JP2017188329A - Negative electrode material for lithium ion battery, lithium ion battery, method for manufacturing negative electrode material for lithium ion battery, and apparatus for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコン微細粒子の有用性を顕著に高めたリチウムイオン電池のより高性能な負極材料の提供。【解決手段】モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有するシリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物であって、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物を含み、かつ黒鉛が、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の少なくとも一部を囲うリチウムイオン電池の負極材料。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a higher performance negative electrode material for a lithium ion battery in which the usefulness of silicon fine particles is remarkably enhanced. Kind Code: A1 Silicon fine particles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less, and/or aggregates or aggregates of the silicon fine particles, which are folded in at least a multi-layer petal shape or a scaly shape. A negative electrode material for a lithium ion battery, which contains the aggregate or the aggregate, and graphite surrounds at least a part of the silicon fine particles and/or the aggregate or the aggregate. [Selection diagram] None
Description
本発明は、リチウムイオン電池の負極材料、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池の負極材料の製造方法及びその製造装置に関する。 The present invention relates to a negative electrode material for a lithium ion battery, a lithium ion battery, a method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery, and a production apparatus therefor.
従来から採用されているリチウムイオン電池は、その負極側に、負極活物質(以下、「負極材料」ともいう)の黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛等)と負極材とを結着材を用いて混合した合剤層を備える負電極を有している。また、その正極側は、正極材及び正極活物質のリチウム(Li)酸化物粉末(LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2等)と導電性黒鉛(主にカーボンブラック等)とを結着材(PVDF:ポリフッ化ビニリデン等)を用いて混合し、塗布形成した合剤層を備える正電極を有している。また、リチウムイオン電池のセル容器内には電解液が満たされるとともに、負極材と正極材との間にはセパレータ(主に、ポリオレフィン系多孔質材、又は多孔質のポリプロピレン・シート等)が設けられている。 Conventionally adopted lithium-ion batteries use a negative electrode active material (hereinafter also referred to as “negative electrode material”) graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.) and a negative electrode material as a binder on the negative electrode side. It has a negative electrode with a mixed material layer. Further, the positive electrode side is formed by binding a positive electrode material and a positive electrode active material lithium (Li) oxide powder (LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2, etc.) and conductive graphite (mainly carbon black, etc.) to a binder (PVDF : Polyvinylidene fluoride, etc.) and a positive electrode provided with a mixture layer formed by coating. The cell container of the lithium ion battery is filled with an electrolytic solution, and a separator (mainly a polyolefin-based porous material or a porous polypropylene sheet) is provided between the negative electrode material and the positive electrode material. It has been.
上述のセパレータは、電解液を通過させ、リチウムイオンの移動を生じさせることを可能にして、電気的な短絡が起こらないように電極間を分離するように設けられている。 The above-described separator is provided so as to allow the electrolyte solution to pass therethrough and cause lithium ions to move, and to separate the electrodes from each other so that an electrical short circuit does not occur.
リチウムイオン電池の充放電は、リチウムイオンが電解液中で負極材と正極材との間を移動することによって行われる。充電時においては、リチウムイオンは負極側に移動し、放電時においては、リチウムイオンは正極側に移動する。充電は、外部接続の電源を通じて行われ、放電は外部接続の抵抗(負荷)を介して行われる。 Charging and discharging of a lithium ion battery is performed by moving lithium ions between a negative electrode material and a positive electrode material in an electrolytic solution. Lithium ions move to the negative electrode side during charging, and lithium ions move to the positive electrode side during discharging. Charging is performed through an externally connected power source, and discharging is performed through an externally connected resistor (load).
ところで、リチウムイオン電池の分野で、近年、その負極活物質に、上記の黒鉛に代わる素材として、シリコン粒子を用いる技術が開示されている。例えば、シリコン粒子の例として、単結晶シリコンを乳鉢で粉砕し、メッシュを用いて分級することによって形成した、直径が約38ミクロン(μm)以下の粉末を、アルゴン雰囲気中30℃/分の昇温速度で150℃(到達温度)にまで加熱されたもの(特許文献1参照)がある。また、他の例として、高温高濃度の亜鉛ガス中に液状の四塩化ケイ素を供給し、1050℃以上の高温状態で反応させることによって、四塩化ケイ素を還元してシリコン粒子を形成し、該微細なシリコンを1000℃以下、特に500〜800℃にて結晶成長並びに凝集させた後、形成したシリコン粒子の粒度を調整し、塩化亜鉛水溶液中に集める。この作業により、粒径が1〜100μm程度の高純度シリコン粒子が得られること、及びそれを利用することが開示されている(特許文献2参照)。 By the way, in the field of lithium ion batteries, in recent years, a technique has been disclosed in which silicon particles are used as a negative electrode active material instead of the above graphite. For example, as an example of silicon particles, a powder having a diameter of about 38 microns (μm) or less formed by pulverizing single crystal silicon with a mortar and classifying it with a mesh is heated at 30 ° C./min in an argon atmosphere. Some have been heated to a temperature of 150 ° C. (reached temperature) (see Patent Document 1). As another example, by supplying liquid silicon tetrachloride in high-temperature and high-concentration zinc gas and reacting at a high temperature of 1050 ° C. or higher, silicon tetrachloride is reduced to form silicon particles, Fine silicon is crystallized and agglomerated at 1000 ° C. or less, particularly 500 to 800 ° C., and the particle size of the formed silicon particles is adjusted and collected in an aqueous zinc chloride solution. It has been disclosed that high-purity silicon particles having a particle diameter of about 1 to 100 μm are obtained by this work and that it is used (see Patent Document 2).
しかしながら、従来技術においては、負極材料としてシリコン粒子を用いる場合、その充放電における電気容量を増大させることができるが、一方で、シリコン粒子内にリチウムを吸蔵・放出して、シリコン粒子が体積変動し、又は破壊されることになる。その結果、充放電のサイクル特性が維持できないという問題が存在している。 However, in the prior art, when silicon particles are used as the negative electrode material, the electric capacity in charge / discharge can be increased, but on the other hand, lithium is occluded / released into the silicon particles, and the silicon particles change in volume. Or will be destroyed. As a result, there is a problem that the charge / discharge cycle characteristics cannot be maintained.
例えば、上述の特許文献1及び2において開示されているシリコン粒子の場合、高温の合成と採集工程を行う必要があるため、負極材料としてのシリコン粒子を得るまでの製造工程が極めて複雑になる。その結果、生産性の低下を招いたり、製造コスト高になることが避けられない。また、特許文献3において開示されている技術は、シリコン粒子の一部が、例えば膨張収縮によって電気的に孤立しないように配慮されている点で有効であるが、改善の余地はまだまだ残されている。すなわち、シリコン粒子を用いたリチウムイオン電池の開発は未だ途上にある。 For example, in the case of the silicon particles disclosed in the above-mentioned Patent Documents 1 and 2, since it is necessary to perform a high-temperature synthesis and collection process, the manufacturing process until obtaining silicon particles as a negative electrode material becomes extremely complicated. As a result, it is unavoidable that productivity is lowered and manufacturing costs are increased. Further, the technique disclosed in Patent Document 3 is effective in that a part of silicon particles is considered not to be electrically isolated by, for example, expansion and contraction, but there is still room for improvement. Yes. That is, development of lithium ion batteries using silicon particles is still in progress.
本願発明者らは、上述の技術的課題を踏まえ、負極材料として利用する材料をシリコン粒子のみに拘泥することなく、リチウムイオン電池のメカニズムに適応し得る、より高性能の負極材料を見出すべく、鋭意研究と分析を重ねた。 In order to find a higher-performance negative electrode material that can be adapted to the mechanism of a lithium ion battery, without limiting the material used as the negative electrode material only to silicon particles, in light of the above technical problem, Repeated research and analysis.
その結果、本願発明者らは、特異な態様において、ある特徴的なシリコン微細粒子を、黒鉛を用いて形成された内部空間に取り込み、それを囲って内在化させ、いわば一体化ないし合体させることにより(以下、「複合化」ともいう)、その特徴的なシリコン微細粒子の有用性を顕著に高めた、より高性能の負極材料を実現し得るとの知見を得た。本発明は、上述の視点に基づいて創出された。 As a result, the inventors of the present invention take, in a unique manner, certain characteristic silicon fine particles into an internal space formed using graphite, and surround and internalize them, so to integrate or merge. (Hereinafter, also referred to as “compositing”), the inventors have obtained the knowledge that it is possible to realize a higher performance negative electrode material that significantly increases the usefulness of the characteristic silicon fine particles. The present invention was created based on the above viewpoint.
本発明は、従来のシリコン粒子を用いた負極材料が抱えていた充放電のサイクル特性等に関する諸問題の少なくとも一部を解決するとともに、炭酸ガスの削減効果も期待されているリチウムイオン電池について、より高性能のリチウムイオン電池の負極材料及びその製造方法の実現に大きく貢献するものである。 The present invention solves at least a part of various problems related to charge / discharge cycle characteristics, etc., which a negative electrode material using conventional silicon particles has, and a lithium ion battery that is also expected to reduce carbon dioxide gas. This greatly contributes to the realization of a negative electrode material for a higher performance lithium ion battery and a method for producing the same.
本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料は、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有するシリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物であって、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物を含み、かつ黒鉛が、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の少なくとも一部を囲う。 The negative electrode material of one lithium ion battery of the present invention is silicon fine particles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less and / or an aggregate or aggregate of the silicon fine particles, and at least a multilayer petal The aggregates or the aggregates in a state of being folded in the shape of a scale or scaly, and graphite surrounds at least a part of the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates.
上述の負極材料は、シリコン微細粒子及び/又は複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の少なくとも一部が黒鉛によって囲われた状態の複合物を含んでいる。加えて、シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物は、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な凝集物あるいは集合物である。そのため、詳しいメカニズムは未だ明らかではないが、上述の該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物が黒鉛によって囲われることにより、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、該黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。 The negative electrode material described above is a composite in which at least a part of an aggregate or aggregate of silicon fine particles and / or a multi-layered petal-like or scaly state of silicon fine particles is surrounded by graphite. Contains. In addition, the silicon fine particles and / or the aggregates or aggregates are very fine aggregates or aggregates having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less. Therefore, although the detailed mechanism is not yet clear, the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates are combined with the specificity of the multi-layered petal-like or scale-like shape included in the aggregates or the aggregates. When the object is surrounded by graphite, the degree of freedom of the silicon fine particles and / or the aggregates or aggregates is suppressed to some extent, the graphite and the silicon fine particles and / or the graphite and the aggregates or It leads to improving cooperation with the aggregate. As a result, by adopting this negative electrode material, it is possible to realize a lithium ion battery with little change in charge / discharge capacity even when charge / discharge is repeated, in other words, a good charge / discharge cycle characteristic. Alternatively, an increase in charge / discharge capacity can be realized.
また、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造装置は、結晶性シリコンを粉砕することにより、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有するシリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物であって、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物を形成する粉砕部と、黒鉛が、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の少なくとも一部を囲うことによって、前述の黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいは該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成部と、を備える。 The apparatus for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to the present invention includes a fine silicon particle having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less and / or the fine silicon particle by grinding crystalline silicon. Agglomerates or aggregates of at least a multilayer petal-like or scaly folded state of the agglomerates or aggregates, and graphite, the silicon fine particles and / or the agglomerates A composite containing the above graphite and the silicon fine particles, or a composite containing the graphite and the aggregate or the aggregate by enclosing at least a part of the aggregate or the aggregate A forming part.
このリチウムイオン電池の負極材料の製造装置によれば、粉砕部によって、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な、シリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物を形成する。ここで、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物が形成される。加えて、この製造装置は、少なくとも一部の該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいはその黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成部をさらに備えている。そのため、詳しいメカニズムは未だ明らかではないが、上述の該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物が黒鉛によって囲われることにより、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、該黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この製造装置によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。 According to the negative electrode material manufacturing apparatus of the lithium ion battery, the pulverization unit makes very fine silicon fine particles and / or aggregates of the silicon fine particles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less, or Form an aggregate. Here, the aggregates or aggregates in a state of being folded at least in a multi-layered petal shape or scale shape are formed. In addition, the manufacturing apparatus includes at least a part of the silicon fine particles and / or the aggregate or the aggregate so that the graphite surrounds the composite, and the graphite and the silicon fine particles. It further includes a complex forming part that forms a complex including the aggregate or the aggregate. Therefore, although the detailed mechanism is not yet clear, the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates are combined with the specificity of the multi-layered petal-like or scale-like shape included in the aggregates or the aggregates. When the object is surrounded by graphite, the degree of freedom of the silicon fine particles and / or the aggregates or aggregates is suppressed to some extent, the graphite and the silicon fine particles and / or the graphite and the aggregates or It leads to improving cooperation with the aggregate. As a result, according to this manufacturing apparatus, even if charging / discharging is repeated, the change in charge / discharge capacity is small, in other words, the negative electrode material of the lithium ion battery having good charge / discharge cycle characteristics, or the charge / discharge capacity can be increased. This can contribute to the production of negative electrode materials for lithium ion batteries.
また、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造方法は、結晶性シリコンを粉砕することにより、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有するシリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物であって、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物を形成する粉砕工程と、黒鉛が、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の少なくとも一部を囲うことによって、該黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいは該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成工程と、を含む。 The method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to the present invention includes: fine silicon particles having a volume distribution having a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less and / or the fine silicon particles by grinding crystalline silicon A pulverization step for forming the aggregate or aggregate in a state of being folded into at least a multi-layer petal shape or a scale shape, and graphite is the silicon fine particles and / or the aggregate Forming a composite containing the graphite and the silicon fine particles, or forming a composite containing the graphite and the aggregate or the aggregate by enclosing at least a part of the product or the aggregate And a process.
このリチウムイオン電池の負極材料の製造方法によれば、粉砕工程によって、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な、シリコン微細粒子及び/又は該シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物を形成する。ここで、少なくとも複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物が形成される。加えて、この製造方法は、少なくとも一部の該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛と該シリコン微細粒子とを含む複合体、あるいはその黒鉛と該凝集物あるいは該集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成工程をさらに備えている。そのため、詳しいメカニズムは未だ明らかではないが、上述の該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物が黒鉛によって囲われることにより、該シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、該黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は該黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この製造装置によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。 According to this method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery, very fine silicon fine particles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less and / or aggregates of the silicon fine particles or Form an aggregate. Here, the aggregates or aggregates in a state of being folded at least in a multi-layered petal shape or scale shape are formed. In addition, this production method includes at least a part of the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates so that the graphite surrounds the composite, the graphite and the silicon fine particles, or the graphite. The method further includes a complex forming step of forming a complex containing the aggregate or the aggregate. Therefore, although the detailed mechanism is not yet clear, the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates are combined with the specificity of the multi-layered petal-like or scale-like shape included in the aggregates or the aggregates. When the object is surrounded by graphite, the degree of freedom of the silicon fine particles and / or the aggregates or aggregates is suppressed to some extent, the graphite and the silicon fine particles and / or the graphite and the aggregates or It leads to improving cooperation with the aggregate. As a result, according to this manufacturing apparatus, even if charging / discharging is repeated, the change in charge / discharge capacity is small, in other words, the negative electrode material of the lithium ion battery having good charge / discharge cycle characteristics, or the charge / discharge capacity can be increased. This can contribute to the production of negative electrode materials for lithium ion batteries.
ところで、上述の各発明における結晶性シリコンには、単結晶シリコンのみならず、多結晶シリコンが含まれる。また、上述の各発明における結晶性シリコンとして金属性のシリコンを選択することもできる。なお、上述の各発明の結晶性シリコンが、例えばシリコンウェハの生産過程におけるシリコンの切削加工において通常は廃棄物とされるシリコンの切粉あるいはシリコンの切削屑又は研磨屑であることは、製造コストの低減、環境への負荷の低減、資源の再利用等の多様な観点から、非常に好適な一態様である。 Incidentally, the crystalline silicon in each of the above-described inventions includes not only single crystal silicon but also polycrystalline silicon. In addition, metallic silicon can be selected as the crystalline silicon in each of the above-described inventions. It is to be noted that the crystalline silicon of each of the above-described inventions is, for example, silicon chips, silicon cutting scraps or polishing scraps that are normally discarded in the silicon cutting process in the production process of silicon wafers. This is a very suitable aspect from various viewpoints such as reduction of environmental load, reduction of environmental load, and reuse of resources.
従って、製造コストの低減、原材料の調達の容易性、環境への負荷の低減、及び/又は資源の活用性等の観点から言えば、結晶性シリコンの切粉又は切削屑を含み、かつ黒鉛が、該切粉又は該切削屑の少なくとも一部を囲うリチウムイオン電池の負極材料も、他の採用し得る一態様である。また、黒鉛が、結晶性シリコンの切粉又は切削屑の少なくとも一部を囲うことによって、該黒鉛と該切粉又は該切削屑とを含む複合体を形成する複合体形成部を備えるリチウムイオン電池の負極材料の製造装置も、他の採用し得る一態様である。加えて、黒鉛が、結晶性シリコンの切粉又は切削屑の少なくとも一部を囲うことによって、該黒鉛と該切粉又は該切削屑とを含む複合体を形成する複合体形成工程を含むリチウムイオン電池の負極材料の製造方法も、他の採用し得る一態様である。 Therefore, from the viewpoint of reduction of manufacturing cost, ease of procurement of raw materials, reduction of environmental burden, and / or utilization of resources, etc., it contains crystalline silicon chips or cutting waste, and graphite has The negative electrode material of the lithium ion battery that surrounds at least a part of the chips or the cutting waste is another aspect that can be adopted. Moreover, a lithium ion battery provided with the composite_body | complex formation part which forms the composite_body | complex containing this graphite and this chip or this cutting waste by surrounding at least one part of the chip or cutting waste of crystalline silicon by graphite. The negative electrode material manufacturing apparatus is another embodiment that can be adopted. In addition, the lithium includes a complex forming step in which the graphite surrounds at least a part of the crystalline silicon chips or cutting chips to form a composite including the graphite and the chips or cutting chips. The manufacturing method of the negative electrode material of the battery is another aspect that can be adopted.
さらに、上述の各発明においては、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の上述の凝集物あるいは集合物が、より確度高く、又はより容易に、リチウムイオンを蓄え易く、また放出し易くなるために、上述の凝集物あるいは上述の集合物、あるいは上述の切粉又は上述の切削屑の表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたリチウムイオン電池の負極材料を採用することは、他の好適な一態様である。リチウムイオンを蓄え易さ、又は放出し易さの観点から言えば、上述の凝集物あるいは上述の集合物、あるいは上述の切粉又は上述の切削屑の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する被覆形成部を備えるリチウムイオン電池の負極材料の製造装置を採用することは、他の好適な一態様である。同様に、上述の凝集物あるいは上述の集合物、あるいは上述の切粉又は上述の切削屑の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する被覆形成工程を備えるリチウムイオン電池の負極材料の製造方法を採用することは、他の好適な一態様である。 Furthermore, in each of the above-described inventions, the above-mentioned aggregate or aggregate in a state of being folded into a multi-layered petal shape or a scale shape is more accurate or easier to store and release lithium ions more easily. In order to achieve this, it is possible to employ a negative electrode material for a lithium ion battery in which at least a part of the surface of the above-described aggregate, the above-described aggregate, the above-described chips, or the above-described cutting waste is covered with carbon This is a preferred embodiment. From the viewpoint of easy storage or release of lithium ions, carbon is formed to cover at least a part of the surface of the above-mentioned aggregate, the above-mentioned aggregate, or the above-mentioned chips or the above-mentioned cutting waste. It is another preferable aspect to employ a negative electrode material manufacturing apparatus for a lithium ion battery that includes a coating forming section. Similarly, a method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery comprising a coating forming step of forming carbon covering at least a part of the surface of the above-mentioned aggregate, the above-mentioned aggregate, or the above-mentioned chips or the above-mentioned cutting waste Employing is another preferred embodiment.
また、上述の各発明においては、黒鉛、より積極的に表現すれば黒鉛のいわば「層」(例えば、グラフェン又はグラフェンシート)が、上述の非常に微細であって特異な形状を有する凝集物あるいは集合物を囲っている。しかしながら、その黒鉛が、シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物を必ずしも完全に包囲しているわけではない。従って、上述の複合物は、該凝集物あるいは該集合物が黒鉛の中に内包されたものというよりは、むしろ黒鉛によって囲われたものと言える。 In each of the above-described inventions, graphite, or more positively, the so-called “layer” of graphite (for example, graphene or graphene sheet) is an aggregate having the above-mentioned very fine and unique shape, or Surrounds the collective. However, the graphite does not necessarily completely surround the silicon fine particles and / or the aggregates or aggregates. Therefore, it can be said that the above-mentioned composite is surrounded by graphite rather than the aggregate or aggregate contained in graphite.
本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。また、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造装置によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。加えて、本発明の1つのリチウムイオン電池の負極材料の製造方法によれば、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池の負極材料、あるいは充放電容量を増大し得るリチウムイオン電池の負極材料の製造に貢献し得る。 According to the negative electrode material of one lithium ion battery of the present invention, it is possible to realize a lithium ion battery having a small change in charge / discharge capacity even when charge / discharge is repeated, in other words, a good charge / discharge cycle characteristic. Alternatively, an increase in charge / discharge capacity can be realized. Moreover, according to the negative electrode material manufacturing apparatus for one lithium ion battery of the present invention, the change in charge / discharge capacity is small even when charge / discharge is repeated, in other words, the negative electrode of the lithium ion battery having good charge / discharge cycle characteristics. This can contribute to the production of a negative electrode material for a lithium ion battery that can increase the material or charge / discharge capacity. In addition, according to the method for producing a negative electrode material for one lithium ion battery of the present invention, the change in charge / discharge capacity is small even when charge / discharge is repeated, in other words, a lithium ion battery having good charge / discharge cycle characteristics. This can contribute to the production of a negative electrode material or a negative electrode material for a lithium ion battery that can increase the charge / discharge capacity.
本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings unless otherwise specified. In the drawings, each element of each embodiment is not necessarily shown in a scale ratio. Moreover, in order to make each drawing easy to see, some reference numerals may be omitted.
<第1の実施形態>
図1は、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造工程を示すフロー図である。また、図2は、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置及び製造工程を示す概要図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a flow diagram showing a manufacturing process of a negative electrode material of the lithium ion battery of this embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing a negative electrode material manufacturing apparatus and manufacturing process of the lithium ion battery of this embodiment.
本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法、及びその負極材料を備えたリチウムイオン電池の製造方法は、例えば太陽電池等の半導体製品に使用されるシリコンウェハの生産過程におけるシリコンの切削加工において通常は廃棄物とされるシリコンの切粉あるいはシリコンの切削屑又は研磨屑(以下、「シリコンの切粉等」又は「切粉等」ともいう)を出発材料の一例とした、各種の工程を備える。また、切粉等には、廃棄対象となったシリコンウェハを公知の粉砕機によって粉砕した微細な屑も含まれる。図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法は、以下の(1)、(2)、(5)、及び(6)の工程、あるいは、以下の(1)、(2)、(4)、(5)、及び(6)の工程を含む。また、本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法は、採用し得る他の一態様として、以下の(3)の工程をさらに含むことができる。
(1)洗浄工程(S1)
(2)粉砕工程(S2)
(3)酸化膜除去工程(S3)
(4)被覆形成工程(S4)
(5)複合体形成工程(S5)
(6)負極形成工程(S6)
A method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to the present embodiment and a method for producing a lithium ion battery including the negative electrode material include silicon cutting in the production process of a silicon wafer used for a semiconductor product such as a solar cell. Various processes using silicon chips or silicon cutting scraps or polishing scraps (hereinafter also referred to as “silicon chips or the like” or “chips or the like”) as waste materials in Is provided. Further, the chips and the like include fine scraps obtained by pulverizing a silicon wafer to be discarded by a known pulverizer. As shown in FIG. 1, the manufacturing method of the lithium ion battery of the present embodiment includes the following steps (1), (2), (5), and (6), or the following (1), (2 ), (4), (5), and (6). Moreover, the manufacturing method of the lithium ion battery of this embodiment can further include the following step (3) as another aspect that can be adopted.
(1) Cleaning step (S1)
(2) Grinding step (S2)
(3) Oxide film removal step (S3)
(4) Coating formation process (S4)
(5) Complex formation step (S5)
(6) Negative electrode forming step (S6)
また、図2に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100は、主として、洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10、粉砕機20、乾燥機(図示しない)、ロータリーエバポレータ40、シリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物(以下、代表して「シリコン微細粒子等」とも表現する)の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する被覆形成部60、少なくとも一部のシリコン微細粒子等を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛とシリコン微細粒子等とを含む複合体を形成する複合体形成部70、及びリチウムイオン電池の負極形成工程の一部を担う混合部80を備える。なお、上述の各構成のうち、被覆形成部60を含まないリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100も、採用し得る他の一態様である。 As shown in FIG. 2, the negative electrode material (or negative electrode) manufacturing apparatus 100 of the lithium ion battery of this embodiment mainly includes a cleaning machine (cleaning and preliminary pulverizer) 10, a pulverizer 20, and a dryer (illustrated). No), coating formation for forming carbon covering at least a part of the surface of the rotary evaporator 40, silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof (hereinafter also expressed as “silicon fine particles etc.”) Part 60, composite forming part 70 for forming a composite containing graphite and silicon fine particles, etc. by surrounding graphite with at least some of the silicon fine particles, and part of the negative electrode forming step of the lithium ion battery The mixing part 80 which bears is provided. Of the above-described components, the negative electrode material (or negative electrode) manufacturing apparatus 100 of the lithium ion battery that does not include the coating forming unit 60 is another aspect that can be employed.
また、本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100は、採用し得る他の一態様として、酸化膜除去槽50、遠心分離機58を備えることができる。なお、上記の粉砕機20のみ、あるいは洗浄機10及び粉砕機20を、本実施形態における粉砕部という。 Moreover, the manufacturing apparatus 100 of the negative electrode material (or negative electrode) of the lithium ion battery of this embodiment can be provided with the oxide film removal tank 50 and the centrifuge 58 as another aspect which can be employ | adopted. Note that only the pulverizer 20 described above, or the washing machine 10 and the pulverizer 20 are referred to as a pulverization unit in the present embodiment.
(1)洗浄工程(S1)
本実施形態の洗浄工程(S1)においては、例えば、単結晶又は多結晶のシリコン、すなわち、結晶性シリコンの塊又はインゴット(n型の結晶性シリコンの塊又はインゴット)の切削過程において形成されるシリコンの切粉等が洗浄される。代表的なシリコンの切粉等は、シリコンのインゴットが公知のワイヤ等(代表的には、固定砥粒ワイヤ)によって削り出される切粉等である。従って、本実施形態においては、従来、云わば廃材とされてきたシリコンの切粉等を出発材として、リチウムイオン電池の負極材料を構成するシリコン微細粒子等を形成するため、製造コストの低減、原材料の調達の容易性、環境への負荷の低減、及び/又は資源の活用性の観点で優れている。
(1) Cleaning step (S1)
In the cleaning step (S1) of the present embodiment, for example, it is formed in the cutting process of single crystal or polycrystalline silicon, that is, a crystalline silicon lump or ingot (n-type crystalline silicon lump or ingot). Silicon chips and the like are cleaned. Typical silicon chips and the like are chips and the like in which a silicon ingot is cut out by a known wire or the like (typically, a fixed abrasive wire). Therefore, in the present embodiment, since silicon fine particles and the like that constitute the negative electrode material of a lithium ion battery are formed using silicon chips and the like, which have been conventionally regarded as waste materials, as a starting material, the manufacturing cost is reduced. It is excellent in terms of easy procurement of raw materials, reduction of environmental burden, and / or resource utilization.
本実施形態の洗浄工程(S1)は、主として、上述のシリコンの切粉等の形成過程において付着する有機物、代表的には、切削過程で使用するクーラント剤及び添加剤等の有機物の除去を目的とする。本実施形態においては、図2に示すように、まず、洗浄対象となる切粉等1を秤量した後、その切粉等1と所定の第1液体、並びにボール11が、有底円筒形のポット13a内に導入される。蓋13bを用いてポット13a内を密閉にした後、洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10であるボールミル機が有する円柱状の2本の回転体15を回転させることによって、回転体15上のポット13aを回転させる。その結果、ポット13a内において、洗浄対象となる切粉等1を第1液体中に分散させることにより切粉等1の洗浄、及び予備的な粉砕処理が行われる。 The cleaning step (S1) of the present embodiment is mainly for the purpose of removing organic substances adhering in the formation process of the above-described silicon chips, typically organic substances such as coolants and additives used in the cutting process. And In this embodiment, as shown in FIG. 2, first, after the chips 1 to be cleaned are weighed, the chips 1, the predetermined first liquid, and the ball 11 have a bottomed cylindrical shape. It is introduced into the pot 13a. After sealing the inside of the pot 13a using the lid 13b, the two cylindrical rotating bodies 15 included in the ball mill which is the cleaning machine (cleaning and preliminary pulverizing machine) 10 are rotated, thereby rotating the rotary body 15 on the rotary body 15. The pot 13a is rotated. As a result, in the pot 13a, the chips 1 to be cleaned are dispersed in the first liquid, whereby the chips 1 are cleaned and preliminarily pulverized.
ここで、本実施形態のボールミル機は、ポット13a及び蓋13bに収められた鋼球、磁器製ボール、玉石及びその類似物をボール11(粉砕媒体)とし、ポット13a及び蓋13bを回転させることによって物理的な衝撃力を与える粉砕機である。また、上述の第1液体の好適な例は、アセトンである。また、より具体的な一態様においては、例えば、シリコンの切粉等の100グラム(g)に対してアセトン300ミリリットル(mL)を添加し、ボールミル機(本実施形態においては、MASUDA社製、Universal BALL MILL)の回転体15上に乗せられたポット13a及び蓋13b内で約1時間撹拌することにより、シリコンの切粉等をアセトン中に分散させた。なお、ボールミル機のボール種は、粒径φ10ミリメートル(mm)のアルミナボールと粒径φ20mmのアルミナボールであった。なお、本実施形態の洗浄工程(S1)においては、ボールミル機内において、シリコンの切粉等を第1液体中で予備粉砕及び撹拌することによって分散処理を行っている。従って、単に第1液体に浸漬させるだけの処理よりも、洗浄効率を格段に高めることになるため、リチウムイオン電池の負極特性の向上、特に充放電サイクル特性の向上の観点で好適なシリコン粒子を得ることが可能となる。 Here, the ball mill machine of this embodiment uses the steel balls, porcelain balls, cobblestones and the like contained in the pots 13a and the lid 13b as balls 11 (grinding media), and rotates the pot 13a and the lid 13b. It is a crusher that gives a physical impact force. A suitable example of the first liquid is acetone. Moreover, in one more specific aspect, for example, 300 milliliters (mL) of acetone is added to 100 grams (g) of silicon chips and the like, and a ball mill machine (in this embodiment, manufactured by MASUDA, The silicon chips and the like were dispersed in acetone by stirring in a pot 13a and a lid 13b placed on a rotating body 15 of Universal BALL MILL) for about 1 hour. Ball types of the ball mill machine were alumina balls having a particle diameter of φ10 millimeters (mm) and alumina balls having a particle diameter of φ20 mm. In the cleaning step (S1) of the present embodiment, the dispersion process is performed by pre-grinding and stirring silicon chips and the like in the first liquid in the ball mill. Accordingly, since the cleaning efficiency is remarkably improved as compared with the treatment of simply immersing in the first liquid, silicon particles suitable for improving the negative electrode characteristics of the lithium ion battery, particularly for improving the charge / discharge cycle characteristics, are used. Can be obtained.
洗浄工程(S1)の後、蓋13bを開けてシリコン粒子を第1液体とともに排出した後、公知の減圧濾過手段により、第1液体は吸引ろ過にて除去されて廃液となる。一方、残ったシリコン粒子は、公知の乾燥機内において乾燥される。なお、必要に応じて、乾燥処理後に得られたシリコン粒子を、同一工程によって再び洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10内において予備粉砕及び洗浄が行われる。なお、洗浄工程(S1)において採用され得る他の洗浄方法の例は、RCA洗浄法を用いた洗浄、又は水(純水を含む)を用いた洗浄である。 After the cleaning step (S1), the lid 13b is opened to discharge the silicon particles together with the first liquid, and then the first liquid is removed by suction filtration with a known vacuum filtration means to become a waste liquid. On the other hand, the remaining silicon particles are dried in a known dryer. If necessary, the silicon particles obtained after the drying treatment are again preliminarily crushed and washed in the washing machine (washing / preliminary pulverizer) 10 in the same process. In addition, the example of the other washing | cleaning method which can be employ | adopted in washing | cleaning process (S1) is the washing | cleaning using the RCA washing | cleaning method, or the washing | cleaning using water (a pure water is included).
(2)粉砕工程(S2)
その後、粉砕工程(S2)においては、洗浄されたシリコン粒子に所定の第2液体を添加して、ビーズミル機内においてシリコン粒子の粉砕処理が行われる。従って、本実施形態においては、前述のボールミル機の後、換言すれば、前述のボールミル機による粉砕の後に用いられるビーズミル機によって、洗浄工程(S1)を経たシリコン粒子がさらに細かく粉砕されることになる。
(2) Grinding step (S2)
Thereafter, in the pulverization step (S2), a predetermined second liquid is added to the washed silicon particles, and the silicon particles are pulverized in the bead mill. Therefore, in this embodiment, the silicon particles that have undergone the cleaning step (S1) are further finely pulverized by the bead mill used after the above-described ball mill, in other words, after the above-described ball mill. Become.
本実施形態の第2液体の好適な例は、IPA(イソプロピルアルコール)である。粉砕工程の前処理として、第2液体と洗浄工程(S1)で得られたシリコン粒子をポット13a内に、重量比で、第2液体が95%に対してシリコン粒子を5%となるように収めた後、洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)10のポット13aおよび蓋13bを回転させることによって予備粉砕処理が行われる。予備粉砕処理されたシリコン粒子を含むスラリーを開口部180ミクロンのメッシュに通すことによって比較的粗い粒子が取り除かれた後、得られたシリコン粒子を含むスラリーを、粉砕機20のビーズミル(本実施形態においては、アシザワ・ファインティング社製、スターミルLMZ015)を用いてさらに微粉砕処理する。より具体的には、粒子径180ミクロン以上のシリコン切粉が除去されたシリコン切粉を含むスラリーを、粉砕機20の導入口21へ投入し、粉砕機20で微粉砕処理を行いながら又は該処理後に、排出口24側のフィルタ25へと導く。また、この処理によって微粉砕化が不十分な場合には、ポンプ28を用いてスラリーを粉砕機20の導入口21側へ戻して再度の微粉砕処理を行えるように循環させることによって、微粉砕処理を行うこともできる。具体的なビーズミル機のビーズ種の一例は、粒径φ0.5mmのジルコニアビーズである。微粉砕処理されたシリコン粒子を含むスラリーを回収した後、減圧蒸留を自動で行うロータリーエバポレータ40を用いて第2液体を除去することにより、微粉砕処理された結果物としてのシリコン微細粒子等が得られる。 A suitable example of the second liquid of this embodiment is IPA (isopropyl alcohol). As a pretreatment of the pulverization step, the silicon particles obtained in the second liquid and the washing step (S1) are placed in the pot 13a so that the second liquid is 95% of the silicon particles and 95% of the second liquid. After storing, a preliminary pulverization process is performed by rotating the pot 13a and the lid 13b of the cleaning machine (cleaning and preliminary pulverizer) 10. After relatively coarse particles are removed by passing the slurry containing silicon particles that have been subjected to pre-grinding treatment through a mesh having an opening of 180 microns, the obtained slurry containing silicon particles is used as a bead mill (this embodiment). Is further pulverized using a star mill LMZ015 manufactured by Ashizawa Fineting. More specifically, a slurry containing silicon chips from which silicon chips having a particle diameter of 180 microns or more have been removed is introduced into the inlet 21 of the pulverizer 20, and the pulverizer 20 is performing a fine pulverization process or After the treatment, it is guided to the filter 25 on the discharge port 24 side. Further, when the pulverization is insufficient by this process, the slurry is returned to the inlet 21 side of the pulverizer 20 using the pump 28 and circulated so that the pulverization process can be performed again. Processing can also be performed. A specific example of the bead type of the bead mill is zirconia beads having a particle diameter of φ0.5 mm. After recovering the slurry containing finely pulverized silicon particles, the second liquid is removed using a rotary evaporator 40 that automatically performs vacuum distillation, so that the finely pulverized silicon fine particles as a result are obtained. can get.
なお、本実施形態においては、粒径φ0.5mmのジルコニアビーズを約450g導入し、回転数2900rpm、4時間の微粉砕処理が行われることによって、シリコン微細粒子等を得ることができる。また、粉砕工程(S2)においては、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、衝撃波粉砕機の群からなる粉砕機のうちの上述以外のいずれか、又は2種以上の組み合わせによって粉砕処理を行うことも、採用し得る他の一態様である。また、粉砕工程(S2)において用いられる粉砕機として、自動の粉砕機のみならず手動の粉砕機が採用されても良い。但し、確度高く、後述する複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の、シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物を形成する観点から言えば、ビーズミルによる処理からなる粉砕工程(S2)、又はビーズミルによる処理を含む粉砕工程(S2)が採用されることが好ましい。 In this embodiment, silicon fine particles and the like can be obtained by introducing about 450 g of zirconia beads having a particle diameter of φ0.5 mm and performing a fine pulverization treatment at 2900 rpm for 4 hours. Further, in the pulverization step (S2), it is also possible to perform the pulverization treatment by any one of the pulverizers other than those described above, or a combination of two or more of the pulverizers composed of a ball mill, a bead mill, a jet mill, and a shock wave pulverizer. Another aspect that can be achieved. In addition, as a pulverizer used in the pulverization step (S2), not only an automatic pulverizer but also a manual pulverizer may be employed. However, from the viewpoint of forming agglomerates or aggregates of silicon fine particles in a state of being highly accurate and folded into a multi-layered petal shape or scale shape, which will be described later, a pulverization step (S2) consisting of a treatment by a bead mill, or It is preferable to employ a pulverization step (S2) including processing by a bead mill.
また、公知のライカイ機(代表的なライカイ機として、株式会社石川工場社製、型式20D型)を用いて、上述の粉砕工程(S2)によって得られたシリコン微細粒子等をさらに解砕することは、採用し得る他の好適な一態様である。この解砕処理により、リチウムイオン電池の負極を形成する際の分散性が改善されるため、リチウムの吸蔵・放出によって負極が破壊されることが確度高く防止され又は抑制されるという効果が得られる。 Further, by using a known reiki machine (as a typical reiki machine, manufactured by Ishikawa Factory Co., Ltd., model 20D type), the silicon fine particles obtained by the above-described crushing step (S2) are further crushed. Is another preferred embodiment that can be employed. Since this disintegration treatment improves the dispersibility when forming the negative electrode of the lithium ion battery, it is possible to highly reliably prevent or suppress destruction of the negative electrode due to insertion and extraction of lithium. .
(3)酸化膜除去工程(S3)
本実施形態においては、好適な一態様として酸化膜除去工程(S3)が行われる。ただし、この酸化膜除去工程(S3)が行われなくても、本実施形態の効果の少なくとも一部の効果が奏される。
(3) Oxide film removal step (S3)
In the present embodiment, an oxide film removing step (S3) is performed as a preferred embodiment. However, even if this oxide film removal step (S3) is not performed, at least a part of the effects of the present embodiment can be achieved.
本実施形態の酸化膜除去工程(S3)においては、粉砕工程(S2)によって得られたシリコン微細粒子等2を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液に接触させる処理が行われる。粉砕工程(S2)によって得られたシリコン微細粒子等2を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液中に浸漬することにより分散させる。具体的には、酸化膜除去槽50において、シリコン微細粒子等2を、フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液55中に撹拌器57を用いて分散させることによりシリコン微細粒子等2の表面の酸化物(主として、酸化シリコン)が除去される。 In the oxide film removing step (S3) of the present embodiment, a process of bringing the silicon fine particles 2 obtained by the pulverizing step (S2) into contact with hydrofluoric acid or ammonium fluoride aqueous solution is performed. The silicon fine particles 2 and the like obtained by the pulverization step (S2) are dispersed by being immersed in hydrofluoric acid or ammonium fluoride aqueous solution. Specifically, in the oxide film removal tank 50, the surface of the silicon fine particles 2 is oxidized by dispersing the silicon fine particles 2 in the hydrofluoric acid or ammonium fluoride aqueous solution 55 using the stirrer 57. Objects (mainly silicon oxide) are removed.
その後、遠心分離機58によって、表面の酸化物の一部又は全部が除去されたシリコン微細粒子等とフッ化水素酸水溶液とが分離される。その後、シリコン微細粒子等をエタノール溶液等の第3液体中に浸漬する。第3液体を除去することにより、当初形成されていた表面の酸化物(又は酸化膜)の一部又は全部が除去されたシリコン微細粒子等が得られる。なお、シリコン微細粒子等2の表面に存在し得る酸化物の除去処理を行わない場合は、シリコン微細粒子等は、後述する被覆形成工程(S4)、複合体形成工程(S5)、及び負極形成工程(S6)による処理が行われる。 Thereafter, the silicon fine particles or the like from which part or all of the surface oxide has been removed are separated from the hydrofluoric acid aqueous solution by the centrifuge 58. Thereafter, silicon fine particles and the like are immersed in a third liquid such as an ethanol solution. By removing the third liquid, it is possible to obtain silicon fine particles or the like from which part or all of the oxide (or oxide film) on the surface that was originally formed is removed. In addition, when the removal process of the oxide which may exist on the surface of silicon | silicone fine particle 2 etc. is not performed, silicon | silicone fine particle etc. are the coating formation process (S4) mentioned later, composite formation process (S5), and negative electrode formation. Processing by the step (S6) is performed.
なお、本実施形態の酸化膜除去工程(S3)においては、シリコン微細粒子等をフッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液に浸漬することによってシリコン微細粒子等にフッ化水素酸を接触させているが、その他の方法によってシリコン微細粒子等にフッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液を接触させる工程も採用し得る。例えば、いわゆるシャワーのようにフッ化水素酸水溶液をシリコン微細粒子等に対して散布することも、採用し得る他の一態様である。 In the oxide film removing step (S3) of the present embodiment, hydrofluoric acid is brought into contact with the silicon fine particles and the like by immersing the silicon fine particles and the like in hydrofluoric acid or an aqueous ammonium fluoride solution. In addition, a step of bringing hydrofluoric acid or ammonium fluoride aqueous solution into contact with silicon fine particles or the like by other methods may be employed. For example, spraying a hydrofluoric acid aqueous solution onto silicon fine particles or the like as in a so-called shower is another aspect that can be adopted.
(4)被覆形成工程(S4)
本実施形態においては、好適な一態様として被覆形成工程(S4)が行われる。ただし、この被覆形成工程(S4)が行われなくても、本実施形態の効果の少なくとも一部の効果が奏される。従って、既に述べたとおり、粉砕工程(S2)の後、又は酸化膜除去工程(S3)の後に、被覆形成工程(S4)を行わずに、次に示す(5)複合体形成工程(S5)が行われることも、採用し得る他の一態様である。
(4) Coating formation process (S4)
In this embodiment, a coating formation process (S4) is performed as a suitable aspect. However, even if this coating forming step (S4) is not performed, at least a part of the effects of the present embodiment can be achieved. Therefore, as described above, after the pulverization step (S2) or after the oxide film removal step (S3), without performing the coating formation step (S4), the following (5) complex formation step (S5) It is another aspect that can be adopted.
本実施形態においては、酸化膜除去工程(S3)を経た、又は経ていないシリコン微細粒子等の表面の一部又は全部を炭素の膜によって被覆する被覆形成工程が行われる。従って、本実施形態の被覆形成工程(S4)を経たシリコン微細粒子等は、その表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われているため、炭素によって覆われていないシリコン微細粒子等に比べて厚みが増すことになる。なお、本実施形態の炭素が導電性を備えることによって、導電性を有する負極材料を形成することができる。また、例えば、その膜厚が数nm〜数μmの炭素によってシリコン微細粒子等を覆うことによって、薄い厚みの負極を形成するのみならず、比較的厚い負極の形成が容易になる。なお、図3は、本実施形態の被覆形成工程(S4)を経た、シリコン微細粒子等(一部の拡大図)及び/又はその凝集物あるいは集合物(一部の拡大図)の一例のTEM(透過型電子顕微鏡)像である。図3において示される結晶性シリコンは、主として、結晶の面方位(111)(単に、「Si(111)」又は「(111)」とも表記する。他の面方位の表記についても同じ。)が観察された。 In the present embodiment, a coating forming step is performed in which a part or the whole of the surface of silicon fine particles or the like that has passed or not passed through the oxide film removing step (S3) is covered with a carbon film. Accordingly, since the silicon fine particles and the like that have undergone the coating formation step (S4) of the present embodiment are covered with carbon at least partly on the surface, the thickness is smaller than the silicon fine particles that are not covered with carbon. Will increase. In addition, when the carbon of this embodiment is provided with conductivity, a negative electrode material having conductivity can be formed. Further, for example, by covering silicon fine particles with carbon having a film thickness of several nm to several μm, not only a thin negative electrode but also a relatively thick negative electrode can be easily formed. FIG. 3 is a TEM of an example of silicon fine particles and the like (partially enlarged view) and / or aggregates or aggregates (partially enlarged view) that have undergone the coating formation step (S4) of the present embodiment. It is a (transmission electron microscope) image. The crystalline silicon shown in FIG. 3 mainly has a crystal plane orientation (111) (also simply referred to as “Si (111)” or “(111)”. The same applies to other plane orientations). Observed.
加えて、例えば、炭素によってシリコン微細粒子等を覆うことによる負極全体としての内部応力の緩和、より微視的には個別のシリコン微細粒子等の内部応力の緩和に寄与し得る。その結果、リチウムイオン電池の製造をより容易にすることができるとともに、リチウムイオン電池の性能(例えば、充放電のサイクル特性)の向上にも寄与し得る。 In addition, for example, the internal stress of the negative electrode as a whole can be reduced by covering silicon fine particles and the like with carbon, and more microscopically, the internal stress of individual silicon fine particles can be reduced. As a result, the production of the lithium ion battery can be made easier, and it can contribute to the improvement of the performance (for example, charge / discharge cycle characteristics) of the lithium ion battery.
また、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等を用いてリチウムイオン電池の負極材料を形成することにより、炭素によって覆われていないシリコン微細粒子等に比べて充電容量値及び放電容量値を増加させることも可能となる。例えば、本願発明者らの研究によれば、炭素によって覆われていないシリコン微細粒子等の場合、例えば、負極材料の厚みが約30μmである場合は、充電容量値及び放電容量値が、500(mAh/g)未満である。しかしながら、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等を用いることにより、充電容量値及び放電容量値が、2倍以上(代表的には、約3〜約5倍)に増加させることができる。 Further, by forming a negative electrode material of a lithium ion battery using silicon fine particles or the like at least a part of which is covered with carbon, a charge capacity value and a capacity compared with silicon fine particles or the like not covered with carbon It is also possible to increase the discharge capacity value. For example, according to the study of the present inventors, in the case of silicon fine particles not covered with carbon, for example, when the thickness of the negative electrode material is about 30 μm, the charge capacity value and the discharge capacity value are 500 ( mAh / g). However, the charge capacity value and the discharge capacity value are increased more than twice (typically about 3 to about 5 times) by using silicon fine particles or the like whose surface is at least partially covered with carbon. Can be made.
ところで、本実施形態の被覆形成工程(S4)において、シリコン微細粒子等の表面の一部又は全部(換言すれば、その表面上の少なくとも一部)を炭素の膜によって被覆する手段は、特に限定されない。例えば、化学気相成長法の一例である熱CVD法によってシリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部を炭素によって覆う方法を採用することができる。具体的には、シリコン微細粒子等2を有機物ガス及び/又はその蒸気を含有する雰囲気において、約600℃以上約1200℃以下で加熱することによって、シリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部を炭素の膜によって被覆することができる。従って、化学気相成長装置の一例である熱CVD装置は、本実施形態の被覆形成工程(S4)において採用し得る被覆形成部60の一態様である。また、熱CVD法において採用され得る材料(又は原料)の例は、メタン、エタン、アセチレン、エチレン、プロパン、ブタン、ブテン、ペンタン、イソブタン、ヘキサンの群から選択される1種又は2種以上の炭化水素、及び/又は、1種又は2種以上の公知の芳香族炭化水素である。なお、銅又は銅合金を触媒として採用することにより、約400℃でもアセチレンを熱分解し得る点は、処理温度の低温化に寄与しうる。 By the way, in the coating forming step (S4) of the present embodiment, means for coating a part or all of the surface of the silicon fine particles or the like (in other words, at least a part on the surface) with the carbon film is particularly limited. Not. For example, a method of covering at least a part of the surface of the silicon fine particles 2 or the like with carbon by a thermal CVD method which is an example of a chemical vapor deposition method can be employed. Specifically, at least part of the surface of the silicon fine particles 2 is heated by heating the silicon fine particles 2 in an atmosphere containing an organic gas and / or vapor thereof at about 600 ° C. or more and about 1200 ° C. or less. Can be covered by a carbon film. Therefore, the thermal CVD apparatus which is an example of the chemical vapor deposition apparatus is an aspect of the coating forming unit 60 that can be employed in the coating forming step (S4) of the present embodiment. Examples of materials (or raw materials) that can be employed in the thermal CVD method include one or more selected from the group of methane, ethane, acetylene, ethylene, propane, butane, butene, pentane, isobutane, and hexane. It is a hydrocarbon and / or one or more known aromatic hydrocarbons. In addition, the point which can thermally decompose acetylene at about 400 degreeC by employ | adopting copper or a copper alloy as a catalyst can contribute to the reduction in processing temperature.
上述のとおり、代表的には、炭化水素ガスを、加熱されたシリコン微細粒子等2上又はその近傍において熱分解させて炭素化することにより、シリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部をその炭素の膜によって被覆することが、本実施形態において適切な炭素の膜の一例を実現するとともに、生産性及び工業性に優れた手法であるといえる。なお、化学気相成長法の他の一例である減圧熱CVD法又はプラズマCVD法も、適宜採用され得る。 As described above, typically, hydrocarbon gas is pyrolyzed and carbonized on or near the heated silicon fine particles 2 so that at least a part of the surface of the silicon fine particles 2 is obtained. Covering with the carbon film realizes an example of a suitable carbon film in the present embodiment, and can be said to be a technique excellent in productivity and industrial efficiency. Note that a low-pressure thermal CVD method or a plasma CVD method, which is another example of the chemical vapor deposition method, can also be appropriately employed.
また、シリコン微細粒子等2の表面上の少なくとも一部を炭素の膜によって被覆する方法の他の例は、次のとおりである。まず、公知の(塩素化ポリエチレンエラストマー等)の有機化合物、又は該有機化合物と黒鉛粉末とを混合した混合物を、被覆形成部60内において、少なくとも本実施形態の洗浄工程(S1)及び粉砕工程(S2)によって処理されたシリコン微細粒子等2に付着又は吸着させる。その後、該有機化合物を熱分解する温度まで加熱し、該有機化合物を炭化させることにより、表面上の少なくとも一部が炭素(代表的には、グラフェン、グラファイト、及び/又は無定形炭素)によって覆われたシリコン微細粒子等2を形成することができる。なお、一旦形成された該シリコン微細粒子等2を窒素雰囲気下又は水素雰囲気下で、例えば400℃〜1200℃にて焼成する工程を追加的に、及び/又は事前に実施することも、本実施形態の変形例の一態様である。なお、シリコン微細粒子等2の表面上に酸化膜が形成されることを確度高く防止、抑制、又は除去し得る観点から言えば、シリコン微細粒子等2を水素雰囲気下で加熱することが好ましい。 Another example of the method of covering at least part of the surface of the silicon fine particles 2 etc. with a carbon film is as follows. First, a known organic compound (such as chlorinated polyethylene elastomer) or a mixture of the organic compound and graphite powder is mixed in the coating forming unit 60 at least in the cleaning step (S1) and the pulverization step ( It adheres or adsorbs to the silicon fine particles 2 treated in S2). Thereafter, the organic compound is heated to a temperature at which the organic compound is thermally decomposed to carbonize the organic compound, whereby at least a part of the surface is covered with carbon (typically, graphene, graphite, and / or amorphous carbon). The broken silicon fine particles 2 can be formed. In addition, it is also possible to perform the step of firing the silicon fine particles 2 and the like 2 once formed in a nitrogen atmosphere or a hydrogen atmosphere, for example, at 400 ° C. to 1200 ° C. in addition and / or in advance. It is an aspect of the modification of a form. From the viewpoint of accurately preventing, suppressing, or removing the formation of an oxide film on the surface of the silicon fine particles 2 and the like, it is preferable to heat the silicon fine particles 2 and the like in a hydrogen atmosphere.
また、その他の公知の手段を用いて、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等2を形成することも、採用し得る別の一態様である。例えば、公知のカーボンブラックの製造方法(ファーネス法又はチャネル法)によって形成された炭素膜を利用することも可能である。なお、ファーネス法は、コールタールを蒸留して得られるクレオソート油を乱流拡散させた状態の所定のチャンバー内においてクレオソート油の部分燃焼を行った後、飛沫を水冷する方法である。また、チャネル法は、例えば天然ガスを燃焼させて形成した炎をチャンネル鋼の冷却面に衝突させることによって、炭素を析出させる方法である。但し、石油由来の硫黄成分が含まれることになるため、そのような不純物成分が混入され難い方法である、上述の熱CVD法を採用することがより好ましい。また、上述の各方法を採用する際に、例えばシリコン微細粒子等に対して、適宜、公知の機械構造を採用して運動エネルギーを与えることによって、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上の少なくとも一部を炭素の膜を用いて被覆する方法を採用することは、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上に、より均質に(例えば、厚み及び/又は密度において均一性良く)炭素の膜を形成することが可能となるため、好適な一態様である。より具体的には、シリコン微細粒子等2を収容するチャンバー又は管を回転させながら、及び/又は、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物に対して超音波振動を与えながら、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上の少なくとも一部を炭素の膜を用いて被覆する方法を採用することは、シリコン微細粒子等2及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上に、より均質に炭素の膜を形成することが可能となるため、好適な一態様である。 Moreover, it is another aspect which can employ | adopt forming the silicon | silicone fine particle 2 etc. with which at least one part on the surface was covered with carbon using another well-known means. For example, a carbon film formed by a known carbon black production method (furnace method or channel method) can be used. The furnace method is a method in which droplets are cooled with water after partial combustion of creosote oil is performed in a predetermined chamber in which creosote oil obtained by distillation of coal tar is turbulently diffused. The channel method is a method of depositing carbon by, for example, causing a flame formed by burning natural gas to collide with a cooling surface of channel steel. However, since a petroleum-derived sulfur component is contained, it is more preferable to employ the above-described thermal CVD method, which is a method in which such an impurity component is hardly mixed. Further, when each of the above-described methods is employed, for example, by applying a known mechanical structure to kinetic energy as appropriate for silicon fine particles, etc., silicon fine particles 2 and / or aggregates thereof or the like Employing a method of coating at least a part of the surface of the aggregate with a carbon film makes it more uniform on the surface of the silicon fine particles 2 and / or aggregates or aggregates thereof (for example, This is a preferred embodiment because a carbon film can be formed with good uniformity in thickness and / or density. More specifically, while rotating the chamber or tube containing the silicon fine particles 2 and / or applying ultrasonic vibrations to the silicon fine particles 2 and / or aggregates or aggregates thereof, Adopting a method of coating at least a part of the surface of the silicon fine particles 2 and / or aggregates or aggregates thereof with a carbon film means that the silicon fine particles 2 and / or aggregates or aggregates thereof are covered. Since a carbon film can be more uniformly formed on the surface of an object, this is a preferred embodiment.
なお、被覆形成工程(S4)を行う場合の第1の実施形態においては、負極材料又は負極の一部を担うシリコン微細粒子等2について、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.1であったが、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.05以上0.37未満であれば、安定的であって、かつ充電容量値及び放電容量値が高いリチウムイオン電池を得ることができる。 In the first embodiment in the case where the coating forming step (S4) is performed, carbon (C) when silicon (Si) is set to 1 for the negative electrode material or the silicon fine particles 2 serving as a part of the negative electrode. The weight ratio of carbon (C) when silicon (Si) is set to 1 is stable and charged if the weight ratio of carbon (C) is 0.05 or more and less than 0.37. A lithium ion battery having a high capacity value and high discharge capacity value can be obtained.
また、本発明者がさらに詳細に分析した結果、TEM(透過型電子顕微鏡)像によって、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.1のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚は、約2nm〜約3nmであった。また、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.16のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚は、約5nm〜約10nmであった。また、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.21のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚も、約5nm〜約10nmであった。加えて、シリコン(Si)を1としたときの炭素(C)の重量比が0.37のときの、炭素(C)がシリコン(Si)に付着している部分の膜厚は、約50nm〜約90nmであった。従って、シリコン(Si)に付着している部分の炭素(C)の膜厚が1nm以上50nm未満、特に、該膜厚が、2nm以上10nm以下であれば、安定的であって、かつ充電容量値及び放電容量値が高いリチウムイオン電池を得ることができる。 Further, as a result of further detailed analysis by the present inventor, carbon (C) when the weight ratio of carbon (C) when silicon (Si) is set to 1 is 0.1 by a TEM (transmission electron microscope) image. The film thickness of the portion where C) adhered to silicon (Si) was about 2 nm to about 3 nm. Further, when the weight ratio of carbon (C) when silicon (Si) is 1 is 0.16, the film thickness of the portion where carbon (C) is attached to silicon (Si) is about 5 nm to About 10 nm. Further, when the weight ratio of carbon (C) when silicon (Si) is 1 is 0.21, the film thickness of the portion where carbon (C) is attached to silicon (Si) is also about 5 nm to About 10 nm. In addition, when the weight ratio of carbon (C) when silicon (Si) is 1 is 0.37, the film thickness of the portion where carbon (C) is attached to silicon (Si) is about 50 nm. ~ 90 nm. Therefore, if the film thickness of carbon (C) attached to silicon (Si) is 1 nm or more and less than 50 nm, in particular, if the film thickness is 2 nm or more and 10 nm or less, the film is stable and has a charge capacity. A lithium ion battery having a high value and a high discharge capacity value can be obtained.
また、シリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われていない(つまり、被覆形成工程(S4)を経ていない)リチウムイオン電池の充電容量値及び放電容量値よりも、被覆形成工程(S4)を経たものを採用した方が、2倍以上(代表的には約3倍)高い充電容量値及び放電容量値を有し得る。 Further, at least a part of the surface of the silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof is not covered with carbon (that is, not subjected to the coating formation step (S4)), and the charge capacity value and discharge of the lithium ion battery The one that has undergone the coating formation step (S4) than the capacity value can have a charge capacity value and a discharge capacity value that are twice or more (typically about three times) higher.
(5)複合体形成工程(S5)
上述のとおり、粉砕工程(S2)の後、又は酸化膜除去工程(S3)の後に、被覆形成工程(S4)を経て、又は被覆形成工程(S4)を経ずに、複合体形成工程(S5)が行われる。本実施形態の複合体形成工程(S5)は、少なくとも一部のシリコン微細粒子等2を黒鉛が囲うことによって、その黒鉛とシリコン微細粒子等2とを含む複合体を形成する工程である。
(5) Complex formation step (S5)
As described above, after the crushing step (S2) or after the oxide film removing step (S3), the composite formation step (S5) is performed through the coating formation step (S4) or without the coating formation step (S4). ) Is performed. The composite formation step (S5) of the present embodiment is a step of forming a composite including graphite and silicon fine particles 2 by surrounding graphite with at least some of the silicon fine particles 2 and the like.
具体的には、まず、シリコン微細粒子等2と、黒鉛(代表的には、薄片状の黒鉛、又は膨張黒鉛)とが、複合体形成部70内に導入される。なお、本実施形態の薄片状の黒鉛、又は膨張黒鉛は、公知の方法において開示される方法によって形成され得る。 Specifically, first, silicon fine particles 2 and graphite (typically flaky graphite or expanded graphite) are introduced into the composite forming part 70. The flaky graphite or expanded graphite of this embodiment can be formed by a method disclosed in a known method.
また、本実施形態においては、粉砕工程(S2)が行われているため、モード径及びメジアン径が30nm以下の体積分布を有する非常に微細な、シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物(シリコン微細粒子等2)が形成される。加えて、該凝集物あるいは該集合物は、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態のシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物である。そのような非常に微細なシリコン微細粒子等2が採用されるため、シリコン微細粒子等2と、黒鉛とを混合し、シリコン微細粒子等2を、黒鉛を用いて形成された内部空間に取り込み、それを囲って内在化させ、いわば一体化ないし合体させる場合の複合体形成部70の一例として、粉砕機20において用いられたビーズミル機と同様のビーズミル機を採用し得る。その他の複合体形成部70の例は、公知の乾式処理又は公知の湿式処理と、高速回転衝撃式粉砕機に代表され粉砕機とを併用する機器群である。但し、実質的な工程数を低減する観点から言えば、シリコン微細粒子等2と、黒鉛とを複合する際には、複合体形成部70として、上述のビーズミル機のみ又はビーズミル機を少なくとも含む複合処理装置、あるいは高速回転衝撃式粉砕機を含む複合処理装置を採用することが好ましい。 In the present embodiment, since the pulverization step (S2) is performed, very fine aggregates or aggregates of silicon fine particles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less (silicon fine particles). Particles 2) are formed. In addition, the agglomerates or aggregates are agglomerates or aggregates of silicon fine particles that are folded in a multi-layered petal shape or scale shape. Since such very fine silicon fine particles 2 are employed, silicon fine particles 2 and graphite are mixed, and silicon fine particles 2 are taken into the internal space formed using graphite, A bead mill similar to the bead mill used in the pulverizer 20 can be adopted as an example of the composite forming unit 70 in the case of surrounding and internalizing it, that is, integrating or merging. Another example of the complex forming unit 70 is a group of devices that use a known dry process or a known wet process and a pulverizer represented by a high-speed rotational impact pulverizer. However, from the viewpoint of reducing the number of substantial steps, when the silicon fine particles 2 and graphite are combined with graphite, the composite forming unit 70 includes only the above-described bead mill machine or a composite including at least the bead mill machine. It is preferable to employ a processing apparatus or a composite processing apparatus including a high-speed rotational impact pulverizer.
なお、特に、鱗片状のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物は、その形状の特異性から、シリコン微細粒子等2を黒鉛(特に、膨張黒鉛)の適度な距離を有する層間に取り込まれ易くなるため、及び/又は該黒鉛によって囲われ易くするため、黒鉛とシリコン微細粒子等2とを複合体形成部70に導入したときの黒鉛とシリコン微細粒子等2との複合化に有利である。加えて、鱗片状のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物が被覆形成工程(S4)を経たものを採用することは、黒鉛(特に、膨張黒鉛)の適度な距離を有する層間にシリコン微細粒子等2をより確度高く取り込み易くなること、及び/又は該黒鉛によってシリコン微細粒子等2を囲い易くなることから好適である。また、上述のとおり、より高い充電容量値及び放電容量値を有し得る観点からも、鱗片状のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物が被覆形成工程(S4)を経たものを採用することは、好適な一態様である。 In particular, because of the specific shape of the scaly silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof, silicon fine particles 2 are taken in between layers having an appropriate distance of graphite (particularly expanded graphite). It is advantageous for the combination of graphite and silicon fine particles 2 when graphite and silicon fine particles 2 etc. are introduced into the composite forming part 70 in order to easily be surrounded and / or to be surrounded by the graphite. is there. In addition, the adoption of the scaly silicon fine particles and / or the aggregates or aggregates thereof having undergone the coating formation step (S4) means that silicon between layers having an appropriate distance of graphite (particularly expanded graphite) is used. It is preferable because the fine particles 2 can be easily taken in with higher accuracy and / or the silicon fine particles 2 can be easily surrounded by the graphite. In addition, as described above, from the viewpoint of having a higher charge capacity value and discharge capacity value, the scaly silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof are subjected to the coating formation step (S4). This is a preferred embodiment.
複合体形成工程(S5)を行うことにより、上述の、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の凝集物あるいは集合物を有する、非常に微細なシリコン微細粒子等2が、黒鉛によって囲われた状態を形成し得る。本実施形態においては、シート状の黒鉛によってシリコン微細粒子等2が、いわば取り込まれるように黒鉛のエッジ部分が折り畳まれる過程(代表的には、「球形化」)を必ずしも経る必要はないが、そのような過程を経た上で、シリコン微細粒子等2が黒鉛によって囲われた状態を形成することも採用し得る一態様である。 By performing the composite formation step (S5), the above-described very fine silicon fine particles 2 having aggregates or aggregates folded in a multi-layered petal shape or scale shape are surrounded by graphite. A broken state can be formed. In this embodiment, it is not always necessary to go through a process (typically, “spheroidization”) in which the edge portion of the graphite is folded so that the silicon fine particles 2 and the like are taken in by the sheet-like graphite. It is also an aspect that can be adopted in which a state in which the silicon fine particles 2 are surrounded by graphite after such a process is formed.
(6)負極形成工程(S6)
本実施形態のリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100は、粉砕工程(S2)の後、又は酸化膜除去工程(S3)の後に、被覆形成工程(S4)によって処理された又は処理されなかった負極材料としての、シリコン微細粒子等の少なくとも一部が黒鉛によって囲われたものと、負極の一部を構成する部材(例えば、銅箔)とを結着材(例えば、アンモニウムカルボキシルメチルセルロース(CMC)及びスチレンブタジエンゴム(SBR)、あるいは、アンモニウムカルボキシルメチルセルロース(CMC)及びポリビニルアルコール(PVA))を用いて混合する混合部80を備えている。この混合部80によって形成される合剤層を用いて負電極が形成される。
(6) Negative electrode forming step (S6)
The negative electrode material (or negative electrode) manufacturing apparatus 100 of the lithium ion battery of the present embodiment has been processed by the coating formation step (S4) after the pulverization step (S2) or after the oxide film removal step (S3). As a negative electrode material that has not been processed, a material in which at least a part of silicon fine particles and the like is surrounded by graphite and a member (for example, copper foil) that constitutes a part of the negative electrode are bound (for example, ammonium carboxyl) A mixing unit 80 for mixing using methylcellulose (CMC) and styrene-butadiene rubber (SBR), or ammonium carboxylmethylcellulose (CMC) and polyvinyl alcohol (PVA)) is provided. A negative electrode is formed using the mixture layer formed by the mixing unit 80.
<その他の工程>
なお、下記の(A)〜(D)の工程によって得られたシリコン微細粒子等は、例えば、各シリコン微細粒子等の結晶子径の個数分布及び/又は体積分布のバラつきを軽減するために分級され得る。
(A)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、及び複合体形成工程(S5)
(B)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、酸化膜除去工程(S3)、及び複合体形成工程(S5)
(C)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、被覆形成工程(S4)、及び複合体形成工程(S5)
(D)洗浄工程(S1)、粉砕工程(S2)、酸化膜除去工程(S3)、被覆形成工程(S4)、及び複合体形成工程(S5)
<Other processes>
In addition, the silicon fine particles obtained by the following steps (A) to (D) are classified, for example, in order to reduce variations in the number distribution and / or volume distribution of crystallite diameters of the respective silicon fine particles. Can be done.
(A) Washing step (S1), crushing step (S2), and complex forming step (S5)
(B) Cleaning step (S1), crushing step (S2), oxide film removing step (S3), and complex forming step (S5)
(C) Cleaning step (S1), crushing step (S2), coating formation step (S4), and complex formation step (S5)
(D) Cleaning step (S1), crushing step (S2), oxide film removal step (S3), coating formation step (S4), and complex formation step (S5)
<第1の実施形態において得られたシリコン微細粒子等の分析結果>
1.SEM像及びTEM像よるシリコン微細粒子等の解析
<Analytical result of silicon fine particles and the like obtained in the first embodiment>
1. Analysis of silicon fine particles by SEM and TEM images
図4Aは、第1の実施形態の粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のSEM(走査型電子顕微鏡)像である。また、図4Bは、第1の実施形態の粉砕工程(S2)後における、拡大されたシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物の一例のSEM像を示す図である。また、図4Cは、第1の実施形態における、(a)シリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の他の例のSEM像を示す図、及び(b)(a)の一部の拡大図である。加えて、図5は、第1の実施形態のシリコン微細粒子の透過電子顕微鏡(TEM)像を示す図である。 FIG. 4A is an SEM (scanning electron microscope) image of an example of silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof after the crushing step (S2) of the first embodiment. Moreover, FIG. 4B is a figure which shows the SEM image of an example of the expanded silicon | silicone fine particle and / or its aggregate or aggregate after the grinding | pulverization process (S2) of 1st Embodiment. 4C is a diagram showing an SEM image of another example of an aggregate or aggregate of silicon fine particles and (b) a partially enlarged view of (a) in the first embodiment. is there. In addition, FIG. 5 is a diagram showing a transmission electron microscope (TEM) image of the silicon fine particles of the first embodiment.
図4Aに示すように、個別のシリコン微細粒子のみならず、Y1及びY2に示すシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物が確認された。大変興味深いことに、さらに詳細に分析をすると、図4B、並びに図4C(a),(b)のZ部分に示すように、シリコン微細粒子又はその凝集物は、いわば薄層状のシリコン微細粒子が複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の凝集物あるいは集合物であることが確認できた。なお、より詳しく観察すれば、例えば、1つ又は一群の鱗片状のシリコン微細粒子の幅(短径)を1としたときの長さ(長径)の範囲は、3.3〜12.9であった。 As shown in FIG. 4A, not only individual silicon fine particles but also silicon fine particles shown in Y1 and Y2 and / or aggregates or aggregates thereof were confirmed. Interestingly, when analyzed in more detail, as shown in FIG. 4B and the Z portion of FIGS. 4C (a) and 4 (b), silicon fine particles or aggregates thereof are, so to speak, thin-layered silicon fine particles. It was confirmed that it was an aggregate or aggregate in a state of being folded into a multi-layer petal shape or a scale shape. In more detail, for example, the range of the length (major axis) when the width (minor axis) of one or a group of scale-like silicon fine particles is 1, is 3.3 to 12.9. there were.
また、個別のシリコン微細粒子等に着目した図5に示すTEM像から、もう一つの興味深い知見が得られた。具体的には、図5における白線で囲っている領域が示す個別のシリコン微細粒子等は、結晶性、すなわち単結晶シリコンであることが確認できた。加えて、シリコン微細粒子等の少なくとも一部は、断面視において約2nm〜約10nmの大きさの不定形の多角形の結晶子であることが確認できた。なお、図5においては、白線で囲っている各領域に、結晶の面方位が示されている。 Further, another interesting finding was obtained from the TEM image shown in FIG. 5 focusing on individual silicon fine particles. Specifically, it was confirmed that the individual silicon fine particles and the like indicated by the region surrounded by the white line in FIG. 5 are crystalline, that is, single crystal silicon. In addition, it was confirmed that at least a part of the silicon fine particles and the like were amorphous polygonal crystallites having a size of about 2 nm to about 10 nm in a cross-sectional view. In FIG. 5, the crystal plane orientation is shown in each region surrounded by a white line.
2.X線回折法によるシリコン微細粒子等の結晶子径分布の解析
図6は、第1の実施形態のシリコン微細粒子等のSi(111)方向の結晶子径に対する、(a)個数分布における結晶子径分布と、(b)体積分布における結晶子径分布とを示すグラフである。図6は、粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子等の結晶子径分布を、X線回折法を用いて解析することによって得られた結果を示している。図6(a)及び図6(b)は、いずれも、横軸が結晶子径(nm)を表し、縦軸は、頻度を表している。
2. 6. Analysis of crystallite size distribution of silicon fine particles and the like by X-ray diffraction method FIG. 6 shows crystallites in (a) number distribution with respect to the crystallite size in the Si (111) direction of silicon fine particles and the like of the first embodiment. It is a graph which shows a diameter distribution and the crystallite diameter distribution in (b) volume distribution. FIG. 6 shows the results obtained by analyzing the crystallite size distribution of silicon fine particles and the like after the pulverization step (S2) using the X-ray diffraction method. In each of FIGS. 6A and 6B, the horizontal axis represents the crystallite diameter (nm), and the vertical axis represents the frequency.
図6(a)及び図6(b)の結果から、個数分布においては、モード径が1.6nm、メジアン径(50%結晶子径)が2.6nmであった。また、体積分布においては、モード径が6.3nm、メジアン径が9.9nmであった。従って、個数分布においてはモード径であってもメジアン径であっても5nm以下であり、より詳細には3nm以下の値が実現されていることが確認された。なお、体積分布においては、モード径であってもメジアン径であっても少なくとも50nm以下であり、特に30nm以下、より狭義には20nm以下であることが確認されたことは特筆に値する。さらに、図6においては、10nm以下という極めて小さい値が実現されていることが確認された。 From the results of FIG. 6A and FIG. 6B, in the number distribution, the mode diameter was 1.6 nm, and the median diameter (50% crystallite diameter) was 2.6 nm. In the volume distribution, the mode diameter was 6.3 nm and the median diameter was 9.9 nm. Accordingly, it was confirmed that the number distribution was 5 nm or less regardless of the mode diameter or the median diameter, and more specifically, a value of 3 nm or less was realized. It is worthy to note that the volume distribution was confirmed to be at least 50 nm, particularly 30 nm or less, and more narrowly 20 nm or less, regardless of mode diameter or median diameter. Further, in FIG. 6, it was confirmed that an extremely small value of 10 nm or less was realized.
図6(a)及び図6(b)の結果より、ビーズミル法を用いた粉砕工程(S2)後に得られるシリコン微細粒子等は、平均の結晶子径が約20nm以下、より具体的には、10nm以下を実現する、約9.8nmであることが確認できた。なお、酸化膜除去工程(S3)後のシリコン微細粒子等の結晶子径分布も、図6とほぼ同様である。 From the results of FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b), the silicon fine particles obtained after the pulverization step (S2) using the bead mill method have an average crystallite diameter of about 20 nm or less, more specifically, It was confirmed that the thickness was about 9.8 nm, realizing 10 nm or less. The crystallite size distribution of the silicon fine particles after the oxide film removing step (S3) is almost the same as that in FIG.
従って、図6の結果と図4の各図の結果とを合わせて解析すれば、少なくとも粉砕工程(S2)後又は酸化膜除去工程(S3)後のシリコン微細粒子等の凝集物あるいは集合物は、いわば長径約100nm以下の範囲のいわば薄層状のシリコン微細粒子等が、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態であるといえる。また、シリコン微細粒子等は、図5及び図6から分かるように、主として長径が10nm以下の結晶子から構成されている。 Therefore, if the results of FIG. 6 and the results of FIG. 4 are combined and analyzed, aggregates or aggregates such as silicon fine particles after at least the pulverization step (S2) or the oxide film removal step (S3) will be obtained. In other words, it can be said that the so-called thin-layered silicon fine particles having a major axis of about 100 nm or less are folded in a multi-layered petal shape or a scale shape. Further, as can be seen from FIGS. 5 and 6, silicon fine particles and the like are mainly composed of crystallites having a major axis of 10 nm or less.
また、本実施形態のシリコン微細粒子等は、図6に示すように、1nm以下の結晶子径のシリコン微細粒子等を含んでいることが分かる。また、興味深いことに、本実施形態のシリコン微細粒子等の体積分布における平均結晶子径は、約10nmであることも確認された。この数値は、非常に小さい値であるといえる。また、上述のとおり、さらに調査を進めることによって、そのシリコン微細粒子等の見かけの体積径として約100nm以下の範囲にあることが確認された。特に、長径が5nm以下の結晶子径の、極微細なシリコン粒子を多数含むことによって、後述するリチウムイオン電池の負極材料として用いるシリコン微細粒子等によって導き出される充放電のサイクル特性をより確度高く向上させるものである。また、前述の極微細なシリコン粒子に表面の少なくとも一部が炭素によって覆われているため、より高い充電容量値及び放電容量値、並びに優れた充放電のサイクル特性を実現することができる。 Moreover, it turns out that the silicon | silicone fine particle etc. of this embodiment contain the silicon | silicone fine particle etc. of a crystallite diameter of 1 nm or less as shown in FIG. Interestingly, it was also confirmed that the average crystallite diameter in the volume distribution of the silicon fine particles and the like of this embodiment is about 10 nm. This numerical value can be said to be a very small value. Further, as described above, by further investigation, it was confirmed that the apparent volume diameter of the silicon fine particles and the like was in the range of about 100 nm or less. In particular, by including a large number of ultrafine silicon particles having a crystallite diameter of 5 nm or less in the major axis, the charge / discharge cycle characteristics derived from silicon fine particles used as a negative electrode material of a lithium ion battery, which will be described later, are improved with higher accuracy. It is something to be made. In addition, since at least a part of the surface is covered with carbon in the ultrafine silicon particles described above, higher charge capacity value and discharge capacity value, and excellent charge / discharge cycle characteristics can be realized.
3.X線回折法によるシリコン微細粒子等の結晶子の面方位の解析
図7(a)は、第1の実施形態の粉砕工程(S2)前のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果(P)及び粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果(Q)を、広い角度範囲において解析した結果である。また、図7(b)は、図7(a)の結果(P)の一部を拡大したものであり、第1の実施形態の粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物のX線回折測定の結果を限定された角度範囲において解析した結果(R)である。なお、図7(b)内に示されたC(002)面及びC(003)面の各ピーク強度は、約1wt%〜約3wt%のグラファイトの微粒子がシリコン微細粒子群又はシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物内に含まれていることを示している。なお、一例としてのC(002)面のグラファイトの微粒子の大きさは、約50nm以下、より具体的には、約35nmであり、C(003)面のグラファイトの微粒子の大きさは、約100nm以下、より具体的には、約75nmであった。
3. Analysis of plane orientation of crystallites such as silicon fine particles by X-ray diffraction method FIG. 7A shows the silicon fine particles and / or aggregates or aggregates thereof before the pulverization step (S2) of the first embodiment. It is the result of analyzing the X-ray diffraction measurement result (P) and the X-ray diffraction measurement result (Q) of the silicon fine particles and / or their aggregates or aggregates after the grinding step (S2) in a wide angle range. . FIG. 7B is an enlarged view of a part of the result (P) of FIG. 7A, and silicon fine particles and / or their aggregation after the pulverization step (S2) of the first embodiment. It is the result (R) which analyzed the result of the X-ray-diffraction measurement of the thing or the aggregate | assembly in the limited angle range. Note that the peak intensities of the C (002) plane and C (003) plane shown in FIG. 7B are about 1 wt% to about 3 wt% of graphite fine particles or silicon fine particles. This indicates that it is contained in an aggregate or aggregate. As an example, the size of the fine graphite particles on the C (002) plane is about 50 nm or less, more specifically about 35 nm, and the size of the fine graphite particles on the C (003) plane is about 100 nm. Hereinafter, more specifically, it was about 75 nm.
図7(a)及び(b)に示すように、第1の実施形態の粉砕工程(S2)前の2θ=28.4°付近のSiの結晶面(111)に帰属する回折ピークに比べて、粉砕工程(S2)後のSi(111)に帰属する回折ピークは、その半値幅が大きくなっていることが確認された。なお、粉砕工程(S2)後のSi(111)ピークの半値幅から、シェラーの式を用いて計算された平均結晶子径は、9.8nmであった。また、大変興味深いことに、粉砕工程(S2)後の2θ=28.4°付近のSi(111)に帰属する回折ピークの強度は、その他の回折ピークの強度(例えば、Si(220)又はSi(311)のピーク強度)よりも大きいことが明らかとなった。なお、粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子の結晶格子のSi(111)の配列間隔は、図5に示したとおり、0.31nm(3.1Å)である。 As shown in FIGS. 7A and 7B, compared to the diffraction peak attributed to the Si crystal plane (111) near 2θ = 28.4 ° before the pulverization step (S2) of the first embodiment. It was confirmed that the half value width of the diffraction peak attributed to Si (111) after the pulverization step (S2) is large. In addition, the average crystallite diameter calculated using the Scherrer equation from the half width of the Si (111) peak after the pulverization step (S2) was 9.8 nm. Also, very interestingly, the intensity of the diffraction peak attributed to Si (111) near 2θ = 28.4 ° after the crushing step (S2) is the intensity of other diffraction peaks (for example, Si (220) or Si (311) peak intensity) was found to be larger. In addition, as shown in FIG. 5, the arrangement interval of Si (111) in the crystal lattice of the silicon fine particles after the pulverization step (S2) is 0.31 nm (3.1 cm).
上記の各解析結果を踏まえると、本実施形態の粉砕工程(S2)後のシリコン微細粒子等については、主として面方位が(111)である結晶性のシリコン微細粒子等が、複層花弁状又は鱗片状に多重に折重なった状態の凝集物あるいは集合物であるといえる。 Based on the above analysis results, for the silicon fine particles and the like after the pulverization step (S2) of the present embodiment, crystalline silicon fine particles having a plane orientation of (111) are mainly multi-layer petals or It can be said that it is an aggregate or aggregate in a state of multiple folds in a scale shape.
そうすると、本実施形態の粉砕工程(S2)後又は酸化膜除去工程(S3)後のシリコン微細粒子及び/又はその凝集物あるいは集合物をリチウムイオン電池の負極材料の一部として用いることによって、リチウムイオン電池の正極材料中から電離したリチウムイオン(Li+)が負極に到達したときに、リチウムイオン(Li+)が複層花弁状又は鱗片状に多重に折重なった状態の凝集物あるいは集合物の襞部間隙に入り込み易く、また出易いという特有の効果が奏され得る。 Then, lithium fine particles and / or aggregates or aggregates thereof after the pulverization step (S2) or the oxide film removal step (S3) of this embodiment are used as a part of the negative electrode material of the lithium ion battery. When lithium ions (Li + ) ionized from the positive electrode material of an ion battery reach the negative electrode, the aggregates or aggregates of the lithium ions (Li + ) are multiply folded in a multi-layered petal shape or scale shape It is possible to achieve a unique effect that it is easy to enter and exit the heel gap.
加えて、本実施形態においては、上述の複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態のシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の少なくとも一部を、黒鉛が囲っている。従って、複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態の該凝集物あるいは該集合物の存在によって、リチウムイオンが蓄えられ易く、また放出され易い負極材料又は負極が得られる。加えて、該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、それらが黒鉛によって囲われることにより、該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながるため、むしろリチウムイオンの移動状態の高度な安定性を実現し得ることになる。その結果、この負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。 In addition, in the present embodiment, graphite surrounds at least a part of the agglomerates or aggregates of the silicon fine particles in a state of being folded in the above-described multi-layer petal shape or scale shape. Therefore, the presence of the aggregate or aggregate in a state of being folded into a multi-layer petal shape or a scale shape makes it possible to obtain a negative electrode material or a negative electrode in which lithium ions are easily stored and released. In addition, coupled with the specificity of the multi-layered petal-like or scaly shape of the aggregate or aggregate, they are surrounded by graphite, thereby suppressing the degree of freedom of the aggregate or aggregate to some extent. This leads to an increase in cooperation between graphite and the aggregates or aggregates, so that a high degree of stability of the lithium ion migration state can be achieved. As a result, by adopting this negative electrode material, it is possible to realize a lithium ion battery with little change in charge / discharge capacity even when charge / discharge is repeated, in other words, a good charge / discharge cycle characteristic. Alternatively, an increase in charge / discharge capacity can be realized.
<第1の実施形態の変形例>
第1の実施形態のうち、洗浄工程(S1)のみが行われた結果として得られるシリコンの切粉等(より具体的には、結晶性シリコンの切粉又は切削屑)を、粉砕工程(S2)を行うことなく、一例として複合体形成部70を用いた複合体形成工程(S5)によって複合体を形成する処理を行うことは、採用し得る変形例の一つである。なお、第1の実施形態と同様に、酸化膜除去工程(S3)が洗浄工程(S1)の後に行われ得る。また、第1の実施形態と同様に、被覆形成工程(S4)、すなわち、前述の切粉又は前述の切削屑の表面上の少なくとも一部を覆う炭素を形成する、一例として被覆形成部60を用いた被覆形成工程が、洗浄工程(S1)の後、又は、洗浄工程(S1)と酸化膜除去工程(S3)の後に行われ得る。
<Modification of First Embodiment>
Of the first embodiment, silicon chips or the like (more specifically, crystalline silicon chips or cutting chips) obtained as a result of performing only the cleaning step (S1) are pulverized (S2). Performing the process of forming the complex by the complex forming step (S5) using the complex forming unit 70 as an example without performing () is one of the modifications that can be adopted. As in the first embodiment, the oxide film removal step (S3) can be performed after the cleaning step (S1). Moreover, similarly to 1st Embodiment, the coating formation part (S4), ie, the coating formation part 60 which forms the carbon which covers at least one part on the surface of the above-mentioned chip or the above-mentioned cutting waste, as an example. The used coating formation step can be performed after the cleaning step (S1) or after the cleaning step (S1) and the oxide film removing step (S3).
この変形例においては、上述のとおり、黒鉛が、洗浄工程(S1)のみによって得られるシリコンの切粉等の少なくとも一部を囲う。また、この変形例においては、そのシリコンの切粉等と、黒鉛(代表的には、薄片状の黒鉛、又は膨張黒鉛)とが、第1の実施形態において用いられる複合体形成部70内に導入される。その後、第1の実施形態の複合体形成工程(S5)と同様の処理が行われることにより、シリコンの切粉等の少なくとも一部が黒鉛によって囲われた複合物が形成される。 In this modified example, as described above, the graphite surrounds at least a part of silicon chips and the like obtained only by the cleaning step (S1). In this modification, the silicon chips and graphite (typically flaky graphite or expanded graphite) are contained in the composite forming unit 70 used in the first embodiment. be introduced. After that, by performing the same process as the composite formation step (S5) of the first embodiment, a composite in which at least a part of silicon chips or the like is surrounded by graphite is formed.
この変形例が採用された場合であっても、第1の実施形態の効果と同様の、又は少なくとも一部の効果が奏され得る。 Even when this modification is employed, the same or at least part of the effect of the first embodiment can be achieved.
<第2の実施形態>
本実施形態のリチウムイオン電池は、次に示す(1)〜(3)の態様のシリコン切粉等又はシリコン微細粒子を黒鉛が囲ったものを、負極材料として用いている。なお、負極材料以外の構成は、従来のCR2032型のコインセル構造リチウムイオン電池の構成と同様である。
(1)複層花弁状又は鱗片状に折重なった状態のシリコン微細粒子及び/又はシリコン微細粒子の凝集物あるいは集合物の少なくとも一部を、黒鉛が囲ったもの。
(2)(1)において、シリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたもの。
(3)結晶性シリコンの切粉又は切削屑の少なくとも一部を、黒鉛が囲ったもの。
<Second Embodiment>
In the lithium ion battery of this embodiment, a silicon chip or the like of the following aspects (1) to (3) or a silicon fine particle surrounded by graphite is used as a negative electrode material. The configuration other than the negative electrode material is the same as the configuration of a conventional CR2032-type coin cell lithium ion battery.
(1) Graphite surrounds at least a part of silicon fine particles and / or aggregates or aggregates of silicon fine particles in a state of being folded into a multi-layer petal shape or a scale shape.
(2) In (1), at least a part of the surface of the silicon fine particles and / or the aggregates or aggregates is covered with carbon.
(3) At least a part of the crystalline silicon chips or chips are surrounded by graphite.
図8は、本実施形態のリチウムイオン電池500の概要構成図である。本実施形態のリチウムイオン電池500は、CR2032型コインセルの容器510内に、負極材及び負極材料514に電気的に接続する負電極512と、正極材及び正極材料518に電気的に接続する正電極516と、負極材及び負極材料514と正極材及び正極材料518とを電子的に絶縁するセパレータ520と、電解液530とを備える。また、本実施形態のリチウムイオン電池500は、充放電を実現するために、負電極512及び正電極516につながる電源540と抵抗550を備えた外部回路を有している。 FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the lithium ion battery 500 of the present embodiment. The lithium ion battery 500 of this embodiment includes a negative electrode 512 that is electrically connected to the negative electrode material and the negative electrode material 514 and a positive electrode that is electrically connected to the positive electrode material and the positive electrode material 518 in the CR5102-type coin cell container 510. 516, a separator 520 that electronically insulates the negative electrode material and negative electrode material 514 from the positive electrode material and positive electrode material 518, and an electrolyte solution 530. Further, the lithium ion battery 500 of the present embodiment has an external circuit including a power source 540 and a resistor 550 connected to the negative electrode 512 and the positive electrode 516 in order to realize charging and discharging.
また、本実施形態のリチウムイオン電池500の製造方法は、次のとおりである。 Moreover, the manufacturing method of the lithium ion battery 500 of this embodiment is as follows.
負極の製造方法については、まず、第1の実施形態において作製した、シリコン微細粒子等の少なくとも一部を黒鉛によって囲ったもの、又は、表面上の少なくとも一部が炭素によって覆われたシリコン微細粒子等の少なくとも一部を黒鉛によって囲ったもの(以下、総称して、「負極活物質」という。)約0.3gを、1wt%CMCバインダー水溶液、SBRバインダー水分散液(JSR株式会社製、TRD2001)からなる約10mL(ミリリットル)の溶液中に分散させる。 Regarding the manufacturing method of the negative electrode, first, the silicon fine particles produced in the first embodiment, in which at least a part of the silicon fine particles and the like are surrounded by graphite, or at least a part of the surface is covered with carbon About 0.3 g of a material surrounded by graphite (hereinafter collectively referred to as “negative electrode active material”), 1 wt% CMC binder aqueous solution, SBR binder aqueous dispersion (manufactured by JSR Corporation, TRD2001) In a solution of about 10 mL (milliliter).
本実施形態においては、乾燥重量比で、シリコン微細粒子等、カーボンブラック、CMCバインダー水溶液、SBRバインダー水分散液の順に、67:11:13:9、あるいは、50:25:20:5となるように配合する。また、本実施形態の1つの変形例においては、乾燥重量比で、シリコン微細粒子等、カーボンブラック、CMCバインダー水溶液、PVAバインダー水分散液の順に、50:25:20:5となるように配合する。 In this embodiment, the dry weight ratio is 67: 11: 13: 9 or 50: 25: 20: 5 in the order of silicon fine particles, carbon black, CMC binder aqueous solution, and SBR binder aqueous dispersion. Blend as follows. Moreover, in one modification of this embodiment, it mix | blends so that it may become 50: 25: 20: 5 in order of dry weight ratio, such as a silicon fine particle, carbon black, CMC binder aqueous solution, and PVA binder aqueous dispersion. To do.
次に、メノウ乳鉢を用いて混合調製したスラリーを、厚さ15μmであって約9cm(縦)×10cm(横)の銅箔の一面上に、乾燥後約30μm〜約200μmの厚みとなるように塗布した後、ホットプレート上にて大気中、80℃、約1時間の乾燥処理を行う。その後、上述の銅箔を乾燥スラリーとともに電池規格CR2032型コインセル対応の直径が11.3mmの大きさの円形に打ち抜くことにより、作用極を形成する。この作用極の重量を測定した後、グローボックス内で、120℃、6時間の真空加熱により再度乾燥処理したものを、銅箔からなる負電極512の内面に張り付けることにより、本実施形態の負極が製造される。 Next, the slurry prepared by mixing using an agate mortar is 15 μm thick and has a thickness of about 30 μm to about 200 μm after drying on one side of a copper foil of about 9 cm (length) × 10 cm (width). After the coating, a drying process is performed on the hot plate in the air at 80 ° C. for about 1 hour. Thereafter, the working electrode is formed by punching the above-described copper foil together with the dry slurry into a circle having a diameter corresponding to the battery standard CR2032 type coin cell of 11.3 mm. After measuring the weight of the working electrode, the material dried again by vacuum heating at 120 ° C. for 6 hours in the glow box is pasted on the inner surface of the negative electrode 512 made of copper foil, whereby A negative electrode is produced.
次に、正極については、ハーフセル構造のリチウムイオン電池を用いて負極材料の特性を評価するため、リチウム基板を直径13mmの円状に打ち抜いたものを、正電極516として採用した。なお、リチウムイオン電池の正極については、上述の正電極516の代わりに公知の正電極を採用することができる。 Next, as a positive electrode, a positive electrode 516 was formed by punching a lithium substrate into a circle having a diameter of 13 mm in order to evaluate the characteristics of the negative electrode material using a lithium ion battery having a half cell structure. As the positive electrode of the lithium ion battery, a known positive electrode can be used instead of the positive electrode 516 described above.
また、本実施形態のセパレータ520は、多孔質のポリプロレン・シートである。加えて、本実施形態の電解液530は、エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)を容積比で1/1で混合の溶媒(1L)中に、1モルの六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を溶解した電解液、あるいは、その電解液にフルオロエチレンカーボネート(FEC)を添加したものであって、CR2032型コインセルの内容積(約1mL)を満たす量以内の量を注入したものである。 Further, the separator 520 of the present embodiment is a porous polyprolene sheet. In addition, the electrolytic solution 530 of the present embodiment is prepared by adding 1 mol of lithium hexafluorophosphate (1 L) in a solvent (1 L) of ethylene carbonate (EC) / diethyl carbonate (DEC) mixed at a volume ratio of 1/1. An electrolytic solution in which LiPF 6 ) is dissolved, or a solution obtained by adding fluoroethylene carbonate (FEC) to the electrolytic solution, and injecting an amount within an amount that satisfies the internal volume (about 1 mL) of the CR2032 type coin cell. is there.
上述の正極材及び正極材料518、正電極516、負極材及び負極材料514、負電極512、セパレータ520及び電解液530を、CR2032型コインセルの容器510内へ配置する。その後、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で、該コインセルの外枠の正電極516と負電極512との間を絶縁した状態で、セパレータ520及び電解液530の各構成材を容器510内に密封することにより、CR2032型コインセルのリチウムイオン電池500を試作した。 The positive electrode material and positive electrode material 518, the positive electrode 516, the negative electrode material and negative electrode material 514, the negative electrode 512, the separator 520, and the electrolyte solution 530 are placed in the container 510 of the CR2032-type coin cell. Thereafter, the constituent materials of the separator 520 and the electrolytic solution 530 are sealed in the container 510 in a state where the positive electrode 516 and the negative electrode 512 of the outer frame of the coin cell are insulated in a glove box in an argon atmosphere. Thus, a lithium ion battery 500 of a CR2032-type coin cell was prototyped.
なお、本実施形態における電解液530を構成する電解溶媒の例は、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)(ポリプロレン・シート)の環状カーボネート、及び、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等の鎖状カーボネート有機溶媒の混合溶媒である。また、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)や四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)などの支持塩を前述の電解溶媒中に溶解させて使用することができる。 Examples of the electrolytic solvent constituting the electrolytic solution 530 in this embodiment are ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) (polyprolene sheet) cyclic carbonate, dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC). ) And the like. Further, a supporting salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF) or lithium tetrafluoroborate (LiBF) can be used by dissolving in the above-mentioned electrolytic solvent.
上述の構造を採用することにより、上述のシリコン微細粒子の存在、あるいは該凝集物あるいは該集合物が備える複層花弁状又は鱗片状の形状の特異性と相まって、それらが黒鉛によって囲われることにより、上述のシリコン微細粒子及び/又は該凝集物あるいは該集合物の自由度をある程度抑制することが、黒鉛と該シリコン微細粒子及び/又は黒鉛と該凝集物あるいは該集合物との協働性を高めることにつながる。その結果、この負極材料を採用することにより、充放電が繰り返されても充放電容量の変化が少ない、換言すれば充放電のサイクル特性の良いリチウムイオン電池を実現することができる。あるいは、充放電容量の増大を実現し得る。 By adopting the above-described structure, coupled with the presence of the above-mentioned silicon fine particles, or the specificity of the multi-layered petal-like or scale-like shape of the aggregate or aggregate, these are surrounded by graphite. By suppressing the degree of freedom of the silicon fine particles and / or the aggregates or aggregates to a certain extent, the cooperation between graphite and the silicon fine particles and / or graphite and the aggregates or the aggregates can be reduced. It leads to increase. As a result, by adopting this negative electrode material, it is possible to realize a lithium ion battery with little change in charge / discharge capacity even when charge / discharge is repeated, in other words, a good charge / discharge cycle characteristic. Alternatively, an increase in charge / discharge capacity can be realized.
<その他の実施形態(1)>
ところで、上述の各実施形態においては、出発材として、単結晶又は多結晶のシリコンの塊又はインゴットの切削過程において形成されるシリコンの切粉等を例示しているが、その他の形態のシリコンの切粉等を出発材とすることも採用し得る他の一態様である。具体的には、シリコンの切粉等は、半導体製品の生産過程におけるシリコンのインゴットの切削加工において必然的に形成されるものに限らず、予め選定した結晶性シリコンのインゴットを切削機で一様に又はランダムに切削して作製することも可能である。また、通常は廃棄物とされるシリコンの切粉やシリコンの研磨屑等のいわゆるシリコン廃材が、上述の各実施形態のシリコン微細粒子等の出発材となり得るが、該シリコン廃材には、ウェハの破片、廃棄ウェハ等を粉砕することによって得られる微細な屑も含まれ得る。さらに、金属性のシリコンの切粉又は金属性のシリコンの研磨屑、あるいは金属性のその他の粒子状のシリコンといった材料を出発材料として用いるシリコン微細粒子等も、採用し得る。
<Other embodiment (1)>
By the way, in each of the above-described embodiments, as a starting material, a single-crystal or polycrystalline silicon lump or silicon chips formed in the cutting process of an ingot is exemplified, but other forms of silicon It is another aspect in which chips and the like are used as a starting material. Specifically, silicon chips and the like are not necessarily formed in the cutting process of silicon ingots in the production process of semiconductor products. It is also possible to cut them randomly or randomly. Further, so-called silicon waste materials such as silicon chips and silicon polishing scraps that are normally discarded can be used as starting materials such as silicon fine particles in each of the embodiments described above. Fine debris obtained by crushing debris, waste wafers and the like may also be included. Furthermore, silicon fine particles using a material such as metallic silicon chips or metallic silicon polishing scraps, or other metallic silicon particles as a starting material may be employed.
<その他の実施形態(2)>
また、上述の各実施形態におけるn型結晶性シリコンの不純物濃度は特に限定されない。また、n型のみならず、p型の結晶性シリコンを採用することもできる。さらに、真正半導体である結晶性シリコンも、上述の各実施形態における結晶性シリコンとして採用し得る。なお、リチウムイオン電池の負極材料内における電子の移動が重視されるため、n型の不純物を含有する結晶性シリコンを用いるのがより好適である。また、上述の図7(b)に示す、C(002)面及びC(003)面の各ピーク強度が示す約1wt%〜約3wt%のグラファイトの微粒子がシリコン微細粒子等群又はシリコン微細粒子等の集合物内に含まれていることから、これらのグラファイトの一部又は全部が、負極材料の導電性の向上に寄与し得る点を付言する。
<Other embodiment (2)>
Further, the impurity concentration of the n-type crystalline silicon in each of the above embodiments is not particularly limited. Further, not only n-type but also p-type crystalline silicon can be employed. Furthermore, crystalline silicon which is a genuine semiconductor can also be employed as the crystalline silicon in each of the embodiments described above. Note that since movement of electrons in the negative electrode material of the lithium ion battery is emphasized, it is more preferable to use crystalline silicon containing an n-type impurity. Further, the graphite fine particles of about 1 wt% to about 3 wt% indicated by the peak intensities of the C (002) plane and the C (003) plane shown in FIG. 7B are silicon fine particles or the like. Therefore, it is added that a part or all of these graphites can contribute to the improvement of the conductivity of the negative electrode material.
<その他の実施形態(3)>
また、上述の各実施形態のシリコン微細粒子等及びそれを備えたリチウムイオン電池は、第2の実施形態において紹介したコインセル型式の構造への適用に限定されない。従って、コインセル型式の構造より大きな電気容量のリチウムイオン電池を備える、又は利用する各種デバイス又は装置に適用され得る。
<Other embodiment (3)>
Further, the silicon fine particles and the like of each of the above-described embodiments and the lithium ion battery including the same are not limited to application to the coin cell type structure introduced in the second embodiment. Therefore, the present invention can be applied to various devices or apparatuses including or using a lithium ion battery having a larger electric capacity than a coin cell type structure.
<その他の実施形態(4)>
また、上述の第1の実施形態における図2に示すリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置100の代替的な装置として、図9に示すリチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置200が採用されても良い。具体的には、設備の簡素化及び/又は製造コストの低減の観点から、リチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置200においては、シリコンの切削過程で形成されるシリコンの切粉等を洗浄する洗浄機10が、洗浄されたシリコンの切粉等を粉砕することによってシリコン微細粒子等2を形成する粉砕機20を兼ねている態様である。従って、図9に示す装置/方法においては、例えば、洗浄工程においては比較的大きな径のビーズを用い、粉砕工程においては比較的小さい径のビーズを用いることによって、リチウムイオン電池の負極材料として用いるシリコン微細粒子等2を得ることになる。但し、より確度高く、第1の実施形態において説明したシリコン微細粒子等2を得るためには、第1の実施形態のように、ボールミル機を用いて処理した後のビーズミル機によって、シリコン微細粒子等2を形成することが好ましい。
<Other embodiment (4)>
Moreover, as an alternative device of the negative electrode material (or negative electrode) manufacturing apparatus 100 of the lithium ion battery shown in FIG. 2 in the first embodiment, the negative electrode material (or negative electrode) of the lithium ion battery shown in FIG. The manufacturing apparatus 200 may be employed. Specifically, from the viewpoint of simplification of equipment and / or reduction of manufacturing cost, in the negative electrode material (or negative electrode) manufacturing apparatus 200 of a lithium ion battery, silicon chips formed in the cutting process of silicon, etc. This is a mode in which the washer 10 for washing is also used as the grinder 20 for forming the silicon fine particles 2 by crushing the washed silicon chips and the like. Therefore, in the apparatus / method shown in FIG. 9, for example, beads having a relatively large diameter are used in the cleaning process, and beads having a relatively small diameter are used in the pulverization process, so that the negative electrode material of the lithium ion battery is used. Silicon fine particles 2 are obtained. However, in order to obtain the silicon fine particles 2 described in the first embodiment with higher accuracy, the silicon fine particles are processed by a bead mill machine after processing using a ball mill machine as in the first embodiment. Etc. 2 is preferably formed.
<その他の実施形態(5)>
また、本願発明者らの分析によれば、第2の実施形態における電解液530に添加されたフルオロエチレンカーボネート(FEC)の量が、充電容量値及び放電容量値、並びに充放電サイクルの特性に影響を及ぼし得ることが明らかとなった。これは、負極材料の表面に良好な(例えば、低抵抗及び/又は薄い)SEI(solid electrolyte interface)を形成するためである。
<Other embodiment (5)>
In addition, according to the analysis of the inventors of the present application, the amount of fluoroethylene carbonate (FEC) added to the electrolyte solution 530 in the second embodiment depends on the charge capacity value, the discharge capacity value, and the charge / discharge cycle characteristics. It became clear that it could have an impact. This is to form a good (eg, low resistance and / or thin) solid electrolyte interface (SEI) on the surface of the negative electrode material.
上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。 The disclosure of each of the above-described embodiments is described for explaining the embodiments, and is not described for limiting the present invention. In addition, modifications within the scope of the present invention including other combinations of the embodiments are also included in the claims.
本発明のリチウムイオン電池の負極材料及びそれを備えたリチウムイオン電池は、例えば、各種の発電又は蓄電装置(家庭用小型電力貯蔵装置及び大型蓄電システムを含む)、スマートフォン、携帯情報端末、携帯電子機器(携帯電話、携帯用音楽プレイヤー、ノート型パソコン、デジタルカメラ・ビデオ)、電気自動車、ハイブリッド電気自動車(HEV)又はプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)、モーターを電力源とする自動二輪車、モーターを電力源とする自動三輪車、その他の輸送機械又は車両等を含む多種のデバイスないし装置に対して適することができる。 The negative electrode material of the lithium ion battery and the lithium ion battery including the same of the present invention include, for example, various power generation or power storage devices (including small household power storage devices and large power storage systems), smartphones, portable information terminals, and portable electronics. Equipment (cell phones, portable music players, notebook computers, digital cameras / videos), electric vehicles, hybrid electric vehicles (HEV) or plug-in hybrid electric vehicles (PHEV), motorcycles powered by motors, motors The present invention can be applied to various devices or apparatuses including a motor tricycle as a power source, other transport machines or vehicles.
1 切粉等
2 シリコン微細粒子等
10 洗浄機(洗浄兼予備粉砕機)
11 ボール
13a ポット
13b 蓋
15 回転体
20 粉砕機
21 導入口
22 処理室
24 排出口
25 フィルタ
40 ロータリーエバポレータ
50 酸化膜除去槽
55 フッ化水素酸又はフッ化アンモニウム水溶液
57 撹拌器
58 遠心分離機
60 被覆形成部
70 複合体形成部
80 混合部
100 リチウムイオン電池の負極材料(又は負極)の製造装置
500 リチウムイオン電池
510 容器
512 負電極
514 負極材及び負極材料
516 正電極
518 正極材及び正極材料
520 セパレータ
530 電解液
540 電源
550 抵抗
1 Chips, etc. 2 Silicon fine particles, etc. 10 Washing machine (cleaning and preliminary grinding machine)
11 Ball 13a Pot 13b Lid 15 Rotating body 20 Crusher 21 Inlet 22 Processing chamber 24 Discharge 25 Filter 40 Rotary evaporator 50 Oxide film removal tank 55 Hydrofluoric acid or ammonium fluoride aqueous solution 57 Stirrer 58 Centrifugal separator 60 Coating Formation unit 70 Complex formation unit 80 Mixing unit 100 Negative electrode material (or negative electrode) manufacturing apparatus for lithium ion battery 500 Lithium ion battery 510 Container 512 Negative electrode 514 Negative electrode material and negative electrode material 516 Positive electrode 518 Positive electrode material and positive electrode material 520 Separator 530 Electrolytic solution 540 Power supply 550 Resistance
Claims (23)
黒鉛が、前記シリコン微細粒子及び/又は前記凝集物あるいは前記集合物の少なくとも一部を囲う、
リチウムイオン電池の負極材料。 Silicon fine particles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less and / or an aggregate or aggregate of the silicon fine particles, wherein the aggregate is in a state of being folded at least in a multi-layer petal shape or a scale shape Or comprising the aggregate, and the graphite surrounds at least a part of the silicon fine particles and / or the aggregate or the aggregate,
A negative electrode material for lithium ion batteries.
請求項1に記載のリチウムイオン電池の負極材料。 At least a part of the surface of the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates is covered with carbon;
The negative electrode material of the lithium ion battery according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン電池の負極材料。 3. The negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 1, wherein the mode diameter and the median diameter include the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates having a volume distribution of 20 nm or less.
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料。 According to the X-ray diffraction measurement of the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates, the intensity of diffraction peaks attributed to Si (111) near 2θ = 28.4 ° is higher than the intensity of other diffraction peaks. large,
The negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料。 The graphite is expanded graphite;
The negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 4.
黒鉛が、前記切粉又は前記切削屑の少なくとも一部を囲う、
リチウムイオン電池の負極材料。 Including crystalline silicon chips or chips, and graphite surrounds at least a portion of the chips or chips;
A negative electrode material for lithium ion batteries.
請求項6に記載のリチウムイオン電池の負極材料。 At least a part of the surface of the chip or the cutting waste was covered with carbon,
The negative electrode material of the lithium ion battery according to claim 6.
リチウムイオン電池。 A negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 7,
Lithium ion battery.
黒鉛が、前記シリコン微細粒子及び/又は前記凝集物あるいは前記集合物の少なくとも一部を囲うことによって、前記黒鉛と前記シリコン微細粒子とを含む、あるいは前記黒鉛と前記凝集物あるいは前記集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成部と、を備える、
リチウムイオン電池の負極材料の製造装置。 By crushing crystalline silicon, silicon fine particles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less and / or an aggregate or aggregate of the silicon fine particles, at least in a multi-layer petal shape or scale shape A pulverized portion that forms the aggregate or the aggregate in a state of being folded on,
The graphite contains the graphite and the silicon fine particles by surrounding at least a part of the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates, or the graphite and the aggregates or the aggregates. A complex forming part that forms a complex including:
An apparatus for producing a negative electrode material for a lithium ion battery.
請求項10に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。 A coating forming part that forms carbon that covers at least a part of the surface of the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates;
The manufacturing apparatus of the negative electrode material of the lithium ion battery of Claim 10.
請求項10又は請求項11に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。 The crystalline silicon is chips or cutting scraps cut by a fixed abrasive wire.
The manufacturing apparatus of the negative electrode material of the lithium ion battery of Claim 10 or Claim 11.
請求項10乃至請求項12のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。 The pulverization unit includes a ball mill and a bead mill used after the ball mill.
The manufacturing apparatus of the negative electrode material of the lithium ion battery of any one of Claims 10 thru | or 12.
リチウムイオン電池の負極材料の製造装置。 Graphite forms a composite containing the graphite and the chips or the cutting scraps by surrounding at least a part of the crystalline silicon chips or cutting scraps, and a composite forming section,
An apparatus for producing a negative electrode material for a lithium ion battery.
請求項14に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。 The complex forming unit includes a bead mill.
The manufacturing apparatus of the negative electrode material of the lithium ion battery of Claim 14.
請求項14又は請求項15に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造装置。 A coating forming part that forms carbon covering at least a part of the surface of the chip or the cutting waste;
The manufacturing apparatus of the negative electrode material of the lithium ion battery of Claim 14 or Claim 15.
黒鉛が、前記シリコン微細粒子及び/又は前記凝集物あるいは前記集合物の少なくとも一部を囲うことによって、前記黒鉛と前記シリコン微細粒子とを含む、あるいは前記黒鉛と前記凝集物あるいは前記集合物とを含む複合体を形成する、複合体形成工程と、を含む、
リチウムイオン電池の負極材料の製造方法。 By crushing crystalline silicon, silicon fine particles having a volume distribution with a mode diameter and a median diameter of 30 nm or less and / or an aggregate or aggregate of the silicon fine particles, at least in a multi-layer petal shape or scale shape Crushing step to form the aggregate or aggregate in a state of being folded on,
The graphite contains the graphite and the silicon fine particles by surrounding at least a part of the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates, or the graphite and the aggregates or the aggregates. Forming a complex comprising: a complex forming step;
A method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery.
請求項17に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。 A coating forming step of forming carbon covering at least part of the surface of the silicon fine particles and / or the aggregates or the aggregates;
The manufacturing method of the negative electrode material of the lithium ion battery of Claim 17.
請求項17又は請求項18に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。 The crystalline silicon is chips or cutting scraps cut by a fixed abrasive wire.
The manufacturing method of the negative electrode material of the lithium ion battery of Claim 17 or Claim 18.
請求項17乃至請求項19のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。 In the pulverizing step, the crystalline silicon is pulverized by a bead mill after being pulverized by a ball mill, thereby forming the aggregate or the aggregate.
The method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 17 to 19.
リチウムイオン電池の負極材料の製造方法。 Including a composite forming step in which graphite forms a composite containing the graphite and the chips or the cutting waste by surrounding at least a part of the crystalline silicon chips or the cutting waste.
A method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery.
請求項21に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。 In the complex formation step, the complex is formed by a bead mill.
The manufacturing method of the negative electrode material of the lithium ion battery of Claim 21.
請求項21又は請求項22に記載のリチウムイオン電池の負極材料の製造方法。 A coating forming step of forming carbon covering at least part of the surface of the chip or the cutting waste,
The manufacturing method of the negative electrode material of the lithium ion battery of Claim 21 or Claim 22.
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