特許ウォッチ

公開番号2025009698
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023193295
出願日2023-11-13
発明の名称バッテリー用シリコンナノ粒子およびシリコンドープ電極材料の製造方法
出願人南亞塑膠工業股分有限公司,NAN YA PLASTICS CORPORATION
代理人個人
主分類H01M 4/38 20060101AFI20250109BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】バッテリー用シリコンナノ粒子およびシリコンドープ電極材料の製造方法を提供する。
【解決手段】バッテリー用シリコンナノ粒子の製造方法は、以下のステップを含む。分散剤と溶媒を混合して、分散液を形成する。そして、分散液、粉砕媒体、およびシリコン原料を粉砕機に添加する。粉砕プロセスを行って、平均粒子サイズが200nm未満のシリコンナノ粒子を形成する。次に、シリコンナノ粒子を含むシリコン分散液を取り出す。その後、シリコン分散液にアルカリ溶液を添加して、バッテリー用シリコンナノ粒子を形成する。バッテリー用シリコンナノ粒子の各表面層は、シリコン酸化層である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
分散剤と溶媒を混合して、分散液を形成することと、
前記分散液、粉砕媒体、およびシリコン原料を粉砕機に添加することと、
粉砕プロセスを実行して、平均粒子サイズが２００ｎｍ未満のシリコンナノ粒子を形成することと、
前記シリコンナノ粒子を含むシリコン分散液を取り出すことと、
前記シリコン分散液にアルカリ溶液を添加して、バッテリー用シリコンナノ粒子を形成することと、
を含み、前記バッテリー用シリコンナノ粒子の各表面層が、シリコン酸化層であるバッテリー用シリコンナノ粒子の製造方法。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
前記シリコン原料が、リサイクルされたシリコン材料である請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記分散剤が、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、トリエチルヘキシルリン酸、ラウリル硫酸ナトリウム、メチルペンタノール、セルロース誘導体、ポリアクリルアミド、およびポリエチレングリコール脂肪酸から選ばれる少なくとも１つである請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記溶媒が、水、アルコール溶媒、またはケトン溶媒である請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記粉砕機に添加される前記分散剤の添加量が、前記シリコン原料の添加量１００重量部に対し、１０～５０重量部である請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記粉砕媒体の形状が、球状であり、前記粉砕媒体が、１００～５００ｎｍの平均粒子径を有する請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記粉砕媒体の添加量が、前記シリコン原料の添加量１００重量部に対し、１００～５００重量部である請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記アルカリ溶液が、水酸化リチウム溶液、水酸化ナトリウム溶液、または水酸化カリウム溶液である請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
前記アルカリ溶液の添加量が、前記シリコンナノ粒子の添加量１００重量部に対し、０．１～５重量部である請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記粉砕プロセスが、湿式ボールミル法であり、前記粉砕プロセスの粉砕時間が、２～６時間である請求項１に記載の製造方法。
（【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、電極材料の製造方法に関連するものであり、特に、バッテリー用シリコンナノ粒子およびシリコンドープ電極材料の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
現在、商用リチウムイオンバッテリーの負極材料は、グラファイトが主流である。しかしながら、この材料の開発は、その理論容量である３７２ミリアンペア時／グラム（ｍＡｈ／ｇ）に近づいている。高エネルギー密度を必要とする未来の応用に対して、グラファイトが提供できるスペースは、かなり限られている。
【０００３】
最も有望な次世代の負極材料としてのシリコンベースの負極は、理論容量が高い（４２００ｍＡｈ／ｇ）という利点を有する。しかしながら、シリコンは、充電と放電の過程で激しい体積膨張を起こし、材料の粉砕およびサイクル寿命の低下を引き起こすため、シリコン単独では負極を形成することができない。シリコンは、通常、グラファイト材料と混合して、シリコンドープ炭素電極を形成する。また、バッテリーの安定性を考慮すると、シリコン含有量は、シリコンドープ炭素電極材料の総重量の約３％～５％である。
【０００４】
周知の解決方案のうち、一般的な方法は、ナノテクノロジーを使用してシリコン材料のサイズを最小化し、ナノスケールのシリコンを使用してシリコン材料の体積膨張を制御する方法である。市場に出回っているシリコン材料は、１０ｎｍ～３００ｎｍの範囲のサイズで利用可能であるが、値段が高い。さらに、ナノスケールのシリコン材料は、大きな粒子に凝集（agglomeration）しやすいため、電極の製造過程においてシリコンと他の材料を均一に混合するのが難しい。
【０００５】
したがって、体積膨張の問題を緩和し、シリコンドープ電極材料のサイクル寿命を向上させることのできるシリコン材料を生産するための既存のプロセスを改善することが、本業界において迅速に解決すべき課題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、バッテリー用シリコンナノ粒子およびシリコンドープ電極材料の製造方法を提供する。バッテリー用シリコンナノ粒子は、体積膨張を緩和できるという利点を有するため、それにより、複数回の充放電サイクルを経たシリコンドープ電極材料の容量保持率を向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明におけるバッテリー用シリコンナノ粒子の製造方法は、分散剤と溶媒を混合して、分散液を形成するステップと、分散液、粉砕媒体、およびシリコン原料を粉砕機に添加するステップと、粉砕プロセスを行って、平均粒子サイズが２００ｎｍ未満のシリコンナノ粒子を形成するステップと、シリコンナノ粒子を含むシリコン分散液を取り出すステップと、シリコン分散液にアルカリ溶液を添加して、バッテリー用シリコンナノ粒子を形成するステップとを含み、バッテリー用シリコンナノ粒子の各表面層は、シリコン酸化物層である。
【０００８】
本発明の１つの実施形態において、シリコン原料は、リサイクルされたシリコン材料である。
【０００９】
本発明の１つの実施形態において、分散剤は、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、トリエチルヘキシルリン酸、ラウリル硫酸ナトリウム、メチルペンタノール、セルロース誘導体、ポリアクリルアミド、およびポリエチレングリコール脂肪酸から選ばれる少なくとも１つである。
【００１０】
本発明の１つの実施形態において、溶媒は、水、アルコール溶媒、またはケトン溶媒である。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許