JP4375042B2 - Negative electrode material and negative electrode for non-aqueous lithium ion secondary battery, and non-aqueous lithium ion secondary battery - Google Patents

Negative electrode material and negative electrode for non-aqueous lithium ion secondary battery, and non-aqueous lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、非水系リチウムイオン二次電池に用いられる負極材料及び負極、並びに非水系リチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode material and a negative electrode used for a non-aqueous lithium ion secondary battery, and a non-aqueous lithium ion secondary battery.

近年、ビデオカメラ、携帯電話やポータブルパソコンなどの携帯機器の普及に伴い、一次電池に代わって、繰り返し使用できる二次電池の需要が急速に高まっている。   In recent years, with the widespread use of portable devices such as video cameras, mobile phones, and portable personal computers, the demand for secondary batteries that can be used repeatedly instead of primary batteries is rapidly increasing.

特に、負極活物質として炭素質材料(カーボン系材料)を使用し、正極活物質としてLiMO2(M=Co、Ni等)を使用し、電解液として有機溶媒を使用した非水系リチウムイオン二次電池が開発され、注目されている。 In particular, a non-aqueous lithium ion secondary using a carbonaceous material (carbon-based material) as the negative electrode active material, LiMO 2 (M = Co, Ni, etc.) as the positive electrode active material, and using an organic solvent as the electrolyte. Batteries have been developed and are attracting attention.

また、電池の高容量化の観点から、負極活物質として、炭素質材料の他に、Al、Si、Sn等のLiと合金を形成する金属系材料を用いることも知られている。しかし、上記のような金属系材料を単独で非水系リチウム二次電池の負極活物質として用いると、充放電サイクルに伴い充放電容量が著しく低下してしまい、電池のサイクル特性が悪かった。   From the viewpoint of increasing the capacity of a battery, it is also known to use, as a negative electrode active material, a metal material that forms an alloy with Li such as Al, Si, Sn, etc., in addition to a carbonaceous material. However, when such a metal-based material is used alone as the negative electrode active material of a non-aqueous lithium secondary battery, the charge / discharge capacity is remarkably lowered with the charge / discharge cycle, and the cycle characteristics of the battery are poor.

そこで、電池のサイクル特性を維持しながらその高容量化を図るために、金属系材料と炭素質材料とを組み合わせた非水系リチウムイオン二次電池用負極材料(以下適宜、負極材料という)が開発されてきている。   Therefore, in order to increase the capacity while maintaining the cycle characteristics of the battery, a negative electrode material for non-aqueous lithium ion secondary batteries (hereinafter referred to as negative electrode material as appropriate) that combines a metal-based material and a carbonaceous material was developed. Has been.

例えば、特許文献1には、金属粒子、黒鉛質物、及び炭素質物の前駆体である有機質物を混合し、不活性雰囲気下で焼成して負極材料を製造する方法において、金属粒子が、Siを含む第1の固相と、特定の元素とSiとの固溶体又は金属間化合物である第2の固相とからなる構成が記載されており、これにより従来よりもサイクル特性がよく、高い充放電容量の非水系リチウム二次電池用負極材料が得られると記載されている。   For example, in Patent Document 1, in a method of manufacturing a negative electrode material by mixing metal particles, a graphite material, and an organic material that is a precursor of a carbonaceous material, and firing in an inert atmosphere, the metal particles include Si. The composition which consists of the 1st solid phase to contain and the 2nd solid phase which is the solid solution or intermetallic compound of a specific element and Si is described, and thereby, cycling characteristics are better than before, and charge / discharge is high. It is described that a negative electrode material for a non-aqueous lithium secondary battery having a capacity is obtained.

ところで、特許文献1には、負極材料全体を100重量%とした際に、金属質物Mの割合が50重量%以上、95重量%以下であると記載されている。つまり、特許文献1に記載の技術においては、高い充放電容量を達成するために金属を高い比率で含有させる必要があったのである。   By the way, Patent Document 1 describes that the ratio of the metallic material M is 50% by weight or more and 95% by weight or less when the whole negative electrode material is 100% by weight. That is, in the technique described in Patent Document 1, it is necessary to contain a metal in a high ratio in order to achieve a high charge / discharge capacity.

なお、特許文献1では、金属粒子として平均粒径が12.5μm程度のものが記載されている。   In Patent Document 1, a metal particle having an average particle diameter of about 12.5 μm is described.

特開2001−210329号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-210329

しかしながら、負極材料中の金属の割合がこのように高い場合には、充放電容量は向上するものの、充放電に伴う金属粒子の膨張収縮に起因する金属粒子の微細化及び負極材料の材料劣化破壊が生じやすくなり、サイクル特性が不十分であった。   However, when the proportion of the metal in the negative electrode material is high in this way, the charge / discharge capacity is improved, but the metal particles are refined due to the expansion and contraction of the metal particles accompanying the charge / discharge, and the material deterioration destruction of the negative electrode material. Was likely to occur, and the cycle characteristics were insufficient.

昨今の市場の高度な製品要求においては、高い充放電容量を有するのみでは十分な性能を有するとはいえず、それに加えて、高いサイクル特性を有し繰り返しの使用が可能であることが求められているが、そのような総合的に実用性に優れた負極材料はいまだ提供されていないという課題があった。   In the recent advanced product requirements in the market, it cannot be said that having a high charge / discharge capacity alone has sufficient performance, and in addition to that, it has high cycle characteristics and can be used repeatedly. However, there has been a problem that such a negative electrode material that is comprehensively excellent in practical use has not yet been provided.

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、高い充放電容量を有するとともにサイクル特性の点でも優れた、総合的に高い実用性を有する非水系リチウムイオン二次電池を得ることが可能な負極材料を提供すること、並びに、上記の負極材料を用いた非水系リチウムイオン二次電池用負極及び非水系リチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to obtain a nonaqueous lithium ion secondary battery having a high charge-discharge capacity and excellent in cycle characteristics and having a high overall utility. An object of the present invention is to provide a negative electrode material, and to provide a negative electrode for a non-aqueous lithium ion secondary battery and a non-aqueous lithium ion secondary battery using the negative electrode material.

本発明者等は上記の状況に鑑み鋭意検討した結果、非水系リチウムイオン二次電池の負極材料として、特定種類の金属元素からなる原料金属微粒子にそれとは異なる特定種類の複合化金属及び/又は複合化金属酸化物が複合化した複合体微粒子を、炭素質物と、黒鉛質物と組み合わせて用いるとともに、複合体微粒子,炭素質物及び黒鉛質物の合計重量に対する複合体微粒子の重量比率を敢えて低い範囲に抑えることによって、高い充放電容量と高いサイクル特性とを両立させ、総合的に優れた実用性を得られることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies in view of the above situation, the present inventors have determined that as a negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery, a raw material metal fine particle composed of a specific type of metal element is different from a specific type of composite metal and / or The composite fine particles in which the composite metal oxide is composited are used in combination with the carbonaceous material and the graphite material, and the weight ratio of the composite fine particles to the total weight of the composite fine particles, the carbonaceous material, and the graphite material is deliberately lowered. As a result of the suppression, it was found that both high charge / discharge capacity and high cycle characteristics can be achieved, and excellent practicality can be obtained comprehensively, and the present invention has been completed.

即ち、本発明の要旨は、正極と負極と非水系の電解質とを具備してなる非水系リチウムイオン二次電池における該負極の材料であって、Liと合金化可能な、Ag,Zn,Al,Ga,In,Si,Ge,Sn及びPbより選ばれる少なくとも一種の金属元素からなる原料金属微粒子に、Hを除くIa族〜VIIIa族,Bを除くIb族〜IIIb族,Cを除くIVb族,及びVb族より選ばれる少なくとも一種の、前記原料金属微粒子とは異なる複合化金属及び/又は複合化金属酸化物が複合化した複合体微粒子と、炭素質物と、黒鉛質物とを含有し、該複合体微粒子,該炭素質物及び該黒鉛質物の合計重量に対して、該複合体微粒子を3重量%以上40重量%以下含有することを特徴とする、非水系リチウムイオン二次電池用負極材料に存する(請求項1)。   That is, the gist of the present invention is a material for the negative electrode in a non-aqueous lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, which can be alloyed with Li, Ag, Zn, Al. , Ga, In, Si, Ge, Sn and Pb, the source metal fine particles comprising at least one metal element selected from Group Ia to Group VIIIa excluding H, Group Ib to Group IIIb excluding B, and Group IVb excluding C , And at least one selected from the group Vb, composite fine particles different from the raw metal fine particles and / or composite metal oxides composited, carbonaceous material, and graphite material, A negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery comprising 3% by weight or more and 40% by weight or less of the composite fine particles with respect to the total weight of the composite fine particles, the carbonaceous material, and the graphite material Exist (billing 1).

このとき、該複合体微粒子の平均粒径を、0.1μm以上50μm以下とするのが好ましい(請求項2)。
本発明の負極材料は、該複合体微粒子、該炭素質物の前駆体である有機質物、及び該黒鉛質物を均一に混合した後、不活性雰囲気下で焼成処理することにより製造するのが好ましい(請求項3)。この際、前記焼成処理の前に、まず該複合体微粒子と該有機質物とを均一に混合し、続いて該黒鉛質物を加えて均一に混合してもよい(請求項4)。あるいは、前記焼成処理の前に、まず該複合体微粒子と該黒鉛質物とを均一に混合し、続いて該有機質物を加えて均一に混合してもよい(請求項5)。さらに、前記焼成処理の前に、該複合体微粒子、該有機質物、及び該黒鉛質物のうち少なくともいずれか二つに対して、不活性雰囲気下で金属複合化粉砕処理を加えることにより均一に混合するようにしてもよい(請求項6)。
At this time, the average particle size of the composite fine particles is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less (Claim 2).
The negative electrode material of the present invention is preferably produced by uniformly mixing the composite fine particles, the organic material that is a precursor of the carbonaceous material, and the graphite material, and then firing the mixture in an inert atmosphere ( Claim 3). At this time, before the firing treatment, the composite fine particles and the organic substance may be first mixed uniformly, and then the graphite substance may be added and mixed uniformly (claim 4). Alternatively, before the firing treatment, the composite fine particles and the graphite material may be first mixed uniformly, and then the organic material may be added and mixed uniformly (Claim 5). Further, before the firing treatment, at least any two of the composite fine particles, the organic matter, and the graphite matter are uniformly mixed by adding a metal composite grinding treatment in an inert atmosphere. (Claim 6).

また、該黒鉛質物としては、結晶面(002)の面間隔d002が0.348nm以下、且つ、積層の厚さが10nm以上であって、構造中に含まれる水素と炭素との原子比H/Cが0.1以下である黒鉛構造を有するものを用いるのが好ましい(請求項7)。 Further, the graphite material has a crystal plane (002) spacing d 002 of 0.348 nm or less, a stack thickness of 10 nm or more, and an atomic ratio H between hydrogen and carbon contained in the structure. It is preferable to use those having a graphite structure in which / C is 0.1 or less.

また、該原料金属微粒子としては、Si微粒子を用いるのが好ましい(請求項8)。
また、該原料金属微粒子に、摩砕及び/又はせん断が加わる第一粉砕工程と衝撃応力が加わる第二粉砕工程とを有する粉砕処理を施してもよい(請求項9)。
また、該原料金属微粒子の伸度よりも大きい伸度を有する該複合化金属を用いるとともに、該原料金属微粒子と該複合化金属との共存下、せん断,圧縮,及び衝撃応力のうち少なくとも一つが加わる金属複合化粉砕処理を施すことにより、該複合体微粒子を製造してもよい(請求項10)。
Moreover, it is preferable to use Si fine particles as the raw metal fine particles.
Moreover, you may perform the grinding | pulverization process which has a 1st grinding | pulverization process in which grinding and / or a shear are applied, and a 2nd grinding | pulverization process in which an impact stress is added to this raw material metal microparticles | claim.
Further, the composite metal having an elongation greater than that of the raw metal fine particles is used, and at least one of shear, compression, and impact stress is present in the presence of the raw metal fine particles and the composite metal. The composite fine particles may be produced by performing an additional metal composite grinding treatment (claim 10).

本発明の別の要旨は、上記の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料を含有することを特徴とする、非水系リチウムイオン二次電池用負極(請求項11)、更には、上記の非水系リチウムイオン二次電池用負極を具備してなることを特徴とする、非水系リチウムイオン二次電池に存する(請求項12)。   Another gist of the present invention is a negative electrode for a non-aqueous lithium ion secondary battery comprising the above negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery (Claim 11). The present invention resides in a non-aqueous lithium ion secondary battery comprising a negative electrode for an aqueous lithium ion secondary battery (claim 12).

本発明によれば、原料金属微粒子に、前記原料金属微粒子とは異なる複合化金属及び/又は前記原料金属微粒子とは異なる複合化金属酸化物が複合化した複合体微粒子と、炭素質物と、黒鉛質物とを組み合わせて用い、且つ、該複合体微粒子,該炭素質物及び該黒鉛質物の合計重量に対して、該複合体微粒子を3重量%以上40重量%以下含有させることによって、高い充放電容量を有するとともにサイクル特性の点でも優れた、総合的に高い実用性を有する非水系リチウムイオン二次電池を得ることが可能となる。   According to the present invention, composite fine particles in which a composite metal different from the raw metal fine particles and / or a composite metal oxide different from the raw metal fine particles are combined with the raw metal fine particles, a carbonaceous material, and graphite High charge / discharge capacity by using the composite fine particles, and containing the composite fine particles in an amount of 3 wt% to 40 wt% with respect to the total weight of the composite fine particles, the carbonaceous material, and the graphite. In addition, it is possible to obtain a non-aqueous lithium ion secondary battery that has excellent practicality in terms of cycle characteristics and has high overall utility.

以下、本発明につき詳細に説明する。
本発明の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料は、少なくとも一種の原料金属微粒子に、原料金属微粒子とは異なる少なくとも一種の複合化金属及び/又は複合化金属酸化物が複合化した複合体微粒子と、炭素質物と、黒鉛質物とを含有する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery according to the present invention is a composite fine particle in which at least one composite metal and / or composite metal oxide different from the raw metal fine particles is combined with at least one raw metal fine particle. And a carbonaceous material and a graphite material.

[原料金属微粒子]
原料金属微粒子は、Ag、Zn、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn及びPbからなる群より選ばれる一種又は二種以上の金属元素からなる粉末である。上記の金属元素は、電極に使用した場合に、高い充電容量を発現することができ、且つ、充放電に伴う体積の膨張・収縮が比較的少ないことから好ましい。また、上記の金属元素は、リチウム二次電池の負極に用いた場合に、充電時にLiと合金化するため、高い充電容量を発現することが知られているので、この点でも好ましい。
[Raw metal fine particles]
The raw metal fine particles are powders composed of one or more metal elements selected from the group consisting of Ag, Zn, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, and Pb. The metal element described above is preferable because it can exhibit a high charge capacity when used in an electrode and has relatively little volume expansion / contraction associated with charge / discharge. Moreover, when said metal element is used for the negative electrode of a lithium secondary battery, since it alloyed with Li at the time of charge, since it is known that high charge capacity is expressed, it is preferable also at this point.

なお、これらの金属元素の種類の数及び組み合わせについては特に制限は無く、上記元素群より任意に選ばれた一の金属単体でも、上記元素群より任意の組み合わせで選ばれた二以上の金属の混合物でもよい。単独の金属で原料金属微粒子を構成する場合の金属としては、通常はSi、Ag、Al又はSnが挙げられ、好ましくはSi又はSnが挙げられ、より好ましくはSiが挙げられる。また、2種の金属を組み合わせて原料金属微粒子を構成する場合の金属の組み合わせとしては、好ましくはAgとAlとの組み合わせ、AgとSiとの組み合わせ、AgとSnとの組み合わせ、SiとSnとの組み合わせ、SiとAlとの組み合わせ、及びAlとSnとの組み合わせが挙げられる。   In addition, there is no restriction | limiting in particular about the number and combination of the kind of these metal elements, Even one single metal arbitrarily chosen from the said element group of 2 or more metals chosen by arbitrary combinations from the said element group It may be a mixture. As the metal in the case where the raw metal fine particles are composed of a single metal, Si, Ag, Al or Sn is usually mentioned, preferably Si or Sn is preferred, and Si is more preferred. Moreover, as a combination of metals in the case where the raw metal fine particles are constituted by combining two kinds of metals, preferably a combination of Ag and Al, a combination of Ag and Si, a combination of Ag and Sn, Si and Sn and A combination of Si and Al, and a combination of Al and Sn.

原料金属微粒子の平均粒径は、通常10nm以上、好ましくは30nm以上、より好ましくは50nm以上、また、通常200nm以下、好ましくは180nm以下、より好ましくは100nm以下である。原料金属微粒子の平均粒径が上記の範囲よりも小さい場合には、粒子間静電引力によりナノ金属微粒子同士の過剰な凝集が起こってしまうため、また、原料金属微粒子の平均粒径が上記の範囲よりも大きい場合には、電池の充放電に伴い金属の膨張収縮による金属粒子微細化及び/又は材料破壊が発生してしまうため、何れも好ましくない。   The average particle diameter of the raw metal fine particles is usually 10 nm or more, preferably 30 nm or more, more preferably 50 nm or more, and usually 200 nm or less, preferably 180 nm or less, more preferably 100 nm or less. When the average particle diameter of the raw material metal fine particles is smaller than the above range, excessive aggregation of the nano metal fine particles occurs due to electrostatic attraction between particles, and the average particle diameter of the raw metal fine particles is as described above. If it is larger than the range, either metal particle refinement and / or material destruction due to metal expansion / contraction will occur with the charging / discharging of the battery.

[原料金属微粒子の製造方法]
原料金属微粒子を製造する方法としては、上記の条件を満たす原料金属微粒子を製造できる方法であれば特に限定はないが、中でも原料金属微粒子の原料である原料金属粉末にせん断応力、圧縮応力及び衝撃応力の少なくとも一つが加わる粉砕処理を施すことによって原料金属微粒子を製造する方法が好ましい。特に、上記の原料金属粉末に磨砕及び/又はせん断が加わる第1粉砕工程と、衝撃応力が加わる第2粉砕工程とを有する粉砕処理を施すことで、原料金属微粒子を製造することが好ましい。以下、この方法について詳細に述べる。
[Production method of raw metal fine particles]
The method for producing the raw metal fine particles is not particularly limited as long as it is a method capable of producing the raw metal fine particles satisfying the above conditions, but among them, the raw material metal powder which is the raw material of the raw metal fine particles has shear stress, compressive stress and impact. A method of producing raw material metal fine particles by performing a pulverization treatment to which at least one of stresses is applied is preferable. In particular, it is preferable to produce the raw metal fine particles by performing a pulverization process including a first pulverization process in which grinding and / or shearing is applied to the raw metal powder and a second pulverization process in which impact stress is applied. Hereinafter, this method will be described in detail.

原料金属粉末は、上述した元素群より任意に選ばれた一の金属元素単体の粉末か、または、上述した元素群より任意の組み合わせで選ばれた二以上の金属の混合粉末(各々の金属元素単体の粉末の混合物)である。原料金属粉末の平均粒径は、通常200nm以上、また、通常500μm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。このような比較的大きな平均粒径を有する原料金属粉末は、通常の方法により比較的容易に製造できるため、経済的に好ましい。且つ、本発明では、このような比較的大きな平均粒径を有する原料金属粉末を用いても、後述する第1及び第2粉砕工程の組み合わせで効率的に微細化することが可能であり、工業的に好ましい。   The raw metal powder is either a single metal element powder arbitrarily selected from the above element group, or a mixed powder of two or more metals selected from any combination of the above element groups (each metal element Single powder mixture). The average particle diameter of the raw metal powder is usually 200 nm or more, and usually 500 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. Such a raw material metal powder having a relatively large average particle diameter is economically preferable because it can be produced relatively easily by a usual method. And in this invention, even if it uses the raw material metal powder which has such a comparatively big average particle diameter, it can be refined | miniaturized efficiently by the combination of the 1st and 2nd grinding | pulverization process mentioned later, and industrial. Is preferable.

第1粉砕工程及び第2粉砕工程の役割を説明する。第1粉砕工程では、機械的粉砕などにより、原料金属粉末を粉砕して微細な一次金属微粒子を生成する。しかし、第1粉砕工程により生じた一次金属微粒子は静電引力により互いに引き付けられて凝集するため、第1粉砕工程により実際に得られる生成物は一次金属微粒子の凝集塊(複数の一次金属微粒子が凝集してなる集合体。以下適宜、「一次金属微粒子凝集体」と呼ぶ。)を含む粉体となる。そこで、第2粉砕工程において、第1粉砕工程において生成した粉体中に含まれる一次金属微粒子の凝集塊を解砕することによって、均一に近い粒度分布を有する原料金属微粒子を得ることができる。したがって、第1粉砕工程では原料金属粉末を一次金属微粒子まで至らしめる程度の強い粉砕処理である必要があるのに対し、第2粉砕工程は凝集した一次金属微粒子をバラバラに解砕するのに足りる程度の弱い粉砕処理が望ましい。   The role of the first pulverization step and the second pulverization step will be described. In the first pulverization step, the raw metal powder is pulverized by mechanical pulverization or the like to generate fine primary metal fine particles. However, since the primary metal fine particles generated by the first pulverization step are attracted to each other by the electrostatic attraction and agglomerate, the product actually obtained by the first pulverization step is an aggregate of primary metal fine particles (a plurality of primary metal fine particles are Aggregated aggregates, hereinafter referred to as “primary metal fine particle aggregates” as appropriate). Therefore, in the second pulverization step, raw metal fine particles having a nearly uniform particle size distribution can be obtained by crushing the aggregates of the primary metal fine particles contained in the powder produced in the first pulverization step. Therefore, the first pulverization process needs to be a strong pulverization process that brings the raw metal powder to the primary metal fine particles, whereas the second pulverization process is sufficient to disintegrate the aggregated primary metal fine particles apart. A weak grinding process is desirable.

第1粉砕工程は、磨砕及び/又はせん断が加わる粉砕工程であれば、その種類は特に制限されない。ここで、磨砕とは、機械的処理により物体を磨り潰して細かくする操作であり、せん断とは、機械的処理により物体を物体に対して水平方向に切断する操作である。磨砕及び/又はせん断によって、原料金属粉末には圧縮・せん断応力(圧縮・せん断力)が加わり、確実に一次金属粒子まで粉砕されることになる。なお、この圧縮・せん断応力に伴うものであれば、後述の衝撃応力が同時に加わっても良い。   The type of the first pulverization step is not particularly limited as long as it is a pulverization step to which grinding and / or shear is applied. Here, the grinding is an operation for grinding and finely pulverizing the object by mechanical processing, and the shearing is an operation for cutting the object horizontally with respect to the object by mechanical processing. By grinding and / or shearing, the raw metal powder is subjected to compression / shear stress (compression / shear force), and is surely ground to primary metal particles. In addition, if it accompanies this compression and shear stress, the below-mentioned impact stress may be added simultaneously.

本工程の磨砕及び/又はせん断は、原料金属粉末が確実に一次金属粒子まで粉砕されるように、原料金属粉末に対してある程度強い力が加わる条件の下で実施することが好ましい。具体的には、通常10G以上、好ましくは15G以上、より好ましくは30G以上、また、通常500G以下、好ましくは450G以下、より好ましくは400G以下の加速度を原料金属粉末に加えた状態で実施する。   The grinding and / or shearing in this step is preferably performed under conditions where a certain level of strong force is applied to the raw metal powder so that the raw metal powder is reliably pulverized to primary metal particles. Specifically, it is carried out in a state where acceleration of 10 G or more, preferably 15 G or more, more preferably 30 G or more, and usually 500 G or less, preferably 450 G or less, more preferably 400 G or less is applied to the raw metal powder.

本工程で使用する装置は、磨砕及び/又はせん断を実施できる粉砕機であれば特に制限されないが、上記範囲の強さの圧縮・せん断応力が原料金属粉末に加わる様な条件で磨砕及び/又はせん断を実施できる粉砕機であることが好ましい。使用可能な粉砕機としては、ロール式粉砕機、媒体式粉砕機、気流式粉砕機、せん断・磨砕式粉砕機等が例示される。ロール式粉砕機の具体例としては、ロール回転型、ローラー転動型が挙げられる。媒体式粉砕機は、容器駆動型と媒体攪拌型とに大別され、前者の具体例としては転動ミル、振動ミル、遊星ミル、遠心流動層型ミルが、後者の具体例としては塔型、攪拌層型、流通管型、アニュラー型が挙げられる。気流式粉砕機の具体例としては、衝突型、粒子磨砕型が挙げられる。せん断・磨砕式粉砕機の具体例としては、圧縮せん断型、高速回転せん断型、高速回転磨砕型が挙げられる。上記例示の中でも、せん断・磨砕式粉砕機が好ましく、圧縮せん断型のものが特に好ましい。   The apparatus used in this step is not particularly limited as long as it is a pulverizer capable of performing grinding and / or shearing. However, grinding and grinding are performed under such conditions that compressive / shearing stress of the above range is applied to the raw metal powder. It is preferable that the pulverizer can perform shearing. Examples of the pulverizer that can be used include a roll pulverizer, a medium pulverizer, an airflow pulverizer, and a shear / grind pulverizer. Specific examples of the roll type pulverizer include a roll rotating type and a roller rolling type. Medium type pulverizers are roughly classified into container driven type and medium stirring type. Examples of the former are rolling mill, vibration mill, planetary mill, centrifugal fluidized bed type mill, and examples of the latter are tower type. , Stirring layer type, flow tube type, and annular type. Specific examples of the airflow type pulverizer include a collision type and a particle grinding type. Specific examples of the shearing / grinding type pulverizer include a compression shearing type, a high speed rotating shearing type, and a high speed rotating grinding type. Among the above examples, a shearing / grinding type pulverizer is preferable, and a compression shearing type is particularly preferable.

なお、回転運動によって粉砕を行なう粉砕機を用いる場合、原料金属粉末に加わる圧縮・せん断応力を上記範囲内とするためには、通常100rpm以上、好ましくは1000rpm以上、また、通常20000rpm以下、好ましくは5000rpm以下の回転速度で粉砕を行なうことが好ましい。   In addition, when using a pulverizer that performs pulverization by rotational motion, in order to make the compression / shear stress applied to the raw metal powder within the above range, it is usually 100 rpm or more, preferably 1000 rpm or more, and usually 20000 rpm or less, preferably It is preferable to grind at a rotational speed of 5000 rpm or less.

また、本工程は、通常10分以上、好ましくは30分以上、更に好ましくは1時間以上、また、通常5時間以下、好ましくは3時間以下、更に好ましくは2時間以下の範囲で実施する。   In addition, this step is usually performed for 10 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer, more preferably 1 hour or longer, and usually 5 hours or shorter, preferably 3 hours or shorter, more preferably 2 hours or shorter.

第2粉砕工程は、衝撃応力が加わる粉砕工程であれば、その種類は特に制限されない。ここで、衝撃応力とは、固体に高速回転するハンマー等が衝突することなどによって瞬間的に与えられる応力である。本工程では、比較的弱い力の衝撃応力を選択的に加えることにより、一次金属微粒子の凝集塊を解砕することを趣旨とする。従って、前述の圧縮・せん断応力を伴うことは可能な限り避けることが好ましい。本工程において加える衝撃応力の強さは特に制限されないが、ナノ一次粒子の凝集塊を解砕できる程度の強さであることが好ましい。   The type of the second crushing process is not particularly limited as long as it is a crushing process to which impact stress is applied. Here, the impact stress is a stress that is instantaneously applied by a high-speed rotating hammer or the like colliding with a solid. The purpose of this step is to crush the aggregates of the primary metal fine particles by selectively applying a relatively weak impact stress. Therefore, it is preferable to avoid the accompanying compression / shear stress as much as possible. The strength of the impact stress applied in this step is not particularly limited, but is preferably strong enough to break up the aggregate of nano primary particles.

本工程で使用する装置は、原料金属粉末に衝撃応力を加えることができる粉砕機であれば特に制限されないが、上記範囲の強さの衝撃応力を加えることができる粉砕機であることが好ましい。使用可能な粉砕機としては、サンプルミル、ハンマーミル、及び高速回転衝撃式粉砕機が例示され、その具体例としては、ハンマー型、回転円盤型、軸流型、アニュラー型が挙げられる。   The apparatus used in this step is not particularly limited as long as it is a pulverizer capable of applying impact stress to the raw metal powder, but is preferably a pulverizer capable of applying impact stress in the above range. Examples of the pulverizer that can be used include a sample mill, a hammer mill, and a high-speed rotary impact pulverizer. Specific examples thereof include a hammer type, a rotary disk type, an axial flow type, and an annular type.

本工程を上記の高速回転衝撃式粉砕機で行なう場合には、通常100rpm以上、好ましくは1000rpm以上、より好ましくは1500rpm以上、また、通常20000rpm以下、好ましくは18000rpm以下、より好ましくは15000rpm以下の回転速度で粉砕を行なうことが好ましい。   When this step is performed with the above high-speed rotational impact pulverizer, the rotation is usually 100 rpm or more, preferably 1000 rpm or more, more preferably 1500 rpm or more, and usually 20000 rpm or less, preferably 18000 rpm or less, more preferably 15000 rpm or less. It is preferable to grind at a speed.

若しくは、本工程は、原料金属粉末に対して通常1G以上、好ましくは10G以上、また、通常500G以下、好ましくは100G以下の加速度が加わる条件下で実施することが好ましい。   Alternatively, this step is preferably carried out under conditions where acceleration is usually 1 G or more, preferably 10 G or more, and usually 500 G or less, preferably 100 G or less with respect to the raw metal powder.

また、本工程は、通常5秒以上、好ましくは10秒以上、更に好ましくは15秒以上、また、通常1時間以下、好ましくは30分以下、更に好ましくは10分以下の範囲で実施する。   In addition, this step is usually carried out for 5 seconds or longer, preferably 10 seconds or longer, more preferably 15 seconds or longer, and usually 1 hour or shorter, preferably 30 minutes or shorter, more preferably 10 minutes or shorter.

なお、上記の第1及び第2の各粉砕工程は、それぞれ一種の粉砕方式や粉砕機を用いて実施しても良く、二種以上の粉砕方式や粉砕機を任意に組み合わせて実施してもよい。また、各粉砕工程をそれぞれ一段で実施してもよく、複数段に分けて実施しても良い。後者の場合、同一の粉砕条件の下で複数段の実施を行なっても良いが、上に規定した条件を満たすのであれば、各段毎に異なる粉砕条件を設定して実施しても良い。また、何れの粉砕工程も、粉砕機のみならず、混練機、整粒機等を適用して実施することも可能である。   In addition, each said 1st and 2nd grinding | pulverization process may each be implemented using a kind of grinding | pulverization system and a grinder, and may be implemented combining any 2 or more types of grinding | pulverization systems and grinders arbitrarily. Good. In addition, each pulverization step may be performed in one stage, or may be performed in a plurality of stages. In the latter case, a plurality of stages may be performed under the same pulverization condition. However, if the conditions specified above are satisfied, different pulverization conditions may be set for each stage. In addition, any of the pulverization steps can be performed by applying not only a pulverizer but also a kneader, a granulator, and the like.

また、上記の第1粉砕工程及び第2粉砕工程の各々において、その前処理、中間処理、後処理として、必要に応じて各種の処理を実施しても良い。この様な処理の例としては、熱処理、冷却処理、材料添加処理、凝集抑制処理、乾燥処理、分級処理、整粒処理等が挙げられる。さらに、第1粉砕工程の前処理、中間処理、後処理として、第2粉砕工程の条件に該当する様な衝撃応力を伴う軽い粉砕処理を施しても良い。   Moreover, in each of said 1st grinding | pulverization process and 2nd grinding | pulverization process, you may implement various processing as needed as the pre-processing, intermediate | middle processing, and post-processing. Examples of such treatments include heat treatment, cooling treatment, material addition treatment, aggregation suppression treatment, drying treatment, classification treatment, and sizing treatment. Further, as a pretreatment, an intermediate treatment, and a posttreatment in the first pulverization step, a light pulverization treatment with impact stress corresponding to the conditions of the second pulverization step may be performed.

[凝集抑制処理]
上記各種の処理のうち、特に凝集抑制処理について説明する。凝集抑制処理は、後述する凝集抑制剤の共存下で原料金属粉末に粉砕処理を施すことにより、金属粒子(即ち、原料金属粉末や一次金属微粒子など、粉砕の対象である金属の粒子)の過剰な凝集を抑制する処理である。凝集抑制剤は、金属粒子同士の間に介在して、各粒子間の化学的な相互作用を抑制することにより、粒子間の凝集を抑制する効果を生じる。この凝集抑制処理を施すことによって、第1粉砕工程及び第2粉砕工程を効率よく進行させることが可能になる。
[Aggregation suppression treatment]
Among the various processes described above, the aggregation suppression process will be described in particular. Aggregation suppression treatment is performed by crushing the raw metal powder in the coexistence of an aggregation inhibitor described later, thereby causing an excess of metal particles (that is, metal particles to be pulverized, such as raw metal powder and primary metal fine particles). This is a process for suppressing agglomeration. The aggregation inhibitor intervenes between the metal particles and suppresses the chemical interaction between the particles, thereby producing an effect of suppressing aggregation between the particles. By performing the aggregation suppression process, the first pulverization step and the second pulverization step can be efficiently advanced.

凝集抑制剤としては、第1粉砕工程や第2粉砕工程の条件下で金属粒子と反応性を有することのない化合物であって、また、簡単な加熱処理や水性媒体による洗浄によって容易に除去できるものが望ましい。こうした条件を満たす化合物であれば、その種類に特に制限はないが、例えば、金属塩や金属ハロゲン化物が挙げられる。   The aggregation inhibitor is a compound that does not have reactivity with metal particles under the conditions of the first pulverization step and the second pulverization step, and can be easily removed by simple heat treatment or washing with an aqueous medium. Things are desirable. If it is a compound which satisfy | fills such conditions, there will be no restriction | limiting in particular in the kind, For example, a metal salt and a metal halide are mentioned.

金属塩としては、硫酸塩、硝酸塩、アンモニウム塩、酢酸塩等が挙げられるが、中でも溶媒除去又は熱処理により容易に除去できるものが好ましい。
金属ハロゲン化物としては、塩素化物、臭素化物、ヨウ素化物等が挙げられるが、より入手が容易で扱い易い点で、塩素化物が好ましい。
Examples of the metal salt include sulfates, nitrates, ammonium salts, acetates, etc. Among them, those that can be easily removed by solvent removal or heat treatment are preferable.
Examples of the metal halide include chlorinated products, brominated products, and iodinated products, and chlorinated products are preferable because they are more easily available and easy to handle.

中でも、凝集抑制剤としては、下記条件I及び条件IIを共に満たす化合物が好ましい。
条件I.25℃で固体である。
条件II.(i)気体若しくは昇華温度が400K以上、2500K以下、又は、
(ii)水溶性で、且つ、25℃の水に対する溶解度w[飽和水溶液100g中の質量(g)の割合]が10重量%以上100重量%以下である。
Among these, as the aggregation inhibitor, a compound satisfying both the following conditions I and II is preferable.
Condition I. Solid at 25 ° C.
Condition II. (I) Gas or sublimation temperature is 400K or more and 2500K or less, or
(Ii) It is water-soluble and has a solubility w [ratio of mass (g) in 100 g of saturated aqueous solution] in water at 25 ° C. of 10% by weight or more and 100% by weight or less.

上記の条件IIの(i)は、簡単な加熱処理、例えば、通常120℃以上、また、通常2300℃以下、好ましくは1500℃以下程度の加熱処理によって気化または昇華することで、処理対象である金属粒子から除去できることを意味する。また、上記の条件IIの(ii)は、水性媒体による洗浄によって容易に処理対象である金属粒子から除去できることを意味する。   The above condition II (i) is an object to be treated by vaporization or sublimation by a simple heat treatment, for example, a heat treatment of usually 120 ° C. or higher, usually 2300 ° C. or lower, preferably 1500 ° C. or lower. It means that it can be removed from the metal particles. Further, the condition II (ii) above means that it can be easily removed from the metal particles to be treated by washing with an aqueous medium.

なお、凝集抑制剤の除去に用いる水性媒体は、原料金属粉末の金属元素の種類や凝集抑制剤の種類によって適宜選択すればよい。具体的に例示すると、水、エチルアルコール、メチルアルコール、塩酸等が挙げられるが、その中でも水が、工業的な点で好ましい。   In addition, what is necessary is just to select the aqueous medium used for the removal of an aggregation inhibitor suitably according to the kind of metal element of raw material metal powder, and the kind of aggregation inhibitor. Specific examples include water, ethyl alcohol, methyl alcohol, hydrochloric acid, etc. Among them, water is preferable from an industrial point of view.

凝集抑制剤として具体的には、NaCl、LiCl、KCl、NaBr、LiBr、KBr、MgCl、MgBr、BaCl2、BaBr2、AgCl、ZnCl2、AlCl3、CuCl2、SnCl、MnCl、FeCl3、NiCl2、FeBr2、CuBr、SnBr2等が挙げられる。これらの中でも好ましいのは、水で容易に除去可能という点で、NaCl、LiClである。 Specific examples aggregation inhibitor, NaCl, LiCl, KCl, NaBr , LiBr, KBr, MgCl, MgBr, BaCl 2, BaBr 2, AgCl, ZnCl 2, AlCl 3, CuCl 2, SnCl, MnCl, FeCl 3, NiCl 2 , FeBr 2 , CuBr, SnBr 2 and the like. Among these, NaCl and LiCl are preferable because they can be easily removed with water.

凝集抑制剤は、上述したように、処理後、水やアルコール溶媒などによる洗浄、熱処理等で除去することができるが、工業的に実施しやすい点で、水洗又は熱処理で除去することが好ましい。   As described above, the aggregation inhibitor can be removed after the treatment by washing with water or an alcohol solvent, heat treatment or the like, but it is preferably removed by washing with water or heat treatment from the viewpoint of easy industrial implementation.

凝集抑制剤の使用量としては、多すぎると原料金属粉末が十分に粉砕されず、少なすぎると金属粒子が凝集しやすくなるため、原料金属粉末と凝集抑制剤との合計重量を100重量%とした場合に、凝集抑制剤が通常0.01重量%以上、好ましくは10重量%以上、また、通常50重量%以下となるように使用する。   When the amount of the aggregation inhibitor used is too large, the raw metal powder is not sufficiently pulverized. When the amount is too small, the metal particles are likely to aggregate. Therefore, the total weight of the raw metal powder and the aggregation inhibitor is 100% by weight. When used, the aggregation inhibitor is usually used in an amount of 0.01% by weight or more, preferably 10% by weight or more, and usually 50% by weight or less.

凝集抑制処理の形態としては、以下の2つの形態が挙げられる。
(A)第1粉砕工程及び第2粉砕工程とは独立した工程として凝集抑制処理を実施する。即ち、第1粉砕工程及び/又は第2粉砕工程の前処理、中間処理、及び/又は後処理として、凝集抑制剤の共存下で原料金属粉末にせん断応力、圧縮応力、及び衝撃応力のうち少なくとも一つが加わる粉砕工程(以下「凝集抑制処理工程」と呼ぶ。)を施す。本工程の実施後、後述する手法を用いて、凝集抑制剤の少なくとも一部を除去してもよい。
Examples of the form of the aggregation suppression process include the following two forms.
(A) The aggregation suppression process is performed as a process independent of the first pulverization process and the second pulverization process. That is, as the pretreatment, intermediate treatment, and / or posttreatment of the first pulverization step and / or the second pulverization step, at least one of shear stress, compression stress, and impact stress is applied to the raw metal powder in the presence of the aggregation inhibitor. A pulverization step (hereinafter referred to as “aggregation suppression treatment step”) to which one is added is performed. After the implementation of this step, at least a part of the aggregation inhibitor may be removed using a method described later.

(B)第1粉砕工程及び/又は第2粉砕工程の際に同時に凝集抑制処理を実施する。即ち、第1粉砕工程及び/又は第2粉砕工程の際に、凝集抑制剤を共存させた状態で粉砕を行なう。本工程の実施後、後述する手法を用いて、凝集抑制剤の少なくとも一部を除去してもよい。 (B) The aggregation suppression process is performed simultaneously with the first pulverization step and / or the second pulverization step. That is, in the first pulverization step and / or the second pulverization step, pulverization is performed in the state where the aggregation inhibitor is present. After the implementation of this step, at least a part of the aggregation inhibitor may be removed using a method described later.

凝集抑制処理は上述の(A),(B)の何れの形態で実施しても良く、(A)及び(B)の双方を実施しても良い。また、何れの形態で実施する場合でも、凝集抑制剤の除去を行なうか否かは任意である。但し、生産性の点からは、上述の(A)の形態で凝集抑制処理を実施すること、即ち、第1粉砕工程及び第2粉砕工程とは独立した工程として凝集抑制処理を実施するとともに、凝集抑制処理の後に凝集抑制剤の少なくとも一部を除去するのが好ましい。   The aggregation suppression process may be performed in any of the forms (A) and (B) described above, and both (A) and (B) may be performed. Further, in any embodiment, whether or not to remove the aggregation inhibitor is arbitrary. However, from the viewpoint of productivity, the aggregation suppression process is performed in the form of (A) described above, that is, the aggregation suppression process is performed as a process independent of the first pulverization process and the second pulverization process, It is preferable to remove at least a part of the aggregation inhibitor after the aggregation suppression treatment.

(A)の何れかの形態で凝集抑制処理を行なう場合、即ち、第1粉砕工程及び第2粉砕工程とは独立した工程として凝集抑制処理を実施する場合には、通常10G以上、好ましくは15G以上、より好ましくは30G以上、また、通常500G以下、好ましくは400G以下の加速が加わる条件下で、もしくは、100rpm以上20000rpm以下の回転速度下で、金属粒子と凝集抑制剤との共存下に粉砕処理を実施する。   When the aggregation suppression treatment is performed in any form of (A), that is, when the aggregation suppression treatment is performed as a step independent of the first pulverization step and the second pulverization step, it is usually 10G or more, preferably 15G. Above, more preferably 30G or more, and usually pulverization under the condition of acceleration of 500G or less, preferably 400G or less, or under the coexistence of the metal particles and the aggregation inhibitor under the rotation speed of 100 rpm to 20000 rpm Perform the process.

[複合化金属]
複合化金属は、Hを除くIa族〜VIIIa族,Bを除くIb族〜IIIb族,Cを除くIVb族,及びVb族より選ばれる少なくとも一種の、原料金属微粒子とは異なる金属及びその金属の化合物である。金属の化合物の例としては、金属酸化物などが挙げられる。即ち、複合化金属の中でも特に金属の酸化物は、複合化金属酸化物と呼ぶこととする。また、以下の記載において、特に断らない限り、複合化金属といった場合には複合化金属酸化物を含むものを指すこととする。
[Composite metal]
The composite metal is composed of at least one metal selected from the group consisting of groups Ia to VIIIa excluding H, groups Ib to IIIb excluding B, groups IVb excluding C, and Vb, and different from the raw metal fine particles, A compound. Examples of metal compounds include metal oxides. That is, the metal oxide among the composite metals is called a composite metal oxide. In the following description, unless otherwise specified, in the case of a composite metal, the composite metal oxide is included.

複合化金属を構成する元素の種類の数、組み合わせ、存在形態には特に制限は無く、上記元素群より任意に選ばれた一の金属元素の単体でも、上記元素群より任意の組み合わせで選ばれた二以上の金属元素の合金でも、上記元素群より任意に選ばれた一の金属元素若しくは任意の組み合わせで選ばれた二以上の金属元素の化合物、例えば金属酸化物等でも、更には上記単体及び/又は上記合金及び/又は上記化合物が二種以上混合されたものでもよい。   There are no particular restrictions on the number, combination and form of the elements constituting the composite metal, and even a single metal element selected arbitrarily from the above element group may be selected in any combination from the above element group. An alloy of two or more metal elements, one metal element arbitrarily selected from the above element group, or a compound of two or more metal elements selected from any combination, such as a metal oxide, or the like And / or a mixture of two or more of the above alloys and / or the above compounds.

複合化金属として金属元素の単体を用いる場合には、IIa族〜VIIIa族、Bを除くIb族〜IIIb族,Cを除くIVb族,及びVb族に属する元素が好ましい。具体的には、Ca,Ti,V,Mn,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Sb,Sn,Pb,Ag,Auが好ましい。
また、複合化金属として金属の酸化物(複合化金属酸化物)を用いる場合には、Hを除くIa族〜VIIIa族、Ib族〜IIIb族、Cを除くIVb族、及びIb族に属する元素の酸
化物が好ましい。具体的には、Li2O,MgO,CaO,TiO2,Fe23,CoO,NiO,CuO,Cu2O,Ag2O,ZnO,Al23,Ga23,In23,SiO,SiO2,GeO,GeO2,SnO,SnO2,Pb34,Sb23,Bi23などが例示できる。
When a single metal element is used as the composite metal, elements belonging to Group IIa to Group VIIIa, Group Ib to Group IIIb excluding B, Group IVb other than C, and Group Vb are preferred. Specifically, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Al, Sb, Sn, Pb, Ag, and Au are preferable.
In addition, when a metal oxide (composite metal oxide) is used as the composite metal, elements belonging to groups Ia to VIIIa except H, groups Ib to IIIb, groups IVb except C, and groups Ib The oxide is preferred. Specifically, Li 2 O, MgO, CaO , TiO 2, Fe 2 O 3, CoO, NiO, CuO, Cu 2 O, Ag 2 O, ZnO, Al 2 O 3, Ga 2 O 3, In 2 O 3 , SiO, SiO 2 , GeO, GeO 2 , SnO, SnO 2 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Bi 2 O 3 and the like.

複合化金属を形成する金属元素として複数種の金属元素を組み合わせて用いる場合、好ましい組み合わせとしては、CuとSnの組み合わせ、CuとNiの組み合わせ、CuとAlの組み合わせ、CuとZnの組み合わせ、CuとCaの組み合わせ、CuとTiの組み合わせ、CuとMnの組み合わせ、CuとVの組み合わせ、CuとSbの組み合わせ、CuとPbの組み合わせ、CuとAgの組み合わせ、CuとAuの組み合わせ、CuとFeの組み合わせ、SnとCaの組み合わせ、SnとTiの組み合わせ、SnとMnの組み合わせ、SnとFeの組み合わせ、SnとNiの組み合わせ,SnとZnの組み合わせ、SnとAlの組み合わせ、SnとSbの組み合わせ、SnとAgの組み合わせ、SiとSnの組み合わせ、SiとCuの組み合わせ、SiとTiの組み合わせ、SiとNiの組み合わせ、SiとCaの組み合わせ、SiとAgの組み合わせ、SiとSbの組み合わせ、SiとAlの組み合わせ、SiとMnの組み合わせ、SiとFeの組み合わせ、SiとVの組み合わせ、SiとZnの組み合わせ、SiとPbの組み合わせ、AgとAlの組み合わせ、AgとSnの組み合わせ、AgとTiの組み合わせ、AgとFeの組み合わせ、AgとNiの組み合わせ、AgとCuの組み合わせ、AgとSbの組み合わせ、AgとMnの組み合わせ、AgとPbの組み合わせ、AgとVの組み合わせ、AgとZnの組み合わせ、AlとTiの組み合わせ、AlとFeの組み合わせ、AlとNiの組み合わせ、AlとSbの組み合わせ、及びAlとZnの組み合わせが挙げられる。   When a combination of a plurality of metal elements is used as the metal element forming the composite metal, preferred combinations include Cu and Sn, Cu and Ni, Cu and Al, Cu and Zn, and Cu. And Ca combination, Cu and Ti combination, Cu and Mn combination, Cu and V combination, Cu and Sb combination, Cu and Pb combination, Cu and Ag combination, Cu and Au combination, Cu and Fe Combination, Sn and Ca combination, Sn and Ti combination, Sn and Mn combination, Sn and Fe combination, Sn and Ni combination, Sn and Zn combination, Sn and Al combination, Sn and Sb combination , A combination of Sn and Ag, a combination of Si and Sn, a combination of Si and Cu Combination of Si, Ti, Si and Ni, Si and Ca, Si and Ag, Si and Sb, Si and Al, Si and Mn, Si and Fe , Si and V combination, Si and Zn combination, Si and Pb combination, Ag and Al combination, Ag and Sn combination, Ag and Ti combination, Ag and Fe combination, Ag and Ni combination, Ag And Cu combination, Ag and Sb combination, Ag and Mn combination, Ag and Pb combination, Ag and V combination, Ag and Zn combination, Al and Ti combination, Al and Fe combination, Al and Ni A combination of Al, Sb, and a combination of Al and Zn. That.

これらの組み合わせの中でも、より好ましい組み合わせとしては、CuとSnの組み合わせ、CuとNiの組み合わせ、CuとAlの組み合わせ、CuとTiの組み合わせ、CuとSbの組み合わせ、CuとAgの組み合わせ、CuとFeの組み合わせ、SnとTiの組み合わせ、SnとMnの組み合わせ、SnとFeの組み合わせ、SnとNiの組み合わせ、SnとZnの組み合わせ、SnとAlの組み合わせ、SnとSbの組み合わせ、SnとAgの組み合わせ、SiとSnの組み合わせ、SiとCuの組み合わせ、SiとTiの組み合わせ、SiとNiの組み合わせ、SiとAgの組み合わせ、SiとSbの組み合わせ、SiとAlの組み合わせ、SiとMnの組み合わせ、SiとFeの組み合わせ、SiとVの組み合わせ、SiとZnの組み合わせ、SiとPbの組み合わせ、AgとAlの組み合わせ、AgとSnの組み合わせ、AgとTiの組み合わせ、AgとCuの組み合わせ、AlとTiの組み合わせ、AlとFeの組み合わせ、AlとNiの組み合わせ、AlとSbの組み合わせ、及びAlとZnの組み合わせが挙げられる。
なお、複合化金属として金属の酸化物を用いる場合には、2種以上の複合化金属酸化物を組み合わせて用いてもよい。さらに、複合化金属酸化物を複合化金属酸化物以外の複合化金属(金属単体や合金、酸化物以外の化合物など)とを組み合わせて用いてもよい。
Among these combinations, more preferable combinations include a combination of Cu and Sn, a combination of Cu and Ni, a combination of Cu and Al, a combination of Cu and Ti, a combination of Cu and Sb, a combination of Cu and Ag, and Cu and Fe combination, Sn and Ti combination, Sn and Mn combination, Sn and Fe combination, Sn and Ni combination, Sn and Zn combination, Sn and Al combination, Sn and Sb combination, Sn and Ag combination Combination, Si and Sn combination, Si and Cu combination, Si and Ti combination, Si and Ni combination, Si and Ag combination, Si and Sb combination, Si and Al combination, Si and Mn combination, Si and Fe combination, Si and V combination, Si and Z Combination of Si, Pb, Ag and Al, Ag and Sn, Ag and Ti, Ag and Cu, Ag and Cu, Al and Ti, Al and Fe, Al and Ni , A combination of Al and Sb, and a combination of Al and Zn.
When a metal oxide is used as the composite metal, two or more composite metal oxides may be used in combination. Further, the composite metal oxide may be used in combination with a composite metal other than the composite metal oxide (metal simple substance, alloy, compound other than oxide, etc.).

これらの金属元素及び金属元素の組み合わせは、原料金属微粒子が凝集することを抑制し、且つ複合化が進行しやすく、さらに原料金属微粒子と複合化することで充放電に伴う原料金属微粒子の膨張収縮による材料破壊を抑制する効果がある。   The combination of these metal elements and metal elements suppresses the aggregation of the raw metal fine particles, facilitates the formation of the composite, and further expands and contracts the raw metal fine particles accompanying charging and discharging by combining with the raw metal fine particles. There is an effect to suppress material destruction due to.

複合化金属の形状は任意であるが、凝集抑制効果が大きく、又、複合化が進行し易いものが好ましい。具体的に好ましくは、粒状、塊状、薄片状等が挙げられ、中でも扱い易さの観点から、粒状が好ましい。   The shape of the composite metal is arbitrary, but it is preferable that the effect of suppressing aggregation is large and the composite is easy to proceed. Specifically, preferred are granular, lump, flake, etc. Among them, granular is preferred from the viewpoint of ease of handling.

複合化金属の粒径は任意であるが、原料金属微粒子の粒径との差が大き過ぎると、十分な凝集抑制効果が得られないので、原料金属微粒子の粒径と大きく異ならないことが好ましい。具体的には、原料金属微粒子の粒径に対する比の値で、通常0.01倍以上、好ましくは0.1倍以上、また、通常1000倍以下、好ましくは100倍以下である。   The particle size of the composite metal is arbitrary, but if the difference from the particle size of the raw material metal fine particles is too large, a sufficient aggregation suppressing effect cannot be obtained, so it is preferable that the particle size of the raw material metal fine particles is not greatly different. . Specifically, the value of the ratio of the raw metal fine particles to the particle size is usually 0.01 times or more, preferably 0.1 times or more, and usually 1000 times or less, preferably 100 times or less.

また、複合化金属の平均粒径は、通常10nm以上、好ましくは30nm以上、より好ましくは100nm以上、また、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、より好ましくは30μm以下である。これよりも平均粒径が大きいと複合化が困難であり、これよりも平均粒径が小さいと粒子間静電気力によって複合化金属が過剰に凝集するからである。   The average particle size of the composite metal is usually 10 nm or more, preferably 30 nm or more, more preferably 100 nm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less. When the average particle size is larger than this, it is difficult to form a composite, and when the average particle size is smaller than this, the composite metal is excessively aggregated due to electrostatic force between particles.

また、複合化金属としては後述する伸度の値が比較的大きいもの(具体的には、伸度が30以上)の方が、原料金属微粒子との複合化が進行し易く、また、凝集抑制効果が大きくなり、更に、選択される元素の種類によってはSn等のようにせん断応力が大きくなり、微細化が効果的に進行するので好ましく、中でも原料金属微粒子よりも伸度が大きい複合化金属が特に好ましい。   In addition, the composite metal having a relatively high elongation value (specifically, the elongation is 30 or more) is more likely to be composited with the raw metal fine particles, and also suppresses aggregation. Depending on the type of element selected, the shear stress increases as in the case of Sn or the like, and the miniaturization proceeds effectively, and this is preferable, and in particular, a composite metal having a higher elongation than the raw metal fine particles. Is particularly preferred.

なお、本明細書において「伸度」とは、基本的には、日本工業標準調査会発行の「金属材料引張試験方法 JIS Z 2241:1998」に記載された「破断時全伸び(%)」の規定に準じて測定される値を指すものとする。   In this specification, “elongation” basically means “total elongation at break (%)” described in “Metal Material Tensile Test Method JIS Z 2241: 1998” issued by Japan Industrial Standards Committee. The value measured in accordance with the provisions of

但し、上記規定をそのまま適用して測定された伸度の値が、上記規定の測定限界範囲の下限に満たず、又は、該測定限界範囲の上限を超えてしまう場合であっても、その値を伸度の値として採用することにする。例えば、上記規定に準じて測定した伸度の値が50%以下のSi等の素材は、その値が該測定限界範囲外であっても、原料金属成分の素材として使用することが可能であると判断される。   However, even if the elongation value measured by applying the above specifications as it is does not meet the lower limit of the above measurement limit range, or exceeds the upper limit of the measurement limit range, the value Is adopted as the value of elongation. For example, a material such as Si having an elongation value of 50% or less measured according to the above rules can be used as a material for a raw metal component even if the value is outside the measurement limit range. It is judged.

具体的に、原料金属微粒子の伸度は、通常0%以上であり、また、通常50%以下、好ましくは40%以下、更に好ましくは30%以下の範囲が好適である。一方、複合化金属の伸度は、通常30%以上、好ましくは35%以上、更に好ましくは40%以上であり、また、通常100%以下、好ましくは98%以下、更に好ましくは96%以下の範囲が好適である。   Specifically, the elongation of the raw metal fine particles is usually 0% or more, and is usually 50% or less, preferably 40% or less, more preferably 30% or less. On the other hand, the elongation of the composite metal is usually 30% or more, preferably 35% or more, more preferably 40% or more, and usually 100% or less, preferably 98% or less, more preferably 96% or less. A range is preferred.

また、複合化金属の伸度は、原料金属微粒子の伸度と比べて、通常1.1倍以上、中でも1.5倍以上、更には2倍以上大きいことが好ましい。伸度の差が大きい程、凝集抑制効果、複合化効果、及び微細化効果も大きくなるためである。但し、伸度の差があまりに大き過ぎると粉砕し難くなるため、上限としては通常1000倍以下、中でも800倍以下、更には600倍以下であることが好ましい。なお、原料金属微粒子及び複合化金属は上述の様に、単体粉末、混合粉末、合金粉末等の様々な種類があるが、粉砕機に供されるのと同じ状態で、両者がどのような伸度の関係になるかを求めればよい。   In addition, the elongation of the composite metal is preferably 1.1 times or more, more preferably 1.5 times or more, and even more preferably 2 times or more, compared with the elongation of the raw metal fine particles. This is because the greater the difference in elongation, the greater the aggregation suppression effect, the composite effect, and the finer effect. However, if the difference in elongation is too large, it becomes difficult to grind, and therefore the upper limit is usually 1000 times or less, preferably 800 times or less, and more preferably 600 times or less. As described above, there are various types of raw metal fine particles and composite metals such as simple powders, mixed powders, and alloy powders. What is necessary is just to ask whether it becomes a relationship of degree.

複合化金属のうち、上記の伸度についての規定を満たすものとしては、通常、Ia族、IIa族、遷移金属(IIIa族〜VIIIa族)、Ib族、IIb族、IIIb族、IVb族、Vb元素単体粉末及び、それらの混合物が挙げられる。その中でも具体的に好ましくは、Ca,Ti,V,Mn,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Sb,Sn,Pb,Ag,Auが挙げられる。これらは伸度が30%以上であることから、原料金属微粒子との複合化の進行及び、凝集抑制効果が大きいためである。   Among the composite metals, those satisfying the above-mentioned rules for elongation are usually group Ia, group IIa, transition metal (groups IIIa to VIIIa), group Ib, group IIb, group IIIb, group IVb, Vb. Elemental element powders and mixtures thereof may be mentioned. Among these, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Al, Sb, Sn, Pb, Ag, and Au are specifically preferable. This is because, since the elongation is 30% or more, the progress of compositing with the raw material metal fine particles and the effect of suppressing aggregation are great.

[複合体微粒子]
複合体微粒子は、上に詳述した原料金属微粒子と複合化金属とが複合化した複合体である。
本発明において、原料金属微粒子と複合化金属との複合化とは、原料金属微粒子と複合化金属とが部分的又は全体的に固溶した形態(固溶形態)、又は、原料金属微粒子又は複合化金属のどちらか一方が他方を被覆した形態(被覆形態)となることをいう(なお、これらの「固溶形態」及び「被覆形態」を併せて「複合形態」と呼ぶ。)。
[Composite fine particles]
The composite fine particle is a composite in which the raw metal fine particles and the composite metal described in detail above are combined.
In the present invention, the composite of the raw metal fine particles and the composite metal is a form (solid solution form) in which the raw metal fine particles and the composite metal are partly or entirely solid solution, or the raw metal fine particles or composite. It means that either one of the metallized metals is in a form (coating form) in which the other is coated (the "solid solution form" and "coating form" are collectively referred to as "composite form").

複合体微粒子の中でも、原料金属微粒子の全体又は一部を複合化金属が被覆した形態を有し、且つ、傾斜構造を有する複合体微粒子は、電池の負極材料に使用した場合に、電解質との反応が抑制され、かつ、充放電に伴う原料金属微粒子の膨張収縮による材料破壊及び粒子破壊が抑制されるので望ましい。ここで傾斜構造とは、複合体微粒子を構成する原料金属微粒子と複合化金属とが連続的に制御された構造を意味する。   Among the composite fine particles, the composite fine particles having a form in which the composite metal is coated on the whole or a part of the raw metal fine particles and having an inclined structure are used as the negative electrode material of the battery. This is desirable because the reaction is suppressed and material destruction and particle destruction due to expansion and contraction of the raw material metal fine particles accompanying charging and discharging are suppressed. Here, the inclined structure means a structure in which the raw metal fine particles and the composite metal constituting the composite fine particles are continuously controlled.

複合体微粒子の平均粒径は、通常0.1μm以上、好ましくは0.13μm以上、また、通常50μm以下、好ましくは40μm以下、より好ましくは35μm以下である。上記範囲よりも平均粒径が小さいと、複合体微粒子が所望の複合形態を得られない。また、上記範囲よりも平均粒径が大きいと、炭素質物及び黒鉛質物と複合化させる際に、所望する複合形態が得られず、必要な特性が得られない。   The average particle size of the composite fine particles is usually 0.1 μm or more, preferably 0.13 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 35 μm or less. When the average particle size is smaller than the above range, the composite fine particles cannot obtain a desired composite form. On the other hand, if the average particle size is larger than the above range, the desired composite form cannot be obtained and the required characteristics cannot be obtained when the composite is combined with the carbonaceous material and the graphite material.

複合体微粒子が上記のように複合化した複合体となっていることを確認する手段としては、得られた金属複合微粒子を、走査型電子顕微鏡(略称、SEM)、透過型電子顕微鏡(略称、TEM)等により観察し、又は電子エネルギー損失分光分析(略称、EELS)、電子プローブ微量分析(略称、EPMA)、X線回折分析(略称、XRD)等によって分析することにより確認できる。
なお、負極を作製した後に複合体微粒子が上記の複合体となっていることを確認する方法としては、作製した負極の集電体から物理的に負極材料を分離するか、又は、作製した負極の集電体から水や有機溶媒によって負極材料を分離し、その後に上記と同様の手段によって分析して確認することができる。なお、水や有機溶媒によって負極材料を分離する際には、例えば、集電体を容器にためた水や有機溶媒の中に入れて負極材料を集電体からはがれさせる方法があるが、その場合には適宜、超音波を用いて負極材料をはがれやすくさせてもよい。
As a means for confirming that the composite fine particles are a composite complexed as described above, the obtained metal composite fine particles were obtained by using a scanning electron microscope (abbreviation, SEM), a transmission electron microscope (abbreviation, TEM) or the like, or by analyzing by electron energy loss spectroscopy (abbreviation, EELS), electron probe microanalysis (abbreviation, EPMA), X-ray diffraction analysis (abbreviation, XRD), or the like.
In addition, after producing a negative electrode, as a method of confirming that the composite fine particle is the above composite, the negative electrode material is physically separated from the current collector of the produced negative electrode, or the produced negative electrode The negative electrode material can be separated from the current collector by water or an organic solvent, and then analyzed and confirmed by the same means as described above. When separating the negative electrode material with water or an organic solvent, for example, there is a method of putting the current collector in water or an organic solvent stored in a container and peeling the negative electrode material from the current collector. In some cases, the negative electrode material may be easily peeled off using ultrasonic waves.

[複合体微粒子の製造方法]
以下、複合体微粒子の製造方法を説明する。
複合体微粒子の製造方法としては、上記の条件を満たす複合体微粒子を製造することができる方法であれば特に制限はないが、通常は、原料金属微粒子に、複合化金属の共存下、せん断応力、圧縮応力、及び衝撃応力のうち少なくとも一つが加わる金属複合化粉砕処理を施すことにより製造することができる。この製造方法によれば、原料金属微粒子及び複合化金属に強めの機械的粉砕又はメカノケミカルな粉砕を加えることができ、粒径が比較的大きな原料金属微粒子又は複合化金属を用いた場合でも、粒子の微細化と複合化を同時に且つ効率的に行なうことができる。
[Production method of composite fine particles]
Hereinafter, a method for producing composite fine particles will be described.
The method for producing the composite fine particles is not particularly limited as long as it is a method capable of producing composite fine particles satisfying the above conditions. Usually, the raw material metal fine particles are subjected to shear stress in the presence of the composite metal. In addition, it can be manufactured by applying a metal composite grinding process to which at least one of compressive stress and impact stress is applied. According to this production method, it is possible to add strong mechanical pulverization or mechanochemical pulverization to the raw metal fine particles and the composite metal, and even when using raw metal fine particles or composite metal having a relatively large particle size, It is possible to carry out finer and complex particles simultaneously and efficiently.

[金属複合化粉砕処理]
金属複合化粉砕処理は、原料粒子の一部又は全ての共存下において、圧縮・せん断応力と衝撃応力との少なくともいずれかが加わる粉砕を行なう処理である。金属複合化粉砕処理を加えることによって、各原料粒子はメカノケミカルに複合化し、複合化材料粒子となることができる。
[Metal composite grinding]
The metal composite pulverization process is a process in which at least one of compression / shear stress and impact stress is applied in the presence of some or all of the raw material particles. By adding a metal composite pulverization treatment, each raw material particle can be composited into a mechanochemical to form composite material particles.

金属複合化粉砕処理においては、せん断応力又は圧縮応力のうち少なくとも一つが加わる金属複合化粉砕処理を行なう場合、原料金属微粒子及び複合化金属が確実に粉砕されるように、原料金属微粒子及び複合化金属に対してある程度強い力が加わる条件の下で実施することが好ましい。具体的には、通常10G以上、好ましくは30G以上、より好ましくは50G以上、また、通常500G以下の加速度を原料金属微粒子及び複合化金属に加えた状態で実施する。もしくは、回転運動によって粉砕を行なう場合には、通常100rpm以上、好ましくは1000rpm以上、また、通常20000rpm以下、好ましくは5000rpm以下の回転速度で粉砕を行なうことが好ましい。   In the metal composite pulverization process, when performing the metal composite pulverization process to which at least one of shear stress or compressive stress is applied, the raw material metal fine particles and the composite material are ensured so that the raw metal fine particles and the composite metal are reliably pulverized. It is preferable to carry out under the condition that a certain strong force is applied to the metal. Specifically, it is carried out in a state where an acceleration of usually 10 G or more, preferably 30 G or more, more preferably 50 G or more, and usually 500 G or less is added to the raw metal fine particles and the composite metal. Alternatively, when pulverization is performed by rotational movement, it is preferable to perform pulverization at a rotational speed of usually 100 rpm or higher, preferably 1000 rpm or higher, and usually 20000 rpm or lower, preferably 5000 rpm or lower.

本工程で使用するせん断応力又は圧縮応力が加わる金属複合化粉砕処理は、せん断応力又は圧縮応力のうち少なくとも一つを加えることができる粉砕機を少なくとも1種以上用いればよい。装置の種類は、せん断応力または圧縮応力のうち少なくとも一つを加えることができる粉砕機であれば特に制限されないが、上記範囲の強さのせん断応力又は圧縮応力のうち少なくとも一つを原料金属微粒子及び複合化金属に加えることができる粉砕機であることが好ましい。使用可能な粉砕機としては、ロール式粉砕機、媒体式粉砕機、気流式粉砕機、せん断・磨砕式粉砕機等が例示される。ロール式粉砕機の具体例としては、ロール回転型、ローラー転動型が挙げられる。媒体式粉砕機は、容器駆動型と媒体攪拌型とに大別され、前者の具体例としては転動ミル、振動ミル、遊星ミル、遠心流動層型ミルが、後者の具体例としては塔型、攪拌層型、流通管型、アニュラー型が挙げられる。気流式粉砕機の具体例としては、衝突型、粒子磨砕型が挙げられる。せん断・磨砕式粉砕機の具体例としては、圧縮せん断型、高速回転せん断型、高速回転磨砕型が挙げられる。上記例示の中でも、せん断・磨砕式粉砕機が好ましく、圧縮せん断型のものが特に好ましい。   The metal composite pulverization treatment to which shear stress or compressive stress used in this step is applied may be at least one pulverizer capable of applying at least one of shear stress or compressive stress. The type of apparatus is not particularly limited as long as it is a pulverizer capable of applying at least one of shear stress and compressive stress, but at least one of the shear stress or compressive stress in the above range is used as the raw metal fine particles. And a crusher that can be added to the composite metal. Examples of the pulverizer that can be used include a roll pulverizer, a medium pulverizer, an airflow pulverizer, and a shear / grind pulverizer. Specific examples of the roll type pulverizer include a roll rotating type and a roller rolling type. Medium type pulverizers are roughly classified into container driven type and medium stirring type. Examples of the former are rolling mill, vibration mill, planetary mill, centrifugal fluidized bed type mill, and examples of the latter are tower type. , Stirring layer type, flow tube type, and annular type. Specific examples of the airflow type pulverizer include a collision type and a particle grinding type. Specific examples of the shearing / grinding type pulverizer include a compression shearing type, a high speed rotating shearing type, and a high speed rotating grinding type. Among the above examples, a shearing / grinding type pulverizer is preferable, and a compression shearing type is particularly preferable.

また、せん断応力又は圧縮応力が加わる金属複合化粉砕処理を行なう場合は、通常10分以上、好ましくは30分以上、更に好ましくは1時間以上、また、通常5時間以下、好ましくは3時間以下、更に好ましくは2時間以下の範囲で実施する。   Moreover, when performing the metal composite grinding | pulverization process to which a shear stress or a compressive stress is performed, normally 10 minutes or more, Preferably it is 30 minutes or more, More preferably, it is 1 hour or more, Usually, 5 hours or less, Preferably it is 3 hours or less, More preferably, it is carried out in the range of 2 hours or less.

衝撃応力が加わる金属複合化粉砕処理を行なう場合にも、原料金属微粒子及び複合化金属が確実に粉砕されるように、原料金属微粒子及び複合化金属に対してある程度強い力が加わる条件の下で実施することが好ましい。衝撃応力が加わる金属複合化粉砕処理は、サンプルミル、ハンマーミル、及び高速回転衝撃式粉砕機などを用いることができるが、通常、回転運動により粉砕を行なう粉砕機を用いる。回転運動によって粉砕を行なう粉砕機を用いる場合、原料金属微粒子及び複合化金属に、通常100rpm以上、好ましくは1000rpm以上、また、通常20000rpm以下、好ましくは5000rpm以下の回転速度で粉砕を行なうことが好ましい。若しくは、通常1G以上、好ましくは10G以上、また、通常500G以下、好ましくは100G以下の加速度が加わる条件下で実施することが好ましい。   Even when performing metal composite pulverization processing in which impact stress is applied, under a condition that a certain amount of force is applied to the raw metal fine particles and composite metal so that the raw metal fine particles and composite metal are reliably pulverized. It is preferable to implement. The metal composite pulverization treatment to which impact stress is applied can use a sample mill, a hammer mill, a high-speed rotational impact pulverizer, or the like, but usually uses a pulverizer that performs pulverization by rotational motion. When using a pulverizer that performs pulverization by rotational movement, it is preferable to pulverize the raw metal fine particles and composite metal at a rotational speed of usually 100 rpm or higher, preferably 1000 rpm or higher, and usually 20000 rpm or lower, preferably 5000 rpm or lower. . Alternatively, it is preferably carried out under conditions where acceleration is usually 1 G or more, preferably 10 G or more, and usually 500 G or less, preferably 100 G or less.

回転運動により粉砕を行なう場合に使用する装置は、原料金属微粒子に衝撃応力を加えることができる粉砕機であれば特に制限されないが、上記範囲の強さの衝撃応力を加えることができる粉砕機であることが好ましい。使用可能な粉砕機としては、高速回転衝撃式粉砕機が例示され、その具体例としては、ハンマー型、回転円盤型、軸流型、アニュラー型が挙げられる。   The apparatus used when pulverizing by rotary motion is not particularly limited as long as it is a pulverizer capable of applying impact stress to the raw metal fine particles, but it is a pulverizer capable of applying impact stress in the above range. Preferably there is. Examples of the pulverizer that can be used include a high-speed rotational impact pulverizer, and specific examples thereof include a hammer type, a rotary disk type, an axial flow type, and an annular type.

また、回転運動により粉砕を行なう場合、本工程は、通常5秒以上、好ましくは10秒以上、更に好ましくは15秒以上、また、通常1時間以下、好ましくは30分以下、更に好ましくは10分以下の範囲で実施する。   When pulverization is performed by rotational movement, this step is usually 5 seconds or more, preferably 10 seconds or more, more preferably 15 seconds or more, and usually 1 hour or less, preferably 30 minutes or less, more preferably 10 minutes. Implement within the following range.

なお、上記のせん断応力及び/又は圧縮応力が加わる粉砕処理、並びに、衝撃応力が加わる粉砕処理は、少なくとも何れかを実施すれば良い。また、双方の粉砕処理を実施する場合には、その順序も特に制限されず、何れの粉砕処理を先に実施しても良い。但し、原料金属微粒子と複合化金属とに金属複合化粉砕処理を施して製造される粒子は静電引力により凝集して凝集塊となっている場合があるので、この凝集塊を解砕して均一なサイズの複合体微粒子を製造するためには、せん断応力及び/又は圧縮応力が加わる粉砕処理を行なった後に、衝撃応力が加わる粉砕処理を施してもよい。   Note that at least one of the pulverization process to which the above-described shear stress and / or compressive stress is applied and the pulverization process to which the impact stress is applied may be performed. Moreover, when performing both grinding | pulverization processes, the order in particular is not restrict | limited, Any pulverization processing may be implemented first. However, the particles produced by subjecting the raw metal fine particles and the composite metal to the metal composite pulverization treatment may be aggregated by electrostatic attraction to form aggregates. In order to produce composite fine particles having a uniform size, a pulverization process to which impact stress is applied may be performed after a pulverization process to which shear stress and / or compression stress is applied.

また、上記のせん断応力及び/又は圧縮応力が加わる粉砕処理と、衝撃応力が加わる粉砕処理は、それぞれ一種の粉砕方式や粉砕機を用いて実施しても良く、二種以上の粉砕方式や粉砕機を任意に組み合わせて実施してもよい。また、各粉砕処理をそれぞれ一段で実施してもよく、複数段に分けて実施しても良い。後者の場合、同一の粉砕条件の下で複数段の実施を行なっても良いが、上に規定した条件を満たすのであれば、各段毎に異なる粉砕条件を設定して実施しても良い。また、何れの粉砕処理も、粉砕機のみならず、混練機、整粒機等を適用して実施することも可能である。   Further, the pulverization treatment to which the above-described shear stress and / or compression stress is applied and the pulverization treatment to which the impact stress is applied may be carried out using one kind of pulverization method or pulverizer, respectively, You may implement combining any machine. In addition, each pulverization process may be performed in one stage, or may be performed in a plurality of stages. In the latter case, a plurality of stages may be performed under the same pulverization condition. However, if the conditions specified above are satisfied, different pulverization conditions may be set for each stage. In addition, any pulverization treatment can be performed by applying not only a pulverizer but also a kneader, a granulator, and the like.

[更に好ましい製造方法]
複合化金属として原料金属微粒子の伸度よりも大きい伸度を有するものを用いる場合には、上記の金属複合化粉砕処理を行なう際、特に、通常10G以上、好ましくは15G以上、より好ましくは30G以上、また、通常500G以下、好ましくは450G以下、より好ましくは400G以下の加速度を加える条件下で上記の金属複合化粉砕処理を行なうことが望ましい。もしくは、回転運動により粉砕を行なう場合であれば、通常100rpm以上、好ましくは1000rpm以上、より好ましくは1500rpm以上、また、通常20000rpm以下、好ましくは18000rpm以下、より好ましくは15000rpm以下の回転速度で上記の金属複合化粉砕処理を行なうことが望ましい。複合化金属として原料金属微粒子の伸度よりも大きい伸度を有するものを用いる場合、加える圧縮応力、せん断応力又は衝撃応力が上記範囲よりも小さいと複合体微粒子の粒径又は複合形態が所望のものとならず、また、加える圧縮応力、せん断応力又は衝撃応力が上記範囲よりも大きいと複合化された複合体微粒子が過度に粉砕され、過剰な凝集を起こし複合形態が破壊されるためである。
[Further preferred production method]
In the case of using a composite metal having an elongation larger than that of the raw material fine metal particles, when performing the above-mentioned metal composite pulverization treatment, it is usually 10 G or more, preferably 15 G or more, more preferably 30 G. In addition, it is desirable to perform the above-mentioned metal composite pulverization treatment under the condition of applying an acceleration of usually 500 G or less, preferably 450 G or less, more preferably 400 G or less. Alternatively, when pulverization is performed by a rotational motion, the rotation speed is usually 100 rpm or more, preferably 1000 rpm or more, more preferably 1500 rpm or more, and usually 20000 rpm or less, preferably 18000 rpm or less, more preferably 15000 rpm or less. It is desirable to perform a metal composite grinding treatment. When using a composite metal having an elongation larger than that of the raw metal fine particles, if the applied compressive stress, shear stress or impact stress is smaller than the above range, the particle size or composite form of the composite fine particles is desired. In addition, if the applied compressive stress, shear stress, or impact stress is larger than the above range, the composite fine particles are excessively pulverized, causing excessive aggregation and destroying the composite form. .

複合体微粒子を製造する場合に金属複合化粉砕処理を施すときには、原料金属微粒子の製造と同様に、金属複合化粉砕処理の前処理、中間処理、後処理として各種の処理を実施しても良い。なかでも特に、凝集抑制処理や熱処理を行なうことが好ましい。   When the composite metal fine particles are produced, when the metal composite grinding treatment is performed, various treatments may be performed as pre-processing, intermediate treatment, and post-treatment of the metal composite grinding treatment as in the production of the raw metal fine particles. . Among these, it is particularly preferable to perform aggregation suppression treatment or heat treatment.

まず、複合体微粒子を製造する際の凝集抑制処理について説明する。
金属複合化粉砕処理を施す際の凝集抑制処理は、原料金属微粒子の製造の場合と基本的には同様の処理を行なうが、凝集抑制剤としては、原料金属微粒子と反応性を有しないだけでなく複合化金属とも反応性を有することのない化合物を凝集抑制剤として選択すべきである。つまり、原料金属微粒子同士や、原料金属微粒子と複合化金属との間に介在して、各粒子間の化学的な相互作用を抑制し、粉末の粉砕効果を効率よく進行させるような凝集抑制剤を選択すべきである。
First, the aggregation suppression process when producing composite fine particles will be described.
The aggregation suppression treatment when performing the metal composite grinding treatment is basically the same as the production of the raw metal fine particles, but the aggregation inhibitor is not only reactive with the raw metal fine particles. In addition, a compound having no reactivity with the complex metal should be selected as the aggregation inhibitor. That is, an aggregation inhibitor that intervenes between the raw metal fine particles or between the raw metal fine particles and the composite metal, suppresses chemical interaction between the particles, and promotes the powder grinding effect efficiently. Should be selected.

また、凝集抑制剤の使用量は、原料金属微粒子と複合化金属との合計重量を100重量%とした場合に、凝集抑制剤が通常0.01重量%以上、好ましくは10重量%以上、また、通常50重量%以下となるように使用する。原料金属微粒子の製造の場合と同様、多すぎると原料金属微粒子が十分に粉砕されず、少なすぎると金属粒子が凝集しやすくなるためである。   The amount of the aggregation inhibitor used is usually 0.01% by weight or more, preferably 10% by weight or more when the total weight of the raw metal fine particles and the composite metal is 100% by weight. Usually, it is used so as to be 50% by weight or less. As in the case of manufacturing the raw metal fine particles, if the amount is too large, the raw metal fine particles are not sufficiently pulverized, and if the amount is too small, the metal particles tend to aggregate.

なお、原料金属微粒子の製造の場合に第1粉砕工程及び第2粉砕工程のそれぞれに対して凝集抑制処理を行なったのと同じく、金属複合化粉砕処理を施す際にも、複数の装置を用いたりすることで複数段に分けて行なう場合には、それぞれの金属複合化粉砕処理の前処理、中処理、後処理として凝集抑制処理を行なうことが可能であることは言うまでもない。さらに、凝集抑制処理の実施後、凝集抑制剤の少なくとも一部を除去してもよいことも原料金属微粒子の製造の場合と同様である。   In addition, in the production of the raw metal fine particles, a plurality of apparatuses are used for performing the metal composite pulverization process, as in the case of performing the aggregation suppression process for each of the first pulverization process and the second pulverization process. In this case, it is needless to say that the aggregation suppressing process can be performed as a pre-process, an intermediate process, and a post-process for each metal composite pulverization process. Further, as in the case of the production of the raw material metal fine particles, at least a part of the aggregation inhibitor may be removed after the aggregation suppression treatment is performed.

また、凝集抑制処理は原料金属微粒子を製造する際と複合体微粒子を製造する際のどちらか一方のみに行なってもよいし、両方において行なってもよい。   Further, the aggregation suppression treatment may be performed only in one of the raw metal fine particles and the composite fine particles, or in both.

ところで、本工程で製造された複合体微粒子はこの後黒鉛質物及び有機質物と混合され、焼成されるのであるが、凝集抑制剤の除去は、黒鉛質物及び有機質物との混合前、混合中、混合後で焼成の前、及び焼成の後のどの段階で除去を行なってもよい。ただし、生産性を考慮すると、原料金属微粒子を製造する際に凝集抑制処理を行なった場合には、複合体微粒子の製造の前に凝集抑制剤を除去することが好ましく、複合体微粒子を製造する際に凝集抑制処理を行なった場合には、複合体微粒子を黒鉛質物又は有機質物と混合する前に凝集抑制剤を除去することが好ましい。   By the way, the composite fine particles produced in this step are mixed with the graphite and the organic matter and then fired, but the aggregation inhibitor is removed before and during the mixing with the graphite and the organic matter. The removal may be performed after mixing, before firing, and at any stage after firing. However, in consideration of productivity, when the aggregation suppression treatment is performed when the raw material metal fine particles are produced, it is preferable to remove the aggregation inhibitor before the production of the composite fine particles, and the composite fine particles are produced. When the aggregation suppression treatment is performed, it is preferable to remove the aggregation inhibitor before mixing the composite fine particles with the graphite or organic matter.

以下、凝集抑制処理についての理解を助けるため、手順の例を簡単に2つ示す。ただし、本発明の手順がこれらの例に限定されるものではないことは言うまでもない。
なお、後で詳細に説明するが、ここでは複合体微粒子は炭素質物の前駆体である有機質物及び炭素質物と混合され、その後焼成処理を施されて負極材料となるとする。
In the following, two examples of procedures are briefly shown to help understanding of the aggregation suppression process. However, it goes without saying that the procedure of the present invention is not limited to these examples.
As will be described in detail later, it is assumed here that the composite fine particles are mixed with an organic material and a carbonaceous material, which are precursors of a carbonaceous material, and then subjected to a firing treatment to become a negative electrode material.

第1の例は、凝集抑制剤を用いない場合の例である。
原料金属微粒子と複合化金属とを混合し、複合化粉砕処理を施した後、熱処理を加える。これにより、複合体微粒子が製造される。この複合体微粒子を、有機質物及び炭素質物と混合し、焼成処理を施す。以上の操作により、負極材料が製造される。
The first example is an example where no aggregation inhibitor is used.
The raw material metal fine particles and the composite metal are mixed and subjected to a composite pulverization treatment, followed by heat treatment. Thereby, composite fine particles are manufactured. The composite fine particles are mixed with an organic substance and a carbonaceous substance and subjected to a firing treatment. The negative electrode material is manufactured by the above operation.

第2の例は、凝集抑制剤を用いた場合の例である。
原料金属微粒子に凝集抑制剤を混合し、第一粉砕工程と第二粉砕工程とを施した後、凝集抑制剤を除去する。次に、原料金属微粒子に複合化金属及び凝集抑制剤を混合し、金属複合化粉砕処理を行なう。続いて凝集抑制剤の一部を除去した後、有機質物と黒鉛質物とを混合する。その後、残留している凝集抑制剤のうちの一部を除去し、焼成処理を行なう。最後に残留している凝集抑制剤をすべて除去する。以上の操作により、負極材料が製造される。
The second example is an example in which an aggregation inhibitor is used.
The raw material metal fine particles are mixed with an aggregation inhibitor, and after the first and second pulverization steps, the aggregation inhibitor is removed. Next, the composite metal and the aggregation inhibitor are mixed into the raw metal fine particles, and a metal composite pulverization treatment is performed. Subsequently, after removing a part of the aggregation inhibitor, the organic substance and the graphite substance are mixed. Thereafter, a part of the remaining aggregation inhibitor is removed, and a baking treatment is performed. Finally, all remaining aggregation inhibitors are removed. The negative electrode material is manufactured by the above operation.

つぎに、熱処理について説明する。
熱処理は、複合体微粒子の製造後、黒鉛質物又は有機質物との混合前に行なってもよい。これにより、複合化した原料金属微粒子及び複合化金属が加熱され、原料金属微粒子又は複合化金属が液相化及び/又は固相拡散する。このため熱処理を行なわない場合と比較して、より複合化及び均一化が促進される。特に、高結晶性の複合体微粒子を製造する場合には、熱処理を行なうことが好ましい。
Next, heat treatment will be described.
The heat treatment may be performed after the production of the composite fine particles and before mixing with the graphite material or the organic material. Thereby, the composite raw metal fine particles and the composite metal are heated, and the raw metal fine particles or the composite metal are converted into a liquid phase and / or solid phase diffused. For this reason, compared with the case where heat processing is not performed, composite and homogenization are further promoted. In particular, when producing highly crystalline composite fine particles, it is preferable to perform heat treatment.

複合体微粒子に対する熱処理は、複合体微粒子に含まれる原料金属微粒子又は複合化金属のいずれか一方の融点未満の温度で行なう。具体的には、通常100℃以上1500℃以下で行なう。   The heat treatment for the composite fine particles is performed at a temperature lower than the melting point of either the raw metal fine particles or the composite metal contained in the composite fine particles. Specifically, it is normally performed at 100 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower.

熱処理を行なう時間は、通常10分以上、好ましくは30分以上、また、通常24時間以下、好ましくは3時間以下である。この時間の範囲の上限を超えると原料金属微粒子、複合化金属、及び複合体微粒子の少なくともいずれか一種が過剰に凝集しやすくなり、また、下限よりも小さくなると複合体微粒子の所望の形態が得られないからである。   The time for performing the heat treatment is usually 10 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer, and usually 24 hours or shorter, preferably 3 hours or shorter. If the upper limit of this time range is exceeded, at least one of the raw metal fine particles, composite metal, and composite fine particles tends to agglomerate excessively, and if smaller than the lower limit, the desired form of the composite fine particles is obtained. Because it is not possible.

上述した工程により、各種の形態を有する複合体微粒子を得ることができる。
一般的には、複合体微粒子が局所被覆構造となるか全体被覆構造となるかは原料金属微粒子に対する複合化金属の割合により決まるため、目的とする構造により適宜、原料金属微粒子に対する複合化金属の割合を決定すればよい。
By the steps described above, composite fine particles having various forms can be obtained.
Generally, whether the composite fine particle has a local coating structure or an entire coating structure is determined by the ratio of the composite metal to the raw metal fine particle, and accordingly, the composite metal to the raw metal fine particle is appropriately determined depending on the target structure. What is necessary is just to determine a ratio.

例えば、原料金属微粒子に、原料金属微粒子の30体積%以下の複合化金属を複合化させる処理を行なうと、原料金属微粒子の凝集が抑制されて微細化が充分進行した複合体微粒子を得ることができる。さらに、この複合体微粒子に熱処理を行なうことで、原料金属微粒子又は複合化金属の液相化及び/又は固相拡散が進行し、原料金属微粒子及び複合化金属のうちの一方が他方の一部を被覆した局部被覆構造と、傾斜構造とを有する複合体微粒子を得ることができる。   For example, when the raw metal fine particles are treated with a composite metal having a volume of 30% by volume or less of the raw metal fine particles, the composite fine particles with sufficiently advanced miniaturization can be obtained by suppressing the aggregation of the raw metal fine particles. it can. Further, by subjecting the composite fine particles to a heat treatment, liquid phase and / or solid phase diffusion of the raw metal fine particles or the composite metal proceeds, and one of the raw metal fine particles and the composite metal is a part of the other. It is possible to obtain composite fine particles having a local coating structure coated with a slanted structure and an inclined structure.

逆に、原料金属微粒子に、原料金属微粒子の30体積%以上の複合化金属を複合化させる処理を行なった場合には、原料金属微粒子及び複合化金属のうちの一方が他方の全部を被覆した全体被覆構造と、傾斜構造とを有する複合体微粒子を得ることができる。   On the contrary, when the raw metal fine particles were subjected to a treatment for complexing 30% by volume or more of the composite metal with the raw metal fine particles, one of the raw metal fine particles and the composite metal covered the whole of the other. Composite fine particles having an overall covering structure and an inclined structure can be obtained.

また、例えば、原料金属微粒子に、凝集抑制剤を混合させて複合化金属を複合化させる処理を行なった場合には、原料金属微粒子の凝集が抑制されて微細化が充分進行した複合体微粒子を得ることができ、この複合体微粒子から凝集抑制剤を除去した後、熱処理を行なうことで、傾斜構造を有さず、被覆構造を有する複合体微粒子を得ることができる。この場合、原料金属微粒子に対する複合化金属の割合だけでなく、凝集抑制剤をどの工程で除去するかということも、得られる複合化微粒子の形態を決める要素となる。   In addition, for example, when the raw material metal fine particles are mixed with an aggregation inhibitor to form a composite metal, the composite fine particles that have been sufficiently refined by suppressing the aggregation of the raw metal fine particles are obtained. By removing the aggregation inhibitor from the composite fine particles and then performing a heat treatment, composite fine particles having a coating structure without an inclined structure can be obtained. In this case, not only the ratio of the composite metal to the raw metal fine particles but also in which process the aggregation inhibitor is removed is a factor that determines the form of the composite fine particles to be obtained.

[炭素質物]
次に、炭素質物について説明する。本発明にかかる炭素質物は、主に炭素質からなる材料であって、従来の非水性リチウム二次電池の負極材料に用いられているものであれば、その種類は特に制限されず、任意のものを選択して使用することが出来る。中でも好ましい例としては、有機質物を前駆体として、これを焼成処理して得られる物質が挙げられる。
[Carbonaceous material]
Next, the carbonaceous material will be described. The carbonaceous material according to the present invention is a material mainly composed of carbonaceous material, and the type thereof is not particularly limited as long as it is used for a negative electrode material of a conventional non-aqueous lithium secondary battery. You can select and use one. Among these, a preferable example includes a substance obtained by baking an organic material as a precursor.

炭素質物の前駆体となる有機質物は、焼成処理を行なうことで炭素質物を生成するものであれば特に限定されない。例えば、軟ピッチから硬ピッチまでのコールタールピッチや、乾留液化油などの石炭系重質油、常圧残油、減圧残油の直流系重質油、原油又はナフサなどの熱分解時に複生するレンタール等分解系重質油の石油系重質油や、アセナフチレン又はアントラセンなどの芳香族炭化水素や、フェナジン又はアクリジンなどのN環化合物や、チオフェン又はビチオフェンなどのS環化合物や、ビフェニルなどのポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、含窒素性のポリアクリロニトリル、ポリピロール、含硫黄性のポリチオフェン、又はポリスチレンなどの有機高分子や、これらのものの不溶化処理品や、セルロース、キトサン、又はサッカロースに代表される多糖類などの天然高分子や、ポリフェニレンサルファイド、又はポリフェニレンオキシド等の熱可塑性樹脂や、フルフリルアルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、又はイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、以上のものとベンゼン、トルエン、キシレン、キノリン、又はn−ヘキサンなどの低分子有機溶媒との混合品等が挙げられる。   The organic substance that is the precursor of the carbonaceous substance is not particularly limited as long as it generates a carbonaceous substance by performing a baking treatment. For example, coal tar pitch from soft pitch to hard pitch, coal heavy oil such as dry distillation liquefied oil, normal pressure residual oil, direct current heavy oil of reduced pressure residual oil, crude oil or naphtha, etc. Petroleum heavy oils such as rental heavy oil, aromatic hydrocarbons such as acenaphthylene or anthracene, N ring compounds such as phenazine or acridine, S ring compounds such as thiophene or bithiophene, polyphenylenes such as biphenyl Organic polymers such as polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, nitrogen-containing polyacrylonitrile, polypyrrole, sulfur-containing polythiophene, or polystyrene, insolubilized products of these, cellulose, chitosan, or saccharose Natural polymers such as polysaccharides and polyphenylene Thermoplastic resins such as fido or polyphenylene oxide, thermosetting resins such as furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, or imide resin, and the above and benzene, toluene, xylene, quinoline, n-hexane, etc. And a mixture with a low molecular weight organic solvent.

上記の有機質物中の水素原子と炭素原子との比H/Cが小さすぎると焼成処理後の炭素収率が悪くなり、大きすぎると有機質物をナノ金属微粒子及び黒鉛質物と混合することが難しくなる。したがって、有機質物は、水素原子と炭素原子との比(原子比)H/Cに注意して選択することが好ましい。具体的には、水素原子と炭素原子との原子比H/Cが好ましくは0.4以上、より好ましくは0.6以上、更に好ましくは0.8以上、また、好ましくは1.8以下、より好ましくは1.2以下、更に好ましくは1.1以下である。   If the ratio H / C of hydrogen atoms to carbon atoms in the organic material is too small, the carbon yield after the firing treatment is deteriorated, and if it is too large, it is difficult to mix the organic material with the nano metal fine particles and the graphite material. Become. Therefore, it is preferable to select the organic substance while paying attention to the ratio of hydrogen atoms to carbon atoms (atomic ratio) H / C. Specifically, the atomic ratio H / C between hydrogen atoms and carbon atoms is preferably 0.4 or more, more preferably 0.6 or more, still more preferably 0.8 or more, and preferably 1.8 or less, More preferably, it is 1.2 or less, More preferably, it is 1.1 or less.

炭素質物の平均粒子径は、通常0.1μm以上、好ましくは1μm以上、より好ましくは5μm以上、また、通常1mm以下、好ましくは500μm以下、より好ましくは100μm以下である。なお、平均粒子径が上記範囲外にある炭素質物であっても、後述する金属複合化粉砕処理を加える段階で平均粒子径を上記の範囲に収めることができれば、使用は可能である。   The average particle diameter of the carbonaceous material is usually 0.1 μm or more, preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 1 mm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 100 μm or less. Even if the carbonaceous material has an average particle size outside the above range, it can be used as long as the average particle size can be kept within the above range at the stage of applying the metal composite grinding process described later.

[黒鉛質物]
次に、黒鉛質物について説明する。本発明の黒鉛質物としては、主に黒鉛質からなる材料であって、従来の非水性リチウム二次電池の負極材料に用いられているものであれば、その種類は特に制限されず、任意のものを選択して使用することが出来る。例としては、天然若しくは人造の黒鉛、これらの高純度精製品若しくはこれらの再加熱処理品、又はこれらのうち任意の二種以上からなる混合物などが挙げられる。また、その形状も特に制限されないが、通常は紛体のものが使用される。
[Graphite]
Next, the graphite material will be described. The graphite material of the present invention is not particularly limited as long as it is a material mainly composed of graphite and is used as a negative electrode material of a conventional non-aqueous lithium secondary battery. You can select and use one. Examples include natural or artificial graphite, high-purity purified products thereof or reheat-treated products thereof, or a mixture of any two or more of these. Further, the shape is not particularly limited, but usually a powder is used.

本発明で使用する黒鉛質物は、以下の性質を満たすことが好ましい。
本発明では、黒鉛質物の結晶面(002)の面間隔d002が、通常0.348nm以下、中でも0.338nm以下、特に0.337nm以下であることが好ましい。この値が上記範囲よりも大きい黒鉛質物は、結晶性が低く黒鉛質物としての特性を得られない、という理由で好ましくない。
The graphite material used in the present invention preferably satisfies the following properties.
In the present invention, the crystal plane of the graphite pledge is plane spacing d 002 of (002), normally less than 0.348 nm, among others 0.338nm or less, more preferably 0.337nm or less. A graphite material having this value larger than the above range is not preferable because the crystallinity is low and the characteristics as a graphite material cannot be obtained.

また、本発明では、黒鉛質物の積層の厚さLcが、通常10nm以上、中でも20nm以上、特に40nm以上であることが好ましい。この値が上記範囲よりも小さい黒鉛質物は、結晶性が低く黒鉛質物としての特性を得られない、という理由で好ましくない。   Further, in the present invention, the thickness Lc of the graphite material stack is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, and particularly preferably 40 nm or more. A graphite material having this value smaller than the above range is not preferable because the crystallinity is low and the characteristics as a graphite material cannot be obtained.

更に、本発明では、黒鉛質物を波長514.3nmのアルゴンイオンレーザー光を用いてラマンスペクトル分析し、その1580cm-1〜1620cm-1の範囲に現れるピークの強度をIA、1350cm-1〜1370cm-1の範囲に現れるピークの強度をIBとした場合に、ピーク強度比R(=IB/IA)が通常0.4以下、中でも0.3以下、特に0.25以下であることが好ましい。ピーク強度比R(=IB/IA)の値が上記範囲よりも大きい黒鉛質物は、結晶性が低く黒鉛質物としての特性を得られない、という理由で好ましくない。 Further, in the present invention, the graphite pledge Raman spectrum analysis using argon ion laser beam having a wavelength 514.3Nm, the intensity of the peak appearing in the range of 1580cm -1 ~1620cm -1 I A, 1350cm -1 ~1370cm When the intensity of the peak appearing in the range of -1 is I B , the peak intensity ratio R (= I B / I A ) is usually 0.4 or less, particularly 0.3 or less, particularly 0.25 or less. Is preferred. Graphite having a peak intensity ratio R (= I B / I A ) larger than the above range is not preferable because the crystallinity is low and the characteristics as a graphite cannot be obtained.

さらに、黒鉛質物の平均粒子径が大きいとナノ金属微粒子と均一に混合することが難しく、小さいと黒鉛質物の比表面積が大きすぎて初回充放電時の不可逆容量が大きくなる。このため、使用する黒鉛質物の平均粒子径は、好ましくは1μm以上、また、好ましくは1mm以下、より好ましくは50μm以下、更に好ましくは40μm以下である。なお、平均粒子径が上記範囲外にある黒鉛質物であっても、金属複合化粉砕処理を加える段階で平均粒子径を上記の範囲に収めることができれば、使用は可能である。   Furthermore, if the average particle size of the graphite material is large, it is difficult to uniformly mix with the nano metal fine particles, and if it is small, the specific surface area of the graphite material is too large and the irreversible capacity during the first charge / discharge increases. For this reason, the average particle diameter of the graphite material used is preferably 1 μm or more, preferably 1 mm or less, more preferably 50 μm or less, and even more preferably 40 μm or less. Even if the average particle diameter is outside the above range, it can be used as long as the average particle diameter can fall within the above range at the stage of applying the metal composite grinding treatment.

また、上記の黒鉛質物は、水素原子と炭素原子との比H/Cに注意して選択することが好ましい。具体的には、水素原子と炭素原子との比H/Cが通常0.1以下である。   Moreover, it is preferable to select the above graphite material while paying attention to the ratio H / C of hydrogen atoms to carbon atoms. Specifically, the ratio H / C between hydrogen atoms and carbon atoms is usually 0.1 or less.

[その他の成分]
本発明の負極材料は、上述の炭素質物、黒鉛質物、ナノ金属微粒子に加えて、適宜、その他の成分を含有していても良い。その他の成分としては、導電助剤やイオン導電性物質等の各種の助剤などが挙げられるが、これらの中でも、導電助剤を加えることが好ましい。
[Other ingredients]
The negative electrode material of the present invention may contain other components as appropriate in addition to the above-mentioned carbonaceous material, graphite material, and nanometal fine particles. Examples of other components include various auxiliary agents such as a conductive auxiliary agent and an ionic conductive substance. Among these, it is preferable to add a conductive auxiliary agent.

導電助剤としては、負極材料又は負極の導電性を向上させることができる物質であれば、本発明の負極材料の趣旨に反するものでない限りその種類は特に限定されないが、好ましい例としては、各種の金属の単体又は合金、天然黒鉛又は人造黒鉛、これらの表面を表面皮膜法、エッチング、酸化処理又はオゾン処理等の改質処理を施すことで改質したもの等の導電材、及びこれらのいずれかから選ばれる複数種の物質の混合物や化合物等が挙げられる。ただし、好ましい導電助剤の種類は、導電助剤を負極材料に含有させる工程を焼成処理の前に行なうか後に行なうかによっても決定されるが、これは後で負極材料の製造方法及び負極の製造方法とともに説明する。   The conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as it is not contrary to the gist of the negative electrode material of the present invention as long as it is a negative electrode material or a substance that can improve the conductivity of the negative electrode. Any of these metals or alloys, natural graphite or artificial graphite, conductive materials such as those whose surfaces have been modified by surface coating, etching, oxidation or ozone treatment, and any of these And a mixture of a plurality of types of substances selected from the above. However, the preferred type of conductive auxiliary agent is determined depending on whether the step of incorporating the conductive auxiliary agent into the negative electrode material is performed before or after the firing treatment, but this is later performed by the method for producing the negative electrode material and the negative electrode material. It explains with a manufacturing method.

黒鉛としては、電導度が1S/cm以上の高結晶性の人造黒鉛、天然黒鉛、これらの高純度精製品が好ましい。また、金属としては、銅、ニッケル、ステンレス及び鉄が好ましい。さらに、金属単体又は合金からなる導電助剤は粒径が30μm以下の金属微粉として存在していることが好ましい。   As the graphite, highly crystalline artificial graphite having a conductivity of 1 S / cm or more, natural graphite, and high purity purified products thereof are preferable. Moreover, as a metal, copper, nickel, stainless steel, and iron are preferable. Furthermore, it is preferable that the conductive additive made of a single metal or an alloy exists as a fine metal powder having a particle size of 30 μm or less.

上記例示の中でも、導電助剤として特に好ましいものとしては、人造黒鉛若しくは天然黒鉛、又はこれらの表面に上記のような改質処理を施したものが挙げられる。黒鉛は、それ自体で可逆容量を有するため、高容量化に寄与するからである。   Among the above examples, particularly preferable examples of the conductive auxiliary include artificial graphite or natural graphite, or those obtained by subjecting these surfaces to the above-described modification treatment. This is because graphite has a reversible capacity by itself and contributes to an increase in capacity.

これらの導電助剤の形状は任意であるが、金属微粒子、炭素質物及び黒鉛質物と十分に混合できるよう、微粒子の形状が好ましい。この場合の粒径としては、通常50nm以上、好ましくは100nm以上、より好ましくは500nm以上、また、通常50μm以下、好ましくは40μm以下、より好ましくは30μm以下が望ましい。   Although the shape of these conductive additives is arbitrary, the shape of fine particles is preferable so that it can be sufficiently mixed with the metal fine particles, the carbonaceous material, and the graphite material. The particle diameter in this case is usually 50 nm or more, preferably 100 nm or more, more preferably 500 nm or more, and usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less.

[炭素質物、黒鉛質物、複合体微粒子及びその他の成分(導電助剤)の比率]
本発明の負極材料に含有される炭素質物、黒鉛質物、複合体微粒子及び導電助剤の比率について説明する。
まず、負極材料中に導電助剤を含有させない場合の炭素質物、黒鉛質物および複合体微粒子の比率について説明する。なお、有機質物、黒鉛質物、複合体微粒子及び導電助剤を区別せず述べる場合、以下「原料粒子」という。
[Ratio of carbonaceous material, graphite material, composite fine particles and other components (conducting aid)]
The ratio of the carbonaceous material, the graphite material, the composite fine particles and the conductive additive contained in the negative electrode material of the present invention will be described.
First, the ratio of the carbonaceous material, the graphite material, and the composite fine particles when the conductive additive is not contained in the negative electrode material will be described. In the following description, the organic material, the graphite material, the composite fine particles, and the conductive auxiliary agent will be referred to as “raw material particles”.

導電助剤を含有させない場合、負極材料中に含まれる複合体微粒子の比率は、負極材料の重量を100重量%として、通常3重量%以上、好ましくは5重量%以上、より好ましくは6重量%以上、また、通常40重量%以下、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下である。また、負極材料中に含まれる炭素質物の比率は、負極材料の重量を100重量%として、通常1重量%以上、好ましくは1.5重量%以上、より好ましくは2重量%以上、また、通常80重量%以下、好ましくは70重量%以下、より好ましくは60重量%以下である。また、負極材料中に含まれる黒鉛質物の比率は、負極材料の重量を100重量%として、通常1重量%以上、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、また、通常98重量%以下、好ましくは96重量%以下、より好ましくは93重量%以下である。   When the conductive assistant is not included, the ratio of the composite fine particles contained in the negative electrode material is usually 3% by weight or more, preferably 5% by weight or more, more preferably 6% by weight, with the weight of the negative electrode material being 100% by weight. In addition, it is usually 40% by weight or less, preferably 30% by weight or less, and more preferably 20% by weight or less. The ratio of the carbonaceous material contained in the negative electrode material is usually 1% by weight or more, preferably 1.5% by weight or more, more preferably 2% by weight or more, and usually 100% by weight of the negative electrode material. 80% by weight or less, preferably 70% by weight or less, more preferably 60% by weight or less. The ratio of the graphite material contained in the negative electrode material is usually 1% by weight or more, preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, and usually 98% by weight, where the weight of the negative electrode material is 100% by weight. % Or less, preferably 96% by weight or less, more preferably 93% by weight or less.

次に、負極材料中に導電助剤を含有させる場合の炭素質物、黒鉛質物、複合体微粒子及び導電助剤の比率について説明する。
導電助剤を含有させる場合、負極材料中に含まれる複合体微粒子の比率は、負極材料の重量を100重量%として、通常3重量%以上、好ましくは5重量%以上、より好ましくは6重量%以上、また、通常40重量%以下、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下である。また、負極材料中に含まれる炭素質物の比率は、負極材料の重量を100重量%として、通常1重量%以上、好ましくは1.5重量%以上、より好ましくは2重量%以上、また、通常60重量%以下、好ましくは55重量%以下、より好ましくは53重量%以下である。また、負極材料中に含まれる黒鉛質物の比率は、負極材料の重量を100重量%として、通常1重量%以上、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、また、通常95重量%以下、好ましくは90重量%以下、より好ましくは53重量%以下である。また、負極材料中に含まれる導電助剤の比率は、負極材料の重量を100重量%として、好ましくは1重量%以上95重量%以下である。
上記の範囲で各原料粒子を混合すると、充放電容量、サイクル特性が良好となる。
Next, the ratio of the carbonaceous material, the graphite material, the composite fine particles and the conductive additive when the conductive additive is contained in the negative electrode material will be described.
When the conductive additive is contained, the ratio of the composite fine particles contained in the negative electrode material is usually 3% by weight or more, preferably 5% by weight or more, more preferably 6% by weight, where the weight of the negative electrode material is 100% by weight. In addition, it is usually 40% by weight or less, preferably 30% by weight or less, and more preferably 20% by weight or less. The ratio of the carbonaceous material contained in the negative electrode material is usually 1% by weight or more, preferably 1.5% by weight or more, more preferably 2% by weight or more, and usually 100% by weight of the negative electrode material. 60% by weight or less, preferably 55% by weight or less, more preferably 53% by weight or less. The ratio of the graphite material contained in the negative electrode material is usually 1% by weight or more, preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, and usually 95% by weight, where the weight of the negative electrode material is 100% by weight. % Or less, preferably 90% by weight or less, more preferably 53% by weight or less. Moreover, the ratio of the conductive support agent contained in the negative electrode material is preferably 1% by weight or more and 95% by weight or less, where the weight of the negative electrode material is 100% by weight.
When each raw material particle is mixed in the above range, charge / discharge capacity and cycle characteristics are improved.

[複合体微粒子、炭素質物及び黒鉛質物の存在形態]
本発明の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料中では、後述する製造方法により各原料粒子に機械的エネルギーが加わり、各原料粒子が複合化して複合化材料粒子となっていることが望ましい。複合化材料粒子の構造型としては、次に述べるように表面被覆型、金属表面包埋型、包埋型及び混合型がある。以下、それぞれの構造型について説明する。なお、本発明の非水系リチウムイオン二次電池用の負極材料は以下の構造型や製造方法に限定されるものではなく、また、各構造型や製造方法が組み合わされたものでも良い。
[Presence of composite fine particles, carbonaceous material and graphite material]
In the negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery of the present invention, it is desirable that mechanical energy is applied to each raw material particle by a manufacturing method described later, and the raw material particles are combined to form composite material particles. As the structure type of the composite material particles, there are a surface coating type, a metal surface embedding type, an embedding type and a mixed type as described below. Hereinafter, each structural type will be described. The negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery of the present invention is not limited to the following structural types and manufacturing methods, and may be a combination of the structural types and manufacturing methods.

・表面被覆型:
複合体微粒子が炭素質物及び/または黒鉛質物の表面に結着した構造である。
・金属表面包埋型:
複合体微粒子の一部が黒鉛質物に包埋し、複合体微粒子及び黒鉛質物の全体又は一部を炭素質物が覆っている構造である。
・包埋型:
複合体微粒子が炭素質物及び黒鉛質物に包埋された構造である。
・混合型:
複合体微粒子の一部又は全体を炭素質物が被覆した粒子と、黒鉛質物の一部又は全体を炭素質物が被覆した粒子とが混合されている。
・ Surface coating type:
This is a structure in which composite fine particles are bound to the surface of a carbonaceous material and / or a graphite material.
・ Metal surface embedding type:
A part of the composite fine particles is embedded in the graphite material, and the carbonaceous material covers the whole or a part of the composite fine particles and the graphite material.
・ Embedded type:
The composite fine particles are embedded in a carbonaceous material and a graphite material.
・ Mixed type:
Particles in which a part or the whole of the composite fine particles are coated with a carbonaceous material and particles in which a part or the whole of the graphite material is coated with a carbonaceous material are mixed.

[非水系リチウムイオン二次電池用負極材料の製造]
本発明の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法は、有機質物と、黒鉛質物と、複合体微粒子とを共存下に不活性雰囲気下で焼成処理するものであれば特に限定はないが、各原料粒子を均一に混合させ、それを不活性雰囲気下で焼成処理することが好ましい。また、適宜、各原料粒子を混合させる際に、不活性雰囲気下で金属複合化粉砕処理を加えることがさらに好ましい。
[Manufacture of negative electrode materials for non-aqueous lithium ion secondary batteries]
The method for producing a negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery according to the present invention is not particularly limited as long as the organic material, the graphite material, and the composite fine particles are fired in an inert atmosphere in the coexistence. However, it is preferable that the raw material particles are mixed uniformly and fired in an inert atmosphere. Further, it is more preferable to add a metal composite pulverization treatment under an inert atmosphere when mixing the raw material particles as appropriate.

本発明の負極材料の製造方法の具体例としては、次のような製造方法が挙げられる。
・製造方法1:
黒鉛質物と複合体微粒子と炭素質物の前駆体である有機質物とを同時に均一に混合し、それを不活性雰囲気下で焼成する。この製造方法1によれば、上記の包埋型の複合化材料粒子を得ることができる。
さらに、有機質物と黒鉛質物とナノ金属微粒子とを混合する際、不活性雰囲気下で金属複合化粉砕処理を加えることにより混合させるようにすれば、より強固に複合化した状態の包埋型の複合化材料粒子を得ることができる。
Specific examples of the method for producing a negative electrode material of the present invention include the following production methods.
-Manufacturing method 1:
The graphite material, the composite fine particles, and the organic material that is a precursor of the carbonaceous material are simultaneously and uniformly mixed and fired in an inert atmosphere. According to this production method 1, the above-mentioned embedded composite material particles can be obtained.
Furthermore, when mixing the organic substance, the graphite substance, and the nano metal fine particles, if the metal compound pulverization treatment is added under an inert atmosphere, the embedded type of the embedded type is more firmly combined. Composite material particles can be obtained.

・製造方法2:
複合体微粒子と炭素質物の前駆体である有機質物とを均一に混合した後に、黒鉛質物を加えて更に均一に混合し、その後不活性雰囲気下で焼成処理を行なう。この製造方法2によれば、上記の表面被覆型の複合化材料粒子を得ることができる。
さらに、有機質物と複合体微粒子とを混合する際、及び、その後黒鉛質物を加えて混合する際、不活性雰囲気下で金属複合化粉砕処理を加えることにより均一に混合させるようにすれば、複合体微粒子の一部が炭素質物及び/又は黒鉛質物の表面に埋まった状態の表面被覆型の複合化材料粒子を得ることができる。
-Manufacturing method 2:
After the composite fine particles and the organic substance that is the precursor of the carbonaceous material are uniformly mixed, the graphite material is added and further uniformly mixed, and then a firing treatment is performed in an inert atmosphere. According to this production method 2, the above surface-coated composite material particles can be obtained.
Furthermore, when mixing the organic substance and the composite fine particles, and then adding and mixing the graphite substance, the metal composite pulverization treatment is added under an inert atmosphere so that the composite is uniformly mixed. Surface-coated composite material particles in which a part of the body fine particles are embedded in the surface of the carbonaceous material and / or the graphite material can be obtained.

・製造方法3:
黒鉛質物と複合体微粒子とを均一に混合した後に、炭素質物の前駆体である有機質物を加えて更に均一に混合し、その後不活性雰囲気下で焼成処理を行なう。この製造方法3によれば、上記の金属表面包埋型の複合化材料粒子を得ることができる。
さらに、黒鉛質物と複合体微粒子とを混合する際、及び、その後有機質物を加えて混合する際、不活性雰囲気下で金属複合化粉砕処理を加えることにより均一に混合させるようにすれば、複合体微粒子がより強固に黒鉛質物に包埋した状態の金属表面被覆型の複合化材料粒子を得ることができる。
-Manufacturing method 3:
After the graphite material and the composite fine particles are uniformly mixed, an organic material which is a precursor of the carbonaceous material is added and further uniformly mixed, and then a firing treatment is performed in an inert atmosphere. According to this production method 3, the metal surface-embedded composite material particles can be obtained.
Furthermore, when mixing the graphite material and the composite fine particles, and then adding and mixing the organic material, the metal composite pulverization treatment is performed under an inert atmosphere so that the mixture is uniformly mixed. Metal surface-covered composite material particles in which the body fine particles are more firmly embedded in the graphite can be obtained.

・製造方法4:
複合体微粒子と炭素質物の前駆体である有機質物とを均一に混合したものと、黒鉛質物と有機質物とを均一に混合したものとを、合わせて更に均一に混合し、次に少量の有機質物を混合し、その後不活性雰囲気下で焼成処理する。この製造方法4によれば、上記の混合型の複合化材料粒子を得ることができる。
さらに、複合体微粒子と有機質物と、及び、黒鉛質物と有機質物とを混合する際に、不活性雰囲気下で金属複合化粉砕処理を行なうことにより均一に混合させるようにすれば、複合体微粒子及び黒鉛質物をより均一に炭素質物が被覆した状態の混合型の複合化材料粒子を得ることができる。
-Manufacturing method 4:
A mixture of the fine particles of the composite and the organic substance that is the precursor of the carbonaceous material is uniformly mixed with a mixture of the graphite and the organic material that are uniformly mixed, and then a small amount of the organic matter. The product is mixed and then fired in an inert atmosphere. According to the production method 4, the mixed composite material particles can be obtained.
Further, when the composite fine particles and the organic matter, and the graphite and the organic matter are mixed, the composite fine particles can be mixed uniformly by performing a metal composite pulverization treatment in an inert atmosphere. In addition, mixed type composite material particles in which the carbonaceous material is more uniformly coated with the graphite material can be obtained.

上記の製造方法のなかでは、特に製造方法1、製造方法2及び製造方法3が好ましい。
なお、各製造方法において金属複合化粉砕処理を加えると、上述したように製造される複合化材料粒子の状態を変化させることができるほか、本発明の負極材料中に含まれる複合体粒子、黒鉛質物及び炭素質物の粒径をさらに細かくすることが可能となる。
Among the above production methods, production method 1, production method 2 and production method 3 are particularly preferable.
In addition, when a metal composite pulverization treatment is added in each manufacturing method, the state of the composite material particles manufactured as described above can be changed, as well as composite particles contained in the negative electrode material of the present invention, graphite It becomes possible to further reduce the particle size of the material and the carbonaceous material.

また、負極材料中に導電助剤を含有させる場合には、各製造方法において、焼成処理の前後の任意の段階で導電助剤を混合すればよい。
ただし、焼成処理の前に混合する導電助剤は、上述した導電助剤のうち、有機質物、黒鉛質物及び複合体微粒子に含まれない種類の導電助剤を用いる。例えば、焼成処理の前に混合する導電助剤として金属の単体を用いる場合には、Ag、Zn、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn及びPb以外の金属を用いる。或いは、焼成処理の前に混合する導電助剤として、天然黒鉛や人造黒鉛を用いる場合には、表面を上記のように表面皮膜法、エッチング、酸化処理又はオゾン処理等の改質処理を施すことで改質した天然黒鉛や人造黒鉛を用いる。
いっぽう、焼成処理の後に混合する導電助剤は、上述した導電助剤から選ばれるものを任意に用いることができる。
In addition, when a conductive additive is contained in the negative electrode material, the conductive additive may be mixed at any stage before and after the baking treatment in each manufacturing method.
However, as the conductive auxiliary agent to be mixed before the firing treatment, a conductive auxiliary agent of a type not included in the organic substance, the graphite substance, and the composite fine particles is used among the conductive auxiliary agents described above. For example, when a single metal is used as a conductive additive to be mixed before the firing treatment, a metal other than Ag, Zn, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, and Pb is used. Alternatively, when natural graphite or artificial graphite is used as a conductive additive to be mixed before the firing treatment, the surface is subjected to a modification treatment such as surface coating, etching, oxidation treatment or ozone treatment as described above. Natural graphite or artificial graphite modified with the above is used.
On the other hand, as the conductive additive to be mixed after the baking treatment, one selected from the conductive assistants described above can be arbitrarily used.

[不活性雰囲気]
不活性雰囲気下とは、真空中、或いは不活性ガス雰囲気下を意味する。
不活性ガスとしては、通常窒素、アルゴン又はヘリウムが挙げられ、好ましくは窒素又はアルゴンが挙げられる。中でも、工業的に扱いやすく一般的であるために、窒素が特に好ましい。
[Inert atmosphere]
Under an inert atmosphere means in a vacuum or under an inert gas atmosphere.
As the inert gas, nitrogen, argon or helium is usually used, and preferably nitrogen or argon is used. Among them, nitrogen is particularly preferable because it is easy to handle industrially and is general.

[焼成処理]
焼成処理を行なう場合の温度条件は、通常200℃以上、好ましくは500℃以上、より好ましくは600℃以上、また、通常1500℃以下、好ましくは1450℃以下、より好ましくは1300℃以下、更に好ましくは1250℃以下である。この温度条件よりも低温で焼成処理を行なうと、有機質物を炭化させて炭素質物とすることができず、この温度条件よりも高温で焼成処理を行なうと、ナノ金属微粒子がカーバイド化し、電気的に不活性となって充放電容量を発現しなくなるためである。
また、不活性雰囲気下で焼成処理を行なう場合には、例えば、真空パージ式焼成炉や電気炉などを用いることができる。
[Baking treatment]
The temperature condition for performing the baking treatment is usually 200 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, more preferably 600 ° C. or higher, and usually 1500 ° C. or lower, preferably 1450 ° C. or lower, more preferably 1300 ° C. or lower, still more preferably. Is 1250 ° C. or lower. If the firing process is performed at a temperature lower than this temperature condition, the organic matter cannot be carbonized to form a carbonaceous material. If the firing process is performed at a temperature higher than this temperature condition, the nano metal fine particles become carbide and become electrically This is because the charge / discharge capacity is not exhibited.
Moreover, when performing a baking process in inert atmosphere, a vacuum purge type | mold baking furnace, an electric furnace, etc. can be used, for example.

[非水系リチウムイオン二次電池用負極]
本発明の非水系リチウムイオン二次電池用負極(以下、二次電池用負極という)は、集電体上に活物質層を設けてなるものである。活物質層は、上記の負極材料及び結着剤を含有し、さらに、必要に応じて導電助剤を含有するものである。
[Negative electrode for non-aqueous lithium ion secondary battery]
The negative electrode for non-aqueous lithium ion secondary batteries of the present invention (hereinafter referred to as secondary battery negative electrode) comprises an active material layer provided on a current collector. The active material layer contains the negative electrode material and the binder described above, and further contains a conductive additive as necessary.

集電体としては、例えば、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱などが用いられる。この中でも特に金属薄膜が、現在工業化製品に使用されているため好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状にして用いても良い。   As the current collector, for example, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, a carbon plate, a carbon thin film, a carbon cylinder, or the like is used. Of these, metal thin films are particularly preferred because they are currently used in industrialized products. In addition, you may use a thin film suitably in mesh shape.

金属薄膜の厚さは、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、また、通常100mm以下、好ましくは1mm以下、より好ましくは50μm以下である。上記範囲よりも薄い金属薄膜は、集電体として必要な強度が不足するためである。   The thickness of the metal thin film is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 100 mm or less, preferably 1 mm or less, more preferably 50 μm or less. This is because a metal thin film thinner than the above range lacks the strength necessary for a current collector.

また、集電体に用いられる金属としては、具体的には銅、ニッケル、ステンレス鋼、鉄、チタン、アルミニウム等が挙げられる。中でも好ましくは銅及びニッケルが挙げられ、更に好ましくは銅が挙げられる。負極材料である複合粒子を決着させることが容易で、工業的に、形、大きさ等の加工が容易なためである。   Specific examples of the metal used for the current collector include copper, nickel, stainless steel, iron, titanium, and aluminum. Among these, copper and nickel are preferable, and copper is more preferable. This is because it is easy to settle the composite particles as the negative electrode material, and it is industrially easy to process the shape and size.

活物質層は、上記の負極材料を結着剤によって集電体に塗布又は圧着した層である。また、活物質層には適宜上述した導電助剤を含有させる。
結着剤としては、後述する液体溶媒に対して安定な高分子が好ましい。
例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド又はセルロース等の樹脂系高分子、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム又はエチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、又はスチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、又はプロピレン・α−オレフィン(炭素数2〜12)共重合体等の軟質樹脂状高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物などが挙げられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The active material layer is a layer obtained by applying or pressure-bonding the above negative electrode material to a current collector with a binder. In addition, the above-mentioned conductive aid is appropriately contained in the active material layer.
As the binder, a polymer that is stable against a liquid solvent described later is preferable.
For example, resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide or cellulose, rubbery polymers such as styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber or ethylene / propylene rubber, styrene / butadiene / styrene block Polymers and hydrogenated products thereof, thermoplastic elastomeric polymers such as styrene / ethylene / butadiene / styrene copolymers or styrene / isoprene / styrene block copolymers and hydrogenated products thereof, syndiotactic 1,2- Soft resin polymers such as polybutadiene, ethylene / vinyl acetate copolymer, or propylene / α-olefin (carbon number 2 to 12) copolymer, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, or polytetrafluoroethylene / Fluorine polymers such as styrene copolymer, and alkali metal ions (especially lithium ion) polymer composition having ion conductivity. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

上記のイオン伝導性を有する高分子組成物としては、ポリエチレンオキシド、又はポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物や、ポリエーテル化合物の架橋体高分子や、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、又はポリアクリロニトリル等の高分子化合物に、リチウム塩か、またはリチウムを主体とするアルカリ金属塩かを複合させた高分子、あるいはこれにプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、又はγ−ブチロラクトン等の高い誘電率か、またはイオン−双極子相互作用力かを有する有機化合物を混合した高分子を用いることができる。   Examples of the polymer composition having ion conductivity include polyether polymer compounds such as polyethylene oxide or polypropylene oxide, crosslinked polymers of polyether compounds, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinyl A polymer in which a lithium compound or an alkali metal salt mainly composed of lithium is combined with a polymer compound such as pyrrolidone, polyvinylidene carbonate, or polyacrylonitrile, or propylene carbonate, ethylene carbonate, or γ-butyrolactone. For example, a polymer in which an organic compound having a high dielectric constant or an ion-dipole interaction force is mixed can be used.

具体的には、通常、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、又はセルロース及びその誘導体(例えばカルボキシメチルセルロース)等の樹脂系高分子、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、又はエチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、ポリエチレンオキシド、又はポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリエーテル化合物の架橋体高分子が挙げられ、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン・ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリエチレンオキシドが挙げられ、更に好ましくは、ポリエチレン、スチレン・ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、又はポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。現在工業的に一般に使用されており、扱い易いためである。   Specifically, resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, or cellulose and derivatives thereof (for example, carboxymethylcellulose), styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, or ethylene / propylene are usually used. Rubber-like polymers such as rubber, fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, or polytetrafluoroethylene / ethylene copolymers, polyether-based polymer compounds such as polyethylene oxide or polypropylene oxide, poly Examples include crosslinked polymers of ether compounds, preferably polyethylene, polypropylene, styrene / butadiene rubber, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, or polyethylene oxide. Gerare, more preferably, polyethylene, styrene-butadiene, polyvinylidene fluoride, or polytetrafluoroethylene. This is because it is generally used industrially and is easy to handle.

活物質層に含まれる負極材料、結着剤及び導電助剤の比率を説明する。
負極材料は、負極材料と結着剤と導電助剤との合計重量を100重量%として、通常1重量%以上、好ましくは10重量%以上、より好ましくは15重量%以上、また、通常98重量%以下の比率にする。
The ratio of the negative electrode material, the binder, and the conductive auxiliary agent contained in the active material layer will be described.
The negative electrode material is generally 1% by weight or more, preferably 10% by weight or more, more preferably 15% by weight or more, and usually 98% by weight, where the total weight of the negative electrode material, the binder and the conductive assistant is 100% by weight. % Or less.

結着剤は、負極材料と結着剤と導電助剤との合計重量を100重量%として、通常0.1重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上、また、通常30重量%以下、好ましくは20重量%以下、より好ましくは10重量%以下の比率にする。これ以上だと、電極の内部抵抗が大きくなり好ましくなく、これ以下の量では集電体と電極粉体の結着性に劣るためである。   The binder is generally 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, with the total weight of the negative electrode material, the binder and the conductive auxiliary agent being 100% by weight. The ratio is usually 30% by weight or less, preferably 20% by weight or less, more preferably 10% by weight or less. If it is more than this, the internal resistance of the electrode becomes large, which is not preferable, and if it is less than this, the binding property between the current collector and the electrode powder is poor.

導電助剤は、負極材料と結着剤と導電助剤との合計重量を100重量%として、通常1重量%以上、好ましくは2重量%以上、より好ましくは5重量%以上、また、通常98重量%以下、好ましくは90重量%以下、より好ましくは85重量%以下の比率にする。これ以上の量の導電助剤を混合すると、単位体積あたりに電極が発生できる充放電容量が小さくなり、これ以下の量では導電助剤同士の導電パスが電極内に形成できないなどの理由で混合した効果が十分に発現されないためである。   The conductive auxiliary agent is usually 1% by weight or more, preferably 2% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and usually 98% by weight, where the total weight of the negative electrode material, the binder and the conductive auxiliary agent is 100% by weight. The ratio is not more than wt%, preferably not more than 90 wt%, more preferably not more than 85 wt%. When a larger amount of conductive aid is mixed, the charge / discharge capacity that can be generated by the electrode per unit volume is reduced, and if the amount is smaller than this amount, a conductive path between the conductive aids cannot be formed in the electrode. This is because the effect obtained is not sufficiently exhibited.

[負極の製造方法]
負極は、負極材料、結着剤、及び必要に応じて導電助剤を、液体溶媒に分散させ、集電体表面に塗布し、乾燥させて製造する。
導電助剤は、上述した導電助剤から選ばれるものを任意に用いることができる。
[Production method of negative electrode]
The negative electrode is manufactured by dispersing a negative electrode material, a binder, and, if necessary, a conductive additive in a liquid solvent, coating the surface of the current collector, and drying.
What is chosen from the conductive support agent mentioned above can be arbitrarily used for a conductive support agent.

液体溶媒は、負極材料、結着剤、及び導電助剤を分散させることができるものであれば特に限定はされず、水系の液体溶媒と有機系の液体溶媒とのいずれも使用することができる。そのなかでも特に、乾燥により除去しやすいものが好ましい。   The liquid solvent is not particularly limited as long as it can disperse the negative electrode material, the binder, and the conductive additive, and any of an aqueous liquid solvent and an organic liquid solvent can be used. . Of these, those that are easily removed by drying are preferred.

例示すると、水、各種の炭化水素類、エーテル類及びアルコール類などが挙げられる。具体的には、水、アセトン、ジメチルエーテル、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロパノール、N−メチルピロリジノン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセタミド、ヘキサメチルホスフォルアミド、ジメチルスルフォキシド、ベンゼン、トルエン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサンなどを用いることができる。   Illustrative examples include water, various hydrocarbons, ethers and alcohols. Specifically, water, acetone, dimethyl ether, methanol, ethanol, butanol, isopropanol, N-methylpyrrolidinone, dimethylformamide, dimethylacetamide, hexamethylphosphamide, dimethyl sulfoxide, benzene, toluene, xylene, quinoline , Pyridine, methylnaphthalene, hexane and the like can be used.

製造時に用いる液体溶媒の量は、集電体上に負極材料と結着剤及び導電助剤の混合物から成るものを塗布するのに適切な粘度を得られる重量を用いれば良く、塗布雰囲気、負極材料種、結着剤種、導電助剤種により、適当量を選択することができる。   The amount of the liquid solvent used in the production may be a weight capable of obtaining an appropriate viscosity for applying a mixture of a negative electrode material, a binder and a conductive additive on the current collector. An appropriate amount can be selected depending on the material type, the binder type, and the conductive auxiliary agent type.

[非水系リチウムイオン二次電池]
上記の負極を用いた本発明の非水系リチウムイオン二次電池(以下、単に「本発明の二次電池」等と略称する。)について説明する。
本発明の二次電池は、電解質、正極、及び負極を、その他の任意の電池構成要素であるセパレータ、ガスケット、集電体、封口板、セルケース等と組み合わせて構成する。製造可能な二次電池としては、特に限定されるものではなく、筒型、角型、コイン型、シート型、積層型、電気自動車等様々な二次電池として製造することができる。
また、本発明の二次電池は、携帯電子機器、小型電力貯蔵装置、大型電力貯蔵装置、電気自動車、自動二輪車、ハイブリッド電気自動車等に使用できるが、その使用用途はこれに限定されるものではない。
[Non-aqueous lithium ion secondary battery]
The non-aqueous lithium ion secondary battery of the present invention using the above negative electrode (hereinafter simply referred to as “secondary battery of the present invention” or the like) will be described.
The secondary battery of the present invention is constituted by combining an electrolyte, a positive electrode, and a negative electrode with other optional battery components such as a separator, a gasket, a current collector, a sealing plate, and a cell case. The secondary battery that can be manufactured is not particularly limited, and can be manufactured as various secondary batteries such as a cylindrical type, a square type, a coin type, a sheet type, a laminated type, and an electric vehicle.
The secondary battery of the present invention can be used in portable electronic devices, small power storage devices, large power storage devices, electric vehicles, motorcycles, hybrid electric vehicles, etc., but the usage is not limited thereto. Absent.

負極としては、上述した本発明の二次電池用負極を用いる。
また、正極としては、例えば、正極活物質に、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤を混合し、テトラフルオロエチレン等を結着剤として混合後、アルミ箔上に塗布し、成形、乾燥したものを用いることができる。
正極活物質としては、従来から知られている正極活物質を任意に使用することができ、特に限定はない。具体例としては、LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn24およびこれらの非定比化合物、MnO2、TiS2、FeS2、Nb34、Mo34、CoS2、V25、P25、CrO3、V33、TeO2、GeO2等を用いることができる。
As the negative electrode, the negative electrode for a secondary battery of the present invention described above is used.
In addition, as the positive electrode, for example, a positive electrode active material is mixed with a conductive additive such as acetylene black or graphite, and tetrafluoroethylene or the like is mixed as a binder, which is then applied onto an aluminum foil, molded and dried. Can be used.
As the positive electrode active material, a conventionally known positive electrode active material can be arbitrarily used and is not particularly limited. Specific examples include LiFeO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and their non-stoichiometric compounds, MnO 2 , TiS 2 , FeS 2 , Nb 3 S 4 , Mo 3 S 4 , CoS 2 , V 2. O 5 , P 2 O 5 , CrO 3 , V 3 O 3 , TeO 2 , GeO 2 and the like can be used.

次に、電解質について説明する。本発明において電解質とは、イオン導電性の物質を意味する。また、本発明では、電解質として、非水系の電解液や固体電解質などの、非水系の電解質を用いる。
非水系の電解液としては通常、非水系の溶媒にリチウム塩を溶解させたものを用いる。
電解液の溶媒として使用できる非水溶媒としては、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、1,2−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン、ジメチルスルフィド、プロピレンサルファイド、エチレンサルファイド、及びビニレンカーボネート等の有機溶媒、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、及びポリアクリロニトリル等の高分子化合物に、リチウム塩、またはリチウムを主体とするアルカリ金属塩を複合させたもの、あるいはこれにプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及びγ−ブチロラクトン等の高い誘電率やイオン−双極子相互作用力を有する有機化合物の単独、または二種類以上を混合したものを用いることができる。
Next, the electrolyte will be described. In the present invention, the electrolyte means an ion conductive substance. In the present invention, a non-aqueous electrolyte such as a non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte is used as the electrolyte.
As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent is usually used.
Nonaqueous solvents that can be used as the solvent for the electrolyte include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, sulfolane, 1 Organic solvents such as 1,3-dioxolane, dimethyl sulfide, propylene sulfide, ethylene sulfide, and vinylene carbonate; polymer compounds such as polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, and polyacrylonitrile; lithium Salt or a composite of alkali metal salt mainly composed of lithium, or propylene carbonate, ethylene Boneto, and γ- butyrolactone high dielectric constant and ion of like - can be used as a mixture alone, or two or more organic compounds having a dipole interaction forces.

上記の溶媒に0.5〜2.0M程度のLiClO4、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiAsF6、LiCl、LiBr、Liトリフルオロスルフォンイミド、及びLiビス(テトラフルオロメタンスルフォニル)イミド等のリチウム塩を溶解して、非水電解液とする。
また、リチウムイオン等のアルカリ金属カチオンの導電体であるポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、及びポリ(メタクロイルエチレンオキシド)等のエーテル系高分子固体電解質や、ポリエーテル化合物の架橋体高分子や、またこれらのものの構造末端の水素基がメチル基、或いはエチル基等のアルキル基に交換された、ポリエチレンオキシドジメチルエーテル等のω−アルキルポリエーテルや、ポリアクリロニトリルや、又はけん化度が高いポリビニルアルコールと上記有機溶媒とを混合したゲル電解質を、非水系の電解質として用いることもできる。
About 0.5 to 2.0M LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiCl, LiBr, Li trifluorosulfonimide, and Li bis (tetrafluoromethanesulfonyl) imide A lithium salt such as is dissolved to obtain a non-aqueous electrolyte.
In addition, ether-based polymer solid electrolytes such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, and poly (methacryloyl ethylene oxide), which are conductors of alkali metal cations such as lithium ions, crosslinked polymers of polyether compounds, and those A ω-alkyl polyether such as polyethylene oxide dimethyl ether, polyacrylonitrile, or polyvinyl alcohol having a high degree of saponification, and the above organic solvent, in which a hydrogen group at the end of the structure is replaced with an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group. The mixed gel electrolyte can also be used as a non-aqueous electrolyte.

セパレータとしては、特に限定はなく様々なものを用いることができるが、特に、大きなイオン透過度と、所定の機械的強度と、絶縁性とを有する微多孔性薄膜が好ましい。さらに、一定温度以上で孔が閉塞し、二次電池内の抵抗を上げる機能を有することが好ましい。具体的には、耐有機溶剤性と疎水性とを有するポリプロピレン及びポリエチレン等を単独又は組み合わせて合成したオレフィン系ポリマー、又は、ガラス繊維などからつくられたシート、不織布または織布などが用いられる。
セパレータの孔径は、電極より脱離した正負極材料、結着剤、導電助剤が透過しない範囲が好ましく、例えば0.01μm〜50μmが望ましい。セパレータの厚みは、一般的には、10μm〜350μmが用いられる。また、セパレータの空孔率は、電子やイオンの透過性と素材や膜圧に応じて決定されるが、一般的には、30%〜80%が望ましい。
The separator is not particularly limited and various types can be used. In particular, a microporous thin film having a large ion permeability, a predetermined mechanical strength, and an insulating property is preferable. Furthermore, it is preferable to have a function of increasing the resistance in the secondary battery by closing the hole at a certain temperature or higher. Specifically, an olefin-based polymer synthesized by combining organic solvent resistance and hydrophobicity, such as polypropylene and polyethylene, alone or in combination, or a sheet, a nonwoven fabric, a woven fabric, or the like made from glass fiber or the like is used.
The pore diameter of the separator is preferably in a range in which the positive and negative electrode materials, the binder, and the conductive additive detached from the electrode do not permeate, for example, 0.01 μm to 50 μm is desirable. As for the thickness of a separator, 10 micrometers-350 micrometers are generally used. Further, the porosity of the separator is determined according to the permeability of electrons and ions, the material, and the membrane pressure, but generally 30% to 80% is desirable.

[メカニズム及び効果]
原料金属微粒子は、Liと合金化することで高容量を発現する。しかし、原料金属微粒子のみの負極材を用いる場合、原料金属微粒子の膨張収縮に伴う材料破壊が起こるために、サイクル特性の向上には限界がある。そこで、本発明では、原料金属微粒子と複合化金属とを複合化させることで、前記のような原料金属微粒子の膨張収縮による材料破壊を抑制し、かつ、負極材の導電性を向上させることにより、サイクル特性向上を可能にした。
[Mechanism and effect]
The raw metal fine particles express a high capacity by alloying with Li. However, when a negative electrode material made only of raw material metal fine particles is used, there is a limit to improving the cycle characteristics because material destruction occurs due to expansion and contraction of the raw material metal fine particles. Therefore, in the present invention, by combining the raw material metal fine particles and the composite metal, the material destruction due to the expansion and contraction of the raw material metal fine particles as described above is suppressed, and the conductivity of the negative electrode material is improved. Improved cycle characteristics.

材料破壊の抑制及びサイクル特性向上が可能となった要因としては、原料金属微粒子と複合化された複合化金属が、Liと合金化する原料金属微粒子の膨張収縮による材料破壊を緩和し、さらに、材料破壊による導電性低下を抑制していると考えられる。それに加えて、負極材料中における複合体微粒子の含有量を3〜40重量%の範囲とし、高容量化と、材料破壊抑制の両方を同時達成した。   As a factor that enables suppression of material destruction and improvement of cycle characteristics, the composite metal combined with the raw metal fine particles alleviates material destruction due to expansion and contraction of the raw metal fine particles alloyed with Li, It is considered that the decrease in conductivity due to material destruction is suppressed. In addition, the content of the composite fine particles in the negative electrode material was set in the range of 3 to 40% by weight, and both the increase in capacity and the suppression of material destruction were simultaneously achieved.

また、複合化金属として複合化金属酸化物を用い、複合化金属酸化物と複合化して複合体微粒子を作製した際にも、単体金属と複合した場合と同様に膨張収縮による材料破壊を緩和し、さらに材料破壊による導電性低下を抑制していると考えられる。複合化金属として金属酸化物を使用する場合の利点としては、超微粒子原料が入手容易なため複合化時により高分散化された複合材料を得ることができ、膨張収縮に伴う材料中の応力集中を押さえ材料破壊を抑制する効果が考えられる。   In addition, when a composite metal oxide is used as a composite metal and composite fine particles are prepared by composite with the composite metal oxide, material destruction due to expansion and contraction is reduced as in the case of composite with a single metal. Further, it is considered that the decrease in conductivity due to material destruction is suppressed. The advantage of using metal oxide as the composite metal is that it is possible to obtain a highly dispersed composite material due to the availability of ultrafine particle raw materials, and stress concentration in the material accompanying expansion and contraction The effect of suppressing material destruction can be considered.

更に、第一粉砕工程と第二粉砕工程とを有する前記粉砕工程で得られた原料金属微粒子を使用した場合には、粒子がナノサイズであり、しかも粒度分布が狭いため、原料金属微粒子が複合化金属と複合化した際にも、より均一かつ所望の形態の複合体微粒子を作製できる。このように、原料金属微粒子のナノ化と、原料金属微粒子と複合化金属との複合化の効果により、サイクル特性を向上できる。   Further, when the raw metal fine particles obtained in the pulverization step having the first pulverization step and the second pulverization step are used, the particles are nano-sized and the particle size distribution is narrow, so the raw metal fine particles are combined. Even when complexed with a metal halide, complex fine particles having a more uniform and desired shape can be produced. Thus, cycle characteristics can be improved by the effect of nano-fabrication of the raw metal fine particles and the composite of the raw metal fine particles and the composite metal.

更に、凝集抑制剤を使用し、使用後の各段階にて除去した場合、ある程度制御した空間を有する複合体微粒子及び/又は負極材料を作製できるため、充放電に伴う金属の膨張収縮を空間が緩和することで、材料破壊を抑制する効果があり、負極材料として優れる。   Further, when an aggregation inhibitor is used and removed at each stage after use, composite fine particles and / or negative electrode materials having a space controlled to some extent can be produced. By relaxing, there is an effect of suppressing material destruction, and it is excellent as a negative electrode material.

更に、複合化金属として、Liと合金化しない金属を使用した場合、原料金属微粒子が充放電に伴って膨張収縮する際の材料破壊を抑制する効果が高く、負極材料としてより優れる。   Further, when a metal that is not alloyed with Li is used as the composite metal, the material metal fine particles are highly effective in suppressing material destruction when expanding and contracting with charge and discharge, and are more excellent as a negative electrode material.

[その他]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
[Others]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、負極材料の製造に用いられる原料金属微粒子、複合化金属、複合体粒子、黒鉛質物、及び有機質物は、それぞれの製造段階で上述した粒径よりも大きい平均粒径を有していたとしても、負極材料を製造するまでの他の工程において粉砕されて、負極材料中で上述した範囲の粒径を有することができれば、問題はない。   For example, the raw material metal fine particles, composite metal, composite particles, graphite material, and organic material used in the production of the negative electrode material have an average particle size larger than the particle size described above at each production stage. However, there is no problem as long as it can be pulverized in other steps until the negative electrode material is produced and have the particle size in the above-mentioned range in the negative electrode material.

次に実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例においては、負極の電池反応式において負極活物質にLiが挿入される方向に進む反応を充電、脱利する方向に進む反応を放電と呼ぶ。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these Examples. In Examples, a reaction that proceeds in the direction in which Li is inserted into the negative electrode active material in the negative electrode battery reaction formula is referred to as charge, and a reaction that proceeds in the direction of removal is referred to as discharge.

[電極材料の評価方法]
サンプルとなる電極材料の評価は以下のように行なった。サンプル(電極材料)と結着剤とを銅箔集電体上に塗布、結着した後、ペレット状に成形して、評価用電極を作製した。この評価用電極を、対極であるリチウム金属電極、セパレータ、電解液と共に、2016コイン型セル中に半電池として組み立てた。この半電池(コイン型セル半電池)の充放電容量を、定電流充電及び定電流放電を繰り返し行なう充放電試験により評価した。なお、評価用電極を用いて構成したリチウムイオン電池についても、この半電池について評価した特性と同様な特性が期待できる。
[Evaluation method of electrode material]
Evaluation of the electrode material used as a sample was performed as follows. A sample (electrode material) and a binder were applied and bonded onto a copper foil current collector, and then formed into a pellet to produce an evaluation electrode. This electrode for evaluation was assembled as a half battery in a 2016 coin-type cell together with a lithium metal electrode as a counter electrode, a separator, and an electrolytic solution. The charge / discharge capacity of this half battery (coin-type cell half battery) was evaluated by a charge / discharge test in which constant current charge and constant current discharge were repeated. Note that a lithium ion battery configured using the evaluation electrode can be expected to have the same characteristics as those evaluated for the half-cell.

なお、実施例記載の粒径は、レーザー回折粒度分布計(model SALD−2000J 島津製作所製)を使用して測定した。   The particle sizes described in the examples were measured using a laser diffraction particle size distribution meter (model SALD-2000J, manufactured by Shimadzu Corporation).

[実施例1]
原料金属微粒子としてSi微粒子(平均粒径6μm)と、複合化金属としてCu粉末(平均粒径略1μm、純度99.9%)とを、Si微粒子とCu粉末との合計重量を100%として、Si微粒子が90重量%、Cu粉末が10重量%となるように混合した。これらの混合したSi微粒子及びCu粉末に対し、マルチリング媒体型超微粉砕機(株式会社奈良機械製作所製:マイクロス MIC−0)を用いて、2000rpmで3時間にわたって乾式で金属複合化粉砕処理(窒素流量:100cc/min.)を施し、複合体微粒子を得た。
[Example 1]
Si fine particles (average particle size 6 μm) as raw metal fine particles, Cu powder (average particle size approximately 1 μm, purity 99.9%) as composite metal, and the total weight of Si fine particles and Cu powder as 100%, Mixing was performed so that the Si fine particles were 90 wt% and the Cu powder was 10 wt%. These mixed Si fine particles and Cu powder are subjected to a dry metal composite pulverization treatment at 2000 rpm for 3 hours using a multi-ring medium type ultrafine pulverizer (Nara Machinery Co., Ltd .: Micros MIC-0). (Nitrogen flow rate: 100 cc / min.) Was applied to obtain composite fine particles.

この複合体微粒子と有機質物である粉状ピッチ(平均粒径20μm)とを湿式(エタノール)均一混合し、50℃で乾燥した。さらに、人造黒鉛(黒鉛質物)(平均粒径35μm)を加え、乾式で均一混合した。この際、得られた粉体の組成が、複合体微粒子20重量%:粉状ピッチ60重量%:人造黒鉛20重量%となるようにした。こうして得られた粉体を、焼成炉中で窒素雰囲気下、昇温速度8.3℃/min.で、600℃まで昇温し、1時間保持して脱タールした後、さらに、昇温速度8.3℃/min.で900℃まで昇温し、1時間保持した。室温付近まで冷却後、焼成したものを瑪瑙乳鉢で解砕し、目開き45μmの篩で分級したものをサンプル(電極材料)とした。また、このサンプルを走査型電子顕微鏡(FE−SEM;Model−4700、日立製。以降、SEMと記述)で観察したところ、表面被覆型の構造が観察された。   The composite fine particles and powdery pitch (average particle diameter 20 μm) which is an organic substance were uniformly mixed by wet (ethanol) and dried at 50 ° C. Further, artificial graphite (graphite) (average particle size 35 μm) was added and uniformly mixed by a dry method. At this time, the composition of the obtained powder was 20% by weight of fine composite particles: 60% by weight of powdery pitch: 20% by weight of artificial graphite. The powder thus obtained was heated at a rate of temperature increase of 8.3 ° C./min. The temperature was raised to 600 ° C., held for 1 hour, detarred, and further heated at a rate of 8.3 ° C./min. The temperature was raised to 900 ° C. and held for 1 hour. After cooling to near room temperature, the fired product was crushed in an agate mortar and classified with a sieve having an opening of 45 μm to obtain a sample (electrode material). Further, when this sample was observed with a scanning electron microscope (FE-SEM; Model-4700, manufactured by Hitachi, hereinafter referred to as SEM), a surface-coated structure was observed.

このサンプルに対し、導電助剤として結晶面(002)の面間隔d002が0.336nmである平均粒子径が6μmの人造黒鉛を、サンプルと人造黒鉛とポリフッ化ビリデンとの合計重量を100重量%として人造黒鉛が35重量%、結着剤としてのポリフッ化ビリデンを、サンプルと人造黒鉛とポリフッ化ビリデンとの合計重量を100重量%としてポリフッ化ビリデンが10重量%となるように加えて、ともに混合した。なお、サンプル及び導電助剤の合計重量に対する複合体微粒子の重量比率は15重量%である。こうして得られた混合物を、厚み18μmの銅箔上に塗布後、110℃で30分予備乾燥した。更に、直径12.5mmの円盤状に打ち抜き、110℃で一昼夜加熱減圧乾燥して、評価用電極とした。 For this sample, artificial graphite having an average particle size of 6 μm with a crystal plane (002) spacing d 002 of 0.336 nm is used as a conductive assistant, and the total weight of the sample, artificial graphite, and poly (vinylidene fluoride) is 100 wt. % Of artificial graphite is 35% by weight, poly (vinylidene fluoride) as a binder, and the total weight of the sample, artificial graphite and poly (vinylidene fluoride) is 100% by weight, so that poly (bilidenidene fluoride) is 10% by weight, Mixed together. The weight ratio of the composite fine particles to the total weight of the sample and the conductive additive is 15% by weight. The mixture thus obtained was applied onto a copper foil having a thickness of 18 μm, and then pre-dried at 110 ° C. for 30 minutes. Further, it was punched into a disk shape having a diameter of 12.5 mm, heated and dried under reduced pressure at 110 ° C. all day and night, and used as an evaluation electrode.

得られた評価用電極を用いて、電解液を含浸させたポリエチレン性セパレータを挟み、リチウム金属電極に対向させたコイン型セル半電池を作製し、充放電試験による電池評価を行なった。電解液には、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを容量比で1:3比率で混合した溶媒に、リチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF6)を1.0mol/Lの割合で溶解させたものを用いた。 Using the obtained electrode for evaluation, a coin-shaped cell half-cell was manufactured by sandwiching a polyethylene separator impregnated with an electrolytic solution and facing a lithium metal electrode, and the battery was evaluated by a charge / discharge test. For the electrolyte, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added at a rate of 1.0 mol / L in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 3. What was dissolved was used.

充放電試験としては、電流密度0.33mA/cm2で極間電位差が0Vになるまで充電を行ない、同じ電流密度で1.5Vになるまで放電を行なうという操作(充放電サイクル)を、15回繰り返すことにより行なった。 As the charge / discharge test, an operation (charging / discharging cycle) in which charging is performed until the potential difference between the electrodes becomes 0 V at a current density of 0.33 mA / cm 2 and discharging is performed until 1.5 V is reached at the same current density. This was done by repeating the process once.

コイン型セル3個について各々充放電試験を行ない、第1回目充放電サイクル時の放電容量の平均、同サイクルの充電容量から放電容量を差し引いた不可逆容量の平均、及び第15回目の放電容量を第1回目の放電容量で割った値の百分率(容量維持率:%)で評価した。
初期可逆容量(mAh/g)=第1回の放電容量
不可逆容量(mAh/g)=第1回の充電容量−第1回の放電容量
容量維持率(%)=(第15回の放電容量/第5回の放電容量)×100
Each of the three coin cells was subjected to a charge / discharge test. The average discharge capacity at the first charge / discharge cycle, the average irreversible capacity obtained by subtracting the discharge capacity from the charge capacity of the same cycle, and the fifteenth discharge capacity The evaluation was made as a percentage of the value divided by the first discharge capacity (capacity maintenance ratio:%).
Initial reversible capacity (mAh / g) = First discharge capacity Irreversible capacity (mAh / g) = First charge capacity-First discharge capacity Capacity maintenance ratio (%) = (15th discharge capacity / 5th discharge capacity) x 100

[実施例2]
原料金属微粒子として平均粒径が130nmのSi微粒子を用い、また、Si微粒子とCu粉末との合計重量を100%として、Si微粒子が50重量%、Cu粉末が50重量%となるように混合した他は、実施例1と同様の手順でサンプル(電極材料)を作製し、電池評価を行なった。また、このサンプルをSEMで観察したところ、表面被覆型の構造が観察された。
[Example 2]
Si fine particles having an average particle diameter of 130 nm were used as raw metal fine particles, and the total weight of the Si fine particles and the Cu powder was 100%, and the mixture was mixed so that the Si fine particles were 50% by weight and the Cu powder was 50% by weight. Otherwise, a sample (electrode material) was prepared in the same procedure as in Example 1, and the battery was evaluated. Moreover, when this sample was observed by SEM, the structure of the surface covering type | mold was observed.

[実施例3]
実施例1と同様のSi微粒子と、凝集抑制剤としてLiCl粉末とを、Si微粒子とLiCl粉末との合計重量を100重量%として、Si微粒子が70重量%、LiCl粉末が30重量%となるように混合した。このSi微粒子及びLiCl粉末に対し、マルチリング媒体型超微粉砕機を使用して2000rpmで2時間、乾式で金属複合化粉砕処理を行ない、粉体生成物を得た。この粉体生成物と複合化金属として実施例1と同様のCu粉末とを、粉体生成物とCu粉末との合計を100重量%として、粉体生成物が90重量%、Cu粉末が10重量%となるように混合し、マルチリング媒体型超微粉砕機で2000rpmで1時間にわたって乾式で金属複合化粉砕処理(窒素流量:100cc/min.)を行ない、複合体微粒子を得た。この他の操作は実施例1と同様の手順でサンプル(電極材料)を作製し、電池評価を行なった。また、このサンプルをSEMで観察したところ、表面被覆型の構造が観察された。
[Example 3]
Si fine particles as in Example 1, LiCl powder as an aggregation inhibitor, and the total weight of Si fine particles and LiCl powder as 100 wt%, so that Si fine particles are 70 wt%, and LiCl powder is 30 wt%. Mixed. The Si fine particles and LiCl powder were subjected to a metal composite pulverization treatment at 2000 rpm for 2 hours using a multi-ring medium ultrafine pulverizer to obtain a powder product. The powder product and the Cu powder similar to Example 1 as the composite metal, the total of the powder product and the Cu powder being 100% by weight, the powder product is 90% by weight, and the Cu powder is 10%. The mixture was mixed to a weight percentage, and metal composite grinding (nitrogen flow rate: 100 cc / min.) Was performed with a multi-ring medium ultrafine mill at a dry speed of 2000 rpm for 1 hour to obtain composite fine particles. For other operations, a sample (electrode material) was prepared in the same procedure as in Example 1, and the battery was evaluated. Moreover, when this sample was observed by SEM, the structure of the surface covering type | mold was observed.

[実施例4]
Cu粉末に代えて、複合化金属酸化物であるCuO粉末(平均粒径1〜2μm,純度99.9%)を用いたほかは、実施例1と同様にして複合体微粒子及び電極材料を作製した。なお、電極材料と導電助剤との合計重量に対する、原料金属微粒子であるSiの重量比率を15%とした。次いで、作製した電極材料について、実施例1と同様に電池評価を行なった。
[Example 4]
Composite fine particles and electrode materials were produced in the same manner as in Example 1 except that CuO powder (average particle diameter of 1 to 2 μm, purity of 99.9%), which is a composite metal oxide, was used instead of Cu powder. did. Note that the weight ratio of Si, which is the raw metal fine particles, to the total weight of the electrode material and the conductive additive was 15%. Next, battery evaluation was performed on the produced electrode material in the same manner as in Example 1.

[実施例5]
複合化金属酸化物としてNiO粉末(平均粒径10μm,純度99.9%)を用いたほかは、実施例4と同様にして複合体微粒子及び電極材料を作製し、電池評価を行なった。
[Example 5]
Composite fine particles and electrode materials were produced in the same manner as in Example 4 except that NiO powder (average particle size 10 μm, purity 99.9%) was used as the composite metal oxide, and battery evaluation was performed.

[実施例6]
複合化金属酸化物としてFe23粉末(平均粒径1μm,純度99.9%)を用いたほかは、実施例4と同様にして複合体微粒子及び電極材料を作製し、電池評価を行なった。
[Example 6]
Composite fine particles and electrode materials were prepared in the same manner as in Example 4 except that Fe 2 O 3 powder (average particle size 1 μm, purity 99.9%) was used as the composite metal oxide, and the battery was evaluated. It was.

[実施例7]
複合化金属酸化物としてSnO2粉末(平均粒径10μm,純度99.9%)を用いたほかは、実施例4と同様にして複合体微粒子及び電極材料を作製し、電池評価を行なった。
[Example 7]
Composite fine particles and electrode materials were produced in the same manner as in Example 4 except that SnO 2 powder (average particle size 10 μm, purity 99.9%) was used as the composite metal oxide, and battery evaluation was performed.

[実施例8]
複合化金属酸化物としてTiO2粉末(アナターゼ型,平均粒径0.1μm,純度99.9%)を用いたほかは、実施例4と同様にして複合体微粒子及び電極材料を作製し、電池評価を行なった。
[Example 8]
A composite fine particle and an electrode material were produced in the same manner as in Example 4 except that TiO 2 powder (anatase type, average particle size 0.1 μm, purity 99.9%) was used as the composite metal oxide. Evaluation was performed.

[実施例9]
複合化金属酸化物としてγ−Al23粉末(平均粒径2〜3μm,純度99.9%)を用いたほかは、実施例4と同様にして複合体微粒子及び電極材料を作製し、電池評価を行なった。
[Example 9]
A composite fine particle and an electrode material were produced in the same manner as in Example 4 except that γ-Al 2 O 3 powder (average particle diameter of 2 to 3 μm, purity of 99.9%) was used as the composite metal oxide. Battery evaluation was performed.

[比較例1]
平均粒径が200nmのSi微粒子と、有機質物としての実施例1と同様の粉状ピッチとを湿式(エタノール)で均一に混合し、50℃で乾燥した。さらに、黒鉛質物として実施例1と同様の人造黒鉛を乾式で均一に混合した。なお、この際得られた粉体の組成は、Si微粒子20重量%:粉状ピッチ60重量%:人造黒鉛20重量%となるようにした。この他の操作は実施例1と同様の手順でサンプル(電極材料)を作製し、電池評価を行なった。また、このサンプルをSEMで観察したところ、表面被覆型の構造が観察された。
[Comparative Example 1]
Si fine particles having an average particle diameter of 200 nm and a powdery pitch similar to Example 1 as an organic substance were uniformly mixed by wet (ethanol) and dried at 50 ° C. Further, artificial graphite similar to that in Example 1 was uniformly mixed in a dry manner as a graphite material. The composition of the powder obtained at this time was set to 20% by weight of Si fine particles: 60% by weight of powdery pitch: 20% by weight of artificial graphite. For other operations, a sample (electrode material) was prepared in the same procedure as in Example 1, and the battery was evaluated. Moreover, when this sample was observed by SEM, the structure of the surface covering type | mold was observed.

[比較例2]
平均粒径が0.8μmのSi粒子と実施例1と、有機質物としての実施例1と同様の粉状ピッチとを、マルチリング媒体型超微粉砕機を使用して2000rpmで3時間、湿式(エタノール)で均一に混合し、50℃で24時間乾燥した。さらに、平均粒径が30μmの黒鉛質物としての人造黒鉛を混合した。なお、この際得られた粉体の組成は、Si微粒子20重量%:粉状ピッチ60重量%:人造黒鉛20重量%となるようにした。その後、瑠璃乳鉢の代わりに振動ミルで粉砕したほかは、実施例1と同様の手順でサンプル(電極材料)を作製し、電池評価を行なった。また、このサンプルをSEMで観察したところ、包埋型の構造が観察された。
[Comparative Example 2]
Si particles having an average particle diameter of 0.8 μm, Example 1, and a powdery pitch similar to that of Example 1 as an organic substance were wetted at 2000 rpm for 3 hours using a multi-ring medium type ultrafine grinder. (Ethanol) was mixed uniformly and dried at 50 ° C. for 24 hours. Furthermore, artificial graphite as a graphite material having an average particle size of 30 μm was mixed. The composition of the powder obtained at this time was set to 20% by weight of Si fine particles: 60% by weight of powdery pitch: 20% by weight of artificial graphite. Thereafter, a sample (electrode material) was prepared in the same procedure as in Example 1 except that it was pulverized with a vibration mill instead of the agate mortar, and the battery was evaluated. Moreover, when this sample was observed by SEM, an embedded structure was observed.

[比較例3]
平均粒径が1μmのSi粒子と、有機質物としての実施例1と同様の粉状ピッチと、平均粒径が30μmの黒鉛質物としての人造黒鉛とを転動ボールミルで72時間、乾式で金属複合化粉砕処理を行なった。なお、この際得られた粉体の組成は、Si微粒子20重量%:粉状ピッチ60重量%:人造黒鉛20重量%となるようにした。その後、瑠璃乳鉢の代わりに振動ミルで粉砕したほかは、実施例1と同様の手順でサンプル(電極材料)を作製し、電池評価を行なった。また、このサンプルをSEMで観察したところ、包埋型の構造が観察された。
[Comparative Example 3]
Si particles having an average particle diameter of 1 μm, powdery pitch similar to that of Example 1 as an organic material, and artificial graphite as a graphite material having an average particle diameter of 30 μm are dried for 72 hours in a rolling ball mill, and are dry-type metal composites. The pulverization process was performed. The composition of the powder obtained at this time was set to 20% by weight of Si fine particles: 60% by weight of powdery pitch: 20% by weight of artificial graphite. Thereafter, a sample (electrode material) was prepared in the same procedure as in Example 1 except that it was pulverized with a vibration mill instead of the agate mortar, and the battery was evaluated. Moreover, when this sample was observed by SEM, an embedded structure was observed.

[結果]
各実施例及び比較例の結果を、表1に示す。

Figure 0004375042
[result]
Table 1 shows the results of the examples and comparative examples.
Figure 0004375042

表1中、◎,○,△及び▽は、それぞれの実施例及び比較例のサンプルについての、容量維持率(%),初期可逆容量(mAh/g),及び不可逆容量(mAh/g)の値の評価を表す。評価の高い順に並べると、◎,○,△,▽の順となる。   In Table 1, ◎, ○, △, and ▽ are the capacity maintenance rate (%), initial reversible capacity (mAh / g), and irreversible capacity (mAh / g) for the samples of the respective examples and comparative examples. Represents a value evaluation. When arranged in order of evaluation, the order is ◎, ○, △, ▽.

サイクル特性の良さは、容量維持率(%)の高さによって表わされる。また、高容量であるためには、初期可逆容量(mAh/g)が高いことに加えて、実用上の観点から、不可逆容量(mAh/g)が小さいことも必要である。すなわち、これらのパラメータのうち何れか一つのみが飛び抜けて高い評価を得ているものよりも、全てのパラメータがバランスよく高い評価を得ているものの方が、電極材料として好ましい。   The good cycle characteristics are expressed by the high capacity retention rate (%). In addition, in order to have a high capacity, in addition to a high initial reversible capacity (mAh / g), it is necessary that the irreversible capacity (mAh / g) is small from a practical viewpoint. That is, it is preferable as the electrode material that all of the parameters have a high evaluation in a balanced manner, rather than only one of these parameters that has a high evaluation.

その観点で、実施例1〜9のサンプルは、初期可逆容量が十分で、容量維持率も高く、不可逆容量も小さいので、電極材料として優れている。特に実施例1,4〜9は、全てのバランスが良く優れていると言える。それに対して、比較例1〜3のサンプルは、初期可逆容量は大きいが容量維持率が充分でなかったり、逆に、容量維持率は充分であるが不可逆容量が大きかったりするなどの点で、電極材料としての評価は実施例1〜9のサンプルに比べて劣ると言える。
したがって、本発明では、高容量であり、且つ、サイクル特性にも優れた負極材料を得ることができたと言える。
From this viewpoint, the samples of Examples 1 to 9 are excellent as electrode materials because the initial reversible capacity is sufficient, the capacity retention rate is high, and the irreversible capacity is also small. In particular, Examples 1 and 4 to 9 can be said to be excellent in all balances. On the other hand, in the samples of Comparative Examples 1 to 3, the initial reversible capacity is large but the capacity retention rate is not sufficient, or conversely, the capacity maintenance ratio is sufficient but the irreversible capacity is large. It can be said that evaluation as an electrode material is inferior to the samples of Examples 1-9.
Therefore, in the present invention, it can be said that a negative electrode material having high capacity and excellent cycle characteristics could be obtained.

本発明の負極材料及び負極、並びに非水系リチウムイオン二次電池は、様々な分野に広く用いることができ、例えば、携帯電子機器、小型電力貯蔵装置、大型電力貯蔵装置、電気自動車、自動二輪車、ハイブリッド電気自動車等に使用できる。   The negative electrode material and negative electrode of the present invention and the non-aqueous lithium ion secondary battery can be widely used in various fields, such as portable electronic devices, small power storage devices, large power storage devices, electric vehicles, motorcycles, It can be used for hybrid electric vehicles.

Claims (12)

正極と負極と非水系の電解質とを具備してなる非水系リチウムイオン二次電池における該負極の材料であって、
Liと合金化可能な、Ag,Zn,Al,Ga,In,Si,Ge,Sn及びPbより選ばれる少なくとも一種の金属元素からなる原料金属微粒子に、Hを除くIa族〜VIIIa族,Bを除くIb族〜IIIb族,Cを除くIVb族,及びVb族より選ばれる少なくとも一種の、前記原料金属微粒子とは異なる複合化金属及び/又は複合化金属酸化物が複合化した複合体微粒子と、炭素質物と、黒鉛質物とを含有し、
該複合体微粒子,該炭素質物及び該黒鉛質物の合計重量に対して、該複合体微粒子を3重量%以上40重量%以下含有することを特徴とする、非水系リチウムイオン二次電池用負極材料。
A material for the negative electrode in a non-aqueous lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The raw metal fine particles made of at least one metal element selected from Ag, Zn, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, and Pb, which can be alloyed with Li, are added to Group Ia to Group VIIIa and B except H. At least one selected from Group Ib to Group IIIb, Group IVb excluding C, and Group Vb, and composite fine particles in which composite metal and / or composite metal oxide different from the raw metal fine particles are combined; Containing a carbonaceous material and a graphite material,
A negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery, comprising the composite fine particles in an amount of 3% by weight to 40% by weight with respect to the total weight of the composite fine particles, the carbonaceous material and the graphite material .
該複合体微粒子の平均粒径が、0.1μm以上50μm以下であることを特徴とする、請求項1記載の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料。 2. The negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the composite fine particles have an average particle size of 0.1 μm or more and 50 μm or less. 該複合体微粒子、該炭素質物の前駆体である有機質物、及び該黒鉛質物を均一に混合した後、不活性雰囲気下で焼成処理することにより得られることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料。 The composite fine particles, the organic material that is a precursor of the carbonaceous material, and the graphite material are uniformly mixed and then fired in an inert atmosphere. Item 3. The negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery according to Item 2. 前記焼成処理の前に、該複合体微粒子と該有機質物とを均一に混合し、続いて該黒鉛質物を加えて均一に混合することを特徴とする、請求項3記載の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料。 The non-aqueous lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the composite fine particles and the organic substance are uniformly mixed before the baking treatment, and then the graphite substance is added and mixed uniformly. Negative electrode material for secondary batteries. 前記焼成処理の前に、該複合体微粒子と該黒鉛質物とを均一に混合し、続いて該有機質物を加えて均一に混合することを特徴とする、請求項3記載の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料。 The non-aqueous lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the composite fine particles and the graphite material are uniformly mixed before the baking treatment, and then the organic material is added and mixed uniformly. Negative electrode material for secondary batteries. 前記焼成処理の前に、該複合体微粒子、該有機質物、及び該黒鉛質物のうち少なくともいずれか二つに対して、不活性雰囲気下で金属複合化粉砕処理を加えることにより均一に混合することを特徴とする、請求項3〜5のいずれか1項に記載の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料。 Prior to the firing treatment, at least any two of the composite fine particles, the organic matter, and the graphite matter are uniformly mixed by adding a metal composite grinding treatment under an inert atmosphere. The negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery according to any one of claims 3 to 5, wherein: 該黒鉛質物が、結晶面(002)の面間隔d002が0.348nm以下、且つ、積層の厚さが10nm以上であって、構造中に含まれる水素と炭素との原子比H/Cが0.1以下である黒鉛構造を有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料。 The graphite material has a crystal plane (002) spacing d 002 of 0.348 nm or less and a stack thickness of 10 nm or more, and an atomic ratio H / C between hydrogen and carbon contained in the structure is The negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the negative electrode material has a graphite structure of 0.1 or less. 該原料金属微粒子がSi微粒子であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料。 The negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the raw metal fine particles are Si fine particles. 該原料金属微粒子が、摩砕及び/又はせん断が加わる第一粉砕工程と衝撃応力が加わる第二粉砕工程とを有する粉砕処理を施されたことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料。 9. The raw material metal fine particles are subjected to a pulverization treatment including a first pulverization step in which grinding and / or shearing is applied and a second pulverization step in which impact stress is applied. The negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery according to item 1. 該複合体微粒子が、該原料金属微粒子の伸度よりも大きい伸度を有する該複合化金属を用い、該原料金属微粒子と該複合化金属との共存下、せん断,圧縮,及び衝撃応力のうち少なくとも一つが加わる金属複合化粉砕処理を施すことにより得られたものであることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料。 The composite fine particles use the composite metal having an elongation greater than that of the raw metal fine particles, and in the coexistence of the raw metal fine particles and the composite metal, The negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the negative electrode material is obtained by performing a metal composite pulverization treatment to which at least one is added. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の非水系リチウムイオン二次電池用負極材料を含有することを特徴とする、非水系リチウムイオン二次電池用負極。 A negative electrode for a non-aqueous lithium ion secondary battery, comprising the negative electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 10. 請求項11に記載の負極を具備してなることを特徴とする、非水系リチウムイオン二次電池。 A non-aqueous lithium ion secondary battery comprising the negative electrode according to claim 11.
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