特許 6594436 非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法、非水電解質二次電池の製造方法、非水電解質二次電池用負極の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6594436

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法、非水電解質二次電池の製造方法、非水電解質二次電池用負極の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/48 20100101AFI20191010BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20191010BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/48

   H01M4/139

【請求項の数】13

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2017-538857(P2017-538857)

(86)(22)【出願日】2016年8月29日

(86)【国際出願番号】JP2016003912

(87)【国際公開番号】WO2017043039

(87)【国際公開日】20170316

【審査請求日】2018年3月5日

(31)【優先権主張番号】特願2015-178612(P2015-178612)

(32)【優先日】2015年9月10日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2015-257097(P2015-257097)

(32)【優先日】2015年12月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002060

【氏名又は名称】信越化学工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000005887

【氏名又は名称】三井化学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(72)【発明者】

【氏名】加茂 博道

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 貴一

(72)【発明者】

【氏名】西浦 克典

(72)【発明者】

【氏名】大西 仁志

【審査官】 瀧 恭子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２３５５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３５４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２８３６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１９５５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２１４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０７６７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５５９２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ４／００−４／６２、１０／０５−１０／０５８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リチウムを含むケイ素化合物（ＳｉＯ_ｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法であって、
ケイ素化合物（ＳｉＯ_ｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を作製する工程と、
前記ケイ素化合物にリチウムを挿入する工程と、
前記リチウムが挿入されたケイ素化合物を、多環芳香族化合物若しくはその誘導体又はこれらの両方を含む溶液Ｂ（ただし、溶液Ｂは、溶媒としてエーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、及びアミン系溶媒から選ばれる１種以上を含むものである。）に接触させる工程と、
前記溶液Ｂと接触させたケイ素化合物を溶液Ｃ（ただし、溶液Ｃは、溶媒としてエーテル系材料、ケトン系材料、及びエステル系材料から選ばれる１種以上を含み、溶質として分子中にキノイド構造を持つ化合物を含むものである。）に接触させる工程と、
を有することを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。

【請求項2】

前記溶液Ｂに前記ケイ素化合物を接触させる工程において、前記ケイ素化合物を前記溶液Ｂに３分以上接触させることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。

【請求項3】

前記リチウム挿入工程において、リチウムを含む溶液Ａ（但し、溶液Ａは、溶媒がエーテル系溶媒のものである。）に、前記ケイ素化合物を３分以上接触させることにより、前記ケイ素化合物にリチウムを挿入することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。

【請求項4】

前記リチウムを含む溶液Ａとして、リチウム及び多環芳香族化合物若しくはその誘導体又は直鎖ポリフェニレン化合物若しくはその誘導体を含む溶液Ａ_１又はリチウム及びアミン類を含む溶液Ａ_２（但し、溶液Ａ_１及び溶液Ａ_２は、溶媒がエーテル系溶媒のものである。）を用いることを特徴とする請求項３に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。

【請求項5】

前記リチウムを含む溶液Ａとして、前記溶液Ａ_１を用いることを特徴とする請求項４に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。

【請求項6】

前記リチウムを含む溶液Ａ_１として、リチウム及び直鎖ポリフェニレン化合物若しくはその誘導体を含むものを用いることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。

【請求項7】

前記溶液Ｂに含まれる前記多環芳香族化合物として、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ペンタセン、ピレン、ピセン、トリフェニレン、コロネン、クリセン、及びこれらの誘導体のうち１種以上を用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。

【請求項8】

前記溶液Ａに含まれる前記多環芳香族化合物として、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ペンタセン、ピレン、ピセン、トリフェニレン、コロネン、クリセン、及びこれらの誘導体のうち１種以上を用い、前記溶液Ａに含まれる直鎖ポリフェニレン化合物としてビフェニル、ターフェニル、及びこれらの誘導体のうち１種以上を用いることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。

【請求項9】

前記分子中にキノイド構造を持つ化合物は、ベンゾキノン、キノジメタン、キノジイミン、又はそれらの誘導体であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。

【請求項10】

前記リチウム挿入工程の前に、前記ケイ素化合物を含む電極を形成する工程を含み、該電極に含まれるケイ素化合物に対して、前記リチウム挿入工程、前記溶液Ｂに接触させる工程、及び前記溶液Ｃに接触させる工程を施すことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。

【請求項11】

請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法で非水電解質二次電池用負極活物質を製造し、該非水電解質二次電池用負極活物質を含む電極を用いて非水電解質二次電池を製造することを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。

【請求項12】

リチウムを含むケイ素化合物（ＳｉＯ_ｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む負極活物質を含む非水電解質二次電池用負極の製造方法であって、
ケイ素化合物（ＳｉＯ_ｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む電極を形成する工程と、
前記電極に含まれるケイ素化合物にリチウムを挿入する工程と、
前記リチウムが挿入されたケイ素化合物を含む電極を、多環芳香族化合物若しくはその誘導体又はこれらの両方を含む溶液Ｂ（ただし、溶液Ｂは、溶媒としてエーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、及びアミン系溶媒から選ばれる１種以上を含むものである。）に接触させることで、前記ケイ素化合物に前記溶液Ｂを接触させる工程と、
前記溶液Ｂと接触させた電極を溶液Ｃ(ただし、溶液Ｃは、溶媒としてエーテル系材料、ケトン系材料、及びエステル系材料から選ばれる１種以上を含み、溶質として分子中にキノイド構造を持つ化合物を含むものである。)に接触させることで、前記ケイ素化合物に前記溶液Ｃを接触させる工程と、
を有することを特徴とする非水電解質二次電池用負極の製造方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法で製造された非水電解質二次電池用負極を備える非水電解質二次電池を製造することを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法、非水電解質二次電池の製造方法、非水電解質二次電池用負極の製造方法、及び非水電解質二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器が広く普及しており、さらなる小型化、軽量化、及び長寿命化が強く求められている。このような市場要求に対し、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。この二次電池は、小型の電子機器に限らず、自動車などに代表される大型の電子機器、家屋などに代表される電力貯蔵システムへの適用も検討されている。

【0003】

その中でも、リチウムイオン二次電池は小型かつ高容量化が行いやすく、また、鉛電池、ニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。

【0004】

リチウムイオン二次電池は、正極及び負極、セパレータと共に電解液を備えている。この負極は充放電反応に関わる負極活物質を含んでいる。

【0005】

負極活物質としては、炭素材料が広く使用されている一方で、最近の市場要求から、電池容量のさらなる向上が求められている。電池容量向上の要素として、負極活物質材として、ケイ素を用いることが検討されている。ケイ素の理論容量（４１９９ｍＡｈ／ｇ）は黒鉛の理論容量（３７２ｍＡｈ／ｇ）よりも１０倍以上大きいため、電池容量の大幅な向上が期待できるからである。負極活物質としてのケイ素材の開発はケイ素単体だけではなく、合金、酸化物に代表される化合物などについても検討されている。活物質形状は炭素材で標準的な塗布型から、集電体に直接堆積する一体型まで検討されている。

【0006】

しかしながら、負極活物質としてケイ素を主原料として用いると、充放電時に負極活物質粒子が膨張収縮するため、主に負極活物質粒子の表層近傍が割れやすくなる。また、活物質内部にイオン性物質が生成し、負極活物質粒子が割れやすくなる。負極活物質粒子の表層が割れることで新生面が生じ、負極活物質粒子の反応面積が増加する。この時、新生面において電解液の分解反応が生じるとともに、新生面に電解液の分解物である被膜が形成されるため電解液が消費される。このため、電池のサイクル特性が低下しやすくなる。

【0007】

これまでに、電池の初期効率やサイクル特性を向上させるために、ケイ素材を主材としたリチウムイオン二次電池用負極材料、電極構成についてさまざまな検討が成されている。

【0008】

具体的には、良好なサイクル特性や高い安全性を得る目的で、気相法を用いケイ素及びアモルファス二酸化ケイ素を同時に堆積させている（例えば特許文献１参照）。また、高い電池容量や安全性を得るために、ケイ素酸化物粒子の表層に炭素材（電子伝導材）を設けている（例えば特許文献２参照）。更に、サイクル特性を改善するとともに高入出力特性を得るために、ケイ素及び酸素を含有する活物質を作製し、かつ集電体近傍での酸素比率が高い活物質層を形成している（例えば特許文献３参照）。また、サイクル特性を向上させるために、ケイ素活物質中に酸素を含有させ、平均酸素含有量が４０ａｔ％以下であり、かつ集電体に近い場所で酸素含有量が多くなるように形成している（例えば、特許文献４参照）。

【0009】

また、初回充放電効率を改善するためにＳｉ相、ＳｉＯ_２、Ｍ_ｙＯ金属酸化物を含有するナノ複合体を用いている（例えば特許文献５参照）。また、初回充放電効率を改善するためにＬｉ含有物を負極に添加し、負極電位が高いところでＬｉを分解しＬｉを正極に戻すプレドープを行っている（例えば特許文献６参照）。

【0010】

また、サイクル特性改善のため、ＳｉＯｘ（０．８≦ｘ≦１．５、粒径範囲＝１μｍ〜５０μｍ）と炭素材を混合し高温焼成している（例えば特許文献７参照）。また、サイクル特性改善のために、負極活物質中におけるケイ素に対する酸素のモル比を０．１〜１．２とし、活物質と集電体との界面近傍における、ケイ素量に対する酸素量のモル比の最大値と最小値との差が０．４以下となる範囲で活物質の制御を行っている（例えば、特許文献８参照）。また、電池負荷特性を向上させるため、リチウムを含有した金属酸化物を用いている（例えば特許文献９参照）。また、サイクル特性を改善させるために、ケイ素材表層にシラン化合物などの疎水層を形成している（例えば、特許文献１０参照）。

【0011】

また、サイクル特性改善のため、酸化ケイ素を用い、その表層に黒鉛被膜を形成することで導電性を付与している（例えば、特許文献１１参照）。この場合、特許文献１１では、黒鉛被膜に関するラマンスペクトルから得られるシフト値に関して、１３３０ｃｍ^−１及び１５８０ｃｍ^−１にブロードなピークが現れるとともに、それらの強度比Ｉ_１３３０／Ｉ_１５８０が１．５＜Ｉ_１３３０／Ｉ_１５８０＜３である。

【0012】

また、高い電池容量、サイクル特性の改善のため、二酸化ケイ素中に分散されたケイ素微結晶相を有する粒子を用いている（例えば、特許文献１２参照）。また、過充電、過放電特性を向上させるために、ケイ素と酸素の原子数比を１：ｙ（０＜ｙ＜２）と制御したケイ素酸化物を用いている（例えば、特許文献１３参照）。

【0013】

また、高い電池容量、初回効率改善のため、合金系の材料をアルカリ金属および多環芳香族化合物を含む溶液に接触させ、さらに、アルカリ金属元素を脱離する液体に浸す方法がある（たとえば、特許文献１４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２００１−１８５１２７号公報

【特許文献2】特開２００２−０４２８０６号公報

【特許文献3】特開２００６−１６４９５４号公報

【特許文献4】特開２００６−１１４４５４号公報

【特許文献5】特開２００９−０７０８２５号公報

【特許文献6】特表２０１３−５１３２０６号公報

【特許文献7】特開２００８−２８２８１９号公報

【特許文献8】特開２００８−２５１３６９号公報

【特許文献9】特開２００８−１７７３４６号公報

【特許文献10】特開２００７−２３４２５５号公報

【特許文献11】特開２００９−２１２０７４号公報

【特許文献12】特開２００９−２０５９５０号公報

【特許文献13】特許第２９９７７４１号公報

【特許文献14】特開２００５−２３５４３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

上述のように、近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器は高性能化、多機能化がすすめられており、その主電源である二次電池、特にリチウムイオン二次電池は電池容量の増加が求められている。この問題を解決する１つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極からなる非水電解質二次電池の開発が望まれている。また、ケイ素材を用いた非水電解質二次電池は炭素材を用いた非水電解質二次電池と同等に近いサイクル特性が望まれている。

【0016】

そこで、Ｌｉの挿入、一部脱離により改質されたケイ素酸化物を負極活物質として使用することで、電池のサイクル維持率、及び初回効率を改善してきた。しかしながら、改質後のケイ素酸化物はＬｉを用いて改質されたため、比較的耐水性が低い。そのため、負極の製造時に作製する、改質後のケイ素酸化物を含むスラリーの安定化が不十分となりやすいという問題があった。

【0017】

また、特許文献１４に開示された方法によって、改質後の合金系材料からアルカリ金属を脱離しても、合金系材料の活性が依然高いままであるため、電極作製工程で、合金系材料を水系スラリー化する時にＬｉ金属と同等の活性を持つＬｉ合金が、水やバインダと激しく反応（発火や溶媒の沸騰を伴う反応）し、スラリー化が難しくなるという問題があった。また、このような急激な反応により、必要以上に高温となった状態を経たスラリーを用いて非水電解質二次電池を作製すると、電池特性の悪化が生じるという問題があった。また、合金系材料を電極としてからこの手法を適用すると、Ｌｉ分の失活が不十分であるため、低湿度環境（室温２０度で露点−２０℃以下）において失活が見られ、表面にＬｉ酸化物、水酸化物、炭酸塩などの余分なＬｉ化合物が生じ、電池特性が低下するという問題があった。

【0018】

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、電池容量を増加させ、サイクル特性を向上させることが可能な非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法、非水電解質二次電池の製造方法、及び非水電解質二次電池用負極の製造方法を提供することを目的とする。また、電池容量が大きく、高いサイクル特性を有する非水電解質二次電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上記目的を達成するために、本発明は、リチウムを含むケイ素化合物（ＳｉＯ_ｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法であって、ケイ素化合物（ＳｉＯ_ｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を作製する工程と、前記ケイ素化合物にリチウムを挿入する工程と、前記リチウムが挿入されたケイ素化合物を、多環芳香族化合物若しくはその誘導体又はこれらの両方を含む溶液Ｂ（ただし、溶液Ｂは、溶媒としてエーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、及びアミン系溶媒から選ばれる１種以上を含むものである。）に接触させる工程と、前記溶液Ｂと接触させたケイ素化合物を溶液Ｃ（ただし、溶液Ｃは、溶媒としてエーテル系材料、ケトン系材料、及びエステル系材料から選ばれる１種以上を含み、溶質として分子中にキノイド構造を持つ化合物を含むものである。）に接触させる工程と、を有することを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法を提供する。

【0020】

本発明の負極活物質の製造方法では、リチウムを挿入されたケイ素化合物を溶液Ｂに接触させ、活性なＬｉの一部をケイ素化合物から脱離させることで、次の溶液Ｃと接触させる工程で急激な反応（発火や溶媒の沸騰を伴う反応）が起こることを防止する。また、溶液Ｃの溶媒として、エーテル系材料、ケトン系材料、及びエステル系材料を用いれば、溶媒分子に含まれるプロトンの活性が低いため、リチウムを挿入されたケイ素化合物からのＬｉの脱離反応における副反応が起こり難い。また、溶液Ｃの溶質である、分子中にキノイド構造を持つ化合物は、上記のような溶媒中で、活性なＬｉを含むケイ素化合物から、Ｌｉを引き抜き、Ｌｉとキノン類体の塩となって溶媒に溶解するため、平衡状態となるまでＬｉを引き抜くことが可能である。

【0021】

このとき、前記溶液Ｂに前記ケイ素化合物を接触させる工程において、前記ケイ素化合物を前記溶液Ｂに３分以上接触させることが好ましい。

【0022】

ケイ素化合物を溶液Ｂに３分以上接触させることで、活性なＬｉをより十分に脱離することができる。

【0023】

またこのとき、前記リチウム挿入工程において、リチウムを含む溶液Ａ（但し、溶液Ａは、溶媒がエーテル系溶媒のものである。）に、前記ケイ素化合物を３分以上接触させることにより、前記ケイ素化合物にリチウムを挿入することが好ましい。

【0024】

このようにすれば、温度を大きく上げることなくＬｉを挿入できる。これにより、ケイ素化合物中に、サイクル特性の悪化の原因となる結晶性のＬｉシリケートが生成し難く、サイクル特性の悪化を防止できる。また、溶液Ａに３分以上接触させることで、ケイ素化合物にＬｉをより十分に挿入することができる。

【0025】

このとき、前記リチウムを含む溶液Ａとして、リチウム及び多環芳香族化合物若しくはその誘導体又は直鎖ポリフェニレン化合物若しくはその誘導体を含む溶液Ａ_１又はリチウム及びアミン類を含む溶液Ａ_２（但し、溶液Ａ_１及び溶液Ａ_２は、溶媒がエーテル系溶媒のものである。）を用いることが好ましい。

【0026】

リチウムを含む溶液Ａとして、これらのような溶液を使用すれば、ケイ素化合物へのより均一なＬｉの挿入を行うことができ、また、効率良くＬｉの挿入を行うことができる。

【0027】

またこのとき、本発明の負極活物質の製造方法において、前記リチウムを含む溶液Ａとして、前記溶液Ａ_１を用いることが好ましい。

【0028】

溶液Ａ_１を使用した場合、特に効率よくＬｉの挿入を行うことができる。溶液Ａ_１として、特に直鎖ポリフェニレン化合物若しくはその誘導体を含む溶液を使用した場合、特に効率よくＬｉ挿入を行うことができる。

【0029】

このとき、前記多環芳香族化合物として、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ペンタセン、ピレン、ピセン、トリフェニレン、コロネン、クリセン、及びこれらの誘導体のうち１種以上を用い、直鎖ポリフェニレン化合物としては、芳香環が単結合で直鎖状に連結した化合物、すなわちビフェニル、ターフェニル、及びこれらの誘導体のうち１種以上を用いることが好ましい。トリフェニレンは芳香環の結合が環状であるため、直鎖ポリフェニレン化合物ではなく、多環芳香族化合物に分類する。

【0030】

上記の溶液Ａ_１及び溶液Ｂに含まれる多環芳香族化合物、及び溶液Ａ_１に含まれる直鎖ポリフェニレン化合物としては、これらのようなものを用いることができる。

【0031】

またこのとき、前記分子中にキノイド構造を持つ化合物は、ベンゾキノン、キノジメタン、キノジイミン、又はそれらの誘導体であることが好ましい。

【0032】

溶液Ｃの溶質としては、これらのようなものを用いることができる。分子中にキノイド構造を持つ化合物の中でも、特に、これらの化合物を用いれば、溶媒中で、活性なＬｉを含むケイ素化合物から、効率よく活性なＬｉを引き抜くことが可能である。

【0033】

このとき、前記リチウム挿入工程の前に、前記ケイ素化合物を含む電極を形成する工程を含み、該電極に含まれるケイ素化合物に対して、前記リチウム挿入工程、前記溶液Ｂに接触させる工程、及び前記溶液Ｃに接触させる工程を施すことができる。

【0034】

本発明の負極活物質の製造方法では、ケイ素化合物を電極の状態にしてから、リチウムの挿入、溶液Ｂ、溶液Ｃとの接触工程を行ってよい。このようにして負極活物質を作製した場合、予め、ケイ素化合物に含まれる活性なＬｉ分を失活させているため、低湿度環境でも活物質の表面に余分なＬｉ化合物が生じ難く、電池特性の悪化を抑制できる。

【0035】

また、本発明は、上記目的を達成するために、上記のいずれかに記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法で非水電解質二次電池用負極活物質を製造し、該非水電解質二次電池用負極活物質を含む電極を用いて非水電解質二次電池を製造することを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法を提供する。

【0036】

このようにすれば、電極作製時の発熱や、電極表面の余分なＬｉ化合物の生成などに起因する電池特性の悪化が抑制されるため、良好な電池特性を有する非水電解質二次電池を製造することができる。

【0037】

また、上記目的を達成するために、本発明は、リチウムを含むケイ素化合物（ＳｉＯ_ｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む負極活物質を含む非水電解質二次電池用負極の製造方法であって、ケイ素化合物（ＳｉＯ_ｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を含む電極を形成する工程と、前記電極に含まれるケイ素化合物にリチウムを挿入する工程と、前記リチウムが挿入されたケイ素化合物を含む電極を、多環芳香族化合物若しくはその誘導体又はこれらの両方を含む溶液Ｂ（ただし、溶液Ｂは、溶媒としてエーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、及びアミン系溶媒から選ばれる１種以上を含むものである。）に接触させることで、前記ケイ素化合物に前記溶液Ｂを接触させる工程と、前記溶液Ｂと接触させた電極を溶液Ｃ(ただし、溶液Ｃは、溶媒としてエーテル系材料、ケトン系材料、及びエステル系材料から選ばれる１種以上を含み、溶質として分子中にキノイド構造を持つ化合物を含むものである。)に接触させることで、前記ケイ素化合物に前記溶液Ｃを接触させる工程と、を有することを特徴とする非水電解質二次電池用負極の製造方法を提供する。

【0038】

このような方法によれば、予め、ケイ素化合物に含まれる活性なＬｉ分を失活させているため、低湿度環境であっても活物質の表面に余分なＬｉ化合物が生じ難い負極を製造できる。これにより、この方法によって製造された負極を用いた非水電解質二次電池の電池特性の悪化を抑制できる。

【0039】

また、本発明は、上記目的を達成するために、上記の非水電解質二次電池用負極の製造方法で製造された非水電解質二次電池用負極を備えることを特徴とする非水電解質二次電池を提供する。

【0040】

上記のような方法により負極を製造すれば、電極作製時の発熱や、電極表面の余分なＬｉ化合物の生成を防止できるため、このような負極を備えた非水電解質二次電池は良好な電池特性を有する。

【発明の効果】

【0041】

本発明の負極活物質の製造方法及び負極の製造方法は、非水電解質二次電池に用いた際に、高容量で良好なサイクル特性及び初期充放電特性が得られる負極活物質及び負極を製造できる。

【0042】

また、本発明の製造方法により製造された負極活物質を含む二次電池においても同様の特性を得ることができる。また、この二次電池を用いた電子機器、電動工具、電気自動車及び電力貯蔵システム等でも同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明の負極活物質の製造方法の一例を示すフロー図である。

【図2】負極活物質を用いた負極の構成の一例を示す概略断面図である。

【図3】非水電解質二次電池（ラミネートフィルム型リチウムイオン二次電池）の構成の一例を示す分解図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0045】

前述のように、非水電解質二次電池の電池容量を増加させる１つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極を非水電解質二次電池の負極として用いることが検討されている。

【0046】

このケイ素材を用いた非水電解質二次電池は、炭素材を用いた非水電解質二次電池と同等に近いサイクル特性が望まれているが、炭素材を用いた非水電解質二次電池と同等のサイクル安定性を示す負極材は提案されていなかった。また、特に酸素を含むケイ素化合物は、炭素材と比較し初回効率が低いため、その分電池容量の向上は限定的であった。

【0047】

そこで、Ｌｉの挿入、一部脱離により改質されたケイ素酸化物を負極活物質として使用することで、電池のサイクル維持率、及び初回効率を改善してきた。しかしながら、改質後のケイ素酸化物はＬｉを用いて改質されたため、耐水性が比較的低い。そのため、負極の製造時に、スラリーに対する改質後のケイ素酸化物の安定化が不十分となりやすいという問題があった。また、負極を形成してから負極中のケイ素化合物を、Ｌｉを用いて改質する場合においても、改質後のケイ素化合物中のＬｉ分の失活が不十分であるため、乾燥空気中で放置すると、徐々にＬｉ分の失活が起こり、表面にＬｉ酸化物、水酸化物、炭酸塩などが生じ、電池特性が低下するという問題があった。

【0048】

そこで、発明者らは、非水電解質二次電池に用いた際に、良好なサイクル特性及び初回効率が得られる負極活物質の製造方法及び負極の製造方法について鋭意検討を重ね、本発明に至った。

【0049】

本発明の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法は、図１に示すように、まず、ケイ素化合物（ＳｉＯ_ｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を作製する工程を実施する（図１の工程１）。続いて、ケイ素化合物にリチウムを挿入する工程を実施する（図１の工程２）。このとき、リチウム挿入工程の前に、予め、ケイ素化合物を含む電極を形成する工程を実施しても良い（図１の工程５）。

【0050】

続いて、リチウムが挿入されたケイ素化合物を、多環芳香族化合物若しくはその誘導体又はこれらの両方を含む溶液Ｂ（ただし、溶液Ｂは、溶媒としてエーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、及びアミン系溶媒から選ばれる１種以上を含むものである。）に接触させる工程を実施する（図１の工程３）。続いて、溶液Ｂと接触させたケイ素化合物を溶液Ｃ（ただし、溶液Ｃは、溶媒としてエーテル系材料、ケトン系材料、及びエステル系材料から選ばれる１種以上を含み、溶質として分子中にキノイド構造を持つ化合物を含むものである。）に接触させる工程（図１の工程４）を実施する。また、工程５を経て、電極の状態にしてから工程３、４を実施する場合は、例えば、電極を溶液Ｂ、溶液Ｃに浸漬したり、溶液Ｂ、溶液Ｃを電極にふりかけるなどしたりして、電極に含まれているケイ素化合物に溶液Ｂ、溶液Ｃを接触させればよい。

【0051】

このような本発明の製造方法で製造されたケイ素化合物を含む負極活物質は、ケイ素化合物を主体とするケイ素系活物質であるので、電池容量を大きくすることができる。また、ケイ素化合物に、Ｌｉを含ませることで、ケイ素系活物質を含む電池の初回充放電に際し、不可逆容量が低減される。また、本発明の負極活物質の製造方法が、ケイ素化合物に含まれるＬｉの不活性化工程である、図１の工程３及び工程４を含むことにより、ケイ素化合物に含まれるＬｉが十分に失活するので、負極活物質が水系スラリーと激しい反応を起こし難いものとなる。

【0052】

また、ケイ素化合物を電極の状態にしてから、リチウムの挿入、溶液Ｂ、溶液Ｃとの接触工程（工程２〜工程４）を行った場合、予め、ケイ素化合物に含まれる活性なＬｉ分を失活させているため、活物質の表面に余分なＬｉ化合物が生じ難いため、電池特性の悪化を抑制できる。

【0053】

続いて、本発明の負極活物質の製造方法をより具体的に説明する。

【0054】

＜１．負極活物質の製造方法＞
まず、ケイ素化合物（ＳｉＯ_ｘ：０．５≦ｘ≦１．６）を作製する（図１の工程１）。このような、一般式ＳｉＯ_ｘ（但し、０．５≦ｘ≦１．６）で表されるケイ素化合物は、例えば、以下のような手法により作製できる。まず、酸化珪素ガスを発生する原料を不活性ガスの存在下もしくは減圧下９００℃〜１６００℃の温度範囲で加熱し、酸化ケイ素ガスを発生させる。この場合、原料は金属珪素粉末と二酸化珪素粉末との混合物を用いることができ、金属珪素粉末の表面酸素及び反応炉中の微量酸素の存在を考慮すると、混合モル比が、０．８＜金属珪素粉末／二酸化珪素粉末＜１．３の範囲であることが望ましい。原料から発生したガスは吸着板に堆積される。続いて、反応炉内温度を１００℃以下に下げた状態で堆積物を取出し、ボールミル、ジェットミルなどを用いて粉砕、粉末化を行う。なお、ケイ素化合物のＳｉ結晶子のサイズ等の結晶性は、仕込み範囲（混合モル比）や原料の加熱温度を調整することによって制御することができる。また、結晶性はケイ素化合物の生成後、熱処理することで制御することもできる。

【0055】

特に、ケイ素化合物は、Ｘ線回折により得られるＳｉ（１１１）結晶面に起因する回折ピークの半値幅（２θ）が１．２°以上であると共に、その結晶面に起因する結晶子サイズが７．５ｎｍ以下であるものを作製することが好ましい。

【0056】

このような半値幅及び結晶子サイズを有するケイ素化合物は、結晶性が低くＳｉ結晶の存在量が少ないため、電池特性を向上させることができる。また、このような結晶性の低いケイ素化合物が存在することで、安定的なＬｉ化合物の生成を行うことができる。

【0057】

また、作製するケイ素化合物の組成としてはｘが１に近い方が好ましい。これは、高いサイクル特性が得られるからである。また、本発明におけるケイ素化合物の組成は必ずしも純度１００％を意味しているわけではなく、微量の不純物元素を含んでいても良い。

【0058】

また、ケイ素化合物には炭素材料が複合化されていてもよい。複合化の方法としては、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりケイ素化合物の表面に炭素被膜を作成する方法や、物理的にケイ素化合物と炭素材料を混合する方法などがある。ケイ素化合物に炭素材料を複合化することで、高い導電性を付与することが可能である。

【0059】

特に、ケイ素化合物の表面に炭素被膜を生成する手法としては、熱ＣＶＤ法が望ましい。熱ＣＶＤ法では、まず、ケイ素化合物を炉内にセットする。続いて、炉内に炭化水素ガスを充満させ炉内温度を昇温させる。炉内温度を上昇させることで、炭化水素ガスが分解し、ケイ素化合物の表面に炭素被膜が形成される。炭化水素ガスの分解温度は、特に限定されないが、１２００℃以下が望ましく、特に望ましいのは９５０℃以下である。これは、ケイ素化合物の意図しない不均化を抑制することが可能であるからである。

【0060】

熱ＣＶＤ法によって炭素被膜を生成する場合、例えば、炉内の圧力、温度を調節することによって、炭素被膜の被覆率や厚さを調節しながら炭素被膜を粉末材料の表層に形成することができる。

【0061】

熱ＣＶＤ法で使用する炭化水素ガスは特に限定することはないが、Ｃ_ｎＨ_ｍ組成のうち３≧ｎが望ましい。製造コストを低くすることができ、分解生成物の物性が良いからである。

【0062】

続いて、ケイ素化合物にリチウムを挿入する（図１の工程２）。このとき、リチウム挿入工程の前に、予め、ケイ素化合物を含む電極を形成しておいても良い（図１の工程５）。

【0063】

本発明の負極活物質はリチウムイオンを吸蔵、放出可能なケイ素化合物を含有している。そして、この本発明の製造方法を適用したケイ素化合物の表面、内部、又はその両方にはＬｉが含まれている。このようなＬｉが含まれるケイ素化合物は、リチウムの挿入によって、ケイ素化合物の内部に生成したＳｉＯ_２成分の一部をＬｉ化合物へ選択的に改質（以下、選択的改質という）することにより得ることができる。

【0064】

より具体的には、リチウムを含む溶液Ａ（但し、溶液Ａは、溶媒がエーテル系溶媒のものである。）に、ケイ素化合物を３分以上接触させることにより、ケイ素化合物にリチウムを挿入することができる。また、リチウムを含む溶液Ａとして、リチウム及び多環芳香族化合物若しくはその誘導体又は直鎖ポリフェニレン化合物若しくはその誘導体を含む溶液Ａ_１又はリチウム及びアミン類を含む溶液Ａ_２（但し、溶液Ａ_１及び溶液Ａ_２は、溶媒がエーテル系溶媒のものである。）を用いることが好ましい。

【0065】

このように、溶液Ａ（但し、溶媒がエーテル系溶媒のものである。）をケイ素化合物に接触させることで、リチウムを挿入する方法を用いると、例えば、ケイ素化合物と金属リチウムを混合して加熱する熱ドープ法などを用いる場合と比較し、ケイ素化合物内部の不均化が抑えられ、サイクル特性がより向上する。また、リチウムは多環芳香族化合物や直鎖ポリフェニレン化合物やアミン類と錯化して溶液に溶解するため、ケイ素化合物へのより均一なＬｉ挿入が行える。中でも、リチウム及び多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物などを含む溶液Ａ_１を用いることが特に好ましい。これは、溶液Ａ_１によるリチウムの挿入反応は室温付近で取り扱え、なおかつリチウムが多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物と錯化して溶液に溶解するため、ケイ素化合物へのより均一なＬｉ挿入が行えるためである。また、溶媒としてエーテル系溶媒を用いることで、リチウムと多環芳香族化合物や直鎖ポリフェニレン化合物やアミン類との錯体がより安定するため、ケイ素化合物へのリチウム挿入が効率よく起こる。

【0066】

このような手法による選択的改質では、Ｌｉをケイ素化合物に挿入する過程で、温度を大きく上げないため、結晶性Ｌｉシリケートの生成を抑制することができる。結晶性のＬｉシリケートの生成を抑制できれば、ケイ素化合物内のＬｉイオン伝導性が向上し、さらにケイ素化合物内の結晶化が進み難くなるため、サイクル特性が一層向上する。

【0067】

溶液Ａ、Ａ_１、Ａ_２に用いるエーテル系溶媒としては、ジエチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、又はこれらの混合溶媒等を用いることができる。この中でも特にテトラヒドロフラン、ジオキサン、１，２−ジメトキシエタンを用いることが好ましい。これらの溶媒は、脱水されていることが好ましく、脱酸素されていることが好ましい。

【0068】

また、溶液Ａ_１に含まれる多環芳香族化合物としては、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ペンタセン、ピレン、ピセン、トリフェニレン、コロネン、クリセン及びこれらの誘導体のうち１種類以上を用い、溶液Ａ_１に含まれる直鎖ポリフェニレン化合物としては、ビフェニル、ターフェニル、及びこれらの誘導体のうち１種類以上を用いることができる。

【0069】

溶液Ａ_１中の多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物の濃度としては、１０^−２ｍｏｌ／Ｌから５ｍｏｌ／Ｌの間が好ましく、１０^−１ｍｏｌ／Ｌから３ｍｏｌ／Ｌの間がより好ましい。多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物の濃度が１０^−２ｍｏｌ／Ｌ以上であれば、リチウム金属と多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物との反応が進みやすく、反応時間を短縮できる。多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物の濃度が、５ｍｏｌ／Ｌ以下であれば、多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物とリチウム金属との反応物がケイ素化合物に付着し難く、ケイ素化合物粉末の分離が容易となる。また、負極活物質を非水電解質二次電池とした際に、反応残が電解液に流出せず、副反応による電池特性の低下を抑制できる。また、リチウム金属は、多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物に対し、０．５当量以上含まれていることが好ましく、一部が溶解していなくてもよい。

【0070】

また、溶液Ａ_２に含まれるアミン類としては、ジメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、エチレンジアミン、トリエチレントリアミンなどを用いることができる。

【0071】

また、ケイ素化合物と溶液Ａ、Ａ_１、又はＡ_２とケイ素化合物を接触させる時間は、３分以上１００時間以下とすることが好ましい。接触時間が３分以上であれば、十分なリチウムのドープ量が得られる。また、接触時間が１００時間となった時点で、ケイ素化合物へのリチウム挿入がほぼ平衡状態に達する。また、反応温度は−２０℃から２００℃が好ましく、さらに０℃から５０℃が好ましい。この中でも特に反応温度を２０℃付近とすることが好ましい。上記のような温度範囲であれば、反応速度の低下が起こり難く、かつ、副反応によるリチウム化合物の沈殿等が生じ難いため、ケイ素化合物からのリチウム挿入反応の反応率が向上する。

【0072】

続いて、リチウムが挿入されたケイ素化合物を、多環芳香族化合物若しくはその誘導体又はこれらの両方を含む溶液Ｂ（ただし、溶液Ｂは、溶媒としてエーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、及びアミン系溶媒から選ばれる１種以上を含むものである。）に接触させる（図１の工程３）。

【0073】

溶液Ｂ中の多環芳香族化合物は、ケイ素化合物中に含まれるリチウムと反応し、錯体を形成する。この錯体が安定なものであるため、ケイ素化合物からのリチウム脱離が進む。また、上記のような溶媒中では、多環芳香族化合物とリチウムとの錯体が一時的に、あるいは持続的に安定して存在することが可能で、急激な反応（発火や溶媒の沸騰を伴う反応）を起こさず穏やかにリチウムがケイ素化合物から脱離する。

【0074】

このようにして、工程３において、活性なＬｉの一部をケイ素系材料から脱離させることで、次の工程４で急激な反応が起こることを抑制できる。なお、工程３を経るのみでは活性なＬｉの脱離が不十分であり、この状態で電極を作製しようとすると水系スラリー作製時にスラリー中の水分あるいはバインダとの反応が起こり、時には大きな発熱が生じ、塗工可能な水系スラリーが得られない、あるいは得られても、発熱により、活物質中のＬｉ分が溶出し、電池特性の向上がみられない。ケイ素化合物を電極としてから工程３を経たものについても、Ｌｉ分の失活が不十分であるため、乾燥空気中（露点−２０℃以下）で放置すると、徐々にＬｉ分の失活が起こり、表面にＬｉ酸化物、水酸化物、炭酸塩などが生じ、電池特性が低下する原因となる。そのため、本発明のように次工程である工程４を行い、活性なリチウムをさらに失活させる必要が有る。

【0075】

溶液Ｂに含まれる多環芳香族化合物としては、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ペンタセン、ピレン、ピセン、トリフェニレン、コロネン、クリセン及びこれらの誘導体のうち１種類以上を用いることができる。

【0076】

また、エーテル系溶媒としては、ジエチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、及びテトラエチレングリコールジメチルエーテル等を用いることができる。

【0077】

ケトン系溶媒としては、アセトン、アセトフェノン等を用いることができる。

【0078】

エステル系溶媒としては、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、及び酢酸イソプロピル等を用いることができる。

【0079】

アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、及びイソプロピルアルコール等を用いることができる。

【0080】

アミン系溶媒としては、メチルアミン、エチルアミン、及びエチレンジアミン等を用いることができる。

【0081】

また、上記のエーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、及びアミン系溶媒のうち、２種以上を組み合わせた混合溶媒等を用いても良い。

【0082】

溶液Ｂ中の多環芳香族化合物の濃度は、１０^−２ｍｏｌ／Ｌから５ｍｏｌ／Ｌの間が好ましく、特に１０^−１ｍｏｌ／Ｌから３ｍｏｌ／Ｌの間が好ましい。多環芳香族化合物の濃度が１０^−２ｍｏｌ／Ｌ以上であれば、リチウム金属と多環芳香族化合物との反応が進みやすく、脱離反応の時間を短縮できる。多環芳香族化合物の濃度が、５ｍｏｌ／Ｌ以下であれば、多環芳香族化合物とリチウム金属との反応物がケイ素化合物に付着し難く、ケイ素化合物粉末の分離が容易となる。また、負極活物質を非水電解質二次電池とした際に、反応残が電解液に流出せず、副反応による電池特性の低下を抑制できる。

【0083】

また、溶液Ｂとケイ素化合物を接触させる時間は、３分以上１００時間以下とすることが好ましい。接触時間が３分以上であれば、十分なリチウムの引き抜き量が得られる。また、接触時間が１００時間となった時点で、ケイ素化合物から溶液Ｂへのリチウムの脱離がほぼ平衡状態に達する。また、反応温度は−２０℃から２００℃が好ましく、さらに０℃から５０℃が好ましい。特に、反応温度は２０℃付近とすることが好ましい。上記のような温度範囲であれば、反応速度の低下が起こり難く、かつ、副反応によるリチウム化合物の沈殿等が生じ難いため、ケイ素化合物からのリチウムの脱離率が向上するためである。

【0084】

また、工程３において、溶液Ｂを新しいものに取り換えながら、ケイ素化合物と溶液Ｂを複数回接触させてもよい。

【0085】

続いて、溶液Ｂと接触させたケイ素化合物を溶液Ｃ（ただし、溶液Ｃは、溶媒としてエーテル系材料、ケトン系材料、及びエステル系材料から選ばれる１種以上を含み、溶質として分子中にキノイド構造を持つ化合物を含むものである。）に接触させる（図１の工程４）。

【0086】

溶液Ｃの溶質である、分子中にキノイド構造を持つ化合物は、上記のような溶媒中で、活性なＬｉを含むケイ素化合物から、Ｌｉを引き抜き、Ｌｉとキノン類体の塩となって溶媒に溶解するため、平衡状態となるまでＬｉを引き抜くことが可能である。

【0087】

また、エーテル系材料、ケトン系材料、及びエステル系材料のような溶媒中では、溶媒分子に含まれるプロトンの活性が低く、とりわけエーテル系溶媒ではその活性が特に低いため、リチウムを挿入されたケイ素化合物からのＬｉの脱離反応における副反応が起こり難い。

【0088】

このように、工程４において、溶液Ｃとケイ素化合物を接触させることにより活性なＬｉを完全に失活させる。これにより、水系スラリーへの、Ｌｉを含むケイ素系活物質の適用を可能にしている。また、ケイ素化合物を電極としてから工程２〜４を経たものについても、Ｌｉが十分失活しており、空気中での保管にも耐えうる耐性を持つ電極となる。

【0089】

溶液Ｃの溶媒として用いるエーテル系材料としては、ジエチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、及びテトラエチレングリコールジメチルエーテル、又はこれらの混合溶媒等を用いることができる。

【0090】

溶液Ｃの溶媒として用いるケトン系材料としては、アセトン及びアセトフェノン、又はこれらの混合溶媒等を用いることができる。

【0091】

溶液Ｃの溶媒として用いるエステル系材料としては、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、及び酢酸イソプロピル、又はこれらの混合溶媒等を用いることができる。

【0092】

また、上記のエーテル系材料、ケトン系材料、及びエステル系材料のうち、２種以上を組み合わせた混合溶媒等を用いても良い。

【0093】

また、溶液Ｃの溶質として用いる分子中にキノイド構造を持つ化合物としては、ベンゾキノン、キノジメタン、キノジイミン、又はそれらの誘導体を用いることができる。キノイド構造とは、キノン構造又は単にキノイドとも呼ばれ、通常の芳香族化合物の環内二重結合が１つ減って、代わりにパラ又はオルト位置に環外二重結合２個を持つ構造である。溶液Ｃの溶質として用いる分子中のキノイド構造は、ｐ−キノイド及びｏ−キノイドのいずれであっても良い。なお、「分子中にキノイド構造を持つ化合物」とは、例えば、分子中に下記の式（１）又は式（２）で表される構造を有する化合物である。

【0094】

【化1】

【0095】

【化2】

【0096】

上記式（１）のＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、及びＲ^４は、それぞれ独立に、水素原子若しくは置換基を表していても良いし、又は、Ｒ^１とＲ^２と、若しくは、Ｒ^３とＲ^４とが、互いに結合して、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、及びＲ^４のそれぞれが結合している炭素原子と共に置換基を有していても良い環、特に芳香環を形成していても良い。この芳香環としては、ベンゼン環及びナフタレン環などが挙げられる。Ｘ^１及びＸ^２は、例えば、酸素原子を表していても良く、窒素原子を含み、その窒素原子が上記式（１）に示す炭素環を構成する炭素と二重結合を形成している原子団を表していても良く、又は炭素原子を含み、その炭素原子が上記式（１）に示す炭素環を構成する炭素と二重結合を形成している原子団を表していても良い。

【0097】

上記式（２）のＲ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、及びＲ^８は、それぞれ独立に、水素原子若しくは置換基を表していても良いし、Ｒ^５とＲ^６と、Ｒ^６とＲ^７と、若しくは、Ｒ^７とＲ^８とが、互いに結合して、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、及びＲ^８のそれぞれが結合している炭素原子と共に置換基を有していても良い環、特に芳香環を形成していても良い。この芳香環としては、ベンゼン環及びナフタレン環などが挙げられる。Ｘ^３及びＸ^４は、上記式（１）と同様に、例えば、酸素原子を表していても良く、窒素原子を含み、その窒素原子が上記式（２）に示す炭素環を構成する炭素と二重結合を形成している原子団を表していても良く、又は炭素原子を含み、その炭素原子が上記式（２）に示す炭素環を構成する炭素と二重結合を形成している原子団を表していても良い。

【0098】

本発明において用いることができる、分子中にキノイド構造を持つ化合物として、好ましいものとして、より具体的には、ｐ−ベンゾキノン、ｏ−ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノン、テトラシアノキノジメタン、Ｎ，Ｎ’−ジシアノキノジイミン及びそれらの誘導体が挙げられる。

【0099】

また、反応時に用いる溶液Ｃ中の溶質（分子中にキノイド構造を持つ化合物）の濃度は、１０^−３ｍｏｌ／Ｌ以上１×１０^０ｍｏｌ／Ｌ以下であれば良好な電池特性が得られる。

【0100】

以上のようにして、本発明の負極活物質の製造方法により負極活物質を製造できる。このようにして製造した負極活物質は、以下に説明するような負極を構成するものとすることができる。

【0101】

＜２．非水電解質二次電池用負極の製造方法＞
［負極の構成］
図２に示すように、負極２０は、負極集電体２１の上に負極活物質層２２を有する構成になっている。この負極活物質層２２は負極集電体２１の両面、又は、片面だけに設けられていても良い。

【0102】

［負極集電体］
負極集電体は、優れた導電性材料であり、かつ、機械的な強度に長けた物で構成される。負極集電体２１に用いることができる導電性材料として、例えば銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）があげられる。この導電性材料は、リチウム（Ｌｉ）と金属間化合物を形成しない材料であることが好ましい。

【0103】

負極集電体２１は、主元素以外に炭素（Ｃ）や硫黄（Ｓ）を含んでいることが好ましい。これは、負極集電体２１の物理的強度が向上するためである。特に、充電時に膨張する活物質層を有する場合、負極集電体が上記の元素を含んでいれば、負極集電体を含む電極の変形を抑制する効果があるからである。上記の含有元素の含有量は、特に限定されないが、中でも、１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。より高い変形抑制効果が得られるからである。

【0104】

負極集電体２１の表面は、粗化されていても、粗化されていなくても良い。表面を粗化されている負極集電体は、例えば、電解処理、エンボス処理、又は化学エッチングされた金属箔などである。表面を粗化されていない負極集電体は例えば、圧延金属箔などである。

【0105】

［負極活物質層］
本発明の負極活物質の製造方法で製造されたケイ素系活物質は、負極活物質層２２を構成する材料となる。負極活物質層２２は、ケイ素系活物質を含んでおり、電池設計上、さらに負極結着剤や負極導電助剤など、他の材料を含んでいても良い。負極活物質として、ケイ素系活物質の他に、炭素系活物質なども含んでいても良い。

【0106】

このような負極は、上述の本発明の負極活物質の製造方法により製造したケイ素系活物質を使用した塗布法により製造することができる。塗布法とは負極活物質粒子と結着剤など、また必要に応じて上記の導電助剤、炭素系活物質を混合したのち、有機溶剤や水などに分散させ塗布する方法である。

【0107】

この場合、まず、本発明の負極活物質の製造方法により製造した負極活物質と、導電助剤、結着剤、及び水などの溶媒と混合し、水系スラリーを得る。このとき、必要に応じて、炭素系活物質も混合しても良い。なお、本発明の方法で製造されたケイ素系活物質は、活性なＬｉの量が少ないため、水系スラリーと激しい反応を起こさず、安定して負極活物質層を形成できる。次に、水系スラリーを負極集電体の表面に塗布し、乾燥させて、図２の負極活物質層２２を形成する。

【0108】

導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、鱗片状黒鉛等の黒鉛、ケチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどのうちいずれか１種以上を使用できる。これらの導電助剤は、ケイ素化合物よりもメディアン径の小さい粒子状のものであることが好ましい。その場合、例えば、導電助剤としてアセチレンブラックを選択することができる。

【0109】

また、結着剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸等を使用することができる。

【0110】

また、炭素系活物質としては、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、カーボンブラック類などを使用できる。これにより、負極活物質層２２の電気抵抗を低下させるとともに、充電に伴う膨張応力を緩和することが可能となる。

【0111】

また、本発明の負極の製造方法のように、ケイ素化合物の作製後、作製したケイ素化合物を含む電極を形成（図１の工程５）してから、リチウムの挿入工程、溶液Ｂへの接触工程、及び溶液Ｃへの接触工程を実施することで負極を作製してよい。より具体的には、まず、電極を形成してから、電極に含まれるケイ素化合物にリチウムを挿入する。リチウムの挿入は、例えば、上記溶液Ａを電極に接触させることにより、電極中のケイ素化合物に溶液Ａを接触させるなどして行うことができる。次に、リチウムが挿入されたケイ素化合物を含む電極を、溶液Ｂに接触させることで、電極中のケイ素化合物に溶液Ｂを接触させる。次に、溶液Ｂと接触させた電極を溶液Ｃに接触させることで、ケイ素化合物に溶液Ｃを接触させる。なお、電極中のケイ素化合物に溶液Ａ、Ｂ、Ｃを接触させるには、例えば、電極を溶液Ａ、Ｂ、Ｃに浸漬（含浸）したり、溶液Ａ、Ｂ、Ｃを電極にふりかけるなどしたりして、電極に含まれているケイ素化合物に溶液Ａ、Ｂ、Ｃを接触させればよい。

【0112】

＜３．非水電解質二次電池の製造方法＞
次に、本発明の非水電解質二次電池の製造方法を説明する。本発明の非水電解質二次電池の製造方法は、上記本発明の負極活物質の製造方法で負極活物質を製造し、該負極活物質を含む電極を用いて非水電解質二次電池を製造する。以下、ラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池（以下、ラミネートフィルム型二次電池と呼称することも有る）を製造する場合を例に、本発明の非水電解質二次電池の製造方法をより具体的に説明する。

【0113】

［ラミネートフィルム型二次電池の構成］
図３に示すラミネートフィルム型二次電池３０は、主にシート状の外装部材３５の内部に巻回電極体３１が収納されたものである。この巻回電極体３１は正極、負極間にセパレータを有し、巻回されたものである。また正極、負極間にセパレータを有し積層体を収納した場合も存在する。どちらの電極体においても、正極に正極リード３２が取り付けられ、負極に負極リード３３が取り付けられている。電極体の最外周部は保護テープにより保護されている。

【0114】

正負極リードは、例えば外装部材３５の内部から外部に向かって一方向で導出されている。正極リード３２は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料により形成され、負極リード３３は、例えば、ニッケル、銅などの導電性材料により形成される。

【0115】

外装部材３５は、例えば融着層、金属層、表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムであり、このラミネートフィルムは融着層が巻回電極体３１と対向するように、２枚のフィルムの融着層における外周縁部同士が融着、又は接着剤などで張り合わされている。融着部は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのフィルムであり、金属部はアルミ箔などである。保護層は例えば、ナイロンなどである。

【0116】

外装部材３５と正負極リードとの間には、外気侵入防止のため密着フィルム３４が挿入されている。この材料は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン樹脂である。

【0117】

［正極］
正極は、例えば、図２の負極２０と同様に、正極集電体の両面又は片面に正極活物質層を有している。

【0118】

正極集電体は、例えば、アルミニウムなどの導電性材により形成されている。

【0119】

正極活物質層は、リチウムイオンの吸蔵放出可能な正極材のいずれか１種又は２種以上を含んでおり、設計に応じて結着剤、導電助剤、分散剤などの他の材料を含んでいても良い。この場合、結着剤、導電助剤に関する詳細は、例えば既に記述した負極結着剤、負極導電助剤と同様である。

【0120】

正極材料としては、リチウム含有化合物が望ましい。このリチウム含有化合物は、例えばリチウムと遷移金属元素からなる複合酸化物、又はリチウムと遷移金属元素を有するリン酸化合物があげられる。これらの正極材の中でもニッケル、鉄、マンガン、コバルトの少なくとも１種以上を有する化合物が好ましい。これらの化学式として、例えば、Ｌｉ_ｘＭ_１Ｏ_２あるいはＬｉ_ｙＭ_２ＰＯ_４で表される。式中、Ｍ_１、Ｍ_２は少なくとも１種以上の遷移金属元素を示す。ｘ、ｙの値は電池充放電状態によって異なる値を示すが、一般的に０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０で示される。

【0121】

リチウムと遷移金属元素とを有する複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２）、リチウムニッケル複合酸化物（Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２）、リチウムと遷移金属元素とを有するリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ_１−ｕＭｎ_ｕＰＯ_４（０＜ｕ＜１））などが挙げられる。これらの正極材を用いれば、高い電池容量が得られるとともに、優れたサイクル特性も得られるからである。

【0122】

［負極］
負極は、上記した図２の負極２０と同様の構成を有し、例えば、負極集電体２１の両面に負極活物質層２２を有している。この負極は、正極活物質剤から得られる電気容量（電池としての充電容量）に対して、負極充電容量が大きくなることが好ましい。これは、負極上でのリチウム金属の析出を抑制することができるためである。

【0123】

正極活物質層は、正極集電体の両面の一部に設けられており、負極活物質層も負極集電体の両面の一部に設けられている。この場合、例えば、負極集電体上に設けられた負極活物質層は対向する正極活物質層が存在しない領域が設けられている。これは、安定した電池設計を行うためである。

【0124】

非対向領域、即ち、上記の負極活物質層と正極活物質層とが対向しない領域では、充放電の影響をほとんど受けることが無い。そのため負極活物質層の状態が形成直後のまま維持される。これによって負極活物質の組成など、充放電の有無に依存せずに再現性良く組成などを正確に調べることができる。

【0125】

［セパレータ］
セパレータは正極と負極を隔離し、両極接触に伴う電流短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータは、例えば合成樹脂、あるいはセラミックからなる多孔質膜により形成されており、２種以上の多孔質膜が積層された積層構造を有しても良い。合成樹脂として例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどが挙げられる。

【0126】

［電解液］
活物質層の少なくとも一部、又はセパレータには液状の電解質（電解液）が含浸されている。この電解液は、溶媒中に電解質塩が溶解されており、添加剤など他の材料を含んでいても良い。

【0127】

溶媒は、例えば非水溶媒を用いることができる。非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、１，２−ジメトキシエタン、又はテトラヒドロフランが挙げられる。

【0128】

この中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルのうちの少なくとも１種以上を用いることが望ましい。より良い特性が得られるからである。またこの場合、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの高粘度溶媒と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒を組み合わせるとより優位な特性を得ることができる。これは、電解質塩の解離性やイオン移動度が向上するためである。

【0129】

溶媒添加物として、不飽和炭素結合環状炭酸エステルを含んでいることが好ましい。充放電時に負極表面に安定な被膜が形成され、電解液の分解反応が抑制できるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとして、例えば炭酸ビニレン又は炭酸ビニルエチレンなどがあげられる。

【0130】

また溶媒添加物として、スルトン（環状スルホン酸エステル）を含んでいることが好ましい。電池の化学的安定性が向上するからである。スルトンとしては、例えばプロパンスルトン、プロペンスルトンが挙げられる。

【0131】

さらに、溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。酸無水物としては、例えば、プロパンジスルホン酸無水物が挙げられる。

【0132】

電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか１種類以上含むことができる。リチウム塩として、例えば、次の材料があげられる。六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）などが挙げられる。

【0133】

電解質塩の含有量は、溶媒に対して０．５ｍｏｌ／ｋｇ以上２．５ｍｏｌ／ｋｇ以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。

【0134】

［ラミネートフィルム型二次電池の製造方法］
最初に上記した正極材を用い正極電極を作製する。まず、正極活物質と、必要に応じて結着剤、導電助剤などを混合し正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させ正極合剤スラリーとする。続いて、ナイフロールまたはダイヘッドを有するダイコーターなどのコーティング装置で正極集電体に合剤スラリーを塗布し、熱風乾燥させて正極活物質層を得る。最後に、ロールプレス機などで正極活物質層を圧縮成型する。この時、加熱を行っても良い。また、圧縮、加熱を複数回繰り返しても良い。

【0135】

次に、上記した負極２０の作製と同様の作業手順を用い、負極集電体に負極活物質層を形成し負極を作製する（図２を参照）。

【0136】

正極及び負極を上記した同様の作製手順により作製する。この場合、正極及び負極集電体の両面にそれぞれの活物質層を形成することができる。この時、図２に示すように、どちらの電極においても両面部の活物質塗布長がずれていても良い。

【0137】

続いて、電解液を調製する。続いて、超音波溶接などにより、正極集電体に、図３の正極リード３２を取り付けると共に、負極集電体に負極リード３３を取り付ける。続いて、正極と負極とをセパレータを介して積層、又は巻回させて巻回電極体を作成し、その最外周部に保護テープを接着させる。次に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。続いて、折りたたんだフィルム状の外装部材３５の間に巻回電極体を挟み込んだ後、熱融着法により外装部材の絶縁部同士を接着させ、一方向のみ開放状態にて、巻回電極体を封入する。正極リード３２、及び負極リード３３と外装部材３５の間に密着フィルム３４を挿入する。開放部から上記調製した電解液を所定量投入し、真空含浸を行う。含浸後、開放部を真空熱融着法により接着させる。

【0138】

以上のようにして、ラミネートフィルム型二次電池３０を製造することができる。

【実施例】

【0139】

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【0140】

（実施例１−１）
最初に、ケイ素系活物質を以下のように作製した。

【0141】

まず、金属ケイ素と二酸化ケイ素を混合した原料（気化出発材）を反応炉へ設置し、１０Ｐａの真空度の雰囲気中で気化させたものを吸着板上に堆積させ、十分に冷却した後、堆積物（ＳｉＯ_ｘ：ｘ＝１）を取出しボールミルで粉砕した。続いて、ケイ素化合物の粒子の粒径を分級により調整した。その後、熱ＣＶＤを行うことで、ケイ素化合物の粒子の表面に炭素被膜を被覆した。

【0142】

続いて、炭素被膜を被覆した後のケイ素化合物の粉末を、リチウム片とビフェニルをテトラヒドロフラン（以下、ＴＨＦとも呼称する）に溶解させた溶液（溶液Ａ_１）に浸漬した。実施例１−１の溶液Ａ_１は、ＴＨＦ溶媒にビフェニルを１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた後に、このＴＨＦとビフェニルの混合液に対して１０質量％の質量分のリチウム片を加えることで作製した。また、ケイ素化合物の粉末を浸漬する際の溶液の温度は２０℃で、浸漬時間は１０時間とした。その後、ケイ素化合物の粉末を濾取した。以上の処理により、ケイ素化合物にリチウムを挿入した。

【0143】

次に、ＴＨＦにナフタレンを溶解させた溶液（溶液Ｂ）に、リチウム挿入後のケイ素化合物の粉末を浸漬した。実施例１−１の溶液Ｂは、ＴＨＦ溶媒にナフタレンを２ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させて作製した。また、ケイ素化合物の粉末を浸漬する際の溶液の温度は２０℃、浸漬時間は２０時間とした。その後、ケイ素化合物の粉末を濾取した。

【0144】

次に、溶液Ｂに接触させた後のケイ素化合物の粉末を、ＴＨＦにｐ−ベンゾキノンを１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた溶液（溶液Ｃ）に浸漬した。浸漬時間は２時間とした。その後、粉末を濾取した。

【0145】

次に、ケイ素化合物を洗浄処理し、洗浄処理後のケイ素化合物を減圧下で乾燥処理した。以上のようにして、ケイ素系活物質を製造した。

【0146】

続いて、上記のように製造したケイ素系活物質を含む電極と対極リチウムから成る試験セルを作製し、初回充放電における初回充放電特性を調べた。この場合、試験セルとして２０３２型コイン電池を組み立てた。

【0147】

ケイ素系活物質粒子を含む電極は以下のように作製した。まず、ケイ素系活物質粒子（上記ケイ素系化合物の粉末）と結着剤（ポリアクリル酸（以下、ＰＡＡとも称する））、導電助剤１（鱗片状黒鉛）、導電助剤２（アセチレンブラック）とを７６．５：１０．００：１０．８０：２．７０の乾燥質量比で混合したのち、水で希釈してペースト状の合剤スラリーとした。結着剤として用いたポリアクリル酸の溶媒としては、水を用いた。続いて、コーティング装置で集電体の両面に合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。この集電体としては、電解銅箔（厚さ＝２０μｍ）を用いた。最後に、真空雰囲気中９０℃で１時間焼成した。これにより、負極活物質層が形成された。

【0148】

試験セルの電解液は以下のように作製した。溶媒（４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＦＥＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びジメチルカーボネート（ＤＭＣ））を混合したのち、電解質塩（六フッ化リン酸リチウム：ＬｉＰＦ_６）を溶解させて電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成を体積比でＦＥＣ：ＥＣ：ＤＭＣ＝１０：２０：７０とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して１．０ｍｏｌ／ｋｇとした。

【0149】

対極としては、厚さ０．５ｍｍの金属リチウム箔を使用した。また、セパレータとして、厚さ２０μｍのポリエチレンを用いた。

【0150】

続いて、２０３２型コイン電池の底ブタ、リチウム箔、セパレータを重ねて、電解液１５０ｍＬを注液し、続けて負極、スペーサ（厚さ１．０ｍｍ）を重ねて、電解液１５０ｍＬを注液し、続けてスプリング、コイン電池の上ブタの順にくみ上げ、自動コインセルカシメ機でかしめることで、２０３２型コイン電池を作製した。

【0151】

続いて、作製した２０３２型コイン電池を、０．０Ｖに達するまで定電流密度、０．２ｍＡ／ｃｍ^２で充電し、電圧が０．０Ｖに達した段階で０．０Ｖ定電圧で電流密度が０．０２ｍＡ／ｃｍ^２に達するまで充電し、放電時は０．２ｍＡ／ｃｍ^２の定電流密度で電圧が１．２Ｖに達するまで放電した。そして、この初回充放電における初回充放電特性を調べた。

【0152】

続いて、本発明の負極活物質を用いた非水電解質二次電池のサイクル特性を評価するために、図３に示したようなラミネートフィルム型二次電池３０を、以下のように作製した。

【0153】

最初にラミネートフィルム型の二次電池に使用する正極を作製した。正極活物質はリチウムコバルト複合酸化物であるＬｉＣｏＯ_２を９５質量部と、正極導電助剤（アセチレンブラック）２．５質量部と、正極結着剤（ポリフッ化ビニリデン：Ｐｖｄｆ）２．５質量部とを混合し正極合剤とした。続いて正極合剤を有機溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン：ＮＭＰ）に分散させてペースト状のスラリーとした。続いてダイヘッドを有するコーティング装置で正極集電体の両面にスラリーを塗布し、熱風式乾燥装置で乾燥した。この時正極集電体は厚み１５μｍを用いた。最後にロールプレスで圧縮成型を行った。

【0154】

負極としては、上記の試験セルのケイ素系活物質を含む電極と同様の手順で作製したものを使用した。

【0155】

電解液としては、上記の試験セルの電解液と同様の手順で作製したものを使用した。

【0156】

次に、以下のようにしてラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体の一端にアルミリードを超音波溶接し、負極集電体にはニッケルリードを溶接した。続いて、正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順に積層し、長手方向に巻回させ巻回電極体を得た。その捲き終わり部分をＰＥＴ保護テープで固定した。セパレータは多孔性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とするフィルムに挟まれた積層フィルム１２μｍを用いた。続いて、外装部材間に電極体を挟んだのち、一辺を除く外周縁部同士を熱融着し、内部に電極体を収納した。外装部材はナイロンフィルム、アルミ箔及び、ポリプロピレンフィルムが積層されたアルミラミネートフィルムを用いた。続いて、開口部から調製した電解液を注入し、真空雰囲気下で含浸した後、熱融着し封止した。

【0157】

このようにして作製したラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池のサイクル特性（維持率％）を調べた。

【0158】

サイクル特性については、以下のようにして調べた。最初に電池安定化のため２５℃の雰囲気下、２サイクル充放電を行い、２サイクル目の放電容量を測定した。続いて総サイクル数が１００サイクルとなるまで充放電を行い、その都度放電容量を測定した。最後に１００サイクル目の放電容量を２サイクル目の放電容量で割り（％表示のため×１００）、容量維持率を算出した。サイクル条件として、４．３Ｖに達するまで定電流密度、２．５ｍＡ／ｃｍ^２で充電し、電圧４．３Ｖに達した段階で４．３Ｖ定電圧で電流密度が０．２５ｍＡ／ｃｍ^２に達するまで充電した。また放電時は２．５ｍＡ／ｃｍ^２の定電流密度で電圧が３．０Ｖに達するまで放電した。

【0159】

（実施例１−２〜１−１５）
溶液Ｂに加える芳香族化合物種、溶媒、芳香族化合物の濃度、溶液Ｂへの浸漬時間、溶液Ｂの温度を表１に示すように変えたこと以外は、実施例１−１と同様に負極活物質を作製した。そして、実施例１−１と同様に、電池特性を評価した。

【0160】

（比較例１−１〜１−４）
比較例１−１では、溶液Ｂの代わりとして、多環芳香族化合物の代わりにベンゼン（ＴＨＦ溶液、１ｍｏｌ／Ｌ）を用い、浸漬時間を１０時間としたこと以外は、実施例１−１と同様に負極活物質を作製した。そして、実施例１−１と同様に、電池特性を評価した。

【0161】

比較例１−２では、工程３を実施しなかった、すなわち、Ｌｉ挿入後のケイ素化合物を溶液Ｂに接触させることなく、溶液Ｃに接触させた。

【0162】

比較例１−３では、溶液Ｂの代わりに、溶質として多環芳香族化合物を含まず、ＴＨＦのみから成る液体を用いた。また、この液体への浸漬時間は１０時間とした。

【0163】

比較例１−４では、溶媒に水を使用し、該水中にナフタレンを分散させた。すなわち、ナフタレンはほとんど水に溶けないため、溶液Ｂの代わりに、ナフタレンの水分散液を用いた。また、この水分散液への浸漬時間は１分とした。

【0164】

実施例１−１〜１−１５、比較例１−１〜１−４において作製した試験セル（コイン電池）の初回充放電特性及びラミネートフィルム型二次電池の容量維持率を調べたところ、表１に示した結果が得られた。

【0165】

【表1】

【0166】

表１からわかるように、ナフタレン、アントラセン、フェナントレンなどの多環芳香族化合物を含む溶液Ｂを用いた場合は、良好な初回効率が得られた。特に、実施例１−１〜実施例１−３に示すように、多環芳香族化合物としてナフタレン、アントラセンを用いた場合の方が、フェナントレンを用いた場合よりも維持率が向上する。これは、ケイ素化合物中に含まれるリチウムと、ナフタレン又はアントラセンとの反応で生成した錯体が特に安定なものであるため、ケイ素化合物からのリチウム脱離がより一層進むからである。

【0167】

また、溶液Ｂに用いる溶媒として、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、アミン系溶媒から選ばれる少なくとも１種以上を用いる。これらの溶媒では多環芳香族化合物とリチウムとの錯体が一時的に、あるいは持続的に安定して存在することが可能で、穏やかにリチウムがケイ素化合物から脱離する。特に、実施例１−１〜実施例１−７の結果より、エーテル系溶媒を用いることが望ましいことがわかる。

【0168】

また、溶液Ｂにおける多環芳香族化合物の濃度としては、１０^−２ｍｏｌ／Ｌから５ｍｏｌ／Ｌの間が好ましく、１０^−１ｍｏｌ／Ｌから３ｍｏｌ／Ｌの間が特に好ましい。実施例１−８のような多環芳香族化合物の濃度が１０^−２ｍｏｌ／Ｌ未満である場合に比べ、多環芳香族化合物の濃度が１０^−２ｍｏｌ／Ｌ以上５ｍｏｌ／Ｌ以下である場合（例えば、実施例１−１）は、維持率、初回効率が向上する。これは、ケイ素化合物からのリチウムの脱離が、より効率よく進んだためである。また、実施例１−１１のように、多環芳香族化合物の濃度が５ｍｏｌ／Ｌを超える場合と比べ、多環芳香族化合物の濃度が１０^−２ｍｏｌ／Ｌ以上５ｍｏｌ／Ｌ以下である場合は、維持率、初回効率が向上する。これは、負極活物質を非水電解質二次電池とした際に、反応残が電解液に流出せず、副反応による電池特性の低下を抑制できたためである。

【0169】

また、溶液Ｂの温度は２０℃に近いことが好ましい。溶液Ｂの温度が２０℃付近であれば、反応速度の低下が起こり難く、かつ、副反応によるリチウム化合物の沈殿等が生じ難いため、ケイ素化合物からのリチウムの脱離率が向上するためである。従って、実施例１−１２や実施例１−１３のように、溶液Ｂの温度が２０℃より高い又は低い場合に比べ、溶液の温度が２０℃の実施例（例えば、実施例１−１）の方が、維持率がより良好となった。

【0170】

また、ケイ素化合物と溶液Ｂの接触時間（浸漬時間）は３分以上であることが好ましい。表１から分かるように、接触時間が３分未満である実施例１−１４よりも、接触時間が３分以上である実施例（例えば、実施例１−１、１−１５）の方が、電池特性がより良好となった。

【0171】

比較例１−１〜１−３では、ケイ素化合物と溶液Ｃとを接触させる際に、ケイ素化合物の粉末が赤熱したため、その後の電池特性の評価をすることができなかった。このように、溶液Ｂにケイ素化合物を接触させなかった比較例１−２や、多環芳香族化合物を含まない溶液でケイ素化合物を処理した比較例１−１、１−３では、リチウムの脱離が不十分であったため、溶液Ｃと激しく反応してしまった。

【0172】

また、比較例１−４では、ケイ素化合物と溶液Ｂとを接触させる際に、ケイ素化合物の粉末が赤熱したため、その後の電池特性の評価をすることができなかった。これは、溶媒として、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、及びアミン系溶媒ではなく水を使用したためである。

【0173】

（実施例２−１〜２−７）
溶液Ｃの溶媒種、溶質種、溶質の濃度を表２に示すように変えたこと以外は、実施例１−１と同様に負極活物質を作製した。そして、実施例１−１と同様に、電池特性を評価した。

【0174】

（比較例２−１、比較例２−２）
比較例２−１では、溶液Ｃにケイ素化合物を接触させる工程４を行わなかったこと以外、実施例１−１と同様に負極活物質を作製した。比較例２−２では、溶液Ｃの代わりに、溶媒としてＴＨＦ、溶質として分子中にキノイド構造を持たない化合物であるシアノベンゼンを用いた液体を用いたこと以外、実施例１−１と同様に負極活物質を作製した。比較例２−１、２−２においても、実施例１−１と同様に、電池特性を評価した。

【0175】

実施例２−１〜２−７、比較例２−１、比較例２−２の試験セルの初回充放電特性及びラミネートフィルム型二次電池の容量維持率を調べたところ、表２に示した結果が得られた。

【0176】

【表2】

【0177】

表２から分かるように、溶液Ｃとして分子中にキノイド構造（実施例１−１、２−１〜２−６は、ｐ−キノイド構造、実施例２−７はｏ−キノイド構造）を有する化合物を溶質として含むもの用いた場合、良好な電池特性が得られた。比較例２−１、２−２のように、分子中にキノイド構造を持つ化合物を含む溶液Ｃを用いなかった場合には、電極作製時にスラリーが赤熱してしまったため、電極化ができなかった。溶液Ｃの溶媒としては、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒が好ましく、特に、エーテル系溶媒が好ましい。これらの溶媒では、溶媒分子に含まれるプロトンの活性が低く、とりわけエーテル系溶媒ではその活性が特に低いため、酸化剤とケイ素化合物中の活性リチウムとの反応における副反応を生じにくいためである。また、反応時に用いる溶液Ｃ中の溶質の濃度は、１０^−３ｍｏｌ／Ｌ以上１×１０^０ｍｏｌ／Ｌ以下であれば良好な電池特性が得られる。

【0178】

（実施例３−１〜３−１９）
Ｌｉを含む溶液Ａの芳香族化合物種、溶媒種、芳香族化合物の濃度、溶液Ａへの浸漬時間、溶液Ａの温度を表３に示すように変えたこと以外は、実施例１−１と同様に負極活物質を作製した。そして、実施例１−１と同様に、電池特性を評価した。

【0179】

（比較例３−１）
ケイ素化合物にリチウムを挿入する工程を行わなかったこと以外は、実施例１−１と同様に負極活物質を作製した。そして、実施例１−１と同様に、電池特性を評価した。

【0180】

実施例３−１〜３−１９、比較例３−１において作製した試験セル（コイン電池）の初回充放電特性及びラミネートフィルム型二次電池の容量維持率を調べたところ、表３に示した結果が得られた。

【0181】

【表3】

【0182】

ケイ素化合物にリチウムを挿入する方法としては、リチウムを含む溶液Ａにケイ素化合物を接触させる方法が挙げられる。その中でも、リチウムを含む溶液Ａとして、リチウム及び多環芳香族化合物若しくはその誘導体又は直鎖ポリフェニレン化合物若しくはその誘導体を含む溶液Ａ_１を用いること、又はリチウム及びアミン類を含む溶液Ａ_２を用いることが好ましく、このうち溶液Ａ_１を用いることが特に好ましい。これは、溶液Ａ_１は室温付近で取り扱えるためである。また、溶液Ａ_１に含まれる多環芳香族化合物としてナフタレン、フェナントレン、直鎖ポリフェニレン化合物としてビフェニルを用いた場合は、多環芳香族化合物、或いは直鎖ポリフェニレン化合物でないベンゼンを加えた場合（実施例３−１６）と比較し、有意な初回効率の向上が見られた。また、特に、実施例１−１、３−１、３−２を比較すると、直鎖ポリフェニレン化合物としてビフェニルを使用した実施例１−１の場合に、電池特性がより向上した。これは、リチウムとビフェニルとの反応で生成した錯体が高活性かつ安定なため、ケイ素化合物へのリチウム挿入がより速い速度で持続するためである。

【0183】

また、エーテル系溶媒を用いた場合の方が、エーテル系溶媒を用いなかった実施例３−１７よりも電池特性が向上した。これは、エーテル系溶媒の中では、リチウムと多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物との錯体が安定に存在できるため、ケイ素化合物へのリチウム挿入が持続しやすいためである。さらに、エーテル系溶媒として、ジエチルエーテルやｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテルを用いた場合（実施例３−３、３−４）よりもＴＨＦを用いた場合（実施例１−１）の方が、電池特性がより向上した。これは、エーテル系溶媒の中で、比較的誘電率の高いＴＨＦでは、リチウムと多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物との錯体が特に安定に存在するため、ケイ素化合物へのリチウム挿入が持続しやすいからである。

【0184】

また、溶液Ａにおける多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物の濃度としては、１０^−２ｍｏｌ／Ｌから５ｍｏｌ／Ｌの間が好ましく、１０^−１ｍｏｌ／Ｌから３ｍｏｌ／Ｌの間が特に好ましい。実施例３−５のような多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物の濃度が１０^−２ｍｏｌ／Ｌ未満である場合に比べ、多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物の濃度が１０^−２ｍｏｌ／Ｌ以上５ｍｏｌ／Ｌ以下である場合（例えば、実施例３−６、３−７、１−１）は、維持率、初回効率が向上する。これは、ケイ素化合物へのリチウムの挿入が、より効率よく進んだためである。また、実施例３−８のように、多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物の濃度が５ｍｏｌ／Ｌを超える場合と比べ、多環芳香族化合物又は直鎖ポリフェニレン化合物の濃度が１０^−２ｍｏｌ／Ｌ以上５ｍｏｌ／Ｌ以下である場合は、維持率、初回効率が向上する。これは、負極活物質を非水電解質二次電池とした際に、反応残が電解液に流出せず、副反応による電池特性の低下を抑制できたためである。なお、実施例３−８ではビフェニルは一部溶け残っていた。

【0185】

また、溶液Ａの温度は２０℃に近いことが好ましい。溶液Ａの温度が２０℃付近であれば、反応速度の低下が起こり難く、かつ、副反応によるリチウム化合物の沈殿等が生じ難いため、ケイ素化合物からのリチウム挿入反応の反応率が向上するためである。従って、実施例３−９、３−１０のように、溶液Ａの温度が２０℃より高い又は低い場合に比べ、溶液の温度が２０℃の実施例（例えば、実施例１−１）の方が、電池特性がより良好となった。

【0186】

また、ケイ素化合物粉末と溶液Ａとの接触時間は３分以上１００時間以下であることが望ましい。接触時間が３分以上（例えば、実施例３−１９）であれば、３分未満の場合（実施例３−１８）と比べて、ケイ素化合物へのリチウム挿入が十分に起きる。また、接触時間が１００時間に至る頃に、ケイ素化合物へのリチウム挿入がほぼ平衡状態に達する。

【0187】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【図1】

【図2】

【図3】