JP2010262843A - リチウムイオン二次電池用の負極、それを用いたリチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用の負極の集電体、リチウムイオン二次電池用の負極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属箔と、前記金属箔上の導電性物質製の突起と、前記金属箔の表面、前記突起の上面および前記突起の側面に、成膜された負極活物質の薄膜と、を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用の負極である。前記突起の高さが10μm〜100μmであり、前記突起の幅が10μm〜100μmであり、前記突起の間隔が10μm〜100μmであることが好ましい。また、前記負極活物質の薄膜が、シリコン系の合金で形成され、厚さ3μm以下であることが好ましい。
【選択図】図1
Description
第1の実施形態に係る負極1について説明する。
図1は、負極1を示す図である。図1(a)は、負極1の断面図である。図1(a)に示すように、負極1は、金属箔3の上に突起5を有し、金属箔3と突起5との上を負極活物質7の薄膜を有する。図1(b)は、図1(a)で示す負極1の平面図である。図1(b)では、負極活物質7を省略して図示している。図1(b)に示すように、突起5の正四角柱形状である。図1(c)は、負極1の斜視図である。図1(d)は、負極活物質7の薄膜の拡大断面図で、歪緩和層8を設けた図である。歪緩和層8は一層でも多層でも良い。
図5は、(a)第2の実施形態に係る負極19と、(b)第3の実施形態に係る負極25と、(c)第4の実施形態に係る負極31とを示す図である。以下の実施形態で第1の実施形態と同一の様態を果たす要素には同一の番号を付し、重複した説明は避ける。
図5(b)に示すように、第3の実施形態に係る負極25は、金属箔27に突起29を有し、金属箔27の表面と突起29の側面と表面に負極活物質7の薄膜が形成されている。
図5(c)に示すように、第4の実施形態に係る負極31は、金属箔3に突起37を有し、金属箔3の表面と突起37の側面と表面に負極活物質7の薄膜が形成されている。突起37は、金属粉末33と金属ナノ粒子35からなり、金属粉末33は、金属ナノ粒子35を介して、金属箔3や金属粉末33と金属結合をしている。
3………金属箔
5………突起
6、7………負極活物質
8………歪緩和層
9、11………レジスト層
13………集電体
15………成膜装置
17………レジスト層
19………負極
21………金属箔
23………突起
25………負極
27………金属箔
29………突起
31………負極
33………金属粉末
35………金属ナノ粒子
37………突起
39………レジスト層
41………金型
42………角部
43………集電体
45………突起
47………金属箔
49………集電体
51………突起
53………金属箔
55………負極
57………集電体
58………隙間
59………集電体
61………集電体
63………集電体
65………集電体
67………導電助剤
Claims (20)
- 金属箔と、
前記金属箔上の導電性物質製の突起と、
前記金属箔の表面、前記突起の上面および前記突起の側面に、成膜された負極活物質の薄膜と、を有し、
前記負極活物質の薄膜が、樹脂の結着剤を含まないことを特徴とするリチウムイオン二次電池用の負極。 - 前記突起の高さが10μm〜100μmであり、前記突起の幅が10μm〜100μmであり、前記突起の間隔が10μm〜100μmであることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用の負極。
- 前記突起の高さが、前記金属箔の厚さの30%以上であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用の負極。
- 前記突起が、前記金属箔の主面に対して略垂直に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用の負極。
- 前記突起が、投影面に影のできない形状であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用の負極。
- 前記突起が、1層以上積層された平均粒径3μm〜30μmの略球形状の金属粉末からなり、
前記金属粉末と前記金属箔と、または前記金属粉末同士が、金属ナノ粒子を介した金属結合で接合していることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用の負極。 - 前記突起と前記金属箔の表面が、粗面化処理されていることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用の負極。
- 前記負極活物質が、シリコン、スズ、アンチモン、アルミニウム、鉛およびヒ素からなる群より選ばれた少なくとも1種の物質またはそれらの合金を含む物質であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用の負極。
- 前記負極活物質の薄膜の厚さが、3μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用の負極。
- 前記負極活物質はリチウムを吸蔵しない導電性物質よりなる歪緩和層を有することを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用の負極。
- 前記歪緩和層は粒状物質で形成され、厚みは2nmから100nmであり、前記歪緩和層を挟む前記負極活物質は部分的に接合していることを特徴とする請求項10に記載のリチウムイオン二次電池用の負極。
- 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用の負極を用いるリチウムイオン二次電池。
- リチウムイオン二次電池用の負極に用いられる集電体であって、
金属箔と、前記金属箔上の導電性物質製の突起を有し、
前記突起の高さが10μm〜100μmであり、前記突起の幅が10μm〜100μmであり、前記突起の間隔が10μm〜100μmであることを特徴とする集電体。 - リチウムイオン二次電池用の負極に用いられる集電体であって、
金属箔と、前記金属箔上の導電性物質製の突起を有し、
前記突起が平均粒径3μm〜30μmの略球形状の金属粉末からなることを特徴とする集電体。 - 金属箔にレジスト層を設ける工程と、
前記レジスト層をパターニングする工程と、
前記レジスト層間に導電性物質を充填する工程と、
前記レジスト層を除去する工程と、
前記金属箔の表面、突起の上面および前記突起の側面に、負極活物質の薄膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とするリチウムイオン二次電池用の負極の製造方法。 - 金属箔にレジスト層を設ける工程と、
前記レジスト層をパターニングする工程と、
前記金属箔をエッチングする工程と、
前記レジスト層を除去する工程と、
前記金属箔の表面、突起の上面および前記突起の側面に、負極活物質の薄膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とするリチウムイオン二次電池用の負極の製造方法。 - 金属箔をプレス加工する工程と、
前記金属箔の表面、突起の上面および前記突起の側面に、負極活物質の薄膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とするリチウムイオン二次電池用の負極の製造方法。 - 前記金属箔に、略球形状の金属粉末と金属ナノ粒子とを含むスラリーを塗布する工程と、
前記金属箔を乾燥する工程と、
前記金属ナノ粒子の金属のバルクでの融点(絶対温度)の1/2以下の温度の不活性雰囲気下で前記金属箔を加熱する焼結工程と、
前記金属箔の表面、突起の上面および突起の側面に、負極活物質の薄膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とするリチウムイオン二次電池用の負極の製造方法。 - 前記金属箔の表面、前記突起の上面および前記突起の側面に、負極活物質の薄膜を形成する工程を、
CVD法、スパッタリング法、溶射法、めっき法、または蒸着法により行うことを特徴とする請求項15から請求項18のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用の負極の製造方法。 - 前記金属箔の表面、前記突起の上面および前記突起の側面に、負極活物質の薄膜を形成する工程の後に、
前記負極活物質の薄膜上に歪緩和層を形成する工程と、
前記歪緩和層上に負極活物質の薄膜を形成する工程と、
をさらに具備することを特徴とする請求項15から請求項18のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用の負極の製造方法。
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