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公開番号2025008898
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023111508
出願日2023-07-06
発明の名称シリコン粒子、シリコン含有活物質、二次電池用負極活物質、負極および二次電池
出願人DIC株式会社
代理人個人
主分類C01B 33/02 20060101AFI20250109BHJP(無機化学)
要約【課題】サイクル特性に優れた二次電池の活物質に用いられるシリコン粒子を提供すること。
【解決手段】X線回折法においてロットゲーリング法にて得られた(111)面の配向度、F(111)、が0.2以上であるシリコン粒子および前記シリコン粒子を含有する活物質。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
Ｘ線回折においてロットゲーリング法にて得られた（１１１）面の配向度、Ｆ（１１１）、が０．２以上であるシリコン粒子。
続きを表示（約 610 文字）【請求項２】
ＢＥＴ比表面積が８０ｍ
２
／ｇ以上である請求項１に記載のシリコン粒子。
【請求項３】
Ｓｃｈｅｒｒｅｒ法により算出された結晶子径が５ｎｍ以上１４ｎｍ以下である請求項２に記載のシリコン粒子。
【請求項４】
請求項１に記載のシリコン粒子を含有するシリコン含有活物質。
【請求項５】
前記シリコン含有活物質のＸ線回折においてロットゲーリング法にて得られたシリコン粒子の（１１１）面の配向度、Ｆ（１１１）、が０．０３以上である請求項４に記載のシリコン含有活物質。
【請求項６】
ＢＥＴ比表面積が５０ｍ
２
／ｇ以下である請求項４または５に記載のシリコン含有活物質。
【請求項７】
体積平均粒径が２μｍ以上２０μｍ以下である請求項４または５に記載のシリコン含有活物質。
【請求項８】
前記シリコン含有活物質中のシリコンの結晶子径が４０ｎｍ以下である請求項４または５に記載のシリコン含有活物質。
【請求項９】
主成分としてシリコン、酸素、炭素を含むマトリクス相を含有する請求項４または５に記載のシリコン含有活物質。
【請求項１０】
請求項４または５に記載のシリコン含有活物質を含む二次電池用負極活物質。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン粒子および前記シリコンを含有するシリコン含有活物質に関する。また本発明は前記シリコン含有活物質を含む二次電池用負極活物質、前記二次電池用負極活物質を含む負極および前記負極を含有する二次電池に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池は、携帯機器を始め、ハイブリッド自動車や電気自動車、家庭用蓄電池などに用いられており、電気容量、安全性、作動安定性など複数の特性をバランスよく有することが要求されている。
さらに近年、各種電子機器および通信機器の小型化およびハイブリッド自動車等の急速な普及に伴い、これら機器等の駆動電源として、より高容量であり、かつサイクル特性や放電レート特性等の各種電池特性が更に向上したリチウムイオン二次電池の開発が強く求められている。
【０００３】
シリコンはその理論電気容量が大きいことから、リチウムイオン二次電池用の高容量化を目的として、負極活物質としてシリコンを用いることが検討されている。しかしながらシリコンはリチウムを吸蔵した時の体積膨張と放出した時の収縮の差が大きく、充放電を繰り返す間にシリコン粒子が破壊してしまう。その結果、シリコンを負極活物質として用いた二次電池はサイクル特性に劣る結果となった。
【０００４】
シリコンを負極活物質として用いた二次電池のサイクル特性を改良する目的で、例えば特許文献１では、特定のシリコンまたはシリコン合金として平均粒径（Ｄ５０）、平均粒径（Ｄ９０）、ＢＥＴ法によるＢＥＴ比表面積、および酸素含有量がそれぞれ特定の範囲にあるシリコンまたはシリコン合金が提案されている。
【０００５】
特許文献２では、表面状態、サイズおよび形状などが特定状態を有するシリコン粒子と、このシリコン粒子を内包する珪素系無機化合物からなり、珪素元素の特定な化学結合状態を有する負極活物質が提案されている。このような負極活物質を用いた二次電池は、充放電容量と初回クーロン効率およびサイクル特性を同時に高いレベルで発現させることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２１－１８０１２４号公報
特開２０２１－１１４４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１に記載の二次電池用活物質でも、充放電を繰り返すと粒子の破壊が発生しサイクル特性は十分ではなかった。特許文献２では、サイクル特性は改善されているものの、近年の二次電池用途の性能要求の高度化から、サイクル特性の更なる改良が要求されつつある。
したがってサイクル特性がより改良された、シリコン粒子を用いたリチウム二次電池用活物質の開発が求められている。
【０００８】
本発明者らはシリコン粒子の形状、特にシリコン粒子の結晶面に着目し、サイクル特性に優れた二次電池用活物質を検討した。その結果、リチウム二次電池のサイクル特性に優れた二次電池用活物質を与えるシリコン粒子を見出した。
即ち本発明は、サイクル特性に優れた二次電池の活物質に用いられるシリコン粒子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、下記の態様を有する。
［１］
Ｘ線回折においてロットゲーリング法にて得られた（１１１）面の配向度、Ｆ（１１１）、が０．２以上であるシリコン粒子。
［２］
ＢＥＴ比表面積が８０ｍ
２
／ｇ以上である前記［１］に記載のシリコン粒子。
［３］
Ｓｃｈｅｒｒｅｒ法により算出された結晶子径が５ｎｍ以上１４ｎｍ以下である前記［２］に記載のシリコン粒子。
【００１０】
本発明はまた下記の態様を有する。
［４］
前記［１］から［３］のいずれかに記載のシリコン粒子を含有するシリコン含有活物質。
［５］
前記シリコン含有活物質のＸ線回折においてロットゲーリング法にて得られたシリコン粒子の（１１１）面の配向度、Ｆ（１１１）、が０．０３以上である前記［４］に記載のシリコン含有活物質。
［６］
ＢＥＴ比表面積が５０ｍ
２
／ｇ以下である前記［４］または［５］に記載のシリコン含有活物質。
［７］
体積平均粒径が２μｍ以上２０μｍ以下である前記［４］から［６］のいずれかに記載のシリコン含有活物質。
［８］
前記シリコン含有活物質中のシリコンの結晶子径が４０ｎｍ以下である前記［４］から［７］のいずれかに記載のシリコン含有活物質。
［９］
主成分としてシリコン、酸素、炭素を含むマトリクス相を含有する前記［４］から［８］のいずれかに記載のシリコン含有活物質。
（【００１１】以降は省略されています）

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