特許ウォッチ

公開番号2025132329
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-10
出願番号2024029802
出願日2024-02-29
発明の名称Na-Si合金の製造方法及びシリコンクラスレートIIを含む負極活物質の製造方法
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C01B 33/06 20060101AFI20250903BHJP(無機化学)
要約【課題】製造効率に優れつつ結晶性の高いNa-Si合金が得られるNa-Si合金の製造方法を提供すること。
【解決手段】本開示の一側面に係るNa-Si合金の製造方法は、粉末状のSi材料の存在下で金属ナトリウムを粉砕することで、金属ナトリウムの粉砕物及び粉末状のSi材料の混合物を得る粉砕混合工程と、混合物を第一温度に加熱することでNa-Si合金を得る合金化工程と、を備え、粉砕混合工程において、混合物の表面におけるナトリウム元素の原子数(at1)とケイ素元素の原子数(at2)との表面元素比率(at1/at2)が、5/95未満となるまで金属ナトリウムを粉砕する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
粉末状のＳｉ材料の存在下で金属ナトリウムを粉砕することで、前記金属ナトリウムの粉砕物及び前記粉末状のＳｉ材料の混合物を得る粉砕混合工程と、
前記混合物を第一温度に加熱することでＮａ－Ｓｉ合金を得る合金化工程と、
を備え、
前記粉砕混合工程において、前記混合物の表面におけるナトリウム元素の原子数（ａｔ１）とケイ素元素の原子数（ａｔ２）との表面元素比率（ａｔ１／ａｔ２）が、５／９５未満となるまで前記金属ナトリウムを粉砕する、Ｎａ－Ｓｉ合金の製造方法。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
前記第一温度が、２８０℃以上４００℃以下である、請求項１に記載のＮａ－Ｓｉ合金の製造方法。
【請求項３】
前記第一温度が、２８０℃以上３６０℃以下である、請求項１に記載のＮａ－Ｓｉ合金の製造方法。
【請求項４】
請求項１～３のいずれか一項に記載のＮａ－Ｓｉ合金の製造方法によりＮａ－Ｓｉ合金を得る工程を備える、シリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法であって、
前記粉砕混合工程後、前記混合物と、Ｎａゲッター剤とを同一の容器内に収容する収容工程を備え、
前記合金化工程後、前記Ｎａ－Ｓｉ合金を前記容器内に収容したまま、前記容器内を減圧するとともに、前記容器内を第二温度に加熱することで、前記Ｎａ－Ｓｉ合金から気化したＮａを前記Ｎａゲッター剤と反応させてシリコンクラスレートＩＩを生成するシリコンクラスレート生成工程を備える、シリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法。
【請求項５】
前記収容工程では、前記容器内の前記混合物を保持する第一収容部において、前記混合物が層状に配置され、
層状に配置された前記混合物の層厚みが、１０ｍｍ以下である、請求項４に記載のシリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法。
【請求項６】
前記収容工程では、前記容器内において、前記混合物を保持する複数の第一収容部と前記Ｎａゲッター剤を保持する複数の第二収容部とが、第一方向に交互に配置される、請求項４に記載のシリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、Ｎａ－Ｓｉ合金の製造方法及びシリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
クラスレート化合物は、ホスト原子によって形成される三次元の籠状構造の中にゲスト原子が内包された化合物である。ホスト原子がシリコンであるシリコンクラスレートとして、例えば、Ｓｉ原子の１２面体とＳｉ原子の１６面体とが面を共有してなる立方晶構造内にゲスト原子であるナトリウムが内包された、ＩＩ型のシリコンクラスレート（所謂、シリコンクラスレートＩＩ）が知られている。
【０００３】
シリコンクラスレートＩＩは、加熱処理により、その籠状構造を維持したまま内包するナトリウムを離脱させることができるため、二次電池の負極活物質としての活用が検討されている。
【０００４】
シリコンクラスレートＩＩは、Ｎａ及びＳｉを含有するＮａ－Ｓｉ合金を原料として製造される。特許文献１には、金属ナトリウム分散体と、粉末状のシリコンと、を炭化水素系分散媒中で混合してＮａ－Ｓｉ混合原料を得る混合工程と、Ｎａ－Ｓｉ混合原料をナトリウムシリサイドの融点未満の温度で加熱してナトリウムシリサイドを得る反応工程と、を具備する、負極活物質原料の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－０８３９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示の製造方法は、炭化水素系分散媒を洗浄する工程などが必要であり製造効率の点で改善の余地がある。
【０００７】
ところで、シリコンクラスレートＩＩの原料であるＮａ－Ｓｉ合金には、結晶性が高いことが求められる。結晶性の高いＮａ－Ｓｉ合金を原料として用いることで、クラスレート化の工程におけるアモルファスシリコンの生成が抑制され、シリコンクラスレートＩＩを高い収率で得ることができる。
【０００８】
本開示は、製造効率に優れつつ結晶性の高いＮａ－Ｓｉ合金が得られるＮａ－Ｓｉ合金の製造方法を提供する。また、本開示は、このようなＮａ－Ｓｉ合金の製造方法によりＮａ－Ｓｉ合金を得る工程を備える、シリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一側面は、以下のＮａ－Ｓｉ合金の製造方法及びシリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法を提供する。
［１］粉末状のＳｉ材料の存在下で金属ナトリウムを粉砕することで、金属ナトリウムの粉砕物及び粉末状のＳｉ材料の混合物を得る粉砕混合工程と、
混合物を第一温度に加熱することでＮａ－Ｓｉ合金を得る合金化工程と、
を備え、
粉砕混合工程において、混合物の表面におけるナトリウム元素の原子数（ａｔ１）とケイ素元素の原子数（ａｔ２）との表面元素比率（ａｔ１／ａｔ２）が、５／９５未満となるまで金属ナトリウムを粉砕する、Ｎａ－Ｓｉ合金の製造方法。
［２］第一温度が、２８０℃以上４００℃以下である、［１］に記載のＮａ－Ｓｉ合金の製造方法。
［３］第一温度が、２８０℃以上３６０℃以下である、［１］に記載のシリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法。
［４］［１］～［３］のいずれかに記載のＮａ－Ｓｉ合金の製造方法によりＮａ－Ｓｉ合金を得る工程を備える、シリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法であって、
粉砕混合工程後、混合物と、Ｎａゲッター剤とを同一の容器内に収容する収容工程を備え、
合金化工程後、Ｎａ－Ｓｉ合金を容器内に収容したまま、容器内を減圧するとともに、容器内を第二温度に加熱することで、Ｎａ－Ｓｉ合金から気化したＮａをＮａゲッター剤と反応させてシリコンクラスレートＩＩを生成するシリコンクラスレート生成工程を備える、シリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法。
［５］収容工程では、容器内の混合物を保持する第一収容部において、混合物が層状に配置され、
層状に配置された混合物の層厚みが、１０ｍｍ以下である、［４］に記載のシリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法。
［６］収容工程では、容器内において、混合物を保持する複数の第一収容部とＮａゲッター剤を保持する複数の第二収容部とが、第一方向に交互に配置される、［４］又は［５］に記載のシリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、製造効率に優れつつ結晶性の高いＮａ－Ｓｉ合金が得られるＮａ－Ｓｉ合金の製造方法が提供される。また、本開示によれば、このようなＮａ－Ｓｉ合金の製造方法によりＮａ－Ｓｉ合金を得る工程を備える、シリコンクラスレートＩＩを含む負極活物質の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許