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公開番号2025102321
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023219678
出願日2023-12-26
発明の名称リチウムイオン電池用負極材料粉末
出願人大同特殊鋼株式会社
代理人個人
主分類H01M 4/38 20060101AFI20250701BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】着火しづらく、安全性に優れ、かつ良好な耐水性も有するリチウムイオン電池用負極材料粉末を提供する。
【解決手段】Si含有造粒体を含む負極材料粉末であって、前記Si含有造粒体はSi系粉末及び炭素材料を含み、前記Si系粉末はSi相とSiX化合物相とを含む一次粒子であり、前記SiX化合物相は、Siと元素Xとを含み、前記元素Xは、Fe、Co、Cr、Mn、Ni、Zr、Ti、B、及びPからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、前記Si系粉末の平均一次粒子径は0.1μm以上であり、前記Si含有造粒体の平均二次粒子径は2μm以上であり、前記Si系粉末は、表面が前記炭素材料で被覆され、かつ、前記炭素材料で結合されており、前記Si系粉末の、式{58.1×平均一次粒子径(μm)+5.6×炭素量(質量%)}で表される炭素被覆パラメータAは15超である、リチウムイオン電池用負極材料粉末。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
Ｓｉ含有造粒体を含む負極材料粉末であって、
前記Ｓｉ含有造粒体はＳｉ系粉末及び炭素材料を含み、
前記Ｓｉ系粉末はＳｉ相とＳｉＸ化合物相とを含む一次粒子であり、
前記ＳｉＸ化合物相は、Ｓｉと元素Ｘとを含み、
前記元素Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂ、及びＰからなる群より選ばれる少なくとも１種であり、
前記Ｓｉ系粉末の平均一次粒子径は０．１μｍ以上であり、
前記Ｓｉ含有造粒体の平均二次粒子径は２μｍ以上であり、
前記Ｓｉ系粉末は、表面が前記炭素材料で被覆され、かつ、前記炭素材料で結合されており、
前記Ｓｉ系粉末の、下記式で表される炭素被覆パラメータＡは１５超である、リチウムイオン電池用負極材料粉末。
炭素被覆パラメータＡ＝５８．１×平均一次粒子径（μｍ）＋５．６×炭素量（質量％）
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
前記Ｓｉ含有造粒体におけるＳｉＣの含有割合は１５％未満である、請求項１に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
【請求項３】
前記炭素被覆パラメータＡは４８超である、請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
【請求項４】
前記Ｓｉ系粉末の平均一次粒子径は５．０μｍ以下である、請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
【請求項５】
前記Ｓｉ含有造粒体の平均二次粒子径は２０μｍ以下である、請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
【請求項６】
前記Ｓｉ含有造粒体のアスペクト比は１．０～１．８である、請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
【請求項７】
前記Ｓｉ系粉末は、さらにＳｎＣｕ化合物相、及びＡｌＣｕ化合物相からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む一次粒子であり、
前記ＳｎＣｕ化合物相は、ＳｎとＣｕとを含み、
前記ＡｌＣｕ化合物相は、ＡｌとＣｕとを含み、
前記Ｓｉ系粉末における前記Ｓｉ相の含有割合は３０質量％以上である、請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
【請求項８】
前記Ｓｉ系粉末における、前記ＳｎＣｕ化合物相及び前記ＡｌＣｕ化合物相の合計の含有割合は０．１～１５質量％である、請求項７に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明はリチウムイオン電池用負極材料粉末に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は高容量、高電圧で小型化が可能である利点を有し、携帯電話やノートパソコン等の電源として広く用いられている。また近年、電気自動車やハイブリッド自動車等のパワー用途の電源として大きな期待を集め、その開発が活発に進められている。
【０００３】
このリチウムイオン電池では、正極と負極との間でリチウムイオン（以下Ｌｉイオンとする）が移動して充電と放電とが行われ、負極側では充電時に負極活物質中にＬｉイオンが吸蔵され、放電時には負極活物質からＬｉイオンが放出される。
【０００４】
上記のうち、負極活物質として黒鉛が広く使用されていたが、その理論容量は３７２ｍＡｈ／ｇに過ぎず、より一層の高容量化が望まれていた。
そこで、リチウムイオン電池用負極活物質として、黒鉛の約１０倍もの容量を発揮するＳｉが提案されている。
しかしながら、Ｓｉは充放電を繰り返した際のサイクル特性に課題があった。
【０００５】
これに対し、特許文献１には、熱ＣＶＤ（ｔｈｅｒｍａｌｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ケイ素材料の周囲に、空隙を隔てて炭素材料が形成された電池用負極材料が開示されている。また、特許文献２には、ケイ素酸化物粒子の表面の一部又は全部に炭素を有するリチウム二次電池用負極材料が開示されている。さらに、特許文献３には、酸化ケイ素の周囲が炭素材粒子に包囲された炭素材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６９７８９４７号公報
特許第６６１５４３１号公報
特許第５５１６５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１～３のいずれの場合も、所望する負極材料又は炭素材を得るにあたり、その製造工程上、活物質であるＳｉＯｘで表される酸化ケイ素の表面に炭素を被覆している。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記特許文献１～３のいずれの場合も、Ｓｉ系粉末が比較的低温で着火しやすく、さらに、水分と反応して水素（Ｈ
２
）を発生しやすいことが分かった。
【０００８】
そこで本発明は、着火しづらく安全性に優れ、かつ良好な耐水性も有するリチウムイオン電池用負極材料粉末の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題に対し、本発明者らが鋭意検討を行った結果、Ｓｉ相及びＳｉＸ化合物相を含む一次粒子であるＳｉ系粉末そのものを炭素材料で被覆し、かつ、その平均一次粒子径や被覆の程度を調整し、特定のパラメータを満たすことで、着火しづらく良好な安全性を実現しつつ、さらには水分との反応による水素発生量の少ない良好な耐水性を実現できることが分かり、本発明を完成するに至った。
そしてさらに検討を進めた結果、上記パラメータは、サイクル特性にも関係することが分かった。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨は下記の通りである。
［１］Ｓｉ含有造粒体を含む負極材料粉末であって、
前記Ｓｉ含有造粒体はＳｉ系粉末及び炭素材料を含み、
前記Ｓｉ系粉末はＳｉ相とＳｉＸ化合物相とを含む一次粒子であり、
前記ＳｉＸ化合物相は、Ｓｉと元素Ｘとを含み、
前記元素Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂ、及びＰからなる群より選ばれる少なくとも１種であり、
前記Ｓｉ系粉末の平均一次粒子径は０．１μｍ以上であり、
前記Ｓｉ含有造粒体の平均二次粒子径は２μｍ以上であり、
前記Ｓｉ系粉末は、表面が前記炭素材料で被覆され、かつ、前記炭素材料で結合されており、
前記Ｓｉ系粉末の、下記式で表される炭素被覆パラメータＡは１５超である、リチウムイオン電池用負極材料粉末。
炭素被覆パラメータＡ＝５８．１×平均一次粒子径（μｍ）＋５．６×炭素量（質量％）
［２］前記Ｓｉ含有造粒体におけるＳｉＣの含有割合は１５％未満である、前記［１］に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
［３］前記炭素被覆パラメータＡは４８超である、前記［１］又は［２］に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
［４］前記Ｓｉ系粉末の平均一次粒子径は５．０μｍ以下である、前記［１］～［３］のいずれか１に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
［５］前記Ｓｉ含有造粒体の平均二次粒子径は２０μｍ以下である、前記［１］～［４］のいずれか１に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
［６］前記Ｓｉ含有造粒体のアスペクト比は１．０～１．８である、前記［１］～［５］のいずれか１に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
［７］前記Ｓｉ系粉末は、さらにＳｎＣｕ化合物相、及びＡｌＣｕ化合物相からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む一次粒子であり、
前記ＳｎＣｕ化合物相は、ＳｎとＣｕとを含み、
前記ＡｌＣｕ化合物相は、ＡｌとＣｕとを含み、
前記Ｓｉ系粉末における前記Ｓｉ相の含有割合は３０質量％以上である、前記［１］～［６］のいずれか１に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
［８］前記Ｓｉ系粉末における、前記ＳｎＣｕ化合物相及び前記ＡｌＣｕ化合物相の合計の含有割合は０．１～１５質量％である、前記［７］に記載のリチウムイオン電池用負極材料粉末。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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