JP2001052683A - Electrode having void lattice layer and battery having the same - Google Patents

Electrode having void lattice layer and battery having the same

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JP2001052683A
JP2001052683A JP2000222312A JP2000222312A JP2001052683A JP 2001052683 A JP2001052683 A JP 2001052683A JP 2000222312 A JP2000222312 A JP 2000222312A JP 2000222312 A JP2000222312 A JP 2000222312A JP 2001052683 A JP2001052683 A JP 2001052683A
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battery
current collector
electrolyte
lithium
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Eric S Kolb
エス コルブ エリック
Denis G Fauteux
ジー フォトー デニス
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Mitsubishi Chemical Corp
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the Coulomb efficiency by inhibiting the production of dendritic crystals on an interface of electrodes and to improve the electrochemical performance by forming at least one lattice layer with void connected to the surface of a collector, on an electrode. SOLUTION: An inert framework or a lattice layer 38 on a first electrode 32 or a second electrode, including a collector or a base made of copper or the like is preferably made of an insulating material, which improves the deposition dissolution of lithium or the like as an electromotive force material. A number of openings 42 and voids 44 of the lattice layer 38 are preferably formed by a photolithographic method or a laser grinding method, which improves the accuracy in size and provides the uniform surface with respect to the deposition of lithium. It is preferable for the battery capacity to increase an area ratio of voids 44 or the like for depositing/ dissolving lithium and charging and discharging, within a range not impairing the strength. The dendritic crystals are not substantially produced near the surface of a metallic collector connected with the lattice layer 38 on its surface, the charging and discharging can be repeatedly executed, and further the effect can be improved by controlling the height of the grating layer 38.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電極および当該電
極から成る電池に関し、詳しくは、樹枝状結晶の生成を
抑制し、クーロン効率を向上させた、集電体表面と関連
した空隙格子層を有する電極から成る電池に関する。本
発明はさらに、上記電池の製造方法および充放電方法に
も関する。本発明は、特にリチウムを起電力物質とした
リチウムイオン電池およびその製造方法ならびに充放電
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode and a battery comprising the electrode, and more particularly, to a void grid layer associated with a current collector surface, which suppresses the formation of dendrites and improves Coulomb efficiency. A battery comprising electrodes having the same. The present invention further relates to a method for manufacturing and charging / discharging the battery. The present invention particularly relates to a lithium ion battery using lithium as an electromotive substance, a method of manufacturing the same, and a method of charging and discharging.

【0002】[0002]

【従来の技術】リチウム系二次電池は、公知である。更
に、インターカレーションタイプの電極を備えたリチウ
ム系二次電池に関連する実験研究も行われている。イン
ターカレーション可能な電極を使用したバッテリーに関
連する研究が進んでいるが、、エネルギー密度および電
池電圧に関しては依然問題がある。このため、電極界面
での樹枝状結晶の生成およびそれに伴う劣化を実質的に
起こさずに、リチウムを直接集電体上に析出(plat
e)させる方法が研究されている。かかる電池は、電極
内に従来の活物質が存在しないことに起因して電池厚が
大幅に減少し、この結果、エネルギー密度が実質的に改
良されたバッテリーを得ることができるので好ましい。
2. Description of the Related Art Lithium secondary batteries are well known. In addition, experimental studies related to lithium-based secondary batteries having intercalation-type electrodes have been conducted. Despite the ongoing research related to batteries using intercalable electrodes, there are still problems with regard to energy density and battery voltage. For this reason, lithium is directly deposited on the current collector (platform) without substantially generating dendrite crystals at the electrode interface and the accompanying degradation.
e) A method of causing this is being studied. Such batteries are preferred because the thickness of the battery is significantly reduced due to the absence of conventional active materials in the electrodes, and as a result a battery with substantially improved energy density can be obtained.

【0003】かかる電池の作動中には、従来の電池サイ
クルにおけるリチウムのインターカレーション/デイン
ターカレーションおよび/または合金化/脱合金化作用
に代って、集電体に対するリチウムの析出(plati
ng)及び溶解(stripping)作用が生じる。
更に、インターカレーション型電極の代わりに析出/溶
解作用を示す電極を使用したバッテリーの電圧特性は、
非常に狭い電圧域で大きな容量を示すため非常に好まし
い。それ故、かかる電池の電気化学的性能を最大限に高
めることが望まれている。
[0003] During the operation of such batteries, the lithium intercalation / deintercalation and / or alloying / dealloying action in conventional battery cycles replaces the deposition of lithium on the current collector.
ng) and a stripping action occurs.
Furthermore, the voltage characteristics of a battery using an electrode exhibiting a deposition / dissolution action instead of an intercalation type electrode are as follows:
It is very preferable because it shows a large capacity in a very narrow voltage range. Therefore, it is desirable to maximize the electrochemical performance of such batteries.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、電極
界面での樹枝状結晶の生成およびそれに伴う劣化を実質
的に起こさずに、電池の電気化学的性能を最大限に高め
る電極および当該電極を使用した電池を提供することで
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an electrode and a method for maximizing the electrochemical performance of a battery without substantially causing dendrite formation and associated degradation at the electrode interface. It is to provide a battery using electrodes.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成すべく鋭意検討した結果、集電体の表面と関連した
少なくとも1つの空隙を有する格子層を設けることによ
り、樹枝状結晶の生成を抑制し、クーロン効率を向上で
きることを見い出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that by providing a lattice layer having at least one void associated with the surface of the current collector, the dendritic crystal can be formed. It has been found that generation can be suppressed and Coulomb efficiency can be improved, and the present invention has been completed.

【0006】本発明は上記の知見に基づき完成されたも
のであり、その第1の要旨は、表面を有する集電体と、
前記集電体の表面と関連した少なくとも1つの空隙を有
する格子層とから成る電池用電極に存する。
The present invention has been completed based on the above findings, and a first gist of the present invention is to provide a current collector having a surface,
A battery electrode comprising a grid layer having at least one void associated with the surface of the current collector.

【0007】本発明の第2の要旨は、前記格子層がリソ
グラフィック法により形成された請求項1に記載の電極
に存する。
A second subject of the present invention resides in the electrode according to claim 1, wherein the lattice layer is formed by a lithographic method.

【0008】本発明の第3の要旨は、前記格子層がレー
ザー研削法により形成された第1の要旨に記載の電極に
存する。
A third aspect of the present invention resides in the electrode according to the first aspect, wherein the lattice layer is formed by a laser grinding method.

【0009】本発明の第4の要旨は、前記格子層が絶縁
性材料から成る第1又は2の要旨に記載の電極に存す
る。
A fourth aspect of the present invention resides in the electrode according to the first or second aspect, wherein the lattice layer is made of an insulating material.

【0010】本発明の第5の要旨は、電解質と、第1電
極および第2電極を有する電池であって、前記第1電極
および第2電極の少なくとも一方が、第1〜4の要旨の
何れかに記載の電極であることを特徴とする電池に存す
る。
A fifth aspect of the present invention is a battery having an electrolyte, a first electrode and a second electrode, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is one of the first to fourth aspects. The battery according to any one of claims 1 to 3, wherein

【0011】本発明の第6の要旨は、表面を有する集電
体を備えた第1電極を製造する工程と;前記集電体表面
に少なくとも1つの空隙を有する格子層を関連させる工
程と;表面を有する第2電極を製造する工程と;前記第
1及び第2電極に少なくとも1種の電解質を関連させる
工程とから成る電池の製造方法に存する。
A sixth aspect of the present invention is a method of manufacturing a first electrode having a current collector having a surface; and a step of associating a grid layer having at least one void with the surface of the current collector; A method for manufacturing a battery, comprising: a step of manufacturing a second electrode having a surface; and a step of associating at least one electrolyte with the first and second electrodes.

【0012】本発明の第7の要旨は、表面を有する集電
体と、当該表面に関連した、少なくとも1つの空隙を有
する格子層とを有する第1及び第2電極と、上記第1及
び第2電極と関連した電解質とを有する電気化学的電池
での電気化学プロセスであって、前記電気化学的電池を
充電(CHARGE)する工程と、集電体の表面と前記
格子層の前記空隙のの少なくとも1つとにリチウムを析
出(PLATE)させる工程とを含むことを特徴とする
電気化学的プロセスに存する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a first and second electrodes having a current collector having a surface, a grid layer having at least one void associated with the surface, and the first and second electrodes. An electrochemical process in an electrochemical cell having two electrodes and an associated electrolyte, wherein the charging of the electrochemical cell (CHARGE) comprises the steps of: charging a surface of a current collector and the gap of the grid layer; Depositing (PLATE) lithium with at least one of them.

【0013】本発明の第8の要旨は、電解質と第1電極
と第2電極とを有する電池において、前記第1電極及び
第2電極の少なくとも一方が、集電体と、集電体上に設
けられた、起電力物質を析出させ得る空隙を有する格子
層とを有することを特徴とする電池に存する。
According to an eighth aspect of the present invention, in a battery having an electrolyte, a first electrode, and a second electrode, at least one of the first electrode and the second electrode includes a current collector, and a current collector. And a lattice layer having voids in which an electromotive substance can be deposited.

【0014】本発明の第9の要旨は、起電力物質がリチ
ウムである第8の要旨に記載の電池に存する。
A ninth aspect of the present invention resides in the battery according to the eighth aspect, wherein the electromotive substance is lithium.

【0015】本発明の第10の要旨は、格子層が絶縁性
材料からなる第8又は9の要旨に記載の電池に存する。
A tenth aspect of the present invention resides in the battery according to the eighth or ninth aspect, wherein the lattice layer is made of an insulating material.

【0016】本発明の第11の要旨は、電解質と第1電
極と第2電極とを有し、前記第1電極及び第2電極の少
なくとも一方が、集電体と、集電体上に設けられた、空
隙を有する格子層とを有する格子電極である電池に対す
る充放電方法であって、前記格子電極の空隙内に起電力
物質を析出・溶解することによって、充電及び放電を行
うことを特徴とする充放電方法に存する。
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an electrolyte having an electrolyte, a first electrode, and a second electrode, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is provided on a current collector and on the current collector. A method for charging and discharging a battery, which is a grid electrode having a grid layer having voids, wherein charging and discharging are performed by depositing and dissolving an electromotive substance in the voids of the grid electrode. Charge and discharge method.

【0017】本発明の第12の要旨は、起電力物質がリ
チウムである第11の要旨に記載の方法に存する。
A twelfth aspect of the present invention resides in the method according to the eleventh aspect, wherein the electromotive substance is lithium.

【0018】[0018]

【発明の実施の態様】以下本発明を図面を使用して説明
する。本発明は様々な実施態様が可能であるため、本発
明は以下に図示された実施態様や説明に限定されない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments and descriptions illustrated below, as the invention is capable of various embodiments.

【0019】図1に初期充電前の従来の電池の模式図を
示す。初期充電前の従来の電池10は、通常、第1電極
12、第2電極14及び電解質16を有する。第1電極
12は銅等の遷移金属から成り、第2電極14は遷移金
属酸化物から形成される。電解質16は、プロピレンカ
ーボネート(PC)又はエチレンカーボネート(EC)
等の有機溶剤(図示せず)を含んでいてもよい。
FIG. 1 is a schematic view of a conventional battery before initial charging. The conventional battery 10 before the initial charge usually has the first electrode 12, the second electrode 14, and the electrolyte 16. The first electrode 12 is made of a transition metal such as copper, and the second electrode 14 is made of a transition metal oxide. The electrolyte 16 is made of propylene carbonate (PC) or ethylene carbonate (EC)
Organic solvent (not shown).

【0020】図2に初期充電後の従来の電池の模式図を
示す。充放電サイクル後の従来の電池10は、第1電極
12、第2電極14、電解質16及び樹枝状結晶生成物
18を含む。以下で詳述するように、樹枝状結晶生成に
よって、電池は、クーロン効率が低下し、電池寿命が短
くなる。更に、図示しないが、電池の電解質中の溶剤
が、電極表面と化学反応して、その後分解時にガスを発
生するため、電池を作動不能とするだけでなく、危険で
もある。
FIG. 2 is a schematic view of a conventional battery after the initial charge. A conventional battery 10 after a charge / discharge cycle includes a first electrode 12, a second electrode 14, an electrolyte 16, and a dendritic crystal product 18. As will be described in more detail below, dendritic crystal formation reduces the Coulomb efficiency of the battery and shortens the battery life. Further, although not shown, the solvent in the electrolyte of the battery chemically reacts with the electrode surface and then generates gas when decomposed, which not only makes the battery inoperable but also dangerous.

【0021】図3に初期充電前の本発明に係わる電池の
模式図を示す。初期電荷印加前の本発明に係わる電池3
0は、通常、第1電極32、第2電極34、電解質36
及び不活性フレームワーク又は格子層38を有する。電
極32及び34のいずれか一方は、金属集電体または基
板を含む。集電体としては、前述の銅の他、多数の他の
遷移金属、アルカリ金属、アルカリ性金属、遷移金属酸
化物又は他の金属種が使用できる。好ましくは、アルミ
ニウム、ニッケル、ステンレス、銅等の金属または合金
であり、特に好ましくは前述の銅である。
FIG. 3 is a schematic diagram of the battery according to the present invention before the initial charging. Battery 3 according to the present invention before initial charge application
0 is usually the first electrode 32, the second electrode 34, the electrolyte 36
And an inert framework or lattice layer 38. One of the electrodes 32 and 34 includes a metal current collector or a substrate. As the current collector, in addition to the above-mentioned copper, many other transition metals, alkali metals, alkaline metals, transition metal oxides or other metal species can be used. Preferred are metals or alloys such as aluminum, nickel, stainless steel, and copper, and particularly preferred is copper as described above.

【0022】電解質36としては、市販又は従来使用さ
れる溶剤および塩または(液体、ポリマー、ゲル及びプ
ラスチック系等の)電解質系が使用可能であり、代表的
には、プロピレンカーボネート(PC)又はエチレンカ
ーボネート(EC)等の従来の溶剤にLiAsF6等の
従来塩を溶解した電解質が使用される。
As the electrolyte 36, commercially available or conventionally used solvents and salts or electrolyte systems (such as liquid, polymer, gel and plastic systems) can be used. Typically, propylene carbonate (PC) or ethylene An electrolyte in which a conventional salt such as LiAsF 6 is dissolved in a conventional solvent such as carbonate (EC) is used.

【0023】格子層38は、第1電極32の集電体表面
40と関連させるが、同様に、第2電極34と、また両
電極32及び34のそれぞれと関連させることもでき
る。格子層38は、起電力物質であるリチウムと安定に
存在するものであれば特に制限はなく、好ましくはリソ
グラフィックプロセス又はレーザー研削プロセスと適合
性を有するものである。代表的にはポリマーフィルムを
挙げることができる。
The grid layer 38 is associated with the current collector surface 40 of the first electrode 32, but may also be associated with the second electrode 34 and each of both electrodes 32 and 34. The lattice layer 38 is not particularly limited as long as it is stably present with lithium as an electromotive substance, and preferably has compatibility with a lithographic process or a laser grinding process. A typical example is a polymer film.

【0024】格子層の材料は、絶縁性を有するものが好
ましく、その結果、リチウムの析出・溶解をより良好に
行うことができる。
The material of the lattice layer is preferably an insulating material, and as a result, lithium can be deposited and dissolved more favorably.

【0025】図4に格子層38の空隙を示す、本発明に
係わる電池の部分断面図を、図5に本発明の格子層の上
面図を示す。格子層38は、多数の開孔42および空隙
44を有する。以下で詳述するように、開孔42および
空隙44は、フォトリソグラフィック及び/又はレーザ
ー研削技術により形成されるため、非常に寸法精度が高
い。このような高寸法精度の開孔および空隙によって、
リチウムの析出に対して非常に均一な表面を得ることが
できる。開孔42および関連空隙44は、円形断面を有
するものを例示したが、その幾何学形状に特に限定はな
く、この他、三角形状、方形状、五角形状、六角形状及
び任意形状等の他の幾何形状も同様に使用可能である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the battery according to the present invention showing the voids in the lattice layer 38, and FIG. 5 is a top view of the lattice layer of the present invention. The lattice layer 38 has a large number of openings 42 and voids 44. As described in detail below, the openings 42 and the voids 44 are formed by photolithographic and / or laser grinding techniques, and therefore have extremely high dimensional accuracy. With such high dimensional accuracy of holes and voids,
A very uniform surface can be obtained for lithium deposition. The opening 42 and the related void 44 are illustrated as having a circular cross section, but the geometric shape is not particularly limited. In addition, other shapes such as a triangle, a square, a pentagon, a hexagon, and an arbitrary shape may be used. Geometries can be used as well.

【0026】図6にリチウムに占有される前後の格子層
を示す、本発明に係わる電池の部分断面図を示す。金属
集電体32の表面40に格子層38を関連させた後、集
電体表面付近に樹枝状結晶を実質的に生じることなく、
電池30を複数回充電および放電させることができる。
このような安定性が得られる理由は、例えば充電時、リ
チウム46が、電極32の表面40及び空隙44の壁部
48の両方、即ち空隙内に均一に析出されるためであ
る。実質的に均一な析出によって、電極32近辺での樹
枝状結晶の生成を減少させることができる。更に、格子
層38の高さは、リチウム46が、格子層上に突出しな
い高さに規制され、樹枝状結晶の生成が更に抑制され
る。
FIG. 6 is a partial sectional view of the battery according to the present invention, showing the lattice layers before and after being occupied by lithium. After associating the lattice layer 38 with the surface 40 of the metal current collector 32, substantially no dendrites are formed near the current collector surface.
Battery 30 can be charged and discharged multiple times.
The reason why such stability is obtained is that, for example, during charging, the lithium 46 is uniformly deposited on both the surface 40 of the electrode 32 and the wall 48 of the gap 44, that is, in the gap. Substantially uniform deposition can reduce dendritic crystal formation near the electrode 32. Furthermore, the height of the lattice layer 38 is regulated so that the lithium 46 does not protrude above the lattice layer, and the generation of dendritic crystals is further suppressed.

【0027】格子層38の空隙にリチウムが析出・溶解
することによって充電及び放電が行われる。従って、集
電体全面に対する空隙部分の占める面積(リチウムが析
出しうる集電体の面積)は、大きいほど電池容量が大き
くなるので好ましく、通常30%以上、好ましくは50
%以上、さらに好ましくは80%以上、最も好ましくは
90%以上である。ただし、あまりに空隙部分が大きい
と、格子層の格子部分の強度が不足したり加工そのもの
が困難となるので、通常99.99%以下、好ましくは
99.9%以下とする。
Charging and discharging are performed by depositing and dissolving lithium in the voids of the lattice layer 38. Therefore, the area occupied by the void portion with respect to the entire surface of the current collector (the area of the current collector on which lithium can be deposited) is preferably larger because the battery capacity becomes larger, and is usually 30% or more, preferably 50% or more.
% Or more, more preferably 80% or more, and most preferably 90% or more. However, if the gap portion is too large, the strength of the lattice portion of the lattice layer becomes insufficient or the processing itself becomes difficult. Therefore, the content is usually 99.99% or less, preferably 99.9% or less.

【0028】一方、格子層38の厚さは、厚いほどリチ
ウムの析出可能な領域が多くなる一方で、均一な析出・
溶解が難しくなるので、通常0.1μm以上、好ましく
は0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上、最も
好ましくは5μm以上であり、また、通常200μm以
下、好ましくは100μm以下、さらに好ましくは50
μ以下、さらに好ましくは30μ以下、最も好ましくは
10μm以下とする。
On the other hand, as the thickness of the lattice layer 38 increases, the area in which lithium can be deposited increases as the thickness increases.
Since dissolution becomes difficult, it is usually at least 0.1 μm, preferably at least 0.5 μm, more preferably at least 1 μm, most preferably at least 5 μm, and usually at most 200 μm, preferably at most 100 μm, more preferably at most 50 μm.
μ or less, more preferably 30 μm or less, and most preferably 10 μm or less.

【0029】さらに、格子層38の隣接する空隙間の距
離は、レーザー加工やリソグラフィ等の微細加工精度に
依存するが、できるだけ短い方が電池容量を高めるため
に好ましく、通常10μm以下、好ましくは5μm以
下、さらに好ましくは1μm以下、さらに好ましくは
0.5μm以下、最も好ましくは0.3μm以下とす
る。近年の微細加工技術を用いれば、加工そのものとし
ては0.2μm以下の精度も可能ではある。
Further, the distance between adjacent voids of the lattice layer 38 depends on the precision of fine processing such as laser processing and lithography, but it is preferable that the distance be as short as possible to increase the battery capacity, usually 10 μm or less, preferably 5 μm. Hereinafter, the thickness is more preferably 1 μm or less, further preferably 0.5 μm or less, and most preferably 0.3 μm or less. If a recent fine processing technology is used, the processing itself can have an accuracy of 0.2 μm or less.

【0030】次に本発明の電池の製造方法(図3の電池
30)について説明する。本発明の方法は以下の工程を
含む。
Next, a method for manufacturing the battery of the present invention (battery 30 in FIG. 3) will be described. The method of the present invention includes the following steps.

【0031】先ず、電極32及び34を、製造する。例
えば、電極32は、集電体を有するアノードとして、電
極34は、カソードとして形成することができる。別の
電池形態では、電池が充電または放電のいずれの状態に
あるかに応じて、アノード及びカソードは、互いに交換
可能である。電池32及び34は、従来技術により形成
し得る。
First, the electrodes 32 and 34 are manufactured. For example, the electrode 32 can be formed as an anode having a current collector, and the electrode 34 can be formed as a cathode. In another battery configuration, the anode and cathode are interchangeable, depending on whether the battery is in a charged or discharged state. Batteries 32 and 34 can be formed by conventional techniques.

【0032】次いで、感光性ポリマーフィルム(格子層
38を形成する)を、電極32の表面40と関連させ
る。感光性ポリマーフィルムは、例えば、スプレー法、
ロール塗法、浸せき法または塗布法によって、電極32
の表面40に関連させることができる。また、感光性ポ
リマーフィルムは、第2電極34と関連させてもよい。
全タイプのフィルムには要求されないが、電極32の表
面40に従来の接着促進剤を塗布してもよい。
Next, a photosensitive polymer film (forming a grid layer 38) is associated with the surface 40 of the electrode 32. Photosensitive polymer film, for example, spray method,
The electrode 32 is formed by a roll coating method, a dipping method or a coating method.
Surface 40. Also, the photosensitive polymer film may be associated with the second electrode 34.
Although not required for all types of films, a conventional adhesion promoter may be applied to the surface 40 of the electrode 32.

【0033】感光性ポリマーフィルムとしては、例え
ば、感光剤とバインダー樹脂と溶剤とを含む感光性樹脂
組成物を挙げることができる。この感光性樹脂組成物
は、例えば、光の照射の有無によって現像液に対する溶
解性がことなる性質を有するものであり、各種微細加工
プロセスに使用される組成物を使用できる。
Examples of the photosensitive polymer film include a photosensitive resin composition containing a photosensitive agent, a binder resin and a solvent. The photosensitive resin composition has, for example, a property that the solubility in a developer varies depending on the presence or absence of light irradiation, and compositions used in various fine processing processes can be used.

【0034】次いで、感光性ポリマーフィルムに所望の
露出パターンを有するテンプレートを関連させる。
Next, a template having a desired exposure pattern is associated with the photosensitive polymer film.

【0035】次いで、従来のフォトエネルギー源で上記
フィルムを露光して、フィルムの露光域を現像する。
The film is then exposed with a conventional photoenergy source to develop the exposed areas of the film.

【0036】次いで、テンプレートを除き、フィルムの
未露光部分を現像液等によって除去して格子層38を得
る。
Next, the template layer is removed, and the unexposed portions of the film are removed with a developing solution or the like to obtain a lattice layer 38.

【0037】次いで、電極32及び34のそれぞれに電
解質36を関連させる。電解質36は、PC又はEC等
の少なくとも1種の溶剤に溶解したLiAsF6等の塩
から形成することができる。電解質は従来技術を使用し
て製造する。電解質界面材料を、任意に、格子層38の
上部に塗布することができる。
Next, an electrolyte 36 is associated with each of the electrodes 32 and 34. The electrolyte 36 can be formed from a salt such as LiAsF 6 dissolved in at least one solvent such as PC or EC. The electrolyte is manufactured using conventional techniques. An electrolyte interface material can optionally be applied on top of the grid layer 38.

【0038】別の実施形態では、レーザー研削により格
子層38を製造することができる。
In another embodiment, the grating layer 38 can be manufactured by laser grinding.

【0039】格子層が設けられた電極(格子電極)は、
リチウム等の起電力物質が空隙内で析出・溶解すること
によって充電および放電状態に対応する状態となる。
An electrode provided with a lattice layer (lattice electrode)
A state corresponding to a charged and discharged state is obtained by the deposition and dissolution of an electromotive substance such as lithium in the void.

【0040】以上の説明は単に例示であり、本発明は、
その要旨を逸脱することなく、種々の修正と変更を行う
ことが可能である。以下に、上記変更の一例として、電
池として好ましくは用いられるリチウムイオン電池の構
成について説明する。
The above description is merely illustrative, and the present invention
Various modifications and changes can be made without departing from the gist of the invention. Hereinafter, as an example of the above change, a configuration of a lithium ion battery preferably used as a battery will be described.

【0041】リチウムイオン電池は、通常、正極及び負
極に対応する第1及び第2電極とそれらの間に介装され
た電解質層とからなる。第1電極及び第2電極は、集電
体上に活物質を結着させて形成することができる。
A lithium ion battery usually includes first and second electrodes corresponding to a positive electrode and a negative electrode, and an electrolyte layer interposed therebetween. The first electrode and the second electrode can be formed by binding an active material over a current collector.

【0042】集電体:集電体の材料としては、使用する
活物質によって前述のような各種の材料から適宜選択す
ることができる。好ましくは、正極の集電体基板として
アルミニウムを使用し、負極の集電体基板として銅を使
用する。
Current collector: The material of the current collector can be appropriately selected from the various materials described above depending on the active material used. Preferably, aluminum is used as the current collector substrate of the positive electrode, and copper is used as the current collector substrate of the negative electrode.

【0043】集電体の厚みは適宜選択されるが好ましく
は1〜30μm、さらに好ましくは1〜20μmであ
る。薄すぎると機械的強度が弱くなる傾向にあり、生産
上問題になる。厚すぎると電池全体としての容量が低下
する。
The thickness of the current collector is appropriately selected, but is preferably 1 to 30 μm, and more preferably 1 to 20 μm. If it is too thin, the mechanical strength tends to be weak, which is a problem in production. If it is too thick, the capacity of the battery as a whole decreases.

【0044】これら集電体表面には予め粗面化処理を行
うと電極材の接着強度が高くなるので好ましい。表面の
粗面化方法としては、機械的研磨法、電解研磨法または
化学研磨法が挙げられる。機械的研磨法としては、研磨
剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線な
どを備えたワイヤーブラシなどで集電体表面を研磨する
方法が挙げられる。また接着強度や導電性を高めるため
に、集電体表面に中間層を形成してもよい。
It is preferable that the surface of the current collector is previously subjected to a surface roughening treatment, since the adhesive strength of the electrode material is increased. Examples of the surface roughening method include a mechanical polishing method, an electrolytic polishing method, and a chemical polishing method. Examples of the mechanical polishing method include a method of polishing the surface of the current collector with a polishing cloth paper having abrasive particles fixed thereon, a grindstone, an emery buff, a wire brush provided with a steel wire, or the like. Further, an intermediate layer may be formed on the surface of the current collector to increase the adhesive strength and the conductivity.

【0045】また、集電体の形状は、金属メッシュ以外
に、板状であってもよい。
Further, the shape of the current collector may be a plate shape other than the metal mesh.

【0046】活物質:第1電極又は第2電極に使用する
活物質は、製造する電池の種類や特性に応じて適宜選択
すればよい。本発明においては、前述のように、第1電
極及び第2電極の少なくとも一方は、集電体上に格子層
を設けてなり、格子層に設けられた空隙においてリチウ
ムの析出、溶解を行う。この格子層を設けた電極は、正
極に用いても負極に用いてもよいが、負極として用いる
のが好ましい。
Active material: The active material used for the first electrode or the second electrode may be appropriately selected according to the type and characteristics of the battery to be manufactured. In the present invention, as described above, at least one of the first electrode and the second electrode is provided with a grid layer on the current collector, and deposits and dissolves lithium in voids provided in the grid layer. The electrode provided with the lattice layer may be used as a positive electrode or a negative electrode, but is preferably used as a negative electrode.

【0047】格子層を設けた電極を第1電極として用い
た場合、第2電極に使用する活物質としては、電池とし
て機能しうる材料であれば、無機化合物でも有機化合物
でも使用できる。無機化合物として、遷移金属酸化物、
前記LiNiO2、LiCoO2、LiMn24等のリチ
ウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属硫化物等のカ
ルコゲン化合物等が挙げられる。ここで遷移金属として
はFe、Co、Ni、Mn等が用いられる。具体的に
は、MnO、V25、V613、TiO2等の遷移金属酸
化物、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マン
ガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化
物、TiS2、FeS、MoS2などの遷移金属硫化物等
が挙げられる。これらの化合物はその特性を向上させる
ために部分的に元素置換したものであってもよい。ま
た、グラファイトやコークス等の炭素質粒子を用いるこ
ともできる。斯かる炭素系物質は、金属、金属塩、酸化
物などとの混合体や被覆体の形態で利用することもでき
る。さらに、ケイ素、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケ
ル等の酸化物や硫酸塩、金属リチウム、Li−Al、L
i−Bi−Cd、Li−Sn−Cd等のリチウム合金、
リチウム遷移金属窒化物、シリコン等も使用できる。ま
た、有機化合物としては、例えばポリアニリン、ポリピ
ロール、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリスル
フィド系化合物等が挙げられる。これらは無論複数を併
用することもできる。好ましくは、リチウムと遷移金属
との複合酸化物、特にコバルト、ニッケル及びマンガン
からなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属とリ
チウムとの複合酸化物である。
When an electrode provided with a lattice layer is used as the first electrode, an inorganic compound or an organic compound can be used as an active material used for the second electrode as long as the material can function as a battery. Transition metal oxides as inorganic compounds,
Examples thereof include complex oxides of lithium and a transition metal such as the above-mentioned LiNiO 2 , LiCoO 2 , and LiMn 2 O 4 , and chalcogen compounds such as a transition metal sulfide. Here, Fe, Co, Ni, Mn, or the like is used as the transition metal. Specifically, transition metal oxides such as MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 and TiO 2 , composite oxides of lithium and transition metal such as lithium nickelate, lithium cobaltate and lithium manganate, TiS 2 , transition metal sulfides such as FeS and MoS 2 . These compounds may be partially substituted with elements in order to improve their properties. Further, carbonaceous particles such as graphite and coke can also be used. Such a carbon-based material can also be used in the form of a mixture or coating with a metal, metal salt, oxide, or the like. Further, oxides and sulfates of silicon, tin, zinc, manganese, iron, nickel and the like, metallic lithium, Li-Al, L
lithium alloys such as i-Bi-Cd, Li-Sn-Cd,
Lithium transition metal nitride, silicon and the like can also be used. Examples of the organic compound include polyaniline, polypyrrole, polyacene, disulfide compounds, polysulfide compounds, and the like. Of course, a plurality of these can be used in combination. Preferably, it is a composite oxide of lithium and a transition metal, particularly a composite oxide of lithium and at least one transition metal selected from the group consisting of cobalt, nickel and manganese.

【0048】上記活物質の粒径は、それぞれ電池の他の
構成要素とのかねあいで適宜選択すればよいが、通常1
〜30μm、特に1〜10μmとするのが初期効率、サ
イクル特性等の電池特性が向上するので好ましい。
The particle size of the active material may be appropriately selected depending on the balance with other components of the battery.
The thickness is preferably from 30 to 30 μm, particularly from 1 to 10 μm, since battery characteristics such as initial efficiency and cycle characteristics are improved.

【0049】電極のその他の構成:活物質を集電体上に
結着させるため、バインダーを使用することが好まし
い。バインダーとしてはシリケート、ガラスのような無
機化合物や、主として高分子からなる各種の樹脂が使用
できる。
Other Structure of Electrode: It is preferable to use a binder to bind the active material on the current collector. As the binder, inorganic compounds such as silicate and glass, and various resins mainly composed of polymers can be used.

【0050】樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリ−1,1−ジメチルエチレンなどの
アルカン系ポリマー;ポリブタジエン、ポリイソプレン
などの不飽和系ポリマー;ポリスチレン、ポリメチルス
チレン、ポリビニルピリジン、ポリ−N−ビニルピロリ
ドンなどの環を有するポリマー;ポリメタクリル酸メチ
ル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチ
ル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポ
リアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド
などのアクリル系ポリマー;ポリフッ化ビニル、ポリフ
ッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチ
レン等のフッ素系樹脂;ポリアクリロニトリル、ポリビ
ニリデンシアニドなどのCN基含有ポリマー;ポリ酢酸
ビニル、ポリビニルアルコールなどのポリビニルアルコ
ール系ポリマー;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン
などのハロゲン含有ポリマー;ポリアニリンなどの導電
性ポリマーなどが使用できる。また上記のポリマーなど
の混合物、変性体、誘導体、ランダム共重合体、交互共
重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体などであ
っても使用できる。
Examples of the resin include alkane polymers such as polyethylene, polypropylene and poly-1,1-dimethylethylene; unsaturated polymers such as polybutadiene and polyisoprene; polystyrene, polymethylstyrene, polyvinylpyridine and poly-N -Polymers having a ring such as vinylpyrrolidone; acrylic polymers such as polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid and polyacrylamide Fluorinated resins such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride (PVDF), and polytetrafluoroethylene; CN group-containing polymers such as polyacrylonitrile and polyvinylidene cyanide; polyvinyl acetate, polyvinyl Polyvinyl alcohol polymers, such as alcohol; polyvinyl chloride, halogen-containing polymers such as polyvinylidene chloride; and conductive polymers such as polyaniline can be used. Further, a mixture of the above-mentioned polymers and the like, a modified product, a derivative, a random copolymer, an alternating copolymer, a graft copolymer, a block copolymer and the like can also be used.

【0051】活物質100重量部に対するバインダーの
配合量は好ましくは0.1〜30重量部、さらに好まし
くは1〜15重量部である。樹脂の量が少なすぎると電
極の強度が低下することがある。樹脂の量が多すぎると
容量が低下したり、レイト特性が低下したりすることが
ある。
The blending amount of the binder with respect to 100 parts by weight of the active material is preferably 0.1 to 30 parts by weight, more preferably 1 to 15 parts by weight. If the amount of the resin is too small, the strength of the electrode may decrease. If the amount of the resin is too large, the capacity may decrease, or the late characteristics may decrease.

【0052】電極中には必要に応じて導電材料、補強材
など各種の機能を発現する添加剤、粉体、充填材などを
含有していてもよい。導電材料としては、上記活物質に
適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限
は無いが、通常、アセチレンブラック、カーボンブラッ
ク、黒鉛などの炭素粉末や、各種の金属のファイバー、
箔などが挙げられる。添加剤としてはトリフルオロプロ
ピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、1,6−
Dioxaspiro〔4,4〕nonane−2,7
−dione、12−クラウン−4−エーテルなどが電
池の安定性、寿命を高めるために使用することができ
る。補強材としては各種の無機、有機の球状、繊維状フ
ィラーなどが使用できる。
The electrodes may contain additives, such as conductive materials and reinforcing materials, which exhibit various functions, powders, fillers, and the like, if necessary. The conductive material is not particularly limited as long as it can impart conductivity by mixing an appropriate amount with the active material, but usually, acetylene black, carbon black, carbon powder such as graphite, and various metal fibers,
Foil and the like. As additives, trifluoropropylene carbonate, vinylene carbonate, 1,6-
Dioxaspiro [4,4] nonane-2,7
-Dione, 12-crown-4-ether and the like can be used to increase the stability and life of the battery. As the reinforcing material, various inorganic or organic spherical or fibrous fillers can be used.

【0053】電極を集電体上に形成する手法としては、
例えば、粉体状の活物質をバインダーとともに溶剤と混
合し、必要に応じてボールミル、サンドミル、二軸混練
機などにより分散塗料化した後、集電体上に塗布して乾
燥する方法が好適に行なわれる。この場合、用いられる
溶剤の種類は、電極材に対して不活性であり且つバイン
ダーを溶解しうる限り特に制限されず、例えばN−メチ
ルピロリドン等の一般的に使用される無機、有機溶剤の
いずれも使用できる。
As a method of forming an electrode on a current collector,
For example, a method in which a powdery active material is mixed with a solvent together with a binder, and if necessary, a ball mill, a sand mill, a twin-screw kneader or the like is used to form a dispersion paint, and then applied on a current collector and dried. Done. In this case, the type of the solvent used is not particularly limited as long as it is inert to the electrode material and can dissolve the binder. For example, any of commonly used inorganic and organic solvents such as N-methylpyrrolidone can be used. Can also be used.

【0054】また、活物質をバインダーと混合し加熱す
ることにより軟化させた状態で、集電体上に圧着、ある
いは吹き付ける手法によって電極材層を形成することも
できる。さらには活物質を単独で集電体上に焼成するこ
とによって形成することもできる。
Further, the electrode material layer can be formed by a method of pressing or spraying on the current collector in a state where the active material is mixed with a binder and heated to be softened. Furthermore, it can be formed by firing the active material alone on the current collector.

【0055】活物質層の厚さは、通常1μm以上であ
り、好ましくは10μm以上である。また、通常200
μm以下、好ましくは150μm以下である。薄すぎる
と、活物質層の均一性が確保しにくくなり、また容量が
低下する傾向にある。また、厚すぎると、レート特性が
低下する傾向にある。
The thickness of the active material layer is usually at least 1 μm, preferably at least 10 μm. In addition, usually 200
μm or less, preferably 150 μm or less. If it is too thin, it becomes difficult to ensure uniformity of the active material layer, and the capacity tends to decrease. On the other hand, if the thickness is too large, the rate characteristics tend to decrease.

【0056】集電基板と活物質層との間にプライマー層
を設けることができる。その結果、集電基板と活物質層
の接着性をさらに向上させることができる。プライマー
層は、導電性材料とバインダーと溶剤とを含む塗料を、
集電基板上に塗布後、乾燥することによって形成させる
ことができる。
A primer layer can be provided between the current collecting substrate and the active material layer. As a result, the adhesiveness between the current collecting substrate and the active material layer can be further improved. The primer layer is a paint containing a conductive material, a binder and a solvent,
It can be formed by drying after coating on the current collecting substrate.

【0057】プライマー層に使用する導電性材料として
は、カーボンブラック、グラファイト等の炭素質粒子
や、金属粉体、導電性高分子等各種のものを使用でき
る。プライマー層に使用するバインダーや溶剤は、活物
質層に使用するものと同様のものを使用できる。プライ
マー層の厚さは、通常0.05μm以上、好ましくは
0.1μm以上であり、また通常20μm以下、好まし
くは10μm以下である。薄すぎると、プライマー層の
均一性が確保しにくくなる傾向にある。また、厚すぎる
と、電池の容量レート特性が低下する傾向にある。
As the conductive material used for the primer layer, various materials such as carbonaceous particles such as carbon black and graphite, metal powders, and conductive polymers can be used. The same binder and solvent as those used for the active material layer can be used for the primer layer. The thickness of the primer layer is usually 0.05 μm or more, preferably 0.1 μm or more, and usually 20 μm or less, preferably 10 μm or less. If it is too thin, it tends to be difficult to ensure uniformity of the primer layer. If the thickness is too large, the capacity rate characteristics of the battery tend to decrease.

【0058】電解質:電解質は、第1電極及び第2電極
と相互に関連して、電極間のイオン移動に関与する。電
解質は、通常電極相互の間に電解質層として存在すると
共に、活物質層内にも存在し、活物質の少なくとも一部
の表面と接触する。電解質は、第1電極や第2電極上
に、塗布する等の方法により接触することによって、電
極あるいは電極活物質に関連させることができる。
Electrolyte: The electrolyte interacts with the first and second electrodes and participates in ion transfer between the electrodes. The electrolyte usually exists as an electrolyte layer between the electrodes and also exists in the active material layer, and comes into contact with at least a part of the surface of the active material. The electrolyte can be related to the electrode or the electrode active material by being brought into contact with the first electrode or the second electrode by a method such as coating.

【0059】電解質は、通常、流動性を有する電解液
や、ゲル状電解質や完全固体型電解質等の非流動性電解
質等の各種の電解質を含む。電池の特性上は電解液また
はゲル状電解質が好ましく、また、安全上は非流動性電
解質が好ましい。特に、非流動性電解質を使用した場
合、従来の電解液を使用した電池に対してより有効に液
漏れが防止できる。
The electrolyte generally includes various electrolytes such as an electrolyte having fluidity, and a non-fluid electrolyte such as a gel electrolyte and a completely solid electrolyte. An electrolyte or a gel electrolyte is preferable in terms of battery characteristics, and a non-fluid electrolyte is preferable in terms of safety. In particular, when a non-fluid electrolyte is used, liquid leakage can be more effectively prevented for a battery using a conventional electrolyte.

【0060】電解質として使用される電解液は、通常支
持電解質を非水系溶剤に溶解してなる。
The electrolytic solution used as the electrolyte is usually obtained by dissolving a supporting electrolyte in a non-aqueous solvent.

【0061】支持電解質としては、電解質として正極お
よび負極に対して安定であり、かつリチウムイオンが正
極活物質あるいは負極活物質と電気化学反応をするため
の移動をおこない得る非水物質であればいずれのもので
も使用することができる。具体的には、前記LiAsF
6の外、LiBF4、LiPF6、LiSbF6、LiCl
4、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、L
iHF2、LiSCN、LiSO3CF2等のリチウム塩
が挙げられる。これらのうちでは特にLiPF6、Li
ClO4が好適である。
As the supporting electrolyte, any non-aqueous substance which is stable as an electrolyte with respect to the positive electrode and the negative electrode and which can transfer lithium ions to perform an electrochemical reaction with the positive electrode active material or the negative electrode active material can be used. Can also be used. Specifically, the LiAsF
6 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiSbF 6 , LiCl
O 4 , LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, L
Lithium salts such as iHF 2 , LiSCN, and LiSO 3 CF 2 are mentioned. Of these, LiPF 6 , Li
ClO 4 is preferred.

【0062】これら支持電解質を非水系溶剤に溶解した
状態で用いる場合の濃度は、通常0.5〜3mol/
L、好ましくは0.5〜2.5mol/Lである。
When these supporting electrolytes are used in the state of being dissolved in a non-aqueous solvent, the concentration is usually 0.5 to 3 mol / mol.
L, preferably 0.5 to 2.5 mol / L.

【0063】溶剤としては、比較的高誘電率の溶剤が好
適に用いられる。具体的には前記エチレンカーボネート
及びプロピレンカーボネートをはじめとする環状カーボ
ネート類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、エチルメチルカーボネートなどの非環状カーボネー
ト類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフ
ラン、ジメトキシエタン等のグライム類、γ−ブチロラ
クトン等のラクトン類、スルフォラン等の硫黄化合物、
アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。またこ
れらの1種または2種以上の混合物を使用することがで
きる。これらのうちでは、特にエチレンカーボネート、
プロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメ
チルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチ
ルカーボネートなどの非環状カーボネート類から選ばれ
た1種または2種以上の溶剤が好適である。またこれら
の分子中の水素原子の一部をハロゲンなどに置換したも
のも使用できる。好ましい他の溶剤としては、環状カー
ボネート、特にプロピレンカーボネートを挙げることが
できる。
As the solvent, a solvent having a relatively high dielectric constant is preferably used. Specifically, cyclic carbonates including ethylene carbonate and propylene carbonate, acyclic carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, glymes such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, and γ- Lactones such as butyrolactone, sulfur compounds such as sulfolane,
Examples thereof include nitriles such as acetonitrile. Also, one or a mixture of two or more of these can be used. Of these, especially ethylene carbonate,
One or more solvents selected from cyclic carbonates such as propylene carbonate, and non-cyclic carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate are preferred. In addition, those in which a part of hydrogen atoms in these molecules are substituted with halogen or the like can also be used. Other preferred solvents include cyclic carbonates, especially propylene carbonate.

【0064】電解質として使用できるゲル状電解質は、
通常、上記電解液を高分子によって保持してなる。即
ち、ゲル状電解質は、通常電解液が高分子のネットワー
ク中に保持されて全体としての流動性が著しく低下した
ものである。このようなゲル状電解質は、イオン伝導性
などの特性は通常の電解液に近い特性を示すが、流動
性、揮発性などは著しく抑制され、安全性が高められて
いる。ゲル状電解質中の高分子の比率は好ましくは1〜
50重量%である。低すぎると電解液を保持することが
できなくなり、液漏れが発生することがある。高すぎる
とイオン伝導度が低下して電池特性が悪くなる傾向にあ
る。
The gel electrolyte that can be used as the electrolyte is
Usually, the above electrolyte is held by a polymer. In other words, the gel electrolyte is one in which the electrolyte is usually held in a polymer network and the fluidity as a whole is significantly reduced. Such a gel electrolyte exhibits properties such as ionic conductivity that are close to those of a normal electrolyte solution, but fluidity, volatility and the like are significantly suppressed, and safety is enhanced. The ratio of the polymer in the gel electrolyte is preferably 1 to
50% by weight. If the temperature is too low, the electrolyte cannot be held, and a liquid leak may occur. If it is too high, the ionic conductivity tends to decrease and battery characteristics tend to deteriorate.

【0065】ゲル状電解質に使用する高分子としては、
電解液と共にゲルを構成しうる高分子であれば特に制限
はなく、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネー
ト、ポリイミドなどの重縮合によって生成されるもの、
ポリウレタン、ポリウレアなどのように重付加によって
生成されるもの、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリ
ル誘導体系ポリマーやポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニ
ル、ポリフッ化ビニリデンなどのポリビニル系などの付
加重合で生成されるものなどがある。好ましい高分子と
しては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン
を挙げることができる。ここで、ポリフッ化ビニリデン
とは、フッ化ビニリデンの単独重合体のみならず、ヘキ
サフルオロプロピレン等他のモノマー成分との共重合体
をも包含する。また、アクリル酸、アクリル酸メチル、
アクリル酸エチル、エトキシエチルアクリレート、メト
キシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアク
リレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、
エトキシエチルメタクリレート、メトキシエチルメタク
リレート、エトキシエトキシエチルメタクリレート、ポ
リエチレングリコールモノメタクリレート、N,N−ジ
エチルアミノエチルアクリレート、N,N−ジメチルア
ミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、ア
リルアクリレート、アクリロニトリル、N−ビニルピロ
リドン、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエ
チレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリ
コールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアク
リレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ト
リエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレ
ングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコー
ルジメタクリレートなどのモノマーを重合して得られる
アクリル誘導体系ポリマーも好ましく用いることができ
る。
Polymers used for the gel electrolyte include:
There is no particular limitation as long as it is a polymer that can form a gel together with the electrolytic solution, and polyester, polyamide, polycarbonate, those produced by polycondensation such as polyimide,
Polyurethane, polyurea, etc. produced by polyaddition, acrylic derivative polymers such as polymethyl methacrylate, and polyadditions produced by polyvinyl polymerization such as polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, etc. and so on. Preferred polymers include polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride. Here, the polyvinylidene fluoride includes not only a homopolymer of vinylidene fluoride but also a copolymer with another monomer component such as hexafluoropropylene. Also, acrylic acid, methyl acrylate,
Ethyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, methoxyethyl acrylate, ethoxyethoxyethyl acrylate, polyethylene glycol monoacrylate,
Ethoxyethyl methacrylate, methoxyethyl methacrylate, ethoxyethoxyethyl methacrylate, polyethylene glycol monomethacrylate, N, N-diethylaminoethyl acrylate, N, N-dimethylaminoethyl acrylate, glycidyl acrylate, allyl acrylate, acrylonitrile, N-vinylpyrrolidone, diethylene glycol di Acrylic derivative obtained by polymerizing monomers such as acrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, and polyethylene glycol dimethacrylate. system Rimmer can also be preferably used.

【0066】上記高分子の重量平均分子量は、通常10
000〜5000000の範囲である。分子量が低いと
ゲルを形成しにくくなる。分子量が高いと粘度が高くな
りすぎて取り扱いが難しくなる。高分子の電解液に対す
る濃度は、分子量に応じて適宜選べばよいが、好ましく
は0.1重量%から30重量%である。濃度が低すぎる
とゲルを形成しにくくなり、電解液の保持性が低下して
流動、液漏れの問題が生じることがある。濃度が高すぎ
ると粘度が高くなりすぎて工程上困難を生じるととも
に、電解液の割合が低下してイオン伝導度が低下しレー
ト特性などの電池特性が低下することがある。
The weight average molecular weight of the above polymer is usually 10
000 to 5,000,000. If the molecular weight is low, it is difficult to form a gel. If the molecular weight is high, the viscosity becomes too high and handling becomes difficult. The concentration of the polymer in the electrolytic solution may be appropriately selected according to the molecular weight, but is preferably from 0.1% by weight to 30% by weight. If the concentration is too low, it is difficult to form a gel, the retention of the electrolytic solution is reduced, and problems of flow and liquid leakage may occur. If the concentration is too high, the viscosity becomes too high, which causes difficulties in the process, and the proportion of the electrolytic solution is reduced, the ionic conductivity is reduced, and the battery characteristics such as rate characteristics may be reduced.

【0067】電解質として完全固体状の電解質を用いる
こともできる。このような固体電解質としては、これま
で知られている種々の固体電解質を用いることができ
る。例えば、上述のゲル状電解質で用いられる高分子と
支持電解質塩を適度な比で混合して形成することができ
る。この場合、伝導度を高めるため、高分子は極性が高
いものを使用し、側鎖を多数有するような骨格にするこ
とが好ましい。
A completely solid electrolyte can be used as the electrolyte. As such a solid electrolyte, various solid electrolytes known so far can be used. For example, it can be formed by mixing the polymer used in the gel electrolyte and the supporting electrolyte salt at an appropriate ratio. In this case, in order to increase the conductivity, it is preferable to use a polymer having a high polarity and to have a skeleton having many side chains.

【0068】前記添加剤は、炭素質材料を含む第1又は
第2電極中に添加させることもできるが、通常電解質中
に添加し、電池と関連させる。
The above-mentioned additive can be added to the first or second electrode containing the carbonaceous material, but is usually added to the electrolyte to associate with the battery.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明の電池は、集電体の表面と関連し
た少なくとも1つの空隙を有する格子層を設け、当該空
隙に起電力物質を析出・溶解させることにより、樹枝状
結晶の生成を抑制し、クーロン効率を向上でき、電池の
電気化学的性能を最大限に高めた電池であり、本発明の
工業的価値は高い。
The battery of the present invention is provided with a lattice layer having at least one void associated with the surface of the current collector, and deposits and dissolves an electromotive substance in the void to reduce the formation of dendritic crystals. It is a battery that can suppress and improve the Coulomb efficiency and maximizes the electrochemical performance of the battery, and the industrial value of the present invention is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】初期充電前の従来の電池の模式図FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional battery before initial charging.

【図2】初期充電後の従来の電池の模式図FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional battery after initial charging.

【図3】初期充電前の本発明に係わる電池の模式図FIG. 3 is a schematic diagram of a battery according to the present invention before initial charging.

【図4】格子層の空隙を示す、本発明に係わる電池の部
分断面図
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a battery according to the present invention, showing voids in a lattice layer.

【図5】本発明の格子層の上面図FIG. 5 is a top view of the lattice layer of the present invention.

【図6】リチウムに占有される前後の格子層を示す、本
発明に係わる電池の部分断面図
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the battery according to the present invention, showing the lattice layers before and after being occupied by lithium.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:従来の電池 12:第1電極 14:第2電極 16:電解質 18:樹枝状結晶生成物 30:本発明に係わる電池 32:第1電極 34:第2電極 36:電解質 38:不活性フレームワーク又は格子層 40:集電体表面 42:開孔 44:空隙 46:リチウム 48:壁部 10: Conventional battery 12: First electrode 14: Second electrode 16: Electrolyte 18: Dendritic crystal product 30: Battery according to the present invention 32: First electrode 34: Second electrode 36: Electrolyte 38: Inactive frame Work or lattice layer 40: Current collector surface 42: Opening 44: Void 46: Lithium 48: Wall

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面を有する集電体と、前記集電体の表
面と関連した少なくとも1つの空隙を有する格子層とか
ら成る電池用電極。
1. A battery electrode comprising: a current collector having a surface; and a grid layer having at least one void associated with the surface of the current collector.
【請求項2】 前記格子層がリソグラフィック法により
形成された請求項1に記載の電極。
2. The electrode according to claim 1, wherein said grid layer is formed by a lithographic method.
【請求項3】 前記格子層がレーザー研削法により形成
された請求項1に記載の電極。
3. The electrode according to claim 1, wherein the grid layer is formed by a laser grinding method.
【請求項4】 前記格子層が絶縁性材料から成る請求項
1又は2に記載の電極。
4. The electrode according to claim 1, wherein the lattice layer is made of an insulating material.
【請求項5】 電解質と、第1電極および第2電極を有
する電池であって、前記第1電極および第2電極の少な
くとも一方が、請求項1〜4の何れかに記載の電極であ
ることを特徴とする電池。
5. A battery having an electrolyte, a first electrode and a second electrode, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is the electrode according to any one of claims 1 to 4. Battery.
【請求項6】 表面を有する集電体を備えた第1電極を
製造する工程と;前記集電体表面に少なくとも1つの空
隙を有する格子層を関連させる工程と;表面を有する第
2電極を製造する工程と;前記第1及び第2電極に少な
くとも1種の電解質を関連させる工程とから成る電池の
製造方法。
6. A method of manufacturing a first electrode comprising a current collector having a surface; associating a grid layer having at least one void with the surface of the current collector; A method for manufacturing a battery, comprising: manufacturing; and associating at least one electrolyte with the first and second electrodes.
【請求項7】 表面を有する集電体と、当該表面に関連
した、少なくとも1つの空隙を有する格子層とを有する
第1及び第2電極と、上記第1及び第2電極と関連した
電解質とを有する電気化学的電池での電気化学プロセス
であって、前記電気化学的電池を充電(CHARGE)
する工程と、集電体の表面と前記格子層の前記空隙のの
少なくとも1つとにリチウムを析出(PLATE)させ
る工程とを含むことを特徴とする電気化学的プロセス
7. A first and second electrode having a current collector having a surface, a grid layer having at least one void associated with the surface, and an electrolyte associated with the first and second electrodes. An electrochemical process in an electrochemical cell having a charge, wherein the electrochemical cell is charged (CHARGE).
And depositing (PLATE) lithium on the surface of the current collector and at least one of the voids of the grid layer.
【請求項8】 電解質と第1電極と第2電極とを有する
電池において、前記第1電極及び第2電極の少なくとも
一方が、集電体と、集電体上に設けられた、起電力物質
を析出させ得る空隙を有する格子層とを有することを特
徴とする電池。
8. A battery having an electrolyte, a first electrode and a second electrode, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is a current collector and an electromotive substance provided on the current collector. And a lattice layer having voids capable of precipitating water.
【請求項9】 起電力物質がリチウムである請求項8に
記載の電池。
9. The battery according to claim 8, wherein the electromotive substance is lithium.
【請求項10】 格子層が絶縁性材料からなる請求項8
又は9に記載の電池。
10. The lattice layer is made of an insulating material.
Or the battery according to 9.
【請求項11】 電解質と第1電極と第2電極とを有
し、前記第1電極及び第2電極の少なくとも一方が、集
電体と、集電体上に設けられた、空隙を有する格子層と
を有する格子電極である電池に対する充放電方法であっ
て、前記格子電極の空隙内に起電力物質を析出・溶解す
ることによって、充電及び放電を行うことを特徴とする
充放電方法。
11. A grid having an electrolyte, a first electrode, and a second electrode, wherein at least one of the first electrode and the second electrode has a current collector and a gap provided on the current collector and having a gap. And charging and discharging the battery by depositing and dissolving an electromotive substance in the gap of the grid electrode.
【請求項12】 起電力物質がリチウムである請求項1
1に記載の方法。
12. The method according to claim 1, wherein the electromotive substance is lithium.
2. The method according to 1.
JP2000222312A 1999-07-28 2000-07-24 Electrode having void lattice layer and battery having the same Withdrawn JP2001052683A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105633338A (en) * 2016-03-25 2016-06-01 张五星 Preparation method of composite metal anode for secondary battery and product thereof
CN107394250A (en) * 2017-08-06 2017-11-24 朱程显 Lithium coin cells with open-cell pole piece
CN108847474A (en) * 2018-06-26 2018-11-20 桑顿新能源科技有限公司 A kind of pre- micro- texturing negative electrode tab and preparation method thereof for mending lithium
US11264641B2 (en) 2018-01-10 2022-03-01 Samsung Electronics Co., Ltd. All-solid secondary battery, multilayered all-solid secondary battery, and method of manufacturing all-solid secondary battery

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