CN101381857B - 蒸发设备、使用其制造阳极的方法、及使用其制造电池的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够稳定地形成良好质量薄膜且高度适于批量生产的蒸发设备。蒸发设备包括：蒸发源，通过加热释放蒸发材料；保持部件，保持蒸发对象；及热屏蔽部件，它布置在蒸发源与保持部件保持的蒸发对象之间，具有开口以用于汽相状态下的蒸发材料从蒸发源通过到达蒸发对象，及屏蔽蒸发对象以免受蒸发源的部分辐射热量。热屏蔽部件被布置得距离蒸发源比距离保持部件更近。

Description

蒸发设备、使用其制造阳极的方法、及使用其制造电池的方法

对于相关申请的交叉参考

本发明包含涉及2007年9月5日在日本专利局提交的日本专利申请JP2007-229850的主题，该申请的全部内容通过引用包括在这里。

技术领域

本发明涉及一种用来蒸发从蒸发源升华到蒸发对象的蒸发材料的蒸发设备、一种使用该设备制造阳极的方法及一种使用该设备制造电池的方法。

背景技术

最近几年，已经开发了高性能和多功能的移动装置。相应地，对于作为移动装置的电源的二次电池，要求实现它们的高容量。锂离子二次电池满足这样的要求。最近，通过把硅(Si)和锡(Sn)用作阳极活性材料已经开发了具有极高容量的锂离子二次电池。

然而，在使用硅、锡等的阳极活性材料中，充电和放电造成的膨胀和收缩显著。因而，经常出现的情况是，粉碎(pulverization)造成的循环特性降低成为问题。因而，本发明的申请人已经提出如下技术。在该技术中，阳极活性材料通过使用汽相沉积法等形成。由此，禁止粉碎，并且使集流体和活性材料层成为一体以在阳极中得到极好的电子传导性(例如，参考日本未审查专利申请公报No.2004-349162)。在这样一种阳极和包括这样一种阳极的电池中，对容量和循环寿命都期望高性能。

作为汽相沉积法，例如，已知的是：物理蒸汽沉积(PVD)法，如真空蒸发法，其中靶(蒸发源)被加热、汽化及蒸发；溅射法，其中惰性气体通过辉光放电或高频转化成等离子体，由此靶处于溅射状态下；及离子镀法，其中基片处于高电位状态下，并且离子化的靶被沉积在基片上。另外，化学蒸汽沉积(CVD)法也是已知的。上文中，在溅射法中，尽管膜厚度能够精密地调节，但沉积速率缓慢，并因而在批量生产中有问题。在离子镀法中，有这样一个问题：由于作为蒸发对象的基片的温度升高，并因而基片材料受到限制。在CVD法中，就批量生产而论它比以上PVD法更差。相应地，当阳极活性材料形成在阳极集流体上时，真空蒸发法是适当的。该方法中，比较高的生产效率是可得到的，并且高质量容易保证。一般地，在真空蒸发法中，进行如下程序。就是说，蒸发材料由电子束和电阻性元件物理地加热和熔化，其部分升华和沉积在蒸发靶的表面上。由此，形成由希望材料制成的薄膜。

发明内容

在阳极活性材料通过使用真空蒸发法形成在阳极集流体上的情况下，为了通过在更短时间内沉积更多阳极活性材料而提高生产效率，必须把蒸发源保持在较高温度。然而，当蒸发源的温度过分升高时，作为蒸发对象的阳极集流体被蒸发源的辐射热量加热而引起如下缺点。就是说，阳极集流体可能被熔化，或者由于与阳极活性材料的熔合反应产生不希望的金属互化物。

鉴于上文，在本发明中，首先，希望提供一种可稳定地形成良好质量薄膜、并且非常适于批量生产的蒸发设备。在本发明中，第二，希望提供一种使用这样一种蒸发设备制造阳极的方法和一种使用这样一种蒸发设备制造电池的方法。

根据本发明的实施例，提供有一种蒸发设备，包括：蒸发源，通过加热释放出蒸发材料；保持部件，保持蒸发对象；及热屏蔽部件，它布置在蒸发源与保持部件所保持的蒸发对象之间，具有开口以用来从蒸发源到蒸发对象传输在汽相状态下的蒸发材料，及屏蔽蒸发对象免受蒸发源的一部分辐射热量。热屏蔽部件布置得距离蒸发源比距离保持部件更近。

本发明实施例的蒸发设备中，热屏蔽部件提供在蒸发源与蒸发对象之间距离蒸发源比距离保持部件更近。因而，当进行蒸发处理时，蒸发源到蒸发对象的辐射热量减少，并且阻止蒸发对象自身的温度升高。

根据本发明的实施例，提供有一种制造阳极的方法，在该阳极中活性材料层提供在集流体上。该方法包括步骤：把集流体保持在使集流体与通过加热释放活性材料的蒸发源相对的位置；和通过把具有开口的热屏蔽部件布置在蒸发源与集流体之间在距离蒸发源比距离集流体更近的位置以后从蒸发源升华活性材料，和在热屏蔽部件阻塞蒸发源的辐射热量部分的同时把以汽相穿过开口的活性材料沉积在集流体上，而形成活性材料层。

根据本发明的实施例，提供有一种制造电池的方法。该方法包括步骤：分别形成阴极和阳极；以及，把具有阴极、阳极以及在阴极与阳极之间夹持的隔离体的分层结构与电解质一起集装在封装部件中。形成阳极的步骤包括步骤：把集流体保持在使集流体与通过加热释放活性材料的蒸发源相对的位置；和通过把具有开口的热屏蔽部件布置在蒸发源与集流体之间在距离蒸发源比距离集流体更近的位置以后从蒸发源升华活性材料，和在热屏蔽部件阻塞蒸发源的辐射热量部分的同时把以汽相穿过开口的活性材料沉积在集流体上，而形成活性材料层。

在根据本发明实施例的制造阳极的方法和制造电池的方法中，当活性材料层形成在集流体上时，被提供在较接近蒸发源的位置的热屏蔽部件阻塞蒸发源的辐射热量部分的同时，以蒸汽相穿过开口的活性材料沉积在集流体上。因而，蒸发源到集流体的辐射热量减少，并且阻止集流体本身的温度升高。

根据本发明实施例的蒸发设备，热屏蔽部件提供在蒸发源与蒸发对象之间距离蒸发源比距离保持部件更近。另外，当进行蒸发处理时，蒸发源到蒸发对象的辐射热量减少。因而，阻止蒸发对象本身的过大温度升高。因而，容易避免在蒸发对象上沉积的蒸发材料的改变和对蒸发对象不必要的副作用。因此，通过使用蒸发设备，在保持在蒸发对象上形成的薄膜质量的同时，增大每单位时间来自蒸发源的蒸发量，并且它对于提高生产效率是有利的。

根据本发明实施例的制造阳极的方法，通过使用布置在蒸发源与集流体之间靠近蒸发源的热屏蔽部件，蒸发源到集流体的辐射热量减少，并且避免集流体本身的过大温度升高。因而，阻止由于集流体的组成材料与活性材料之间的副反应而造成的多余产物的产生，并且制造包括具有均匀和良好质量晶体结构的活性材料层的阳极。

根据本发明实施例的制造电池的方法，如以上那样制造阳极。因而，改进了循环特性。

如下描述将更充分地显示本发明的其它和进一步目的、特征及优点。

附图说明

图1是示意图，表示作为本发明实施例的蒸发设备的构造；

图2A和2B是在图1所示的蒸发设备的主要部分的放大俯视图和放大横截面视图；

图3是横截面视图，表示根据本发明实施例的阳极结构；

图4是横截面视图，表示使用根据本发明实施例的阳极的第一电池的结构；

图5是横截面视图，表示图4所示的螺旋缠绕电极体的放大部分；

图6是分解立体图，表示使用根据本发明实施例的阳极的第二电池的结构；

图7是横截面视图，表示沿在图6所示的螺旋缠绕电极体的截面线VII-VII得到的结构；

图8是横截面视图，表示在图7所示的螺旋缠绕电极体的放大部分；

图9是横截面视图，表示使用根据本发明实施例的阳极的第三电池的结构；

图10是横截面视图，表示沿图9所示的螺旋缠绕电极体的截面线X-X得到的结构；

图11A和11B是表示根据例1的阳极表面的SEM图像及其示意图；

图12A和12B是表示根据比较例1的阳极表面的SEM图像及其示意图；

图13A和13B是表示根据比较例2的阳极表面的SEM图像及其示意图；及

图14A和14B是表示根据比较例3的阳极表面的SEM图像及其示意图。

具体实施方式

下文参照附图将详细地描述本发明的实施例。

图1是示意图，表示作为本发明实施例的电子束蒸发设备(下文简称为蒸发设备)的构造。在蒸发设备中，如以后将描述的那样，容置在坩埚31A和31B中的蒸发材料32A和32B被蒸发和沉积在由罐式辊4A和4B保持的由条形金属箔等制成的蒸发对象1的表面上，并由此形成薄膜。

蒸发设备在蒸发处理槽2中包括蒸发源3A和3B、罐式辊(沉积辊)4A和4B、热屏蔽板5、活门6A和6B、卷绕辊7和8、导向辊9至13及进给辊14。在蒸发处理槽2外，提供真空空气排气口15。

蒸发处理槽2由隔板16分段成蒸发源安装腔室2A和2B及蒸发对象运转腔室2C。蒸发源安装腔室2A和蒸发源安装腔室2B由隔离壁17分离。在蒸发源安装腔室2A中，除蒸发源3A外安装热屏蔽板5A和活门6A。在另一个蒸发源安装腔室2B中，除蒸发源3B外安装热屏蔽板5B和活门6B。对于蒸发源3A和3B、热屏蔽板5A和5B及活门6A和6B的细节，以后将给出描述。

在蒸发对象运转腔室2C中，罐式辊4A和4B分别安装在蒸发源3A和3B上方。然而，隔板16在与罐式辊4A和4B相对应的两个位置中设有开口161和162，并且罐式辊4A和4B的一部分突出到蒸发源安装腔室2A和2B中。在蒸发对象运转腔室2C中，作为用来在纵向方向上保持和运转蒸发对象1的装置，卷绕辊7和8、导向辊9至13及进给辊14分别布置在给定位置中。

蒸发对象1处于如下状态：其一端侧由卷绕辊7卷绕，并且另一端侧从卷绕辊7按如下顺序通过导向辊9、罐式辊4A、导向辊10、进给辊14、导向辊11、导向辊12、罐式辊4B及导向辊13附接到卷绕辊8上。蒸发对象1布置成与卷绕辊7和8、导向辊9至13及进给辊14的每个外圆周平面相接触。蒸发对象1的一面(前正面)与罐式辊4A相接触，并且另一面(后正面)与罐式辊4B相接触。卷绕辊7和8是驱动系统。因而，蒸发对象1可以依次从卷绕辊7传送到卷绕辊8，并且也可以依次从卷绕辊8传送到卷绕辊7。图1表示蒸发对象1从卷绕辊7到卷绕辊8运转的状态，并且在图中箭头指示蒸发对象1的行进方向。此外，在蒸发设备中，进给辊14也是驱动系统。

罐式辊4A和4B是圆柱等形状的转动体(鼓)以便保持蒸发对象1。罐式辊4A和4B转动(在其轴线上转动)，由此外圆周平面部分依次进入蒸发源安装腔室2A和2B以与蒸发源3A和3B相对。然后，在罐式辊4A和4B的外圆周平面中，进入蒸发源安装腔室2A和2B的部分41A和41B成为蒸发区域，在蒸发区域中来自蒸发源3A和3B的蒸发材料32A和32B形成薄膜。

在蒸发源3A和3B中，蒸发材料32A和32B包含在坩埚31A和31B中。蒸发材料32A和32B被加热，并由此蒸发(汽化)。明确地说，蒸发源3A和3B还包括例如电子枪(未表示)。通过驱动电子枪发射的热电子辐射到在坩埚31A和31B中包含的蒸发材料32A和32B，同时其范围由例如偏转轭(未表示)电磁控制。蒸发材料32A和32B由来自电子枪的热电子的照射加热、熔化及然后逐渐蒸发。

坩埚31A和31B例如除了碳以外还由诸如氧化钛、氧化钽、氧化锆及氧化硅之类的氧化物制成。为了保护坩埚31A和31B免于由热电子对蒸发材料32A和32B的照射造成的过大温度升高，坩埚31A和31B的周围部分(例如，底面)可以与冷却系统(未表示)相接触。作为冷却系统，例如，诸如水套之类的水冷却系统是适当的。

活门6A和6B是布置在蒸发源3A和3B与罐式辊4A和4B之间的可打开且可关闭机构，并且控制汽相蒸发材料32A和32B从坩埚31A和31B到由罐式辊4A和4B保持的蒸发对象1的传输。就是说，在蒸发处理中，活门6A和6B被打开，以允许从坩埚31A和31B蒸发的汽相蒸发材料32A和32B通过。同时，在蒸发处理之前和之后，活门6A和6B阻塞汽相蒸发材料32A和32B的通过。活门6A和6B连接到控制电路系统(未表示)。当输入打开或关闭活门6A和6B的命令信号时，驱动活门6A和6B。

热屏蔽板5A和5B例如由诸如铜之类的金属材料制成，并且布置在蒸发源3A和3B与罐式辊4A和4B之间距离蒸发源3A和3B比距离罐式辊4A和4B更近。热屏蔽板5A和5B减小蒸发源3A和3B到蒸发对象1的辐射热量。热屏蔽板5A和5B可以布置在活门6A和6B与罐式辊4A和4B之间。然而，如图1所示，热屏蔽板5A和5B更优选地布置在蒸发源3A和3B与活门6A和6B之间，因为由此也减小到活门6A和6B的辐射热量。热屏蔽板5A和5B在与坩埚31A和31B中包含的蒸发材料32A和32B以及活门6A和6B相对应的位置提供有开口51A和51B。开口51A和51B允许从蒸发源3A和3B蒸发的汽相蒸发材料32A和32B通过到蒸发对象1。作为组成热屏蔽板5A和5B的材料，除铜之外也可以使用不锈钢、铁、镍等。

热屏蔽板5A和5B布置成例如把整个坩埚31A和31B与蒸发对象1断开并且也把坩埚31A和31B中包含的蒸发材料32A和32B的一部分与蒸发对象1断开。图2A和2B是表示坩埚31A与热屏蔽板5A之间位置关系的放大视图。图2A是从罐式辊4A看到的平面视图。图2B是沿图2A所示的截面线IIB-IIB得到的横截面视图。如图2A和2B所示，在水平面中，开口51A占据的面积小于坩埚31A的凹下部分33A的上边缘34A围绕的面积。借助于这种结构，更大地减小作为热量产生源的坩埚31A和31B和蒸发材料32A和32B到蒸发对象1的辐射热量。开口51A的端面52A倾斜成从坩埚31A侧向罐式辊4A(蒸发对象1)侧变大。就是说，下边缘54A围绕的面积小于开口51A的上边缘53A围绕的面积。由于这样的结构，即使当开口51A占据的面积(下边缘54A围绕的面积)被减小以使更多辐射热量吸收在热屏蔽板5A和5B中时，也不必减小通过开口51A且到达罐式辊4A(蒸发对象1)的蒸发材料32A的量。坩埚31B与屏蔽5B之间的位置关系与这种位置关系类似，并因而也得到类似效果。

热屏蔽板5A和5B还包括冷却水流通的水通道。由此，防止热屏蔽板5A和5B本身温度由于蒸发源3A和3B的辐射热量而升高。相应地，避免对蒸发对象1的不利影响。热屏蔽板5A和5B希望布置成不与坩埚31A和31B直接接触，而以距离坩埚31A和31B的上端给定距离(例如30mm)布置。如果热屏蔽板5A和5B与坩埚31A和31B直接接触，则热屏蔽板5A和5B被加热而成为辐射热量的产生源。可设想的是，辐射热量的产生通过冷却热屏蔽板5A和5B而阻止。然而，这种情况下，也降低与热屏蔽板5A和5B相接触的坩埚31A和31B的温度，并因而不能得到蒸发材料32A和32B的足够蒸发速率。因此，如以上描述那样，通过以距离坩埚31A和31B给定距离布置热屏蔽板5A和5B，阻塞到蒸发对象1的辐射热量，而不影响坩埚31A和31B的温度。

如以上描述那样，根据作为这个实施例的蒸发设备，热屏蔽板5A和5B提供在通过加热释放汽相蒸发材料32A和32B的蒸发源3A和3B与罐式辊4A和4B所保持的蒸发对象1之间。因而，当对蒸发对象1进行蒸发处理(形成薄膜)时，减少蒸发源3A和3B到蒸发对象1的辐射热量，并且阻止蒸发对象1本身温度升高。作为结果，容易避免在蒸发对象1上沉积的蒸发材料32A和32B的改变和与蒸发对象1反应生成的多余副反应产物的产生。因此，通过使用蒸发设备，在保持在蒸发对象1上形成薄膜的质量的同时，能够增大每单位时间来自蒸发源3A和3B的汽化量。相应地，对于提高生产效率是有利的。

尤其是，热屏蔽板5A和5B在与包含蒸发材料32A和32B的凹下部分33A相对应的位置设有开口51A和51B，从而把整个坩埚31A和31B与蒸发对象1隔离。因而，在平稳通过被蒸发的蒸发材料32A和32B的同时，有效阻塞辐射热量。开口51A和51B的端面52A和52B是倾斜表面。因而，能够更多地减少到蒸发对象1的辐射热量，而不减少穿过开口51A和51B且到达罐式辊4A(蒸发对象1)的蒸发材料32A的量。

此外，热屏蔽板5A和5B以距离坩埚31A和31B给定距离而布置。因而，在足够地减少到蒸发对象1的辐射热量的同时，升高坩埚31A和31B的温度，由此蒸发材料32A和32B的蒸发量能够进一步增大。此外，由于热屏蔽板5A和5B包括冷却自身的机构，所以阻止从作为热量源的热屏蔽板5A和5B产生的辐射热量，并且能够避免对蒸发对象1和其表面上形成的薄膜的不利影响。

具有以上构造的蒸发设备适于制造具有例如活性材料层提供在集流体表面上的结构的阳极。

首先，将给出通过使用根据本发明实施例的蒸发设备制造的阳极结构。图3表示阳极的截面结构。阳极用于例如诸如电池之类的电化学装置。阳极具有：阳极集流体101，具有一对相对表面；和阳极活性材料层102，提供在阳极集流体101上。

阳极集流体101优选地由具有合适电化学稳定性、合适导电性及合适机械强度的材料制成。作为材料，例如，列举诸如铜(Cu)、镍(Ni)及不锈钢之类的金属材料。特别是，铜是优选的，因为由此得到高导电性。

阳极活性材料层102包含能够插入和提取电极反应剂作为阳极活性材料的一种或多种阳极材料，并且也可以根据需要包含电导体、粘结剂等。阳极活性材料层102可以提供在阳极集流体101的两个面上，或者可以提供在阳极集流体101的单个面上。

作为能够插入和提取电极反应剂的阳极材料，例如，提出了可插入和提取电极反应剂并且包含金属元素和准金属元素的至少之一作为元素的材料。优选地使用这样一种阳极材料，因为由此得到高能量密度。这样一种阳极材料可以是金属元素或准金属元素的单质、合金、或化合物，或至少部分具有其一个或多个相的材料。在本发明中，除了包括两种或更多种金属元素的合金之外，“合金”包括包含一种或多种金属元素和一种或多种准金属元素的合金。此外，在本发明中的“合金”可以包含非金属元素。其织构包括固溶体、低共熔晶体(低共熔混合物)、金属互化物及其两种或多种共存的织构。

作为组成阳极材料的这样一种金属元素或这样一种准金属元素，例如，列举了能够与电极反应剂形成合金的金属元素或准金属元素。明确地说，列举镁(Mg)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、铋(Bi)、镉(Cd)、银(Ag)、锌(Zn)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、钯(Pd)、铂(Pt)等。特别是，硅和锡中至少之一是优选的。硅和锡具有插入和提取电极反应剂的很高能力，因而提供高能量密度。

作为包括硅和锡至少之一的阳极材料，例如，列举：硅的单质、合金、或化合物；锡的单质、合金、或化合物；或至少部分具有其一个或多个相的材料。每一种可以单独使用，或者其多种可以通过混合而使用。

作为包括硅的单质的阳极材料，例如，列举包含硅的单质作为主体的材料。包含这样一种阳极材料的阳极活性材料层102具有例如其中氧(O)和不同于硅的第二元素存在于硅单质层之间的结构。在阳极活性材料层102中硅和氧的总含量优选是50wt％(重量百分比)或更大，尤其是硅单质的含量优选是50wt％或更大。作为不同于硅的第二元素，例如，列举钛(Ti)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁、钴(Co)、镍、铜、锌、铟、银、镁(Mg)、铝、锗、锡、铋、锑(Sb)等。包含含有硅单质作为主体的材料的阳极活性材料层102可以通过共同蒸发硅及其它元素而形成。

作为硅的合金，例如，列举包含从包括锡、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑及铬的组中选择的至少一种作为不同于硅的第二元素的材料。作为硅的化合物，例如，包含氧或碳(C)的材料被列举，并且可以包含前述除硅之外的第二元素。硅的合金或化合物的例子包括例如SiB₄、SiB₆、Mg₂Si、Ni₂Si、TiSi₂、MoSi₂、CoSi₂、NiSi₂、CaSi₂、CrSi₂、Cu₅Si、FeSi₂、MnSi₂、NbSi₂、TaSi₂、VSi₂、WSi₂、ZnSi₂、SiC、Si₃N₄、Si₂N₂O、SiO_v(0<v≤2)、SnO_w(0<w≤2)、LiSiO等。

作为锡的合金，例如，列举包含从包括硅、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑及铬的组中选择的至少一种作为不同于锡的第二元素的材料。作为锡的化合物，例如，列举包含氧或碳的化合物。化合物可以包含前述除锡之外的第二元素。锡的合金或化合物的例子包括SnSiO₃、LiSnO、Mg₂Sn等。

尤其是，作为包括硅和锡至少之一的阳极材料，例如，除作为第一元素的锡外包含第二元素和第三元素的材料是优选的。第二元素是从包括钴、铁、镁、钛、钒(V)、铬、锰、镍、铜、锌、镓、锆、铌(Nb)、钼(Mo)、银、铟、铈(Ce)、铪、钽(Ta)、钨(W)、铋及硅的组中选择的至少一种。第三元素是从包括硼、碳、铝及磷(P)的组中选择的至少一种。当包含第二和第三元素时，改进循环特性。

特别是，包含锡、钴及碳作为元素的含SnCoC材料是优选的，这种材料中，碳含量在从9.9wt％至29.7wt％的范围中，并且钴与锡和钴的总和的比率(Co/(Sn+Co))优选在从30wt％至70wt％的范围。这样一种成分范围中，得到高能量密度。

含SnCoC材料根据需要还可以包含其它元素。作为其它元素，例如，硅、铁、镍、铬、铟、铌、锗、钛、钼、铝、磷、镓、铋等是优选的。可以包含其两种或更多种，因为由此得到较高效果。

含SnCoC材料具有包含锡、钴及碳的相。这样的相优选地具有低结晶度结构或非晶体结构。此外，在含SnCoC材料中，作为一种元素的碳的至少一部分优选地粘结到作为其它元素的金属元素或准金属元素。由此阻止锡等的粘着或结晶。

作为用来检查元素的粘结状态的测量方法，例如，列举X射线光电子光谱法(XPS)。在XPS中，在石墨的情况下，在进行能量校准从而以84.0eV得到金原子的4f轨道(Au4f)的波峰的设备中，在284.5eV处观察到碳的1s轨道(C1s)的波峰。在表面混染碳的情况下，在284.8eV处观察到波峰。同时，在碳元素的较高电荷密度的情况下，例如，当碳粘结到金属元素或准金属元素上时，在低于284.5eV的范围中观察到C1s的波峰。就是说，当在低于284.5eV的范围中观察到含SnCoC材料得到的C1s的合成波的波峰时，含SnCoC材料中包含的至少一部分碳粘结到作为其它元素的金属元素或准金属元素。

在XPS中，例如，为了校正光谱的能量轴线使用C1s的波峰。由于表面混染碳一般在表面上存在，所以表面混染碳的C1s的波峰设置到在284.8eV中，它用作能量基准。在XPS中，得到C1s的波峰的波形，作为包括表面混染碳的波峰和含SnCoC材料中的碳的波峰的形式。因此，例如，借助于使用可买到的软件进行分析，把表面混染碳的波峰和含SnCoC材料中的碳的波峰分离。在波形分析中，在最低边界能量侧上存在的主波峰的位置被设置到所述能量基准(284.8eV)。

使用硅的单质、合金或化合物；锡的单质、合金或化合物；或至少部分具有其一个或多个相的材料的阳极活性材料层102，通过例如真空蒸发法而形成。阳极活性材料层102和阳极集流体101优选地在其界面的至少一部分被熔合。明确地说，优选的是，在其界面把阳极集流体101的元素扩散在阳极活性材料层102中；或者把阳极活性材料层102的元素扩散在阳极集流体101中；或者把这些元素彼此扩散。由此，阻止与充电和放电相关联的阳极活性材料层102的膨胀和收缩造成的损坏，并且提高阳极活性材料层102与阳极集流体101之间的电子传导性。作为真空蒸发法，列举了电子束蒸发法、电阻加热法等。

随后，将给出制造阳极的方法的描述。阳极按如下制造。准备阳极集流体101，并且根据需要为其表面提供表面糙化。这之后，通过使用以上蒸发设备的真空蒸发法把具有硅的多个阳极活性材料颗粒构成的阳极活性材料层102形成在阳极集流体101上。

明确地说，首先，如图1所示，阳极集流体101作为卷附接到卷绕辊7上，并且在外圆周侧上的端部被拉出。把该端部依次穿过导向辊9、罐式辊4A、导向辊10、进给辊14、导向辊11、导向辊12、罐式辊4B及导向辊13附接到卷绕辊8的接合部分(未表示)。

接下来，真空空气排气口15释放空气，从而在蒸发处理槽2内的真空度是给定值(例如，约10^-3Pa)。这时，关闭活门6A和6B。在活门6A和6B保持关闭的同时，加热、和蒸发(汽化)在坩埚31A和31B中包含的蒸发材料32A和32B。这种状态下，通过使用石英监视器(未表示)等开始观察坩埚31A和31B中包含的蒸发材料32A和32B的蒸发速率。从蒸发开始给定时间流逝的瞬时，判定蒸发速率是否达到目标值和蒸发速率是否变得稳定。当肯定蒸发速率达到目标值并且变得稳定时，驱动卷绕辊8等，以开始阳极集流体101的运转并打开活门6A和6B。由此，汽化蒸发材料32A和32B依次穿过开口51A和51B及打开的活门6A和6B，并且到达由罐式辊4A和4B保持的阳极集流体101。然后，开始对阳极集流体101两个面的蒸发。作为结果，通过调节阳极集流体101的运转速率和蒸发材料32A和32B的蒸发速率，形成具有给定厚度的阳极活性材料层102。

已经描述在阳极集流体101通过卷绕辊7运转到卷绕辊8(为了方便，称作向前运转)的同时阳极活性材料层102形成在阳极集流体101上的情形。然而，有可能阳极集流体101在相反方向上运转，就是说，通过卷绕辊8运转到卷绕辊7的同时，形成阳极活性材料层102。这种情况下，卷绕辊7和8、导向辊9至13、进给辊14及罐式辊4A和4B在相反方向上转动。阳极活性材料层102可以在阳极集流体101单次运转时形成，或者可以通过多次运转形成。例如，有可能在阳极集流体101在向前方向上运转的同时在对于目标厚度的一部分进行蒸发随后，随后在阳极集流体101在相反方向上运转的同时对于目标厚度的其余部分进行蒸发。

如以上描述那样，根据这个实施例的制造阳极的方法，通过使用热屏蔽板5A和5B，减少蒸发源3A和3B到阳极集流体101的辐射热量，并且避免阳极集流体101本身的过大温度升高。因而，阻止阳极集流体101的组成材料与阳极活性材料(蒸发材料32A和32B)之间的副反应生成的产生多余产物(金属互化物等)，并且能够制造包括具有更均匀和良好质量晶体结构的阳极活性材料层102的阳极。因此，当把阳极与电解溶液一起用于诸如电池之类的电化学装置时，期望循环特性的改进。此外，阻止在形成阳极活性材料层102时阳极集流体101的温度升高，并且减小扩展造成断开的可能性。因而，进一步减小阳极集流体101的厚度。此外，在阻止阳极集流体101的温度升高的同时增大来自蒸发源3A和3B的汽化量，并且提高生产效率。

接下来，下文将给出以上阳极的使用例子的描述。这里把电池当作电化学装置的例子。按如下把阳极用于电池。

第一电池

图4表示第一电池的横截面结构。电池是例如所谓的锂离子二次电池，其中阳极容量表现为基于作为电极反应剂的锂的插入和提取的容量成分。

在二次电池中，螺旋缠绕电极体120和一对绝缘板112和113被包含在近似空心圆柱形状的电池外壳111中，螺旋缠绕电极体120中有阴极121和阳极122以及它们之间的隔离体123层叠且螺旋缠绕。电池外壳111例如由通过镀镍铁制成。电池外壳111的一端封闭，并且另一端敞开。绝缘板对112和113分别布置成与螺旋缠绕的圆周面相垂直，从而螺旋缠绕电极体120被夹持在绝缘板112和113之间。使用电池外壳111的电池结构是所谓的圆柱形。

在电池外壳111的敞开端，电池盖114和提供在电池盖114内侧的安全阀机构115和正温度系数(PTC)装置116通过用垫圈117填缝附接。电池外壳111内由此气密封闭。电池盖114例如由与电池外壳111的材料相类似的材料制成。安全阀机构115通过PTC装置116电气连接到电池盖114上。如果电池内部压力由于内部短路、外部加热等成为一定值或更大，则盘形板115A跳开以切断在电池盖114与螺旋缠绕电极体120之间的电气连接。当温度升高时，PTC装置116通过增大电阻限制电流，以防止大电流生成的异常热量产生。垫圈117由例如绝缘材料制成，并且其表面涂有沥青。

中心销124插入在螺旋缠绕电极体120的中心。在螺旋缠绕电极体120中，由铝等制成的阴极引线125连接到阴极121，并且由镍等制成的阳极引线126连接到阳极122。阴极引线125通过焊接到安全阀机构115上而电气连接到电池盖114上。阳极引线126焊接和电气连接到电池外壳111。

图5表示在图4所示的螺旋缠绕电极体120的放大部分。阴极121具有例如如下结构，其中阴极活性材料层121B被提供在具有一对相对面的阴极集流体121A的两个面上。阴极集流体121A由例如诸如铝、镍及不锈钢之类的金属材料制成。阴极活性材料层121B包含例如能够插入和提取作为电极反应剂的锂的一种或多种阴极材料以作为阴极活性材料。阴极活性材料层121B根据需要可以包含电导体、粘结剂等。当阴极活性材料层121B包含粘结剂，并且阴极121和阳极122如图5所示螺旋缠绕时，具有柔性的苯乙烯-丁二烯橡胶、氟化橡胶等优选地用作其粘结剂。

至于能够插入和提取锂的阴极材料，例如，含锂化合物是优选的，因为由此得到高能量密度。至于含锂化合物，例如，列举包含锂和过渡金属元素的复合氧化物或包含锂和过渡金属元素的磷酸盐化合物。尤其是，包含钴、镍、锰及铁至少之一作为过渡金属元素的化合物是优选的，因为由此得到较高电压。其化学分子式由例如Li_xM1O₂或Li_yM₂PO₄表达。在分子式中，M1和M2代表一种或多种过渡金属元素。x和y的值根据电池充电和放电状态变化，并且一般在0.05≤x≤1.10和0.05≤y≤1.10的范围中。

至于包含锂和过渡金属元素的锂复合氧化物，例如，列举锂-钴复合氧化物(Li_xCoO₂)、锂-镍复合氧化物(Li_xNiO₂)、锂-镍-钴复合氧化物(Li_xNi_(1-z)Co_zO₂(z<1))、锂-镍-钴-锰复合氧化物(Li_xNi_1(1-v-w)Co_yMn_wO₂(v+w<1))、具有尖晶石型结构的锂-锰复合氧化物(LiMn₂O₄)等。特别是，包含镍的复合氧化物是优选的，因为由此得到高容量和优良的循环特性。至于包含锂和过渡金属元素的磷酸盐化合物，例如，列举锂-铁磷酸盐化合物(LiFePO₄)、锂-铁-锰磷酸盐化合物(LiFe_(1-u)Mn_uPO₄(u<1))等。

除以上化合物之外，例如，列举诸如氧化钛、氧化钒及二氧化锰之类的氧化物；诸如二硫化铁、二硫化钛及二硫化钼之类的二硫化物；诸如硒化铌之类的硫族化物；硫；及诸如聚苯胺和聚噻吩之类的传导聚合物。

阳极122具有例如与图3所示的阳极相类似的结构。阳极122具有其中阳极活性材料层122B被提供在条形阳极集流体122A的两个面上的结构。阳极集流体122A和阳极活性材料层122B的结构分别与阳极集流体101和阳极活性材料层102的结构相类似。

在二次电池中，通过调节阴极活性材料的量和能够插入和提取锂的阳极活性材料的量，前述阳极活性材料的电荷容量大于阴极活性材料的电荷容量。因而，完全充电时锂金属不沉淀在阳极122上。

隔离体123把阴极121与阳极122分离，防止两个电极的接触造成电流短路，以及通过锂离子。隔离体123由例如如下制成：多孔膜，由诸如聚四氟乙烯、聚丙烯及聚乙烯之类的合成树脂制成；或陶瓷多孔膜。隔离体123可以具有其中上述两个或更多多孔膜层叠的结构。特别是，聚烯烃制成的多孔膜是优选的，因为这样一种膜具有优良的短路抑制效果，并且通过断路效应改进电池的安全性。尤其是，聚乙烯是优选的，因为聚乙烯在从100deg C至160deg C下提供断路效应并且具有优良的电化学稳定性。此外，聚丙烯也是优选的。另外，只要保证电化学稳定性，可以使用通过与聚乙烯或聚丙烯共聚合或混合形成的树脂。

作为液体电解质的电解溶液浸在隔离体123中。电解溶液包含溶剂和溶剂中溶解的电解质盐。

0066

溶剂例如包含诸如有机溶剂之类的无水溶剂。无水溶剂包括例如乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、丁烯碳酸酯、二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、乙基甲基碳酸酯、甲基丙基碳酸酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1，2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、四氢吡喃、1，3-二恶戊烷、4-甲基-1，3-二恶戊烷、1，3-二恶烷、1，4-二恶烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、异丁酸甲酯、三甲基乙酸甲酯、三甲基乙酸乙酯、乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈、3-甲氧基丙腈、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基恶唑烷酮、N，N′-二甲基咪唑啉酮、硝基甲烷、硝基乙烷、四氢噻吩砜、磷酸三甲酯、二甲亚砜、二甲亚砜磷酸酯等。溶剂可以单独使用，或者通过混合使用其多种。特别是，溶剂优选地包含从包括乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯及乙基甲基碳酸酯的组中选择的至少一种。由此，得到足够的循环特性。这种情况下，尤其是，优选地包含诸如乙烯碳酸酯和丙烯碳酸酯之类的高粘度(高介电常数)溶剂(例如，介电常数ε≥30)和诸如二甲基碳酸酯、乙基甲基碳酸酯及二乙基碳酸酯之类的低粘度溶剂(例如，粘度≤1mPa·s)的混合物。由此，改进电解质盐的离解性质和离子迁移率，因而得到较高效果。

溶剂优选地包含具有不饱和键的环酯碳酸酯，由此改进循环特性。在溶剂中具有不饱和键的环酯碳酸酯的含量优选地在从1wt％至10wt％的范围中，由此得到足够的效果。作为具有不饱和键的环酯碳酸酯，例如，列举碳酸亚乙烯酯、乙烯基乙烯碳酸酯等。其中之一可以单独使用，或者通过混合可以使用其多种。

电解质盐包含例如一种或多种轻金属盐，如锂盐。至于锂盐，例如，列举从包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂及六氟砷酸锂的组中选择的至少一种，由此得到足够的循环特性。其中之一可以单独使用，或者通过混合可以使用其多种。特别是，六氟磷酸锂是优选的，因为内电阻被降低，因而得到较高效果。

电解质盐的含量对于溶剂优选地在从0.3mol/kg至3.0mol/kg的范围。如果含量在以上范围外，则有可能离子传导性能显著降低并因而容量特性等不能足够地得到。

例如可以按如下制造二次电池。

首先，通过把阴极活性材料层121B形成在阴极集流体121A的两个面上形成阴极121。这种情况下，把阴极活性材料粉末、电导体及粘结剂混合以制备阴极混合物，阴极混合物分散在溶剂中以得到膏状阴极混合物泥浆。然后，把阴极集流体121A用阴极混合物泥浆涂敷，其被干燥，所得到的产物被模压成型。此外，通过与制造阳极的以上方法相类似的程序，通过把阳极活性材料层122B形成在阳极集流体122A的两个面上形成阳极122。

随后，阴极引线125通过焊接附接到阴极集流体121A，并且阳极引线126通过焊接附接到阳极集流体122A。随后，阴极121和阳极122被螺旋缠绕，隔离体123在其间，由此形成螺旋缠绕电极体120。阴极引线125的端部焊接到安全阀机构115，并且阳极引线126的端部焊接到电池外壳111。这之后，把螺旋缠绕电极体120夹持在绝缘板对112和113之间，并且包含在电池外壳111内。随后，把电解溶液注入到电池外壳111中，并且浸在隔离体123中。最后，在电池外壳111的敞开端部，通过用垫圈117填缝固定电池盖114、安全阀机构115及PTC装置116。由此构造图4和图5所示的二次电池。

在二次电池中，当充电时，例如，锂离子从阴极121提取到电解溶液，并且提取的锂离子通过电解溶液插入在阳极活性材料层122B中。同时，当放电时，锂离子从阳极活性材料层122B提取，并且通过电解溶液插入阴极121中。

根据二次电池和制造它的方法，阳极122具有与以上描述的图3所示阳极结构相类似的结构，并且通过与以上描述制造阳极的方法相类似的方法形成。因此，改进了循环特性。

二次电池

图6表示第二电池的分解立体结构。电池是所谓的锂离子二次电池，阴极引线131和阳极引线132附接到其上的螺旋缠绕电极体130包含在膜封装部件140中。使用膜封装部件140的电池结构是所谓的层叠膜类型。

阴极引线131和阳极引线132分别在相同方向上从封装部件140内部导出到其外部。阴极引线131例如由诸如铝之类的金属材料制成。阳极引线132例如由诸如铜、镍及不锈钢之类的金属材料制成。组成阴极引线131和阳极引线132的每种金属材料是例如薄板或网的形状。

封装部件140由矩形铝层叠膜制成，在矩形铝层叠膜中，例如尼龙膜、铝箔及聚乙烯膜按这一顺序粘结在一起。在封装部件140中，例如，聚乙烯膜和螺旋缠绕电极体130彼此相对，并且相应外边缘通过熔化粘结或粘合剂彼此接触。防止外部空气进入的粘合剂膜141插入在封装部件140与阴极引线131、阳极引线132之间。粘合剂膜141由对阴极引线131和阳极引线132具有接触特性的材料制成，例如，由诸如聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯及改性聚丙烯之类的聚烯烃树脂制成。

膜封装部件140可以由具有其它结构的层叠膜、聚丙烯等制成的聚合物膜、或金属膜制成，代替以上3-层铝层叠膜。

图7表示沿图6所示的螺旋缠绕电极体130的线VII-VII得到的横截面结构。在螺旋缠绕电极体130中，阴极133和阳极134被其间的隔离体135和电解质136分层，并且然后被螺旋缠绕。其最外圆周由保护带137所保护。

图8表示图7所示的螺旋缠绕电极体130的放大部分。阴极133具有例如其中阴极活性材料层133B被提供在阴极集流体133A的两个面上的结构。阳极134具有例如与图3所示的阳极结构相类似的结构。阳极134具有例如其中阳极活性材料层134B被提供在阳极集流体134A的两个面上的结构。阴极集流体133A、阴极活性材料层133B、阳极集流体134A、阳极活性材料层134B及隔离体135的结构分别与在以上描述的第一电池中的阴极集流体121A、阴极活性材料层121B、阳极集流体122A、阳极活性材料层122B及隔离体123的那些类似。

电解质136是所谓的胶状的，包含电解溶液和保持电解溶液的聚合物化合物。胶状电解质是优选的，因为由此得到高离子传导性(例如在室温下1mS/cm或更大)，并且由此防止电池泄漏。

至于聚合物化合物，例如，列举诸如聚氧化乙烯和包含聚氧化乙烯的交联体的醚聚合物化合物、诸如聚甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯聚合物化合物的酯聚合物化合物、或诸如聚偏氟乙烯和偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物的偏氟乙烯的聚合物。其中之一可以单独使用，或者通过混合可以使用其多种。尤其是，就氧化还原稳定性而论，诸如偏氟乙烯的聚合物等之类的氟化聚合物化合物是优选的。电解溶液中聚合物化合物的添加量根据电解溶液与聚合物化合物之间相容性而变化，但例如优选地在从5wt％至50wt％的范围中。

电解溶液的组成类似于以上第一电池中的电解溶液的组成。然而，这种情况下的溶剂是指不仅包括液体溶剂而且也包括具有能够离解电解质盐的离子传导性的溶剂的广泛概念。因此，当使用具有离子传导性的聚合物化合物时，聚合物化合物也包括在溶剂中。

代替其中由聚合物化合物保持电解溶液的电解质136，可以直接使用电解溶液。这种情况下，电解溶液浸渍在隔离体135中。

二次电池可以例如通过如下三种制造方法制造。

第一制造方法中，首先，通过与制造第一电池的方法程序相类似的程序通过把阴极活性材料层133B形成在阴极集流体133A的两个面上形成阴极133。此外，例如，通过与以上描述的制造阳极的方法程序相类似的程序通过把阳极活性材料层134B形成在阳极集流体134A的两个面上形成阳极134。

随后，制备包含电解溶液、聚合物化合物及溶剂的初始溶液。在阴极133和阳极134涂有初始溶液之后，溶剂被蒸发以形成胶状电解质136。随后，阴极引线131和阳极引线132分别附接到阴极集流体133A和阳极集流体134A。随后，提供有电解质136的阴极133和阳极134被其间的隔离体135分层以得到层叠体。这之后，把层叠体在纵向方向上螺旋缠绕，把保护带137粘合到其最外圆周上以形成螺旋缠绕电极体130。随后，例如，在螺旋缠绕电极体130夹持在两片膜封装部件140之间以后，封装部件140的外边缘通过热熔化粘结等接触以封闭螺旋缠绕电极体130。把粘合剂膜141插入在阴极引线131、阳极引线132与封装部件140之间。由此，构造在图6至图8所示的二次电池。

第二制造方法中，首先，把阴极引线131和阳极引线132分别附接到阴极133和阳极134。这之后，阴极133和阳极134被其间的隔离体135分层，并被螺旋缠绕。把保护带137粘合到其最外圆周上，并由此形成作为螺旋缠绕电极体130的前身的螺旋缠绕体。随后，在螺旋缠绕体夹持在两片膜封装部件140之间以后，除了一侧之外的最外圆周通过热熔化粘结等而粘结以得到袋形状态，并且把螺旋缠绕体包含在袋状封装部件140中。随后，制备用于电解质的物质的组分，包含电解溶液、作为用于聚合物化合物的原材料的单体、聚合引发剂及诸如阻聚剂之类的其它材料(如有必要)，把该组分注入到袋状封装部件140。这之后，通过热熔化粘结等气密密封封装部件140的开口。最后，单体被热聚合以得到聚合物化合物。由此，形成胶状电解质136。相应地，构造二次电池。

第三制造方法中，以与以上第一制造方法的方式相同的方式形成螺旋缠绕体并且包含在袋状封装部件140中，不同之处在于，使用两个面涂有聚合物化合物的隔离体135。至于隔离体135涂有的聚合物化合物，例如，列举包含偏氟乙烯作为成分的聚合物，就是说，均聚物、共聚物、多成分共聚物等。明确地说，列举聚偏氟乙烯；包含偏氟乙烯和六氟丙烯作为成分的二元共聚物；包含偏氟乙烯、六氟丙烯及三氟氯乙烯作为成分的三元共聚物等。至于聚合物化合物，除包含偏氟乙烯作为成分的以上聚合物之外，可以使用另一种或多种聚合物化合物。随后，制备电解溶液，并注入到封装部件140中。这之后，通过热熔化粘结等密封封装部件140的开口。最后，所得产物被加热同时把重量施加到封装部件140上，并使隔离体135接触阴极133和阳极134，聚合物化合物在其间。由此，把电解溶液浸渍到聚合物化合物中，并且把聚合物化合物胶凝以形成电解质136。相应地，构造二次电池。第三制造方法中，比在第一制造方法更大地改进膨胀特性。此外，在第三制造方法中，作为聚合物化合物原材料的单体、溶剂等与第二制造方法相比几乎不留在电解质136中，并且有利地控制聚合物化合物的形成步骤。因而，在阴极133/阳极134/隔离体135与电解质136之间得到足够的接触特性。

在二次电池中，如在以上第一电池中那样，锂离子在阴极133与阳极134之间插入和提取。就是说，当充电时，例如，锂离子从阴极133提取，并且通过电解质136插入在阳极134中。同时，当放电时，锂离子从阳极134提取，并且通过电解质136插入在阴极133中。

第三电池

图9和图10表示第三电池的横截面结构。图9所示的横截面和图10所示的横截面的位置关系彼此垂直。就是说，图10是沿图9所示的线X-X得到的横截面视图。二次电池是所谓的方形类型电池和锂离子二次电池，其中扁平螺旋缠绕电极体160被包含在近似空心矩形实体形状的封装外壳151中。

封装外壳151由例如镀镍(Ni)的铁(Fe)制成。封装外壳151也具有作为阳极端的功能。封装外壳151的一端封闭，并且其另一端敞开。在封装外壳151的敞开端，附接了绝缘板152和电池盖153，并由此气密封闭封装外壳151的内部。绝缘板152由例如聚丙烯等制成，并且布置成与螺旋缠绕电极体160上的螺旋缠绕圆周正面相垂直。电池盖153例如由与封装外壳151的材料相类似的材料制成，并且与封装外壳151一起也具有阳极端的功能。在电池盖153外，布置作为阴极端的终端板154。在电池盖153的近似中心，提供通孔。电气连接到终端板154上的阴极销155插入在通孔中。终端板154与电池盖153用其间的绝缘壳体156电气绝缘。阴极销155与电池盖153用其间的垫圈157电气绝缘。绝缘壳体156由例如聚对苯二甲酸丁二酯制成。垫圈157由例如绝缘材料制成，并且其表面涂有沥青。

在电池盖153的边沿附近，提供劈裂阀158和电解溶液注入孔159。劈裂阀158电气连接到电池盖153上。如果电池的内部压力由于内部短路、外部加热等成为一定值或更大，则劈裂阀158裂开以释放内部压力。电解溶液注入孔159由例如钢球制成的密封部件159A密封。

在螺旋缠绕电极体160中，阴极161和阳极162用其间的隔离体163分层，并且被螺旋缠绕。螺旋缠绕电极体160根据封装外壳151的形状成形为扁平的。隔离体163布置在螺旋缠绕电极体160的最外圆周，并且阴极161就在其内侧。图10是阴极161和阳极162的层叠结构的简化视图。螺旋缠绕电极体160的螺旋缠绕数量不限于图9和图10所示数量，而是可以任意设置。由铝(Al)或类似材料制成的阴极引线164连接到螺旋缠绕电极体160的阴极161。由镍或类似材料制成的阳极引线165连接到阳极162。阴极引线164通过焊接到阴极销155的下端而电气连接到终端板154。阳极引线165焊接及电气连接到封装外壳151。

如图9所示，在阴极161中，阴极活性材料层161B被提供在阴极集流体161A的单个面或两个面上。在阳极162中，阳极活性材料层162B被提供在阳极集流体162A的单个面或两个面上。阴极集流体161A、阴极活性材料层161B、阳极集流体162A、阳极活性材料层162B及隔离体163的结构分别与以上描述第一电池中的阴极集流体121A、阴极活性材料层121B、阳极集流体122A、阳极活性材料层122B及隔离体123的结构相类似。与隔离体123的电解溶液相类似的电解溶液浸渍在隔离体163中。

可以例如按如下制造二次电池。

如以上第一电池中那样，阴极161和阳极162被其间的隔离体163分层并被螺旋缠绕，由此形成螺旋缠绕电极体160。这之后，把螺旋缠绕电极体160包含在电池外壳151内。接下来，把绝缘板152布置在螺旋缠绕电极体160上。阳极引线165焊接到电池外壳151，阴极引线164焊接到阴极销155的下端，及电池盖153通过激光焊接或类似焊接固定在电池外壳151的敞开端。最后，电解溶液通过电解溶液注入孔159注入到封装外壳151中，并且浸渍在隔离体163中。这之后，电解溶液注入孔159由密封部件159A密封。由此构造图9和图10所示的二次电池。

根据二次电池和制造它的方法，阳极162具有与以上描述的图3所示阳极结构相类似的结构。另外，阳极162由与以上制造阳极的方法相类似的方法形成。相应地，改进了循环特性。

例子

将详细描述本发明的特定例子。

例1

图9和图10所示的方形二次电池由如下程序制造。把二次电池形成为锂离子二次电池，其中阳极162容量由基于锂插入和提取的容量分量来表达。

首先，形成阴极161。就是说，把碳酸锂(Li₂CO₃)和碳酸钴(CoCO₃)按0.5:1的摩尔比混合。这之后，把混合物在900deg C的空气中烧制5小时。由此，得到锂钴复合氧化物(LiCoO₂)。随后，把按重量96份的作为阴极活性材料的锂钴复合氧化物、按重量1份的作为导电体的石墨、及按重量3份的作为粘结剂的聚偏氟乙烯混合，以得到阴极混合物。这之后，把阴极混合物分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以得到膏状阴极混合物泥浆。最后，用阴极混合物泥浆均匀涂敷由条形铝箔(厚度：12μm)制成的阴极集流体161A的两个面，其被干燥。这之后，所得产物由辊式压机模压以形成阴极活性材料层161B。这之后，把由铝制成的阴极引线164焊接及附接到阴极集流体161A的端部。

接下来，形成阳极162。明确地说，制备由电解铜箔制成的阳极集流体162A(厚度：20μm，粗糙度分布的十点平均高度Rz：3.5μm)。这之后，通过电子束蒸发法通过使用以上实施例中描述的图1中的蒸发设备把作为阳极活性材料的硅沉积在阳极集流体162A的两个面上。由此，把阳极活性材料颗粒形成为单层结构以得到阳极活性材料层162B。这时，具有99％纯度的硅被用作蒸发源，沉积速率是6μm·/min(阳极活性材料层162B的沉积速率是6μm厚，其中阳极集流体162A的运转速率是1m/min)，并且在阳极活性材料颗粒中的氧含量是3atomic％(原子百分比)。此外，在把氧气连续引入到蒸发处理槽2中的同时，形成阳极活性材料层162B。使用由具有水冷却机构的铜制成的热屏蔽板5A和5B。这之后，把由镍制成的阳极引线165焊接和附接到阳极集流体162A的一端。

随后，制备由16μm厚的微孔聚乙烯膜制成的隔离体163。然后，依次层叠阴极161、隔离体163、阳极162及隔离体163以形成层叠体。把生成的层叠体螺旋缠绕几次，并由此形成螺旋缠绕电极体160。把得到的螺旋缠绕电极体160成形为扁平形状。

接下来，把扁平形状的螺旋缠绕电极体160包含在封装外壳151中。这之后，把绝缘板152布置在螺旋缠绕电极体160上。把阳极引线165焊接到封装外壳151，把阴极引线164焊接到阴极销155的下端，及通过激光焊接把电池盖153固定在封装外壳151的敞开端。这之后，把电解溶液通过电解溶液注入孔159注入到封装外壳151中。至于电解溶液，使用通过把在1mol/dm³浓度的作为电解质盐的LiPF₆溶解在30wt％的乙烯碳酸酯(EC)、60wt％的二乙基碳酸酯(DEC)及10wt％的二氟乙烯碳酸酯(DFEC)的混合溶剂中得到的电解溶液。最后，电解溶液注入孔159由密封部件159A密封，并由此得到方形类型的二次电池。

比较例1至3

比较例1至3的每个二次电池以与例1的方式相类似的方式构造，不同之处在于，当形成阳极活性材料层162B时不使用热屏蔽板。在比较例1中，阳极活性材料层162B的沉积速率和阳极集流体162A的运转速率都与例1中的那些相同。在比较例2中，阳极活性材料层162B的沉积速率是例1中的沉积速率的一半，但阳极集流体162A的运转速率与例1中的运转速率相同。在比较例3中，阳极活性材料层162B的沉积速率是例1中的沉积速率的一半，并且阳极集流体162A的运转速率是例1中的运转速率的两倍大。

对于例1和比较例1至3的二次电池，检查循环特性，并且检查阳极活性材料层162B的状态。结果表示在表1。在表1中，沉积速率和运转速率表示成对于例1的值标准化的值。

表1

      沉积速率  运转速率  放电容量保持比(％)  活性材料层的状态

例1      1        1          75                    良好

比较例1  1        1          不可测                铜溶解

比较例2  0.5      1          不可测                部分铜溶解

比较例3  0.5      2          <30                   金属互化物形成

当检查循环特性时，由如下程序 进行循环试验，并由此得到放电容量保持比。首先，为了稳定电池状态，在25deg C的大气中进行充电和放电1个循环，并且然后再次进行充电和放电以测量在第二循环的放电容量。随后，在相同大气中进行充电和放电99个循环，以测量在第101个循环的放电容量。最后，计算放电容量保持比(％)＝(在第101个循环的放电容量/在第二循环的放电容量)×100。对于第一个循环，首先，在0.2mA/cm²的恒定电流密度下进行充电直到电池电压达到4.2V，在4.2V的恒定电压下连续进行充电直到电流密度达到0.05mA/cm²，及在0.2mA/cm²的恒定电流密度下进行放电直到电池电压达到2.5V。对于第二循环及之后的每个循环，首先，在2mA/cm²的恒定电流密度下进行充电直到电池电压达到4.2V，在4.2V的恒定电压下连续进行充电直到电流密度达到0.1mA/cm²，及在2mA/cm²的恒定电流密度下进行放电直到电池电压达到2.5V。

对于阳极活性材料层162B的状态，其表面或横截面由扫描电子显微镜(SEM)观察。图11A至14B表示SEM图像(二次电子图像)。图11A、12A、13A及14A是SEM图像。图11B、12B、13B及14B示意表示图11A、12A、13A及14A所示的SEM图像。

如图11A和11B所示，例1中，证实阳极活性材料层162B由硅制成的多个阳极活性材料颗粒102A形成。这种情况下，如表1所示，得到75％的较高放电容量保持比。

同时，比较例1中，尽管与例1中相同的沉积速率和运转速率，组成阳极集流体162A的铜被蒸发源的辐射热量溶解，并且很难形成阳极活性材料层162B。如图12A和12B所示，在阳极集流体162A的表面稍微识别到包含硅的颗粒401。然而，大多数颗粒401成为由熔化及固化铜和硅组成的熔化部分402。因此，不能测量到放电容量保持比。

在比较例2中，蒸发源的辐射热量的影响比在比较例1中小。然而，不能够形成高质量的阳极活性材料层，并且不能够测量到放电容量保持比。在比较例2中，如图13A和13B所示，识别到包含硅的颗粒301。然而，组成阳极集流体162A的部分铜被熔化并且混合在颗粒301中。

在比较例3中，蒸发源的辐射热量的影响比在比较例2中小。然而，放电容量保持比显著低到30％以下。在比较例3中，如图14A和14B所示，识别到硅组成的阳极活性材料颗粒203。然而，证实产生了包括Cu₃Si的金属互化物201。可设想这样一种金属互化物201不利地影响放电容量保持比。附图标记202所指的部分代表组成阳极集流体162A的铜。

如以上描述的那样，证实了通过使用真空蒸发法在阳极集流体162A上形成高质量阳极活性材料层162B并且得到高放电容量保持比，由热屏蔽板5A和5B减少蒸发源3A和3B到阳极集流体162A的辐射热量是极有效的。就是说，发现了通过在蒸发源3A和3B与阳极集流体162A之间在蒸发源3A和3B附近提供热屏蔽板5A和5B，阻止阳极集流体162A本身温度过分升高，避免阳极活性材料层162B的变化和活性材料层162B与阳极集流体162A之间的多余副反应，及实现放电容量保持比的改进和生产效率的改进。

参照实施例和例子已经描述了本发明。然而，本发明不限于以上实施例和以上例子，并且可以进行各种修改。例如，在以上实施例和例子中，由铜、镍、或铝制成的金属箔已经举例为蒸发对象，并且已经描述当薄膜形成在金属箔上时使用蒸发设备的情形。然而，本发明不限于这样一种模式。例如，本发明的蒸发设备可以用于取代金属箔使用塑料膜作为蒸发对象的情形，并且由给定材料制成的薄膜形成在塑料膜上。

此外，在以上实施例和以上例子中，作为本发明的蒸发设备，已经描述了通过在蒸发源中辐射电子束加热的电子束蒸发设备作为例子。然而，本发明的蒸发设备不限于此。例如，可以使用包括使用电阻加热的蒸发源的真空蒸发设备。

此外，在以上实施例和以上例子中，已经给出锂离子二次电池的描述作为电池类型，在锂离子二次电池中，阳极容量由基于锂插入和提取的容量分量来表达。然而，本发明的电池类型不限于此。本发明类似地适用于这样一种二次电池，其中通过把能够插入和提取锂的阳极材料的电荷容量设置为比阴极的电荷容量小的值，阳极容量包括基于锂插入和提取的容量分量和基于锂沉淀和离解的容量分量，并且阳极容量由这些容量分量之和来表达。

此外，在以上实施例和以上例子中，已经描述了把锂用作电极反应剂的情形。然而，作为电极反应剂，可以使用诸如钠(Na)和钾(K)之类的其它族1元素、诸如镁(Mg)和钙(Ca)之类的族2元素、或诸如铝之类的其它轻金属。这些情况下，在以上实施例中描述的阳极材料也可以用作阳极活性材料。

此外，在以上实施例和以上例子中，已经描述了其中通过使用本发明的蒸发设备制造阳极的情形。然而，本发明的蒸发设备适用于制造阴极的情形。这种情况下，可能通过在阴极集流体上形成除以上实施例和以上例子中列举的活性材料之外还包含例如Cr₃O₈、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄、CoO、Co₃O₄、NiO、Mn₃O₄、ZnO、MoO₃、CuS、NiS、Ti₂S、MoS₃、FeS、NiF₂、CuF₂、CoF₂、CoF₃、FeF₂和类似材料作为活性材料的阴极活性材料层，制造用于一次电池或二次电池的阴极。

本领域的技术人员应该理解，依据设计要求及其它因素可以想到各种修改、组合、子组合及变更，因为它们在附属权利要求书或其等效物的范围内。

Claims (7)

1.一种蒸发设备，包括：

蒸发源，通过加热释放蒸发材料；

保持部件，保持蒸发对象；

热屏蔽部件，它布置在所述蒸发源与所述保持部件所保持的蒸发对象之间，具有开口以用于汽相状态下的蒸发材料从所述蒸发源通过到达所述蒸发对象，及屏蔽所述蒸发对象以免受所述蒸发源的部分辐射热量，及

活门，用于控制汽相状态下的蒸发材料从蒸发源到蒸发对象的传输，其中

所述热屏蔽部件被布置得距离所述蒸发源比距离所述保持部件更近，并且所述热屏蔽部件被布置在蒸发源与活门之间；

其中所述开口的内壁倾斜，以增大从蒸发源侧到蒸发对象侧的开口的面积，

所述蒸发源具有使所述蒸发材料被包含在容器的凹下部分中的结构，以及

所述热屏蔽部件的开口占据的面积小于所述容器的凹下部分的上边缘围绕的面积。

2.根据权利要求1所述的蒸发设备，其中所述热屏蔽部件被布置为距离容器一定距离。

3.根据权利要求1所述的蒸发设备，其中所述热屏蔽部件容纳有冷却水循环通过的水通道。

4.一种制造其中活性材料层被提供在集流体上的阳极的方法，包括步骤：

把集流体保持在使集流体与通过加热释放活性材料的蒸发源相对的位置；和

通过把具有开口的热屏蔽部件布置在蒸发源与集流体之间距离蒸发源比距离集流体更近的位置以后从蒸发源升华活性材料，和在所述热屏蔽部件阻塞所述蒸发源的部分辐射热量的同时把以汽相通过所述开口的活性材料沉积在集流体上，而形成活性材料层；

其中所述开口的内壁倾斜，以增大从蒸发源侧到集流体侧的开口的面积，

所述热屏蔽部件被布置在蒸发源与活门之间，所述活门用于控制汽相蒸发材料从蒸发源到集流体的传输，

使用其中活性材料被包含在容器的凹下部分中的蒸发源，以及

所述热屏蔽部件的开口占据的面积小于所述容器的凹下部分的上边缘围绕的面积。

5.根据权利要求4所述的方法，其中通过使转动体保持所述集流体以及转动所述转动体而使所述集流体运转的同时，蒸发所述活性材料。

6.根据权利要求4所述的方法，其中铜(Cu)被用作所述集流体，以及硅(Si)被用作所述活性材料的主要元素。

7.一种制造电池的方法，包括步骤：

分别形成阴极和阳极；和

把具有所述阴极、阳极及所述阴极与阳极之间夹持的隔离体的分层结构与电解质一起包含在封装部件中，

其中形成所述阳极的步骤包括步骤：

把集流体保持在使集流体与通过加热释放活性材料的蒸发源相对的位置；和

通过把具有开口的热屏蔽部件布置在蒸发源与集流体之间距离蒸发源比距离集流体更近的位置以后从所述蒸发源升华活性材料，和在所述热屏蔽部件阻塞所述蒸发源的部分辐射热量的同时把以汽相通过所述开口的活性材料沉积在集流体上，而形成活性材料层；

其中所述开口的内壁倾斜，以增大从蒸发源侧到集流体侧的开口的面积，

所述热屏蔽部件被布置在蒸发源与活门之间，所述活门用于控制汽相蒸发材料从蒸发源到集流体的传输，

使用其中活性材料被包含在容器的凹下部分中的蒸发源，以及

所述热屏蔽部件的开口占据的面积小于所述容器的凹下部分的上边缘围绕的面积。

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