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WO2014049992A1 - 非水電解質二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いた非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いた非水電解質二次電池 Download PDF

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WO2014049992A1
WO2014049992A1 PCT/JP2013/005377 JP2013005377W WO2014049992A1 WO 2014049992 A1 WO2014049992 A1 WO 2014049992A1 JP 2013005377 W JP2013005377 W JP 2013005377W WO 2014049992 A1 WO2014049992 A1 WO 2014049992A1
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WO
WIPO (PCT)
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sio
negative electrode
active material
battery
electrode active
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/005377
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English (en)
French (fr)
Inventor
博之 南
井町　直希
Original Assignee
三洋電機株式会社
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Publication date
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Application filed by 三洋電機株式会社 filed Critical 三洋電機株式会社
Priority to US14/420,732 priority Critical patent/US20150221950A1/en
Priority to JP2014538138A priority patent/JP6092885B2/ja
Priority to CN201380046892.2A priority patent/CN104603993B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode active material.
  • the silicon oxide represented by SiO X has a high specific capacity and a volume expansion coefficient when absorbing lithium during charging is smaller than that of Si, it has been studied to mix with graphite and use it as a negative electrode active material. (See Patent Document 1).
  • the nonaqueous electrolyte secondary battery using the silicon oxide represented by SiO X as the negative electrode active material has significantly higher initial charge / discharge efficiency and capacity at the beginning of the cycle than when only graphite is used as the negative electrode active material. There is a problem of lowering.
  • composite particles having a structure in which silicon oxide is dispersed in a carbon active material and silicon and a lithium silicate phase are included in the silicon oxide have been proposed (Patent Document 2). reference).
  • the negative electrode active material of the present invention includes particles made of SiO X (0.8 ⁇ X ⁇ 1.2) containing a lithium silicate phase inside, and the surface of the particles made of SiO X is 50% or more and 100% in carbon. % Or less is covered.
  • the initial charge / discharge efficiency and the cycle characteristics are dramatically improved.
  • substantially ** means “substantially equivalent” as an example, and it is intended to include not only exactly the same but also what is recognized as substantially the same.
  • the negative electrode active material of the present invention is a particle composed of SiO X (0.8 ⁇ X ⁇ 1.2) containing a lithium silicate phase inside, and the surface of the particle composed of SiO X is 50% or more and 100% of carbon. % Or less is covered.
  • the initial charge / discharge efficiency and the cycle characteristics can be improved. The reason is shown below.
  • SiO X is a fine mixture of Si and SiO 2, and the initial charge reaction when used as a negative electrode active material can be generally expressed by the following formula (1).
  • Li 4 SiO 4 is generated during the initial charge, and this Li 4 SiO 4 is an irreversible reactant. Therefore, not all Si in SiO X reacts reversibly, and the theoretical efficiency is lowered.
  • Li 4 SiO 4 is generated as an irreversible reactant as in the above formula (1), four of the 16 lithium ions are irreversible, so the theoretical efficiency is 75%. Become.
  • SiO X in which a lithium silicate phase such as Li 4 SiO 4 is formed is used as SiO X at the time of battery fabrication (before the first charge).
  • the amount of lithium taken away by the irreversible reactant during the first charge is reduced, so that the first charge / discharge efficiency can be drastically improved.
  • the volume of the SiO X particles is increased by forming a lithium silicate phase. Therefore, in the case of using SiO X as a negative electrode active material, SiO X having lithium silicate phase, the expansion during charge and discharge than SiO X having no lithium silicate phase displacement during shrinkage is small.
  • the lithium silicate phase may be composed of not only Li 4 SiO 4 but also Li 2 SiO 3 or the like, but in any case, it is electrochemically inactive. Further, the lithium silicate phase is not formed electrochemically, but is formed by a chemical reaction. For example, it can be formed by the following method.
  • a lithium compound such as LiOH, Li 2 CO 3 , LiF, or LiCl can be mixed with SiO X and heat-treated at a high temperature.
  • the reaction formula when LiOH is used as the lithium compound is shown in the following formula (2).
  • SiO 2 existing in SiO X reacts with LiOH to produce Li 4 SiO 4 .
  • the lithium silicate phase is a compound of Li, Si, and O.
  • there are Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 there are Li 2 SiO 3 and Li 2 Si 2 O 5 , and the product depends on the amount of lithium compound added and the processing method. May be different.
  • the ratio of the lithium silicate phase to the total amount of SiO X (0.8 ⁇ X ⁇ 1.2) particles is preferably 0.5 mol% or more and 25 mol% or less.
  • the proportion of the lithium silicate phase is less than 0.5 mol%, the effect of improving the initial charge / discharge efficiency is small.
  • the proportion of the lithium silicate phase exceeds 25 mol%, the amount of Si that undergoes reversible reaction decreases, and the charge / discharge capacity decreases.
  • the surface of SiO X used in the present invention is 50% or more and 100% or less, preferably 100%, of carbon.
  • SiO X surface covered 50% to 100% carbon when to form a lithium silicate phase in SiO X, it is possible to suppress the lithium compound and SiO X is direct contact, the interior of the SiO X particles This is because it is possible to uniformly react lithium with SiO X.
  • the SiO X surface is covered with carbon means that the surface of the SiO X particle is covered with a carbon film having a thickness of at least 1 nm when the particle cross section is observed by SEM. .
  • the SiO X surface is 100% coated with carbon.
  • the SiO X particle surface is covered with a carbon film having a thickness of at least 1 nm. That's what it means.
  • the thickness of the carbon coating is preferably 1 nm or more and 200 nm or less. If it is less than 1 nm, the conductivity is low and it is difficult to coat uniformly. On the other hand, if it exceeds 200 nm, the carbon coating inhibits lithium diffusion, so that lithium does not reach SiO X sufficiently and the capacity is greatly reduced. Further, in the case of carbon coating, the ratio of carbon to SiO X is desirably 10% by mass or less.
  • the average primary particle diameter of SiO X used in the present invention is preferably 1 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the average primary particle diameter of SiO X is less than 1 ⁇ m, the particle surface area becomes too large, the amount of reaction with the electrolytic solution increases, and the capacity may decrease. Further, the amount of expansion and contraction of SiO X is small, and the influence on the negative electrode mixture layer is small. Therefore, even if a lithium silicate phase is not formed in advance in SiO X , separation between the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector hardly occurs and the cycle characteristics do not deteriorate so much.
  • the average primary particle diameter of SiO X exceeds 15 ⁇ m, lithium may not diffuse into the inside of SiO X during the formation of the lithium silicate phase, and the lithium silicate phase may be formed only on the SiO X surface. . Since the lithium silicate phase is insulative, when such a structure is used, lithium diffusion is hindered, and lithium cannot be diffused to the vicinity of the center of SiO during charge / discharge, which may result in a decrease in capacity and load characteristics. Therefore, the average primary particle diameter of SiO X is preferably 1 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, and particularly preferably 4 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. In addition, the average primary particle diameter (D 50 ) of SiO X is the cumulative 50 volume% diameter in the particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method.
  • SiO X used in the present invention may be used alone as a negative electrode active material, or may be used by mixing with a carbon-based active material such as graphite or hard carbon. Since the specific capacity of SiO X is higher than that of the carbon-based active material, the capacity can be increased as the addition amount increases. However, SiO X has a larger expansion / contraction rate at the time of charge / discharge than the carbon-based active material, and if the ratio is too large, peeling at the interface between the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector, or the negative electrode active material Since the conductive contact between the particles is reduced, the cycle characteristics may be significantly reduced.
  • the ratio of SiO X to the total amount of the negative electrode active material is preferably 20% by mass or less.
  • the proportion of SiO X is too small, the merit of increasing the capacity by adding SiO X is reduced, so the proportion of SiO X with respect to the total amount of the negative electrode active material is preferably 1% by mass or more.
  • the positive electrode and the non-aqueous electrolyte can be used without any particular limitation as long as they are used for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • the positive electrode active material include lithium complex oxide containing lithium cobaltate, nickel or manganese, olivine type lithium phosphate represented by lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), and the like.
  • the lithium composite oxide containing nickel or manganese include lithium composite oxides such as Ni—Co—Mn, Ni—Mn—Al, and Ni—Co—Al. These positive electrode active materials may be used alone or in combination.
  • the positive electrode active material contains an oxide containing lithium and a metal element M
  • the metal element M contains at least one selected from the group containing cobalt and nickel
  • the ratio x / M C to the amount M C of the metal element M contained in the oxides of the above for example, preferably greater than 1.01, more preferably greater than 1.03. If the ratio x / M C is within the above range, so that the proportion of lithium ions supplied to the battery is quite large. That is, it is advantageous in terms of compensation for irreversible capacity.
  • the ratio x / M C for example, when the anode active material is a mixture of a SiO X and the carbon-based active material containing lithium silicate phase therein, the proportion of SiO X such with respect to the total amount of the anode active material, fluctuate.
  • the ratio x / M C is the amount M C of the metal element M contained in the lithium content x and the positive electrode active material contained in the positive electrode and the negative electrode, were quantified, respectively, dividing the amount of x in an amount M C of the metal element M This can be calculated.
  • the amount M C of lithium content x and the metal element M can be quantified as follows. First, the battery is completely discharged and then decomposed to remove the nonaqueous electrolyte, and the inside of the battery is washed with a solvent such as dimethyl carbonate. Next, the positive electrode and the negative electrode are respectively collected by a predetermined mass, and the amount of lithium (molar amount) x is determined by quantifying the amount of lithium contained in the positive electrode and the negative electrode by ICP analysis. Also, as in the case of the amount of lithium in the positive electrode, the amount of metal element M contained in the positive electrode (molar amount) determined by the M C ICP analysis.
  • the solvent and solute of the nonaqueous electrolyte solution are not particularly limited as long as they can be used for the nonaqueous electrolyte secondary battery.
  • lithium salt having the oxalato complex as an anion examples include LiBOB [lithium-bisoxalate borate] and a lithium salt having an anion in which C 2 O 4 2 ⁇ is coordinated to the central atom, for example, Li [M (C 2 O 4 ) x R y ] (wherein M is a transition metal, an element selected from groups IIIb, IVb, and Vb of the periodic table, R is selected from a halogen, an alkyl group, and a halogen-substituted alkyl group) Group, x is a positive integer, and y is 0 or a positive integer).
  • M is a transition metal, an element selected from groups IIIb, IVb, and Vb of the periodic table
  • R is selected from a halogen, an alkyl group, and a halogen-substituted alkyl group
  • x is a positive integer
  • y is 0 or a positive integer
  • Li [B (C 2 O 4 ) F 2 ] Li [P (C 2 O 4 ) F 4 ] Li [P (C 2 O 4 ) 2 F 2 ]
  • LiBOB it is most preferable to use LiBOB in order to form a stable film on the surface of the negative electrode even in a high temperature environment.
  • the said solute may be used not only independently but in mixture of 2 or more types.
  • the concentration of the solute is not particularly limited, but is preferably 0.8 to 1.8 mol per liter of the electrolyte.
  • the concentration of the solute is desirably 1.0 to 1.6 mol per liter of the electrolyte.
  • carbonate solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, ⁇ -butyl lactone, diethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, and a part of hydrogen in these solvents are F.
  • Substituted carbonate solvents are preferably used.
  • the solvent it is preferable to use a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate.
  • the difference from the invention described in Patent Document 2 is as follows. (1) As described above, also in the present invention, the surface of SiO X is coated with carbon. Accordingly, not only the invention described in Patent Document 2 but also the present invention includes carbon in the SiO X particles. However, in the invention described in Patent Document 2, carbon exists up to the inside of the particle, whereas in the present invention, carbon exists only on the surface of the particle. In relation to this, the proportion of carbon in the particles is about 10% by mass or less and extremely low in the present invention, whereas in the invention described in Patent Document 2, it is about 50% by mass or more. It is extremely numerous.
  • the coating was performed using a CVD method, the ratio of carbon to SiO X was 10 mass%, and the carbon coverage on the SiO X surface was 100%.
  • 1 mol of SiO X and 0.2 mol of LiOH were mixed in a powder state (the ratio of LiOH to SiO X is 20 mol%), and LiOH was adhered to the surface of SiO X.
  • heat treatment was performed in an Ar atmosphere at 800 ° C. for 10 hours to produce SiO X in which a lithium silicate phase was formed.
  • the carbon coverage on the SiO X surface was confirmed by the following method. Using an ion milling device (ex. IM4000) manufactured by Hitachi High-Tech, the cross section of the negative electrode active material particles was exposed, and the particle cross section was confirmed by SEM and a backscattered electron image. The interface between the carbon coating layer in the particle cross section and SiO X was specified from the reflected electron image. Then, the ratio of the carbon film having a film thickness of 1 nm or more on the surface of each SiO X particle was calculated from the ratio of the sum of the interface lengths of the carbon film having a film thickness of 1 nm or more and SiO X to the outer peripheral length of SiO X in the particle cross section. . The average value of the ratio of the carbon coating of 30 SiO X particles was defined as the carbon coverage.
  • SiO X having the lithium silicate phase formed thereon and PAN (polyacrylonitrile) as a binder are mixed at a mass ratio of 95: 5, and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone as a diluent solvent is further mixed. ) was added.
  • the negative electrode mixture slurry was applied on one surface of a copper foil such that the mass per lm 2 of the negative electrode mixture layer was 25 g / m 2 . Next, this was dried at 105 ° C. in the atmosphere and rolled to prepare a negative electrode.
  • the filling density of the negative electrode mixture layer was 1.50 g / ml.
  • an electrode body was produced using the above negative electrode with a Ni tab attached to the outer periphery, a lithium metal foil, and a polyethylene separator disposed between the negative electrode and the lithium metal foil.
  • This electrode body was put into a battery casing made of an aluminum laminate, and a non-aqueous electrolyte was injected into the battery casing, and then the battery casing was sealed to produce a battery.
  • the battery thus produced is hereinafter referred to as battery A1.
  • Example 2 When mixing and heat-treating the lithium source and SiO X , Li 2 CO 3 was used instead of LiOH as the lithium source (the ratio of Li 2 CO 3 to SiO X was 10 mol%), A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 of the first example. Incidentally, the SiO X after heat treatment, was analyzed by XRD, the peak of the Li 4 SiO 4 and Li 2 SiO 3 is a lithium silicate was confirmed. Moreover, the ratio of the lithium silicate phase in SiO X after the heat treatment was 5 mol%. The battery thus produced is hereinafter referred to as battery A2.
  • Example 4 When mixing and heat-treating the lithium source and SiO X , LiCl was used instead of LiOH as the lithium source (the ratio of LiCl to SiO X was 20 mol%).
  • a battery was produced in the same manner as in Example 1. Incidentally, the SiO X after heat treatment, was analyzed by XRD, the peak of the Li 4 SiO 4 and Li 2 SiO 3 is a lithium silicate was confirmed. Moreover, the ratio of the lithium silicate phase in SiO X after the heat treatment was 5 mol%. The battery thus produced is hereinafter referred to as battery A3.
  • Example 4 When the heat treatment was performed by mixing the lithium source and SiO X , LiF was used instead of LiOH as the lithium source (the ratio of LiF to SiO X was 20 mol%).
  • a battery was produced in the same manner as in Example 1. Incidentally, the SiO X after heat treatment, was analyzed by XRD, the peak of the Li 4 SiO 4 and Li 2 SiO 3 is a lithium silicate was confirmed. Moreover, the ratio of the lithium silicate phase in SiO X after the heat treatment was 5 mol%. The battery thus produced is hereinafter referred to as battery A4.
  • a battery was produced in the same manner as in Example 1. When this SiO X was analyzed by XRD, a lithium silicate phase was not confirmed as shown in FIG. The battery thus produced is hereinafter referred to as battery Z.
  • Batteries A1 to A4 using SiO X having a lithium silicate phase inside have improved initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics as compared with battery Z using SiO X having no lithium silicate phase inside. I understand. This is because if SiO X before charge / discharge has a lithium silicate phase in advance, the amount of lithium taken away by Li 4 SiO 4 generated at the time of initial charge is small, and the amount of lithium that can be involved in charge / discharge increases. Because it does. In addition, SiO X having a lithium silicate phase inside has a smaller degree of expansion during charging although the charge amount is the same as SiO X having no lithium silicate phase inside.
  • the difference in expansion and contraction during charge / discharge is reduced, and peeling at the negative electrode mixture layer is suppressed.
  • the lithium compound used in the heat treatment is not limited to LiOH, Li 2 CO 3, LiCl , or LiF to express same effect it was confirmed. Moreover, it can be estimated that even if it is lithium compounds other than these, the same effect is expressed.
  • Example 1 When LiOH and SiO X were mixed and heat-treated, a battery was fabricated in the same manner as in Example 1 of the first example except that 2 mol% of LiOH was added to SiO X.
  • SiO X after the heat treatment was analyzed by XRD, a peak of Li 2 SiO 3 which is a lithium silicate was confirmed.
  • the ratio of the lithium silicate phase in SiO X after the heat treatment was 0.5 mol%.
  • the battery thus produced is hereinafter referred to as battery B1.
  • Example 2 When LiOH and SiO X were mixed and heat-treated, a battery was fabricated in the same manner as in Example 1 of the first example except that 50 mol% of LiOH was added to SiO X.
  • SiO X after the heat treatment was analyzed by XRD, peaks of lithium silicates Li 4 SiO 4 and Li 2 SiO 3 were confirmed.
  • the ratio of the lithium silicate phase in SiO X after the heat treatment was 12.5 mol%.
  • the battery thus produced is hereinafter referred to as battery B2.
  • Example 3 When LiOH and SiO X were mixed and heat-treated, a battery was fabricated in the same manner as in Example 1 of the first example except that 80 mol% of LiOH was added to SiO X. When SiO X after the heat treatment was analyzed by XRD, peaks of lithium silicates Li 4 SiO 4 and Li 2 SiO 3 were confirmed. Moreover, the ratio of the lithium silicate phase in SiO X after the heat treatment was 20 mol%. The battery thus produced is hereinafter referred to as battery B3.
  • Example 4 When LiOH and SiO X were mixed and heat-treated, a battery was fabricated in the same manner as in Example 1 of the first example except that 100 mol% of LiOH was added to SiO X.
  • SiO X after the heat treatment was analyzed by XRD, peaks of lithium silicates Li 4 SiO 4 and Li 2 SiO 3 were confirmed.
  • the ratio of the lithium silicate phase in SiO X after the heat treatment was 25 mol%.
  • the battery thus produced is hereinafter referred to as battery B4.
  • Batteries A1, B1 ⁇ B4 using a SiO X having an internal lithium silicate phase, than the batteries Z using the SiO X having no internal lithium silicate phase, high initial charge and discharge efficiency, cycle characteristics was also found to be good. Further, when the batteries A1 and B1 to B4 were compared, it was found that the higher the ratio of the lithium silicate phase in SiO X , the higher the initial charge / discharge efficiency and the better the cycle characteristics. Furthermore, in the batteries B2 to B4 in which the ratio of the lithium silicate phase in SiO X is 12.5 mol% or more, the initial charge / discharge efficiency exceeding the theoretical charge / discharge efficiency (75%) when SiO X is used as the negative electrode active material It was confirmed that
  • the proportion of the lithium silicate phase in SiO X is 0.5 mol% or more and 25 mol% or less.
  • the proportion of the lithium silicate phase in SiO X is less than 0.5 mol%, the effect of forming the lithium silicate phase is reduced, and when the proportion exceeds 25 mol%, the charge / discharge capacity decreases.
  • the average primary particle diameter of SiO X is preferably 1 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the average primary particle diameter of SiO X is less than 1 ⁇ m, the particle surface area is large, so that a side reaction of the electrolytic solution easily occurs.
  • the average primary particle diameter of SiO X exceeds 15 ⁇ m, lithium does not diffuse to the inside of the SiO X during the chemical conversion treatment, and many lithium silicate phases are formed on the surface of the SiO X. May cause a drop.
  • Example 1 The SiO X after heat treatment, washed with pure water until pH of the filtrate reached 8.0, and filtered, except that removal of the lithium compound unreacted from the surface of the SiO X after the heat treatment, the first A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 of the example.
  • the battery thus produced is hereinafter referred to as battery D1.
  • Example 2 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 of the first example except that the following treatment was performed before the heat treatment.
  • a predetermined amount of SiO X and a nonionic surfactant (trade name: SN Wet 980, polyether-based surfactant manufactured by San Nopco) are added to a solution in which LiOH is previously dissolved in water. Agent) was added and dispersed.
  • the addition amount of the nonionic surfactant was 1 mass% with respect to the total amount of solid content.
  • the dispersion was dried in a thermostatic bath set at a temperature of 110 ° C., water as a solvent was removed, and heat treatment was performed.
  • the battery thus produced is hereinafter referred to as battery D2.
  • Example 3 The SiO X after heat treatment, washed with pure water until pH of the filtrate reached 8.0, and filtered, except that to remove unreacted lithium compound from the surface of the SiO X after the heat treatment, the fourth embodiment A battery was fabricated in the same manner as in Example 2. The battery thus produced is hereinafter referred to as battery D3.
  • the battery D1 subjected to the water washing after the heat treatment has improved the initial charge / discharge efficiency and the cycle characteristics as compared with the battery A1 not subjected to the water washing. Washing with water as in the battery D1 can remove the lithium compound that is an unreacted substance during the heat treatment, so that the surface resistance of the negative electrode active material particles decreases. Therefore, it is considered that a sufficient conductive path is formed between the negative electrode active material particles during discharge.
  • the battery D2 that has been wet-treated using a surfactant in advance is more than the battery A1 that simply dry-mixed the SiO X and the lithium compound before the heat treatment. It can be seen that the initial charge / discharge efficiency and the cycle characteristics were improved.
  • a surfactant is added and wet-kneaded as in the battery D1, fine LiOH is uniformly deposited on the SiO X surface. For this reason, it is considered that a more uniform lithium silicate phase was formed during the heat treatment.
  • the battery D3 that has been subjected to the wet treatment using the surfactant and the water washing treatment after the chemical conversion treatment has improved initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics compared to the batteries D1 and D2 that have been subjected to only one treatment. You can see that Therefore, the characteristics can be further improved by combining the two processes. Incidentally, from the above experimental results, it was found that preferable to uniformly arrange the LiOH to SiO X surface, in such a state, not limited to the above wet process, a dry process Can also be achieved.
  • Example 1 [Production of positive electrode] Lithium cobaltate as a positive electrode active material, acetylene black (HS100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder have a mass ratio of 95.0: 2. Weighed and mixed to a ratio of 5: 2.5, and added N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a dispersion medium. Next, this was stirred using a mixer (Primix Co., Ltd., TK Hibismix) to prepare a positive electrode slurry.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • this positive electrode slurry is applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of aluminum foil, dried, and then rolled by a rolling roller to produce a positive electrode in which a positive electrode mixture layer is formed on both surfaces of the positive electrode current collector. did.
  • the filling density in the positive electrode mixture layer was 3.60 g / ml.
  • the mixture of SiO X and graphite after heat treatment used in Example 1 of the first example was used as the negative electrode active material.
  • the ratio of SiO X after the heat treatment with respect to the total amount of the negative electrode active material was 5% by mass.
  • the negative electrode active material carboxymethylcellulose (CMC, manufactured by Daicel Finechem # 1380, degree of etherification: 1.0 to 1.5) as a thickener, and SBR (styrene-butadiene rubber) as a binder
  • CMC carboxymethylcellulose
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • the positive electrode and the negative electrode were opposed to each other through a separator made of a polyethylene microporous film.
  • the positive electrode tab and the negative electrode tab were attached to the positive electrode and the negative electrode so as to be positioned on the outermost peripheral portion of each electrode, and then the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in a spiral shape to produce an electrode body.
  • the electrode body was placed in a battery outer package made of an aluminum laminate and vacuum-dried at 105 ° C. for 2 hours.
  • Example 1 of the first embodiment the same non-aqueous electrolyte as the non-aqueous electrolyte shown in Example 1 of the first embodiment is injected into the battery outer package, and the opening of the battery outer package is sealed to make the non-aqueous electrolyte.
  • An electrolyte secondary battery was produced.
  • the design capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery is 800 mAh.
  • the battery thus produced is hereinafter referred to as battery E1.
  • Example 2 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 of the above fifth example, except that in the production of the negative electrode, the ratio of SiO X after heat treatment to the total amount of the negative electrode active material was 10% by mass.
  • the battery thus produced is hereinafter referred to as battery E2.
  • Example 3 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 of the above fifth example, except that in the production of the negative electrode, the ratio of SiO X after heat treatment to the total amount of the negative electrode active material was 20% by mass. The battery thus produced is hereinafter referred to as battery E3.
  • the batteries E1 to E3 and Y1 to Y3 were charged / discharged under the following conditions, and the initial charge / discharge efficiency and cycle life shown in the above formula (3) were examined. The results are shown in Table 5.
  • the cycle life was defined as the cycle number when the discharge capacity reached 80% of the first cycle.
  • the cycle life of each battery is expressed as an index when the cycle life of the battery Y1 is 100.
  • the improvement rates in the initial charge / discharge efficiency and the cycle life are those when the batteries having the same mixing ratio of SiO X are compared. For example, in the case of the battery E1, the improvement rate with respect to the battery Y1. is there.
  • the batteries E1 to E3 have improved initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics compared to the batteries Y1 to Y3. Therefore, even in the case of using a negative electrode active material of a mixture of SiO X and graphite, as SiO X, it can be seen that it is preferable to use a SiO X after heat treatment (SiO X having an internal lithium silicate phase) . Moreover, it is recognized that the improvement rate in the initial charge / discharge efficiency and the improvement rate in the cycle characteristics are higher as the ratio of SiO X is higher. However, if the ratio of SiO X becomes too high, the negative electrode mixture layer may be peeled off significantly.
  • the proportion of SiO X is preferably 20% by mass or less.
  • the ratio of SiO X is at least 1 mass%.
  • Example 1 [Production of negative electrode]
  • the mixture of SiO X and graphite after heat treatment used in Example 1 of the first example was used as the negative electrode active material.
  • the ratio of SiO X after the heat treatment with respect to the total amount of the negative electrode active material was 5% by mass.
  • the negative electrode active material carboxymethylcellulose (CMC, manufactured by Daicel Finechem # 1380, degree of etherification: 1.0 to 1.5) as a thickener, and SBR (styrene-butadiene rubber) as a binder
  • CMC carboxymethylcellulose
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • an electrode body was produced using the above negative electrode with a Ni tab attached to the outer periphery, a lithium metal foil, and a polyethylene separator disposed between the negative electrode and the lithium metal foil.
  • This electrode body was put into a battery casing made of an aluminum laminate, and a non-aqueous electrolyte was injected into the battery casing, and then the battery casing was sealed to produce a battery.
  • the battery thus produced is hereinafter referred to as battery F1.
  • the batteries F1 to F3 have improved initial charge capacity and initial charge / discharge efficiency compared to the batteries Z1 to Z3.
  • the negative electrode active material used in the batteries Z1 to Z3 has a structure in which SiO is dispersed in carbonaceous material.
  • the negative electrode active materials in the batteries F1 to F3 have a structure having a thin carbon coating film on the SiO surface.
  • the particle size of SiO is less than 1.0 ⁇ m, it is recognized that the difference in battery characteristics between the structure in which SiO is dispersed in the carbonaceous material and the structure having a thin carbon coating film on the SiO surface is small.
  • the structure having a thin carbon coating film on the SiO surface has a larger initial charge capacity and initial charge / discharge efficiency. This is because in the case of the structure in which SiO is dispersed in the carbonaceous material described in Patent Document 2, it is considered that the carbonaceous material covering the SiO serves as a resistance, reducing the utilization rate of SiO during charging and discharging. It is. From the results of Table 6 above, it can be seen that when the structure has a thin carbon coating film on the SiO surface and the particle diameter is 1.0 ⁇ m or more, the SiO utilization rate is increased and the initial efficiency is increased.
  • Example 1 2 wt% the proportion of carbon to SiO X, except that the carbon coverage of the SiO X surface and 80%, in the same manner as in Example 2 of the first embodiment, a battery was prepared.
  • the battery thus manufactured is hereinafter referred to as battery G1.
  • Example 2 1.5 wt% the proportion of carbon to SiO X, carbon coverage of SiO X surface except that was 50%, in the same manner as in Example 2 of the first embodiment, a battery was prepared.
  • the battery thus produced is hereinafter referred to as battery G2.
  • Example 1 A battery was fabricated in the same manner as in Example 2 of the first example except that the SiO X surface was not coated with carbon. The battery thus produced is hereinafter referred to as battery R1.
  • Comparative Example 2 A battery was fabricated in the same manner as Comparative Example 1 of the first example except that the SiO X surface was not coated with carbon. The battery thus manufactured is hereinafter referred to as battery R2.
  • the batteries A2 and G1 to G2 using SiO X having 50% or more of the surface coated with carbon and having a lithium silicate phase are first charged compared to the batteries R1 to R2 and Z. It can be seen that the discharge efficiency and cycle characteristics are improved.
  • the present invention can be applied to a drive power source of a mobile information terminal such as a mobile phone, a notebook personal computer, and a PDA, for example, in an application requiring a high capacity.
  • a mobile information terminal such as a mobile phone, a notebook personal computer, and a PDA
  • it can be expected to be used in high-power applications that require continuous driving at high temperatures, such as in electric vehicles and power tools where the battery operating environment is severe.

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Abstract

　負極活物質としてＳｉＯＸを用いた非水電解質二次電池において、初回充放電効率とサイクル特性とを改善することを目的とする。内部にリチウムシリケート相を含むＳｉＯＸからなる粒子を備え、上記ＳｉＯｘからなる粒子の表面が炭素で５０％以上１００％以下被覆されている、負極活物質を提供する。また、上記ＳｉＯＸからなる粒子の総モル量に対する、上記リチウムシリケート相のモル数の割合は、０．５ｍｏｌ％以上２５ｍｏｌ％以下であり、上記ＳｉＯｘからなる粒子の平均一次粒子径は、１μｍ以上１５μｍ以下である。

Description

非水電解質二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いた非水電解質二次電池
　本発明は、非水電解質二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いた非水電解質二次電池に関するものである。
　ＳｉＯＸで表わされるシリコン酸化物は、比容量が高く、充電時にリチウムを吸収した際の体積膨張率もＳｉに比べて小さいことから、黒鉛と混合して負極活物質として用いることが検討されている(特許文献１参照)。
　しかしながら、ＳｉＯＸで表わされるシリコン酸化物を負極活物質として用いた非水電解質二次電池は、黒鉛のみを負極活物質として使用した場合に比べ、初回充放電効率、及びサイクル初期における容量が著しく低下するという課題がある。
　初回充放電効率の向上を図るべく、炭素活物質中にシリコン酸化物が分散され、該シリコン酸化物中にシリコンとリチウムシリケート相とを有する構造の複合体粒子が提案されている（特許文献２参照）。
特開２０１１－２３３２４５号公報 特開２００７－５９２１３号公報
　しかしながら、特許文献２に記載の提案では、炭素活物質中に分散されたシリコン酸化物は、炭素マトリクス内にシリコン酸化物が点在した構造を有するため、充放電時に炭素マトリクスがリチウム拡散を阻害する。このため、リチウムがシリコン酸化物に十分届かない場合があり、実際の電池容量が理論容量よりも著しく小さくなって、初回充放電効率が低下する等の課題を有していた。
　本発明の負極活物質は、内部にリチウムシリケート相を含むＳｉＯＸ（０．８≦Ｘ≦１．２）からなる粒子を備え、上記ＳｉＯＸからなる粒子の表面が、炭素で５０％以上１００％以下被覆されている。
　本発明の実施例によれば、負極活物質としてＳｉＯＸを用いた非水電解質二次電池において、初回充放電効率とサイクル特性とが飛躍的に向上する。
電池Ａ１、ＺにおけるＳｉＯＸのＸＲＤ測定結果を表すグラフである。
　本明細書において「略＊＊」とは、「略同等」を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。
　本発明の負極活物質は、内部にリチウムシリケート相を含むＳｉＯＸ（０．８≦Ｘ≦１．２）からなる粒子であって、ＳｉＯＸからなる粒子の表面が、炭素で５０％以上１００％以下被覆されている。
　上記構成の負極活物質を用いた電池では、初回充放電効率とサイクル特性とを向上させることができる。この理由を以下に示す。
　ＳｉＯＸは、ＳｉとＳｉＯ２との微細混合体であり、負極活物質として用いた場合の初回充電反応は、一般的に下記（１）式で表せる。
　４ＳｉＯ（２Ｓｉ＋２ＳｉＯ２）＋１６Ｌｉ＋＋１６ｅ－→３Ｌｉ４Ｓｉ＋Ｌｉ４ＳｉＯ４・・・（１）
　上記（１）式の如く、初回充電時にＬｉ４ＳｉＯ４が生成されるが、このＬｉ４ＳｉＯ４は不可逆反応物である。したがって、ＳｉＯＸ中の全てのＳｉが可逆反応するものではなく、理論効率が低くなる。具体的には、上記（１）式のように不可逆反応物としてＬｉ４ＳｉＯ４が生成される場合には、１６個のリチウムイオンのうち４個が不可逆となるため、理論効率は７５％となる。
　そこで、上記構成の如く、電池作製時（初回充電前）のＳｉＯＸに、Ｌｉ４ＳｉＯ４等のリチウムシリケート相が形成されたＳｉＯＸを用いる。このような構成であれば、初回充電時において、不可逆反応物に奪われるリチウムが少なくなるので、初回充放電効率を飛躍的に改善することが可能となる。また、ＳｉＯＸ粒子は、リチウムシリケート相を形成することにより、体積が大きくなる。そのため、ＳｉＯＸを負極活物質として用いた場合、リチウムシリケート相を有するＳｉＯＸは、リチウムシリケート相を有しないＳｉＯＸよりも充放電時における膨張、収縮時の変位が小さい。したがって、リチウムシリケート相を有するＳｉＯＸを用いれば、負極合剤層内での剥離や、負極合剤層と負極集電体と
の剥離を抑制することができるので、サイクル特性が向上する。加えて、ＳｉＯＸの回りには炭素マトリクスが存在しないので、リチウム拡散が円滑に行われる。したがって、実際の電池容量が大きくなる。
　尚、上記リチウムシリケート相はＬｉ４ＳｉＯ４のみならずＬｉ２ＳｉＯ３等で構成されることもあるが、いずれの場合にも電気化学的に不活性である。また、リチウムシリケート相は電気化学的に形成するのではなく、化学反応により形成する。例えば、以下の方法により形成できる。
　ＳｉＯＸ中にリチウムシリケート相を形成するには、例えば、ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＣＯ３、ＬｉＦ、又はＬｉＣｌといったリチウム化合物とＳｉＯＸとを混合し、高温で熱処理することにより得ることができる。この場合、リチウム化合物としてＬｉＯＨを用いた場合の反応式を下記（２）式に示す。（２）式から明らかなように、ＳｉＯＸ中に存在するＳｉＯ２とＬｉＯＨとが反応して、Ｌｉ４ＳｉＯ４が生成することがわかる。
　ＳｉＯ２＋４ＬｉＯＨ→Ｌｉ４ＳｉＯ４＋２Ｈ２Ｏ・・・（２）
　リチウムシリケート相は、ＬｉとＳｉ、Ｏとの化合物であり、Ｌｉ４ＳｉＯ４以外にも、Ｌｉ２ＳｉＯ３やＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５があり、リチウム化合物の添加量や処理方法によって生成物が異なる場合がある。
　ＳｉＯＸ（０．８≦Ｘ≦１．２）粒子の総量に対する上記リチウムシリケート相の割合が、０．５モル％以上２５モル％以下であることが好ましい。リチウムシリケート相の割合が０．５モル％未満の場合には、初回充放電効率の改善効果が小さい。一方、リチウムシリケート相の割合が２５モル％を超える場合には、可逆反応するＳｉが少なくなって、充放電容量が低下する。
　本発明において用いるＳｉＯＸは、表面が炭素で５０％以上１００％以下、好ましくは、１００％被覆されている。ＳｉＯＸ表面が炭素で５０％以上１００％以下被覆されていると、ＳｉＯＸにリチウムシリケート相を形成させる際、リチウム化合物とＳｉＯＸとが直接接触することを抑制できるので、ＳｉＯＸ粒子の内部において、リチウムとＳｉＯＸとを均一に反応させることが可能となるからである。なお、本発明において、ＳｉＯＸ表面が炭素で被覆されているとは、粒子断面をＳＥＭ観察した場合に、ＳｉＯＸ粒子表面が、少なくとも１ｎｍ厚以上の炭素被膜で覆われているということである。本発明において、ＳｉＯＸ表面が炭素で１００％被覆されているとは、粒子断面をＳＥＭ観察した場合に、ＳｉＯＸ粒子表面の略１００％が、少なくとも１ｎｍ厚以上の炭素被膜で覆われているということである。炭素で被覆する場合、ＳｉＯＸの反応均一性を高めるべく、ＳｉＯＸの表面を均一に被覆することが好ましい。炭素被膜の厚みは、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。１ｎｍ未満では、導電性が低く、また均一に被覆するのが難しい。一方、２００ｎｍを超えると、炭素被膜がリチウム拡散を阻害して、ＳｉＯＸに十分リチウムが届かず、大きく容量が低下する。更に、炭素被覆する場合、ＳｉＯＸに対する炭素の割合は１０質量％以下であることが望ましい。
　本発明に用いるＳｉＯＸの平均一次粒子径は、１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。ＳｉＯＸの平均一次粒子径が１μｍ未満の場合は、粒子表面積が大きくなり過ぎて、電解液との反応量が大きくなり、容量低下することがある。また、ＳｉＯＸの膨張収縮量が小さく、負極合剤層へ与える影響は小さい。そのため、ＳｉＯＸ中に予めリチウムシリケート相を形成しなくても、負極合剤層と負極集電体との間で剥離が生じ難く、サイクル特性がさほど低下しない。一方、ＳｉＯＸの平均一次粒子径が１５μｍを超えている場合は、リチウムシリケート相の形成時に、ＳｉＯＸ内部までリチウムが拡散せず、ＳｉＯＸ表面にのみリチウムシリケート相が形成されることがある。リチウムシリケート相は絶縁性であるため、このような構造になると、リチウム拡散が阻害されて、充放電時にリチウムがＳｉＯの中心付近まで拡散できないため、容量低下や負荷特性が低下することがある。したがって、ＳｉＯＸの平均一次粒子径は、１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましく、特に４μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
　なお、ＳｉＯＸの平均一次粒子径（Ｄ５０）とは、レーザー回折散乱法で測定された粒度分布における累積５０体積％径のことである。
　本発明において用いるＳｉＯＸは、負極活物質として単独で用いても良く、黒鉛やハードカーボンといった炭素系活物質と混合して用いても良い。ＳｉＯＸは、炭素系活物質よりも比容量が高いため、添加量が多いほど高容量化が可能となる。しかし、ＳｉＯＸは、炭素系活物質よりも、充放電時の膨張、収縮率が大きく、その割合が多過ぎると、負極合剤層と負極集電体との界面における剥離や、負極活物質粒子間の導電接触が低下するため、サイクル特性が大幅に低下することがある。したがって、ＳｉＯＸと炭素系活物質とを混合して用いる場合、負極活物質の総量に対するＳｉＯＸの割合は、２０質量％以下であることが好ましい。一方、ＳｉＯＸの割合が少な過ぎると、ＳｉＯＸを添加して高容量化するメリットが小さくなるので、負極活物質の総量に対するＳｉＯＸの割合は１質量％以上であることが好ましい。
　正極及び非水電解質は、非水電解質二次電池に用いるものであれば、特に限定されることなく用いることができる。
　正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケルあるいはマンガンを含むリチウム複合酸化物、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）に代表されるオリビン型リン酸リチウム等などが挙げられる。ニッケルあるいはマンガンを含むリチウム複合酸化物としては、Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｎ、Ｎｉ－Ｍｎ－Ａｌ、及びＮｉ－Ｃｏ－Ａｌなどのリチウム複合酸化物などが挙げられる。正極活物質はこれらを単独で用いても良いし、混合して用いてもよい。
　正極活物質が、リチウムと、金属元素Ｍとを含む酸化物を含み、前記金属元素Ｍが、コバルト、ニッケルを含む群より選択される少なくとも一種を含む場合、正極および負極に含まれるリチウム量の総和ｘと、上記の酸化物に含まれる金属元素Ｍの量ＭＣとの比率ｘ／ＭＣは、例えば、１．０１より大きいことが好ましく、１．０３より大きいことがさらに好ましい。
　比率ｘ／ＭＣが上記範囲である場合、電池内に供給されるリチウムイオンの比率が非常に大きくなることになる。つまり、不可逆容量の補填の点で有利である。
　上記比率ｘ／ＭＣは、例えば、負極活物質が内部にリチウムシリケート相を含むＳｉＯＸと炭素系活物質とを混合したものである場合、負極活物質の総量に対するＳｉＯＸの割合等によって、変動する。
　比率ｘ／ＭＣは、正極および負極中に含まれるリチウム量ｘと正極活物質に含まれる金属元素Ｍの量ＭＣを、それぞれ定量し、ｘの量を金属元素Ｍの量ＭＣで除することにより算出できる。
　リチウム量ｘおよび金属元素Ｍの量ＭＣは、次のようにして定量できる。
　まず、電池を、完全に放電した後、分解し、非水電解質を除去して、電池内部をジメチルカーボネートなどの溶媒を用いて洗浄する。次いで、正極および負極をそれぞれ所定の質量だけ採取し、ＩＣＰ分析により、正極および負極に含まれるリチウム量を定量することにより、リチウム量（モル量）ｘを求める。また、正極中のリチウム量の場合と同様にして、正極に含まれる金属元素Ｍの量（モル量）ＭＣをＩＣＰ分析により定量する。
　非水電解液の溶媒、溶質については、非水電解質二次電池に用いることができるものであれば特に限定されるものではない。
　上記非水電解液の溶質としては、ＬｉＢＦ４，ＬｉＰＦ６，ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２，ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２，ＬｉＰＦ６－ｘ（ＣｎＦ２ｎ＋１）ｘ［但し、１＜ｘ＜６，ｎ＝１または２］、或いは、オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩を用いることもできる。このオキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩としては、ＬｉＢＯＢ〔リチウム－ビスオキサレートボレート〕の他、中心原子にＣ２Ｏ４ ２－が配位したアニオンを有するリチウム塩、例えば、Ｌｉ［Ｍ（Ｃ２Ｏ４）ｘＲｙ］（式中、Ｍは遷移金属，周期律表のIIIｂ族，IVｂ族，Ｖｂ族から選択される元素、Ｒはハロゲン、アルキル基、ハロゲン置換アルキル基から選択される基、ｘは正の整数、ｙは０又は正の整数である。）で表わされるものを用いることができる。具体的には、Ｌｉ［Ｂ（Ｃ２Ｏ４）Ｆ２］、Ｌｉ［Ｐ（Ｃ２Ｏ４）Ｆ４］、Ｌｉ［Ｐ（Ｃ２Ｏ４）２Ｆ２］等がある。但し、高温環境下においても負極の表面に安定な被膜を形成するためには、ＬｉＢＯＢを用いることが最も好ましい。
　尚、上記溶質は、単独で用いるのみならず、２種以上を混合して用いても良い。また、溶質の濃度は特に限定されないが、電解液１リットル当り０．８～１．８モルであることが望ましい。更に、大電流での放電を必要とする用途では、上記溶質の濃度が電解液１リットル当たり１．０～１．６モルであることが望ましい。
　一方、上記非水電解液の溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ－ブチルラクトン、ジエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどのカーボネート系溶媒や、これらの溶媒の水素の一部がＦにより置換されているカーボネート系溶媒が好ましく用いられる。溶媒としては、環状カーボネートと鎖状カーボネートを組み合わせて用いることが好ましい。
　尚、上記特許文献２に記載の発明との違いは以下の通りである。
（１）上記の如く、本発明でもＳｉＯＸの表面を炭素で被覆している。したがって、特許文献２に記載の発明のみならず本発明においても、ＳｉＯＸ粒子に炭素が含まれる。しかしながら、特許文献２に記載の発明では、粒子の内部にまで炭素が存在するのに対して、本発明では粒子の表面にしか炭素が存在しない。また、このことに関連して、粒子中の炭素の割合は、本発明では約１０質量％以下であって極めて少ないのに対して、特許文献２に記載の発明では約５０質量％以上であって極めて多い。
（２）特許文献２に記載の発明では、ＳｉＯ粉末と、炭素粉末と、リチウム化合物との存在下で、熱処理を行っている。したがって、リチウム化合物のリチウムは、ＳｉＯのみならず炭素中にも取り込まれる。これに対し、本発明では、ＳｉＯ粉末と、リチウム化合物との存在下で、熱処理を行った後、炭素粉末と混合している。したがって、リチウム化合物のリチウムは、ＳｉＯにのみ取り込まれる（炭素中には取り込まれない）。
（３）特許文献２に記載の発明の如く、ＳｉＯＸが炭素マトリクス内に点在した構造の場合、ＳｉＯＸの粒径が小さく、しかも、応力を緩和できる炭素マトリクスでＳｉＯＸが覆われている。したがって、充放電時の負極活物質の膨張、収縮によって、負極合剤層に与える影響（負極集電体と負極合剤層との間での剥離等）は極めて小さい。このため、特許文献２に記載の発明では、負極活物質の膨張、収縮を緩和することによって電池特性を向上させるという作用効果は、僅かに発揮されるだけである。
　これに対して、本発明の如く、内部にリチウムシリケート相を含むＳｉＯＸからなる粒子（ＳｉＯＸの単独粒子）と黒鉛と混合して用いる場合には、電解液との副反応を抑制するためにＳｉＯＸの粒径をある程度大きくする必要があり、しかも、ＳｉＯＸの周りには、応力を緩和できるマトリクスも存在しない。したがって、負極活物質の膨張、収縮による、負極合剤層に与える影響は極めて大きい。このため、本発明では、負極活物質の膨張、収縮を緩和することによって電池特性を向上させるという作用効果が大いに発揮される。
　以下、本発明を具体的な実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
　　　　　　　　　　　　　　　　　〈第１実施例〉
（実施例１）
〔負極の作製〕
　表面を炭素で被覆したＳｉＯＸ（Ｘ＝０．９３、平均一次粒子径：５．０μｍ）を準備した。尚、被覆はＣＶＤ法を用いて行い、また、ＳｉＯＸに対する炭素の割合は１０質量％、ＳｉＯＸ表面の炭素被覆率を１００％とした。上記ＳｉＯＸ１モルとＬｉＯＨ０．２モルとを粉状態で混合して（ＳｉＯＸに対するＬｉＯＨの割合は２０モル％となっている）、ＳｉＯＸの表面にＬｉＯＨを付着させた。次に、Ａｒ雰囲気中、８００℃で１０時間熱処理することにより、内部にリチウムシリケート相が形成されたＳｉＯＸを作製した。この熱処理後のＳｉＯＸをＸＲＤ（線源はＣｕＫαである）で解析したところ、図１に示すように、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。また、ＳｉＯＸの総モル数に対するリチウムシリケート相のモル数（以下、ＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合、と称することがある）は５モル％であった。
　なお、ＳｉＯＸ表面の炭素被覆率は、次の方法で確認した。日立ハイテク社製のイオンミリング装置(ex. IM4000)を用いて、負極活物質粒子の断面を露出させ、粒子断面をＳＥＭ及び反射電子像で確認した。粒子断面の炭素被覆層とＳｉＯＸとの界面は、反射電子像から特定した。そして、各ＳｉＯＸ粒子表面における膜厚１ｎｍ以上の炭素被膜の割合を、粒子断面におけるＳｉＯＸ外周長に対する、膜厚１ｎｍ以上の炭素被膜とＳｉＯＸとの界面長さの総和の比より算出した。ＳｉＯＸ粒子３０個の炭素被膜の割合の平均値を、炭素被覆率とした。
　上記リチウムシリケート相が形成されたＳｉＯＸと、バインダーであるＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）とを、質量比で９５：５となるように混合し、更に希釈溶媒としてのＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）を添加した。これを、混合機（プライミクス社製、ロボミックス）を用いて攪拌し、負極合剤スラリーを調製した。
　上記負極合剤スラリーを、銅箔の片面上に負極合剤層のｌｍ２当りの質量が、２５g／ｍ２となるように塗布した。次に、これを大気中１０５℃で乾燥し、圧延することにより負極を作製した。尚、負極合剤層の充填密度は、１．５０ｇ／ｍｌとした。
〔非水電解液の調製〕
　エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを、体積比が３：７の割合となるように混合した混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を、１．０モル／リットル添加して非水電解液を調製した。
〔電池の組み立て〕
　不活性雰囲気中で、外周にＮｉタブを取り付けた上記負極と、リチウム金属箔と、負極とリチウム金属箔との間に配置させたポリエチレン製セパレータとを用いて電極体を作製した。この電極体を、アルミニウムラミネートからなる電池外装体内に入れ、更に、非水電解液を電池外装体内に注入し、その後電池外装体を封止して電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池Ａ１と称する。
（実施例２）
　リチウム源とＳｉＯＸとを混合して熱処理する際、リチウム源として、ＬｉＯＨの代わりにＬｉ２ＣＯ３を用いた（ＳｉＯＸに対するＬｉ２ＣＯ３の割合は１０モル％とした）こと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸを、ＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。また、熱処理後のＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合は５モル％であった。このようにして作製した電池を、以下、電池Ａ２と称する。
（実施例４）
　リチウム源とＳｉＯＸとを混合して熱処理する際、リチウム源として、ＬｉＯＨの代わりにＬｉＣｌを用いた（ＳｉＯＸに対するＬｉＣｌの割合は２０モル％とした）こと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸを、ＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。また、熱処理後のＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合は５モル％であった。このようにして作製した電池を、以下、電池Ａ３と称する。
（実施例４）
　リチウム源とＳｉＯＸとを混合して熱処理する際、リチウム源として、ＬｉＯＨの代わりにＬｉＦを用いた（ＳｉＯＸに対するＬｉＦの割合は２０モル％とした）こと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸを、ＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。また、熱処理後のＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合は５モル％であった。このようにして作製した電池を、以下、電池Ａ４と称する。
（比較例）
　ＬｉＯＨとＳｉＯＸとを混合せず、且つ、熱処理を行わなかった（即ち、負極活物質としてのＳｉＯＸとして、未処理のＳｉＯＸを用いた）こと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様に電池を作製した。このＳｉＯＸをＸＲＤで解析したところ、図１に示すように、リチウムシリケート相は確認されなかった。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｚと称する。
（実験）
　上記電池Ａ１～Ａ４、Ｚを、以下の条件で充放電し、下記（３）式で示す初回充放電効率と下記（４）式で示す１０サイクル目の容量維持率とを調べたので、その結果を表１に示す。
〔充放電条件〕
　０．２Ｉｔ（４ｍＡ）の電流で電圧が０Ｖになるまで定電流充電を行った後、０．０５Ｉｔ（１ｍＡ）の電流で電圧が０Ｖになるまで定電流充電を行った。次に、１０分間休止した後、０．２Ｉｔ（４ｍＡ）の電流で電圧が１．０Ｖになるまで定電流放電を行った。
〔初回充放電効率の算出式〕
　初回充放電効率（％）＝（１サイクル目の放電容量／１サイクル目の充電容量）×１００・・・（３）
〔１０サイクル目の容量維持率の算出式〕
　１０サイクル目の容量維持率（％）＝（１０サイクル目の放電容量／１サイクル目の放電容量）×１００・・・（４）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　内部にリチウムシリケート相を有するＳｉＯＸを用いた電池Ａ１～Ａ４は、内部にリチウムシリケート相を有していないＳｉＯＸを用いた電池Ｚに比べて、初回充放電効率及びサイクル特性が向上することがわかる。これは、充放電前のＳｉＯＸにおいて、予めリチウムシリケート相を有していれば、初回充電時に生成するＬｉ４ＳｉＯ４に奪われるリチウム量が少量で済み、充放電に関与できるリチウム量が増加するからである。また、内部にリチウムシリケート相を有するＳｉＯＸは、内部にリチウムシリケート相を有していないＳｉＯＸに比べた場合、充電量は同一であるにも関わらず、充電時の膨張度合いが小さくなる。したがって、充放電時の膨張収縮量の差が小さくなり、負極合剤層での剥離等が抑制されるからと考えられる。
　尚、熱処理時に用いるリチウム化合物としては、ＬｉＯＨに限らず、Ｌｉ２ＣＯ３、ＬｉＣｌ、又はＬｉＦでも同様の効果を発現することが確認できた。また、これら以外のリチウム化合物であっても、同様の効果を発現すると推測できる。
　　　　　　　　　　　　　　　　　〈第２実施例〉
(実施例１)
　ＬｉＯＨとＳｉＯＸとを混合して熱処理する際、ＳｉＯＸに対してＬｉＯＨを２モル％添加したこと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸをＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ２ＳｉＯ３のピークが確認された。また、熱処理後のＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合は０．５モル％であった。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｂ１と称する。
(実施例２)
　ＬｉＯＨとＳｉＯＸとを混合して熱処理する際、ＳｉＯＸに対してＬｉＯＨを５０モル％添加したこと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸをＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。また、熱処理後のＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合は１２．５モル％であった。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｂ２と称する。
（実施例３）
　ＬｉＯＨとＳｉＯＸとを混合して熱処理する際、ＳｉＯＸに対してＬｉＯＨを８０モル％添加したこと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸをＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。また、熱処理後のＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合は２０モル％であった。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｂ３と称する。
(実施例４)
　ＬｉＯＨとＳｉＯＸとを混合して熱処理する際、ＳｉＯＸに対してＬｉＯＨを１００モル％添加したこと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸをＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。また、熱処理後のＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合は２５モル％であった。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｂ４と称する。
（実験）
　上記電池Ｂ１～Ｂ４を、上記第１実施例の実験で示した条件と同様の条件で充放電し、上記（３）式で示した初回充放電効率と、上記（４）式で示した１０サイクル目の容量維持率とを調べたので、その結果を表２に示す。尚、表２には電池Ａ１、Ｚの結果についても記載している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　内部にリチウムシリケート相を有するＳｉＯＸを用いた電池Ａ１、Ｂ１～Ｂ４は、内部にリチウムシリケート相を有していないＳｉＯＸを用いた電池Ｚに比べて、初回充放電効率が高く、サイクル特性も良好であることがわかった。また、電池Ａ１、Ｂ１～Ｂ４を比較した場合、ＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合が高いほど、初回充放電効率が高く、サイクル特性も良好であることがわかった。更に、ＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合が１２．５モル％以上の電池Ｂ２～Ｂ４では、負極活物質としてＳｉＯＸを用いた場合の理論充放電効率（７５％）を越える初回充放電効率を示すことが確認できた。
　以上より、ＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合は０．５モル％以上２５モル％以下であることが望ましい。ＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合が０．５モル％未満の場合には、リチウムシリケート相を形成した効果が低くなり、当該割合が２５モル％を超えると、充放電容量が低下する。
　　　　　　　　　　　　　　　　　〈第３実施例〉
（実施例１）
　原料としてのＳｉＯＸ（熱処理前のＳｉＯＸ）として、平均一次粒子径が１．０μｍであるＳｉＯＸ（ｘ＝０．９３、炭素被覆量１０質量％）を用いたこと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸをＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。また、熱処理後のＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合は５モル％であった。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｃ１と称する。
（実施例２）
　原料としてのＳｉＯＸ（熱処理前のＳｉＯＸ）として、平均一次粒子径が１５．０μｍであるＳｉＯＸ（ｘ＝０．９３、炭素被覆量１０質量％）を用いたこと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸをＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。また、熱処理後のＳｉＯＸ中のリチウムシリケート相の割合は５モル％であった。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｃ２と称する。
（実験）
　上記電池Ｃ１、Ｃ２を、上記第１実施例の実験で示した条件と同様の条件で充放電し、上記（３）式で示した初回充放電効率と、上記（４）式で示した１０サイクル目の容量維持率とを調べたので、その結果を表３に示す。尚、表３には電池Ａ１、Ｚの結果についても記載している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　内部にリチウムシリケート相を有するＳｉＯＸを用いた電池Ａ１、Ｃ１、Ｃ２は、内部にリチウムシリケート相を有していないＳｉＯＸを用いた電池Ｚに比べて、初回充放電効率が高く、サイクル特性も良好であることがわかった。したがって、ＳｉＯＸの平均一次粒子径は、１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。尚、ＳｉＯＸの平均一次粒子径が１μｍ未満の場合には、粒子表面積が大きいため、電解液の副反応が起こり易くなる。一方、ＳｉＯＸの平均一次粒子径が１５μｍを超える場合は、化成処理時にリチウムがＳｉＯＸ内部まで拡散せず、多くのリチウムシリケート相がＳｉＯＸ表面に形成されるため、容量低下や負荷特性の低下を招くことがある。
　　　　　　　　　　　　　　　　　〈第４実施例〉
（実施例１）
　熱処理後のＳｉＯＸを、ろ液のｐＨが８．０になるまで純水で水洗、濾過して、熱処理後のＳｉＯＸの表面から未反応のリチウム化合物を除去したこと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｄ１と称する。
（実施例２）
　以下のような処理を、熱処理前に施したこと以外は、上記第１実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。
　ＳｉＯＸとＬｉＯＨとを混合する際、ＬｉＯＨを予め水に溶解させた液に、所定量のＳｉＯＸと、非イオン性界面活性剤（商品名：ＳＮウエット９８０、サンノプコ社製ポリエーテル系界面活性剤）とを添加して、分散させた。尚、非イオン性界面活性剤の添加量は、固形分の総量に対して１質量％とした。次いで、上記分散液を温度１１０℃に設定した恒温槽で乾燥し、溶媒である水を除去した後、熱処理を行った。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｄ２と称する。
(実施例３)
　熱処理後のＳｉＯＸを、ろ液のｐＨが８．０になるまで純水で水洗、濾過して、熱処理後のＳｉＯＸの表面から未反応リチウム化合物を除去したこと以外は、上記第４実施例の実施例２と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｄ３と称する。
（実験）
　上記電池Ｄ１～Ｄ３を、上記第１実施例の実験で示した条件と同様の条件で充放電し、上記（３）式で示した初回充放電効率と、上記（４）式で示した１０サイクル目の容量維持率とを調べたので、その結果を表４に示す。尚、表４には電池Ａ１の結果についても記載している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　熱処理後の水洗を行った電池Ｄ１は、水洗を行わなかった電池Ａ１よりも、初回充放電効率及びサイクル特性が向上したことがわかる。電池Ｄ１の如く水洗を行えば、熱処理時の未反応物であるリチウム化合物を除去することができるので、負極活物質粒子の表面抵抗が低下する。したがって、放電時に負極活物質粒子間の導電パスが十分に形成されるからと考えられる。
　また、熱処理前のＳｉＯＸとリチウム化合物とを混合する際、予め界面活性剤を用いて湿式処理を行った電池Ｄ２は、熱処理前のＳｉＯＸとリチウム化合物とを単に乾式混合した電池Ａ１よりも、初回充放電効率及びサイクル特性が向上したことがわかる。電池Ｄ１の如く界面活性剤を添加して湿式で混練すれば、ＳｉＯＸ表面により微細なＬｉＯＨが均一に析出する。このため、熱処理時に、より均一なリチウムシリケート相が形成されたことによると考えられる。
　更に、界面活性剤を用いた湿式処理と化成処理後の水洗処理とを行った電池Ｄ３は、一方の処理しか行っていない電池Ｄ１、Ｄ２に比べて、初回充放電効率及びサイクル特性が向上していることがわかる。したがって、２つの処理を組み合わせることで、更に特性を改善できる。
　尚、上記実験結果より、ＳｉＯＸ表面にＬｉＯＨを均一に配置させるのが好ましいことがわかったが、このような状
態とするには、上記湿式処理に限定するものではなく、乾式処理であっても達成できる。
　　　　　　　　　　　　　　　　　〈第５実施例〉
（実施例１）
［正極の作製］
　正極活物質としてのコバルト酸リチウムと、導電剤としてのアセチレンブラック（電気化学工業社製、ＨＳ１００）と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)とを、質量比が９５．０：２．５：２．５の割合になるように秤量、混合し、分散媒としてのＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）を添加した。次に、これを混合機（プライミクス社製、Ｔ．Ｋ．ハイビスミックス）を用いて攪拌し、正極スラリーを調製した。次に、この正極スラリーを、アルミニウム箔から成る正極集電体の両面に塗布、乾燥した後、圧延ローラにより圧延して、正極集電体の両面に正極合剤層が形成された正極を作製した。尚、正極合剤層における充填密度は３．６０ｇ／ｍｌとした。
［負極の作製］
　上記第１実施例の実施例１で用いた熱処理後のＳｉＯＸと黒鉛との混合物を、負極活物質として用いた。尚、負極活物質の総量に対する熱処理後のＳｉＯＸの割合は５質量％とした。上記負極活物質と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ、ダイセルファインケム社製♯１３８０、エーテル化度：１．０～１．５）と，結着剤としてのＳＢＲ（スチレン－ブタジエンゴム）とを、質量比で９７．５：１．０：１．５となるように混合し、希釈溶媒としての水を添加した。これを、混合機（プライミクス社製、Ｔ．Ｋ．ハイビスミックス）を用いて攪拌し、負極スラリーを調製した。次に、上記負極スラリーを、銅箔から成る負極集電体の両面に、負極合剤層の１ｍ２当たりの質量が１９０ｇとなるように均一に塗布した。次いで、これを大気中１０５℃で乾燥させた後、圧延ローラにより圧延して、負極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極を作製した。尚、負極合剤層における充填密度は１．６０ｇ／ｍｌとした。
［電池の作製］
　上記正極と負極とを、ポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを介して対向させた。次に、正極タブと負極タブとを、各電極における最外周部に位置するように正極及び負極に取り付けた後、正極、負極及びセパレータを渦巻き状に巻回して電極体を作製した。次いで、該電極体をアルミニウムラミネートからなる電池外装体内に配置し、１０５℃で２時間真空乾燥した。その後、上記第１実施例の実施例１で示した非水電解液と同一の非水電解液を上記電池外装体内に注入し、更に、電池外装体の開口部を封止することにより非水電解質二次電池を作製した。当該非水電解質二次電池の設計容量は８００ｍＡｈである。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｅ１と称する。
（実施例２）
　上記負極の作製において、負極活物質の総量に対する熱処理後のＳｉＯＸの割合を１０質量％としたこと以外は、上記第５実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｅ２と称する。
（実施例３）
　上記負極の作製において、負極活物質の総量に対する熱処理後のＳｉＯＸの割合を２０質量％としたこと以外は、上記第５実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｅ３と称する。
（比較例１～３）
　ＳｉＯＸとして、未処理のＳｉＯＸ（熱処理していないＳｉＯＸ）を用いたこと以外は、それぞれ、上記第５実施例の実施例１～実施例３と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下それぞれ、電池Ｙ１～Ｙ３と称する。
（実験）
　上記電池Ｅ１～Ｅ３、Ｙ１～Ｙ３を、以下の条件で充放電し、上記（３）式で示した初回充放電効率とサイクル寿命とを調べたので、それらの結果を表５に示す。尚、１サイクル目の放電容量の８０％に達したときのサイクル数をサイクル寿命とした。また、各電池のサイクル寿命は、電池Ｙ１のサイクル寿命を１００としたときの指数で表している。
　更に、初回充放電効率とサイクル寿命とにおける向上率は、ＳｉＯＸの混合率が同じである電池同士を比較したときのものであり、例えば、電池Ｅ１の場合には、電池Ｙ１に対する向上率である。
〔充放電条件〕
　１．０Ｉｔ（８００ｍＡ）電流で電池電圧が４．２Ｖとなるまで定電流充電を行った後、４．２Ｖの電圧で電流値が０．０５Ｉｔ（４０ｍＡ）となるまで定電圧充電を行った。１０分間休止した後、１．０Ｉｔ（８００ｍＡ）電流で電池電圧が２．７５Ｖとなるまで定電流放電を行った。〔正極及び負極中のリチウム量ｘと正極活物質に含まれる金属元素Ｍの量ＭＣとの比ｘ／Ｍ〕
　これらの電池において正極および負極中に含まれるリチウム量ｘと、正極材料に含まれる金属元素Ｍの量ＭＣとを、既述のように定量し、ｘ／ＭＣ比を算出した結果を、表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　上記表５から明らかなように、電池Ｅ１～Ｅ３は電池Ｙ１～Ｙ３に比べて、初回充放電効率とサイクル特性とが向上していることが認められる。したがって、ＳｉＯＸと黒鉛とを混合した負極活物質を用いた場合であっても、ＳｉＯＸとして、熱処理後のＳｉＯＸ（内部にリチウムシリケート相を有するＳｉＯＸ）を用いることが好ましいことがわかる。
　また、ＳｉＯＸの割合が高いほど、初回充放電効率における向上率とサイクル特性における向上率とが高くなっていることが認められる。但し、ＳｉＯＸの割合が高くなり過ぎると、負極合剤層の剥がれが顕著に生じることがある。したがって、ＳｉＯＸの割合は２０質量％以下であることが好ましい。尚、ＳｉＯＸの割合が少な過ぎると、ＳｉＯＸの添加効果が十分に発揮されないので、ＳｉＯＸの割合は１質量％以上であることが望ましい。
　　　　　　　　　　　　　　　　　〈第６実施例〉
（実施例１）
［負極の作製］
　上記第１実施例の実施例１で用いた熱処理後のＳｉＯＸと黒鉛との混合物を、負極活物質として用いた。尚、負極活物質の総量に対する熱処理後のＳｉＯＸの割合は５質量％とした。上記負極活物質と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ、ダイセルファインケム社製♯１３８０、エーテル化度：１．０～１．５）と，結着剤としてのＳＢＲ（スチレン－ブタジエンゴム）とを、質量比で９７．５：１．０：１．５となるように混合し、希釈溶媒としての水を添加した。これを、混合機（プライミクス社製、Ｔ．Ｋ．ハイビスミックス）を用いて攪拌し、負極スラリーを調製した。次に、上記負極スラリーを、銅箔から成る負極集電体の両面に、負極合剤層の１ｍ２当たりの質量が１９０ｇとなるように均一に塗布した。次いで、これを大気中１０５℃で乾燥させた後、圧延ローラにより圧延して、負極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極を作製した。尚、負極合剤層における充填密度は１．６０ｇ／ｍｌとした。
〔非水電解液の調製〕
　エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを、体積比が３：７の割合となるように混合した混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を、１．０モル／リットル添加して非水電解液を調製した。
〔電池の組み立て〕
　不活性雰囲気中で、外周にＮｉタブを取り付けた上記負極と、リチウム金属箔と、負極とリチウム金属箔との間に配置させたポリエチレン製セパレータとを用いて電極体を作製した。この電極体を、アルミニウムラミネートからなる電池外装体内に入れ、更に、非水電解液を電池外装体内に注入し、その後電池外装体を封止して電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｆ１と称する。
（実施例２）
　原料としてのＳｉＯＸ（熱処理前のＳｉＯＸ）として、平均一次粒子径が１．０μｍであるＳｉＯＸ（ｘ＝０．９３、炭素被覆量１０質量％）を用いたこと以外は、上記第６実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸをＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｆ２と称する。
（実施例３）
　原料としてのＳｉＯＸ（熱処理前のＳｉＯＸ）として、平均一次粒子径が０．５μｍであるＳｉＯＸ（ｘ＝０．９３、炭素被覆量１０質量％）を用いたこと以外は、上記第６実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のＳｉＯＸをＸＲＤで解析したところ、リチウムシリケートであるＬｉ４ＳｉＯ４とＬｉ２ＳｉＯ３とのピークが確認された。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｆ３と称する。
（比較例１）
　ＳｉＯＸ（ｘ＝０．９３、平均一次粒子径１５．０μｍ）とＬｉＯＨ０．２ｍｏｌ（ＳｉＯｘに対しＬｉＯＨを０．２ｍｏｌ％）を、遊星ボールミルを用いて混合し、平均一次粒子径５．０μｍのＳｉＯＸを作製した。さらに黒鉛を加えて混合した後、ハードカーボンと複合化し、Ａｒ雰囲気中８００℃で５時間熱処理し、平均一次粒子径４０μｍの負極活物質を作製した。
　負極活物質と黒鉛とを、質量比で１０：９０（ＳｉＯ:黒鉛＝５：９５）としたこと以外は、上記第６実施例の実施例１と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池Ｚ１と称する。
（比較例２）
　ボールミル処理後の平均一次粒子径を１．０μｍとしたＳｉＯＸ（ｘ＝０．９３、炭素被覆量１０質量％）を用い、ハードカーボンと複合後の負極活物質の平均一次粒子径を８．０μｍとしたこと以外は、上記第６実施例の比較例１と同様にして電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池Ｚ２と称する。
（比較例３）
　ボールミル処理後の平均一次粒子径を０．５μｍとしたＳｉＯＸ（ｘ＝０．９３、炭素被覆量１０質量％）を用い、ハードカーボンと複合後の負極活物質の平均一次粒子径を４．０μｍとしたこと以外は、上記第６実施例の比較例１と同様にして電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池Ｚ３と称する。
　尚、上記第６実施例の比較例１～比較例３の電池Ｚ１～Ｚ３に使用された負極活物質は、特許文献２に近い内容である。
（実験）
（電池性能評価）
上記電池Ｆ１～Ｆ３、Ｚ１～Ｚ３の初回充電容量及び上記（３）式で示した初回充放電効率を測定したので、それらの結果を表６に示す。尚、充放電条件は、上記第１実施例の実験で示した条件と同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　上記表６から明らかなように、電池Ｆ１～Ｆ３は電池Ｚ１～Ｚ３に比べて、初回充電容量と初回充放電効率とが向上していることが認められる。
電池Ｚ１～Ｚ３に使用されている負極活物質は、炭素質中にＳｉＯを分散させた構造を持つ。一方、電池Ｆ１～Ｆ３における負極活物質は、ＳｉＯ表面に薄く炭素被覆膜を有する構造を持つ。ＳｉＯの粒径が１．０μｍ未満の場合、炭素質中にＳｉＯを分散させた構造とＳｉＯ表面に薄く炭素被覆膜を有する構造の違いにおける電池特性の差異は小さいことが認められる。一方、ＳｉＯの粒径が１．０μｍ以上の場合、ＳｉＯ表面に薄く炭素被覆膜を有する構造の方が、初回充電容量、初回充放電効率共に大きいことが分かる。これは、特許文献２に記載の炭素質中にＳｉＯを分散させた構造の場合、ＳｉＯを覆っている炭素質が抵抗となり、充放電時のＳｉＯの利用率を下げていることが考えられるためである。上記表６の結果より、ＳｉＯ表面に薄く炭素被覆膜を有する構造でかつ、粒径が１．０μｍ以上の場合に、ＳｉＯの利用率を高め、初回効率が上がる効果が認められる。
　　　　　　　　　　　　　　　　　〈第７実施例〉
（実施例１）
　ＳｉＯＸに対する炭素の割合を２質量％、ＳｉＯＸ表面の炭素被覆率を８０％としたこと以外は、第１実施例の実施例２と同様にして、電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池Ｇ１と称する。
（実施例２）
　ＳｉＯＸに対する炭素の割合を１．５質量％、ＳｉＯＸ表面の炭素被覆率を５０％としたこと以外は、第１実施例の実施例２と同様にして、電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池Ｇ２と称する。
（比較例１）
　ＳｉＯＸ表面に炭素被覆を行わなかったこと以外は、第１実施例の実施例２と同様にして、電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池Ｒ１と称する。
（比較例２）
　ＳｉＯＸ表面に炭素被覆を行わなかったこと以外は、第１実施例の比較例１と同様にして、電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池Ｒ２と称する。
（実験）
　上記電池Ｇ１～Ｇ２及びＲ１～Ｒ２を、上記第１実施例の実験で示した条件と同様の条件で充放電し、上記（３）式で示した初回充放電効率と、上記（４）式で示した１０サイクル目の容量維持率とを調べたので、その結果を表７に示す。尚、表７には電池Ａ２、Ｚの結果についても記載している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　上記表７から明らかなように、表面の５０％以上が炭素被覆され、かつ、リチウムシリケート相を有するＳｉＯＸを用いた電池Ａ２及びＧ１～Ｇ２は電池Ｒ１～Ｒ２及びＺに比べて、初回充放電効率とサイクル特性とが向上していることが認められる。
　本発明は、例えば携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の移動情報端末の駆動電源で、特に高容量が必要とされる用途に適用することができる。また、高温での連続駆動が要求される高出力用途で、電気自動車や電動工具といった電池の動作環境が厳しい用途にも展開が期待できる。

Claims (7)

  1. 　非水電解質二次電池用負極活物質であって、内部にリチウムシリケート相を含むＳｉＯＸ（０．８≦Ｘ≦１．２）からなる粒子を備え、上記ＳｉＯＸからなる粒子の表面が、炭素で５０％以上１００％以下被覆されている、負極活物質。
  2. 　上記ＳｉＯＸからなる粒子の総モル量に対する、上記リチウムシリケート相のモル数の割合が、０．５ｍｏｌ％以上２５ｍｏｌ％以下である、請求項１に記載の負極活物質。
  3. 　上記ＳｉＯＸからなる粒子の表面が、炭素で１００％被覆されている、請求項１又は２に記載の負極活物質。
  4. 　上記ＳｉＯＸからなる粒子の平均一次粒子径は、１μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１～３の何れか１項に記載の負極活物質。
  5. 　黒鉛をさらに備える、請求項１～４の何れか１項に記載の負極活物質。
  6. 　請求項１～５の何れか１項に記載の負極活物質を含む負極と、
    　正極活物質を含む正極と、
    　上記正極と上記負極との間に配置されたセパレータと、
    　非水電解質と、
    　を備える非水電解質二次電池。
  7. 　前記正極活物質が、リチウムと、金属元素Ｍとを含む酸化物を含み、
    　前記金属元素Ｍが、コバルト、ニッケルを含む群より選択される少なくとも一種を含み、
    　前記正極および前記負極に含まれるリチウム量の総和ｘと、前記酸化物に含まれる前記金属元素Ｍの量ＭＣとの比率ｘ／ＭＣが、１．０１より大きい、請求項６に記載の非水電解質二次電池。
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