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公開番号2025107426
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-17
出願番号2025080361,2022120819
出願日2025-05-13,2022-07-28
発明の名称活物質複合粒子、二次電池、及び活物質複合粒子の製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/38 20060101AFI20250710BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】Siを含む活物質複合粒子であって、低拘束下でのサイクル特性に優れるものを開示する。
【解決手段】本開示の活物質複合粒子は、Si及び樹脂を含む。ここで、前記複合粒子の断面を観察した場合において、前記複合粒子の表層部に占める前記樹脂の面積率は、前記複合粒子の中心部に占める前記樹脂の面積率よりも高い。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
活物質複合粒子であって、複数のＳｉ粒子、樹脂、及び空隙を含み、
前記複合粒子の断面を観察した場合において、前記複合粒子の表層部に占める前記樹脂の面積率が、前記複合粒子の中心部に占める前記樹脂の面積率よりも高く、かつ
前記中心部は、前記空隙を含む、
活物質複合粒子。
続きを表示（約 150 文字）【請求項２】
前記複合粒子の断面を観察した場合において、前記複合粒子の前記中心部に占める前記Ｓｉの面積率が、前記複合粒子の前記表層部に占める前記Ｓｉの面積率よりも高い、請求項１に記載の活物質複合粒子。
【請求項３】
前記Ｓｉ粒子が、多孔質である、請求項１に記載の活物質複合粒子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は活物質複合粒子、二次電池、及び活物質複合粒子の製造方法を開示する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、充電に伴う膨張量が小さい負極活物質であって、Ｓｉ繊維を含有する不織布状の粒子からなり、所定の平均粒子径（Ｄ５０）を有し、且つ、非晶質であるものが開示されている。また、特許文献２には、初期不可逆容量が小さい負極活物質であって、Ｓｉ系粒子の二次粒子と、前記二次粒子の表面に形成されたフッ素化された層とを有するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－０２２５５４号公報
特開２０２１－０５７２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｓｉを含む従来の活物質は、例えば、低拘束下でのサイクル特性について改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願は上記課題を解決するための手段として、以下の複数の態様を開示する。
＜態様１＞
活物質複合粒子であって、Ｓｉ及び樹脂を含み、
前記複合粒子の断面を観察した場合において、前記複合粒子の表層部に占める前記樹脂の面積率が、前記複合粒子の中心部に占める前記樹脂の面積率よりも高い、
活物質複合粒子。
＜態様２＞
前記複合粒子の断面を観察した場合において、前記複合粒子の前記中心部に占める空隙率が、前記複合粒子の前記表層部に占める空隙率よりも高い、
態様１の活物質複合粒子。
＜態様３＞
前記複合粒子の断面を観察した場合において、前記複合粒子の前記中心部に占める前記Ｓｉの面積率が、前記複合粒子の前記表層部に占める前記Ｓｉの面積率よりも高い、
態様１又は２の活物質複合粒子。
＜態様４＞
前記表層部が、前記樹脂からなる、
態様１～３のいずれかの活物質複合粒子。
＜態様５＞
前記中心部が、複数のＳｉ粒子を含む、
態様１～４のいずれかの活物質複合粒子。
＜態様６＞
前記Ｓｉ粒子が、多孔質である、
態様５の活物質複合粒子。
＜態様７＞
前記複合粒子が、前記樹脂を含む前記表層部と、複数の前記Ｓｉ粒子及び空隙を含む前記中心部とを有する、
態様５又は６の活物質複合粒子。
＜態様８＞
二次電池であって、正極、電解質層及び負極を有し、
前記負極が、態様１～７のいずれかの活物質複合粒子を含む、
二次電池。
＜態様９＞
前記正極、前記電解質層及び前記負極のうちの少なくとも１つが、固体電解質を含む、
態様８の二次電池。
＜態様１０＞
Ｓｉ粒子と樹脂と溶媒とを含むスラリーを液滴化させて、スラリー液滴を得ること、及び、
前記スラリー液滴を加熱気体中で気流乾燥させて、Ｓｉ粒子と樹脂とを含む活物質複合体を得ること、
を含む、活物質複合粒子の製造方法。
＜態様１１＞
スプレードライにより、前記スラリーの液滴化、及び、前記スラリー液滴の気流乾燥が行われる、
態様１０の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の活物質複合粒子は、低拘束下でのサイクル特性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
活物質複合粒子の断面の形状の一例を概略的に示している。
活物質複合粒子の断面における「表層部」及び「中心部」を説明するための概略図である。
二次電池の構成の一例を概略的に示している。
活物質複合粒子の製造方法の流れの一例を示している。
実施例に係る活物質複合粒子について、プレス前の断面構造の一例を示すＳＥＭ画像図である。
図４Ａに係る画像を解析した結果を示している。
実施例に係る活物質複合粒子について、プレス後の断面構造の一例を示すＳＥＭ画像図である。
図５Ａに係る画像を解析した結果を示している。
実施例及び比較例の拘束下におけるサイクル特性を比較した結果である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．活物質複合粒子
図１Ａに一実施形態に係る活物質複合粒子１の断面構造を概略的に示す。活物質複合粒子１は、Ｓｉ及び樹脂を含む。ここで、前記複合粒子１の断面を観察した場合において、前記複合粒子１の表層部１ｘに占める前記樹脂の面積率は、前記複合粒子１の中心部１ｙに占める前記樹脂の面積率よりも高い。
【０００９】
１．１表層部及び中心部
本願において、活物質複合粒子の「表層部」及び「中心部」とは、以下の通りに定義されるものである。すなわち、活物質複合粒子１の断面を観察した場合に、樹脂リッチな最外層とそれよりも内部の層との間に境界が観察される場合は、当該境界の外側の最外層を表層部１ｘ、当該境界の内側の内部層を中心部１ｙとみなす。一方で、活物質複合粒子１の断面を観察した場合に、表層部１ｘとそれよりも内側の中心部１ｙとの間に境界が観察されない場合は、以下の通りにして、表層部１ｘと中心部１ｙとを区別するものとする。具体的には、活物質複合粒子１の表層部１ｘは、以下のようにして特定される。すなわち、図１Ｂに示されるように、活物質複合粒子の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等で観察して、活物質複合粒子の断面の二次元画像を取得し、当該二次元画像における活物質複合粒子の表面から所定の深さまでの領域Ｘの面積をａ１、粒子全体の面積をａ１＋ａ２とした場合に、ａ１／（ａ１＋ａ２）が０．５となる領域Ｘを「活物質複合粒子の表層部」とみなす。このようにして特定される「活物質複合粒子の表層部」よりも深い部分（内側の部分）が「活物質複合粒子の中心部」となり得る。
【００１０】
１．１．１樹脂の面積率
活物質複合粒子１は、当該複合粒子１の断面を観察した場合において、当該複合粒子１の表層部１ｘに占める樹脂の面積率が、当該複合粒子１の中心部１ｙに占める樹脂の面積率よりも高い。例えば、活物質複合粒子１は、表層部１ｘに樹脂リッチな部分を有していてもよく、表層部１ｘが樹脂からなるものであってもよく、すなわち、表層部１ｘは、樹脂層２であってもよい。このように、複合粒子１の表層部１ｘにおける樹脂の比率が高いことで、充電によってＳｉが膨張した場合でも、複合粒子１全体としての体積変化が表層部１ｘの樹脂によって緩和され、複合粒子１全体としての形状が保持され易い。また、表層部１ｘにおける樹脂の比率が高いことで、充電によってＳｉが膨張した場合でも、表層部１ｘの樹脂がクッション材として機能し、複合粒子１の周囲の材料に割れや隙間が生じ難い。そのため、高拘束圧下及び低拘束下のいずれにおいても、優れたサイクル特性が発揮され易い。
（【００１１】以降は省略されています）

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