(57)【要約】      （修正有）【課題】電池容量の増加、サイクル特性及び初期充放電特性の向上が可能な非水電解質二次電池用負極材の提供。【解決手段】負極活物質粒子を有する非水電解質二次電池用負極材１２であって、負極活物質粒子が、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物、及び該ケイ素化合物の表面を被覆する炭素成分からなる炭素被覆層から成り、負極活物質粒子が、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものである非水電解質二次電池用負極材１２。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極活物質粒子を有する非水電解質二次電池用負極材であって、
前記負極活物質粒子が、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物、及び該ケイ素化合物の表面を被覆する炭素成分からなる炭素被覆層から成り、
前記負極活物質粒子が、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極材。
【請求項２】
前記炭素被覆層が、ＴＯＦ−ＳＩＭＳによって、ＣｘＨｙ系化合物のフラグメントが検出されるものであることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極材。
【請求項３】
前記炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物は、Ｃ３Ｈ５ピーク強度に対してＣ４Ｈ９ピーク強度が０．００５以上０．０３５以下のものであることを特徴とする請求項２に記載の非水電解質二次電池用負極材。
【請求項４】
前記炭素被覆層の被覆量が、前記ケイ素化合物と前記炭素被覆層の合計に対し０．５質量％以上１５質量％以下のものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
【請求項５】
前記負極活物質粒子の、２０ｋＮ印加時における体積抵抗率が０．１０Ωｃｍ以上、１０Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
【請求項６】
前記ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が１．２°以上であると共に、その結晶面に起因する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下のものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
【請求項７】
前記ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピーク強度Ｃと前記鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分由来の回折ピーク強度Ｄの比Ｃ／Ｄが、Ｃ／Ｄ≦１．８を満たすものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池負極材。
【請求項８】
前記ケイ素化合物のＳｉ成分が、非晶質であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
【請求項９】
前記負極活物質粒子が、その粒子表層部にＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｏのうち少なくとも１種以上のＬｉ化合物を含むものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
【請求項１０】
前記負極活物質粒子が、その粒子内部にＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ２ＳｉＯ３のうちの少なくとも１種以上のＬｉ化合物を含むものであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材。
【請求項１１】
前記負極活物質粒子の粒子表層部若しくは内部又はその両方のＬｉ化合物が電気化学的手法で作製されたものであることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の非水電解質二次電池用負極材。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極材を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池用負極。
【請求項１３】
さらに炭素系負極材を含み、前記ケイ素化合物のメディアン径Ｙと前記炭素系負極材のメディアン径ＸがＸ／Ｙ≧１の関係を満たすことを特徴とする請求項１２に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項１４】
前記非水電解質二次電池用負極を、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂの比Ａ／Ｂが、Ａ／Ｂ≧０．２を満たすことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項１５】
請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項１６】
ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む負極活物質粒子の製造方法であって、
ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物粒子を作製し、
該作製したケイ素化合物粒子が鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むか否かを評価し、
該評価において鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において測定した、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が、０．１５°以下のケイ素化合物粒子を選別し、
該選別したケイ素化合物粒子の表面を炭素成分からなる炭素被覆層で被覆することで、負極活物質粒子を製造することを特徴とする負極活物質粒子の製造方法。
【請求項１７】
ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む負極活物質粒子の製造方法であって、
ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物粒子を作製する工程と、
前記ケイ素化合物粒子の表面に炭素成分からなる炭素被覆層を形成する工程とを有し、
前記炭素被覆層形成工程において、反応温度を１０００℃以下にすることにより、前記ケイ素化合物粒子を、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものとすることを特徴とする負極活物質粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池用負極材に関し、負極活物質粒子の製造方法に関する。また、本発明は、その負極材を用いた非水電解質二次電池用負極、及びその負極を用いた非水電解質二次電池にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器が広く普及しており、さらなる小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。市場要求に対し、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。この二次電池は、小型の電子機器に限らず、自動車などに代表される大型の電子機器、家屋などに代表される電力貯蔵システムへの適用も検討されている。
【０００３】
その中でも、リチウムイオン二次電池は小型かつ高容量化が行いやすく、また、鉛電池、ニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池は、正極および負極、セパレータと共に電解液を備えている。この負極は充放電反応に関わる負極活物質を含んでいる。
【０００５】
負極活物質としては、炭素材料が広く使用されている一方で、最近の市場要求から、電池容量のさらなる向上が求められている。電池容量向上の要素として、負極活物質材として、ケイ素を用いることが検討されている。ケイ素の理論容量（４１９９ｍＡｈ／ｇ）は黒鉛の理論容量（３７２ｍＡｈ／ｇ）よりも１０倍以上大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。負極活物質材としてのケイ素材の開発はケイ素単体だけではなく、合金、酸化物に代表される化合物などについても検討されている。活物質形状は、炭素材で標準的な塗布型から、集電体に直接堆積する一体型まで検討されている。
【０００６】
しかしながら、負極活物質としてケイ素を主原料として用いると、充放電時に負極活物質が膨張収縮するため、主に負極活物質粒子の表層近傍で割れやすくなる。また、活物質内部にイオン性物質が生成し、負極活物質粒子が割れやすくなる。負極活物質表層が割れることで新生面が生じ、活物質の反応面積が増加する。この時、新生面において電解液の分解反応が生じるとともに、新生面に電解液の分解物である被膜が形成されるため電解液が消費される。このためサイクル特性が低下しやすくなる。
【０００７】
これまでに、電池初期効率やサイクル特性を向上させるために、ケイ素材を主材としたリチウムイオン二次電池用負極材料、電極構成についてさまざまな検討が成されている。
【０００８】
具体的には、良好なサイクル特性や高い安全性を得る目的で、気相法を用いケイ素及びアモルファス二酸化ケイ素を同時に堆積させている（例えば特許文献１参照）。また、高い電池容量や安全性を得るために、ケイ素酸化物粒子の表層に炭素材（電子伝導材）を設けている（例えば特許文献２参照）。さらに、サイクル特性を改善するとともに高入出力特性を得るために、ケイ素及び酸素を含有する活物質を作製し、かつ集電体近傍での酸素比率が高い活物質層を形成している（例えば特許文献３参照）。また、サイクル特性を向上させるために、ケイ素活物質中に酸素を含有させ、平均酸素含有量が４０ａｔ％以下であり、かつ集電体に近い場所で酸素含有量が多くなるように形成している（例えば、特許文献４参照）。
【０００９】
また、初回充放電効率を改善するためにＳｉ相、ＳｉＯ２、ＭｙＯ金属酸化物を含有するナノ複合体を用いている（例えば特許文献５参照）。また、初回充放電効率を改善するためにＬｉ含有物を負極に添加し、負極電位が高いところでＬｉを分解しＬｉを正極に戻すプレドープを行っている（例えば特許文献６参照）。
【００１０】
また、サイクル特性改善のため、ＳｉＯｘ（０．８≦ｘ≦１．５、粒径範囲＝１μｍ〜５０μｍ）と炭素材を混合し高温焼成している（例えば特許文献７参照）。また、サイクル特性改善のために、負極活物質中におけるケイ素に対する酸素のモル比を０．１〜１．２とし、活物質と集電体との界面近傍における、ケイ素量に対する酸素量のモル比の最大値と最小値との差が０．４以下となる範囲で活物質の制御を行っている（例えば、特許文献８参照）。また、電池負荷特性を向上させるため、リチウムを含有した金属酸化物を用いている（例えば特許文献９参照）。また、サイクル特性を改善させるために、ケイ素材表層にシラン化合物などの疎水層を形成している（例えば、特許文献１０参照）。
【００１１】
また、サイクル特性改善のため、酸化ケイ素を用い、その表層に黒鉛被膜を形成することで導電性を付与している（例えば、特許文献１１参照）。この場合、特許文献１１では、黒鉛被膜に関するラマンスペクトルから得られるシフト値に関して、１３３０ｃｍ−１及び１５８０ｃｍ−１にブロードなピークが現れるとともに、それらの強度比Ｉ１３３０／Ｉ１５８０が１．５＜Ｉ１３３０／Ｉ１５８０＜３である。
【００１２】
また、高い電池容量、サイクル特性の改善のため、二酸化ケイ素中に分散されたケイ素微結晶相を有する粒子を用いている（例えば、特許文献１２参照）。また、過充電、過放電特性を向上させるために、ケイ素と酸素の原子数比を１：ｙ（０＜ｙ＜２）と制御したケイ素酸化物を用いている（例えば、特許文献１３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−１８５１２７号公報
【特許文献２】特開２００２−０４２８０６号公報
【特許文献３】特開２００６−１６４９５４号公報
【特許文献４】特開２００６−１１４４５４号公報
【特許文献５】特開２００９−０７０８２５号公報
【特許文献６】特表２０１３−５１３２０６号公報
【特許文献７】特開２００８−２８２８１９号公報
【特許文献８】特開２００８−２５１３６９号公報
【特許文献９】特開２００８−１７７３４６号公報
【特許文献１０】特開２００７−２３４２５５号公報
【特許文献１１】特開２００９−２１２０７４号公報
【特許文献１２】特開２００９−２０５９５０号公報
【特許文献１３】特許第２９９７７４１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のように、近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器は高性能化、多機能化がすすめられており、その主電源である非水電解質二次電池、特にリチウムイオン二次電池は電池容量の増加が求められている。この問題を解決する１つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極からなる非水電解質二次電池の開発が望まれている。また、ケイ素材を用いた非水電解質二次電池は炭素材を用いた非水電解質二次電池と同等に近いサイクル特性が望まれている。
【００１５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電池容量を増加させ、サイクル特性及び電池初期効率を向上させることが可能な非水電解質二次電池用負極材を提供することである。また、本発明は、その負極材を用いた非水電解質二次電池用負極、及びその負極を用いた非水電解質二次電池を提供することをも目的とする。また、本発明は、その負極材に用いることができる負極活物質粒子の製造方法を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明によれば、負極活物質粒子を有する非水電解質二次電池用負極材であって、前記負極活物質粒子が、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物、及び該ケイ素化合物の表面を被覆する炭素成分からなる炭素被覆層から成り、前記負極活物質粒子が、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極材が提供される。
【００１７】
本発明の非水電解質二次電池用負極材は、炭素成分からなる炭素被覆層により負極活物質粒子の導電性を向上させることで、良好な電池特性を得られる。更に、負極活物質粒子の少なくとも一部に鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折により得られる、鱗珪石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であることで、充電時に発生する不可逆容量を低減でき、優れた電池特性を得ることができる。本発明のように、負極活物質粒子が鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含んでいれば、予め、リチウムの挿入、脱離時に不安定化するＳｉＯ２成分部を別の化合物に有効に改質させることができ、充電時に発生する不可逆容量を低減する効果が得られる。更に、Ｘ線回折により得られる、鱗珪石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であることで、リチウムの挿入、脱離によるＳｉＯ２成分の改質を効率的に進行させることができ、電池の不可逆容量を一層低減することができる。また、本発明の非水電解質二次電池用負極材を使用した二次電池を用いた電子機器においても同様の効果が得られる。
【００１８】
このとき、前記炭素被覆層が、ＴＯＦ−ＳＩＭＳによって、ＣｘＨｙ系化合物のフラグメントが検出されるものであることが好ましい。
【００１９】
炭素被覆層にＣｙＨｚ系化合物のフラグメントが検出される表面状態であれば、結着剤（バインダー）との相性が良好なものとなり、結果として電池特性をより向上させることができる。
【００２０】
またこのとき、前記炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物は、Ｃ３Ｈ５ピーク強度に対してＣ４Ｈ９ピーク強度が０．００５以上０．０３５以下のものであることが好ましい。
【００２１】
炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物の中で、特に、Ｃ４Ｈ９成分の量と電池特性に相関がある。Ｃ３Ｈ５ピーク強度に対するＣ４Ｈ９ピーク強度、即ち（Ｃ４Ｈ９ピーク強度／Ｃ３Ｈ５ピーク強度）が０．００５以上であれば、容量維持率を一層向上させることができるものとなる。また、Ｃ４Ｈ９ピークが０．０３５以下であれば、初期効率及び容量維持率の低下を防ぐことができ、優れた電池特性が得られるものとなる。
【００２２】
このとき、前記炭素被覆層の被覆量が、前記ケイ素化合物と前記炭素被覆層の合計に対し０．５質量％以上１５質量％以下のものであることが好ましい。
【００２３】
炭素被覆層の上記被覆量が、０．５質量％以上であれば、充分な導電性向上効果を得ることができる。また、上記被覆量が１５質量％以下であれば、電池容量を十分に確保することができる。
【００２４】
またこのとき、前記負極活物質粒子の、２０ｋＮ印加時における体積抵抗率が０．１０Ωｃｍ以上、１０Ωｃｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
２０ｋＮの荷重を印加した時における体積抵抗率が１０Ωｃｍ以下であると、電気伝導性が良好となり電池特性を向上させる。また、体積抵抗率が０．１Ωｃｍ以上であれば、短絡の発生を確実に防止でき、電池の安全性を向上させることができるものとなる。
【００２６】
このとき、前記ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が１．２°以上であると共に、その結晶面に起因する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下のものであることが好ましい。
【００２７】
ケイ素化合物のＳｉ成分の結晶性は低いほどよく、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）、及びその結晶面に起因する結晶子サイズは上記範囲である事が望ましい。Ｓｉ成分の結晶性を低くすることで電池特性を向上させることができる。
【００２８】
またこのとき、前記ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピーク強度Ｃと前記鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分由来の回折ピーク強度Ｄの比Ｃ／Ｄが、Ｃ／Ｄ≦１．８を満たすものであることが好ましい。
【００２９】
このように、ケイ素化合物において、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分の割合が、Ｓｉ成分を基準として比較的大きくなることで、容量維持率及び初回効率を向上させることができるものとなる。
【００３０】
このとき、前記ケイ素化合物のＳｉ成分が、非晶質であることが好ましい。
【００３１】
Ｓｉ成分の結晶性の低いケイ素化合物を用いることで、電池特性を向上させることができる。また、更に、安定的にＬｉ化合物を生成し易いものとなる。
【００３２】
前記負極活物質粒子が、その粒子表層部にＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｏのうち少なくとも１種以上のＬｉ化合物を含むものであることが好ましい。また、前記負極活物質粒子が、その粒子内部にＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ２ＳｉＯ３のうちの少なくとも１種以上のＬｉ化合物を含むものであることが好ましい。
【００３３】
負極活物質粒子の表層部若しくは内部又はその両方に存在する化合物がこれらの化合物であれば、より効果的に本発明の効果を発揮させることができる。
【００３４】
前記負極活物質粒子の粒子表層部若しくは内部又はその両方のＬｉ化合物が電気化学的手法で作製されたものであることが好ましい。
【００３５】
このように、ケイ素化合物に含まれるＬｉ化合物を、電気化学的手法を含む工程により作製されたものとすることにより、安定したＬｉ化合物とすることが可能である。
【００３６】
また、本発明によれば、上記のいずれかの本発明の非水電解質二次電池用負極材を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池用負極が提供される。
【００３７】
上記本発明の負極材を用いた負極は、非水電解質二次電池に用いた場合に、サイクル特性及び初回充放電特性を向上させることができる。
【００３８】
さらに炭素系負極材を含み、前記ケイ素化合物のメディアン径Ｙと前記炭素系負極材のメディアン径ＸがＸ／Ｙ≧１の関係を満たすことが好ましい。
【００３９】
このように、Ｌｉ化合物を含むケイ素化合物及び炭素被覆層からなる負極材とともに、さらに炭素系負極材を含む負極とすることにより、負極の体積変化による破壊を防止することができる。特にこの効果は、炭素系負極材がケイ素化合物に対して同等以上に大きい場合に効果的に発揮される。
【００４０】
前記非水電解質二次電池用負極を、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂの比Ａ／Ｂが、Ａ／Ｂ≧０．２を満たすことが好ましい。
【００４１】
このように上記比Ａ／Ｂが０．２以上のものであれば、ケイ素化合物のバルク内でのＬｉが拡散しやすくなるため、初期効率、容量維持率共に向上させることができる。
【００４２】
また、本発明によれば、上記のいずれかの負極を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池が提供される。
【００４３】
本発明の負極を用いた非水電解質二次電池は、サイクル特性及び初回充放電特性を向上させることができる。
【００４４】
また、本発明によれば、ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む負極活物質粒子の製造方法であって、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物粒子を作製し、該作製したケイ素化合物粒子が鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むか否かを評価し、該評価において鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において測定した、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が、０．１５°以下のケイ素化合物粒子を選別し、該選別したケイ素化合物粒子の表面を炭素成分からなる炭素被覆層で被覆することで、負極活物質粒子を製造することを特徴とする負極活物質粒子の製造方法が提供される。
【００４５】
このような工程を有する負極活物質粒子の製造方法により、上記本発明の非水電解質二次電池用負極材に含まれる、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、更に、Ｘ線回折により得られる、鱗珪石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であり、かつ、炭素成分からなる炭素被覆層を有する負極活物質粒子を製造することができる。
【００４６】
また、本発明によれば、ケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む負極活物質粒子の製造方法であって、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物粒子を作製する工程と、前記ケイ素化合物粒子の表面に炭素成分からなる炭素被覆層を形成する工程とを有し、前記炭素被覆層形成工程において、反応温度を１０００℃以下にすることにより、前記ケイ素化合物粒子を、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものとすることを特徴とする負極活物質粒子の製造方法を提供する。
【００４７】
このような工程を有する負極活物質粒子の製造方法により、上記本発明の非水電解質二次電池用負極材に含まれる、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折により得られる、鱗珪石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であり、かつ、炭素成分からなる炭素被覆層を有する負極活物質粒子を確実に製造することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明の非水電解質二次電池用負極材は、炭素成分からなる炭素被覆層により負極活物質粒子の導電性を向上させることで、良好な電池特性を得られる。更に、負極活物質粒子の少なくとも一部に鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、更に、Ｘ線回折により得られる、鱗珪石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であることで、充電時に発生する不可逆容量を低減でき、優れた電池特性を得ることができる。また、本発明の非水電解質二次電池用負極材を使用した二次電池を用いた電子機器においても同様の効果が得られる。
【００４９】
また、負極活物質粒子が鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むことで、予め、リチウムの挿入、脱離時に不安定化するＳｉＯ２成分部を別の化合物に有効に改質させることができ、充電時に発生する不可逆容量を低減する効果がある。更に、Ｘ線回折により得られる、鱗珪石構造に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下であることで、リチウムの挿入、脱離によるＳｉＯ２成分の改質を効率的に進行させることができ、電池の不可逆容量を低減することができる。
【００５０】
また、本発明の負極活物質粒子の製造方法により、このような非水電解質二次電池用負極材に含まれる負極活物質粒子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用負極の構成を表す断面図である。
【図２】本技術の一実施形態におけるバルク改質装置の簡易図である。
【図３】本技術の一実施形態の二次電池（ラミネートフィルム型）の構成を表す分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．非水電解質二次電池用負極
２．非水電解質二次電池（ラミネートフィルム型リチウムイオン二次電池）
【００５３】
＜１．非水電解質二次電池用負極＞
本発明の非水電解質二次電池用負極材を用いた非水電解質二次電池用負極について説明する。図１は、本発明の一実施形態における非水電解質二次電池用負極（以下、単に「負極」と称することがある。）の断面構成を表している。
【００５４】
［負極の構成］
図１に示したように、負極１０は、負極集電体１１の上に負極活物質層１２を有する構成になっている。この負極活物質層１２は負極集電体１１の両面、又は、片面だけに設けられていても良い。さらに、本発明の負極活物質が用いられたものであれば、負極集電体１１はなくてもよい。
【００５５】
［負極集電体］
負極集電体１１は、優れた導電性材料であり、かつ、機械的な強度に長けた物で構成される。負極集電体１１に用いることができる導電性材料として、例えば銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）があげられる。この導電性材料は、リチウム（Ｌｉ）と金属間化合物を形成しない材料であることが好ましい。
【００５６】
負極集電体１１は、主元素以外に炭素（Ｃ）や硫黄（Ｓ）を含んでいることが好ましい。負極集電体の物理的強度が向上するためである。特に、充電時に膨張する活物質層を有する場合、集電体が上記の元素を含んでいれば、集電体を含む電極変形を抑制する効果があるからである。上記の含有元素の含有量は、特に限定されないが、中でも、１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。より高い変形抑制効果が得られるからである。
【００５７】
負極集電体１１の表面は、粗化されていても、粗化されていなくても良い。粗化されている負極集電体は、例えば、電解処理、エンボス処理、又は化学エッチングされた金属箔などである。粗化されていない負極集電体は例えば、圧延金属箔などである。
【００５８】
［負極活物質層］
負極活物質層１２は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な複数の負極活物質粒子を含んでおり、電池設計上、さらに負極結着剤（バインダー）や導電助剤など、他の材料を含んでいても良い。本発明の非水電解質二次電池用負極材は、この負極活物質層１２を構成する材料となる。
【００５９】
本発明の負極材に用いられる負極活物質粒子は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能なＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物、及び該ケイ素化合物の表面を被覆する炭素成分からなる炭素被覆層から成る。更に、負極活物質粒子は、ケイ素化合物に鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものである。この構造は、ＴＥＭ−ＥＤＸ（透過型電子顕微鏡法−エネルギー分散型Ｘ線分光法）写真により確認される。この場合、炭素成分による炭素被覆層の少なくとも一部でリチウムイオンの吸蔵放出が行われても良い。
【００６０】
本発明の負極材に用いられる負極活物質粒子はケイ素化合物（ＳｉＯｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含有している酸化ケイ素材であり、ケイ素化合物の組成としてはｘが１に近い方が好ましい。高いサイクル特性が得られるからである。本発明におけるケイ素材組成は必ずしも純度１００％を意味しているわけではなく、微量の不純物元素を含んでいても良い。
【００６１】
上述のように、本発明の負極材に用いられる負極活物質粒子は、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むことを特徴とする。鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分は、ケイ素化合物を作成する際に、ケイ素化合物の原料である気化出発材の温度を変化させることで、堆積されるＳｉＯ２構造を制御することで作製できる。
【００６２】
このように、負極活物質粒子が、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むことで、リチウムの挿入、脱離によるＳｉＯ２成分の改質を効率的に進行させることができ、充電時に発生する不可逆容量を大幅に低減することができる。
【００６３】
更に、本発明の負極活物質粒子は、Ｘ線回折において、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分に由来する２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものである。また、この半値幅（２θ）は、０．１°以下であることがより好ましい。鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分に由来する回折ピークの半値幅が０．１５°を超えるほど大きいと、リチウムの挿入、脱離によるバルク改質を行う場合に、ＳｉＯ２成分の改質が効率的に進行せず、不可逆容量は低減されない。
【００６４】
また、本発明では、ケイ素化合物のＳｉ成分の結晶性は低いほどよく、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）は１．２°以上であると共に、その結晶面に起因する結晶子サイズは７．５ｎｍ以下である事が望ましい。特に、Ｓｉ結晶の存在を低減する事で、Ｓｉ結晶の存在による電池特性の悪化を抑制でき、かつ、安定的なＬｉ化合物の生成が容易となる。
【００６５】
またこのとき、ケイ素化合物が、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピーク強度Ｃと鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分由来の回折ピーク強度Ｄの比Ｃ／Ｄが、Ｃ／Ｄ≦１．８を満たすものであることが好ましい。更には、比Ｃ／Ｄは小さい方が良く、特に、実質的に０であることが望ましい。このように、ケイ素化合物において、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分の割合が、Ｓｉ成分を基準として比較的大きくなることで、容量維持率及び初回効率を向上させることができるものとなる。そして、比Ｃ／Ｄが実質的に０となる、即ち、ケイ素化合物中に、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含む一方で、Ｓｉ成分が非晶質であると、容量維持率及び初回効率を一層向上させることができるものとなる。
【００６６】
また、上述のように、負極活物質粒子は、炭素成分からなる炭素被覆層によって被覆されている。その炭素被覆層の被覆量は、ケイ素化合物と炭素被覆層の質量の合計に対し０．５質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。炭素被覆層の上記被覆量が、０．１質量％以上であれば、充分な導電性向上効果を得ることができる。また、上記被覆量が１５質量％以下であれば、炭素量が多くなり過ぎず、電池容量を十分に確保することができる。この炭素成分の被覆手法は特に限定されないが、糖炭化法、炭化水素ガスの熱分解法が好ましい。これは、負極活物質粒子の表面における炭素被覆層の被覆率を向上させることができるからである。
【００６７】
このとき、炭素被覆層が、ＴＯＦ−ＳＩＭＳによって、ＣｘＨｙ系化合物のフラグメントが検出されるものであることが好ましい。炭素被覆層にＣｙＨｚ系化合物のフラグメントが検出される表面状態であれば、結着剤（バインダー）との相性が良好なものとなり、結果として電池特性をより向上させることができる。
【００６８】
またこのとき、炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物は、Ｃ３Ｈ５ピーク強度に対してＣ４Ｈ９ピーク強度が０．００５以上０．０３５以下のものであることが好ましい。炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物の中で、特に、Ｃ４Ｈ９成分の量と電池特性に高い相関がある。Ｃ４Ｈ９ピークが０．００５以上であれば、容量維持率を一層向上させることができるものとなる。また、Ｃ４Ｈ９ピークが０．０３５以下であれば、初期効率及び容量維持率の低下を防ぐことができ、優れた電池特性が得られるものとなる。
【００６９】
負極活物質粒子は、２０ｋＮの荷重を印加した時の体積抵抗率が０．１０Ωｃｍ以上１０Ωｃｍ以下であることが望ましい。２０ｋＮ印加時における体積抵抗率が１０Ωｃｍ以下であると、電気伝導性が良好であり電池特性を向上させる。また、体積抵抗率が０．１Ωｃｍ以上であれば、短絡の発生を確実に防止でき、電池の安全性を向上させることができるものとなる。
【００７０】
また、負極活物質粒子の周囲には、ケイ素化合物よりもメディアン径の小さい粒子状の炭素系化合物を含むことが望ましい。これによって負極活物質粒子間の電気伝導性を向上させることが可能である。この炭素系化合物は、負極活物質粒子との物理的な混合などによって負極活物質粒子の周囲に存在させることができる。
【００７１】
また、ケイ素化合物のメディアン径は特に限定されないが、０．５μｍ〜２０μｍであることが好ましい。これは、充放電時においてリチウムイオンの吸蔵放出がされやすくなると共に、粒子が割れにくくなるからである。０．５μｍ以上のメディアン径では表面積が大き過ぎず、電池不可逆容量の増大を防止できる。更に、メディアン径が２０μｍ以下であれば、粒子が割れにくく新生面が出にくい。
【００７２】
本発明の負極材に含まれる負極活物質粒子は、ケイ素化合物内部に生成するＳｉＯ２成分の一部がＬｉ化合物へ選択的に変更されたものであることが好ましい。なかでも、ケイ素化合物内部に生成するＬｉ化合物としては、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ２ＳｉＯ３が特に良い特性を示す。
【００７３】
Ｌｉ化合物はＮＭＲ（核磁気共鳴）とＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）で定量可能である。ＸＰＳとＮＭＲの測定は、例えば、以下の条件により行うことができる。
ＸＰＳ
・装置：  Ｘ線光電子分光装置
・Ｘ線源：  単色化Ａｌ  Ｋα線
・Ｘ線スポット径：  １００μｍ
・Ａｒイオン銃スパッタ条件：  ０．５ｋＶ  ２ｍｍ×２ｍｍ
２９Ｓｉ  ＭＡＳ  ＮＭＲ（マジック角回転核磁気共鳴）
・装置：  Ｂｒｕｋｅｒ社製７００ＮＭＲ分光器
・プローブ：  ４ｍｍＨＲ−ＭＡＳローター  ５０μＬ
・試料回転速度：  １０ｋＨｚ
・測定環境温度：  ２５℃
【００７４】
選択的化合物の作製方法、すなわち、ケイ素化合物の改質は、電気化学的手法により行うことが好ましい。
【００７５】
このような改質（バルク内改質）方法を用いて負極活物質粒子を製造することで、Ｓｉ領域のＬｉ化合物化を低減、又は避けることが可能であり、大気中、又は水系スラリー中、溶剤スラリー中で安定した物質となる。また、電気化学的手法により改質を行うことにより、ランダムに化合物化する熱改質（熱ドープ法）に対し、より安定したリチウム化合物を作ることが可能である。
【００７６】
ケイ素化合物のバルク内部に生成したＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ２ＳｉＯ３は少なくとも１種以上存在することで特性向上となるが、より特性向上となるのは２種以上の共存状態である。
【００７７】
また、ケイ素化合物の表面にＬｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｏ及びＬｉＦのうちの少なくとも１つのＬｉ化合物が存在することが好ましい。
【００７８】
このうち、ケイ素化合物の最表層にＬｉＦ等のフッ素化合物を生成することで、粉末の保存特性が飛躍的に向上する。特に３０％以上の被覆率で存在することが良く、材質はＬｉＦが最も望ましく、被覆手法は特に限定しないが、電気化学法が最も好ましい。
【００７９】
負極結着剤としては、例えば高分子材料、合成ゴムなどのいずれか１種類以上があげられる。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリアクリル酸、あるいはポリアクリル酸リチウム、カルボキシメチルセルロースなどである。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、あるいはエチレンプロピレンジエンなどである。
【００８０】
負極導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、ケチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のいずれか１種以上があげられる。
【００８１】
負極活物質層は、本発明の負極材と炭素材料（炭素系負極材）の混合状態で作成してもよい。本発明のケイ素系の負極材に炭素系負極材を混合させることで、負極活物質層の電気抵抗を低減すると共に、充電に伴う膨張応力を緩和する事が可能となる。この炭素系負極材は、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、カーボンブラック類などがある。
【００８２】
さらに、ケイ素化合物のメディアン径Ｙと炭素系負極材のメディアン径ＸがＸ／Ｙ≧１の関係を満たすことが好ましい。このように、Ｌｉ化合物を含むケイ素化合物及び炭素被覆層からなる負極材とともに、さらに炭素系負極材を含む負極とすることにより、負極の体積変化による破壊を防止することができる。特にこの効果は、炭素系負極材がケイ素化合物に対して同等以上に大きい場合に効果的に発揮される。
【００８３】
以上のような非水電解質二次電池用負極を、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂの比Ａ／Ｂが、Ａ／Ｂ≧０．２を満たすことが好ましい。このように上記比Ａ／Ｂが０．２以上のものであれば、初期効率、容量維持率共に向上させることができる。この容量Ａ、Ｂの測定は、具体的には以下のようにして行うことができる。
まず、コイン電池を作製する。そして、対極に金属リチウムを用い、電圧が０（Ｖ）まではＣＣ（定電流）モード（電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２）、０（Ｖ）からはＣＶ（定電圧）モードで充電を行い、電流値が０．０４ｍＡ／ｃｍ２となった時に充電を終了する。次に、放電を行うが、放電時は０．２ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度で電池電圧が１．２Ｖに達するまで放電する。そして、この充電を行った後、ＣＣ（定電流）モードで電池電圧が１．２Ｖに達するまで放電を行う。この際に、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂを測定できる。
【００８４】
負極活物質層は、例えば塗布法で形成される。塗布法とは負極活物質粒子と上記した結着剤など、また必要に応じて導電助剤、炭素材料を混合したのち、有機溶剤や水などに分散させ塗布する方法である。
【００８５】
［負極の製造方法］
【００８６】
本発明の負極を製造する方法について説明する。
【００８７】
最初に本発明の非水電解質二次電池用負極材に含まれる負極活物質粒子の製造方法を説明する。まず、酸化珪素ガスを発生する原料を不活性ガスの存在下もしくは減圧下９００度〜１６００度の温度範囲で加熱し、酸化ケイ素ガスを発生させる。この場合、原料は金属珪素粉末と二酸化珪素粉末との混合物であり、金属珪素粉末の表面酸素及び反応炉中の微量酸素の存在を考慮すると、混合モル比が、０．８＜金属珪素粉末／二酸化珪素粉末＜１．３の範囲であることが望ましい。粒子中のＳｉ結晶子は仕込み範囲や気化温度の変更、また生成後の熱処理で制御される。発生したガスは吸着板に堆積される。反応炉内温度を１００度以下に下げた状態で堆積物を取出し、ボールミル、ジェットミルなどを用いて粉砕、粉末化を行う。
【００８８】
また、本発明では、上記のように作製した酸化ケイ素粉末（ケイ素化合物粒子）が鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むか否かを評価する。また、Ｘ線回折によって得られるスペクトルにおいて、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）を算出する。そして、この評価及び測定において鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において測定した、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が、０．１５°以下の条件を満たしたケイ素化合物粒子を選別する。なお、後述するように、後工程の炭素被覆層形成工程において、反応温度を１０００℃以下とする場合、この選別工程を省略しても良い。
【００８９】
次に、得られた粉末材料（ケイ素化合物粒子）の表層に炭素被覆層を形成する。
【００９０】
得られた粉末材料の表層に炭素被覆層を生成する手法としては、熱分解ＣＶＤが望ましい。熱分解ＣＶＤは炉内にセットした酸化ケイ素粉末と炉内に炭化水素ガスを充満させ炉内温度を昇温させる。反応温度は特に限定しないが特に１２００度以下が望ましい。さらに、反応温度を１０００℃以下にすることにより、確実に、酸化ケイ素粉末（ケイ素化合物粒子）を、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°以下のものとすることができる。このように、炭素被覆層形成工程における反応温度を１０００℃以下とする場合、より確実に上記の鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、上記半値幅を満たす酸化ケイ素粉末が得られるため、必ずしも酸化ケイ素粉末の作製後の選別を行わなくても良い。また、反応温度を１０００℃より大きくした場合であっても、炭素被覆層形成後、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、かつ、Ｘ線回折において測定した、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が、０．１５°以下のケイ素化合物粒子を選別し、選別したケイ素化合物粒子を負極活物質粒子として使用すれば、確実に本発明の非水電解質二次電池用負極材に含まれる負極活物質粒子が得られる。また、より望ましい反応温度は９５０度以下であり、ケイ素化合物粒子の意図しない不均化を抑制する事が可能である。炭化水素ガスは特に限定する事はないが、ＣｎＨｍ組成のうち３≧ｎが望ましい。低製造コスト及び分解生成物の物性が良いからである。
【００９１】
バルク内改質は電気化学的にＬｉを挿入・脱離し得ることが望ましい。特に装置構造を限定することはないが、例えば図２に示すバルク内改質装置２０を用いて、バルク内改質を行うことができる。バルク内改質装置２０は、有機溶媒２３で満たされた浴槽２７と、浴槽２７内に配置され、電源２６の一方に接続された陽電極（リチウム源）２１と、浴槽２７内に配置され、電源２６の他方に接続された粉末格納容器２５と、陽電極２１と粉末格納容器２５との間に設けられたセパレータ２４とを有している。粉末格納容器２５には、ケイ素化合物の粉末２２が格納される。
【００９２】
上記バルク内改質処理において、表面にフッ素化合物を生成するときは、フッ素化合物を電位、温度条件を変化させ生成させることが望ましい。これにより、より緻密な膜が得られる。特にフッ化リチウムを生成させるときは、Ｌｉ挿入、Ｌｉ離脱のときに４５℃以上で保持することが望ましい。
【００９３】
ここで、炭素被覆層が存在していることにより、電位分布の低減等ができ、均一な制御が可能となる。
【００９４】
浴槽２７内の有機溶媒２３として、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ジフルオロメチルメチルなどを用いることができる。また、有機溶媒２３に含まれる電解質塩として、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）などを用いることができる。
【００９５】
陽電極２１はＬｉ箔を用いてもよく、また、Ｌｉ含有化合物を用いてもよい。Ｌｉ含有化合物として、炭酸リチウム、酸化リチウムなどがあげられる。
【００９６】
続いて、負極活物質粒子と負極結着剤、導電助剤など他の材料とを混合し負極合剤としたのち、有機溶剤又は水などを加えてスラリーとする。
【００９７】
次に負極集電体の表面に合剤スラリーを塗布し、乾燥させて図１に示す負極活物質層１２を形成する。この時、必要に応じて加熱プレスなどを行っても良い。
【００９８】
この負極によれば、バルク内に存在する鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を安定したＬｉ化合物へ変化させることで電池初期効率の向上や、サイクル回数が増加しても安定した活物質となるので、活物質の安定性が向上する。その場合、バルク内部にＬｉシリケートが生成するとより高い効果を得ることができる。
【００９９】
また、炭素成分から成る炭素被覆層で被覆することでバルク内部の化合物状態をより均一化する事が可能であり、フッ化物が表層に存在することで活物質としての安定性を向上し、より高い効果を得ることができる。
【０１００】
また、特に、負極集電体が炭素および硫黄を９０ｐｐｍ以下含んでいれば、より高い効果を得ることができる。
【０１０１】
＜２．リチウムイオン二次電池＞
次に、上記した負極を用いた非水電解質二次電池の具体例として、リチウムイオン二次電池について説明する。
【０１０２】
［ラミネートフィルム型二次電池の構成］
図３に示すラミネートフィルム型二次電池３０は、主にシート状の外装部材３５の内部に巻回電極体３１が収納されたものである。この巻回体は正極、負極間にセパレータを有し、巻回されたものである。また正極、負極間にセパレータを有し積層体を収納した場合も存在する。どちらの電極体においても、正極に正極リード３２が取り付けられ、負極に負極リード３３が取り付けられている。電極体の最外周部は保護テープにより保護されている。
【０１０３】
正負極リードは、例えば、外装部材３５の内部から外部に向かって一方向で導出されている。正極リード３２は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料により形成され、負極リード３３は、例えば、ニッケル、銅などの導電性材料により形成される。
【０１０４】
外装部材３５は、例えば、融着層、金属層、表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムであり、このラミネートフィルムは融着層が電極体３１と対向するように、２枚のフィルムの融着層における外周縁部同士が融着、又は、接着剤などで張り合わされている。融着部は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのフィルムであり、金属部はアルミ箔などである。保護層は例えば、ナイロンなどである。
【０１０５】
外装部材３５と正負極リードとの間には、外気侵入防止のため密着フィルム３４が挿入されている。この材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン樹脂である。
【０１０６】
［正極］
正極は、例えば、図１の負極１０と同様に、正極集電体の両面又は片面に正極活物質層を有している。
【０１０７】
正極集電体は、例えば、アルミニウムなどの導電性材により形成されている。
【０１０８】
正極活物質層は、リチウムイオンの吸蔵放出可能な正極材のいずれか１種又は２種以上を含んでおり、設計に応じて結着剤、導電助剤、分散剤などの他の材料を含んでいても良い。この場合、結着剤、導電助剤に関する詳細は、例えば既に記述した負極結着剤、負極導電助剤と同様である。
【０１０９】
正極材料としては、リチウム含有化合物が望ましい。このリチウム含有化合物は、例えばリチウムと遷移金属元素からなる複合酸化物、又はリチウムと遷移金属元素を有するリン酸化合物があげられる。これら記述される正極材の中でもニッケル、鉄、マンガン、コバルトの少なくとも１種以上を有する化合物が好ましい。これらの化学式として、例えば、ＬｉｘＭ１Ｏ２あるいはＬｉｙＭ２ＰＯ４で表される。式中、Ｍ１、Ｍ２は少なくとも１種以上の遷移金属元素を示す。ｘ、ｙの値は電池充放電状態によって異なる値を示すが、一般的に０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０で示される。
【０１１０】
リチウムと遷移金属元素とを有する複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉｘＣｏＯ２）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉｘＮｉＯ２）などが挙げられる。リチウムと遷移金属元素とを有するリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ４）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ１−ｕＭｎｕＰＯ４（０＜ｕ＜１））などが挙げられる。これらの正極材を用いれば、高い電池容量が得られるとともに、優れたサイクル特性も得られるからである。
【０１１１】
［負極］
負極は、上記した図１のリチウムイオン二次電池用負極１０と同様の構成を有し、例えば、集電体１１の両面に負極活物質層１２を有している。この負極は、正極活物質剤から得られる電気容量（電池としての充電容量）に対して、負極充電容量が大きくなることが好ましい。負極上でのリチウム金属の析出を抑制することができるためである。
【０１１２】
正極活物質層は、正極集電体の両面の一部に設けられており、負極活物質層も負極集電体の両面の一部に設けられている。この場合、例えば、負極集電体上に設けられた負極活物質層は対向する正極活物質層が存在しない領域が設けられている。安定した電池設計を行うためである。
【０１１３】
非対向領域、すなわち、上記の負極活物質層と正極活物質層とが対向しない領域では、充放電の影響をほとんど受けることが無い。そのため負極活物質層の状態が形成直後のまま維持される。これによって負極活物質の組成など、充放電の有無に依存せずに再現性良く組成などを正確に調べることができる。
【０１１４】
［セパレータ］
セパレータは正極、負極を隔離し、両極接触に伴う電流短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータは、例えば合成樹脂、あるいはセラミックからなる多孔質膜により形成されており、２種以上の多孔質膜が積層された積層構造を有しても良い。合成樹脂として例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。
【０１１５】
［電解液］
活物質層の少なくとも一部、又は、セパレータには、液状の電解質（電解液）が含浸されている。この電解液は、溶媒中に電解質塩が溶解されており、添加剤など他の材料を含んでいても良い。
【０１１６】
溶媒は、例えば、非水溶媒を用いることができる。非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、１，２−ジメトキシエタン又はテトラヒドロフランなどが挙げられる。この中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルのうちの少なくとも１種以上を用いることが望ましい。より良い特性が得られるからである。またこの場合、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの高粘度溶媒と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒を組み合わせることにより、より優位な特性を得ることができる。電解質塩の解離性やイオン移動度が向上するためである。
【０１１７】
溶媒添加物として、不飽和炭素結合環状炭酸エステルを含んでいることが好ましい。充放電時に負極表面に安定な被膜が形成され、電解液の分解反応が抑制できるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとして、例えば炭酸ビニレン又は炭酸ビニルエチレンなどが挙げられる。
【０１１８】
また溶媒添加物として、スルトン（環状スルホン酸エステル）を含んでいることが好ましい。電池の化学的安定性が向上するからである。スルトンとしては、例えばプロパンスルトン、プロペンスルトンが挙げられる。
【０１１９】
さらに、溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。酸無水物としては、例えば、プロパンジスルホン酸無水物が挙げられる。
【０１２０】
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか１種類以上含むことができる。リチウム塩として、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）などが挙げられる。
【０１２１】
電解質塩の含有量は、溶媒に対して０．５ｍｏｌ／ｋｇ以上２．５ｍｏｌ／ｋｇ以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。
【０１２２】
［ラミネートフィルム型二次電池の製造方法］
【０１２３】
最初に上記した正極材を用い正極電極を作製する。まず、正極活物質と、必要に応じて結着剤、導電助剤などを混合し正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させ正極合剤スラリーとする。続いて、ナイフロール又はダイヘッドを有するダイコーターなどのコーティング装置で正極集電体に合剤スラリーを塗布し、熱風乾燥させて正極活物質層を得る。最後に、ロールプレス機などで正極活物質層を圧縮成型する。この時、加熱しても良く、また圧縮を複数回繰り返しても良い。
【０１２４】
次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極１０の作製と同様の作業手順を用い、負極集電体に負極活物質層を形成し負極を作製する。
【０１２５】
正極及び負極を作製する際に、正極及び負極集電体の両面にそれぞれの活物質層を形成する。この時、どちらの電極においても両面部の活物質塗布長がずれていても良い（図１を参照）。
【０１２６】
続いて、電解液を調製する。続いて、超音波溶接などにより、正極集電体に正極リード３２を取り付けると共に、負極集電体に負極リード３３を取り付ける。続いて、正極と負極とをセパレータを介して積層、又は巻回させて巻回電極体３１を作製し、その最外周部に保護テープを接着させる。次に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。続いて、折りたたんだフィルム状の外装部材３５の間に巻回電極体を挟み込んだ後、熱融着法により外装部材の絶縁部同士を接着させ、一方向のみ開放状態にて、巻回電極体を封入する。正極リード、及び負極リードと外装部材の間に密着フィルムを挿入する。開放部から上記調製した電解液を所定量投入し、真空含浸を行う。含浸後、開放部を真空熱融着法により接着させる。
【０１２７】
以上のようにして、ラミネートフィルム型二次電池３０を製造することができる。
【実施例】
【０１２８】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１２９】
（実施例１−１）
以下の手順により、図３に示したラミネートフィルム型の二次電池３０を作製した。
【０１３０】
最初に正極を作製した。正極活物質はコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）を９５質量部と、正極導電助剤２．５質量部と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン、ＰＶＤＦ）２．５質量部とを混合し正極合剤とした。続いて、正極合剤を有機溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン、以下ＮＭＰとも呼ぶ）に分散させてペースト状のスラリーとした。続いて、ダイヘッドを有するコーティング装置で正極集電体の両面にスラリーを塗布し、熱風式乾燥装置で乾燥した。この時正極集電体は厚み１５μｍのものを用いた。最後に、ロールプレスで圧縮成型を行った。
【０１３１】
次に、以下に説明するように負極を作製した。
まず、本発明の負極材に含まれる負極活物質粒子は以下のように作製した。
初めに、金属ケイ素と二酸化ケイ素を混合した原料（気化出発材）を反応炉へ設置し、１０Ｐａの真空度の雰囲気中で気化させたものを吸着板上に堆積させ、十分に冷却した後、堆積物を取出しボールミルで粉砕した。粒径を調整した後、熱分解ＣＶＤを行うことで炭素被膜を被覆した。また、熱分解ＣＶＤにおける、反応温度は９８０℃とした。作製した粉末はエチレンカーボネート及びジメチルカーボネートの体積比が３：７の混合溶媒（電解質塩を１．３ｍｏｌ／ｋｇの濃度で含んでいる。）中で電気化学法を用い、バルク改質を行うことで、負極活物質粒子を作製した。尚、作製した負極活物質粒子の、２０ｋＮ印加時における体積抵抗率は０．１８Ω・ｃｍであった。
【０１３２】
このとき、負極活物質粒子は、ＳｉＯｘで表されるケイ素化合物のｘの値が０．９であり、ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。また、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
【０１３３】
続いて、負極活物質粒子と天然黒鉛を５０：５０の重量比で配合した。配合した活物質材、導電助剤１、導電助剤２、負極結着剤（ポリイミド）の前駆体とを８０〜８３：１０：２：５〜８の乾燥重量比で混合したのち、ＮＭＰで希釈してペースト状の負極合剤スラリーとした。この場合には、ポリアミック酸の溶媒としてＮＭＰを用いた。続いて、コーティング装置で負極集電体の両面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。この負極集電体としては、電解銅箔（厚さ＝１５μｍ）を用いた。最後に、真空雰囲気中で４００℃×１時間焼成した。これにより、負極結着剤（ポリイミド）が形成される。
【０１３４】
次に、溶媒（４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＦＥＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びジメチルカーボネート（ＤＭＣ））を混合したのち、電解質塩（六フッ化リン酸リチウム：ＬｉＰＦ６）を溶解させて電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成を堆積比でＦＥＣ：ＥＣ：ＤＭＣ＝１０：２０：７０とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して１．２ｍｏｌ／ｋｇとした。
【０１３５】
次に、以下のようにして二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体の一端にアルミリードを超音波溶接し、負極集電体にはニッケルリードを溶接した。続いて、正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順に積層し、長手方向に巻回させ巻回電極体を得た。その捲き終わり部分をＰＥＴ保護テープで固定した。セパレータは多孔性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とするフィルムに挟まれた積層フィルム１２μｍを用いた。続いて、外装部材間に電極体を挟んだのち、一辺を除く外周縁部同士を熱融着し、内部に電極体を収納した。外装部材はナイロンフィルム、アルミ箔及び、ポリプロピレンフィルムが積層されたアルミラミネートフィルムを用いた。続いて、開口部から調製した電解液を注入し、真空雰囲気下で含浸した後、熱融着し封止した。
【０１３６】
（比較例１−１〜比較例１−３）
負極材中のケイ素化合物に、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含まないことを除き、実施例１−１と同様に、二次電池を作製した。尚、比較例１−１のＳｉＯ２成分の構造はアモルファスを含んでいた。比較例１−２のＳｉＯ２成分の構造は石英を含んでいた。比較例１−３のＳｉＯ２成分の構造はクリストバライトを含んでいた。
【０１３７】
比較例１−１〜１−３におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ＳｉＯｘで表されるケイ素化合物のｘの値が０．９であり、メディアン径Ｄ５０は４μｍであった。
【０１３８】
また、負極活物質粒子において、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
【０１３９】
実施例１−１、比較例１−１〜１−３の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。
【０１４０】
サイクル特性については、以下のようにして調べた。最初に電池安定化のため２５℃の雰囲気下、２サイクル充放電を行い、２サイクル目の放電容量を測定した。続いて総サイクル数が１００サイクルとなるまで充放電を行い、その都度放電容量を測定した。最後に１００サイクル目の放電容量を２サイクル目の放電容量で割り、％表示のため１００を掛け、容量維持率（以下では単に維持率と呼ぶ場合もある）を算出した。サイクル条件として、４．２Ｖに達するまで定電流密度、２．５ｍＡ／ｃｍ２で充電し、４．２Ｖの電圧に達した段階で４．２Ｖ定電圧で電流密度が０．２５ｍＡ／ｃｍ２に達するまで充電した。また放電時は２．５ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度で電圧が２．５Ｖに達するまで放電した。
【０１４１】
初回充放電特性を調べる場合には、初回効率（以下では初期効率と呼ぶ場合もある）を算出した。初回効率は、初回効率（％）＝（初回放電容量／初回充電容量）×１００で表される式から算出した。雰囲気温度は、サイクル特性を調べた場合と同様にした。充放電条件はサイクル特性の０．２倍で行った。
【０１４２】
【表１】
2018078114.tif 000003
【０１４３】
表１に示すように、ケイ素化合物に含まれるＳｉＯ２成分の構造を変化させたところ、構造によって電池特性が変化した。実施例１−１のように、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含む場合において、容量維持率及び初回効率の向上が見られた。尚、ＳｉＯ２成分の構造はＸＲＤで確認可能である。以降の実施例、比較例では、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含むケイ素化合物を用いた。
【０１４４】
（実施例２−１〜実施例２−４、比較例２−１〜比較例２−２）
負極材を製造する際のケイ素化合物のバルク内酸素量を調整したことを除き、実施例１−１と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、気化出発材の比率や温度を変化させ堆積される酸素量を調整した。実施例２−１〜２−４、比較例２−１、２−２における、ＳｉＯｘで表されるケイ素化合物のｘの値を表２中に示した。
【０１４５】
実施例２−１〜実施例２−４、比較例２−１〜比較例２−２におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
【０１４６】
また、実施例２−１〜実施例２−４、比較例２−１〜比較例２−２では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
【０１４７】
実施例２−１〜実施例２−４、比較例２−１〜比較例２−２の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表２に示した結果が得られた。
【０１４８】
【表２】
2018078114.tif 000004
【０１４９】
表２からわかるように、酸素が十分にない場合（比較例１−１、ｘ＝０．３）、初期効率は向上するものの容量維持率が著しく悪化する。また、酸素量が多すぎる場合（比較例１−２、ｘ＝１．８）、導電性の低下が生じＳｉＯ材の容量が発現しなかったため、維持率及び初期効率の測定ができなかった。以降の実施例では、ＳｉＯｘのｘの値が０．９のものを用いた。
【０１５０】
（実施例３−１、比較例３−１）
ケイ素化合物の鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分の結晶性を調整したことを除き、実施例１−１と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、ケイ素化合物の製造の際に、気化出発材の温度を変化させて調整した。
【０１５１】
実施例３−１、比較例３−１におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。
【０１５２】
また、実施例３−１、比較例３−１では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
【０１５３】
実施例３−１、比較例３−１の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表３に示した結果が得られた。
【０１５４】
【表３】
2018078114.tif 000005
【０１５５】
表３に示すように、鱗珪石構造由来の２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１５°より大きい場合、即ち、鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分の結晶性が低い場合（比較例３−１、前述の比較例１−１）、初期効率と維持率が共に悪化する。それに対し、上記半値幅（２θ）が０．１５°以下であれば、初期効率と維持率がともに良好な値となる。
【０１５６】
（実施例４−１〜実施例４−４）
非水電解質二次電池用負極を、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂの比Ａ／Ｂを変化させたこと以外、実施例１−１と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、ケイ素化合物を調整し、バルク改質時のＬｉ対極における０．２０Ｖまでの充電容量の比較を行った。比Ａ／Ｂは、ＳｉＯ析出温度を変化させることで調整している。また、容量Ａ、Ｂは以下のように測定した。
【０１５７】
まず、コイン電池を作製した。そして、対極に金属リチウムを用い、電圧が０（Ｖ）まではＣＣ（定電流）モード（電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２）、０（Ｖ）からはＣＶ（定電圧）モードで充電を行い、電流値が０．０４ｍＡ／ｃｍ２となった時に充電を終了した。次に、放電を行い、放電時は０．２ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度で電池電圧が１．２Ｖに達するまで放電した。この際に、０．２Ｖまで定電流充電した際の容量Ａと、０Ｖまで定電流・定電圧充電した際の容量Ｂを測定した。
【０１５８】
実施例４−１〜実施例４−４におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
【０１５９】
また、実施例４−１〜実施例４−４では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
【０１６０】
実施例４−１〜実施例４−４の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表４に示した結果が得られた。
【０１６１】
【表４】
2018078114.tif 000006
【０１６２】
表４に示すように、比Ａ／Ｂが０．２以上で容量維持率に向上がみられた。比Ａ／Ｂは、バルク内のＳｉ比率が小さいと大きくなる。バルク中のＳｉ比率がより小さいと電池サイクルの増加に伴う膨張劣化を抑制することができるため容量維持率が向上した。以降の実施例、比較例では、比Ａ／Ｂが０．３５であるケイ素化合物を用いた。
【０１６３】
（実施例５−１〜実施例５−５）
炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物のＣ４Ｈ９ピークの大きさを調整したこと以外、実施例１−１と同様に、二次電池の製造を行った。Ｃ４Ｈ９ピークの大きさは、炭素被覆工程の熱分解ＣＶＤ工程時における温度等の制御により調整した。この場合、ＴＯＦ−ＳＩＭＳにより、ＣｘＨｙ系化合物に由来するマイナスイオン質量スペクトルが検出される。
【０１６４】
実施例５−１〜実施例５−５におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
【０１６５】
また、実施例５−１〜実施例５−５では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
【０１６６】
実施例５−１〜実施例５−５の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表５に示した結果が得られた。
【０１６７】
【表５】
2018078114.tif 000007
【０１６８】
表５に示すように、Ｃ４Ｈ９ピークの大きさが０．００５以上であれば、容量維持率を一層向上させることができるものとなる。また、Ｃ４Ｈ９ピークの大きさが０．０３５以下であれば、初期効率及び容量維持率の低下を防ぐことができ、優れた電池特性が得られるものとなる。このように、炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物の中で、特に、Ｃ４Ｈ９成分の量と電池特性に高い相関があることがわかった。以降の実施例、比較例では、Ｃ４Ｈ９ピークの大きさが０．０３０の炭素被覆層を有するケイ素化合物を用いた。
【０１６９】
（実施例６−１〜実施例６−３）
炭素被覆層の被覆量と２０ｋＮ印加時に測定される体積抵抗率とを調整したこと以外、実施例１−１と同様に、二次電池の製造を行った。この場合、熱分解ＣＶＤ法を用いて、ケイ素化合物の表面に炭素被覆層を成膜した。炭素被膜の量は、ケイ素化合物を熱分解ＣＶＤ処理する際の、温度、処理時間を変化させることで調整している。
【０１７０】
（比較例６−１）
比較例６−１では、炭素被覆層を形成することなく負極活物質粒子の製造を行ったこと以外、実施例１−１と同様に、二次電池の製造を行った。
【０１７１】
また、実施例６−１〜実施例６−３、比較例６−１におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
【０１７２】
実施例６−１〜実施例６−３、比較例６−１の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表６に示した結果が得られた。
【０１７３】
【表６】
2018078114.tif 000008
【０１７４】
表６に示すように、炭素被覆層の被覆量が、０．１質量％以上であれば、充分な導電性向上効果を得ることができる。また、上記被覆量が１５質量％以下であれば、電池容量を十分に確保することができる。
【０１７５】
また、表６に示すように、２０ｋＮの荷重を印加した時における体積抵抗率が１０Ωｃｍ以下であると、電気伝導性が良好となり電池特性を向上させることができた。また、体積抵抗率が０．１Ωｃｍ以上であれば、短絡の発生を確実に防止でき、電池の安全性を向上させることができた。尚、比較例６−１では、炭素被覆層が存在しないため、２０ｋＮ印加時における体積抵抗率は測定することができなかった。
【０１７６】
（実施例７−１〜実施例７−４）
ケイ素化合物のＳｉ成分の結晶性を変化させたこと以外、実施例１−１と同様に、二次電池の製造を行った。Ｓｉ成分の結晶性の変化はＳｉＯの析出温度、時間を変化させることで調整している。
【０１７７】
また、実施例７−１〜実施例７−４におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
【０１７８】
また、実施例７−１〜実施例７−４では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
【０１７９】
実施例７−１〜実施例７−４の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表７に示した結果が得られた。
【０１８０】
【表７】
2018078114.tif 000009
【０１８１】
ケイ素化合物のＳｉ成分の結晶性を変化させたところ、それらの結晶性に応じて容量維持率及び初回効率が変化した。特に半値幅が１．２°以上、Ｓｉ（１１１）面に起因する結晶子サイズ７．５ｎｍ以下の低結晶性材料で高い維持率、初期効率が可能となる。特に非結晶領域では最も良い特性が得られる。実施例７−４では半価幅を２０°以上と算出しているが、解析ソフトを用いフィッティングした結果であり、実質的にピークは得られていない。よって実質的に非晶質であると言える。
【０１８２】
（実施例８−１、実施例８−２）
基本的に実施例１−１と同様に二次電池の製造を行ったが、ケイ素化合物のバルク改質時の、Ｌｉ化合物作製時の電位、電流量、Ｌｉの挿入離脱手法を制御し、ケイ素化合物に生成される含有物の状態を変化させた。例えば、ケイ素化合物を電気化学的に改質すると、ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｏ等が表面に、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ４ＳｉＯ４等が内部に生成する。また、水洗することで表面のＬｉ化合物を除去することができる。
【０１８３】
また、実施例８−１、実施例８−２におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
【０１８４】
また、実施例８−１、実施例８−２では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
【０１８５】
実施例８−１、実施例８−２の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表８に示した結果が得られた。
【０１８６】
【表８】
2018078114.tif 000010
【０１８７】
表８に示すように、ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２Ｏ等が表面に、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｉ４ＳｉＯ４等が内部に存在するケイ素化合物であれば、電池特性をより向上させることができる。
【０１８８】
（実施例９−１、実施例９−２）
基本的に実施例１−１と同様に二次電池の製造を行ったが、実施例９−１ではケイ素化合物のバルク改質を行わず、実施例９−２では熱ドープ法によりケイ素化合物のバルク改質を行った。尚、熱ドープ法とは、ケイ素化合物とＬｉ金属、またはＬｉ化合物を混合して、熱処理を行う改質手法である。
【０１８９】
また、実施例９−１、実施例９−２におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
【０１９０】
また、実施例９−１、実施例９−２では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
【０１９１】
実施例９−１、実施例９−２の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表９に示した結果が得られた。
【０１９２】
【表９】
2018078114.tif 000011
【０１９３】
電気化学的手法により改質を行うことにより、ランダムに化合物化する熱改質（熱ドープ法）に対し、より安定した物質を作ることが可能である。
【０１９４】
（実施例１０−１〜実施例１０−９）
基本的に実施例１−１と同様に二次電池の製造を行ったが、負極活物質粒子と、炭素系活物質粒子を混合して負極を作製した。更に、表１０に示すように、ケイ素化合物のメディアン径Ｙと炭素系活物質のメディアン径Ｘの比Ｘ／Ｙを変化させた。また、表１０に示すように、実施例１０−１では、表面及び内部にＬｉ化合物が存在しないケイ素化合物を使用した。これに対して、実施例１０−２〜実施例１０−９では、表面にＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、及びＬｉ２Ｏを含み、内部にＬｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ６Ｓｉ２Ｏ７、及びＬｉ２ＳｉＯ３を含むケイ素化合物を使用した。
【０１９５】
また、実施例１０−１〜実施例１０−９におけるケイ素化合物はいずれも以下の物性を有していた。ケイ素化合物のメディアン径Ｄ５０は４μｍであった。また、ケイ素化合物は鱗珪石構造を有するＳｉＯ２成分を含み、Ｘ線回折において、２１．８２５°付近で得られる回折ピークの半値幅（２θ）が０．１０°であった。
【０１９６】
また、実施例１０−１〜実施例１０−９では、炭素被覆層の被覆量が、ケイ素化合物と炭素被覆層の合計に対し、５質量％であった。
【０１９７】
実施例１０−１、実施例１０−９の二次電池のサイクル特性及び初回充放電特性を調べたところ、表１０に示した結果が得られた。
【０１９８】
【表１０】
2018078114.tif 000012
【０１９９】
表１０からわかるように、負極活物質層中の炭素系活物質は、ケイ素系活物質に対し同等以上の大きさであることが望ましい。膨張収縮するケイ素系活物質が炭素系活物質に対して同等以下の大きさである場合、合材層の破壊を防止することができる。炭素系活物質がケイ素系活物質に対して大きくなると、充電時の負極体積密度、初期効率が向上し、電池エネルギー密度が向上する。
【０２００】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図１】
2018078114.tif 000013
【図２】
2018078114.tif 000014
【図３】
2018078114.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月24日(2018.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極活物質粒子を有する非水電解質二次電池用負極材であって、
前記負極活物質粒子が、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物、及び該ケイ素化合物の表面を被覆する炭素成分からなる炭素被覆層から成り、
前記炭素被覆層が、ＴＯＦ−ＳＩＭＳによって、ＣｘＨｙ系化合物のフラグメントが検出されるものであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極材。
【請求項２】
前記炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物は、Ｃ３Ｈ５ピークが顕著に現れるピークであることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極材。
【請求項３】
前記炭素被覆層で検出されるＣｘＨｙ系化合物は、Ｃ３Ｈ５ピーク強度に対してＣ４Ｈ９ピーク強度が０．００５以上０．０３５以下のものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非水電解質二次電池用負極材。