JP2013544423A - リチウムイオン電池用の電極および電極を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、リチウムイオン電池用の、ケイ素、炭素、および炭素繊維箔の三元複合材から形成された電極に関する。また、本発明は、以下のステップを含む、リチウムイオン電池用の、ケイ素／炭素／炭素繊維箔の複合電極を製造する方法にも関する。それらステップは、Ａ．ケイ素と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質とを、溶媒中で、スラリーを形成するために混合するステップ、Ｂ．炭素繊維箔を、スラリー中に、スラリーが炭素繊維箔を被覆して内部に浸透するまで浸漬するステップ、Ｃ．スラリーで被覆および浸透された炭素繊維箔を、不活性ガスの雰囲気中、または、還元ガスと混合された不活性ガスの雰囲気中において、低くとも４００℃で少なくとも２時間加熱するステップである。
【選択図】図１ｃ
【選択図】図１ｃ
Description
本発明は、電極に関し、詳細には、ケイ素、炭素、および炭素繊維箔の三元複合材から形成された、リチウムイオン電池用の電極に関する。また、本発明は、その電極の製造方法にも関する。
今日、リチウムイオン電池は、携帯電話、ノートパソコン、カメラ、電動工具などの装置や工具で、一般的に使用されている。黒鉛（グラファイト）は、リチウムイオン電池において最も重要なカソード材料である。自動車産業においては電気自動車がより注目を集めるにつれて、エネルギー密度の高いリチウムイオン電池を開発することが、電気自動車産業にとって急務となっている。現在の黒鉛カソードのリチウムイオンを蓄える容量が比較的低いことが、電池のエネルギー密度が比較的低いことの重要な理由となっている。
そこで、研究者らは、黒鉛をケイ素複合材で置き換えた場合、リチウムイオン電池のカソードの容量を何倍にも増やせることに気が付いた。従来技術では、黒鉛をケイ素／炭素複合材で置き換えることが提案されてきた。熱分解、機械的混合、もしくは高エネルギーボールミル粉砕、またはそれらの組合せによって一般的に製造された、従来のケイ素／炭素複合材は、高密度な炭素マトリックスに埋め込まれたＳｉ粒子から成る。しかしながら、Ｓｉの体積変化効果は、上記の方法で製造されたケイ素／炭素複合材によって、限られた程度までしか抑制することができないため、限られた安定性やサイクル寿命しか得ることができない。充電および放電サイクルの間に、リチウムイオンがケイ素材料の構造体の中に埋め込まれる場合、構造的な破損および粉末化が起こりやすい。その結果、電池のサイクル能力が非常に不十分になる。
また、従来技術には、ケイ素／炭素活性層と、剛体の銅の集電層とによって形成された複合電極も開示されている。ケイ素などの、体積効果の大きいリチウム電池のカソード材料については、大きな体積変化が、充電および放電サイクルの間にケイ素／炭素活性層に発生することになるため、大きな機械的応力を、活性層の内部だけでなく、ケイ素／炭素活性層と剛体の銅の集電層との間でも発生させ、さらに、ケイ素材料の粉末化および剥離を引き起こし、材料の粒子間での電気接触、および、被覆層と銅の集電層との間での電気接触を破壊し、充放電容量を著しく低下させる。その結果、電池はすぐに使えなくなる。
したがって、上記の欠点を克服することができるリチウムイオン電池用のカソードが、充放電容量の著しい低下や、電池がすぐに使えなくなるといった問題を解決し、リチウム電池を、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、および純粋な電気自動車で広く利用することができるように、早期に必要とされている。
一態様によれば、本発明は、ケイ素、炭素、および炭素繊維箔の三元複合材からから成る、リチウムイオン電池用の電極を提供する。
一実施形態では、前記炭素は元素の炭素である。
別の実施形態では、炭素は、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質の熱処理によって形成される。
一実施形態では、電極におけるケイ素と炭素との重量比は、４．０〜０．１の範囲に、好ましくは２．３３〜０．５０の範囲にある。
別の実施形態では、電極におけるケイ素および炭素の全重量による含有量は、ケイ素／炭素／および炭素繊維箔の三元複合材の全重量に対して、２０％超である。
別の実施形態によれば、本発明は、以下のステップを含む、ケイ素／炭素／炭素繊維箔の複合電極を製造する方法をさらに提供する。
Ａ．ケイ素と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質とを、溶媒中で、スラリーを形成するために混合するステップ。
Ｂ．炭素繊維箔を、スラリー中に、スラリーが炭素繊維箔を被覆して内部に浸透するまで浸漬するステップ。
Ｃ．スラリーで被覆および浸透された炭素繊維箔を、不活性ガスの雰囲気中、または、還元ガスと混合された不活性ガスの雰囲気中において、低くとも４００℃で少なくとも２時間加熱するステップ。
Ａ．ケイ素と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質とを、溶媒中で、スラリーを形成するために混合するステップ。
Ｂ．炭素繊維箔を、スラリー中に、スラリーが炭素繊維箔を被覆して内部に浸透するまで浸漬するステップ。
Ｃ．スラリーで被覆および浸透された炭素繊維箔を、不活性ガスの雰囲気中、または、還元ガスと混合された不活性ガスの雰囲気中において、低くとも４００℃で少なくとも２時間加熱するステップ。
本発明の方法の実施形態では、ステップＡでの熱処理後に炭素を形成することができる有機物質は、熱処理後に炭素を形成できるという条件で、従来技術で知られているあらゆる有機物質のことを言う。有機物質は、アスファルト、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、および蔗糖から成るグループから選択される任意の材料であり得る。
本発明の方法の実施形態では、ステップＣで用いられる不活性ガスはアルゴン（Ａｒ）であり、還元ガスは水素（Ｈ２）である。好ましくは、アルゴンと水素との体積比は９０〜１００：１０〜０である。
本発明の方法のステップＣでは、不活性ガス雰囲気中、または、還元ガスと混合された不活性ガスの雰囲気中においての加熱する処理は、好ましくは、４００〜１０００℃の温度で少なくとも２時間実施される。
本発明は、以下の図面からより明らかとなるだろう。
第１の態様では、本発明は、ケイ素、炭素、および炭素繊維箔の三元複合材（以下、「三元複合材」と称される）から形成された、リチウムイオン電池用の新規の電極に関する。
本明細書では、用語「三元複合材」は、炭素繊維箔の気孔（空隙、空間）にケイ素および炭素を分配することで形成された三元複合材を言う。炭素繊維箔に分配された炭素は、任意の形態の元素の炭素、または、熱処理後に炭素を形成することができる、任意の有機化合物であってもよい。
本明細書では、用語「ケイ素」は、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質（アモルファス）シリコンなどの、元素のシリコンを言う。元素のシリコンの粒子がより小さくなると、性能はより高くなる。
本明細書では、用語「炭素」は、元素の炭素を言い、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質で形成されてもよい。熱処理後に炭素を形成することができる有機物質は、熱処理後に炭素を形成できるという条件で、従来技術で知られている任意の有機物質のことを言う。有機物質は、好ましくは、アスファルト、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、および蔗糖（ショ糖、スクロース）から成るグループから選択される任意の材料、より好ましくは、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）であり得る。
本発明による電極では、ケイ素と炭素との比率は、最終生成物の性能に応じて、当業者により決定することができる。例えば、ケイ素の含有量を、電極の電気容量を増やすために、増加してもよい。反対に、炭素の含有量を、電極の安定性を増加させるために、ならびに、サイクル寿命を延ばすために、増加してもよい。本発明による電極におけるケイ素と炭素との重量比は、好ましくは４．０〜０．１の範囲に、より好ましくは２．５〜０．２５の範囲に、最も好ましくは２．３３〜０．５０の範囲にある。構造的な破損および粉末化の起こる可能性は、ケイ素の含有量が多すぎる場合に高くなることがあり、電極の容量は、炭素の含有量が多すぎる場合に小さくなることがある。
本発明の電極では、ケイ素、炭素、および炭素繊維箔の三元複合材の全重量に対する、ケイ素および炭素の全重量による含有量は、電極に最終的に求められるものに応じて、当業者により決定することができる。例えば、電極の機械的安定性を考慮することが好ましい場合、ケイ素および炭素の重量による含有量は、減少されるべきである。反対に、電極の容量およびサイクル性能を考慮することが好ましい場合、ケイ素および炭素の重量による含有量は、適切に増加されてもよい。好ましくは、ケイ素および炭素の全重量による含有量は、ケイ素、炭素、および炭素繊維箔の三元複合材の全重量に対して、２０％超である。
本発明において、リチウムイオン電池用のケイ素／炭素／炭素繊維箔の複合電極の一部として使用される炭素繊維箔は、従来の銅箔と異なり、多孔質構造を備える、炭素繊維で編まれた層である。具体的には、本明細書では、用語「炭素繊維箔」は、炭素繊維が互いに交わって重なり合い、多孔質構造を形成する、気孔を備えた炭素繊維箔を言う。上記炭素繊維箔は、型式ＴＧＰ−Ｈ−０３０（東レ、日本）などの、様々な出発原料から、また様々なプロセスによって製造された、多くの種類の炭素繊維を含む。実施形態による炭素繊維箔の構造を示す図１ａおよび図１ｂを参照すると、図１ｂから、繊維同士の間に気孔があるのを見て取ることができる。炭素繊維箔は、比較的薄い。炭素繊維箔は、円形、正方形、または不規則な形状など、任意の形状であってもよく、必要に応じて決定することができる。
図１ｃを参照すると、本発明の実施形態による三元複合材の構造を示している。三元複合材では、ケイ素および炭素は、炭素繊維箔を被覆し、炭素繊維箔の気孔に浸透している。
別の態様によれば、本発明は、以下のステップを含む、ケイ素／炭素／炭素繊維箔の複合電極を製造する方法に関する。
Ａ．ケイ素と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質とを、溶媒中で、スラリーを形成するために混合するステップ。
Ｂ．炭素繊維箔を、上記スラリー中に、スラリーが炭素繊維箔を被覆して内部に浸透するまで浸漬するステップ。
Ｃ．スラリーで被覆および浸透された炭素繊維箔を、不活性ガスの雰囲気中、または、還元ガスと混合された不活性ガスの雰囲気中において、低くとも４００℃で少なくとも２時間加熱するステップ。
Ａ．ケイ素と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質とを、溶媒中で、スラリーを形成するために混合するステップ。
Ｂ．炭素繊維箔を、上記スラリー中に、スラリーが炭素繊維箔を被覆して内部に浸透するまで浸漬するステップ。
Ｃ．スラリーで被覆および浸透された炭素繊維箔を、不活性ガスの雰囲気中、または、還元ガスと混合された不活性ガスの雰囲気中において、低くとも４００℃で少なくとも２時間加熱するステップ。
上記の方法のステップＡでは、ケイ素の出発原料と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質とは、先ず、適切であれば撹拌して、溶媒中で混合されて、スラリーを形成する。本明細書では、出発原料である「熱処理後に炭素を形成することができる有機物質」は、熱処理後に炭素を形成できるという条件で、当技術分野で知られている任意の有機物質のことを言う。有機物質は、アスファルト、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、および蔗糖から成るグループから選択される任意の材料、より好ましくは、ポリ塩化ビニルであり得る。溶媒は、出発原料、つまり熱処理後に炭素を形成することができる有機物質またはケイ素と反応しないという条件で、任意適切な溶媒であればよい。好ましくは、溶媒は揮発性溶媒である。溶媒は、例えば、アセトン、シクロヘキサノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、水などであってもよく、最も好ましいのはＴＨＦである。
ステップＡでは、ケイ素の出発原料と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質との重量比は、所望の最終製品の電極に応じて、決定することができる。先ず、本発明の電極の炭素は、熱処理によって形成され、それにより、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質の炭化速度は、実験的に計算することができ、かつ、出発原料中の有機物質の重量は、所望の最終製品の電極中の炭素の重量から計算することができるようになっており、その結果、ケイ素の出発原料と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質との重量比を、所望の設計電極におけるケイ素と炭素との重量比によって決定することができる。例えば、ポリ塩化ビニルが有機物質として用いられる場合、発明者は、あるポリ塩化ビニルが、熱処理後に１７％の炭化速度であることを実験的に決定しており、それにより、出発原料におけるケイ素とポリ塩化ビニルとの重量比を、設計電極におけるケイ素と炭素との重量比によって決定することができるようになっている。
本発明によって製造された電極では、ケイ素と炭素との重量比は、４．０〜０．１の範囲に、好ましくは２．５〜０．２５の範囲に、より好ましくは２．３３〜０．５０の範囲にある。ケイ素の出発原料と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質との重量比は、したがって、選択することができる。例えば、有機物質がポリ塩化ビニルである場合、ケイ素の出発原料とポリ塩化ビニルとの重量比は、０．４０であってもよく、本明細書の電極におけるケイ素と炭素との重量比は、したがって、２．３３である。
ケイ素の出発原料と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質とが、溶媒中で混合された後、混合物は好ましくは、例えば、機械的撹拌手段または超音波撹拌手段によって撹拌され、混合物を均一に混合し、スラリーを形成する。撹拌時間は、厳密に制限されているわけではないが、好ましくは少なくとも２０分、より好ましくは、少なくとも３０分である。
ステップＢでは、炭素繊維箔は、スラリーが形成された後に、そのスラリーが炭素繊維箔を被覆して内部に浸透するように、スラリーに浸漬される。用いられる炭素繊維箔は、円形、正方形、または不規則な形態など、必要に応じて決定することができる任意の形態であってもよい。
ステップＣでは、炭素繊維箔は、スラリーで被覆および浸透されており、不活性ガス雰囲気中、または、還元ガスと混合された不活性ガスの雰囲気中において、少なくとも４００℃、好ましくは６００〜１０００℃、より好ましくは８００〜１０００℃の温度で、少なくとも２時間加熱され、それにより、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質は、完全に炭化され、かつ、ケイ素および炭素は、炭素繊維箔と完全に結合されるようになっている。
ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、または窒素、あるいはそれらの混合物、好ましくはアルゴン、窒素などの任意の不活性ガス雰囲気が、工程中に用いられてもよい。酸化を防止するために、好ましくは、不活性ガスは酸素を含んでおらず、最も好ましくは、高純度の不活性ガスが用いられる。溶媒中および不活性ガス中に存在する可能性のある酸素の影響を完全に排除するために、不活性ガスの混合ガス雰囲気および少量の還元ガスが用いられてもよく、還元ガスは好ましくはＨ２である。好ましくは、不活性ガスの混合ガス雰囲気および少量の還元ガスは、アルゴンおよび水素の混合ガスである。好ましくは、不活性ガスと還元ガスとの比率は、９０〜１００：１０〜０である。
ステップＣでの加熱時間は、厳密に制限されているわけではないが、典型的には２時間であり、望むように決定することができる。
ステップＣでは、スラリーで被覆および浸透された炭素繊維箔は、加熱される前に、選択的に乾燥されてもよい。上記乾燥工程は、室温以上で、好ましくは５０〜７０℃で実施することができる。乾燥時間は、溶媒が実質的に揮発されるという条件で、厳密に制限されることはなく、好ましくは、乾燥工程は少なくとも４時間実施される。
ケイ素／炭素／銅箔から形成された従来技術の電極と比較して、本発明の、ケイ素／炭素／炭素繊維箔の複合電極では、サイクル性能が大幅に改善される。本発明は、ケイ素炭素活性層と剛体の銅の集電層との間で機械的応力が発生するという問題に、根本的な解決策を提供し、電極のサイクル寿命を改善する。例えば、第２実施例（第４電極）に示すように、電極は、何百回ものリチウムの挿入／抽出サイクルを、高電流密度（０．５Ｃ）の下で実施することができる。さらに、たとえ９０サイクル実施されたとしても、容量の保存率は少なくとも８４．２％であり、具体的な容量は少なくとも９７７ｍＡｈ／ｇである。
以下の実施例は、本発明をさらに例示している。本明細書では、特に明記されていない場合、本発明で用いられるすべての比率および百分率は、重量に基づいている。
（実施例）
（実施例１）：本発明の方法により製造されたケイ素／炭素／炭素繊維箔の電極（第１電極）
（実施例１）：本発明の方法により製造されたケイ素／炭素／炭素繊維箔の電極（第１電極）
出発原料のケイ素（ケイ素粉末、５０ｎｍ、９９．５％、Ｎａｎｊｉｎｇ Ｅｍｐｅｒｏｒ Ｎａｎｏ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）と、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル、Ｍｗ＝約２３３，０００ｇ／ｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）（Ｓｉ／ＰＶＣの重量比は１：４）とがＴＨＦ中で混合され、超音波処理の下、３０分間撹拌され、スラリーが形成された。炭素繊維箔（Ｄ＝１２ｍｍの小円形、ＴＧＰ−Ｈ−０３０、厚さ＝１１０μｍ、東レ）がスラリー中に浸漬され、スラリーが炭素繊維箔を被覆して内部に浸透するまで、スラリーがさらに１分間超音波処理された。６０℃で５時間乾燥された後、被覆されて浸透された炭素繊維箔が、Ｈ２−Ａｒ雰囲気（５体積パーセントのＨ２、９５体積パーセントのＡｒ）の下、９００℃で２時間加熱され、ケイ素／炭素／炭素繊維箔の三元複合材から形成された、ケイ素／炭素／炭素繊維箔の複合電極（第１電極）が得られた。炭素繊維箔におけるケイ素／炭素の質量負荷は、重量で約２５％である。電極におけるケイ素と炭素との重量比は、ポリ塩化ビニルの炭化速度に基づいて、２．３３となるように計算される。
（比較例１）：従来技術の方法により製造されたケイ素／炭素／銅箔の電極（第３電極）
出発原料のケイ素（実施例１と同じもの）と、ＰＶＣ（実施例１と同じもの）（Ｓｉ／ＰＶＣの重量比は１：４）とがＴＨＦ中で混合され、超音波処理の下、３０分間撹拌され、予備スラリーが形成された。次に、得られた予備スラリーが、平坦ガラス面上に噴霧され、８０℃で乾燥され、得られた前駆体が、Ｈ２−Ａｒ雰囲気（５体積パーセントのＨ２、９５体積パーセントのＡｒ）の下、９００℃で２時間加熱された。得られた物質は、さらなる使用のための活性物質と命名された。スラリーは、８０重量パーセントの活性物質、１０重量パーセントのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）結合剤（Ａｌｄｒｉｃｈ）、および、導電剤として１０重量パーセントのカーボンブラック（Ｓｕｐｅｒ Ｐ、４０ｎｍ、Ｔｉｍｃａｌ）を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）の溶液中で用いることで調製された。スラリーが銅箔に被覆されて、均質層が得られた。被覆の後、均質層が、８０℃で１０分間乾燥され、ＮＭＰの溶媒が除去された。
そして、直径１２ｍｍの円形品の電極が、乾燥された層から、第３電極として切り出された。その電極が、さらに、１００℃で６時間乾燥された。銅箔におけるケイ素／炭素の質量負荷は、重量で約２０％である。電極におけるケイ素と炭素との重量比は、ポリ塩化ビニルの炭化速度に基づいて、２．３３となるように計算される。
（比較例２）：従来技術の方法により製造されたケイ素／炭素／炭素繊維箔の電極（第２電極）
炭素繊維箔（直径が１２ｍｍの小円形）が、比較例１で調製されたスラリー中に浸漬され、スラリーが炭素繊維箔を被覆して内部に浸透するまで、スラリーが１分間超音波処理された。炭素繊維箔が、さらに、１００℃で６時間乾燥され、第２電極が形成された。炭素繊維箔におけるケイ素／炭素の質量負荷は、約６０重量パーセントである。電極におけるケイ素と炭素との重量比は、ポリ塩化ビニルの炭化速度に基づいて、２．３３となるように計算される。
（実施例２，実施例３）：本発明の方法により製造されたケイ素／炭素／炭素繊維箔の電極（第４電極および第５電極）
（実施例２，実施例３）：本発明の方法により製造されたケイ素／炭素／炭素繊維箔の電極（第４電極および第５電極）
第４電極および第５電極は、ケイ素と炭素との重量比が、第４電極では１．１７、第５電極では０．５０であったことと、第４電極および第５電極の炭素繊維箔におけるケイ素／炭素の質量負荷が約２５重量パーセントであったこととを除いて、実施例１と同様の方法によって製造された。第１電極、第４電極、および第５電極の電気化学的性能を、図３に示した。
ＣＲ２０１６のコイン型電池は、アルゴンで満たされたブローブボックス（ＭＢ−１０ ｃｏｍｐａｃｔ、ＭＢＲＡＵＮ）内において、第１電極、第２電極、第３電極、第４電極、および第５電極をそれぞれ作用電極とし、金属リチウムを対電極とし、ＥＣ：ＤＭＣ（エチレンカーボネート（ＥＣ）：炭酸ジメチル（ＤＭＣ）が１：１の体積比）で１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６を電解液とし、ならびに、ＥＴ２０−２６（Ｅｎｔｅｋ）を隔離体として、組み立てられた。
電気化学的試験の例
充電と放電との試験は、ＬＡＮＤ電池試験システム（Ｗｕｈａｎ Ｋｉｎｇｎｕｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈｉｎａ）において、２５℃で０．５ｍＡ／ｍｇの電流密度で行われた。カットオフ電圧は、放電（Ｌｉ挿入）については金属リチウムに対して０．０１Ｖ、充電（Ｌｉ抽出）については金属リチウムに対して１．２Ｖとされた。
第１電極、第２電極、および第３電極の電気化学的性能が、図２に示されている。図２は、作用電極としての第１電極、第２電極、および第３電極のセルのそれぞれのサイクル数および容量を示す。
図２に示すように、同じ製造条件の下では、比較例１において従来技術によって製造されたケイ素／炭素／銅箔の電極（第３電極）と比較すると、比較例２において銅箔の代わりに炭素繊維箔を用いて製造されたケイ素／炭素／炭素繊維箔の電極（第２電極）では、容量がより大きく、サイクル寿命がより長い。さらに、実施例１において本発明の方法によって製造されたケイ素／炭素／炭素繊維箔の複合電極は、容量が最も大きく、サイクル寿命が最も長くなっている。
第１電極、第４電極、および第５電極の電気化学的性能が、図３に示されている。図３は、作用電極としての第１電極、第４電極、および第５電極のセルのそれぞれのサイクル数および容量を示す。
図３に示すように、本発明の電極では、ケイ素／炭素の比率が、電極の性能に大きな影響を与える。電極においてケイ素の含有量がより多くなると、電極の容量はより大きくなり、サイクル寿命はより短くなり、ケイ素の含有量がより少なくなると、電極の容量はより小さくなり、サイクル寿命はより長くなる。
上記の例は、本発明を例示するように働くにすぎず、本発明の範囲をいかなる方法も限定しない。むしろ、当業者なら、前述の記載を読めば、本発明の趣旨から逸脱することなく、任意の実施形態および変更をなすことができることを理解されたい。
Claims (11)
- ケイ素、炭素、および炭素繊維箔の三元複合材から形成された、リチウムイオン電池用の電極。
- 前記炭素は元素の炭素である、請求項１に記載の電極。
- 前記炭素は、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質の熱処理によって形成される、請求項１に記載の電極。
- 前記ケイ素と前記炭素との重量比が４．０〜０．１の範囲にある、請求項２または３に記載の電極。
- 前記ケイ素と前記炭素との重量比が２．３３〜０．５０の範囲にある、請求項４に記載の電極。
- ケイ素および炭素の全重量による含有量が、ケイ素、炭素、および炭素繊維箔の前記三元複合材の全重量に対して、２０％超である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極。
- リチウムイオン電池用の、ケイ素／炭素／炭素繊維箔の複合電極を製造する方法であって、
Ａ．ケイ素と、熱処理後に炭素を形成することができる有機物質とを、溶媒中で、スラリーを形成するために混合するステップと、
Ｂ．前記炭素繊維箔を、前記スラリー中に、前記スラリーが前記炭素繊維箔を被覆して内部に浸透するまで浸漬するステップと、
Ｃ．前記スラリーで被覆および浸透された前記炭素繊維箔を、不活性ガスの雰囲気中、または、還元ガスと混合された不活性ガスの雰囲気中において、低くとも４００℃で少なくとも２時間加熱するステップと
を含む方法。 - 熱処理後に炭素を形成することができる前記有機物質は、アスファルト、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、および蔗糖から選択される、請求項７記載の方法。
- 前記不活性ガスはアルゴンであり、前記還元ガスは水素である、請求項７記載の方法。
- アルゴンと水素との比率が９０〜１００：１０〜０である、請求項９記載の方法。
- ステップＣにおいて、不活性ガス雰囲気中、または、還元ガスと混合された不活性ガスの雰囲気中においての前記加熱することが、４００〜１０００℃の温度で少なくとも２時間実施される、請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法。
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