(57)【要約】  本開示は、Ｌｉ、Ｓｉを含有する複合酸化物相中にＳｉ粒子が分散した負極活物質において、スラリー中への構成成分の溶出を抑制することを目的とする。本開示の実施形態の一例である負極活物質は、Ｌｉ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＢを含有する複合酸化物相と、複合酸化物相中に分散したＳｉ粒子とを含む。複合酸化物相に含有されるＯを除く元素の総モル数に対して、Ｌｉの含有量が５モル％以上２０モル％以下、Ｓｉの含有量が５０モル％以上７０モル％以下、Ａｌの含有量が１２モル％以上２５モル％以下、Ｂの含有量が１２モル％以上２５モル％以下である。
2020044931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム（Ｌｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びホウ素（Ｂ）を含有する複合酸化物相と、
前記複合酸化物相中に分散したＳｉ粒子と、
を含み、
前記複合酸化物相に含有される酸素（Ｏ）を除く元素の総モル数に対して、Ｌｉの含有量が５モル％以上２０モル％以下、Ｓｉの含有量が５０モル％以上７０モル％以下、Ａｌの含有量が１２モル％以上２５モル％以下、Ｂの含有量が１２モル％以上２５モル％以下である、非水電解質二次電池用負極活物質。
【請求項２】
前記複合酸化物相に含有されるＯを除く元素の総モル数に対して、Ａｌ及びＢの含有量はそれぞれ１２モル％以上１５モル％以下である、請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
【請求項３】
前記複合酸化物相に含有されるＡｌとＢの含有比率は、４：６〜６：４である、請求項１又は２に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
【請求項４】
負極芯体と、前記負極芯体の両面に形成された負極合剤層とを有し、
前記負極合剤層は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の負極活物質を含む、非水電解質二次電池用負極。
【請求項５】
請求項４に記載の負極と、正極と、非水電解質とを備えた、非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、非水電解質二次電池用負極活物質、非水電解質二次電池用負極、及び非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池用の負極活物質としてケイ素（Ｓｉ）を含有するＳｉ系活物質や黒鉛などの炭素系活物質が用いられている。Ｓｉ系活物質は、黒鉛などの炭素系活物質と比べて単位質量当りに多くのリチウムイオンを吸蔵できることが知られている。特に、非晶質のＳｉＯ２相にＳｉ粒子が分散したＳｉＯｘで表されるＳｉ系活物質は、Ｓｉを単体で用いるよりもリチウムイオンの吸蔵による体積変化が小さいことから、非水電解質二次電池の負極活物質に好適である。例えば、特許文献１は、負極活物質として、ＳｉＯｘを用いた非水電解質二次電池を開示している。【０００３】
一方、ＳｉＯｘを負極活物質として用いた非水電解質二次電池は、炭素系活物質を負極活物質とした場合に比べて、初回充放電効率が低いという課題がある。これは、充放電時にＳｉＯ２が不可逆反応してＬｉ４ＳｉＯ４に変化することが主な要因である。そこで、かかる不可逆反応を抑制して初回充放電効率を改善すべく、リチウムシリケート相中にＳｉ粒子が分散したＳｉ系活物質が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４７４０４号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／３５２９０号
【特許文献３】国際公開第２０１６／１２１３２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のリチウムシリケート相を含むＳｉ系活物質は、負極合剤層の形成に使用する負極合剤スラリー中に、リチウムシリケート相の構成成分が溶出するという課題がある。リチウムシリケート相の構成成分が溶出すると、溶出成分が結着剤と反応して、負極合剤層の負極芯体との密着性が低下するといった問題が発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様である非水電解質二次電池用負極活物質は、リチウム（Ｌｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びホウ素（Ｂ）を含有する複合酸化物相と、前記複合酸化物相中に分散したＳｉ粒子とを含む。前記複合酸化物相に含有される酸素（Ｏ）を除く元素の総モル数に対して、Ｌｉの含有量が５モル％以上２０モル％以下、Ｓｉの含有量が５０モル％以上７０モル％以下、Ａｌの含有量が１２モル％以上２５モル％以下、Ｂの含有量が１２モル％以上２５モル％以下である。【０００７】
本開示の一態様である非水電解質二次電池用負極は、負極芯体と、前記負極芯体の両面に形成された負極合剤層とを有し、前記負極合剤層は上記負極活物質を含む。また、本開示の一態様である非水電解質二次電池は、当該負極と、正極と、非水電解質とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様である負極活物質によれば、負極合剤スラリー中への複合酸化物相の構成成分の溶出が抑制される。このため、負極合剤層の負極芯体との密着性の低下など、構成成分の溶出に起因する不具合の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態の一例である非水電解質二次電池の斜視図である。
【図２】図２は、実施形態の一例である電極体の部分断面図である。
【図３】図３は、実施形態の一例である負極活物質を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上述のように、ＳｉＯｘで表される従来のＳｉ含有化合物は、非晶質のＳｉＯ２相中に微小なＳｉ粒子が分散した構造を有し、充放電時には下記の反応が起こる。
（１）ＳｉＯｘ（２Ｓｉ＋２ＳｉＯ２）＋１６Ｌｉ＋＋１６ｅ−
→３Ｌｉ４Ｓｉ＋Ｌｉ４ＳｉＯ４
Ｓｉ、２ＳｉＯ２について式１を分解すると下記の式になる。
（２）Ｓｉ＋４Ｌｉ＋＋４ｅ−  →  Ｌｉ４Ｓｉ
（３）２ＳｉＯ２＋８Ｌｉ＋＋８ｅ−  →  Ｌｉ４Ｓｉ＋Ｌｉ４ＳｉＯ４
式３が不可逆反応であり、Ｌｉ４ＳｉＯ４の生成が初回充放電効率を低下させる主な要因となっている。
【００１１】
本開示に係る負極活物質は、リチウム（Ｌｉ）、ケイ素（Ｓｉ）を含有する複合酸化物相にＳｉ粒子が分散した構造をするＳｉ系活物質であり、従来のＳｉＯｘに比べてＳｉＯ２の含有量が大幅に少ない。したがって、当該負極活物質を用いた非水電解質二次電池では、式３の反応が起こり難く、初回充放電効率が向上するものと考えられる。
【００１２】
さらに、本開示に係る負極活物質において、上記複合酸化物相は、特定量のアルミニウム（Ａｌ）及びホウ素（Ｂ）を含有する。本発明者らは、Ｌｉ、Ｓｉを含有する複合酸化物相に、特定量のＡｌ、Ｂを添加することで、複合酸化物相の構成成分の溶出が特異的に抑制されることを見出した。したがって、本開示に係る負極活物質を用いることにより、電池の高容量化及び初回充放電効率の改善を図りつつ、複合酸化物相の構成成分の溶出に起因する不具合の発生を抑制できる。
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態の一例について詳説するが、本開示は以下で説明する実施形態に限定されない。以下では、非水電解質二次電池として、ラミネートシート１１ａ、１１ｂで構成された外装体１１を備えるラミネート電池（非水電解質二次電池１０）を例示する。但し、本開示に係る非水電解質二次電池は、円筒形状の電池ケースを備えた円筒形電池、角形の電池ケースを備えた角形電池等であってもよく、電池の形態は特に限定されない。
【００１４】
図１は、実施形態の一例である非水電解質二次電池１０の斜視図である。非水電解質二次電池１０は、電極体１４と、非水電解質とを備え、これらは外装体１１の収容部１２に収容されている。ラミネートシート１１ａ、１１ｂには、金属層と樹脂層が積層されてなるシートが用いられる。ラミネートシート１１ａ、１１ｂは、例えば金属層を挟む２つの樹脂層を有し、一方の樹脂層が熱圧着可能な樹脂で構成されている。金属層の例としては、アルミニウム層が挙げられる。
【００１５】
外装体１１は、例えば平面視略矩形形状を有する。外装体１１にはラミネートシート１１ａ、１１ｂ同士を接合して封止部１３が形成され、これにより電極体１４が収容された収容部１２が密閉される。封止部１３は、外装体１１の端縁に沿って略同じ幅で枠状に形成されている。封止部１３に囲まれた平面視略矩形状の部分が収容部１２である。収容部１２は、ラミネートシート１１ａ、１１ｂの少なくとも一方に電極体１４を収容可能な窪みを形成することで設けられる。本実施形態では、当該窪みがラミネートシート１１ａに形成されている。
【００１６】
非水電解質二次電池１０は、電極体１４に接続された一対の電極リード（正極リード１５及び負極リード１６）を備える。各電極リードは、外装体１１の内部から外部に引き出される。図１に示す例では、各電極リードが外装体１１の同じ端辺から互いに略平行に引き出されている。正極リード１５及び負極リード１６はいずれも導電性の薄板であり、例えば正極リード１５がアルミニウムを主成分とする金属で構成され、負極リード１６が銅又はニッケルを主成分とする金属で構成される。
【００１７】
電極体１４は、図２に示すように、正極２０と、負極３０と、正極２０と負極３０の間に介在するセパレータ４０とを有する。電極体１４は、例えば正極２０及び負極３０がセパレータ４０を介して巻回された巻回構造を有し、径方向にプレスされた扁平状の巻回型電極体である。負極３０は、リチウムの析出を抑制するために、正極２０よりも一回り大きな寸法で形成される。なお、電極体は、複数の正極と複数の負極がセパレータを介して１枚ずつ交互に積層されてなる積層型であってもよい。
【００１８】
非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、およびこれらの２種以上の混合溶媒等を用いてもよい。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。なお、非水電解質は液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。電解質塩には、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩が使用される。
【００１９】
以下、電極体１４を構成する正極２０、負極３０、セパレータ４０について、特に、負極３０及び負極３０を構成する負極活物質３３（後述の図３参照）について詳説する。
【００２０】
［正極］
正極２０は、正極芯体２１と、正極芯体２１の両面に形成された正極合剤層２２とを有する。正極芯体２１には、アルミニウム、アルミニウム合金など、正極２０の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極合剤層２２は、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含む。正極２０は、正極芯体２１上に正極活物質、導電剤、及び結着剤等を含む正極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して正極合剤層２２を正極芯体２１の両面に形成することにより製造できる。
【００２１】
正極活物質は、リチウム含有金属複合酸化物を主成分として構成される。リチウム含有金属複合酸化物に含有される元素としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ等が挙げられる。好適なリチウム含有金属複合酸化物の一例は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌの少なくとも１種を含有する複合酸化物である。なお、リチウム含有金属複合酸化物の粒子表面には、酸化アルミニウム、ランタノイド含有化合物等の無機化合物粒子などが固着していてもよい。
【００２２】
正極合剤層２２に含まれる導電剤としては、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、黒鉛等の炭素材料が例示できる。正極合剤層２２に含まれる結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ素樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィンなどが例示できる。これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はその塩等のセルロース誘導体、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）などが併用されてもよい。
【００２３】
［負極］
負極３０は、負極芯体３１と、負極芯体３１の両面に形成された負極合剤層３２とを有する。負極芯体３１には、銅、銅合金など負極３０の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極合剤層３２は、負極活物質及び結着剤を含む。負極３０は、負極芯体３１上に負極活物質及び結着剤等を含む負極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して負極合剤層３２を負極芯体３１の両面に形成することにより製造できる。
【００２４】
負極合剤層３２に含まれる結着剤には、正極２０の場合と同様に、ＰＴＦＥ、ＰＶｄＦ等の含フッ素樹脂、ＰＡＮ、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィンなどを用いてもよいが、好ましくはスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）が用いられる。また、負極合剤層３２には、ＣＭＣ又はその塩、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）又はその塩、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などが含まれていてもよい。負極合剤層３２には、例えばＳＢＲと、ＣＭＣ又はその塩が含まれる。
【００２５】
負極合剤層３２は、Ｌｉ及びＳｉを含有する複合酸化物相にＳｉ粒子が分散した構造を有するＳｉ系活物質を含む。Ｓｉ系活物質は、黒鉛等の炭素系活物質と比べてより多くのリチウムイオンを吸蔵できることから、Ｓｉ系活物質を負極活物質に用いることで電池の高容量化に寄与する。負極合剤層３２には、負極活物質としてＳｉ系活物質のみを単独で用いてもよい。但し、Ｓｉ系活物質は炭素系活物質よりも充放電による体積変化が大きいことから、高容量化を図りながらサイクル特性を良好に維持すべく、Ｓｉ系活物質とともに炭素系活物質を併用することが好ましい。
【００２６】
図３は、実施形態の一例である負極活物質３３を模式的に示す断面図である。負極活物質３３は、図３に例示するように、Ｌｉ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＢを含有する複合酸化物相３４と、複合酸化物相３４中に分散したＳｉ粒子３５とを含むＳｉ系活物質である。負極活物質３３に含まれるＳｉＯ２は、自然酸化膜程度であって、負極活物質３３のＸＲＤ測定により得られるＸＲＤパターンの２θ＝２５°にＳｉＯ2のピークが観察されないことが好ましい。また、負極活物質３３は、複合酸化物相３４及びＳｉ粒子３５で構成される母粒子３６の表面を覆う導電被膜３７を有することが好ましい。
【００２７】
母粒子３６は、本開示の目的を損なわない範囲で、複合酸化物相３４及びＳｉ粒子３５以外の成分を含んでいてもよい。母粒子３６に自然酸化膜のＳｉＯ２が含まれる場合、その含有率は、好ましくは１０質量％未満、より好ましくは７質量％未満である。なお、負極活物質３３によれば、リチウムシリケート相中にＳｉ粒子が分散した従来のＳｉ系活物質と同等、又はそれ以上の高容量化、初回充放電効率の改善を実現できる。
【００２８】
複合酸化物相３４は、上述の通り、Ｌｉ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＢを含有する複合酸化物からなる。そして、複合酸化物相３４に含有されるＯを除く元素の総モル数に対して、Ｌｉの含有量が５モル％以上２０モル％以下、Ｓｉの含有量が５０モル％以上７０モル％以下、Ａｌの含有量が１２モル％以上２５モル％以下、Ｂの含有量が１２モル％以上２５モル％以下である。この場合、負極活物質３３を負極合剤スラリーに添加した際に、複合酸化物相３４の構成成分が水中に溶出することを抑制でき、負極合剤層の負極芯体との密着性の低下など、構成成分の溶出に起因する不具合の発生が抑制される。
【００２９】
複合酸化物相３４に含有されるＡｌ及びＢの含有量は、複合酸化物相３４に含有されるＯを除く元素の総モル数に対して、それぞれ２０モル％以下が好ましく、１５モル％以下がより好ましい。複合酸化物相３４には、本開示の目的を損なわない範囲で、Ｌｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、及びＯ以外の元素が含有されていてもよいが、好ましくは実質的に当該５つの元素のみが含有されている。
【００３０】
複合酸化物相３４に含有されるＡｌとＢの含有比率は、特に限定されないが、好適な一例は４：６〜６：４である。ＡｌとＢの含有比率は、略同一（５：５）であってもよい。Ａｌ及びＢは、例えば、複合酸化物相３４に含有されるＬｉ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＢの総モル数に対して、それぞれ１２モル％２０モル％以下、又は１２モル％以上１５モル％以下の量で含有され、かつ含有比率が４：６〜６：４である。
【００３１】
複合酸化物相３４において、例えば、Ａｌ及びＢは複合酸化物中に固溶している。Ａｌ及びＢが固溶していることは、エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＳ）を用いて確認できる。或いは、Ａｌ及びＢは、Ｌｉ及びＳｉからなるリチウムシリケート相中に点在していてもよい。この場合、好適なリチウムシリケートは、Ｌｉ２ｚＳｉＯ（２＋ｚ）（０＜ｚ＜２）で表され、Ｌｉ２ＳｉＯ３（Ｚ＝１）、又はＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５（Ｚ＝１／２）を主成分とする。
【００３２】
複合酸化物相３４は、例えば、リチウムシリケートなどの微細な粒子の集合により構成される。複合酸化物相３４は、Ｓｉ粒子３５よりもさらに微細な粒子から構成されてもよい。負極活物質３３のＸＲＤパターンでは、Ｓｉの（１１１）のピークの強度が、リチウムシリケートの（１１１）のピークの強度より大きくてもよい。
【００３３】
Ｓｉ粒子３５は、複合酸化物相３４中に略均一に分散していることが好ましい。母粒子３６は、複合酸化物相３４のマトリックス中に微細なＳｉ粒子３５が分散した海島構造を有し、任意の断面においてＳｉ粒子３５が一部の領域に偏在することなく略均一に点在している。Ｓｉ粒子３５の含有量は、母粒子３６の総質量に対して２０質量％〜９５質量％であることが好ましく、３５質量％〜７５質量％がより好ましい。Ｓｉ粒子３５の含有量が低すぎると、充放電容量が低下し、またリチウムイオンの拡散不良により負荷特性が低下する場合がある。Ｓｉ粒子３５の含有量が高すぎると、例えばＳｉの一部が複合酸化物相３４で覆われず露出して電解液と接触し、サイクル特性が低下する。
【００３４】
Ｓｉ粒子３５の平均粒径は、充放電前において、例えば５００ｎｍ以下であり、２００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましい。充放電後においては、４００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましい。Ｓｉ粒子３５を微細化することにより、充放電時の体積変化が小さくなり電極構造の崩壊を抑制し易くなる。Ｓｉ粒子３５の平均粒径は、負極活物質３３の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察することにより測定され、具体的には粒子断面のＳＥＭ又はＴＥＭ画像から選択される１００個のＳｉ粒子３５の外接円の直径を計測し、計測値を平均化して求められる。
【００３５】
負極活物質３３のメジアン径（Ｄ５０、中位径）は、電池の高容量化及びサイクル特性の向上等の観点から、１μｍ〜１５μｍが好ましく、４μｍ〜１０μｍがより好ましい。負極活物質３３のメジアン径は、レーザー回折散乱法で測定される粒度分布において体積積算値が５０％となる粒径である。負極活物質３３のメジアン径が小さくなり過ぎると、電解質との反応量が増大して容量が低下する傾向にある。一方、メジアン径が大きくなり過ぎると、充放電による体積変化量が大きくなり、サイクル特性が低下する傾向にある。
【００３６】
負極活物質３３は、例えば下記の工程１〜３を経て製造される。
（１）Ｌｉ含有酸化物、Ｓｉ含有酸化物、Ａｌ含有酸化物、及びＢ含有酸化物の各粉末を所定の質量比で混合する。
（２）次に、ボールミルを用いて上記混合物を粉砕し微粒子化する。なお、それぞれの原料粉末を微粒子化してから、混合してもよい。
（３）粉砕された混合物を、例えば不活性雰囲気中、６００〜１０００℃で熱処理して、Ｌｉ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＢを含有する複合酸化物を合成する。
（４）上記複合酸化物とＳｉ粒子を所定の質量比で混合し、不活性雰囲気下、ボールミルを用いて粉砕、混合した後、ホットプレスのように圧力を印加できる加熱装置を用いて、（３）よりも低い温度（例えば、５００℃〜７００℃）で熱処理する。当該焼結体をメジアン径が１μｍ〜１５μｍ程度となるように粉砕することで、複合酸化物相３４中にＳｉ粒子３５が分散した母粒子３６が得られる。
（５）次に、母粒子３６を石炭ピッチ等の炭素材料と混合して、不活性雰囲気下で熱処理する。こうして、母粒子３６の表面に導電被膜３７が形成された負極活物質３３が得られる。
【００３７】
負極活物質３３は、複合酸化物相３４よりも導電性の高い材料から構成される導電被膜３７を粒子表面に有することが好適である。導電被膜３７を構成する導電材料としては、電気化学的に安定なものが好ましく、炭素材料、金属、及び金属化合物からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。中でも、炭素材料を用いることが特に好ましい。母粒子３６の表面を炭素被覆する方法としては、アセチレン、メタン等を用いたＣＶＤ法、石炭ピッチ、石油ピッチ、フェノール樹脂等を母粒子３６と混合し、熱処理を行う方法などが例示できる。また、カーボンブラック、ケッチェンブラック等の導電剤を結着剤を用いて母粒子３６の表面に固着させることで炭素被覆層を形成してもよい。
【００３８】
導電被膜３７は、母粒子３６の表面の略全域を覆って形成されることが好適である。導電被膜３７の厚みは、導電性の確保と母粒子３６へのリチウムイオンの拡散性を考慮して、１〜２００ｎｍが好ましく、５〜１００ｎｍがより好ましい。導電被膜３７の厚みが薄くなり過ぎると、導電性が低下し、また母粒子３６を均一に被覆することが難しくなる。一方、導電被膜３７の厚みが厚くなり過ぎると、母粒子３６へのリチウムイオンの拡散が阻害されて容量が低下する傾向にある。導電被膜３７の厚みは、ＳＥＭ又はＴＥＭ等を用いた粒子の断面観察により計測できる。
【００３９】
上記の実施形態の一例である負極活物質３３とともに併用される炭素系活物質には、従来から負極活物質として使用されている黒鉛、例えば鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、及び土状黒鉛等の天然黒鉛、並びに塊状人造黒鉛（ＭＡＧ）、及び黒鉛化メソフェーズカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）等の人造黒鉛などを用いることができる。炭素系活物質を併用する場合、Ｓｉ系活物質と炭素系活物質との混合比率は、質量比で１：９９〜３０：７０が好ましい。Ｓｉ系活物質と炭素系活物質の質量比が当該範囲内であれば、高容量化とサイクル特性向上を両立し易くなる。
【００４０】
［セパレータ］
セパレータ４０には、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータ４０の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂、セルロースなどが好適である。セパレータ４０は、単層構造、積層構造のいずれであってもよい。セパレータ４０の表面には、耐熱層などが形成されていてもよい。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例により本開示をさらに説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。【００４２】
＜実施例１＞
［負極活物質（Ｓｉ系活物質）の作製］
Ｌｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂの各元素を含有する各酸化物を、遊星ボールミルで微細混合し、不活性雰囲気下、８７５℃、５時間の条件で熱処理して、Ｌｉ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＢを含有する複合酸化物を得た。当該複合酸化物とＳｉ粒子を、不活性雰囲気下で遊星ボールミルを用いて微細混合した後、当該混合物を不活性雰囲気下でホットプレスし、材料に圧力を印加しながら６００℃、４時間の条件で熱処理して混合物の焼結体を得た。当該焼結体をメジアン径が１０μｍになるように粉砕することによりＳｉ系活物質粒子（母粒子）を得た。なお、当該粒子を石炭ピッチと混合して、不活性雰囲気下、８００℃で熱処理することにより、当該粒子の表面に炭素で形成された導電被膜を形成した。【００４３】
［Ｓｉ系活物質の分析］
Ｓｉ系活物質の粒子断面をＳＥＭで観察した結果、複合酸化物からなるマトリックス中にＳｉ粒子が略均一に分散していることが確認された。Ｓｉ粒子の平均粒径は５０ｎｍ未満であった。複合酸化物相に含有されるＬｉ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＢの含有量は、ＩＣＰ発光分析により測定することができる。【００４４】
［負極の作製］
上記Ｓｉ系活物質と、黒鉛（炭素系活物質）とを、５：９５の質量比で混合したものを負極活物質として用いた。負極活物質と、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩（ＣＭＣ−Ｎａ）と、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）のディスパージョンとを、９７．５：１：１．５の固形分質量比で混合し、水を適量加えて、負極合剤スラリーを調製した。次に、当該負極合剤スラリーを銅箔からなる負極芯体の両面に塗布し、塗膜を乾燥させた後、ローラを用いて圧縮し、所定の電極サイズに切断して、負極芯体の両面に充填密度が１．６ｇ／ｃｍ３の負極合剤層が形成された負極を作製した。【００４５】
［負極合剤層の剥離強度の測定］
上記負極の表面（合剤層表面）を両面テープ（テープ幅５ｍｍ）を介してプラスチック板に貼り付け、剥離試験機を用いて当該負極をプラスチック板に対して垂直方向に剥離し、負極合剤層の剥離強度を測定した。評価結果を表１に示す。なお、後述の実施例２、比較例１〜４の剥離強度は、実施例１の剥離強度を１００とする相対値である。【００４６】
［水中へのＬｉ、Ａｌ、及びＢの溶出量の測定］
水１００ｇに対し、上記Ｓｉ系活物質を０．５ｇ投入して撹拌した。１時間静置後、水中に溶出したＬｉ、Ａｌ、及びＢをＩＣＰにより定量した。評価結果を表１に示す。表１に示す溶出量は、測定前の複合酸化物相中の各元素の含有量に対するＩＣＰによる各元素の定量値の割合として算出された値である。当該溶出量が多いほど、負極合剤スラリー中への溶出量が多いことを意味する。【００４７】
＜実施例２、及び比較例１〜４＞
Ｌｉ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＢの含有量が表１に示す値となるように、複合酸化物相中の各元素の混合比率を変更したこと以外は、実施例１と同様の方法で負極活物質及び負極を作製し、上記評価を行った。【００４８】
【表１】
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【００４９】
表１に示す結果から理解されるように、実施例のＳｉ系活物質によれば、比較例のＳｉ系活物質と比べて、複合酸化物相に含有される成分の溶出量が大幅に抑制されている。また、負極合剤の密着性を示す剥離強度は、実施例のＳｉ系活物質を用いた負極において良好な値が得られた。Ｌｉの溶出量は、Ａｌ及びＢのそれぞれの含有量を１３モル％（又は１２モル％）とすることで特異的に改善され、これに伴い、負極合剤の剥離強度も大幅に向上している（実施例２、比較例１参照）。なお、Ａｌ又はＢの一方のみの含有量が１２モル％以上であっても、Ｌｉ溶出の抑制効果は得られない（比較例３、４参照）。【００５０】
Ｓｉ系活物質を構成する複合酸化物相からＬｉが溶出すると水溶液がアルカリに偏って、結着剤成分の変質が起こり、負極合剤層の負極芯体との密着性が低下すると考えられる。また、多価イオンが溶出しても結着剤成分と作用して密着性の低下を引き起こす。複合酸化物相にＡｌ及びＢを特定量添加することにより、Ｌｉと多価イオンの両方の溶出が抑制され、負極合剤の密着性の低下を抑えることが可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  非水電解質二次電池、１１  外装体、１１ａ、１１ｂ  ラミネートシート、１２  収容部、１３  封止部、１４  電極体、１５  正極リード、１６  負極リード、２０  正極、２１  正極芯体、２２  正極合剤層、３０  負極、３１  負極芯体、３２  負極合剤層、３３  負極活物質、３４  複合酸化物相、３５  Ｓｉ粒子、３６  母粒子、３７  導電被膜、４０  セパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年1月20日(2021.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
複合酸化物相３４に含有されるＡｌとＢの含有比率は、特に限定されないが、好適な一例は４：６〜６：４である。ＡｌとＢの含有比率は、略同一（５：５）であってもよい。Ａｌ及びＢは、例えば、複合酸化物相３４に含有されるＬｉ、Ｓｉ、Ａｌ、及びＢの総モル数に対して、それぞれ１２モル％以上２０モル％以下、又は１２モル％以上１５モル％以下の量で含有され、かつ含有比率が４：６〜６：４である。
【国際調査報告】
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