含MSix硅材料及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种新的硅材料。一种含MSix硅材料，其特征在于，在硅基体中含有MSix(M为选自第3～9族元素中的至少一种元素。其中，1/3≤x≤3)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含MSix(M为选自第3～9族元素中的至少一种元素，其中，1／3≤x≤3)硅材料及其制造方法
本专利技术涉及含MSix(M为选自第3～9族元素中的至少一种元素。其中，1/3≤x≤3)硅材料及其制造方法。
技术介绍
已知硅材料作为半导体、太阳能电池、二次电池等的构成元件而使用，而且，近年来，与硅材料有关的研究正在积极进行。例如，非专利文献1中记载了使CaSi2与酸反应而合成层状聚硅烷。专利文献1中记载了使CaSi2与酸反应而合成层状聚硅烷，记载了具备该层状聚硅烷作为活性物质的锂离子二次电池显示适合的容量。另外，专利文献2中记载了由硅、铝、铁、钛构成的合金，记载了将该合金作为负极活性物质的锂离子二次电池。专利文献3中记载了制造使CaSi2与酸反应而合成层状聚硅烷并将该层状聚硅烷在300℃以上进行加热而使氢脱离的纳米硅材料以及具备该纳米硅材料作为活性物质的锂离子二次电池显示合适的容量保持率。另外，本专利技术人等在专利文献4中报告了制造由硅、钙和铜构成的合金并将该合金作为原料来制造硅材料。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011－090806号公报专利文献2：日本特表2009－517850号公报专利文献3：国际公开第2014/080608号专利文献4：日本特愿2014－110821号非专利文献非专利文献1：PHYSICALREVIEWB,Volume48,1993,p.8172－p.8189
技术实现思路
如上所述，已经深入进行了硅材料的研究，而且，在半导体、太阳能电池、二次电池等
，热切希望提供新的硅材料。本专利技术是鉴于该情况而完成的，目的在于提供一种新的硅材料及其制造方法。本专利技术人为了提供一种新的硅材料，反复尝试失败而进行了潜心研究。然后，发现在将加热Ca、Ti和Si而制造的熔融金属冷却时，得到的不是如专利文献4中得到那样的3组分化合物，而是针状的TiSi2分散在CaSi2基体中的物质。然后，本专利技术人基于该发现完成了本专利技术。即，本专利技术的含MSix(M为选自第3～9族元素中的至少一种元素。其中，1/3≤x≤3)含硅材料的特征在于，在硅基体中含有MSix。本专利技术的含MSix硅材料的制造方法的特征在于，包括如下工序：将Ca、M(M为选自第3～9族元素中的至少一种元素)和Si加热而制成熔融金属的熔融金属工序；将所述熔融金属冷却而得到在硅化钙基体中含有MSix(其中，1/3≤x≤3)的含MSix硅化钙的工序；使所述含MSix硅化钙与酸反应而得到在聚硅烷基体中含有MSix的含MSix聚硅烷的工序；将所述含MSix聚硅烷在300℃以上加热的加热工序。本专利技术的含MSix硅材料能够成为合适的硅材料。附图说明图1是实施例1的含MSix硅化钙的粒子的截面的扫描式电子显微镜图像。图2是实施例4的含MSix硅化钙的粒子的截面的扫描式电子显微镜图像。图3是实施例5的含MSix硅化钙的粒子的截面的扫描式电子显微镜图像。图4是实施例6的含MSix硅化钙的粒子的截面的扫描式电子显微镜图像。图5是实施例1～3的含MSix硅化钙和比较例1的硅化钙的X射线衍射图。图6是实施例4～6的含MSix硅化钙的X射线衍射图。图7是实施例7～8的含MSix硅化钙的X射线衍射图。图8是实施例1～3的含MSix硅材料和比较例1的硅材料的X射线衍射图。图9是实施例4～6的含MSix硅材料的X射线衍射图。图10是实施例7的含MSix硅材料的X射线衍射图。图11是实施例5的含MSix硅材料的扫描式电子显微镜图像。图12是实施例7的含MSix硅材料的扫描式电子显微镜图像。图13是将图12放大的扫描式电子显微镜图像。图14是实施例9的含MSix硅材料的扫描式电子显微镜图像。图15是评价例7的循环数与容量保持率的关系的图。具体实施方式以下，对用于实施本专利技术的最佳方式进行说明。应予说明，只要没有特别说明，本说明书中记载的数值范围“x～y”在该范围包含下限x和上限y。而且，包含这些上限值和下限值以及在实施例中列举的数值在内，可以通过将它们任意地组合而构成数值范围。进而，可以将从数值范围内任意地选择的数值作为上限、下限的数值。本专利技术的含MSix(M为选自第3～9族元素中的至少一种元素。其中，1/3≤x≤3)硅材料的特征在于，在硅基体中含有MSix。本专利技术的含MSix硅材料的制造方法的特征在于，包括如下工序：将Ca、M(M为选自第3～9族元素中的至少一种元素)和Si加热而制成熔融金属的熔融金属工序；将上述熔融金属冷却而得到在硅化钙基体中含有MSix(其中，1/3≤x≤3)的含MSix硅化钙的工序；使上述含MSix硅化钙与酸反应而得到在聚硅烷基体中含有MSix的含MSix聚硅烷的工序；将上述含MSix聚硅烷在300℃以上加热的加热工序。以下，按照含MSix硅材料的制造方法对本专利技术进行说明。首先，对将Ca、M(M为选自第3～9族元素中的至少一种元素)和Si加热而制成熔融金属的熔融金属工序进行说明。作为熔融金属工序中所使用的Ca、M和Si，优选元素单质或这些元素的合金。由于M为选自元素周期表的第3～9族元素中的至少一种，因此，M可以为该元素中的单独的元素，也可以为多个元素。作为M，优选Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Sc、Fe。在Ca、M和Si中可以在不阻碍Ca、M和Si的熔融金属的形成的范围含有不可避免的杂质以及其它元素和化合物。Ca、M和Si的使用量与只要根据下一工序中得到的含MSix硅化钙的组成比决定即可。Ca、M和Si可以在使其分别单独熔融之后混合而制成熔融金属，也可以将2者混合并使其熔融之后将剩余的1者混合而制成熔融金属，另外，也可以将3者混合使其熔融。Ca的熔点为842℃，Si的熔点为1410℃，M的熔点比Ca和Si的熔点高。而且，由于Ca的沸点为1484℃，因此，为了抑制Ca的飞散，可以在使Si和M熔融之后混合Ca而制成熔融金属。作为加热温度，只要是Ca、M和Si的混合物能够成为熔融金属的温度即可。在此，熔融金属是指Ca、M和Si的混合物的液体样的状态。作为加热温度，优选1000℃～1800℃的范围内，更优选1050℃～1500℃的范围内，进一步优选1100℃～1400℃的范围内。应予说明，认为Ca、M和Si这3组分体系例如通过以下的机制生成熔融金属。·在熔融Ca中熔解Si、M而成为熔融金属·在熔融Ca中Ca向固体Si、固体M扩散，Si、M的熔点缓慢下降而成为熔融金属·Si扩散到固体M中，M的熔点缓慢下降而成为熔融金属因此，认为在熔融金属工序中不需要Ca、M和Si的各单质的熔点以上的加热温度。作为熔融金属工序的加热装置，例如可以使用高频感应加热装置、电炉、燃气炉。熔融金属工序可以为加压或减压条件下，也可以为氩等非活性气体气氛下。接下来，对将上述熔融金属冷却而得到在硅化钙基体中含有MSix的含MSix硅化钙的工序进行说明。作为MSix，可以例示TiSi2、ZrSi2、HfSi2、VSi2、NbSi2、TaSi2、CrSi2、CrSi1/3、MoSi2、MoSi1/3、MoSi3/5、WSi2、FeSi2等。将上述熔融金属冷却时，首先，高熔点的MSix析出，然后，形成层状的CaSi2。冷却速度没有特别限定。如果冷却速度缓慢，则析出的MSix成为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含MSix硅材料的制造方法，所述含MSix硅材料在硅基体中含有MSix，其特征在于，包括如下工序：将Ca、M和Si加热而制成熔融金属的熔融金属工序，其中，M为选自第3～9族元素中的至少一种元素；将所述熔融金属冷却而得到在硅化钙基体中含有MSix的含MSix硅化钙的工序，其中，1/3≤x≤3；使所述含MSix硅化钙与酸反应而得到在聚硅烷基体中含有MSix的含MSix聚硅烷的工序；将所述含MSix聚硅烷在300℃以上加热的加热工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.19 JP 2014-1908431.一种含MSix硅材料的制造方法，所述含MSix硅材料在硅基体中含有MSix，其特征在于，包括如下工序：将Ca、M和Si加热而制成熔融金属的熔融金属工序，其中，M为选自第3～9族元素中的至少一种元素；将所述熔融金属冷却而得到在硅化钙基体中含有MSix的含MSix硅化钙的工序，其中，1/3≤x≤3；使所述含MSix硅化钙与酸反应而得到在聚硅烷基体中含有MSix的含MSix聚硅烷的工序；将所述含MSix聚硅烷在300℃以上加热的加热工序。2.根据权利要求1所述的含MSix硅材料的制造方法，其中，所述MSix为FeSi和/或FeSi2。3.一种含MSix硅化钙，其特征在于，在硅化钙基体中含有MSix，其中，M为选自第3～9族元素中的至少一种元素，1/3≤x≤3。4.一种含MSix聚硅烷，其特征在于，在聚硅烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：原田正则，
申请(专利权)人：株式会社丰田自动织机，
类型：发明
国别省市：日本,JP