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公開番号2025029968
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023134904
出願日2023-08-22
発明の名称シリコン粒子
出願人国立大学法人大阪大学,竹内電機株式会社,島根県
代理人弁理士法人ドライト国際特許事務所
主分類C01B 33/02 20060101AFI20250228BHJP(無機化学)
要約【課題】表面の酸化が抑制されたシリコン粒子を提供する。
【解決手段】シリコン粒子1は、シリコンのコア2と、シリコン酸化膜の表面層3とを有するシリコン粒子であって、前記シリコン酸化膜は、XPS法により測定した、Si-O4配位(Si⁴)ピーク面積の、Si-O1配位(Si¹)ピーク面積、Si-O2配位(Si²)ピーク面積、Si-O3配位(Si³)ピーク面積、およびSi-O4配位(Si⁴)ピーク面積の合計に対する比率が、0.2以下である。また、シリコン粒子1は、シリコンのコア2と、シリコン酸化膜の表面層3とを有するシリコン粒子であって、前記シリコン酸化膜は、0<y≦1.1のSiOyである。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
シリコンのコアと、シリコン酸化膜の表面層とを有するシリコン粒子であって、
前記シリコン酸化膜は、ＸＰＳ法により測定した、Ｓｉ－Ｏ４配位（Ｓｉ
４
）ピーク面積の、Ｓｉ－Ｏ１配位（Ｓｉ
１
）ピーク面積、Ｓｉ－Ｏ２配位（Ｓｉ
２
）ピーク面積、Ｓｉ－Ｏ３配位（Ｓｉ
３
）ピーク面積、およびＳｉ－Ｏ４配位（Ｓｉ
４
）ピーク面積の合計に対する比率が、０．２以下である
シリコン粒子。
続きを表示（約 430 文字）【請求項２】
シリコンのコアと、シリコン酸化膜の表面層とを有するシリコン粒子であって、
前記シリコン酸化膜は、０＜ｙ≦１．１のＳｉＯｙである
シリコン粒子。
【請求項３】
前記シリコン酸化膜は、ＸＰＳ法により測定した、Ｓｉ－Ｏ４配位（Ｓｉ
４
）ピーク面積の、Ｓｉ－Ｏ１配位（Ｓｉ
１
）ピーク面積、Ｓｉ－Ｏ２配位（Ｓｉ
２
）ピーク面積、Ｓｉ－Ｏ３配位（Ｓｉ
３
）ピーク面積、およびＳｉ－Ｏ４配位（Ｓｉ
４
）ピーク面積の合計に対する比率が、０．１以下である
請求項１または２に記載のシリコン粒子。
【請求項４】
平均粒径が１５０ｎｍ以下である
請求項１または２に記載のシリコン粒子。
【請求項５】
前記表面層の厚さが１．０ｎｍ以下である
請求項１または２に記載のシリコン粒子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン粒子に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
シリコン（Ｓｉ）粒子は、電池、電子デバイス、センサ、バイオや医療、半導体等の様々な分野で用いられている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、軽量かつ高容量であるため、携帯電話等の電子機器用電源に広く使用されている。またハイブリッド自動車や、電気自動車に搭載される電源としても有力な候補になっている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池の負極材料として、従来、黒鉛が一般的に使用されているが、高容量化に限界があった。そこで、理論容量が黒鉛の１０倍以上であるＳｉを負極活物質に適用することにより、リチウムイオン二次電池の高容量化を図ることが期待されている。
【０００５】
Ｓｉからなる負極活物質を用いた場合には、活物質に対して反応するリチウムイオンの量が多いため、高容量化が実現できる一方、充放電時の体積変化が大きい。体積変化により、負極活物質の割れ等が生じることがあり、結果として、リチウムイオン二次電池のサイクル特性の低下を招く。この問題に対する有効な解決策として、Ｓｉ粒子のナノサイズ化の技術が提案されている。
【０００６】
高エネルギー密度の二次電池の負極材料としてＳｉナノ粒子が注目されているが、粒子サイズが小さくなるとともに比表面積が大きくなり、表面が酸化し易くなる。Ｓｉナノ粒子における含有酸素量が大きいほど、充放電により、酸化シリコンとリチウムとの反応により不可逆相であるＬｉ
２
Ｏ相が生成され、容量が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
非特許文献１には、スパッタリングによりｘを０．１から０．４まで変化させたＳｉ
１－ｘ
Ｏ
ｘ
を作製し、可逆・不可逆容量等の電気化学特性の酸素含有量依存性を調査した結果が示されており、酸素含有量が大きくなるほど、可逆容量が小さくなることが報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
Z. Zhang et al. Energy Environ. Sci. 11, 1945 (2018)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、表面の酸化が抑制された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】
【００１０】
本発明に係るシリコン粒子は、シリコンのコアと、シリコン酸化膜の表面層とを有するシリコン粒子であって、前記シリコン酸化膜は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ；X-ray photoelectron spectroscopy）により測定した、Ｓｉ－Ｏ４配位（Ｓｉ
４
）ピーク面積の、Ｓｉ－Ｏ１配位（Ｓｉ
１
）ピーク面積、Ｓｉ－Ｏ２配位（Ｓｉ
２
）ピーク面積、Ｓｉ－Ｏ３配位（Ｓｉ
３
）ピーク面積、およびＳｉ－Ｏ４配位（Ｓｉ
４
）ピーク面積の合計に対する比率が、０．２以下である。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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