(57)【要約】  電気化学セルの電極のための活性材料を作るための方法が開示される。この方法は、成分１として、１μｍ〜１００μｍの範囲の平均粒子寸法を持つリチウム挿入炭素粒子を準備すること；成分２として、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の平均粒子寸法を持つケイ素粒子を準備すること；成分３として、非晶質炭素を形成するために熱分解されることができかつエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、及びポリエステル樹脂からなる群から選ばれるポリマーまたはポリマー前駆体を準備すること；成分１〜３を混合すること、及び；熱分解可能なポリマーまたは熱分解可能なポリマー前駆体が分解して非晶質炭素を形成する温度で雰囲気酸素を排除して混合物を熱処理することを含む。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セルの電極のための活性材料を作るための方法であって、
−  成分１として、１μｍ〜１００μｍの範囲の平均粒子寸法を持つリチウム挿入炭素粒子を準備すること、
−  成分２として、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の平均粒子寸法を持つケイ素粒子を準備すること、
−  成分３として、非晶質炭素を形成するために熱分解されることができかつエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、及びポリエステル樹脂からなる群から選ばれるポリマーまたはポリマー前駆体を準備すること、
−  成分１〜３を混合すること、及び
−  熱分解可能なポリマーまたは熱分解可能なポリマー前駆体が分解して非晶質炭素を形成する温度で雰囲気酸素を排除して混合物を熱処理すること、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
エポキシ樹脂、特にビスフェノールＡとエピクロロヒドリンに基づいたエポキシ樹脂が、成分３として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
混合物が、成分４として非晶質電気伝導性カーボンブラックを含むことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
−  混合物中のケイ素粒子の割合が１０重量％〜５０重量％の範囲であること、及び／または
−  混合物中のリチウム挿入炭素粒子の割合が２０重量％〜８０重量％の範囲であること、及び／または
−  混合物中の非晶質電気伝導性カーボンブラックの割合が１重量％〜２０重量％の範囲であること、及び／または
−  混合物中の熱分解可能なポリマーまたはポリマー前駆体の割合が２０重量％〜８０重量％の範囲であること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
成分３が、溶媒中の溶液として最初に充填され、成分１，２及び任意選択的に成分４が溶液中に分散されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
ポリマーまたはポリマー前駆体のための硬化剤、特にエポキシ樹脂のためのアミン硬化剤が、好ましくは成分１，２及び任意選択的に成分４が請求項５に記載の溶液中に分散された後に、混合物に添加されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
溶媒が熱処理前に除去されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
混合物が５００℃〜１２００℃の範囲の温度で熱処理されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
熱処理が還元雰囲気内で実行されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
硬化された混合物が、熱処理前に、粉砕され、好ましくは粉状化されることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の方法によって作られることができ、特に電気化学セルの負電極のための電気化学活性材料であって、電気化学活性材料がリチウム挿入炭素粒子を含み、その表面が非晶質炭素の層で少なくとも部分的に覆われ、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の平均粒子寸法を持つケイ素粒子が前記層中に埋め込まれていることを特徴とする電気化学活性材料。
【請求項１２】
請求項１１に記載された電気化学活性材料を、好ましくは結合剤及び電気伝導性改良剤と組み合わせて、含むことを特徴とする電極。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電極を含む電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルの電極のための活性材料を製造するための方法に関する。それはさらに、この方法によって製造された活性材料、及びかかる活性材料を含む電極及び電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
用語「電池（ｂａｔｔｅｒｙ）」は、当初、ハウジング内で直列に連結された複数の電気化学セルを意味した。しかし、単一の電気化学セルであっても、今日では電池と呼ばれることが多い。電気化学セルの放電時に、二つの電気的に結合されているが空間的に分離された部分反応から作られたエネルギー供給化学反応が起こる。比較的低いレドックス電位で起こる部分反応が負極で進み、比較的高いレドックス電位で部分反応が正極で起こる。放電時に、電子は負極での酸化工程により放出され、外部負荷を介して対応する量の電子を吸収する正極に流れる電子流をもたらす。従って、正極では還元工程が起こる。同時に、電極反応に相当するイオン流がセル内に流れる。このイオン流はイオン伝導性の電解質によって確保される。二次セル及び電池では、この放電反応は可逆的であり、すなわち放電時に起こる化学エネルギーの電気エネルギーへの変換を逆にすることができる。用語「陽極」及び「陰極」がこの明細書で使用される場合、電極は、一般的に放電時のそれらの機能により名付けられる。従って、かかるセル中で負極は陽極であり、正極は陰極である。
【０００３】
二次セル及び電池の中では、リチウムイオンに基づいたセル及び電池によって比較的高いエネルギー密度が達成される。これらは、一般的に電気化学的に活性な成分だけでなく電気化学的に不活性な成分も含む複合電極を持つ。リチウムイオンに基づいたセル及び電池のための可能な電気化学的に活性な成分（活性材料とも呼ばれることが多い）は、リチウムイオンを吸収し、それらを再び放出することができる本質的に全ての材料である。この文脈において、リチウムを挿入可能な炭素、特に、例えば黒鉛炭素、または非黒鉛炭素材料に基づいた粒子は、負極のための従来技術である。さらに、リチウムと合金を作ることができる金属及び半金属材料を使用することもできる。従って、例えば、スズ、アンチモン、及びケイ素の元素は、リチウムと金属間化合物相を形成することができる。正極に対して、現時点で工業的に使用される活性材料は、特に、リチウム−コバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、ＬｉＭｎ２Ｏ４スピネル、リチウム−鉄リン酸塩（ＬｉＦｅＰＯ４）、及びＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２またはＬｉＭｎＰＯ４のような誘導体を含む。全ての電気化学的に活性な材料は、一般的に電極中で粒子形態で存在する。
【０００４】
電気化学的に不活性な構成要素として、まず最初に電極結合剤及び電力出口リード線が述べられることができる。電子は、電力出口リード線によって電極に供給されるか、または電極から導出される。電極結合剤は、電極の機械的安定性、及び電気化学的に活性な材料の粒子の互いの接触及び電力出口リード線との接触を確保する。集合的な用語「電気化学的に不活性な構成要素」の下に同様に包含されることができる電気伝導性改良添加物は、同様に電気化学的に活性な粒子と電力出口リード線の間の改良された電気的連結に寄与することができる。全ての電気化学的に不活性な構成要素は、少なくともそれぞれの電極の電位範囲内で電気化学的に安定であるべきであり、通例の電解質溶液の存在下で化学的に不活性の特性を持つべきである。通例の電解質溶液は、例えば、炭酸のエステル及びエーテルのような有機溶媒中のリチウムヘキサフルオロリン酸塩のようなリチウム塩の溶液である。
【０００５】
ナノ寸法のケイ素粒子を含む電極活性材料は、ＷＯ２０１０／０１４９６６Ａ１から知られている。これらの粒子は、ポリマー電解質中に、任意選択的に炭素粒子と一緒に埋め込まれる。ポリマー電解質は、充電及び放電の操作時のケイ素及び任意選択的に炭素粒子の容積変化を均等化することができる。
【０００６】
ＵＳ２００６／００３５１４９Ａ１は、ケイ素−炭素複合粒子に加えて炭素繊維を持つことができる電極活性材料を開示する。
【０００７】
ＵＳ２００５／０１３６３３０Ａ１及びＵＳ２００９／０２５２８６４Ａ１は、リチウムイオン電池のためのケイ素−炭素複合粒子を含む電極活性材料を開示する。この複合粒子は、石油、タール、フェノール樹脂、砂糖、ポリアクリロニトリル、及びリグニンからなる群から選ばれる被覆材料でケイ素粒子を被覆した後に分解材料を熱分解することによって製造される。
【０００８】
二次リチウムイオンセルの性能のための重要な因子は、（活性化として知られる）かかるセルの第一の充電／放電サイクル時であっても、一般的に電解質分解生成物及び酸化されたリチウムからなるカバー層が陽極内の電気化学的に活性な材料の表面上に形成されることである。このカバー層は、「固体電解質界面」（ＳＥＩ）と呼ばれる。ＳＥＩは、理想的な場合では、極めて小さいリチウムイオンに対してのみ透過性であり、陽極内の電気化学的に活性な材料と電解質溶液とのさらなる直接接触を防止する。この点で、ＳＥＩの形成はプラスの効果を持つ。しかし、欠点は、可動リチウムがＳＥＩの形成で失われ、同時にセルの内部抵抗が増加することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、比較的高いエネルギー密度を持つ電池を構成することを可能にするが、同時に従来技術から知られている上述の活性材料より少ない欠点を持つ新規な代替電極活性材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、請求項１の特徴を持つ方法、及び請求項１１の特徴を持つ活性材料によって達成される。本発明の方法の好適な実施態様は、従属請求項２〜１０に示されている。本発明はまた、請求項１２の特徴を持つ電極、及び請求項１３の特徴を持つ電気化学セルを提供する。全ての請求項の用語は、これにより参考として本明細書中に組み込まれる。
【００１１】
本発明の方法は、特にリチウムイオン技術に基づいた、すなわち上述の充電及び放電工程時にリチウムイオンを結合もしくは放出するかまたはリチウムと合金を作る材料の電気化学セルの電極のための活性材料の製造で採用される。それは常に次の工程を含む：
・  一つの工程では、リチウム挿入炭素粒子（以下で成分１とも呼ばれる）が準備される。これらはミクロン範囲の寸法を持ち、それらの平均粒子寸法は好ましくは１μｍ〜１００μｍの範囲である。この範囲内では、５μｍ〜５０μｍの範囲の平均粒子寸法がより好ましい。リチウムを挿入することができる炭素材料は最初に述べられたものであり、本発明に従って使用される炭素粒子は、特に好ましくは黒鉛構造を持つ粒子である。
・  さらなる工程では、金属ケイ素（以下で成分２とも呼ばれる）から構成された粒子が準備される。これらはナノ寸法であり、それらは好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の平均粒子寸法を持つ。この範囲内では、１０ｎｍ〜２５０ｎｍ、特に１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の平均粒子寸法がより好ましい。
・  成分３として、ポリマー、またはポリマーが形成されることができるポリマー前駆体が準備される。このポリマーは、熱分解によって非晶質炭素に変換されることができることを特徴とする。
・  さらなる工程では、成分１〜３が混合物を形成するために処理される。ここで、モノマー前駆体のポリマーへの変換はまた、任意選択的に起こるかまたは少なくとも開始される。この詳細は以下に続く。
・  混合物は続いて雰囲気酸素の排除により熱処理される。熱処理での温度は、熱分解可能なポリマー、任意選択的にポリマー前駆体（もしそれがポリマーに完全に変換しなかったら）が分解して非晶質炭素を形成するように設定される。
【００１２】
この方法は、リチウム挿入炭素粒子をもたらし、それらは、ケイ素粒子が埋め込まれている非晶質炭素層によってシェル状態様で被覆される。これらは、電気化学セルの電極のための活性材料として使用されることができ、非常に高いサイクル安定性を特徴とする。非晶質炭素層は、ケイ素粒子及びリチウム挿入炭素粒子とセルの電解質の接触を阻止し、それにより上述のＳＥＩ形成で起こることができるような可動リチウムの過剰損失を防止する。
【００１３】
黒鉛とケイ素から構成された複合材料は基本的に既に知られている。即ち、例えば、ＤＥ１０２００８０６３５５２Ａ１は、コアシェル構造を持つ活性材料を開示する。このコアは黒鉛粒子からなり、シェルは、シランの熱分解によって形成されることが好ましい金属ケイ素からなる。
【００１４】
ＵＳ６５８９６９６Ｂ２は、黒鉛粒子を含む活性材料を開示し、黒鉛粒子の表面上にマイクロ寸法のケイ素粒子が配置され、非晶質炭素フィルム中に埋め込まれている。特に、これは、上記の方法により製造されることができるが一つの重要な点で、すなわちケイ素粒子の寸法でかかる材料とは異なる活性材料に類似点を持つ。ＵＳ６５８９６９６Ｂ２に記載された粒子とは対照的に、本場合に使用される粒子はナノ寸法であり、すなわち非常にかなり小さい。
【００１５】
この差は種々の理由のために重要である。特に、マイクロ寸法のケイ素粒子のナノ寸法粒子による置換が活性材料のサイクル安定性に、従ってこのタイプの活性材料を持つ電気化学セルまたは電池の寿命に非常にプラスの効果を持つことが見出された。これは、ナノ寸法のケイ素粒子がリチウムイオンの結合及び放出時にマイクロ寸法のケイ素粒子よりかなりずっと小さい絶対容積膨張にさらされることに帰因する。対応して、電極内のケイ素粒子の隣接環境の機械的応力もまた低い。この環境は、本発明によれば、ポリマーまたは任意選択的にポリマー前駆体の分解からもたらされる上述の非晶質炭素によって形成される。これは、ナノ寸法のケイ素粒子が封入されたマトリックスのタイプを形成する。このマトリックスは、第一にケイ素粒子中の良好な電気接触、及び第二に非晶質炭素層で包まれたリチウム挿入炭素粒子との良好な電気接触を確保する。
【００１６】
ナノ寸法ケイ素粒子の使用は、希望のポリマーまたはポリマー前駆体が全く使用されることができないことをもたらす。ＵＳ６５８９６９６Ｂ２に記載されたポリマー材料は、特に、ナノ寸法ケイ素粒子と組み合わせて使用するためには完全に不適切であることがある。これは、ポリマー材料自身もそれらの分解生成物もケイ素粒子の酸化不動態化に導くことを可能にしないためである。もし、例えば、ＵＳ６５８９６９６Ｂ２に記載されたセルロース樹脂がナノ寸法粒子と組み合わせて使用されるなら、これは、先験的に期待されるものより有意に低い比容量を持つ活性材料をもたらす。これは、セルロース樹脂が遊離ヒドロキシ基の形態の多量の活性酸素を明らかに持ち、それらがナノ寸法ケイ素粒子と熱処理時に反応し、それらがそれらの小さな寸法のために非常に高い反応性を持ち、二酸化ケイ素を形成し、すなわち使用された金属ケイ素の一部が不活性化されることになることに帰因する。
【００１７】
代わりに、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、及びポリエステル樹脂の材料は、本発明の場合に本発明の方法で成分３として使用される。全てのこれらの成分は同様に分子レベルの構造元素として酸素原子を持つが、この酸素原子は遊離ヒドロキシ基の形態ではない。述べられた材料は、使用されたケイ素の過剰酸化を起こすことなく十分に高い温度でのナノ寸法ケイ素粒子との接触で分解されることができる。
【００１８】
成分３として、エポキシ樹脂、特にビスフェノールＡとエピクロロヒドリンに基づいたエポキシ樹脂を使用することが特に好ましい。両材料はエポキシ樹脂のための出発材料として当業者に十分知られており、本発明の文脈でさらに説明される必要はない。
【００１９】
本発明の方法の特に好適な実施態様では、混合物は成分１〜３に加えて成分４として非晶質電気伝導性カーボンブラックを含む。この添加が本発明の方法からもたらされる活性材料の内部電気伝導性に、そしてまた構造安定化性に非常にプラスの効果を持つことが驚くべきことに見出された。これは先駆的に期待されていなかったことである。なぜならこのポリマーは、いかなる場合も最終的に非晶質炭素に変換され、従って電気伝導性カーボンブラックの追加の添加が余計なものであるように見えるからである。しかし、実際には上述の四成分から作られた活性材料は、一般的に成分１〜３のみを用いて作られた活性材料に対する場合より高いサイクル安定性を示す。
【００２０】
以下のパラメーターはまた、本発明の方法の結果に影響を持つことができる：
・  混合物中のケイ素粒子の割合：これは、好ましくは１０重量％〜５０重量％の範囲の値に設定される。
・  混合物中のリチウム挿入炭素粒子の割合：これは、好ましくは２０重量％〜８０重量％の範囲の値に設定される。
・  混合物中の非晶質電気伝導性カーボンブラックの割合：これは、好ましくは１重量％〜２０重量％の範囲の値に設定される。
・  混合物中の熱分解可能なポリマーまたはポリマー前駆体の割合：これは、好ましくは２０重量％〜８０重量％の範囲の値に設定される。
【００２１】
示された重量による割合は、各場合において混合物の総重量に、すなわち成分１〜３、及び任意選択的に成分４の質量の合計に、基づくことが好ましい。
【００２２】
混合物を作るために、最初に成分３を溶媒中の溶液として充填しかつ成分１，２及び任意選択的に成分４をこの溶液中に分散することが特に有利であることが見出された。ここで、成分１，２及び任意選択的に成分４を溶媒中に予め分散させること、すなわちこれらの成分を分散された形で成分３及び溶媒から構成される溶液に添加することが有用でありうる。好適な溶媒は、特に成分３としてエポキシ樹脂の場合に、例えば、１−メトキシ−２−プロパノールのようなアルコールである。
【００２３】
ポリマーまたはポリマー前駆体のための硬化剤は、好ましくは上述のように成分１，２及び任意選択的に成分４が溶液中に分散された後に、混合物に添加されることが好ましい。成分３としてエポキシ樹脂を使用する場合、硬化剤はアミン硬化剤であることが好ましい。エポキシ樹脂のためのかかる硬化剤はまた、当業者に知られており、本特許出願の明細書内にさらなる説明は必要ない。アミン硬化剤として３−（ジメチルアミノ）−１−プロピルアミンを使用することが特に好ましい。
【００２４】
好適な実施態様では、述べられた溶媒は、熱処理前に混合物から除去される。この期間の最後に、ポリマーまたは重合可能なポリマー前駆体がまた、任意選択的に添加された硬化剤の作用下で架橋する。
【００２５】
熱処理において、混合物は、５００℃〜１２００℃の範囲の温度にさらされることが好ましい。正確な温度は、主として成分３の性質に依存する。エポキシ樹脂が成分３として使用されるとき、温度は６００℃〜１１００℃の範囲であることが好ましい。
【００２６】
熱処理を還元雰囲気でまたは保護ガス下で実行することが好ましいかもしれない。反応中に雰囲気酸素をできるだけ排除することが有利であることが見出された。
【００２７】
特に硬化剤が添加されるとき、混合物は、遅くとも述べられた溶媒の除去後に、一般的にワンピースのブロックとして存在する。これらの場合には、熱処理前に混合物を粉砕する、好ましくは粉状化することが有利でありうる。
【００２８】
本発明はまた、本発明の方法によって作られることができる活性材料を提供する。上述されたところによれば、それはリチウム挿入炭素粒子を含み、その表面は非晶質炭素の層で少なくとも部分的に覆われ、その中にナノ寸法ケイ素粒子が埋め込まれている。本発明の活性材料は、かかる粒子からなることが特に好ましい。
【００２９】
本発明の活性材料はさらに、電極結合剤、例えばカルボキシメチルセルロースナトリウム、及び任意選択的に電気伝導性改良添加物で処理されてリチウムイオンセルのための電極、特に負極を与えることができる。かかる電極、及びかかる電極を持つ電気化学セルもまた、本発明によって提供される。
【００３０】
本発明の活性材料は、リチウムイオン電池のための通常の陽極材料黒鉛に対する代替物を表わす。構造的に安定な、比較的低容量のリチウム挿入炭素粒子と、高容量ナノケイ素との組み合わせは、リチウムイオン電池のための顕著に構造的に安定な陽極材料を開発可能にした。コア／シェル構造及び本陽極材料でのナノケイ素の使用は、ケイ素の充電／放電時の構造的不安定性を避けることを可能にし、従ってケイ素を使用するときの充電／放電時の大きな容積及び構造の変化にもかかわらず構造的に安定な陽極材料を製造可能にした。
【００３１】
本発明のさらなる特徴は、図面の以下の説明、及び従属請求項と関連した好適な実施態様から導かれることができる。ここで、個々の特徴は、各場合においてそれら自身で実現されることができ、またはそれらの複数が、本発明の一つの実施態様で互いに組み合わせて実現されることができる。述べられた好適な実施態様は、本発明を説明し、より良い理解を与えるための役割のみを有し、いかなる場合も限定を意味すると解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、二つの電極のサイクリックボルタモグラムの第一サイクルを示す。
【００３３】
【図２】図２は、比較電極の一定電流サイクルを示す。
【００３４】
【図３】図３は、活性材料のＸＲＤスペクトルを示す。
【００３５】
【図４】図４は、活性材料のＸＲＤスペクトルを示す。
【００３６】
【図５】図５は、本発明による活性材料を持つ電極に対して測定された最初の五つのサイクルを示す。
【００３７】
【図６】図６は、カルボキシメチルセルロースナトリウムを用いて作られた活性材料を持つ電極に対して測定された最初の五つのサイクルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
［実施例及び比較例］
（１）本発明による活性材料を作るために、エポキシ樹脂Ａｒａｌｄｉｔ（登録商標）５０６が最初に溶媒１−メトキシ−２−プロパノール中に充填され、攪拌によって完全な溶液にもたらされた。ナノ寸法ケイ素、カーボンブラック、及び黒鉛が続いて攪拌しながら以下の割合で溶媒に溶解されたエポキシ樹脂中に混合された。
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【００３９】
これらの成分が完全に分散された後にのみエポキシ硬化剤（３−ジメチルアミノプロピルアミン）が溶液に添加された。混合物を６０℃で乾燥炉中で硬化した後、活性材料はモルタルによって粉末化された。製造された生成物は続いて炉内で数時間、保護ガス下で９００℃の温度で焼成された。
【００４０】
エポキシ樹脂の使用の利点を証明するために、エポキシ樹脂を使用しなかった以外は同様の比較可能な活性材料が作られた。
【００４１】
電極は、本発明による材料から、及び比較材料から作られ、対向参照電極に連結された。電極は、サイクリックボルタンメトリー及び一定電流サイクルによって電気化学的に特徴付けられた。それらから、被覆材料としてのエポキシ樹脂の使用が活性材料の電極性能にプラスの影響を持つことが見出された。
【００４２】
図１は、二つの電極のサイクリックボルタモグラムの第一サイクルを示す。エポキシ樹脂を使用する電極のボルタモグラムの鋭い狭いピークとは対照的に、エポキシ樹脂を使用しない電極のボルタモグラムは有意に幅広のピークを示し、それは劣った電極反応速度を示す。
【００４３】
図２は、比較電極の一定電流サイクルを示す。これらは、エポキシ樹脂なしの活性材料の場合にエポキシ樹脂を持つ活性材料の場合におけるよりもかなり大きな容量減少が起こることを示し、それはまた、エポキシ樹脂、従って非晶質炭素マトリックスの不存在のために劣った粒子接触に帰因しうることを示す。
【００４４】
サイクリックボルタモグラム及び一定電流サイクルの両方は、ナノケイ素／カーボンブラック黒鉛コアシェル複合体の場合のエポキシ樹脂の添加が活性材料の電気化学的挙動にプラスの影響を持つことを示す。これは主として互いの中での粒子の良好な接触、及び粒子全体の関連した大きな緻密性に帰因しうると思われる。
【００４５】
（２）エポキシ樹脂を使用して（１）により作られた活性材料は分光学的に試験された。
【００４６】
図３は、この活性材料のＸＲＤスペクトルを示す。これは、二酸化ケイ素の存在の徴候を示さない。２８．３５°と４７．５°の回折ピークは、立方晶ケイ素の（１１１）及び（２２０）面に割り当てられることができる。
【００４７】
（３）（１）に類似した手順を使用して、エポキシ樹脂の代わりにカルボキシメチルセルロースナトリウムを使用して活性材料が作られた。ナノケイ素、カーボンブラック、黒鉛、及びカルボキシメチルセルロースナトリウムの混合物の熱分解でＳｉＯ２が形成された。
【００４８】
図４は、この活性材料のＸＲＤスペクトルを示す。２２．０°の回折ピークは非晶質ＳｉＯ２に割り当てられることができる。２８．３５°と４７．５°の回折ピークは、この場合においても立方晶ケイ素の（１１１）及び（２２０）面に割り当てられることができる。
【００４９】
（４）リチウムイオン電池での使用のためにＸＲＤによって示された作られた複合材料の差も証明するために、エポキシ樹脂を使用して（１）により作られた本発明による活性材料、及び（３）により作られた活性材料が電極を与えるために加工された。この目的のために、ペースト状稠度を持ちかつ８７重量％のそれぞれの活性材料、５重量％のカルボキシメチルセルロース、及び８重量％の電気伝導性添加物（電気伝導性カーボンブラック）を含む水性スラリーが各場合において作られた。電極ペーストが、次いでフィルム延伸装置によって５０μｍの厚さで銅箔に付与された。乾燥工程後に、電極はこれから打ち抜かれた。これらは１２０℃及び１０−３ｍｂａｒで乾燥され、秤量され、再度乾燥された。
【００５０】
電極は、続いてＳｗａｇｅｌｏｋ測定セル内に設置された。参照電極及び対向電極が各場合において金属リチウムによって形成された。ＥＣ／ＥＭＣ  ３：７（ｖ：ｖ）１Ｍ  ＬｉＰＦ６＋２％ビニレンカーボーネートが電解質として使用された。サイクリックボルタンメトリーのために、３０μＶ／ｓの増加速度でリチウム化及び脱リチウム化が実行された。
【００５１】
図５は、本発明による活性材料を持つ電極に対して測定された最初の五つのサイクルを示す。
【００５２】
図６は、カルボキシメチルセルロースナトリウムを用いて作られた活性材料を持つ電極に対して測定された最初の五つのサイクルを示す。
【００５３】
形成されたＳｉＯ２層による可逆的リチウム化の防止は、達成された異なる容量値から極めて明らかに見ることができる。対照的に、炭化ケイ素粒子は、これらのリチウム化での極めて高い容量値を可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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