electrode 10 of FIG.
  • the positive electrode current collector is made of, for example, a conductive material such as aluminum.
  • the positive electrode active material layer includes one or more positive electrode materials capable of occluding and releasing lithium ions, and includes other materials such as a binder, a conductive additive, and a dispersant depending on the design. You can leave. In this case, details regarding the binder and the conductive additive are the same as, for example, the negative electrode binder and the negative electrode conductive additive already described.
  • a lithium-containing compound is desirable.
  • the lithium-containing compound include a composite oxide composed of lithium and a transition metal element, or a phosphate compound having lithium and a transition metal element.
  • compounds having at least one of nickel, iron, manganese, and cobalt are preferable.
  • These chemical formulas are represented by, for example, Li x M 1 O 2 or Li y M 2 PO 4 .
  • M 1 and M 2 represent at least one transition metal element.
  • the values of x and y vary depending on the battery charge / discharge state, but are generally expressed as 0.05 ⁇ x ⁇ 1.10 and 0.05 ⁇ y ⁇ 1.10.
  • Examples of the composite oxide having lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ) and lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ).
  • Examples of the phosphate compound having lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (0 ⁇ u ⁇ 1)). Is mentioned. This is because, when these positive electrode materials are used, a high battery capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained.
  • the negative electrode has the same configuration as the above-described negative electrode 10 for a lithium ion secondary battery in FIG. 1.
  • the negative electrode has negative electrode active material layers 12 on both surfaces of the current collector 11.
  • This negative electrode preferably has a negative electrode charge capacity larger than the electric capacity (charge capacity as a battery) obtained from the positive electrode active material agent. This is because the deposition of lithium metal on the negative electrode can be suppressed.
  • the positive electrode active material layer is provided on a part of both surfaces of the positive electrode current collector, and the negative electrode active material layer is also provided on a part of both surfaces of the negative electrode current collector.
  • the negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector is provided with a region where there is no opposing positive electrode active material layer. This is for a stable battery design.
  • the non-opposing region that is, the region where the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer are not opposed to each other, there is almost no influence of charge / discharge. Therefore, the state of the negative electrode active material layer is maintained as it is immediately after formation. This makes it possible to accurately examine the composition with good reproducibility without depending on the presence or absence of charge / discharge, such as the composition of the negative electrode active material.
  • the separator separates the positive electrode and the negative electrode, and allows lithium ions to pass through while preventing current short-circuiting due to bipolar contact.
  • This separator is formed of, for example, a porous film made of synthetic resin or ceramic, and may have a laminated structure in which two or more kinds of porous films are laminated.
  • the synthetic resin include polytetrafluoroethylene, polypropylene, and polyethylene.
  • Electrode At least a part of the active material layer or the separator is impregnated with a liquid electrolyte (electrolytic solution).
  • This electrolytic solution has an electrolyte salt dissolved in a solvent, and may contain other materials such as additives.
  • a non-aqueous solvent for example, a non-aqueous solvent can be used.
  • the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, and tetrahydrofuran.
  • a high viscosity solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate
  • a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate. This is because the dissociation property and ion mobility of the electrolyte salt are improved.
  • the solvent additive contains an unsaturated carbon bond cyclic carbonate. This is because a stable film is formed on the surface of the negative electrode during charging and discharging, and the decomposition reaction of the electrolyte can be suppressed.
  • unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate include vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate.
  • sultone cyclic sulfonic acid ester
  • solvent additive examples include propane sultone and propene sultone.
  • the solvent preferably contains an acid anhydride. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is improved.
  • the acid anhydride include propanedisulfonic acid anhydride.
  • the electrolyte salt can contain, for example, any one or more of light metal salts such as lithium salts.
  • the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ).
  • the content of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol / kg or more and 2.5 mol / kg or less with respect to the solvent. This is because high ionic conductivity is obtained.
  • a positive electrode is produced using the positive electrode material described above.
  • a positive electrode active material and, if necessary, a binder, a conductive additive and the like are mixed to form a positive electrode mixture, and then dispersed in an organic solvent to form a positive electrode mixture slurry.
  • the mixture slurry is applied to the positive electrode current collector with a coating apparatus such as a die coater having a knife roll or a die head, and dried with hot air to obtain a positive electrode active material layer.
  • the positive electrode active material layer is compression molded with a roll press or the like. At this time, heating may be performed or compression may be repeated a plurality of times.
  • a negative electrode is produced by forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector using the same operating procedure as the production of the negative electrode 10 for lithium ion secondary batteries described above.
  • an electrolyte solution is prepared.
  • the positive electrode lead 32 is attached to the positive electrode current collector and the negative electrode lead 33 is attached to the negative electrode current collector by ultrasonic welding or the like.
  • the positive electrode and the negative electrode are laminated or wound via a separator to produce a wound electrode body 31, and a protective tape is bonded to the outermost periphery.
  • the wound body is molded so as to have a flat shape.
  • the insulating portions of the exterior member are bonded to each other by a thermal fusion method, and the wound electrode body is opened in only one direction. Enclose.
  • An adhesion film is inserted between the positive electrode lead and the negative electrode lead and the exterior member.
  • a predetermined amount of the prepared electrolytic solution is introduced from the open portion, and vacuum impregnation is performed. After impregnation, the open part is bonded by a vacuum heat fusion method.
  • the laminated film type secondary battery 30 can be manufactured as described above.
  • Example 1-1 The laminate film type secondary battery 30 shown in FIG. 3 was produced by the following procedure.
  • a positive electrode was produced.
  • the positive electrode active material was prepared by mixing 95 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ), 2.5 parts by mass of a positive electrode conductive additive and 2.5 parts by mass of a positive electrode binder (polyvinylidene fluoride, PVDF). An agent was used. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone, hereinafter also referred to as NMP) to obtain a paste slurry. Then, the slurry was apply
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • the negative electrode active material particles contained in the negative electrode material of the present invention were prepared as follows. First, a raw material (vaporization starting material) mixed with metallic silicon and silicon dioxide was placed in a reactor, and the vaporized material in a vacuum atmosphere of 10 Pa was deposited on the adsorption plate and cooled sufficiently. The deposit was taken out and pulverized with a ball mill. After adjusting the particle size, the carbon coating was coated by pyrolysis CVD. The reaction temperature in the thermal decomposition CVD was 980 ° C.
  • the produced powder is subjected to bulk reforming using an electrochemical method in a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate having a volume ratio of 3: 7 (containing an electrolyte salt at a concentration of 1.3 mol / kg).
  • negative electrode active material particles were produced.
  • the produced negative electrode active material particles had a volume resistivity of 0.18 ⁇ ⁇ cm when 20 kN was applied.
  • the value of x of the silicon compound represented by SiO x was 0.9, and the median diameter D 50 of the silicon compound was 4 ⁇ m.
  • the coating amount of the carbon coating layer was 5% by mass with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • the half width (2 ⁇ ) of the diffraction peak obtained at around 21.825 ° was 0.10 °.
  • negative electrode active material particles and natural graphite were blended at a weight ratio of 50:50.
  • the mixed active material, conductive additive 1, conductive additive 2, and negative electrode binder (polyimide) precursor were mixed at a dry weight ratio of 80 to 83: 10: 2: 5 to 8, and then mixed with NMP. Dilution was made into a paste-like negative electrode mixture slurry. In this case, NMP was used as a solvent for the polyamic acid.
  • a solvent (4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC)) is mixed, and then an electrolyte salt (lithium hexafluorophosphate: LiPF) is mixed. 6 ) was dissolved to prepare an electrolytic solution.
  • a secondary battery was assembled as follows. First, an aluminum lead was ultrasonically welded to one end of the positive electrode current collector, and a nickel lead was welded to the negative electrode current collector. Subsequently, a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator were laminated in this order and wound in the longitudinal direction to obtain a wound electrode body. The end portion was fixed with a PET protective tape. As the separator, a laminated film of 12 ⁇ m sandwiched between a film mainly composed of porous polyethylene and a film mainly composed of porous polypropylene was used.
  • the outer peripheral edges except for one side were heat-sealed, and the electrode body was housed inside.
  • the exterior member a nylon film, an aluminum foil, and an aluminum laminate film in which a polypropylene film was laminated were used.
  • an electrolyte prepared from the opening was injected, impregnated in a vacuum atmosphere, and then heat-sealed and sealed.
  • Example 1-1 to Comparative Example 1-3 A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1, except that the silicon compound in the negative electrode material did not contain a SiO 2 component having a scale structure. Note that the structure of the SiO 2 component of Comparative Example 1-1 contained amorphous. The structure of the SiO 2 component of Comparative Example 1-2 contained quartz. The structure of the SiO 2 component of Comparative Example 1-3 contained cristobalite.
  • the coating amount of the carbon coating layer was 5% by mass with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • the cycle characteristics were examined as follows. First, in order to stabilize the battery, charge / discharge was performed for 2 cycles in an atmosphere at 25 ° C., and the discharge capacity at the second cycle was measured. Subsequently, charge and discharge were performed until the total number of cycles reached 100, and the discharge capacity was measured each time. Finally, the discharge capacity at the 100th cycle was divided by the discharge capacity at the 2nd cycle and multiplied by 100 for% display, and the capacity maintenance rate (hereinafter, sometimes simply referred to as the maintenance rate) was calculated. As cycling conditions, a constant current density until reaching 4.2V, and charged at 2.5 mA / cm 2, current density 4.2V constant voltage at the stage of reaching the voltage of 4.2V is to 0.25 mA / cm 2 Charged until it reached. During discharging, discharging was performed at a constant current density of 2.5 mA / cm 2 until the voltage reached 2.5V.
  • initial efficiency (initial discharge capacity / initial charge capacity) ⁇ 100.
  • the ambient temperature was the same as when the cycle characteristics were examined.
  • the charge / discharge conditions were 0.2 times the cycle characteristics.
  • Example 1-1 when the structure of the SiO 2 component contained in the silicon compound was changed, the battery characteristics changed depending on the structure. As in Example 1-1, when the SiO 2 component having a lepidite structure was included, the capacity retention rate and the initial efficiency were improved. The structure of the SiO 2 component can be confirmed by XRD. In the following examples and comparative examples, a silicon compound containing a SiO 2 component having a lepidite structure was used.
  • Example 2-1 to Example 2-4 Comparative Example 2-1 to Comparative Example 2-2
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that the amount of oxygen in the bulk of the silicon compound at the time of manufacturing the negative electrode material was adjusted. In this case, the amount of oxygen deposited was adjusted by changing the ratio and temperature of the vaporized starting material.
  • Table 2 shows the values of x of the silicon compounds represented by SiO x in Examples 2-1 to 2-4 and Comparative Examples 2-1 and 2-2.
  • the silicon compounds in Examples 2-1 to 2-4 and Comparative Examples 2-1 to 2-2 all had the following physical properties.
  • Median diameter D 50 of the silicon compound was 4 [mu] m.
  • the silicon compound contained a SiO 2 component having a lepidite structure, and the half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° in X-ray diffraction was 0.10 °.
  • the coating amount of the carbon coating layer was 5% by mass with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer. there were.
  • Example 3-1 and Comparative example 3-1 A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that the crystallinity of the SiO 2 component having the lepidite structure of the silicon compound was adjusted. In this case, during the production of the silicon compound, the temperature of the vaporization starting material was changed and adjusted.
  • Example 3-1 and Comparative Example 3-1 all had the following physical properties.
  • Median diameter D 50 of the silicon compound was 4 [mu] m.
  • Example 3-1 and Comparative Example 3-1 the coating amount of the carbon coating layer was 5% by mass with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • Example 4-1 to Example 4-4 Implementation other than changing the ratio A / B of the capacity A when the non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode was charged with constant current to 0.2 V and the capacity B when charged with constant current / constant voltage to 0 V
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1.
  • the silicon compound was prepared, and the charge capacity up to 0.20 V at the Li counter electrode during bulk reforming was compared.
  • the ratio A / B is adjusted by changing the SiO deposition temperature.
  • the capacities A and B were measured as follows.
  • a coin battery was produced.
  • Metal lithium is used for the counter electrode, and charging is performed in CC (constant current) mode (current density 0.2 mA / cm 2 ) until the voltage is 0 (V), and in CV (constant voltage) mode from 0 (V).
  • CC constant current
  • CV constant voltage
  • the charging was terminated.
  • discharging was performed, and discharging was performed at a constant current density of 0.2 mA / cm 2 until the battery voltage reached 1.2V. At this time, the capacity A when the constant current was charged to 0.2 V and the capacity B when the constant current / constant voltage were charged to 0 V were measured.
  • the silicon compounds in Examples 4-1 to 4-4 all had the following physical properties.
  • Median diameter D 50 of the silicon compound was 4 [mu] m.
  • the silicon compound contained a SiO 2 component having a lepidite structure, and the half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° in X-ray diffraction was 0.10 °.
  • the coating amount of the carbon coating layer was 5% by mass with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • the capacity retention ratio was improved when the ratio A / B was 0.2 or more.
  • the ratio A / B increases when the Si ratio in the bulk is small.
  • the capacity deterioration rate is improved because the expansion deterioration accompanying the increase in the battery cycle can be suppressed.
  • a silicon compound having a ratio A / B of 0.35 was used.
  • Example 5-1 to Example 5-5 A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1 except that the size of the C 4 H 9 peak of the C x H y compound detected in the carbon coating layer was adjusted.
  • the size of the C 4 H 9 peak was adjusted by controlling the temperature during the pyrolysis CVD process of the carbon coating process. In this case, a negative ion mass spectrum derived from the C x H y compound is detected by TOF-SIMS.
  • the silicon compounds in Examples 5-1 to 5-5 all had the following physical properties.
  • Median diameter D 50 of the silicon compound was 4 [mu] m.
  • the silicon compound contained a SiO 2 component having a lepidite structure, and the half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° in X-ray diffraction was 0.10 °.
  • the coating amount of the carbon coating layer was 5% by mass with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • Example 6-1 to Example 6-3 A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1 except that the coating amount of the carbon coating layer and the volume resistivity measured when 20 kN was applied were adjusted. In this case, a carbon coating layer was formed on the surface of the silicon compound using a thermal decomposition CVD method. The amount of the carbon coating is adjusted by changing the temperature and the treatment time when the silicon compound is subjected to the thermal decomposition CVD treatment.
  • Comparative Example 6-1 In Comparative Example 6-1, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1, except that the negative electrode active material particles were manufactured without forming the carbon coating layer.
  • the silicon compounds in Examples 6-1 to 6-3 and Comparative Example 6-1 all had the following physical properties.
  • Median diameter D 50 of the silicon compound was 4 [mu] m.
  • the silicon compound contained a SiO 2 component having a lepidite structure, and the half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° in X-ray diffraction was 0.10 °.
  • the coating amount of the carbon coating layer is 0.1% by mass or more, a sufficient conductivity improving effect can be obtained. Moreover, if the said coating amount is 15 mass% or less, battery capacity can fully be ensured.
  • Example 7-1 to Example 7-4 A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1-1 except that the crystallinity of the Si component of the silicon compound was changed. The change in crystallinity of the Si component is adjusted by changing the deposition temperature and time of SiO.
  • Examples 7-1 to 7-4 had the following physical properties.
  • Median diameter D 50 of the silicon compound was 4 [mu] m.
  • the silicon compound contained a SiO 2 component having a lepidite structure, and the half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° in X-ray diffraction was 0.10 °.
  • the coating amount of the carbon coating layer was 5% by mass with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • the capacity retention rate and the initial efficiency changed according to the crystallinity.
  • a high maintenance factor and initial efficiency can be achieved with a low crystalline material having a half width of 1.2 ° or more and a crystallite size of 7.5 nm or less due to the Si (111) plane.
  • the best characteristics can be obtained in the amorphous region.
  • the half-value width is calculated to be 20 ° or more, but it is a result of fitting using analysis software, and no substantial peak is obtained. Therefore, it can be said that it is substantially amorphous.
  • Example 8-1 and Example 8-2) A secondary battery was manufactured basically in the same manner as in Example 1-1, but the potential, current amount, and insertion / extraction method of Li during the bulk modification of the silicon compound were controlled. The state of inclusions produced in the compound was changed. For example, when a silicon compound is electrochemically modified, LiF, Li 2 CO 3 , Li 2 O, etc. are generated on the surface, and Li 2 SiO 3 , Li 6 Si 2 O 7 , Li 4 SiO 4, etc. are generated inside. . Moreover, the Li compound on the surface can be removed by washing with water.
  • Example 8-1 and Example 8-2 all had the following physical properties.
  • Median diameter D 50 of the silicon compound was 4 [mu] m.
  • the silicon compound contained a SiO 2 component having a lepidite structure, and the half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° in X-ray diffraction was 0.10 °.
  • the coating amount of the carbon coating layer was 5% by mass with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • LiF, Li 2 CO 3 , Li 2 O or the like is a silicon compound on the surface, Li 2 SiO 3 , Li 6 Si 2 O 7 , Li 4 SiO 4 or the like is present inside, Battery characteristics can be further improved.
  • Example 9-1 Example 9-2
  • the thermal doping method is a modification technique in which a silicon compound and Li metal or a Li compound are mixed and heat treatment is performed.
  • Example 9-1 and Example 9-2 all had the following physical properties.
  • Median diameter D 50 of the silicon compound was 4 [mu] m.
  • the silicon compound contained a SiO 2 component having a lepidite structure, and the half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° in X-ray diffraction was 0.10 °.
  • Example 9-1 and Example 9-2 the coating amount of the carbon coating layer was 5% by mass with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • Example 10-1 to Example 10-9 A secondary battery was manufactured basically in the same manner as in Example 1-1, but a negative electrode was prepared by mixing negative electrode active material particles and carbon-based active material particles. Furthermore, as shown in Table 10, the ratio X / Y of the median diameter Y of the silicon compound and the median diameter X of the carbon-based active material was changed. Further, as shown in Table 10, in Example 10-1, a silicon compound having no Li compound on the surface and inside was used. On the other hand, in Example 10-2 to Example 10-9, the surface contains LiF, Li 2 CO 3 , and Li 2 O, and the interior contains Li 4 SiO 4 , Li 6 Si 2 O 7 , and Li 2 A silicon compound containing SiO 3 was used.
  • Examples 10-1 to 10-9 had the following physical properties.
  • Median diameter D 50 of the silicon compound was 4 [mu] m.
  • the silicon compound contained a SiO 2 component having a lepidite structure, and the half-value width (2 ⁇ ) of a diffraction peak obtained near 21.825 ° in X-ray diffraction was 0.10 °.
  • the coating amount of the carbon coating layer was 5% by mass with respect to the total of the silicon compound and the carbon coating layer.
  • the carbon-based active material in the negative electrode active material layer has a size equal to or greater than that of the silicon-based active material.
  • the silicon-based active material that expands and contracts is equal to or smaller than that of the carbon-based active material, the composite material layer can be prevented from being broken.
  • the carbon-based active material is larger than the silicon-based active material, the negative electrode volume density and initial efficiency during charging are improved, and the battery energy density is improved.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

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Abstract

　本発明は、負極活物質粒子を有する非水電解質二次電池用負極材であって、負極活物質粒子が、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物、及び該ケイ素化合物の表面を被覆する炭素成分からなる炭素被覆層から成り、負極活物質粒子が、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極材である。これにより、電池容量の増加、サイクル特性及び初期充放電特性を向上させることが可能な非水電解質二次電池用負極材が提供される。

Description

非水電解質二次電池用負極材及び負極活物質粒子の製造方法
　本発明は、非水電解質二次電池用負極材に関し、負極活物質粒子の製造方法に関する。また、本発明は、その負極材を用いた非水電解質二次電池用負極、及びその負極を用いた非水電解質二次電池にも関する。
　近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器が広く普及しており、さらなる小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。市場要求に対し、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。この二次電池は、小型の電子機器に限らず、自動車などに代表される大型の電子機器、家屋などに代表される電力貯蔵システムへの適用も検討されている。
　その中でも、リチウムイオン二次電池は小型かつ高容量化が行いやすく、また、鉛電池、ニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。
　リチウムイオン二次電池は、正極および負極、セパレータと共に電解液を備えている。この負極は充放電反応に関わる負極活物質を含んでいる。
　負極活物質としては、炭素材料が広く使用されている一方で、最近の市場要求から、電池容量のさらなる向上が求められている。電池容量向上の要素として、負極活物質材として、ケイ素を用いることが検討されている。ケイ素の理論容量（４１９９ｍＡｈ／ｇ）は黒鉛の理論容量（３７２ｍＡｈ／ｇ）よりも１０倍以上大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。負極活物質材としてのケイ素材の開発はケイ素単体だけではなく、合金、酸化物に代表される化合物などについても検討されている。活物質形状は、炭素材で標準的な塗布型から、集電体に直接堆積する一体型まで検討されている。
　しかしながら、負極活物質としてケイ素を主原料として用いると、充放電時に負極活物質が膨張収縮するため、主に負極活物質粒子の表層近傍で割れやすくなる。また、活物質内部にイオン性物質が生成し、負極活物質粒子が割れやすくなる。負極活物質表層が割れることで新生面が生じ、活物質の反応面積が増加する。この時、新生面において電解液の分解反応が生じるとともに、新生面に電解液の分解物である被膜が形成されるため電解液が消費される。このためサイクル特性が低下しやすくなる。
　これまでに、電池初期効率やサイクル特性を向上させるために、ケイ素材を主材としたリチウムイオン二次電池用負極材料、電極構成についてさまざまな検討が成されている。
　具体的には、良好なサイクル特性や高い安全性を得る目的で、気相法を用いケイ素及びアモルファス二酸化ケイ素を同時に堆積させている（例えば特許文献１参照）。また、高い電池容量や安全性を得るために、ケイ素酸化物粒子の表層に炭素材（電子伝導材）を設けている（例えば特許文献２参照）。さらに、サイクル特性を改善するとともに高入出力特性を得るために、ケイ素及び酸素を含有する活物質を作製し、かつ集電体近傍での酸素比率が高い活物質層を形成している（例えば特許文献３参照）。また、サイクル特性を向上させるために、ケイ素活物質中に酸素を含有させ、平均酸素含有量が４０ａｔ％以下であり、かつ集電体に近い場所で酸素含有量が多くなるように形成している（例えば、特許文献４参照）。
　また、初回充放電効率を改善するためにＳｉ相、ＳｉＯ２、ＭｙＯ金属酸化物を含有するナノ複合体を用いている（例えば特許文献５参照）。また、初回充放電効率を改善するためにＬｉ含有物を負極に添加し、負極電位が高いところでＬｉを分解しＬｉを正極に戻すプレドープを行っている（例えば特許文献６参照）。
　また、サイクル特性改善のため、ＳｉＯｘ（０．８≦ｘ≦１．５、粒径範囲＝１μｍ～５０μｍ）と炭素材を混合し高温焼成している（例えば特許文献７参照）。また、サイクル特性改善のために、負極活物質中におけるケイ素に対する酸素のモル比を０．１～１．２とし、活物質と集電体との界面近傍における、ケイ素量に対する酸素量のモル比の最大値と最小値との差が０．４以下となる範囲で活物質の制御を行っている（例えば、特許文献８参照）。また、電池負荷特性を向上させるため、リチウムを含有した金属酸化物を用いている（例えば特許文献９参照）。また、サイクル特性を改善させるために、ケイ素材表層にシラン化合物などの疎水層を形成している（例えば、特許文献１０参照）。
　また、サイクル特性改善のため、酸化ケイ素を用い、その表層に黒鉛被膜を形成することで導電性を付与している（例えば、特許文献１１参照）。この場合、特許文献１１では、黒鉛被膜に関するラマンスペクトルから得られるシフト値に関して、１３３０ｃｍ－１及び１５８０ｃｍ－１にブロードなピークが現れるとともに、それらの強度比Ｉ１３３０／Ｉ１５８０が１．５＜Ｉ１３３０／Ｉ１５８０＜３である。
　また、高い電池容量、サイクル特性の改善のため、二酸化ケイ素中に分散されたケイ素微結晶相を有する粒子を用いている（例えば、特許文献１２参照）。また、過充電、過放電特性を向上させるために、ケイ素と酸素の原子数比を１：ｙ（０＜ｙ＜２）と制御したケイ素酸化物を用いている（例えば、特許文献１３参照）。
特開２００１－１８５１２７号公報 特開２００２－０４２８０６号公報 特開２００６－１６４９５４号公報 特開２００６－１１４４５４号公報 特開２００９－０７０８２５号公報 特表２０１３－５１３２０６号公報 特開２００８－２８２８１９号公報 特開２００８－２５１３６９号公報 特開２００８－１７７３４６号公報 特開２００７－２３４２５５号公報 特開２００９－２１２０７４号公報 特開２００９－２０５９５０号公報 特許第２９９７７４１号明細書
　上述のように、近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器は高性能化、多機能化がすすめられており、その主電源である非水電解質二次電池、特にリチウムイオン二次電池は電池容量の増加が求められている。この問題を解決する１つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極からなる非水電解質二次電池の開発が望まれている。また、ケイ素材を用いた非水電解質二次電池は炭素材を用いた非水電解質二次電池と同等に近いサイクル特性が望まれている。
　本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電池容量を増加させ、サイクル特性及び電池初期効率を向上させることが可能な非水電解質二次電池用負極材を提供することである。また、本発明は、その負極材を用いた非水電解質二次電池用負極、及びその負極を用いた非水電解質二次電池を提供することをも目的とする。また、本発明は、その負極材に用いることができる負極活物質粒子の製造方法を提供することをも目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明によれば、負極活物質粒子を有する非水電解質二次電池用負極材であって、前記負極活物質粒子が、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物、及び該ケイ素化合物の表面を被覆する炭素成分からなる炭素被覆層から成り、前記負極活物質粒子が、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極材が提供される。
　本発明の非水電解質二次電池用負極材は、炭素成分からなる炭素被覆層により負極活物質粒子の導電性を向上させることで、良好な電池特性を得られる。更に、負極活物質粒子の少なくとも一部に鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折により得られる、鱗硅石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であることで、充電時に発生する不可逆容量を低減でき、優れた電池特性を得ることができる。本発明のように、負極活物質粒子が鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含んでいれば、予め、リチウムの挿入、脱離時に不安定化するＳｉＯ２成分部を別の化合物に有効に改質させることができ、充電時に発生する不可逆容量を低減する効果が得られる。更に、Ｘ線回折により得られる、鱗硅石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であることで、リチウムの挿入、脱離によるＳｉＯ２成分の改質を効率的に進行させることができ、電池の不可逆容量を一層低減することができる。また、本発明の非水電解質二次電池用負極材を使用した二次電池を用いた電子機器においても同様の効果が得られる。
　このとき、前記炭素被覆層が、ＴＯＦ－ＳＩＭＳによって、ＣｘＨｙ系化合物のフラグメントが検出されるものであることが好ましい。
　炭素被覆層にＣｙＨｚ系化合物のフラグメントが検出される表面状態であれば、結着剤（バインダー）との相性が良好なものとなり、結果として電池特性をより向上させることができる。
　またこのとき、前記炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物は、Ｃ３Ｈ５ピーク強度に対してＣ４Ｈ９ピーク強度が０．００５以上０．０３５以下のものであることが好ましい。
　炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物の中で、特に、Ｃ４Ｈ９成分の量と電池特性に相関がある。Ｃ３Ｈ５ピーク強度に対するＣ４Ｈ９ピーク強度、即ち（Ｃ４Ｈ９ピーク強度／Ｃ３Ｈ５ピーク強度）が０．００５以上であれば、容量維持率を一層向上させることができるものとなる。また、Ｃ４Ｈ９ピークが０．０３５以下であれば、初期効率及び容量維持率の低下を防ぐことができ、優れた電池特性が得られるものとなる。
　このとき、前記炭素被覆層の被覆量が、前記ケイ素化合物と前記炭素被覆層の合計に対し０．５質量％以上１５質量％以下のものであることが好ましい。
　炭素被覆層の上記被覆量が、０．５質量％以上であれば、充分な導電性向上効果を得ることができる。また、上記被覆量が１５質量％以下であれば、電池容量を十分に確保することができる。
　またこのとき、前記負極活物質粒子の、２０ｋＮ印加時における体積抵抗率が０．１０Ωｃｍ以上、１０Ωｃｍ以下であることが好ましい。
　２０ｋＮの荷重を印加した時における体積抵抗率が１０Ωｃｍ以下であると、電気伝導性が良好となり電池特性を向上させる。また、体積抵抗率が０．１Ωｃｍ以上であれば、短絡の発生を確実に防止でき、電池の安全性を向上させることができるものとなる。
　このとき、前記ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が１．２°以上であると共に、その結晶面に起因する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下のものであることが好ましい。
　ケイ素化合物のＳｉ成分の結晶性は低いほどよく、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）、及びその結晶面に起因する結晶子サイズは上記範囲である事が望ましい。Ｓｉ成分の結晶性を低くすることで電池特性を向上させることができる。
　またこのとき、前記ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピーク強度Ｃと前記鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分由来の回折ピーク強度Ｄの比Ｃ／Ｄが、Ｃ／Ｄ≦１．８を満たすものであることが好ましい。
　このように、ケイ素化合物において、鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分の割合が、Ｓｉ成分を基準として比較的大きくなることで、容量維持率及び初回効率を向上させることができるものとなる。
　このとき、前記ケイ素化合物のＳｉ成分が、非晶質であることが好ましい。
　Ｓｉ成分の結晶性の低いケイ素化合物を用いることで、電池特性を向上させることができる。また、更に、安定的にＬｉ化合物を生成し易いものとなる。
　前記負極活物質粒子が、その粒子表層部にＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｏのうち少なくとも１種以上のＬｉ化合物を含むものであることが好ましい。また、前記負極活物質粒子が、その粒子内部にＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ２ＳｉＯ３のうちの少なくとも１種以上のＬｉ化合物を含むものであることが好ましい。
　負極活物質粒子の表層部若しくは内部又はその両方に存在する化合物がこれらの化合物であれば、より効果的に本発明の効果を発揮させることができる。
　前記負極活物質粒子の粒子表層部若しくは内部又はその両方のＬｉ化合物が電気化学的手法で作製されたものであることが好ましい。
　このように、ケイ素化合物に含まれるＬｉ化合物を、電気化学的手法を含む工程により作製されたものとすることにより、安定したＬｉ化合物とすることが可能である。
　また、本発明によれば、上記のいずれかの本発明の非水電解質二次電池用負極材を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池用負極が提供される。
　上記本発明の負極材を用いた負極は、非水電解質二次電池に用いた場合に、サイクル特性及び初回充放電特性を向上させることができる。
　さらに炭素系負極材を含み、前記ケイ素化合物のメディアン径Ｙと前記炭素系負極材のメディアン径ＸがＸ／Ｙ≧１の関係を満たすことが好ましい。
　このように、Ｌｉ化合物を含むケイ素化合物及び炭素被覆層からなる負極材とともに、さらに炭素系負極材を含む負極とすることにより、負極の体積変化による破壊を防止することができる。特にこの効果は、炭素系負極材がケイ素化合物に対して同等以上に大きい場合に効果的に発揮される。
　前記非水電解質二次電池用負極を、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂの比Ａ／Ｂが、Ａ／Ｂ≧０．２を満たすことが好ましい。
　このように上記比Ａ／Ｂが０．２以上のものであれば、ケイ素化合物のバルク内でのＬｉが拡散しやすくなるため、初期効率、容量維持率共に向上させることができる。
　また、本発明によれば、上記のいずれかの負極を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池が提供される。
　本発明の負極を用いた非水電解質二次電池は、サイクル特性及び初回充放電特性を向上させることができる。
　また、本発明によれば、ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む負極活物質粒子の製造方法であって、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物粒子を作製し、該作製したケイ素化合物粒子が鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むか否かを評価し、該評価において鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において測定した、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が、０．１５°以下のケイ素化合物粒子を選別し、該選別したケイ素化合物粒子の表面を炭素成分からなる炭素被覆層で被覆することで、負極活物質粒子を製造することを特徴とする負極活物質粒子の製造方法が提供される。
　このような工程を有する負極活物質粒子の製造方法により、上記本発明の非水電解質二次電池用負極材に含まれる、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、更に、Ｘ線回折により得られる、鱗硅石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であり、かつ、炭素成分からなる炭素被覆層を有する負極活物質粒子を製造することができる。
　また、本発明によれば、ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む負極活物質粒子の製造方法であって、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物粒子を作製する工程と、前記ケイ素化合物粒子の表面に炭素成分からなる炭素被覆層を形成する工程とを有し、前記炭素被覆層形成工程において、反応温度を１０００℃以下にすることにより、前記ケイ素化合物粒子を、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものとすることを特徴とする負極活物質粒子の製造方法を提供する。
　このような工程を有する負極活物質粒子の製造方法により、上記本発明の非水電解質二次電池用負極材に含まれる、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折により得られる、鱗硅石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であり、かつ、炭素成分からなる炭素被覆層を有する負極活物質粒子を確実に製造することができる。
　本発明の非水電解質二次電池用負極材は、炭素成分からなる炭素被覆層により負極活物質粒子の導電性を向上させることで、良好な電池特性を得られる。更に、負極活物質粒子の少なくとも一部に鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、更に、Ｘ線回折により得られる、鱗硅石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であることで、充電時に発生する不可逆容量を低減でき、優れた電池特性を得ることができる。また、本発明の非水電解質二次電池用負極材を使用した二次電池を用いた電子機器においても同様の効果が得られる。
　また、負極活物質粒子が鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むことで、予め、リチウムの挿入、脱離時に不安定化するＳｉＯ２成分部を別の化合物に有効に改質させることができ、充電時に発生する不可逆容量を低減する効果がある。更に、Ｘ線回折により得られる、鱗硅石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であることで、リチウムの挿入、脱離によるＳｉＯ２成分の改質を効率的に進行させることができ、電池の不可逆容量を低減することができる。
　また、本発明の負極活物質粒子の製造方法により、このような非水電解質二次電池用負極材に含まれる負極活物質粒子を製造することができる。
本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用負極の構成を表す断面図である。 本技術の一実施形態におけるバルク改質装置の簡易図である。 本技術の一実施形態の二次電池（ラミネートフィルム型）の構成を表す分解図である。
　以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
　１．非水電解質二次電池用負極
　２．非水電解質二次電池（ラミネートフィルム型リチウムイオン二次電池）
＜１．非水電解質二次電池用負極＞
　本発明の非水電解質二次電池用負極材を用いた非水電解質二次電池用負極について説明する。図１は、本発明の一実施形態における非水電解質二次電池用負極（以下、単に「負極」と称することがある。）の断面構成を表している。
［負極の構成］
　図１に示したように、負極１０は、負極集電体１１の上に負極活物質層１２を有する構成になっている。この負極活物質層１２は負極集電体１１の両面、又は、片面だけに設けられていても良い。さらに、本発明の負極活物質が用いられたものであれば、負極集電体１１はなくてもよい。
［負極集電体］
　負極集電体１１は、優れた導電性材料であり、かつ、機械的な強度に長けた物で構成される。負極集電体１１に用いることができる導電性材料として、例えば銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）があげられる。この導電性材料は、リチウム（Ｌｉ）と金属間化合物を形成しない材料であることが好ましい。
　負極集電体１１は、主元素以外に炭素（Ｃ）や硫黄（Ｓ）を含んでいることが好ましい。負極集電体の物理的強度が向上するためである。特に、充電時に膨張する活物質層を有する場合、集電体が上記の元素を含んでいれば、集電体を含む電極変形を抑制する効果があるからである。上記の含有元素の含有量は、特に限定されないが、中でも、１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。より高い変形抑制効果が得られるからである。
　負極集電体１１の表面は、粗化されていても、粗化されていなくても良い。粗化されている負極集電体は、例えば、電解処理、エンボス処理、又は化学エッチングされた金属箔などである。粗化されていない負極集電体は例えば、圧延金属箔などである。
［負極活物質層］
　負極活物質層１２は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な複数の負極活物質粒子を含んでおり、電池設計上、さらに負極結着剤（バインダー）や導電助剤など、他の材料を含んでいても良い。本発明の非水電解質二次電池用負極材は、この負極活物質層１２を構成する材料となる。
　本発明の負極材に用いられる負極活物質粒子は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能なＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物、及び該ケイ素化合物の表面を被覆する炭素成分からなる炭素被覆層から成る。更に、負極活物質粒子は、ケイ素化合物に鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものである。この構造は、ＴＥＭ－ＥＤＸ（透過型電子顕微鏡法－エネルギー分散型Ｘ線分光法）写真により確認される。この場合、炭素成分による炭素被覆層の少なくとも一部でリチウムイオンの吸蔵放出が行われても良い。
　本発明の負極材に用いられる負極活物質粒子はケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含有している酸化ケイ素材であり、ケイ素化合物の組成としてはｘが１に近い方が好ましい。高いサイクル特性が得られるからである。本発明におけるケイ素材組成は必ずしも純度１００％を意味しているわけではなく、微量の不純物元素を含んでいても良い。
　上述のように、本発明の負極材に用いられる負極活物質粒子は、鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含むことを特徴とする。鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分は、ケイ素化合物を作成する際に、ケイ素化合物の原料である気化出発材の温度を変化させることで、堆積されるＳｉＯ２構造を制御することで作製できる。
　このように、負極活物質粒子が、鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含むことで、リチウムの挿入、脱離によるＳｉＯ２成分の改質を効率的に進行させることができ、充電時に発生する不可逆容量を大幅に低減することができる。
　更に、本発明の負極活物質粒子は、Ｘ線回折において、鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものである。また、この半値幅（２θ）は、０．１°以下であることがより好ましい。鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分に由来する回折ピークの半値幅が０．１５°を超えるほど大きいと、リチウムの挿入、脱離によるバルク改質を行う場合に、ＳｉＯ２成分の改質が効率的に進行せず、不可逆容量は低減されない。
　また、本発明では、ケイ素化合物のＳｉ成分の結晶性は低いほどよく、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）は１．２°以上であると共に、その結晶面に起因する結晶子サイズは７．５ｎｍ以下である事が望ましい。特に、Ｓｉ結晶の存在を低減する事で、Ｓｉ結晶の存在による電池特性の悪化を抑制でき、かつ、安定的なＬｉ化合物の生成が容易となる。
　またこのとき、ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピーク強度Ｃと鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分由来の回折ピーク強度Ｄの比Ｃ／Ｄが、Ｃ／Ｄ≦１．８を満たすものであることが好ましい。更には、比Ｃ／Ｄは小さい方が良く、特に、実質的に０であることが望ましい。このように、ケイ素化合物において、鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分の割合が、Ｓｉ成分を基準として比較的大きくなることで、容量維持率及び初回効率を向上させることができるものとなる。そして、比Ｃ／Ｄが実質的に０となる、即ち、ケイ素化合物中に、鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含む一方で、Ｓｉ成分が非晶質であると、容量維持率及び初回効率を一層向上させることができるものとなる。
　また、上述のように、負極活物質粒子は、炭素成分からなる炭素被覆層によって被覆されている。その炭素被覆層の被覆量は、ケイ素化合物と炭素被覆層の質量の合計に対し０．５質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。炭素被覆層の上記被覆量が、０．１質量％以上であれば、充分な導電性向上効果を得ることができる。また、上記被覆量が１５質量％以下であれば、炭素量が多くなり過ぎず、電池容量を十分に確保することができる。この炭素成分の被覆手法は特に限定されないが、糖炭化法、炭化水素ガスの熱分解法が好ましい。これは、負極活物質粒子の表面における炭素被覆層の被覆率を向上させることができるからである。
　このとき、炭素被覆層が、ＴＯＦ－ＳＩＭＳによって、ＣｘＨｙ系化合物のフラグメントが検出されるものであることが好ましい。炭素被覆層にＣｙＨｚ系化合物のフラグメントが検出される表面状態であれば、結着剤（バインダー）との相性が良好なものとなり、結果として電池特性をより向上させることができる。
　またこのとき、炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物は、Ｃ３Ｈ５ピーク強度に対してＣ４Ｈ９ピーク強度が０．００５以上０．０３５以下のものであることが好ましい。炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物の中で、特に、Ｃ４Ｈ９成分の量と電池特性に高い相関がある。Ｃ４Ｈ９ピークが０．００５以上であれば、容量維持率を一層向上させることができるものとなる。また、Ｃ４Ｈ９ピークが０．０３５以下であれば、初期効率及び容量維持率の低下を防ぐことができ、優れた電池特性が得られるものとなる。
　負極活物質粒子は、２０ｋＮの荷重を印加した時の体積抵抗率が０．１０Ωｃｍ以上１０Ωｃｍ以下であることが望ましい。２０ｋＮ印加時における体積抵抗率が１０Ωｃｍ以下であると、電気伝導性が良好であり電池特性を向上させる。また、体積抵抗率が０．１Ωｃｍ以上であれば、短絡の発生を確実に防止でき、電池の安全性を向上させることができるものとなる。
　また、負極活物質粒子の周囲には、ケイ素化合物よりもメディアン径の小さい粒子状の炭素系化合物を含むことが望ましい。これによって負極活物質粒子間の電気伝導性を向上させることが可能である。この炭素系化合物は、負極活物質粒子との物理的な混合などによって負極活物質粒子の周囲に存在させることができる。
　また、ケイ素化合物のメディアン径は特に限定されないが、０．５μｍ～２０μｍであることが好ましい。これは、充放電時においてリチウムイオンの吸蔵放出がされやすくなると共に、粒子が割れにくくなるからである。０．５μｍ以上のメディアン径では表面積が大き過ぎず、電池不可逆容量の増大を防止できる。更に、メディアン径が２０μｍ以下であれば、粒子が割れにくく新生面が出にくい。
　本発明の負極材に含まれる負極活物質粒子は、ケイ素化合物内部に生成するＳｉＯ２成分の一部がＬｉ化合物へ選択的に変更されたものであることが好ましい。なかでも、ケイ素化合物内部に生成するＬｉ化合物としては、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ２ＳｉＯ３が特に良い特性を示す。
　Ｌｉ化合物はＮＭＲ（核磁気共鳴）とＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）で定量可能である。ＸＰＳとＮＭＲの測定は、例えば、以下の条件により行うことができる。
ＸＰＳ
・装置：　Ｘ線光電子分光装置
・Ｘ線源：　単色化Ａｌ　Ｋα線
・Ｘ線スポット径：　１００μｍ
・Ａｒイオン銃スパッタ条件：　０．５ｋＶ　２ｍｍ×２ｍｍ
２９Ｓｉ　ＭＡＳ　ＮＭＲ（マジック角回転核磁気共鳴）
・装置：　Ｂｒｕｋｅｒ社製７００ＮＭＲ分光器
・プローブ：　４ｍｍＨＲ－ＭＡＳローター　５０μＬ
・試料回転速度：　１０ｋＨｚ
・測定環境温度：　２５℃
　選択的化合物の作製方法、すなわち、ケイ素化合物の改質は、電気化学的手法により行うことが好ましい。
　このような改質（バルク内改質）方法を用いて負極活物質粒子を製造することで、Ｓｉ領域のＬｉ化合物化を低減、又は避けることが可能であり、大気中、又は水系スラリー中、溶剤スラリー中で安定した物質となる。また、電気化学的手法により改質を行うことにより、ランダムに化合物化する熱改質（熱ドープ法）に対し、より安定したリチウム化合物を作ることが可能である。
　ケイ素化合物のバルク内部に生成したＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ２ＳｉＯ３は少なくとも１種以上存在することで特性向上となるが、より特性向上となるのは２種以上の共存状態である。
　また、ケイ素化合物の表面にＬｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｏ及びＬｉＦのうちの少なくとも１つのＬｉ化合物が存在することが好ましい。
　このうち、ケイ素化合物の最表層にＬｉＦ等のフッ素化合物を生成することで、粉末の保存特性が飛躍的に向上する。特に３０％以上の被覆率で存在することが良く、材質はＬｉＦが最も望ましく、被覆手法は特に限定しないが、電気化学法が最も好ましい。
　負極結着剤としては、例えば高分子材料、合成ゴムなどのいずれか１種類以上があげられる。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリアクリル酸、あるいはポリアクリル酸リチウム、カルボキシメチルセルロースなどである。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、あるいはエチレンプロピレンジエンなどである。
　負極導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、ケチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のいずれか１種以上があげられる。
　負極活物質層は、本発明の負極材と炭素材料（炭素系負極材）の混合状態で作成してもよい。本発明のケイ素系の負極材に炭素系負極材を混合させることで、負極活物質層の電気抵抗を低減すると共に、充電に伴う膨張応力を緩和する事が可能となる。この炭素系負極材は、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、カーボンブラック類などがある。
　さらに、ケイ素化合物のメディアン径Ｙと炭素系負極材のメディアン径ＸがＸ／Ｙ≧１の関係を満たすことが好ましい。このように、Ｌｉ化合物を含むケイ素化合物及び炭素被覆層からなる負極材とともに、さらに炭素系負極材を含む負極とすることにより、負極の体積変化による破壊を防止することができる。特にこの効果は、炭素系負極材がケイ素化合物に対して同等以上に大きい場合に効果的に発揮される。
　以上のような非水電解質二次電池用負極を、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂの比Ａ／Ｂが、Ａ／Ｂ≧０．２を満たすことが好ましい。このように上記比Ａ／Ｂが０．２以上のものであれば、初期効率、容量維持率共に向上させることができる。この容量Ａ、Ｂの測定は、具体的には以下のようにして行うことができる。
　まず、コイン電池を作製する。そして、対極に金属リチウムを用い、電圧が０（Ｖ）まではＣＣ（定電流）モード（電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２）、０（Ｖ）からはＣＶ（定電圧）モードで充電を行い、電流値が０．０４ｍＡ／ｃｍ２となった時に充電を終了する。次に、放電を行うが、放電時は０．２ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度で電池電圧が１．２Ｖに達するまで放電する。そして、この充電を行った後、ＣＣ（定電流）モードで電池電圧が１．２Ｖに達するまで放電を行う。この際に、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂを測定できる。
　負極活物質層は、例えば塗布法で形成される。塗布法とは負極活物質粒子と上記した結着剤など、また必要に応じて導電助剤、炭素材料を混合したのち、有機溶剤や水などに分散させ塗布する方法である。
［負極の製造方法］
　本発明の負極を製造する方法について説明する。
　最初に本発明の非水電解質二次電池用負極材に含まれる負極活物質粒子の製造方法を説明する。まず、酸化珪素ガスを発生する原料を不活性ガスの存在下もしくは減圧下９００度～１６００度の温度範囲で加熱し、酸化ケイ素ガスを発生させる。この場合、原料は金属珪素粉末と二酸化珪素粉末との混合物であり、金属珪素粉末の表面酸素及び反応炉中の微量酸素の存在を考慮すると、混合モル比が、０．８＜金属珪素粉末／二酸化珪素粉末＜１．３の範囲であることが望ましい。粒子中のＳｉ結晶子は仕込み範囲や気化温度の変更、また生成後の熱処理で制御される。発生したガスは吸着板に堆積される。反応炉内温度を１００度以下に下げた状態で堆積物を取出し、ボールミル、ジェットミルなどを用いて粉砕、粉末化を行う。
　また、本発明では、上記のように作製した酸化ケイ素粉末（ケイ素化合物粒子）が鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むか否かを評価する。また、Ｘ線回折によって得られるスペクトルにおいて、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）を算出する。そして、この評価及び測定において鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において測定した、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が、０．１５°以下の条件を満たしたケイ素化合物粒子を選別する。なお、後述するように、後工程の炭素被覆層形成工程において、反応温度を１０００℃以下とする場合、この選別工程を省略しても良い。
　次に、得られた粉末材料（ケイ素化合物粒子）の表層に炭素被覆層を形成する。
　得られた粉末材料の表層に炭素被覆層を生成する手法としては、熱分解ＣＶＤが望ましい。熱分解ＣＶＤは炉内にセットした酸化ケイ素粉末と炉内に炭化水素ガスを充満させ炉内温度を昇温させる。反応温度は特に限定しないが特に１２００度以下が望ましい。さらに、反応温度を１０００℃以下にすることにより、確実に、酸化ケイ素粉末（ケイ素化合物粒子）を、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものとすることができる。このように、炭素被覆層形成工程における反応温度を１０００℃以下とする場合、より確実に上記の鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、上記半値幅を満たす酸化ケイ素粉末が得られるため、必ずしも酸化ケイ素粉末の作製後の選別を行わなくても良い。また、反応温度を１０００℃より大きくした場合であっても、炭素被覆層形成後、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において測定した、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が、０．１５°以下のケイ素化合物粒子を選別し、選別したケイ素化合物粒子を負極活物質粒子として使用すれば、確実に本発明の非水電解質二次電池用負極材に含まれる負極活物質粒子が得られる。また、より望ましい反応温度は９５０度以下であり、ケイ素化合物粒子の意図しない不均化を抑制する事が可能である。炭化水素ガスは特に限定する事はないが、ＣｎＨｍ組成のうち３≧ｎが望ましい。低製造コスト及び分解生成物の物性が良いからである。
　バルク内改質は電気化学的にＬｉを挿入・脱離し得ることが望ましい。特に装置構造を限定することはないが、例えば図２に示すバルク内改質装置２０を用いて、バルク内改質を行うことができる。バルク内改質装置２０は、有機溶媒２３で満たされた浴槽２７と、浴槽２７内に配置され、電源２６の一方に接続された陽電極（リチウム源）２１と、浴槽２７内に配置され、電源２６の他方に接続された粉末格納容器２５と、陽電極２１と粉末格納容器２５との間に設けられたセパレータ２４とを有している。粉末格納容器２５には、ケイ素化合物の粉末２２が格納される。
　上記バルク内改質処理において、表面にフッ素化合物を生成するときは、フッ素化合物を電位、温度条件を変化させ生成させることが望ましい。これにより、より緻密な膜が得られる。特にフッ化リチウムを生成させるときは、Ｌｉ挿入、Ｌｉ離脱のときに４５℃以上で保持することが望ましい。
　ここで、炭素被覆層が存在していることにより、電位分布の低減等ができ、均一な制御が可能となる。
　浴槽２７内の有機溶媒２３として、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ジフルオロメチルメチルなどを用いることができる。また、有機溶媒２３に含まれる電解質塩として、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）などを用いることができる。
　陽電極２１はＬｉ箔を用いてもよく、また、Ｌｉ含有化合物を用いてもよい。Ｌｉ含有化合物として、炭酸リチウム、酸化リチウムなどがあげられる。
　続いて、負極活物質粒子と負極結着剤、導電助剤など他の材料とを混合し負極合剤としたのち、有機溶剤又は水などを加えてスラリーとする。
　次に負極集電体の表面に合剤スラリーを塗布し、乾燥させて図１に示す負極活物質層１２を形成する。この時、必要に応じて加熱プレスなどを行っても良い。
　この負極によれば、バルク内に存在する鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を安定したＬｉ化合物へ変化させることで電池初期効率の向上や、サイクル回数が増加しても安定した活物質となるので、活物質の安定性が向上する。その場合、バルク内部にＬｉシリケートが生成するとより高い効果を得ることができる。
　また、炭素成分から成る炭素被覆層で被覆することでバルク内部の化合物状態をより均一化する事が可能であり、フッ化物が表層に存在することで活物質としての安定性を向上し、より高い効果を得ることができる。
　また、特に、負極集電体が炭素および硫黄を９０ｐｐｍ以下含んでいれば、より高い効果を得ることができる。
＜２．リチウムイオン二次電池＞
　次に、上記した負極を用いた非水電解質二次電池の具体例として、リチウムイオン二次電池について説明する。
［ラミネートフィルム型二次電池の構成］
　図３に示すラミネートフィルム型二次電池３０は、主にシート状の外装部材３５の内部に巻回電極体３１が収納されたものである。この巻回体は正極、負極間にセパレータを有し、巻回されたものである。また正極、負極間にセパレータを有し積層体を収納した場合も存在する。どちらの電極体においても、正極に正極リード３２が取り付けられ、負極に負極リード３３が取り付けられている。電極体の最外周部は保護テープにより保護されている。
　正負極リードは、例えば、外装部材３５の内部から外部に向かって一方向で導出されている。正極リード３２は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料により形成され、負極リード３３は、例えば、ニッケル、銅などの導電性材料により形成される。
　外装部材３５は、例えば、融着層、金属層、表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムであり、このラミネートフィルムは融着層が電極体３１と対向するように、２枚のフィルムの融着層における外周縁部同士が融着、又は、接着剤などで張り合わされている。融着部は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのフィルムであり、金属部はアルミ箔などである。保護層は例えば、ナイロンなどである。
　外装部材３５と正負極リードとの間には、外気侵入防止のため密着フィルム３４が挿入されている。この材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン樹脂である。
［正極］
　正極は、例えば、図１の負極１０と同様に、正極集電体の両面又は片面に正極活物質層を有している。
　正極集電体は、例えば、アルミニウムなどの導電性材により形成されている。
　正極活物質層は、リチウムイオンの吸蔵放出可能な正極材のいずれか１種又は２種以上を含んでおり、設計に応じて結着剤、導電助剤、分散剤などの他の材料を含んでいても良い。この場合、結着剤、導電助剤に関する詳細は、例えば既に記述した負極結着剤、負極導電助剤と同様である。
　正極材料としては、リチウム含有化合物が望ましい。このリチウム含有化合物は、例えばリチウムと遷移金属元素からなる複合酸化物、又はリチウムと遷移金属元素を有するリン酸化合物があげられる。これら記述される正極材の中でもニッケル、鉄、マンガン、コバルトの少なくとも１種以上を有する化合物が好ましい。これらの化学式として、例えば、ＬｉｘＭ１Ｏ２あるいはＬｉｙＭ２ＰＯ４で表される。式中、Ｍ１、Ｍ２は少なくとも１種以上の遷移金属元素を示す。ｘ、ｙの値は電池充放電状態によって異なる値を示すが、一般的に０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０で示される。
　リチウムと遷移金属元素とを有する複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉｘＣｏＯ２）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉｘＮｉＯ２）などが挙げられる。リチウムと遷移金属元素とを有するリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ４）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ１－ｕＭｎｕＰＯ４（０＜ｕ＜１））などが挙げられる。これらの正極材を用いれば、高い電池容量が得られるとともに、優れたサイクル特性も得られるからである。
［負極］
　負極は、上記した図１のリチウムイオン二次電池用負極１０と同様の構成を有し、例えば、集電体１１の両面に負極活物質層１２を有している。この負極は、正極活物質剤から得られる電気容量（電池としての充電容量）に対して、負極充電容量が大きくなることが好ましい。負極上でのリチウム金属の析出を抑制することができるためである。
　正極活物質層は、正極集電体の両面の一部に設けられており、負極活物質層も負極集電体の両面の一部に設けられている。この場合、例えば、負極集電体上に設けられた負極活物質層は対向する正極活物質層が存在しない領域が設けられている。安定した電池設計を行うためである。
　非対向領域、すなわち、上記の負極活物質層と正極活物質層とが対向しない領域では、充放電の影響をほとんど受けることが無い。そのため負極活物質層の状態が形成直後のまま維持される。これによって負極活物質の組成など、充放電の有無に依存せずに再現性良く組成などを正確に調べることができる。
［セパレータ］
　セパレータは正極、負極を隔離し、両極接触に伴う電流短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータは、例えば合成樹脂、あるいはセラミックからなる多孔質膜により形成されており、２種以上の多孔質膜が積層された積層構造を有しても良い。合成樹脂として例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。
［電解液］
　活物質層の少なくとも一部、又は、セパレータには、液状の電解質（電解液）が含浸されている。この電解液は、溶媒中に電解質塩が溶解されており、添加剤など他の材料を含んでいても良い。
　溶媒は、例えば、非水溶媒を用いることができる。非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、１，２－ジメトキシエタン又はテトラヒドロフランなどが挙げられる。この中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルのうちの少なくとも１種以上を用いることが望ましい。より良い特性が得られるからである。またこの場合、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの高粘度溶媒と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒を組み合わせることにより、より優位な特性を得ることができる。電解質塩の解離性やイオン移動度が向上するためである。
　溶媒添加物として、不飽和炭素結合環状炭酸エステルを含んでいることが好ましい。充放電時に負極表面に安定な被膜が形成され、電解液の分解反応が抑制できるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとして、例えば炭酸ビニレン又は炭酸ビニルエチレンなどが挙げられる。
　また溶媒添加物として、スルトン（環状スルホン酸エステル）を含んでいることが好ましい。電池の化学的安定性が向上するからである。スルトンとしては、例えばプロパンスルトン、プロペンスルトンが挙げられる。
　さらに、溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。酸無水物としては、例えば、プロパンジスルホン酸無水物が挙げられる。
　電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか１種類以上含むことができる。リチウム塩として、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）などが挙げられる。
　電解質塩の含有量は、溶媒に対して０．５ｍｏｌ／ｋｇ以上２．５ｍｏｌ／ｋｇ以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。
［ラミネートフィルム型二次電池の製造方法］
　最初に上記した正極材を用い正極電極を作製する。まず、正極活物質と、必要に応じて結着剤、導電助剤などを混合し正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させ正極合剤スラリーとする。続いて、ナイフロール又はダイヘッドを有するダイコーターなどのコーティング装置で正極集電体に合剤スラリーを塗布し、熱風乾燥させて正極活物質層を得る。最後に、ロールプレス機などで正極活物質層を圧縮成型する。この時、加熱しても良く、また圧縮を複数回繰り返しても良い。
　次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極１０の作製と同様の作業手順を用い、負極集電体に負極活物質層を形成し負極を作製する。
　正極及び負極を作製する際に、正極及び負極集電体の両面にそれぞれの活物質層を形成する。この時、どちらの電極においても両面部の活物質塗布長がずれていても良い（図１を参照）。
　続いて、電解液を調製する。続いて、超音波溶接などにより、正極集電体に正極リード３２を取り付けると共に、負極集電体に負極リード３３を取り付ける。続いて、正極と負極とをセパレータを介して積層、又は巻回させて巻回電極体３１を作製し、その最外周部に保護テープを接着させる。次に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。続いて、折りたたんだフィルム状の外装部材３５の間に巻回電極体を挟み込んだ後、熱融着法により外装部材の絶縁部同士を接着させ、一方向のみ開放状態にて、巻回電極体を封入する。正極リード、及び負極リードと外装部材の間に密着フィルムを挿入する。開放部から上記調製した電解液を所定量投入し、真空含浸を行う。含浸後、開放部を真空熱融着法により接着させる。
　以上のようにして、ラミネートフィルム型二次電池３０を製造することができる。
　以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１－１）
　以下の手順により、図３に示したラミネートフィルム型の二次電池３０を作製した。
　最初に正極を作製した。正極活物質はコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）を９５質量部と、正極導電助剤２．５質量部と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン、ＰＶＤＦ）２．５質量部とを混合し正極合剤とした。続いて、正極合剤を有機溶剤（Ｎ－メチル－２－ピロリドン、以下ＮＭＰとも呼ぶ）に分散させてペースト状のスラリーとした。続いて、ダイヘッドを有するコーティング装置で正極集電体の両面にスラリーを塗布し、熱風式乾燥装置で乾燥した。この時正極集電体は厚み１５μｍのものを用いた。最後に、ロールプレスで圧縮成型を行った。
　次に、以下に説明するように負極を作製した。
　まず、本発明の負極材に含まれる負極活物質粒子は以下のように作製した。
　初めに、金属ケイ素と二酸化ケイ素を混合した原料（気化出発材）を反応炉へ設置し、１０Ｐａの真空度の雰囲気中で気化させたものを吸着板上に堆積させ、十分に冷却した後、堆積物を取出しボールミルで粉砕した。粒径を調整した後、熱分解ＣＶＤを行うことで炭素被膜を被覆した。また、熱分解ＣＶＤにおける、反応温度は９８０℃とした。作製した粉末はエチレンカーボネート及びジメチルカーボネートの体積比が３：７の混合溶媒（電解質塩を１．３ｍｏｌ／ｋｇの濃度で含んでいる。）中で電気化学法を用い、バルク改質を行うことで、負極活物質粒子を作製した。尚、作製した負極活物質粒子の、２０ｋＮ印加時における体積抵抗率は０．１８Ω・ｃｍであった。
　このとき、負極活物質粒子は、ＳｉＯｘで表されるケイ素化合物のｘの値が０．９であり、ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。また、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
　続いて、負極活物質粒子と天然黒鉛を５０：５０の重量比で配合した。配合した活物質材、導電助剤１、導電助剤２、負極結着剤（ポリイミド）の前駆体とを８０～８３：１０：２：５～８の乾燥重量比で混合したのち、ＮＭＰで希釈してペースト状の負極合剤スラリーとした。この場合には、ポリアミック酸の溶媒としてＮＭＰを用いた。続いて、コーティング装置で負極集電体の両面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。この負極集電体としては、電解銅箔（厚さ＝１５μｍ）を用いた。最後に、真空雰囲気中で４００℃×１時間焼成した。これにより、負極結着剤（ポリイミド）が形成される。
　次に、溶媒（４－フルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン（ＦＥＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びジメチルカーボネート（ＤＭＣ））を混合したのち、電解質塩（六フッ化リン酸リチウム：ＬｉＰＦ６）を溶解させて電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成を堆積比でＦＥＣ：ＥＣ：ＤＭＣ＝１０：２０：７０とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して１．２ｍｏｌ／ｋｇとした。
　次に、以下のようにして二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体の一端にアルミリードを超音波溶接し、負極集電体にはニッケルリードを溶接した。続いて、正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順に積層し、長手方向に巻回させ巻回電極体を得た。その捲き終わり部分をＰＥＴ保護テープで固定した。セパレータは多孔性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とするフィルムに挟まれた積層フィルム１２μｍを用いた。続いて、外装部材間に電極体を挟んだのち、一辺を除く外周縁部同士を熱融着し、内部に電極体を収納した。外装部材はナイロンフィルム、アルミ箔及び、ポリプロピレンフィルムが積層されたアルミラミネートフィルムを用いた。続いて、開口部から調製した電解液を注入し、真空雰囲気下で含浸した後、熱融着し封止した。
（比較例１－１～比較例１－３）
　負極材中のケイ素化合物に、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含まないことを除き、実施例１－１と同様に、二次電池を作製した。尚、比較例１－１のＳｉＯ２成分の構造はアモルファスを含んでいた。比較例１－２のＳｉＯ２成分の構造は石英を含んでいた。比較例１－３のＳｉＯ２成分の構造はクリストバライトを含んでいた。
　比較例１－１～１－３におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ＳｉＯｘで表されるケイ素化合物のｘの値が０．９であり、メディアン径Ｄ５０は４μｍであった。
　また、負極活物質粒子において、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
　実施例１－１、比較例１－１～１－３の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。
　サイクル特性については、以下のようにして調べた。最初に電池安定化のため２５℃の雰囲気下、２サイクル充放電を行い、２サイクル目の放電容量を測定した。続いて総サイクル数が１００サイクルとなるまで充放電を行い、その都度放電容量を測定した。最後に１００サイクル目の放電容量を２サイクル目の放電容量で割り、％表示のため１００を掛け、容量維持率（以下では単に維持率と呼ぶ場合もある）を算出した。サイクル条件として、４．２Ｖに達するまで定電流密度、２．５ｍＡ／ｃｍ２で充電し、４．２Ｖの電圧に達した段階で４．２Ｖ定電圧で電流密度が０．２５ｍＡ／ｃｍ２に達するまで充電した。また放電時は２．５ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度で電圧が２．５Ｖに達するまで放電した。
　初回充放電特性を調べる場合には、初回効率（以下では初期効率と呼ぶ場合もある）を算出した。初回効率は、初回効率（％）＝（初回放電容量／初回充電容量）×１００で表される式から算出した。雰囲気温度は、サイクル特性を調べた場合と同様にした。充放電条件はサイクル特性の０．２倍で行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、ケイ素化合物に含まれるＳｉＯ２成分の構造を変化させたところ、構造によって電池特性が変化した。実施例１－１のように、鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含む場合において、容量維持率及び初回効率の向上が見られた。尚、ＳｉＯ２成分の構造はＸＲＤで確認可能である。以降の実施例、比較例では、鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含むケイ素化合物を用いた。
（実施例２－１～実施例２－４、比較例２－１～比較例２－２）
　負極材を製造する際のケイ素化合物のバルク内酸素量を調整したことを除き、実施例１－１と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、気化出発材の比率や温度を変化させ堆積される酸素量を調整した。実施例２－１～２－４、比較例２－１、２－２における、ＳｉＯｘで表されるケイ素化合物のｘの値を表２中に示した。
　実施例２－１～実施例２－４、比較例２－１～比較例２－２におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
　また、実施例２－１～実施例２－４、比較例２－１～比較例２－２では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
　実施例２－１～実施例２－４、比較例２－１～比較例２－２の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表２に示した結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２からわかるように、酸素が十分にない場合（比較例１－１、ｘ＝０．３）、初期効率は向上するものの容量維持率が著しく悪化する。また、酸素量が多すぎる場合（比較例１－２、ｘ＝１．８）、導電性の低下が生じＳｉＯ材の容量が発現しなかったため、維持率及び初期効率の測定ができなかった。以降の実施例では、ＳｉＯｘのｘの値が０．９のものを用いた。
（実施例３－１、比較例３－１）
　ケイ素化合物の鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分の結晶性を調整したことを除き、実施例１－１と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、ケイ素化合物の製造の際に、気化出発材の温度を変化させて調整した。
　実施例３－１、比較例３－１におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。
　また、実施例３－１、比較例３－１では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
　実施例３－１、比較例３－１の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表３に示した結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示すように、鱗硅石構造由来の２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°より大きい場合、即ち、鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分の結晶性が低い場合（比較例３－１、前述の比較例１－１）、初期効率と維持率が共に悪化する。それに対し、上記半値幅（２θ）が０．１５°以下であれば、初期効率と維持率がともに良好な値となる。
　（実施例４－１～実施例４－４）
　非水電解質二次電池用負極を、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂの比Ａ／Ｂを変化させたこと以外、実施例１－１と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、ケイ素化合物を調整し、バルク改質時のＬｉ対極における０．２０Ｖまでの充電容量の比較を行った。比Ａ／Ｂは、ＳｉＯ析出温度を変化させることで調整している。また、容量Ａ、Ｂは以下のように測定した。
　まず、コイン電池を作製した。そして、対極に金属リチウムを用い、電圧が０（Ｖ）まではＣＣ（定電流）モード（電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２）、０（Ｖ）からはＣＶ（定電圧）モードで充電を行い、電流値が０．０４ｍＡ／ｃｍ２となった時に充電を終了した。次に、放電を行い、放電時は０．２ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度で電池電圧が１．２Ｖに達するまで放電した。この際に、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂを測定した。
　実施例４－１～実施例４－４におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
　また、実施例４－１～実施例４－４では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
　実施例４－１～実施例４－４の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表４に示した結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４に示すように、比Ａ／Ｂが０．２以上で容量維持率に向上がみられた。比Ａ／Ｂは、バルク内のＳｉ比率が小さいと大きくなる。バルク中のＳｉ比率がより小さいと電池サイクルの増加に伴う膨張劣化を抑制することができるため容量維持率が向上した。以降の実施例、比較例では、比Ａ／Ｂが０．３５であるケイ素化合物を用いた。
（実施例５－１～実施例５－５）
　炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物のＣ４Ｈ９ピークの大きさを調整したこと以外、実施例１－１と同様に、二次電池の製造を行った。Ｃ４Ｈ９ピークの大きさは、炭素被覆工程の熱分解ＣＶＤ工程時における温度等の制御により調整した。この場合、ＴＯＦ－ＳＩＭＳにより、ＣｘＨｙ系化合物に由来するマイナスイオン質量スペクトルが検出される。
　実施例５－１～実施例５－５におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
　また、実施例５－１～実施例５－５では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
　実施例５－１～実施例５－５の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表５に示した結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５に示すように、Ｃ４Ｈ９ピークの大きさが０．００５以上であれば、容量維持率を一層向上させることができるものとなる。また、Ｃ４Ｈ９ピークの大きさが０．０３５以下であれば、初期効率及び容量維持率の低下を防ぐことができ、優れた電池特性が得られるものとなる。このように、炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物の中で、特に、Ｃ４Ｈ９成分の量と電池特性に高い相関があることがわかった。以降の実施例、比較例では、Ｃ４Ｈ９ピークの大きさが０．０３０の炭素被覆層を有するケイ素化合物を用いた。
（実施例６－１～実施例６－３）
　炭素被覆層の被覆量と２０ｋＮ印加時に測定される体積抵抗率とを調整したこと以外、実施例１－１と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、熱分解ＣＶＤ法を用いて、ケイ素化合物の表面に炭素被覆層を成膜した。炭素被膜の量は、ケイ素化合物を熱分解ＣＶＤ処理する際の、温度、処理時間を変化させることで調整している。
（比較例６－１）
　比較例６－１では、炭素被覆層を形成することなく負極活物質粒子の製造を行ったこと以外、実施例１－１と同様に、二次電池の製造を行った。
　また、実施例６－１～実施例６－３、比較例６－１におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
　実施例６－１～実施例６－３、比較例６－１の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表６に示した結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６に示すように、炭素被覆層の被覆量が、０．１質量％以上であれば、充分な導電性向上効果を得ることができる。また、上記被覆量が１５質量％以下であれば、電池容量を十分に確保することができる。
　また、表６に示すように、２０ｋＮの荷重を印加した時における体積抵抗率が１０Ωｃｍ以下であると、電気伝導性が良好となり電池特性を向上させることができた。また、体積抵抗率が０．１Ωｃｍ以上であれば、短絡の発生を確実に防止でき、電池の安全性を向上させることができた。尚、比較例６－１では、炭素被覆層が存在しないため、２０ｋＮ印加時における体積抵抗率は測定することができなかった。
（実施例７－１～実施例７－４）
　ケイ素化合物のＳｉ成分の結晶性を変化させたこと以外、実施例１－１と同様に、二次電池の製造を行った。Ｓｉ成分の結晶性の変化はＳｉＯの析出温度、時間を変化させることで調整している。
　また、実施例７－１～実施例７－４におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
　また、実施例７－１～実施例７－４では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
　実施例７－１～実施例７－４の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表７に示した結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　ケイ素化合物のＳｉ成分の結晶性を変化させたところ、それらの結晶性に応じて容量維持率及び初回効率が変化した。特に半値幅が１．２°以上、Ｓｉ（１１１）面に起因する結晶子サイズ７．５ｎｍ以下の低結晶性材料で高い維持率、初期効率が可能となる。特に非結晶領域では最も良い特性が得られる。実施例７－４では半価幅を２０°以上と算出しているが、解析ソフトを用いフィッティングした結果であり、実質的にピークは得られていない。よって実質的に非晶質であると言える。
（実施例８－１、実施例８－２）
　基本的に実施例１－１と同様に二次電池の製造を行ったが、ケイ素化合物のバルク改質時の、Ｌｉ化合物作製時の電位、電流量、Ｌｉの挿入離脱手法を制御し、ケイ素化合物に生成される含有物の状態を変化させた。例えば、ケイ素化合物を電気化学的に改質すると、ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｏ等が表面に、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ４ＳｉＯ４等が内部に生成する。また、水洗することで表面のＬｉ化合物を除去することができる。
　また、実施例８－１、実施例８－２におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
　また、実施例８－１、実施例８－２では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
　実施例８－１、実施例８－２の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表８に示した結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　表８に示すように、ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｏ等が表面に、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ４ＳｉＯ４等が内部に存在するケイ素化合物であれば、電池特性をより向上させることができる。
（実施例９－１、実施例９－２）
　基本的に実施例１－１と同様に二次電池の製造を行ったが、実施例９－１ではケイ素化合物のバルク改質を行わず、実施例９－２では熱ドープ法によりケイ素化合物のバルク改質を行った。尚、熱ドープ法とは、ケイ素化合物とＬｉ金属、またはＬｉ化合物を混合して、熱処理を行う改質手法である。
　また、実施例９－１、実施例９－２におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
　また、実施例９－１、実施例９－２では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
　実施例９－１、実施例９－２の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表９に示した結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　電気化学的手法により改質を行うことにより、ランダムに化合物化する熱改質（熱ドープ法）に対し、より安定した物質を作ることが可能である。
（実施例１０－１～実施例１０－９）
　基本的に実施例１－１と同様に二次電池の製造を行ったが、負極活物質粒子と、炭素系活物質粒子を混合して負極を作製した。更に、表１０に示すように、ケイ素化合物のメディアン径Ｙと炭素系活物質のメディアン径Ｘの比Ｘ／Ｙを変化させた。また、表１０に示すように、実施例１０－１では、表面及び内部にＬｉ化合物が存在しないケイ素化合物を使用した。これに対して、実施例１０－２～実施例１０－９では、表面にＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、及びＬｉ２Ｏを含み、内部にＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、及びＬｉ２ＳｉＯ３を含むケイ素化合物を使用した。
　また、実施例１０－１～実施例１０－９におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
　また、実施例１０－１～実施例１０－９では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
　実施例１０－１、実施例１０－９の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表１０に示した結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　表１０からわかるように、負極活物質層中の炭素系活物質は、ケイ素系活物質に対し同等以上の大きさであることが望ましい。膨張収縮するケイ素系活物質が炭素系活物質に対して同等以下の大きさである場合、合材層の破壊を防止することができる。炭素系活物質がケイ素系活物質に対して大きくなると、充電時の負極体積密度、初期効率が向上し、電池エネルギー密度が向上する。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (17)

  1. 　負極活物質粒子を有する非水電解質二次電池用負極材であって、
    　前記負極活物質粒子が、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物、及び該ケイ素化合物の表面を被覆する炭素成分からなる炭素被覆層から成り、
    　前記負極活物質粒子が、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極材。
  2. 　前記炭素被覆層が、ＴＯＦ－ＳＩＭＳによって、ＣｘＨｙ系化合物のフラグメントが検出されるものであることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極材。
  3. 　前記炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物は、Ｃ３Ｈ５ピーク強度に対してＣ４Ｈ９ピーク強度が０．００５以上０．０３５以下のものであることを特徴とする請求項２に記載の非水電解質二次電池用負極材。
  4. 　前記炭素被覆層の被覆量が、前記ケイ素化合物と前記炭素被覆層の合計に対し０．５質量％以上１５質量％以下のものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
  5. 　前記負極活物質粒子の、２０ｋＮ印加時における体積抵抗率が０．１０Ωｃｍ以上、１０Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
  6. 　前記ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が１．２°以上であると共に、その結晶面に起因する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下のものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
  7. 　前記ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピーク強度Ｃと前記鱗硅石構造を有するＳｉＯ２成分由来の回折ピーク強度Ｄの比Ｃ／Ｄが、Ｃ／Ｄ≦１．８を満たすものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池負極材。
  8. 　前記ケイ素化合物のＳｉ成分が、非晶質であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
  9. 　前記負極活物質粒子が、その粒子表層部にＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｏのうち少なくとも１種以上のＬｉ化合物を含むものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
  10. 　前記負極活物質粒子が、その粒子内部にＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ２ＳｉＯ３のうちの少なくとも１種以上のＬｉ化合物を含むものであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
  11. 　前記負極活物質粒子の粒子表層部若しくは内部又はその両方のＬｉ化合物が電気化学的手法で作製されたものであることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の非水電解質二次電池用負極材。
  12. 　請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池用負極。
  13. 　さらに炭素系負極材を含み、前記ケイ素化合物のメディアン径Ｙと前記炭素系負極材のメディアン径ＸがＸ／Ｙ≧１の関係を満たすことを特徴とする請求項１２に記載の非水電解質二次電池用負極。
  14. 　前記非水電解質二次電池用負極を、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂの比Ａ／Ｂが、Ａ／Ｂ≧０．２を満たすことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の非水電解質二次電池用負極。
  15. 　請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池。
  16. 　ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む負極活物質粒子の製造方法であって、
    　ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物粒子を作製し、
    　該作製したケイ素化合物粒子が鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むか否かを評価し、
    　該評価において鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において測定した、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が、０．１５°以下のケイ素化合物粒子を選別し、
    　該選別したケイ素化合物粒子の表面を炭素成分からなる炭素被覆層で被覆することで、負極活物質粒子を製造することを特徴とする負極活物質粒子の製造方法。
  17. 　ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む負極活物質粒子の製造方法であって、
    　ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物粒子を作製する工程と、
    　前記ケイ素化合物粒子の表面に炭素成分からなる炭素被覆層を形成する工程とを有し、
    　前記炭素被覆層形成工程において、反応温度を１０００℃以下にすることにより、前記ケイ素化合物粒子を、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものとすることを特徴とする負極活物質粒子の製造方法。
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