(57)【要約】  本発明は、相対的に酸素含有量の高いケイ素酸化物から酸素の含量を減らすことにより、ケイ素酸化物内にケイ素と酸素の含量を適宜調節してこれを含む負極活物質を用いた二次電池の安定性を確保するとともに、電池の容量及び寿命特性を向上させ得るケイ素酸化物の製造方法、これによって製造されたケイ素酸化物及びこれを含む二次電池に関する。これによるケイ素酸化物の製造方法は、相対的に高い酸素含有量を有するケイ素酸化物(第１ケイ素酸化物)を還元雰囲気で熱処理することにより、前記ケイ素酸化物(第１ケイ素酸化物)内に酸素含有量を減らし、ケイ素と酸素が適切な比率(Si：SiO２=１：０.７〜０.９８)で存在するケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)を製造することにより、前記ケイ素によって電池の容量特性、特に初期効率を向上させる効果を有するとともに、前記酸素によって充放電時に膨張されることを緩和させ、電池安定性及び電池寿命の特性を保持又は改善させる効果がある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ケイ素酸化物を反応チャンバ内の反応器内に備えさせた後、還元雰囲気で熱処理して第２ケイ素酸化物を製造する段階を含み；
前記第１ケイ素酸化物はSiOx(０＜x＜２)であり、
前記第２ケイ素酸化物はSiOy(０＜y＜１)であり、
y＜xであることを特徴とするケイ素酸化物の製造方法。
【請求項２】
前記第１ケイ素酸化物でSi：SiO２=１：xであり、前記xは０.９＜x＜１.５であることを特徴とする請求項１に記載のケイ素酸化物の製造方法。
【請求項３】
前記第２ケイ素酸化物でSi：SiO２=１：yであり、前記yは０.７＜y＜０.９８であることを特徴とする請求項１又は２に記載のケイ素酸化物の製造方法。
【請求項４】
前記還元雰囲気は、H２、NH３及びCOからなる群から選択される１種以上の還元性気体、又は前記還元性気体と非活性気体の混合気体を供給して組成されるものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のケイ素酸化物の製造方法。
【請求項５】
前記還元性気体、又は混合気体は、１sccmから１０００sccmの流量に供給されることを特徴とする請求項４に記載のケイ素酸化物の製造方法。
【請求項６】
前記還元雰囲気は、前記反応チャンバ内の別途の容器に活性炭、タンタリウム及びモリブデニウムからなる群から選択される１種以上を備えさせて組成されるものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のケイ素酸化物の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理は、８００℃から１０００℃で行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のケイ素酸化物の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたケイ素酸化物。
【請求項９】
前記ケイ素酸化物はSiOyであり、
前記yは０.７＜y＜０.９８であることを特徴とする請求項８に記載のケイ素酸化物。
【請求項１０】
前記ケイ素酸化物は、Cu-Kαを用いたX-線回折(XRD)分析結果グラフで２５゜＜２θ＜３１゜における最大ピークの半値幅(Full width at Half-maximum；FWHM)が、１.５゜から２.５゜であることを特徴とする請求項８又は９に記載のケイ素酸化物。
【請求項１１】
前記ケイ素酸化物内にケイ素(Si)結晶の大きさは、０.２nmから５nmであることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載のケイ素酸化物。
【請求項１２】
前記ケイ素酸化物は、ESR(電子スピン共鳴)分光装置で測定したg値が２.００１５から２.００５５であることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載のケイ素酸化物。
【請求項１３】
請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載のケイ素酸化物を含有する負極活物質を含む負極、正極、前記負極と正極との間に介在された分離膜及び電解質を含む二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対的に酸素含有量の高いケイ素酸化物から酸素の含量を減らすことにより、ケイ素酸化物内にケイ素と酸素の含量を適宜調節してこれを含む負極活物質を用いた二次電池の安定性を確保するとともに、電池の容量及び寿命特性を向上させ得る、ケイ素酸化物の製造方法、これによって製造されたケイ素酸化物及びこれを含む二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池は、リチウムが放電過程で負極から正極に移動し、充電時にはリチウムイオンが正極から負極に移動しながら、電池内に電気エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵装置である。他の電池と比べてみると、高いエネルギー密度を有し、自家放電の起こる程度が小さいため、多様な事業全般に亘って用いられている。
【０００３】
リチウム二次電池の構成要素は、正極、負極、電解質及び分離膜などに分けることができる。初期リチウム二次電池では負極活物質としてリチウム金属が用いられたが、充電と放電が繰り返されるに伴う安全性問題が現われることにより、黒煙(graphite)など炭素系物質に代替された。炭素系負極活物質は、リチウムイオンとの電気化学的反応電位がリチウム金属と類似し、継続的なリチウムイオンの挿入・脱離過程の間、結晶構造の変化が少ないため、持続的な充電・放電が可能となり、したがって優れた充放電寿命を有するようになった。
【０００４】
しかし、最近、携帯機器に用いる小型リチウム二次電池から自動車に用いられる大型二次電池まで市場が拡がることによって、負極活物質の高容量・高出力化技術が求められている。したがって、炭素系負極活物質より理論容量の高いケイ素、錫、ゲルマニウム、亜鉛、鉛などを中心に、非炭素系負極活物質の開発が進められている。
【０００５】
しかし、これら負極活物質は、全て充放電容量を向上させてエネルギー密度を高めることができるが、充放電の繰り返しによって、電極上にデンドライトや不導体化合物が生成されるため、充放電が劣化されるか、リチウムイオンの挿入・脱離時の膨張及び収縮が大きくなる。このため、これら負極活物質を用いた二次電池は充放電の繰り返しによる放電容量の保持性(以下、サイクル特性)が十分でなく、製造後に最初の放電容量と最初の充電容量の比の値(放電容量/充電容量；以下、初期効率)も十分でない問題がある。
【０００６】
前記のような背景の下で、本発明者らは電池安定性及び寿命特性を有するとともに、電池の容量特性を向上させ得るケイ素系負極活物質の研究中、相対的に酸素含有量の多いケイ素酸化物(第１ケイ素酸化物)を還元雰囲気で熱処理してケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)を製造し、これを負極活物質として用いた二次電池が優れた電池安定性及び寿命特性を有するとともに、電池の容量特性が向上されることを確認することにより本発明を完成した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、相対的に酸素含有量の高いケイ素酸化物から酸素の含量を減らすことにより、ケイ素酸化物内にケイ素と酸素の含量を調節し、これを含む負極活物質を用いた二次電池の安定性を確保するとともに、電池の容量及び寿命特性を向上させ得るケイ素酸化物の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、前記の製造方法で製造された適切な比率(Si：SiO２=１：０.７〜０.９８)のケイ素及び酸素を含有するケイ素酸化物を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、前記のケイ素酸化物を含有する負極活物質を含む二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は第１ケイ素酸化物を反応チャンバ内の反応器内に備えさせた後、還元雰囲気で熱処理して第２ケイ素酸化物を製造する段階を含み；前記第１ケイ素酸化物はSiOx(０＜x＜２)であり、前記第２ケイ素酸化物はSiOy(０＜y＜１)であり、前記y＜xであることを特徴とするケイ素酸化物の製造方法を提供する。
【００１１】
また、本発明は前記の製造方法で製造された、すなわち後処理を介して酸素の含量を減らすことにより、ケイ素と酸素含量が調節されたケイ素酸化物を提供する。
【００１２】
さらに、本発明は前記のケイ素酸化物を含有する負極活物質を含む負極、正極、前記負極と正極との間に介在された分離膜及び電解質を含む二次電池を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るケイ素酸化物の製造方法は、相対的に高い酸素含有量を有するケイ素酸化物(第１ケイ素酸化物)を還元雰囲気で熱処理することにより、前記ケイ素酸化物(第１ケイ素酸化物)内に酸素含有量を減らし、ケイ素と酸素が適切な比率(Si：SiO２=１：０.７〜０.９８)で存在するケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)を製造することにより、前記ケイ素によって電池の容量特性、特に初期効率を向上させる効果を有するとともに、前記酸素によって充放電時に膨張されることを緩和させて、電池安定性及び電池の寿命特性を保持又は改善させる効果がある。
【００１４】
したがって、本発明によって製造されたケイ素酸化物は、二次電池の負極活物質として優れた電池特性を有するだけでなく、電池安定性と寿命特性を保持又は改善することができるので、これを要する産業に容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１ａ】本発明の一実施例に係る還元性気体又は混合気体を用いたケイ素酸化物の製造装置を示した模式図である。
【図１ｂ】本発明の一実施例に係る還元性気体又は混合気体及び還元性物質を用いたケイ素酸化物の製造装置を示した模式図である。
【図２】本発明の一実施例に係るケイ素酸化物のX線回折(XRD)分析結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に対する理解を助けるため本発明をさらに詳しく説明する。
【００１７】
本明細書及び請求範囲で用いられた用語や単語は、通常的又は辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるとの原則に即し、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されなければならない。
【００１８】
本発明は、相対的に酸素含有量の高いケイ素酸化物(第１ケイ素酸化物)から酸素の含量を減らすことにより、ケイ素酸化物内にケイ素と酸素の含量を適宜調節してこれを含む負極活物質を用いた二次電池の安定性を確保するとともに、電池の容量及び寿命特性を向上させ得るケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)の製造方法を提供する。
【００１９】
一般に、リチウム二次電池は、正極、負極、前記正極と負極との間に介在された分離膜及び電解質などで構成され、前記正極と負極はそれぞれ正極活物質と負極活物質を含む。前記負極活物質は主に炭素系物質が用いられているが、最近、小型電子機器から大型自動車に至るまで市場が拡がることによって、負極活物質の高容量・高出力化技術が求められている。よって、炭素系負極活物質より理論容量の高いケイ素を中心に非炭素系負極活物質の開発が活発に進められている。
【００２０】
しかし、前記ケイ素を含むケイ素系負極活物質は、充放電容量が炭素系負極活物質に比べ大きいため、エネルギー密度を高めることができるが、充放電によって電極上にデンドライトや不導体化合物を生成させ、充放電が劣化されるか、リチウムイオンの挿入・脱離時に膨張及び収縮が大きくなるので、前記電池の安定性が低下するだけでなく、充放電の繰り返しによる放電容量の保持性(寿命特性)が十分でなく、初期効率もまた十分ではない問題がある。
【００２１】
よって、本発明は二次電池の安定性を確保するとともに、二次電池の容量及び寿命特性を向上させ得る、相対的に酸素含有量の高いケイ素酸化物から酸素の含量を減らすことにより、ケイ素酸化物内にケイ素と酸素の含量を調節するケイ素酸化物の製造方法を提供する。
【００２２】
本発明の一実施例に係る前記ケイ素酸化物の製造方法は、第１ケイ素酸化物を反応チャンバ内の反応器内に備えさせた後、還元雰囲気で熱処理して第２ケイ素酸化物を製造する段階を含み；前記第１ケイ素酸化物はSiOx(０＜x＜２)であり、前記第２ケイ素酸化物はSiOy(０＜y＜１)であり、前記y＜xであることを特徴とする。
【００２３】
本発明で前記ケイ素酸化物と第２ケイ素酸化物は、同じ物質を意味することであり得る。すなわち、前記ケイ素酸化物の製造方法は、第２ケイ素酸化物の製造方法を現わすものであり得る。
【００２４】
本発明の前記ケイ素酸化物は、ケイ素(Si)及び二酸化ケイ素(SiO２)が複合体を成して共存する形態であり得る。すなわち、前記ケイ素酸化物内にはダングリングボンドを有するケイ素原子とその最近接原子からなる結合種、例えばSi=Si３、Si=Si２O、Si=SiO２及びSi=O３の４種の結合種が存在することができる。
【００２５】
一般的に、ケイ素酸化物内にケイ素-ケイ素(Si-Si)結合物質が多いと、これを負極活物質として含む二次電池の充放電容量を向上させてエネルギー密度を高めることができるが、前記二次電池の充電時にリチウムイオンを挿入して大きく膨張され、放電時にも解消されない問題がある。具体的に、二次電池におけるケイ素-ケイ素(Si-Si)結合物質(ケイ素粒子)は、リチウム原子を電気化学的に吸収・貯蔵して放出する反応で非常に複雑な結晶変化を伴う。リチウム原子を電気化学的に吸収・貯蔵して放出する反応が進められるに伴い、前記ケイ素-ケイ素(Si-Si)結合物質(ケイ素粒子)の組成と結晶構造は、Si(結晶構造：Fd３m)、LiSi(結晶構造：I４１/a)、Li２Si(結晶構造：C２/m)、Li７Si２(Pbam)、Li２２Si５(F２３)などに変化する。また、複雑な結晶構造の変化に伴い、前記ケイ素-ケイ素(Si-Si)結合物質(ケイ素粒子)の体積は約４倍に膨張する。よって、充放電を繰り返すと、大きく膨張されて、電池安定性が低下するだけでなく、電池の寿命特性も良くないことがある。その反面、ケイ素酸化物内にケイ素-酸素(Si-O)結合物質が多いと、前記二次電池の充電時にリチウムイオンが挿入されても膨張されることを抑制することができるので、前記二次電池の繰り返された充放電時においても、前記二次電池の安定性を保持し得るが、電池の容量特性が低下し得る。したがって、ケイ素酸化物内にケイ素-ケイ素(Si-Si)結合物質とケイ素-酸素(Si-O)結合物質が適切な比率で混合していることが重要である。
【００２６】
本発明の一実施例によれば、前記ケイ素-酸素(Si-O)結合物質はSiO２であり得る。
【００２７】
本発明の前記製造方法で製造されたケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)は、相対的に酸素の含量が多いため、電池の容量特性の良くない第１ケイ素酸化物を還元雰囲気で熱処理することにより、ケイ素と酸素の含量が適宜調節され得る。すなわち、本発明のケイ素酸化物は、前記ケイ素酸化物内にケイ素-ケイ素(Si-Si)結合物質とケイ素-酸素(Si-O)結合物質が適切な比率にあるため、これを負極活物質として含む二次電池の電池安定性を保持するとともに、電池特性を向上させることができる。
【００２８】
具体的に、前記ケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)は前記で言及したように、第１ケイ素酸化物を反応チャンバ内の反応器内に備えさせた後、還元雰囲気で熱処理して製造することができる。このとき、前記第１ケイ素酸化物はSiOxであり、第２ケイ素酸化物はSiOyであり、前記y＜xであり得る。具体的に、前記０.９＜x＜１.５であり、前記０.７＜y＜０.９８であり得る。
【００２９】
ここで、前記yは、前記x値によってその値が異なり得て、例えば、前記x値が小さいほど前記y値も小さくなり得、これとは逆に、前記x値が大きいほど前記y値の値も大きくなり得る。すなわち、前記第１ケイ素酸化物の酸素含量(x値)が高いと、これを還元雰囲気で熱処理して製造された第２ケイ素酸化物の酸素含量(y値)が、酸素含量(x値)の低い第１ケイ素酸化物を還元雰囲気で熱処理して製造された第２酸化物の酸素含量(y値)より相対的に大きいこともある。
【００３０】
前記第２ケイ素酸化物を製造するための還元雰囲気は、還元性気体又はこれを含有する混合気体の気体を供給するか、チャンバ内に別途の容器に還元性物質を備えさせるか、又はこれらを同時に用いて組成することができる。好ましくは、還元性気体又はこれを含有する混合気体を供給して組成するものであり得る。
【００３１】
前記還元性気体は、H２、NH３及びCOからなる群から選択される１種以上であり得、好ましくはH２であり得る。
【００３２】
前記混合気体は、前記還元性気体と非活性気体を混合したものであって、前記混合気体は前記還元性気体、すなわちH２、NH３又はCOを１体積％から９９％体積％で含むことができる。
【００３３】
前記還元性気体又は混合気体は、還元させようとする第１ケイ素酸化物の量と反応容器(反応器)によって異なる流量に供給され得るが、例えば１ sccm(standard cubic centimeter per minutes)から１０００sccmの流量に供給され得る。もし、前記流量が１sccm未満の場合は、還元雰囲気を組成することができないので、第１ケイ素酸化物がまともに還元されず、製造された第２ケイ素酸化物内の酸素含有量が減少されないことがあり、１０００sccmを超える場合は、過量の気体が供給され、エネルギー効率の観点で非效率的な工程になり得る。
【００３４】
前記還元性物質は、活性炭、タンタリウム及びモリブデニウムからなる群から選択される１種以上のものであり得る。
【００３５】
前記熱処理は、８００℃から１０００℃で行うことであり得、具体的には前記反応器の内部温度を８００℃から１０００℃まで上げて合わせた後、前記の温度を１０時間から２０時間の間保持して行うことであり得る。もし、前記熱処理温度が８００℃未満の場合、製造された第２ケイ素酸化物内に酸素含有量が、第１ケイ素酸化物に比べて減少されないことがあり、１０００℃を超える場合は、製造された第２ケイ素酸化物内にケイ素が大きな結晶に成長して二次電池の寿命特性を低下させることができる。
【００３６】
一方、本発明の一実施例に係る前記第１ケイ素酸化物は、特に限定するものではないが、例えば、ケイ素及び二酸化ケイ素を混合して反応チャンバ内の反応器に備えさせ、昇温させながら減圧して第１還元雰囲気(第１ケイ素酸化物を製造するための還元雰囲気)で製造されたものであり得る。
【００３７】
前記ケイ素及び二酸化ケイ素の混合は特に限定せず、前記ケイ素及び二酸化ケイ素を均一に混合し得る方法であれば、いずれも用いることができるが、機械的装置、例えば、ペイントシェーカー(paint shaker)を用いて行うことができる。前記ケイ素及び二酸化ケイ素は、０.５〜２：２〜０.５のモル比で混合することができる。前記範囲を外れたモル比で混合する場合は、未反応したケイ素又は未反応した二酸化ケイ素の量が増加して生産性が低下し得る。
【００３８】
前記昇温は、チャンバ内の反応器の内部温度を反応温度に上昇させた後、これを保持させることを含むものであって、前記チャンバ内の反応器の内部温度を１３００℃から１５００℃の温度まで上昇させた後、前記の温度を２時間から４時間の間保持させることであり得る。前記内部温度が１３００℃未満の場合は、ケイ素及び二酸化ケイ素の反応が低下して第１ケイ素酸化物の生産性が低下することができ、前記内部温度が１５００℃を超える場合は、ケイ素が溶融され得る。また、前記温度の保持時間が２時間未満の場合は、前記内部温度が１３００℃未満の場合に発生し得る問題が起こることがあり、前記保持時間が４時間を超える場合は、前記内部温度が１５００℃を超える場合に発生し得る問題が起こることがある。
【００３９】
前記減圧は、１０-４torrから１０-１torrの圧力まで減圧して高真空を形成させることであり得る。前記高真空は回転ポンプ(rotary pump)とターボ分子ポンプ(turbo molecular pump)などを用いて高真空を形成させ得るが、これに制限されるものではない。熱力学的に高真空で反応性が高く、低温反応が可能であるため、高真空を保持するのが目当ての反応のために有利であり得る。前記圧力が１０-１torrを超える場合は、ケイ素及び二酸化ケイ素の反応が低下して第１ケイ素酸化物の生産性が低下することがあり、前記圧力が１０-４torr未満の場合は装備及び工程上の具現が容易でないことがある。
【００４０】
前記第１ケイ素酸化物を製造するための第１還元雰囲気は、還元性気体又はこれを含有する混合気体を供給して組成することができる。前記還元性気体、混合気体又は還元性物質は前記で言及したものと同一であるか、含まれるものであり得、気体の混合比率、流量又は条件などは前記で言及したものと同様である。
【００４１】
以下、図１を参考して本発明の一実施例に係るケイ素酸化物の製造方法をさらに詳しく説明する。
【００４２】
図１は、本発明の一実施例に係るケイ素酸化物の製造装置を模式的に示した図である。
【００４３】
図１を参照すれば、本発明の一実施例に係るケイ素酸化物の製造装置は、反応チャンバ１、前記反応チャンバ１の内部に位置する反応器２、前記反応チャンバ１の外部、反応器２の上部及び下部部分に位置する電気炉４、前記反応チャンバ１の外部に位置して内部へ連結される真空ポンプ５、及び前記反応チャンバ１の上部に位置するコレクター６を含むことができる(図１(a)参照)。また、前記製造装置は、還元雰囲気の組成方法に伴い、前記反応チャンバ１の側面に連結される気体ノズル７又は内部反応器２の側に別途の容器３をさらに含むことができる(図１(b)参照)。
【００４４】
本発明の一実施例に係る前記ケイ素酸化物は、前記反応チャンバ１内に反応器２に第１ケイ素酸化物を備えさせ、前記気体ノズル７を介して反応チャンバ１内に還元性気体又はこれを含有する混合気体を供給するか(図１(a))、容器３に活性炭、タンタリウム及びモリブデニウムからなる群から選択される１種以上の還元性物質を備えることにより(図１(b))、還元雰囲気を組成することができる。還元雰囲気が組成された後、電気炉４を介して熱処理し、第２ケイ素酸化物を製造することができ、製造された第２ケイ素酸化物は、前記コレクター６に収集され得る。このとき、前記熱処理は前記で言及したように、８００℃から１０００℃に合わせた後、１０時間から２０時間の間保持させて行うことができる。
【００４５】
また、本発明の一実施例に係る前記第１ケイ素酸化物もまた、前記の製造装置を用いて製造することができる。
【００４６】
具体的に、前記反応チャンバ１内に反応器２にケイ素及び二酸化ケイ素を備えさせた後、電気炉４で反応チャンバ１内の反応器２の内部温度を１３００℃から１５００℃まで昇温させ、真空ポンプ５（例えば、回転ポンプ、ターボ分子ポンプなど)を用いて高真空を形成させることができる。高真空が形成された反応チャンバ１内に第１還元雰囲気を組成して第１ケイ素酸化物を製造することができ、製造された第１ケイ素酸化物はコレクター６に収集され得る。
【００４７】
本発明の一実施例に係る前記製造方法は、第１ケイ素酸化物を還元雰囲気で相対的に低い温度に熱処理することにより酸素含有量を減らし、ケイ素及び酸素含量が調節された第２ケイ素酸化物を製造することができ、これを含有する負極活物質を含む二次電池の充放電時に膨張されることを抑制し、前記二次電池の安定性を保持できるだけでなく、高いケイ素含量を有することにより電池の容量特性も向上させることができる。
【００４８】
また、本発明は、前記の製造方法で製造されたケイ素酸化物を提供する。
【００４９】
本発明の一実施例によって製造されたケイ素酸化物は、前記で言及した第２ケイ素酸化物であり得、SiOy(０.７＜y＜０.９８)に示され得る。前記ケイ素酸化物の成分及び結晶性分析のためにX線回折分析を行っており、その結果は図２の通りである。
【００５０】
図２で確認できるように、前記ケイ素酸化物は、Cu-Kαを用いたX線回折(XRD)分析結果グラフで、２５゜＜２θ＜３１゜における最大ピークの半値幅(Full width at Half-maximum；FWHM)が１.５゜から２.５゜のものであり得る。
【００５１】
本発明の一実施例に係る前記X線回折(XRD)分析は、ケイ素酸化物を粉砕してX-線回折分析機(Bruker AXS D４-Endeavor XRD)で測定することができる。印加電圧を４０kV、印加電流を４０mAにすることができ、測定した２θの範囲は１０゜から９０゜であり、０.０５゜間隔でスキャンして測定することができる。このとき、スリット(slit)はvariable divergence slit  ６ｍｍを用いることができ、PMMAホルダーによるバックグラウンドノイズ(background noise)を無くすため、大きさの大きいPMMAホルダー(直径=２０ｍｍ)を用いることができる。
【００５２】
本発明の前記半値幅(FWHM)は、前記ケイ素酸化物のX-線回折(XRD)分析から得た２θの２５゜から３１゜範囲における最大ピーク強さの１/２位置でのピーク幅を数値化したものである。
【００５３】
一般に、X-線回折(XRD)分析ピークの半値幅は結晶の大きさに反比例し、半値幅が大きくなるほど結晶の大きさは小さく、半値幅が小さくなるほど結晶の大きさは大きいとのことを意味する。これと同じ意味で、非晶質であるほど半値幅が大きくなり、結晶質であるほど半値幅が小さくなる。前記半値幅が大きいほど(非晶質)電池の安定性は高くなるが、相対的に電池の容量特性は低下することができ、半値幅が小さくなるほど(結晶質)容量特性は向上し得るが、膨張によって電池の安定性が低下し、よって電池の寿命特性が低下することができる。
【００５４】
本発明の前記ケイ素酸化物は前記で言及したように、１.５゜から２.５゜範囲の半値幅(Cu-Kαを用いたX-線回折(XRD)分析結果グラフで、２５゜＜２θ＜３１゜における最大ピークの１/２)を有し、これは前記ケイ素酸化物が結晶質(例えば、ケイ素)と非晶質(例えば、ケイ素酸化物、二酸化ケイ素)が適切な比率で存在していることを意味し、したがってこれを負極活物質として含む二次電池の安定性を保持するとともに、前記二次電池の寿命特性を向上させるだけでなく、容量特性を改善させることができる。
【００５５】
前記ケイ素酸化物内にケイ素(Si)は非晶質又は結晶質であり得、前記ケイ素が結晶質の場合、前記結晶の大きさは０.２nmから５nmであり得る。前記結晶の大きさが０.２nm未満の場合、これを負極活物質として含む二次電池の電池容量特性が低下することがあり得、前記結晶の大きさが５nmを超える場合は、前記二次電池の安定性及び寿命特性が低下することがあり得る。このとき、前記結晶の大きさは、X-線回折分析(XRD)又は電子顕微鏡(SEM、TEM)などの分析装置を介して分析することができる。
【００５６】
また、前記ケイ素酸化物は、ESR(電子スピン共鳴)分光装置で測定したg値(g-value、放射線が物質に作用して起こる放射線化学反応の数量を示す値)が２.００１５から２.００５５であり得る。
【００５７】
ESR分光装置で測定したg値は、二次電池の寿命特性の劣化に係る数値である。前記ケイ素酸化物内にはダングリングボンドを有するケイ素原子とその最近接原子からなる結合種が存在し、前記ESR分光装置は前記結合種に因るダングリングボンド(ケイ素原子)を検出し、ケイ素酸化物のg値を計測することができる。前記g値はケイ素-ケイ素の結合が多いほど大きく、ケイ素-酸素の結合が多いほど小さい。前記で言及したように、前記ケイ素酸化物内にケイ素-ケイ素の結合が多いほど、すなわち、g値が大きいほどこれを負極活物質として含む二次電池の充電時に膨張率が大きく、ケイ素-酸素の結合が多いほど、すなわちg値が小さいほど充電時に膨張は緩和されるが、電池の容量特性が低下することができる。これは、ケイ素酸化物内に酸素の含有量が過多となり、電気伝導性が落ちるためである。
【００５８】
したがって、本発明に係る前記ケイ素酸化物は、これを用いた二次電池の電池安定性及び寿命特性を保持しながら電池の容量特性を向上させるため、２.００１５から２.００５５のg値を有することを特徴とする。もし、前記g値が２.００１５未満の場合は、前記ケイ素酸化物を負極活物質として含む二次電池の膨張率は低下して電池安定性及び寿命特性は向上し得るが、ケイ素酸化物内に酸素の含有量が過多となり、電気伝導性が落ちて電池の容量特性、すなわち電池性能が低下することができ、これに反し、２.００５５が超える場合は、前記ケイ素酸化物内に多量のケイ素を含有しているため、電池の容量特性が向上して電池性能は優れることとなるが、電池の充放電時に膨張率が大きくなるので、電池の安定性及び電池の寿命特性が低下することができる。
【００５９】
さらに、本発明は、前記のケイ素酸化物を含有する負極活物質を含む負極、正極、前記負極と正極との間に介在された分離膜、及び電解質を含む二次電池を提供する。
【００６０】
前記負極は特に限定せず、負極集電体上に前記のケイ素酸化物を含有する負極活物質、導電材及び決着剤の混合物を塗布した後、乾燥して製造することができ、必要に応じては前記混合物に充填剤をさらに添加することもできる。
【００６１】
前記負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発しないながら導電性を有するものであれば特に限定するものではないが、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、燒成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものであり得る。また、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態で用いられ得る。
【００６２】
前記導電材は、当該電池に化学的変化を誘発しないながら導電性を有するものであれば特に限定するものではないが、例えば、天然黒煙や人造黒煙などの黒煙；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維などであり得る。
【００６３】
前記決着剤は、活物質と導電材などの結合と集電体に対する結合に助力する成分であって、前記耐腐食性物質として言及した成分を含むのが好ましい。通常、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンテルポリマー、スルホン化エチレン−プロピレン−ジエンテルポリマー、スチレンブチレンゴム、またはフッ素ゴムなどであり得る。
【００６４】
また、前記正極は、正極集電体上に正極活物質、導電材及び決着剤を含む混合物を塗布し乾燥して製造することができ、必要に応じては前記混合物に充填剤をさらに含むことができる。
【００６５】
前記導電材及び決着剤は前記で言及したものと同一であり得る。
【００６６】
前記正極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発しないながら高い導電性を有するものであれば特に限定するものではないが、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、又はアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどであり得る。前記集電体はその表面に微細な凹凸を形成し、正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態であり得る。
【００６７】
前記正極活物質は、当業界で通常用いられるものであれば限定しないが、例えばリチウムコバルト酸化物(LiCoO２)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO２)などの層状化合物や、１又はそれ以上の遷移金属に置換された化合物；リチウムマンガン酸化物(LiMnO２)；リチウム銅酸化物(Li２CuO２)；バナジウム酸化物；ニッケルサイト型リチウムニッケル酸化物(lithiated nickel oxide)；リチウムマンガン複合酸化物；ジスルフィド化合物、又はこれらの組合せによって形成される複合酸化物などのように、リチウム吸着物質(lithium intercalation material)を主成分とする化合物であり得る。
【００６８】
前記分離膜は特に限定せず、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜を用いることができる。例えば、微細多孔構造を有するポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、及びこれらの組合せなどであり得る。
【００６９】
また、前記電解質は、電解質に通常用いられる有機溶媒及びリチウム塩を含むことができ、特に制限するものではない。
【００７０】
前記リチウム塩のアニオン としては、F-、Cl-、I-、NO３-、N(CN)２-、 BF４-、ClO４-、 PF６-、(CF３)２PF４-、(CF３)３PF３-、(CF３)４PF２-、(CF３)５PF-、(CF３)６P-、CF３SO３-、CF３CF２SO３-、(CF３SO２)２N-、(FSO２)２N-、CF３CF２(CF３)２CO-、(CF３SO２)２CH-、(SF５)３C-、(CF３SO２)３C-、CF３(CF２)７SO３-、CF３CO２-、CH３CO２-、SCN- 、及び(CF３CF２SO２)２N-からなる群から選択される１種以上であり得る。
【００７１】
前記有機溶媒としては、代表的にプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ビニレンカーボネート、スルホラン、ガンマ−ブチロラクトン、プロピレンスルフィド及びテトラヒドロピランからなる群から選択される１種以上であり得る。
【００７２】
また、本発明の電解質は必要に応じて通常に電解質に含まれる過充填防止剤などのような添加剤をさらに含むことができる。
【００７３】
本発明の二次電池は、正極と負極との間に分離膜を配置して電極組立体を形成し、前記電極組立体を円筒型電池ケース又は角型電池ケースに入れた後、電解質を注入して製造することができる。または、前記電極組立体を積層した後、これを電解質に合浸させ、得られた結果物を電池ケースに入れて密封して製造することもできる。
【００７４】
本発明で用いられる電池ケースは、当分野で通常用いられるものが採択され得、電池の用途に伴う外形に制限はなく、例えば、缶を用いた円筒型、角型、パウチ(pouch)型又はコイン(coin)型などになり得る。
【００７５】
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本発明に係る実施例は、幾多の異なる形態に変形され得、本発明の範囲が下記で詳述する実施例に限定されるものと解釈されてはならない。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を有する者に、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００７６】
［製造例］第１ケイ素酸化物の製造
４０gのケイ素(Si)と８６gの二酸化ケイ素(SiO２)を瓶(bottle)内に入れ、ペイントシェーカー(paint shaker)で３００rpmの速度で３時間以上撹拌して完全に混合した。前記で混合した１２.５gのケイ素(Si)と二酸化ケイ素(SiO２)を反応チャンバ内に反応器に入れた後、真空ポンプを稼働させて反応器の真空度を高めつつ、電気炉を介して反応チャンバ内の温度を１４００℃に昇温させた。昇温は、１時間３０分の間常温で８００℃になるようにし、２時間３０分の間に８００℃で反応温度である１４００℃になるようにした。前記反応温度１４００℃で３時間の間保持されるようにしながら、圧力を１.２×１０-１torrになるように減圧し、H２/N２(H２：２％)の混合気体を８００sccmの流量に供給した。前記工程後に自然冷凍させて反応器の温度が３００℃以下になると、気体供給を中断し、コレクターから製造された粉末を収集した。前記収集されたケイ素酸化物の粉末はSiO１.０５であった。
【００７７】
［実施例１］
前記製造例で製造した第１ケイ素酸化物(SiO１.０５)を反応チャンバ内の反応器に備えさせ、H２/N２(H２：２％)混合気体を３００sccmで供給しながら前記反応器の内部温度が８００℃になるように加熱した後、８００℃に至ると、１２時間の間保持させながら反応を進めて第２ケイ素酸化物を製造しており、コレクターに収集された第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００７８】
［実施例２］
内部温度を９００℃になるように合わせた後、反応の間９００℃に保持させたことを除いては前記実施例１と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００７９】
［実施例３］
内部温度を１０００℃になるように合わせた後、反応の間１０００℃に保持させたことを除いては前記実施例１と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００８０】
［実施例４］
混合気体を８００sccmで供給したことを除いては、前記実施例１と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００８１】
［実施例５］
混合気体を８００sccmで供給して内部温度を９００℃になるように合わせた後、反応の間９００℃に保持させたことを除いては前記実施例１と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００８２】
［実施例６］
混合気体を８００sccmで供給して内部温度を１０００℃になるように合わせた後、反応の間１０００℃に保持させたことを除いては前記実施例１と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００８３】
［実施例７］
H２/N２ (４％H２)混合気体を用いたことを除いては、前記実施例１と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００８４】
［実施例８］
H２/N２(４％H２)混合気体を用いて内部温度を９００℃になるように合わせた後、反応の間９００℃に保持させたことを除いては前記実施例１と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００８５】
［実施例９］
H２/N２(４％H２)混合気体を用いて内部温度を１０００℃になるように合わせた後、反応の間１０００℃に保持させたことを除いては前記実施例１と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００８６】
［実施例１０］
H２/N２(４％H２)混合気体を用いたことを除いては、前記実施例４と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００８７】
［実施例１１］
H２/N２(４％H２)混合気体を用いて内部温度を９００℃になるように合わせた後、反応の間９００℃に保持させたことを除いては前記実施例４と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００８８】
［実施例１２］
H２/N２(４％H２)混合気体を用いて内部温度を１０００℃になるように合わせた後、反応の間１０００℃に保持させたことを除いては前記実施例４と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００８９】
［実施例１３］
混合気体の代りに活性炭を用いて還元雰囲気を組成したことを除いては、前記実施例５と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００９０】
［実施例１４］
チャコールをさらに添加して還元雰囲気を組成したことを除いては、前記実施例５と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００９１】
［比較例１］
前記製造例で製造した第１ケイ素酸化物をさらに処理せず、前記第１ケイ素酸化物の粉末をそのまま用いた。
【００９２】
［比較例２］
内部温度を７００℃になるように合わせた後、反応の間７００℃に保持させたことを除いては前記実施例１と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００９３】
［比較例３］
内部温度を１１００℃になるように合わせた後、反応の間１１００℃に保持させたことを除いては前記実施例１と同じ方法を介して第２ケイ素酸化物の粉末を収得した。
【００９４】
［実施例１-１］
前記実施例１で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を含むリチウム二次電池を製造した。前記リチウム二次電池は通常の方法によって製造した。
【００９５】
正極は、LiCoO２正極活物質を含む正極活物質混合物を、正極集電体に塗布し乾燥して正極を製造しており、負極は前記実施例１で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を含む負極活物質混合物を、負極集電体に塗布し乾燥して負極を製造した。
【００９６】
前記製造された正極と負極との間にポリオレフィン分離膜を介在させた後、電解液を注入してリチウム二次電池を製造した。このとき、前記電解液はエチレンカーボネート及びジエチルカーボネートを混合した有機溶媒に１.０MのLiPF６を添加して製造した非水性電解液を用いた。
【００９７】
［実施例２-１］
前記実施例２で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【００９８】
［実施例３-１］
前記実施例３で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【００９９】
［実施例４-１］
前記実施例４で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１００】
［実施例５-１］
前記実施例５で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１０１】
［実施例６-１］
前記実施例６で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１０２】
［実施例７-１］
前記実施例７で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１０３】
［実施例８-１］
前記実施例８で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１０４】
［実施例９-１］
前記実施例９で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１０５】
［実施例１０-１］
前記実施例１０で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１０６】
［実施例１１-１］
前記実施例１１で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１０７】
［実施例１２-１］
前記実施例１２で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１０８】
［実施例１３-１］
前記実施例１３で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１０９】
［実施例１４-１］
前記実施例１４で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１１０】
［比較例１-１］
前記比較例１の第１ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１１１】
［比較例２-１］
前記比較例２で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１１２】
［比較例３-１］
前記比較例３で製造した第２ケイ素酸化物を含有する負極活物質を用いたことを除いては、前記実施例１-１と同じ方法を介してリチウム二次電池を製造した。
【０１１３】
［実験例１］酸素含有量の分析
前記実施例１から１４及び比較例１から３で製造したそれぞれの第２ケイ素酸化物の酸素含有量を測定した。酸素含有量は、無機物ONH分析機(Oxygen Nitrogen Determinator、ONH２０００、Eltra)を用いて各第２ケイ素酸化物当たり５回ずつ測定した。各第２ケイ素酸化物を８０℃で２時間前処理した後、標準試料SiO２  ３mgと前記各第２ケイ素酸化物３mgを比較して酸素の含量を測定した。５回測定結果のうち最大と最小を除いた中間３つの値で平均を求め、結果値の散布を相対標準偏差で求めた。結果を下記表１に示した。
【表１】
2015502026.tif 000003
【０１１４】
前記表１で示しているように、本発明の一実施例に係る製造方法で後処理して製造された実施例１から実施例１４のケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)が、本発明によって後処理しないケイ素酸化物(比較例１)、本発明の温度範囲よりも低い範囲で後処理して製造されたケイ素酸化物(比較例２)に比べてケイ素対比酸素の含量が減少したことを確認しており、本発明の温度範囲よりも高い範囲で後処理して製造されたケイ素酸化物(比較例３)に比べてはケイ素対比酸素の含有量が多かった。これは、本発明に係る製造方法によって製造されたケイ素酸化物内にケイ素と酸素が適切な比率(Si：SiO２=１：０.７〜０.９８)で存在していることを意味し、よって電池安定性及び電池の寿命特性を保持し得るとともに、電池の容量特性(効率)が向上し得る。
【０１１５】
［実験例２］X-線回折(XRD)分析
前記実施例１から３及び比較例１から３で製造したそれぞれの第２ケイ素酸化物の結晶質の特性及び結晶の大きさを分析するためにX-線回折(XRD)分析を行った。結果を下記表２及び図２に示した。
【０１１６】
前記X-線回折分析は、X-線回折分析機(Bruker AXS D４-Endeavor XRD)で測定した。印加電圧を４０kV、印加電流を４０mAとしており、測定した２θの範囲は１０゜から９０゜であり、０.０５゜間隔にスキャンして測定した。このとき、スリット(slit)はvariable divergence slit ６ｍｍを用いており、PMMAホルダーによるバックグラウンドノイズ(background noise)を無くすために大きさの大きいPMMAホルダー(直径=２０ｍｍ)を用いた。
【０１１７】
また、前記実施例１から３、及び比較例１から３で製造されたケイ素酸化物の結晶性を確認しており、X-線回折(XRD)によって収得されたデータグラフで２θの２５゜から３１゜範囲における最大ピークの半値幅(Full Width at Half-Maximum；FWHM)を分析した。
【表２】
2015502026.tif 000004
【０１１８】
前記表２で示しているように、本発明の一実施例に係る製造方法で後処理(第２還元雰囲気で熱処理)して製造された実施例１から実施例３のケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)内に成長したケイ素結晶が、本発明によって後処理しないケイ素酸化物(比較例１)内に成長したケイ素結晶、本発明の温度範囲を外れる範囲で後処理して製造されたケイ素酸化物(比較例２及び比較例３)内に成長したケイ素結晶に比べ小さすぎるか、あまり大きく成長していないことを確認した。
【０１１９】
また、表２及び図２に示しているように、２５゜＜２θ＜３１゜で形成されたX-線回折(XRD)ピークの半値幅を検討してみれば、本発明の一実施例に係る製造方法で後処理して製造された実施例１から実施例３のケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)のピークが、本発明によって後処理しないケイ素酸化物(比較例１)、本発明の温度範囲を外れる範囲で後処理して製造されたケイ素酸化物(比較例２及び比較例３)に比べ小さすぎるか、大きくないことを確認した。これは、表２に示しているように、ケイ素酸化物内に形成されたケイ素結晶が過度に成長していないことを現わす。
【０１２０】
前記表２及び図２で確認されたように、本発明に係るケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)は結晶質(例えば、ケイ素)と非晶質(例えば、ケイ素酸化物、二酸化ケイ素)が適切な比率で存在しているので、これを負極活物質として含む二次電池の安定性を保持するとともに、前記二次電池の寿命特性を向上させるだけでなく、容量特性を改善させることができる。
【０１２１】
［実験例３］電池効率の分析
前記実施例１-１から１４-１及び比較例１-１から３-１で製造した各リチウム二次電池の電池効率特性を比較分析するため、各電池の効率分析を行った。各実施例及び比較例で製造したリチウム二次電池に対して５mVまで定電流で充電をした後、５mVで電流が０.００５Cに到逹するまで定電圧で充電した。その後、１.５V及び１.０Vまで定電流で放電を行った。各充放電容量を測定し、これを介して電池効率を計算した。結果を下記表３に示した。
【表３】
2015502026.tif 000005
【０１２２】
前記表３に示しているように、本発明の一実施例に係る製造方法で後処理して製造されたケイ素酸化物(第２ケイ素酸化物)を含む負極活物質を用いて製造した実施例１-１から実施例１４-１の二次電池が、本発明によって後処理しないケイ素酸化物を含む負極活物質を用いて製造した二次電池(比較例１-１)、本発明の温度範囲を外れる範囲で後処理して製造されたケイ素酸化物を含む負極活物質を用いて製造した二次電池(比較例２及び比較例３)に比べて、電池の初期効率が向上することを確認した。これは、本発明によって製造したケイ素酸化物内にケイ素と酸素が適切な比率で混合しているので、ケイ素によって優れた電池の容量特性、特に電池初期効率が優れることができることを現わす。
【符号の説明】
【０１２３】
１：反応チャンバ
２：反応器
３：容器
４：電気炉
５：真空ポンプ
６：コレクター
７：気体ノズル
【図１ａ】
2015502026.tif 000006
【図１ｂ】
2015502026.tif 000007
【図２】
2015502026.tif 000008
【国際調査報告】
2015502026.tif 000009
2015502026.tif 000010
2015502026.tif 000011
2015502026.tif 000012