JP4368193B2 - リチウム前駆体電池及びリチウム二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
このような方法として、蒸着法、スパッタリング法が例示できる。
圧延銅箔(厚み18μm)に電解処理で銅粒子を付着させ、算術平均粗さRaを0.1以上とし、負極集電体41を作製した。これを図3に示す電子ビーム蒸着装置の供給ローラからメインローラ周囲を通過し、巻取りローラに巻き取られるように配置した。
また、電子ビーム蒸着源1の坩堝にリチウム、電子ビーム蒸着源2の坩堝にコバルト、電子ビーム蒸着源3の坩堝にシリコンを入れておいた。
続いて、シリコンの電子ビーム蒸着源の坩堝に照射する電子ビーム電流を調整してシリコン最表層52を形成した。
この後、各電子ビーム蒸着源の坩堝に照射する電子ビーム電流を調整して坩堝内の材料の蒸発速度を変化させることで、堆積する薄膜の組成、厚みを調整して、最表層(活物質層)を形成した。
なお、電子ビーム蒸着で薄膜を形成すると、集電体が加熱されて変形する、強度が低下するなどの問題があるため、メインローラ中に水を循環させることで集電体を冷却している。ただし、冷却方法はこれに限定されない。
蒸着法では電子ビームを当てて材料を蒸発させ、基板に堆積させるのに対し、スパッタ法は、高周波や電流を印加し、Arプラズマを当てて材料を飛散させることで基板に堆積させる。
コバルト酸リチウム90質量部と、人造黒鉛からなる導電剤5質量部と、ポリテトラフルオロエチレンからなる結着剤5質量部と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを混合し、活物質スラリーとした。
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比3:7となるように混合した混合溶媒に、電解質塩としてLiPF6を1M(モル/リットル)となるよう溶解し、電解液を作製した。
正負極をオレフィン系樹脂からなる微多孔膜(厚み:0.025mm)からなるセパレータを間にし、かつ各極板の幅方向の中心線を一致させて重ね合わせて、電極体を作製した。
下記表1に示すように、リチウムを含む層の厚み、活物質層(最表層)の厚み、活物質層に含まれる他の元素の条件を変化させたこと以外は、上記実施の形態と同様にして電池を作製した。
なお、実施例4には、最表層のシリコン層に30質量%のコバルトが添加されている。
また、Li−Si層層のLi比率は、全てケイ素100原子に対しリチウム20原子である。
充電条件:定電流 13mA、終止電圧4.2V、25℃
放電条件:定電流 13mA、終止電圧2.75V、25℃
サイクル特性(サイクル容量維持率)(%):(100サイクル目放電容量/最大放電容量)×100
尚、上記実施例ではラミネート外装体を使用したが、円筒形、コイン状、角形等種々の形状にすることができることは当然のことである。また、本発明は正極と負極とを交互に積層した電池や、正負極とセパレータとを巻回してなる電池にも適用できる。
41 負極集電体
42 負極活物質層
43 正極集電体
44 正極活物質層
45 セパレータ
46 非水電解質
47 負極タブ
48 正極タブ
51 Si−Li層
52 活物質層(最表層)
53 リチウム−ケイ素柱状構造
Claims (13)
- 正極と、ケイ素を主成分とする非晶質又は微結晶質薄膜層からなる負極と、非水電解質と、を備えたリチウム前駆体電池において、
前記負極は、リチウムを含まない最表層と、
負極集電体と前記最表層との間に介在するリチウムを含む層と、
を備えることを特徴とするリチウム前駆体電池。 - 請求項1に記載のリチウム前駆体電池において、
前記リチウムを含む層が負極集電体上に直接形成されている、
ことを特徴とするリチウム前駆体電池。 - 請求項1または2に記載のリチウム前駆体電池において、
前記リチウムを含む層に含まれるリチウム量がケイ素原子の量を100としたとき、1以上50以下である、
ことを特徴とするリチウム前駆体電池。 - 請求項1、2または3に記載のリチウム前駆体電池において、
前記負極集電体表面の算術平均粗さRaが0.1μm以上である、
ことを特徴とするリチウム前駆体電池。 - 請求項1、2、3または4に記載のリチウム前駆体電池において、
前記リチウムを含む層の層厚が0.5μm以上である、
ことを特徴とするリチウム前駆体電池。 - 請求項1、2、3、4または5に記載のリチウム前駆体電池において、
前記最表層の層厚が0.5μm以上である、
ことを特徴とするリチウム前駆体電池。 - 請求項1、2、3、4、5または6に記載のリチウム前駆体電池において、
前記負極は、ケイ素、リチウム以外の異種元素を含む、
ことを特徴とするリチウム前駆体電池。 - ケイ素を主成分とする非晶質又は微結晶質薄膜層を、負極集電体上に堆積させる負極作製工程を備えるリチウム二次電池の製造方法において、
前記負極作製工程が、リチウムを含む層を作製する第一ステップと、
前記第一ステップの後、リチウムを含まない最表層を作製する第二ステップと、
を備えることを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。 - 請求項8に記載のリチウム二次電池の製造方法において、
前記第一ステップが、負極集電体上に直接ケイ素を含む層を作製するステップである、
ことを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。 - 請求項8または9に記載のリチウム二次電池の製造方法において、
前記第二ステップが、前記第一ステップの直後に行われる、
ことを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。 - 請求項8、9または10に記載のリチウム二次電池の製造方法において、
前記負極集電体表面の算術平均粗さRaが0.1μm以上である、
ことを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。 - 請求項8、9、10または11に記載のリチウム二次電池の製造方法において、
前記負極を作製する工程が、真空中に原料を供給して堆積させる方法により行われる、
ことを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。 - 請求項12に記載のリチウム二次電池の製造方法において、
前記真空中に原料を供給して堆積させる方法が、蒸着法またはスパッタリング法である、
ことを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。
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