JP2002289180A - リチウム二次電池用電極の製造方法及び製造装置 - Google Patents
リチウム二次電池用電極の製造方法及び製造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 集電体１０の両面上に活物質薄膜を堆積させ
てリチウム二次電池用電極を製造するにあたり、集電体
１０の両面において集電体成分の活物質薄膜への拡散が
実質的に同じになるように制御する。 【解決手段】 集電体１０の両面上に活物質薄膜を同時
に堆積させることを特徴としている。
てリチウム二次電池用電極を製造するにあたり、集電体
１０の両面において集電体成分の活物質薄膜への拡散が
実質的に同じになるように制御する。 【解決手段】 集電体１０の両面上に活物質薄膜を同時
に堆積させることを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
用電極の製造方法及び製造装置に関するものである。
用電極の製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、研究開発が盛んに行われているリ
チウム二次電池は、用いられる電極により充放電電圧、
充放電サイクル寿命特性、保存特性などの電池特性が大
きく左右される。このことから、電極に用いる活物質を
改善することにより、電池特性の向上が図られている。
チウム二次電池は、用いられる電極により充放電電圧、
充放電サイクル寿命特性、保存特性などの電池特性が大
きく左右される。このことから、電極に用いる活物質を
改善することにより、電池特性の向上が図られている。
【０００３】負極活物質としてリチウム金属を用いる
と、重量当たり及び体積当たりともに高いエネルギー密
度の電池を構成することができるが、充電時にリチウム
がデンドライト状に析出し、内部短絡を引き起こすとい
う問題があった。
と、重量当たり及び体積当たりともに高いエネルギー密
度の電池を構成することができるが、充電時にリチウム
がデンドライト状に析出し、内部短絡を引き起こすとい
う問題があった。
【０００４】これに対し、充電の際に電気化学的にリチ
ウムと合金化するアルミニウム、シリコン、錫などを電
極として用いるリチウム二次電池が報告されている（So
lidState Ionics,113-115,p57(1998)) 。これらのう
ち、特にシリコンは理論容量が大きく、高い容量を示す
電池用負極として有望であり、これを負極とする種々の
二次電池が提案されている（特開平１０−２５５７６８
号公報）。しかしながら、この種の合金負極は、電極活
物質である合金自体が充放電により微粉化し集電特性が
悪化することから、十分なサイクル特性は得られていな
い。
ウムと合金化するアルミニウム、シリコン、錫などを電
極として用いるリチウム二次電池が報告されている（So
lidState Ionics,113-115,p57(1998)) 。これらのう
ち、特にシリコンは理論容量が大きく、高い容量を示す
電池用負極として有望であり、これを負極とする種々の
二次電池が提案されている（特開平１０−２５５７６８
号公報）。しかしながら、この種の合金負極は、電極活
物質である合金自体が充放電により微粉化し集電特性が
悪化することから、十分なサイクル特性は得られていな
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本出願人は、シリコン
等を電極活物質とし、良好な充放電サイクル特性を示す
リチウム二次電池用電極として、ＣＶＤ法またはスパッ
タリング法などの薄膜形成方法により、集電体上に微結
晶薄膜または非晶質薄膜を形成したリチウム二次電池用
電極を提案している（特願平１１−３０１６４６号な
ど）。
等を電極活物質とし、良好な充放電サイクル特性を示す
リチウム二次電池用電極として、ＣＶＤ法またはスパッ
タリング法などの薄膜形成方法により、集電体上に微結
晶薄膜または非晶質薄膜を形成したリチウム二次電池用
電極を提案している（特願平１１−３０１６４６号な
ど）。
【０００６】このようなリチウム二次電池用電極におい
ては、集電体の成分が活物質薄膜に拡散することによ
り、集電体と活物質薄膜との密着性が保たれ、充放電サ
イクル特性が向上することがわかっている。しかしなが
ら、集電体の成分が活物質薄膜に過度に拡散し過ぎる
と、充放電容量が低下し、充放電サイクル特性が悪くな
ることがわかっている。従って、優れた充放電サイクル
特性を得るためには、集電体と活物質薄膜との界面の形
成を最適な条件で制御して行うことが好ましい。
ては、集電体の成分が活物質薄膜に拡散することによ
り、集電体と活物質薄膜との密着性が保たれ、充放電サ
イクル特性が向上することがわかっている。しかしなが
ら、集電体の成分が活物質薄膜に過度に拡散し過ぎる
と、充放電容量が低下し、充放電サイクル特性が悪くな
ることがわかっている。従って、優れた充放電サイクル
特性を得るためには、集電体と活物質薄膜との界面の形
成を最適な条件で制御して行うことが好ましい。
【０００７】また、リチウム二次電池の重量当り及び体
積当りのエネルギー密度を高めるためには、集電体の両
面上に活物質薄膜を形成することが好ましい。集電体の
両面上に活物質薄膜を形成する場合にも、集電体と活物
質薄膜との界面の形成を最適な条件で制御して行うこと
が好ましく、集電体の両面において集電体成分の活物質
薄膜への拡散が実質的に同じになるように制御すること
が好ましい。
積当りのエネルギー密度を高めるためには、集電体の両
面上に活物質薄膜を形成することが好ましい。集電体の
両面上に活物質薄膜を形成する場合にも、集電体と活物
質薄膜との界面の形成を最適な条件で制御して行うこと
が好ましく、集電体の両面において集電体成分の活物質
薄膜への拡散が実質的に同じになるように制御すること
が好ましい。
【０００８】本発明の目的は、集電体の両面上に活物質
薄膜を堆積させてリチウム二次電池用電極を製造するに
あたり、集電体の両面において集電体成分の活物質薄膜
への拡散が実質的に同じになるように制御することがで
きるリチウム二次電池用電極の製造方法及び製造装置を
提供することにある。
薄膜を堆積させてリチウム二次電池用電極を製造するに
あたり、集電体の両面において集電体成分の活物質薄膜
への拡散が実質的に同じになるように制御することがで
きるリチウム二次電池用電極の製造方法及び製造装置を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の局面に従
うリチウム二次電池用電極の製造方法は、集電体の両面
上に活物質薄膜を堆積させてリチウム二次電池用電極を
製造する方法であり、集電体の両面上に活物質薄膜を同
時に堆積させることを特徴としている。
うリチウム二次電池用電極の製造方法は、集電体の両面
上に活物質薄膜を堆積させてリチウム二次電池用電極を
製造する方法であり、集電体の両面上に活物質薄膜を同
時に堆積させることを特徴としている。
【００１０】集電体の両面上に活物質薄膜を同時に堆積
させると、集電体の片面ずつに活物質薄膜を堆積する場
合に比べ、２倍のスループットにすることができる。従
って、同じスループットでよい場合には、活物質薄膜の
成膜速度を半分にすることができ、活物質薄膜を形成す
る際の集電体表面の最高到達温度を低くすることができ
る。従って、集電体成分が活物質薄膜に過度に拡散し過
ぎるのを防止することができ、充放電サイクル特性に優
れたリチウム二次電池用電極を製造することができる。
させると、集電体の片面ずつに活物質薄膜を堆積する場
合に比べ、２倍のスループットにすることができる。従
って、同じスループットでよい場合には、活物質薄膜の
成膜速度を半分にすることができ、活物質薄膜を形成す
る際の集電体表面の最高到達温度を低くすることができ
る。従って、集電体成分が活物質薄膜に過度に拡散し過
ぎるのを防止することができ、充放電サイクル特性に優
れたリチウム二次電池用電極を製造することができる。
【００１１】活物質薄膜の堆積は、複数の工程に分割し
て行うことができる。この場合、分割した活物質薄膜堆
積工程の間において、集電体を冷却する工程を設けても
よい。これにより、さらに集電体表面の最高到達温度を
低くすることができる。
て行うことができる。この場合、分割した活物質薄膜堆
積工程の間において、集電体を冷却する工程を設けても
よい。これにより、さらに集電体表面の最高到達温度を
低くすることができる。
【００１２】本発明の第２の局面に従うリチウム二次電
池用電極の製造方法は、集電体の両面上に活物質薄膜を
堆積させてリチウム二次電池用電極を製造する方法であ
り、集電体の成分が活物質薄膜中に実質的に拡散しない
温度で集電体の両面上に活物質薄膜を形成した後、熱処
理することにより集電体の成分を活物質薄膜中に拡散さ
せることを特徴としている。
池用電極の製造方法は、集電体の両面上に活物質薄膜を
堆積させてリチウム二次電池用電極を製造する方法であ
り、集電体の成分が活物質薄膜中に実質的に拡散しない
温度で集電体の両面上に活物質薄膜を形成した後、熱処
理することにより集電体の成分を活物質薄膜中に拡散さ
せることを特徴としている。
【００１３】集電体の成分が活物質薄膜中に実質的に拡
散しないとは、活物質薄膜の集電体に対する密着性が充
分に得られない程度に集電体成分が活物質薄膜中に拡散
していないことを意味している。すなわち、後工程の熱
処理によって集電体と活物質薄膜との密着性が向上する
ように集電体成分を活物質薄膜中に拡散させることがで
きる状態であればよく、集電体成分が活物質薄膜中に全
く拡散していないということを意味するものではない。
散しないとは、活物質薄膜の集電体に対する密着性が充
分に得られない程度に集電体成分が活物質薄膜中に拡散
していないことを意味している。すなわち、後工程の熱
処理によって集電体と活物質薄膜との密着性が向上する
ように集電体成分を活物質薄膜中に拡散させることがで
きる状態であればよく、集電体成分が活物質薄膜中に全
く拡散していないということを意味するものではない。
【００１４】上記第２の局面によれば、後工程である熱
処理により集電体成分を活物質薄膜中に拡散させること
ができるので、集電体の両面において集電体成分の活物
質薄膜への拡散を実質的に同じになるように制御するこ
とができる。従って、集電体の両面のいずれの活物質薄
膜も集電体に良好に密着しているので、優れた充放電サ
イクル特性を得ることができる。
処理により集電体成分を活物質薄膜中に拡散させること
ができるので、集電体の両面において集電体成分の活物
質薄膜への拡散を実質的に同じになるように制御するこ
とができる。従って、集電体の両面のいずれの活物質薄
膜も集電体に良好に密着しているので、優れた充放電サ
イクル特性を得ることができる。
【００１５】第２の局面において、集電体両面上への活
物質薄膜の形成は、両面上に同時に堆積させてもよい
し、一方面上に活物質薄膜を堆積させた後、他方面上に
活物質薄膜を堆積させてもよい。
物質薄膜の形成は、両面上に同時に堆積させてもよい
し、一方面上に活物質薄膜を堆積させた後、他方面上に
活物質薄膜を堆積させてもよい。
【００１６】第２の局面において、活物質薄膜を堆積す
る方法は、集電体成分が活物質薄膜中に実質的に拡散し
ない温度で活物質薄膜を形成することができる方法であ
れば特に限定されるものではないが、スパッタリング法
に比べ、蒸着法ではより低い温度で活物質薄膜を堆積さ
せることができるので、蒸着法が好ましく用いられる。
蒸着法としては、電子ビーム蒸着法などが挙げられる。
る方法は、集電体成分が活物質薄膜中に実質的に拡散し
ない温度で活物質薄膜を形成することができる方法であ
れば特に限定されるものではないが、スパッタリング法
に比べ、蒸着法ではより低い温度で活物質薄膜を堆積さ
せることができるので、蒸着法が好ましく用いられる。
蒸着法としては、電子ビーム蒸着法などが挙げられる。
【００１７】集電体が銅（Ｃｕ）であり、活物質薄膜が
シリコン（Ｓｉ）薄膜である場合、集電体成分が活物質
薄膜中に実質的に拡散しない温度としては、１００℃以
下の温度が挙げられる。
シリコン（Ｓｉ）薄膜である場合、集電体成分が活物質
薄膜中に実質的に拡散しない温度としては、１００℃以
下の温度が挙げられる。
【００１８】本発明に従う第３の局面のリチウム二次電
池用電極の製造方法は、集電体の両面上に活物質薄膜を
堆積させてリチウム二次電池用電極を製造する方法であ
り、集電体の第１面上に活物質薄膜を堆積させた後、該
第１面に対し裏側となる第２面上に活物質薄膜を堆積さ
せ、このときの集電体表面の最高到達温度が、第１面上
に堆積させる際の集電体表面の最高到達温度よりも低く
なるように制御することを特徴としている。
池用電極の製造方法は、集電体の両面上に活物質薄膜を
堆積させてリチウム二次電池用電極を製造する方法であ
り、集電体の第１面上に活物質薄膜を堆積させた後、該
第１面に対し裏側となる第２面上に活物質薄膜を堆積さ
せ、このときの集電体表面の最高到達温度が、第１面上
に堆積させる際の集電体表面の最高到達温度よりも低く
なるように制御することを特徴としている。
【００１９】集電体の第１面上に活物質薄膜を堆積させ
た後、第２面上に活物質薄膜を堆積させると、集電体の
温度は再度上昇して、第１面上の活物質薄膜への集電体
成分の拡散がさらに進行し、充放電サイクル特性が低下
するおそれがある。
た後、第２面上に活物質薄膜を堆積させると、集電体の
温度は再度上昇して、第１面上の活物質薄膜への集電体
成分の拡散がさらに進行し、充放電サイクル特性が低下
するおそれがある。
【００２０】第３の局面では、第２面上に活物質薄膜を
堆積させる際、このときの集電体表面の最高到達温度
が、第１面上に活物質薄膜を堆積させた際の集電体表面
の最高到達温度よりも低くなるように制御しているの
で、上記のような第１面上の活物質薄膜に対する悪影響
を低減することができる。この結果、充放電サイクル特
性に優れたリチウム二次電池用電極とすることができ
る。
堆積させる際、このときの集電体表面の最高到達温度
が、第１面上に活物質薄膜を堆積させた際の集電体表面
の最高到達温度よりも低くなるように制御しているの
で、上記のような第１面上の活物質薄膜に対する悪影響
を低減することができる。この結果、充放電サイクル特
性に優れたリチウム二次電池用電極とすることができ
る。
【００２１】第２面上に活物質薄膜を堆積させる際の集
電体表面の最高到達温度を、第１面上に活物質薄膜を堆
積させる場合に比べ低くする方法としては、（１）第２
面上に活物質薄膜を堆積させる際の投入エネルギーを第
１面上に活物質薄膜を堆積させる際の投入エネルギーよ
りも小さくする方法、及び（２）第２面上に活物質薄膜
を堆積させる際の集電体の冷却効率を、第１面上に活物
質薄膜をさせる際の集電体の冷却効率よりも大きくする
方法などが挙げられる。
電体表面の最高到達温度を、第１面上に活物質薄膜を堆
積させる場合に比べ低くする方法としては、（１）第２
面上に活物質薄膜を堆積させる際の投入エネルギーを第
１面上に活物質薄膜を堆積させる際の投入エネルギーよ
りも小さくする方法、及び（２）第２面上に活物質薄膜
を堆積させる際の集電体の冷却効率を、第１面上に活物
質薄膜をさせる際の集電体の冷却効率よりも大きくする
方法などが挙げられる。
【００２２】投入エネルギーを小さくする方法として
は、スパッタリング法などの薄膜形成条件におけるパワ
ー密度を低くする方法などが挙げられる。第３の局面に
おいては、第１面上の堆積工程と第２面上の堆積工程の
間において、集電体を冷却する工程を備えてもよい。
は、スパッタリング法などの薄膜形成条件におけるパワ
ー密度を低くする方法などが挙げられる。第３の局面に
おいては、第１面上の堆積工程と第２面上の堆積工程の
間において、集電体を冷却する工程を備えてもよい。
【００２３】本発明の第１の局面、第２の局面、及び第
３の局面（以下、単に「本発明」という）においては、
集電体が帯状の集電体であることが好ましい。このよう
な帯状の集電体を用いることにより、複数個の電極に相
当する面積の活物質薄膜を集電体上に堆積して形成する
ことができ、活物質薄膜を堆積した後、該帯状の集電体
を切断して、個々の電極に分割することができる。従っ
て、帯状の集電体を用いることにより、効率的に生産性
良くリチウム二次電池用電極を製造することができる。
３の局面（以下、単に「本発明」という）においては、
集電体が帯状の集電体であることが好ましい。このよう
な帯状の集電体を用いることにより、複数個の電極に相
当する面積の活物質薄膜を集電体上に堆積して形成する
ことができ、活物質薄膜を堆積した後、該帯状の集電体
を切断して、個々の電極に分割することができる。従っ
て、帯状の集電体を用いることにより、効率的に生産性
良くリチウム二次電池用電極を製造することができる。
【００２４】活物質薄膜を形成した後の帯状集電体の切
断は、レーザー照射により切断する方法が好ましく用い
られる。カッター等による機械的な切断方法で切断して
もよいが、レーザー切断は、このようなカッター等の機
械的切断に比べ、バリの発生や、歪みの発生が少なく、
電池の組み立て等が行い易くなる。
断は、レーザー照射により切断する方法が好ましく用い
られる。カッター等による機械的な切断方法で切断して
もよいが、レーザー切断は、このようなカッター等の機
械的切断に比べ、バリの発生や、歪みの発生が少なく、
電池の組み立て等が行い易くなる。
【００２５】本発明においては、活物質薄膜を堆積する
前の集電体を真空中または減圧雰囲気中で保存しておく
ことが好ましい。真空中または減圧雰囲気中で薄膜形成
前の集電体を保存することにより、集電体の表面に付着
している水分などの不純物を除去することができる。
前の集電体を真空中または減圧雰囲気中で保存しておく
ことが好ましい。真空中または減圧雰囲気中で薄膜形成
前の集電体を保存することにより、集電体の表面に付着
している水分などの不純物を除去することができる。
【００２６】本発明の第４の局面は、集電体の第１面上
に活物質薄膜を堆積した後、該第１面に対し裏側となる
第２面上に活物質薄膜を堆積させるリチウム二次電池用
電極の製造装置であり、第１面上に活物質薄膜を堆積さ
せる際集電体を冷却する第１の冷却手段と、第２面上に
活物質薄膜を堆積させる際集電体を冷却する第２の冷却
手段とが設けられており、第２の冷却手段が、第１の冷
却手段における冷却効率よりも相対的に大きな冷却効率
となるように設定できる冷却手段であることを特徴とし
ている。
に活物質薄膜を堆積した後、該第１面に対し裏側となる
第２面上に活物質薄膜を堆積させるリチウム二次電池用
電極の製造装置であり、第１面上に活物質薄膜を堆積さ
せる際集電体を冷却する第１の冷却手段と、第２面上に
活物質薄膜を堆積させる際集電体を冷却する第２の冷却
手段とが設けられており、第２の冷却手段が、第１の冷
却手段における冷却効率よりも相対的に大きな冷却効率
となるように設定できる冷却手段であることを特徴とし
ている。
【００２７】第４の局面によれば、第２面上に活物質薄
膜を堆積させる際、第２の冷却手段で冷却することがで
きるので、第１面上に活物質薄膜を堆積させる際よりも
大きな冷却効率で冷却しながら第２面上に活物質薄膜を
堆積させることができる。従って、第２面上に活物質薄
膜を堆積させる際、集電体の温度上昇によって、第１面
上の活物質薄膜に集電体成分が過剰に拡散するのを防止
することができる。
膜を堆積させる際、第２の冷却手段で冷却することがで
きるので、第１面上に活物質薄膜を堆積させる際よりも
大きな冷却効率で冷却しながら第２面上に活物質薄膜を
堆積させることができる。従って、第２面上に活物質薄
膜を堆積させる際、集電体の温度上昇によって、第１面
上の活物質薄膜に集電体成分が過剰に拡散するのを防止
することができる。
【００２８】第４の局面において、第１の冷却手段及び
第２の冷却手段は、活物質薄膜堆積の際集電体を外周面
において支持するローラー内に設けられていることが好
ましい。
第２の冷却手段は、活物質薄膜堆積の際集電体を外周面
において支持するローラー内に設けられていることが好
ましい。
【００２９】また、第１の冷却手段と第２の冷却手段の
間に、第３の冷却手段が設けられていてもよい。このよ
うな第３の冷却手段は、例えば、集電体を移動させなが
ら案内するローラー内に設けられることが好ましい。
間に、第３の冷却手段が設けられていてもよい。このよ
うな第３の冷却手段は、例えば、集電体を移動させなが
ら案内するローラー内に設けられることが好ましい。
【００３０】本発明における活物質薄膜は、リチウムを
吸蔵・放出することができる材料から形成されるもので
あれば、特に限定されるものではないが、リチウムと合
金化することによりリチウムを吸蔵する材料が好ましく
用いられる。このような材料としては、シリコン、ゲル
マニウム、錫、鉛、亜鉛、マグネシウム、ナトリウム、
アルミニウム、カリウム、インジウムなどが挙げられ
る。これらの中でも、特にシリコンは理論容量が高いの
で好ましく用いられる。シリコンとしては、非晶質シリ
コン薄膜または微結晶シリコン薄膜であることが好まし
い。
吸蔵・放出することができる材料から形成されるもので
あれば、特に限定されるものではないが、リチウムと合
金化することによりリチウムを吸蔵する材料が好ましく
用いられる。このような材料としては、シリコン、ゲル
マニウム、錫、鉛、亜鉛、マグネシウム、ナトリウム、
アルミニウム、カリウム、インジウムなどが挙げられ
る。これらの中でも、特にシリコンは理論容量が高いの
で好ましく用いられる。シリコンとしては、非晶質シリ
コン薄膜または微結晶シリコン薄膜であることが好まし
い。
【００３１】本発明において用いられる集電体は、リチ
ウムと合金化しない金属から形成されることが好まし
い。リチウムと合金化しない金属としては、例えば、銅
などが挙げられる。集電体は厚みが薄いことが好まし
く、金属箔であることが好ましい。従って、銅箔が好ま
しく用いられ、銅箔としては、表面に凹凸を有する銅箔
が好ましく用いられる。表面粗さＲａは、０．０１〜２
μｍ程度の集電体が好ましく用いられる。このような表
面粗さＲａを有する銅箔としては、電解銅箔が挙げられ
る。
ウムと合金化しない金属から形成されることが好まし
い。リチウムと合金化しない金属としては、例えば、銅
などが挙げられる。集電体は厚みが薄いことが好まし
く、金属箔であることが好ましい。従って、銅箔が好ま
しく用いられ、銅箔としては、表面に凹凸を有する銅箔
が好ましく用いられる。表面粗さＲａは、０．０１〜２
μｍ程度の集電体が好ましく用いられる。このような表
面粗さＲａを有する銅箔としては、電解銅箔が挙げられ
る。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定
されるものではなく、その要旨を変更しない範囲におい
て適宜変更して実施することが可能なものである。
さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定
されるものではなく、その要旨を変更しない範囲におい
て適宜変更して実施することが可能なものである。
【００３３】〔負極の作製〕 （実施例１）図１に示す装置を用いて集電体の両面上に
活物質薄膜としての非晶質シリコン薄膜を形成した。図
１に示すように、この装置は、準備室１、成膜室２、及
び収納室３の３つの部屋に仕切られており、準備室１に
は供給ローラー４が設けられており、収納室３には巻取
りローラー５が設けられている。集電体１０は、供給ロ
ーラー４から巻取りローラー５に送られる。
活物質薄膜としての非晶質シリコン薄膜を形成した。図
１に示すように、この装置は、準備室１、成膜室２、及
び収納室３の３つの部屋に仕切られており、準備室１に
は供給ローラー４が設けられており、収納室３には巻取
りローラー５が設けられている。集電体１０は、供給ロ
ーラー４から巻取りローラー５に送られる。
【００３４】成膜室２には、集電体１０の一方面と対向
する位置にターゲット６が設けられており、集電体１０
の他方面と対向する位置にターゲット７が設けられてい
る。ターゲット６及びターゲット７には、それぞれ直流
（ＤＣ）電源８及び９が接続されている。成膜室２にお
いては、集電体の一方面及び他方面の上に同時にシリコ
ン薄膜を堆積させることができる。
する位置にターゲット６が設けられており、集電体１０
の他方面と対向する位置にターゲット７が設けられてい
る。ターゲット６及びターゲット７には、それぞれ直流
（ＤＣ）電源８及び９が接続されている。成膜室２にお
いては、集電体の一方面及び他方面の上に同時にシリコ
ン薄膜を堆積させることができる。
【００３５】集電体１０は帯状の集電体であり、ここで
は電解銅箔（厚さ１８μｍ）を用いている。ターゲット
６及び７としては、単結晶シリコンターゲット（Ｐ型、
１Ωｃｍ以下）を用いている。
は電解銅箔（厚さ１８μｍ）を用いている。ターゲット
６及び７としては、単結晶シリコンターゲット（Ｐ型、
１Ωｃｍ以下）を用いている。
【００３６】帯状集電体１０は、供給ローラー４に巻き
付けた状態で、成膜前に減圧下で１時間保管することに
より、集電体表面に付着した水分等の不純物を除去した
後用いた。集電体１０の先端を巻取りローラー５に巻き
取った状態で集電体１０の位置を固定し、集電体１０の
両面上に非晶質シリコン薄膜を堆積した。成膜室２は、
集電体１０を導入する前に１×１０-3Ｐａ以下になるま
で真空引きし、導入口からアルゴンガスを導入して圧力
０．５Ｐａに維持した。スパッタリング条件としては、
パワー密度２．５Ｗ／ｃｍ2、ターゲットと基板（集電
体）間の距離１０ｃｍとした。集電体１０の両面上にシ
リコン薄膜を厚さ６μｍとなるまで堆積させた。薄膜形
成の間における集電体表面の最高到達温度は２８０℃で
あった。
付けた状態で、成膜前に減圧下で１時間保管することに
より、集電体表面に付着した水分等の不純物を除去した
後用いた。集電体１０の先端を巻取りローラー５に巻き
取った状態で集電体１０の位置を固定し、集電体１０の
両面上に非晶質シリコン薄膜を堆積した。成膜室２は、
集電体１０を導入する前に１×１０-3Ｐａ以下になるま
で真空引きし、導入口からアルゴンガスを導入して圧力
０．５Ｐａに維持した。スパッタリング条件としては、
パワー密度２．５Ｗ／ｃｍ2、ターゲットと基板（集電
体）間の距離１０ｃｍとした。集電体１０の両面上にシ
リコン薄膜を厚さ６μｍとなるまで堆積させた。薄膜形
成の間における集電体表面の最高到達温度は２８０℃で
あった。
【００３７】（比較例１）図２に示す装置を用いて、集
電体の上に非晶質シリコン薄膜を形成した。図２に示す
ように、集電体１０をステンレスからなる支持体１１の
上に固定具１４，１５により固定し、ＤＣ電源１３に接
続された単結晶シリコンターゲット１２（Ｐ型、１Ωｃ
ｍ以下）を用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリング法
により集電体１０の上に非晶質シリコン薄膜を形成し
た。集電体１０としては実施例１と同様のものを用い
た。装置内は、１×１０-3Ｐａ以下になるまで真空引き
した後、アルゴンガスを導入口から圧力が０．５Ｐａに
なるまで導入し、パワー密度：５Ｗ／ｃｍ2、ターゲッ
ト−基板間距離：１０ｃｍとして、厚み６μｍになるま
でシリコン薄膜を形成した。
電体の上に非晶質シリコン薄膜を形成した。図２に示す
ように、集電体１０をステンレスからなる支持体１１の
上に固定具１４，１５により固定し、ＤＣ電源１３に接
続された単結晶シリコンターゲット１２（Ｐ型、１Ωｃ
ｍ以下）を用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリング法
により集電体１０の上に非晶質シリコン薄膜を形成し
た。集電体１０としては実施例１と同様のものを用い
た。装置内は、１×１０-3Ｐａ以下になるまで真空引き
した後、アルゴンガスを導入口から圧力が０．５Ｐａに
なるまで導入し、パワー密度：５Ｗ／ｃｍ2、ターゲッ
ト−基板間距離：１０ｃｍとして、厚み６μｍになるま
でシリコン薄膜を形成した。
【００３８】まずは、集電体１０の一方面上にシリコン
薄膜を形成した後、同様にして集電体の他方面上にもシ
リコン薄膜を形成した。ここでは、実施例１と同じスル
ープットとするために、パワー密度を約２倍にしてお
り、薄膜形成の間の集電体表面の最高到達温度は約３０
０℃であった。
薄膜を形成した後、同様にして集電体の他方面上にもシ
リコン薄膜を形成した。ここでは、実施例１と同じスル
ープットとするために、パワー密度を約２倍にしてお
り、薄膜形成の間の集電体表面の最高到達温度は約３０
０℃であった。
【００３９】（実施例２）図１に示す薄膜形成装置を用
い、本実施例では、集電体１０を移動させながら集電体
１０の両面上に非晶質シリコン薄膜を堆積させた。集電
体１０の移動速度は２０ｃｍ／分とした。この移動速度
では、集電体１０を供給ローラー４から巻取りローラー
５に１回移動させるだけでは厚み６μｍの薄膜を形成す
ることができないので、集電体１０を複数回供給ローラ
ー４と巻取りローラー５の間で往復させ、厚み６μｍの
シリコン薄膜を集電体１０の両面上に形成した。パワー
密度は、比較例１と同じ５Ｗ／ｃｍ2としたが、集電体
１０は薄膜形成の間移動しているので、集電体表面の最
高到達温度は２８０℃であった。
い、本実施例では、集電体１０を移動させながら集電体
１０の両面上に非晶質シリコン薄膜を堆積させた。集電
体１０の移動速度は２０ｃｍ／分とした。この移動速度
では、集電体１０を供給ローラー４から巻取りローラー
５に１回移動させるだけでは厚み６μｍの薄膜を形成す
ることができないので、集電体１０を複数回供給ローラ
ー４と巻取りローラー５の間で往復させ、厚み６μｍの
シリコン薄膜を集電体１０の両面上に形成した。パワー
密度は、比較例１と同じ５Ｗ／ｃｍ2としたが、集電体
１０は薄膜形成の間移動しているので、集電体表面の最
高到達温度は２８０℃であった。
【００４０】図１に示す装置では、集電体１０を水平方
向に移動させ、ターゲットを集電体の上方及び下方に配
置しているが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば、集電体１０を垂直方向に移動するように配
置し、その両側にターゲットを配置して、集電体の両面
上に薄膜を形成してもよい。
向に移動させ、ターゲットを集電体の上方及び下方に配
置しているが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば、集電体１０を垂直方向に移動するように配
置し、その両側にターゲットを配置して、集電体の両面
上に薄膜を形成してもよい。
【００４１】また、成膜室を複数に分割し、活物質薄膜
の堆積を複数の工程に分割して行ってもよい。図３は、
活物質薄膜の堆積を複数の工程に分割して行うための薄
膜形成装置の一例を示す模式的断面図である。この装置
では、準備室２１、第１の成膜室２２、冷却室２３、第
２の成膜室２４、及び収納室２５の５つの部屋が設けら
れている。準備室２１には、集電体１０を供給する供給
ローラー２６が設けられている。収納室２５には、集電
体１０を巻き取る巻取りローラー２７が設けられてい
る。
の堆積を複数の工程に分割して行ってもよい。図３は、
活物質薄膜の堆積を複数の工程に分割して行うための薄
膜形成装置の一例を示す模式的断面図である。この装置
では、準備室２１、第１の成膜室２２、冷却室２３、第
２の成膜室２４、及び収納室２５の５つの部屋が設けら
れている。準備室２１には、集電体１０を供給する供給
ローラー２６が設けられている。収納室２５には、集電
体１０を巻き取る巻取りローラー２７が設けられてい
る。
【００４２】第１の成膜室２２においては、集電体１０
の上方及び下方にターゲット２８及び２９がそれぞれ設
けられており、それぞれのターゲットにはＤＣ電源３２
及び３３が接続されている。冷却室２３においては、集
電体を挟むように一対の冷却ローラー３６及び３７が設
けられており、この冷却ローラー３６及び３７により薄
膜が形成された集電体が冷却される。第２の成膜室２４
においては、集電体１０の上方及び下方にそれぞれター
ゲット３０及び３１が設けられており、これらのターゲ
ットにはそれぞれＤＣ電源３４及び３５が接続されてい
る。
の上方及び下方にターゲット２８及び２９がそれぞれ設
けられており、それぞれのターゲットにはＤＣ電源３２
及び３３が接続されている。冷却室２３においては、集
電体を挟むように一対の冷却ローラー３６及び３７が設
けられており、この冷却ローラー３６及び３７により薄
膜が形成された集電体が冷却される。第２の成膜室２４
においては、集電体１０の上方及び下方にそれぞれター
ゲット３０及び３１が設けられており、これらのターゲ
ットにはそれぞれＤＣ電源３４及び３５が接続されてい
る。
【００４３】図３に示す装置では、成膜工程が第１の成
膜室２２と第２の成膜室２４の２つに分割されているの
で、集電体表面の最高到達温度をさらに低下させること
ができる。また、第１の成膜室２２と第２の成膜室２４
の間に冷却室２３が設けられ、冷却ローラー３６及び３
７によって集電体が冷却されているので、さらに集電体
表面の最高到達温度を低下させることができる。従っ
て、集電体表面の最高到達温度を従来法による場合と同
程度の温度にしてもよい場合には、薄膜形成におけるパ
ワー密度を高くすることができ、高い成膜速度を得るこ
とができる。従って、電極の生産性を高めることができ
る。
膜室２２と第２の成膜室２４の２つに分割されているの
で、集電体表面の最高到達温度をさらに低下させること
ができる。また、第１の成膜室２２と第２の成膜室２４
の間に冷却室２３が設けられ、冷却ローラー３６及び３
７によって集電体が冷却されているので、さらに集電体
表面の最高到達温度を低下させることができる。従っ
て、集電体表面の最高到達温度を従来法による場合と同
程度の温度にしてもよい場合には、薄膜形成におけるパ
ワー密度を高くすることができ、高い成膜速度を得るこ
とができる。従って、電極の生産性を高めることができ
る。
【００４４】（実施例３）図４に示す薄膜形成装置を用
い、集電体の上にシリコン薄膜を形成した。集電体とし
ては実施例１と同様のものを用いた。
い、集電体の上にシリコン薄膜を形成した。集電体とし
ては実施例１と同様のものを用いた。
【００４５】図４に示すように、この装置においては、
準備室４１、成膜室４２、及び収納室４３の３つの部屋
が設けられている。準備室４１には、集電体１０を供給
するための供給ローラー４４が設けられている。収納室
４３においては、集電体１０を巻き取るための巻取りロ
ーラー４５が設けられている。準備室４１と収納室４３
の間に位置する成膜室４２には、蒸着源４６が設けられ
ている。この蒸着源４６は、電子ビーム蒸着法によりシ
リコン薄膜を蒸着させることができる蒸発源である。蒸
着源４６の蒸着材料としてはシリコンチップ（純度９
９．９９９％以上）を用いた。
準備室４１、成膜室４２、及び収納室４３の３つの部屋
が設けられている。準備室４１には、集電体１０を供給
するための供給ローラー４４が設けられている。収納室
４３においては、集電体１０を巻き取るための巻取りロ
ーラー４５が設けられている。準備室４１と収納室４３
の間に位置する成膜室４２には、蒸着源４６が設けられ
ている。この蒸着源４６は、電子ビーム蒸着法によりシ
リコン薄膜を蒸着させることができる蒸発源である。蒸
着源４６の蒸着材料としてはシリコンチップ（純度９
９．９９９％以上）を用いた。
【００４６】装置内の圧力を１×１０-3Ｐａ以下に減圧
した後、投入パワー１０ｋＷ、蒸着源−集電体の距離４
０ｃｍとして、集電体１０の上に厚み６μｍの非晶質シ
リコン薄膜を形成した。集電体１０の移動速度は２０ｃ
ｍ／分とし、シリコン薄膜の厚みが６μｍとなるまで、
供給ローラー４４と巻取りローラー４５の間で往復させ
た。集電体の両面上に薄膜を形成した後、この装置から
取り出し、１×１０-3Ｐａ以下の電気炉に入れ、４００
℃で１時間熱処理を行った。
した後、投入パワー１０ｋＷ、蒸着源−集電体の距離４
０ｃｍとして、集電体１０の上に厚み６μｍの非晶質シ
リコン薄膜を形成した。集電体１０の移動速度は２０ｃ
ｍ／分とし、シリコン薄膜の厚みが６μｍとなるまで、
供給ローラー４４と巻取りローラー４５の間で往復させ
た。集電体の両面上に薄膜を形成した後、この装置から
取り出し、１×１０-3Ｐａ以下の電気炉に入れ、４００
℃で１時間熱処理を行った。
【００４７】本実施例で用いている蒸着法は、スパッタ
リング法よりも相対的に成膜速度が大きい。従って、蒸
着法を用いることにより、生産性を高めることが可能で
あるが、蒸着法を用いた場合、集電体成分が活物質薄膜
に充分に拡散しない場合があるので、このような場合に
は、上記のように薄膜形成後熱処理を行う。この熱処理
により、集電体成分である銅を、シリコン薄膜中に拡散
することができ、シリコン薄膜の集電体に対する密着性
を高めることができる。
リング法よりも相対的に成膜速度が大きい。従って、蒸
着法を用いることにより、生産性を高めることが可能で
あるが、蒸着法を用いた場合、集電体成分が活物質薄膜
に充分に拡散しない場合があるので、このような場合に
は、上記のように薄膜形成後熱処理を行う。この熱処理
により、集電体成分である銅を、シリコン薄膜中に拡散
することができ、シリコン薄膜の集電体に対する密着性
を高めることができる。
【００４８】（実施例４）図５に示す薄膜形成装置を用
いて、集電体の上にシリコン薄膜を形成した。図５に示
す薄膜形成装置は、集電体の一方面上に薄膜を形成した
後、他方面上に薄膜を形成することができる装置であ
る。
いて、集電体の上にシリコン薄膜を形成した。図５に示
す薄膜形成装置は、集電体の一方面上に薄膜を形成した
後、他方面上に薄膜を形成することができる装置であ
る。
【００４９】図５に示すように、この装置は、準備室５
１、成膜室５２、及び収納室５３の３つの部屋を有して
いる。準備室５１には集電体１０を供給するための供給
ローラー５４が設けられている。収納室５３には、集電
体１０を巻き取るための巻取りローラー５６が設けられ
ている。
１、成膜室５２、及び収納室５３の３つの部屋を有して
いる。準備室５１には集電体１０を供給するための供給
ローラー５４が設けられている。収納室５３には、集電
体１０を巻き取るための巻取りローラー５６が設けられ
ている。
【００５０】成膜室５２では、供給ローラー５４より供
給された集電体１０を、ガイドローラー６１で案内し、
支持ローラー６２に導く。支持ローラー６２の外周面に
対向するように、ターゲット５７が設けられており、タ
ーゲット５７にはＤＣ電源５９が接続されている。支持
ローラー６２を通った集電体１０は、一対の冷却ローラ
ー６３及び６４の間を通り、この冷却ローラー６３及び
６４により冷却された後、支持ローラー６５に導かれ
る。支持ローラー６５の外周面に対向するように、ター
ゲット５８が設けられており、ターゲット５８にはＤＣ
電源６０が接続されている。支持ローラー６５を通った
集電体１０はガイドローラー６６を通り、収納室５３の
巻取りローラー５６に巻き取られる。
給された集電体１０を、ガイドローラー６１で案内し、
支持ローラー６２に導く。支持ローラー６２の外周面に
対向するように、ターゲット５７が設けられており、タ
ーゲット５７にはＤＣ電源５９が接続されている。支持
ローラー６２を通った集電体１０は、一対の冷却ローラ
ー６３及び６４の間を通り、この冷却ローラー６３及び
６４により冷却された後、支持ローラー６５に導かれ
る。支持ローラー６５の外周面に対向するように、ター
ゲット５８が設けられており、ターゲット５８にはＤＣ
電源６０が接続されている。支持ローラー６５を通った
集電体１０はガイドローラー６６を通り、収納室５３の
巻取りローラー５６に巻き取られる。
【００５１】支持ローラー６２の外周面では、ターゲッ
ト５７により、集電体１０の一方面上に非晶質シリコン
薄膜が堆積される。次に支持ローラー６５の外周面で
は、ターゲット５８により集電体１０の他方面上に非晶
質シリコン薄膜が堆積される。ターゲット５７及び５８
は、実施例１で用いたターゲットと同様のものであり、
スパッタリング条件はパワー密度５Ｗ／ｃｍ2とし、タ
ーゲットと基板間の距離は１０ｃｍとし、集電体１０の
移動速度は２０ｃｍ／分とした。堆積するシリコン薄膜
の厚みが集電体１０の両面上において、それぞれ厚み６
μｍとなるまで、供給ローラー５４と巻取りローラー５
６の間で往復させた。
ト５７により、集電体１０の一方面上に非晶質シリコン
薄膜が堆積される。次に支持ローラー６５の外周面で
は、ターゲット５８により集電体１０の他方面上に非晶
質シリコン薄膜が堆積される。ターゲット５７及び５８
は、実施例１で用いたターゲットと同様のものであり、
スパッタリング条件はパワー密度５Ｗ／ｃｍ2とし、タ
ーゲットと基板間の距離は１０ｃｍとし、集電体１０の
移動速度は２０ｃｍ／分とした。堆積するシリコン薄膜
の厚みが集電体１０の両面上において、それぞれ厚み６
μｍとなるまで、供給ローラー５４と巻取りローラー５
６の間で往復させた。
【００５２】本実施例では、支持ローラー６２及び支持
ローラー６５内に設けられた冷却手段により、集電体１
０を冷却するとともに、冷却ローラー６３及び６４によ
っても冷却している。なお、集電体１０が供給ローラー
５４から巻取りローラー５６に移動する時には、支持ロ
ーラー６５内に設けられた冷却手段の冷却効率を、支持
ローラー６２内の冷却手段の冷却効率よりも大きくして
いる。このため、ターゲット５７による薄膜形成の際の
集電体表面の最高到達温度は約２８０℃であるのに対
し、ターゲット５８による薄膜形成の際の集電体表面の
最高到達温度は約２５０℃に制御されている。従って、
集電体の他方面上にシリコン薄膜を形成する際、集電体
の温度がそれ程高くならないので、集電体の一方面上に
形成されているシリコン薄膜へ集電体成分が拡散するの
を防止することができる。このため、集電体の両面にお
いて集電体成分が同程度に拡散した状態とすることがで
きる。
ローラー６５内に設けられた冷却手段により、集電体１
０を冷却するとともに、冷却ローラー６３及び６４によ
っても冷却している。なお、集電体１０が供給ローラー
５４から巻取りローラー５６に移動する時には、支持ロ
ーラー６５内に設けられた冷却手段の冷却効率を、支持
ローラー６２内の冷却手段の冷却効率よりも大きくして
いる。このため、ターゲット５７による薄膜形成の際の
集電体表面の最高到達温度は約２８０℃であるのに対
し、ターゲット５８による薄膜形成の際の集電体表面の
最高到達温度は約２５０℃に制御されている。従って、
集電体の他方面上にシリコン薄膜を形成する際、集電体
の温度がそれ程高くならないので、集電体の一方面上に
形成されているシリコン薄膜へ集電体成分が拡散するの
を防止することができる。このため、集電体の両面にお
いて集電体成分が同程度に拡散した状態とすることがで
きる。
【００５３】また、集電体１０を供給ローラー５４から
巻取りローラー５６に移動させた後、逆方向に移動させ
て、巻取りローラー５６から供給ローラー５４に移動さ
せる時には、支持ローラー６２内の冷却手段の冷却効率
を、支持ローラー６５内の冷却手段の冷却効率よりも大
きくしている。従って、ターゲット５８による薄膜形成
の際の集電体表面の最高到達温度が約２８０℃となり、
ターゲット５７による薄膜形成の際の集電体表面の最高
到達温度が約２５０℃となる。
巻取りローラー５６に移動させた後、逆方向に移動させ
て、巻取りローラー５６から供給ローラー５４に移動さ
せる時には、支持ローラー６２内の冷却手段の冷却効率
を、支持ローラー６５内の冷却手段の冷却効率よりも大
きくしている。従って、ターゲット５８による薄膜形成
の際の集電体表面の最高到達温度が約２８０℃となり、
ターゲット５７による薄膜形成の際の集電体表面の最高
到達温度が約２５０℃となる。
【００５４】（実施例５）図５に示す薄膜形成装置を用
い、支持ローラー６２と支持ローラー６５内の冷却装置
の冷却効率を同等にし、集電体１０を供給ローラー５４
から巻取りローラー５６に移動させる場合には、ターゲ
ット５８に投入するパワー密度を３Ｗ／ｃｍ2に低減さ
せることにより、集電体の他方面上に薄膜を形成する際
の集電体表面の最高到達温度を２５０℃となるように制
御した。また、集電体１０を巻取りローラー５６から供
給ローラー５４に逆方向に移動させて薄膜を形成する際
には、ターゲット５８に投入するパワー密度を５Ｗ／ｃ
ｍ2とし、ターゲット５９に投入するパワー密度を３Ｗ
／ｃｍ2に低減させることにより、ターゲット５９を用
いて形成する際の集電体表面の最高到達温度を２５０℃
となるように制御した。その他は、実施例４と同様にし
て集電体１０の両面上にシリコン薄膜を形成した。
い、支持ローラー６２と支持ローラー６５内の冷却装置
の冷却効率を同等にし、集電体１０を供給ローラー５４
から巻取りローラー５６に移動させる場合には、ターゲ
ット５８に投入するパワー密度を３Ｗ／ｃｍ2に低減さ
せることにより、集電体の他方面上に薄膜を形成する際
の集電体表面の最高到達温度を２５０℃となるように制
御した。また、集電体１０を巻取りローラー５６から供
給ローラー５４に逆方向に移動させて薄膜を形成する際
には、ターゲット５８に投入するパワー密度を５Ｗ／ｃ
ｍ2とし、ターゲット５９に投入するパワー密度を３Ｗ
／ｃｍ2に低減させることにより、ターゲット５９を用
いて形成する際の集電体表面の最高到達温度を２５０℃
となるように制御した。その他は、実施例４と同様にし
て集電体１０の両面上にシリコン薄膜を形成した。
【００５５】以上のようにして得られた実施例１〜５及
び比較例１のシリコン薄膜を両面に形成した集電体を切
断し、シリコン薄膜が形成されていない部分に負極タブ
を取り付け、負極を完成した。
び比較例１のシリコン薄膜を両面に形成した集電体を切
断し、シリコン薄膜が形成されていない部分に負極タブ
を取り付け、負極を完成した。
【００５６】〔正極の作製〕ＬｉＣｏＯ2粉末９０重量
部、及び導電剤としての人造黒鉛粉末５重量部を、結着
剤としてのポリフッ化ビニリデン５重量部を含む５重量
％のＮ−メチルピロリドン水溶液に混合し、正極合剤ス
ラリーとした。このスラリーをドクターブレード法によ
り、正極集電体であるアルミニウム箔（厚み２０μｍ）
上に塗布した後乾燥し、正極活物質層を形成した。正極
活物質を塗布しなかったアルミニウム箔の領域の上に正
極タブを取り付け、正極を完成した。
部、及び導電剤としての人造黒鉛粉末５重量部を、結着
剤としてのポリフッ化ビニリデン５重量部を含む５重量
％のＮ−メチルピロリドン水溶液に混合し、正極合剤ス
ラリーとした。このスラリーをドクターブレード法によ
り、正極集電体であるアルミニウム箔（厚み２０μｍ）
上に塗布した後乾燥し、正極活物質層を形成した。正極
活物質を塗布しなかったアルミニウム箔の領域の上に正
極タブを取り付け、正極を完成した。
【００５７】〔電池の作製〕図７に示すように、正極８
１と正極８２の間にセパレータ８３を配置し、さらに正
極８１の上にセパレータ８３を配置した状態で、これを
巻き付け扁平状態にし、外装体８０内に挿入した。次
に、外装体８０内に電解液を注入し、注入後外装体８０
の開口部８０ａを封口して、リチウム二次電池を作製し
た。電解液は、エチレンカーボネートとジエチルカーボ
ネートとの体積比１：１の混合溶媒にＬｉＰＦ6を１モ
ル／リットル溶解させて作製したものを用いた。
１と正極８２の間にセパレータ８３を配置し、さらに正
極８１の上にセパレータ８３を配置した状態で、これを
巻き付け扁平状態にし、外装体８０内に挿入した。次
に、外装体８０内に電解液を注入し、注入後外装体８０
の開口部８０ａを封口して、リチウム二次電池を作製し
た。電解液は、エチレンカーボネートとジエチルカーボ
ネートとの体積比１：１の混合溶媒にＬｉＰＦ6を１モ
ル／リットル溶解させて作製したものを用いた。
【００５８】〔充放電サイクル試験〕以上のようにして
作製した各リチウム二次電池について、充放電サイクル
試験を行った。充放電の条件は、充放電ともに１４０ｍ
Ａの定電流で、４．２Ｖとなるまで充電した後、２．７
５Ｖとなるまで放電し、これを１サイクルの充放電とし
て、４０サイクルまで充放電を行い、初期放電容量（１
サイクル目の放電容量）と４０サイクル目の放電容量を
測定し、以下の式で定義される容量維持率を算出した。
作製した各リチウム二次電池について、充放電サイクル
試験を行った。充放電の条件は、充放電ともに１４０ｍ
Ａの定電流で、４．２Ｖとなるまで充電した後、２．７
５Ｖとなるまで放電し、これを１サイクルの充放電とし
て、４０サイクルまで充放電を行い、初期放電容量（１
サイクル目の放電容量）と４０サイクル目の放電容量を
測定し、以下の式で定義される容量維持率を算出した。
【００５９】４０サイクル後の容量維持率＝（４０サイ
クル目の放電容量／１サイクル目の放電容量）×１００ 初期放電容量と４０サイクル後の容量維持率を表１に示
す。
クル目の放電容量／１サイクル目の放電容量）×１００ 初期放電容量と４０サイクル後の容量維持率を表１に示
す。
【００６０】
【表１】
【００６１】表１から明らかなように、本発明に従う実
施例１〜５で作製した電極を用いたリチウム二次電池
は、比較例１で作製した電極を用いたリチウム二次電池
に比べ、良好な充放電サイクル特性が得られている。こ
れは、比較例１において作製した電極においては、集電
体の第２面上に薄膜を形成する際の温度上昇により、第
１面上に形成したシリコン薄膜中への集電体成分の拡散
が増加し、集電体への活物質薄膜の密着性が低下したた
めと思われる。
施例１〜５で作製した電極を用いたリチウム二次電池
は、比較例１で作製した電極を用いたリチウム二次電池
に比べ、良好な充放電サイクル特性が得られている。こ
れは、比較例１において作製した電極においては、集電
体の第２面上に薄膜を形成する際の温度上昇により、第
１面上に形成したシリコン薄膜中への集電体成分の拡散
が増加し、集電体への活物質薄膜の密着性が低下したた
めと思われる。
【００６２】これに対し、実施例１〜実施例５において
は、集電体の第１面及び第２面の上に形成されたシリコ
ン薄膜には、同程度に銅が拡散しており、集電体の両面
において活物質薄膜の密着性が良好であるため、良好な
充放電サイクル特性が得られたものと考えられる。
は、集電体の第１面及び第２面の上に形成されたシリコ
ン薄膜には、同程度に銅が拡散しており、集電体の両面
において活物質薄膜の密着性が良好であるため、良好な
充放電サイクル特性が得られたものと考えられる。
【００６３】図６は、帯状の集電体の上に活物質薄膜を
形成した後、これをレーザー照射により切断して、個々
の電極に分割する装置を示す模式的断面図である。両面
上に活物質薄膜が形成された集電体１０は、シャッター
７５を通り、駆動ローラー７４により切断室８０に送ら
れる。切断室８０に送られた集電体１０は、吸着盤７２
を有した治具７１により保持され、レーザー７３により
切断される。切断された集電体は１個分の電極７０とな
り、治具７１が矢印Ａ方向に移動し、次に、矢印Ｂ方向
に移動して、電極収納部７６内に向かう。吸着盤７２が
吸着を解除し、電極７０を電極収納部７６に収納した
後、治具７１は再び元の位置に戻る。
形成した後、これをレーザー照射により切断して、個々
の電極に分割する装置を示す模式的断面図である。両面
上に活物質薄膜が形成された集電体１０は、シャッター
７５を通り、駆動ローラー７４により切断室８０に送ら
れる。切断室８０に送られた集電体１０は、吸着盤７２
を有した治具７１により保持され、レーザー７３により
切断される。切断された集電体は１個分の電極７０とな
り、治具７１が矢印Ａ方向に移動し、次に、矢印Ｂ方向
に移動して、電極収納部７６内に向かう。吸着盤７２が
吸着を解除し、電極７０を電極収納部７６に収納した
後、治具７１は再び元の位置に戻る。
【００６４】集電体上に活物質薄膜を形成した電極は、
ペースト式電極のような結着剤を有するものではないの
で、活物質薄膜自体が切断時に脆く破壊され易い場合が
ある。従って、図６に示すようにレーザー照射により切
断することが好ましい。しかしながら、レーザーによる
切断に限定されるものではなく、従来と同様カッターに
よる機械的な切断が施されてもよい。
ペースト式電極のような結着剤を有するものではないの
で、活物質薄膜自体が切断時に脆く破壊され易い場合が
ある。従って、図６に示すようにレーザー照射により切
断することが好ましい。しかしながら、レーザーによる
切断に限定されるものではなく、従来と同様カッターに
よる機械的な切断が施されてもよい。
【００６５】切断後の電極７０は、例えばアルゴンガス
などの不活性ガスが充填された電極収納部７６に保管さ
れ、順次取り出される。取り出された電極には、必要に
応じて負極タブがスポット溶接される。
などの不活性ガスが充填された電極収納部７６に保管さ
れ、順次取り出される。取り出された電極には、必要に
応じて負極タブがスポット溶接される。
【００６６】
【発明の効果】本発明によれば、集電体の両面において
集電体成分の活物質薄膜への拡散が実質的に同じになる
ように制御することができる。従って、充放電サイクル
特性に優れたリチウム二次電池用電極とすることができ
る。
集電体成分の活物質薄膜への拡散が実質的に同じになる
ように制御することができる。従って、充放電サイクル
特性に優れたリチウム二次電池用電極とすることができ
る。
【図１】本発明に従う実施例において用いられた薄膜形
成装置を示す模式的断面図。
成装置を示す模式的断面図。
【図２】比較例において用いられた薄膜形成装置を示す
模式的断面図。
模式的断面図。
【図３】本発明に従う実施例において用いられた薄膜形
成装置を示す模式的断面図。
成装置を示す模式的断面図。
【図４】本発明に従う実施例において用いられた薄膜形
成装置を示す模式的断面図。
成装置を示す模式的断面図。
【図５】本発明に従う実施例において用いられた薄膜形
成装置を示す模式的断面図。
成装置を示す模式的断面図。
【図６】両面上に活物質薄膜を形成した集電体をレーザ
ーにより切断する装置を示す模式的断面図。
ーにより切断する装置を示す模式的断面図。
【図７】本発明に従う実施例において作製されたリチウ
ム二次電池を示す分解斜視図。
ム二次電池を示す分解斜視図。
１，２１，４１，５１…準備室 ２，２２，２４，４２，５２…成膜室 ３，２５，４３，５３…収納室 ４，２６，４４，５４…供給ローラー ５，２７，４５，５６…巻取りローラー ６，７，２８〜３１，５７，５８…ターゲット ８，９，３２〜３５，５９，６０…ＤＣ電源 １０…集電体 ３６，３７，６３，６４…冷却ローラー ６２，６５…支持ローラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 宗幸 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H029 AJ05 AK03 AL11 AM03 AM05 AM07 BJ03 BJ14 CJ02 CJ04 CJ24 CJ28 CJ30 DJ07 DJ18 EJ01 EJ04 EJ12 HJ00 HJ12 HJ14 5H050 AA07 BA17 CA08 CB11 DA04 EA02 EA09 EA24 FA20 GA02 GA04 GA24 GA26 GA27 GA29 HA00 HA12 HA14
Claims (16)
- 【請求項１】 集電体の両面上に活物質薄膜を堆積させ
てリチウム二次電池用電極を製造する方法において、 前記集電体の両面上に活物質薄膜を同時に堆積させるこ
とを特徴とするリチウム二次電池用電極の製造方法。 - 【請求項２】 前記活物質薄膜の堆積を複数の工程に分
割して行うことを特徴とする請求項１に記載のリチウム
二次電池用電極の製造方法。 - 【請求項３】 複数に分割した活物質薄膜堆積工程の間
において、前記集電体を冷却する工程を備えることを特
徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池用電極の製
造方法。 - 【請求項４】 集電体の両面上に活物質薄膜を堆積させ
てリチウム二次電池用電極を製造する方法において、 前記集電体の成分が前記活物質薄膜中に実質的に拡散し
ない温度で前記集電体の両面上に活物質薄膜を形成させ
た後、熱処理することにより前記集電体の成分を前記活
物質薄膜中に拡散させることを特徴とするリチウム二次
電池用電極の製造方法。 - 【請求項５】 前記活物質薄膜を形成させる方法が蒸着
法であることを特徴とする請求項４に記載のリチウム二
次電池用電極の製造方法。 - 【請求項６】 集電体の両面上に活物質薄膜を堆積させ
てリチウム二次電池用電極を製造する方法において、 前記集電体の第１面上に活物質薄膜を堆積させた後、該
第１面に対し裏側となる第２面上に活物質薄膜を堆積さ
せ、このときの集電体表面の最高到達温度が、第１面上
に堆積させる際の集電体表面の最高到達温度よりも低く
なるように制御することを特徴とするリチウム二次電池
用電極の製造方法。 - 【請求項７】 第２面上に活物質薄膜を堆積させる際の
投入エネルギーを、第１面上に堆積させる際の投入エネ
ルギーよりも小さくすることによって、集電体表面の最
高到達温度を低くすることを特徴とする請求項６に記載
のリチウム二次電池用電極の製造方法。 - 【請求項８】 第２面上に活物質薄膜を堆積させる際の
集電体の冷却効率を、第１面上に堆積させる際の集電体
の冷却効率よりも大きくすることによって、集電体表面
の最高到達温度を低くすることを特徴とする請求項６に
記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。 - 【請求項９】 第１面上への堆積工程と第２面上への堆
積工程の間において、集電体を冷却する工程を備えるこ
とを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のリ
チウム二次電池用電極の製造方法。 - 【請求項１０】 前記集電体が帯状の集電体であり、該
帯状集電体の上に複数個の電極に相当する面積の活物質
薄膜を堆積して形成した後、該帯状集電体を切断して個
々の電極に分割することを特徴とする請求項１〜９のい
ずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極の製造方
法。 - 【請求項１１】 前記帯状集電体の切断をレーザーによ
り行うことを特徴とする請求項１０に記載のリチウム二
次電池用電極の製造方法。 - 【請求項１２】 活物質薄膜を堆積する前の集電体を真
空中または減圧雰囲気中で保存することを特徴とする請
求項１〜１１のいずれか１項に記載のリチウム二次電池
用電極の製造方法。 - 【請求項１３】 集電体の第１面上に活物質薄膜を堆積
させた後、該第１面に対し裏側となる第２面上に活物質
薄膜を堆積させるリチウム二次電池用電極の製造装置で
あって、 前記第１面上に活物質薄膜を堆積させる際前記集電体を
冷却する第１の冷却手段と、 前記第２面上に活物質薄膜を堆積させる際前記集電体を
冷却する第２の冷却手段とが設けられており、 前記第２の冷却手段が、前記第１の冷却手段における冷
却効率よりも相対的に大きな冷却効率となるように設定
できる冷却手段であることを特徴とするリチウム二次電
池用電極の製造装置。 - 【請求項１４】 前記第１の冷却手段及び前記第２の冷
却手段が、前記活物質薄膜堆積の際前記集電体を外周面
において支持するローラー内に設けられていることを特
徴とする請求項１３に記載のリチウム二次電池用電極の
製造装置。 - 【請求項１５】 前記第１の冷却手段と前記第２の冷却
手段の間に、第３の冷却手段が設けられていることを特
徴とする請求項１３または１４に記載のリチウム二次電
池用電極の製造装置。 - 【請求項１６】 前記第３の冷却手段が、前記集電体を
移動させながら案内するローラー内に設けられているこ
とを特徴とする請求項１５に記載のリチウム二次電池用
電極の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001093064A JP4183395B2 (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | リチウム二次電池用電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001093064A JP4183395B2 (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | リチウム二次電池用電極の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002289180A true JP2002289180A (ja) | 2002-10-04 |
| JP4183395B2 JP4183395B2 (ja) | 2008-11-19 |
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|---|---|---|---|
| JP2001093064A Expired - Fee Related JP4183395B2 (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | リチウム二次電池用電極の製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4183395B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005259726A (ja) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Yuasa Corp | 電気化学デバイス及びその製造方法 |
| JP2006073212A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質電池 |
| JP2007193965A (ja) * | 2006-01-17 | 2007-08-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リチウム二次電池用負極、およびそれを用いたリチウム二次電池 |
| KR100756804B1 (ko) * | 2001-06-20 | 2007-09-07 | 산요덴키가부시키가이샤 | 리튬 ２차 전지용 전극의 제조 방법 |
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| US8241699B2 (en) | 2007-03-09 | 2012-08-14 | Panasonic Corporation | Deposition apparatus and method for manufacturing film by using deposition apparatus |
| KR101363816B1 (ko) | 2011-04-14 | 2014-02-17 | 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 | 전극 제조 방법 및 레이저 컷트 장치 |
| JP2016529657A (ja) * | 2014-01-15 | 2016-09-23 | ジェナックス インコーポレイテッド | 二次電池用電極及びその製造方法 |
| WO2023003300A1 (ko) * | 2021-07-21 | 2023-01-26 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극의 제조 방법 및 이 방법에 사용되는 전극 제조 시스템 |
-
2001
- 2001-03-28 JP JP2001093064A patent/JP4183395B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR101376376B1 (ko) * | 2006-03-30 | 2014-03-20 | 소니 주식회사 | 전지 |
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| WO2023003300A1 (ko) * | 2021-07-21 | 2023-01-26 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극의 제조 방법 및 이 방법에 사용되는 전극 제조 시스템 |
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