JP5223393B2

JP5223393B2 - リチウム二次電池用電極及びそれを用いたリチウム二次電池

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Publication number: JP5223393B2
Application number: JP2008066482A
Authority: JP
Inventors: 秀之中野; 亨志賀
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Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: JP2009224145A

Description

本発明は、リチウム二次電池用電極及びそれを用いたリチウム二次電池に関する。なお、本明細書において、リチウム二次電池とは、金属リチウム二次電池やリチウムイオン二次電池を含む用語とする。

従来より、炭素質物質を負極活物質とする負極と、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）を正極活物質とする正極と、正負極間でリチウムイオンを移動させるための非水電解液とを備えたリチウムイオン二次電池が知られている。こうしたリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度や作動電圧が高く、自己放電が小さいという優れた利点を有している。

一方、炭素質物質よりも理論容量が１桁高い負極活物質として、シリコンが知られている。シリコンは、理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇであるものの、充放電過程での体積膨張率が非常に大きいため、比較的短いサイクル数で急激に容量が低下してしまう。すなわち、シリコンを負極活物質として用いた場合、リチウムイオンが最大量吸蔵された状態では、その負極活物質はＬｉ_4.4Ｓｉで表される。ここで、ＳｉからＬｉ_4.4Ｓｉに変化したときの体積変化率は４．１倍である。このように、活物質の体積変化が大きいと、活物質粒子の割れ、活物質と集電体との接触不良等が生じるため、充放電サイクル寿命が短くなるという問題が生じる。また、同じ原因により、不可逆容量が著しく大きくなり、電池容量の低減を招く。こうしたことから、シリコンを改良する試みがいくつか報告されている。

例えば、特許文献１には、微細なシリコン相とシリコン酸化物と炭素質物質の３相を含む複合体の表面が炭素被覆されている負極活物質が開示されている。また、特許文献２には、金属酸化物を有するコーティング層によりコーティングされたシリコンコアを有する負極活物質が開示されている。この金属酸化物としては、酸化チタン、酸化ジルコニウム又はそれらの組み合わせが例示されている。更に、特許文献３には、酸化数０のシリコンと、酸化数＋４のシリコン原子を有するシリコン化合物と、酸化数が０より大きく＋４より小さいシリコン原子を有するシリコン低級酸化物とを含む負極活物質が開示されている。これらの特許文献は、いずれも、充放電時にシリコンの体積の膨張・収縮を抑制するためにシリコン酸化物などの酸化物を混合した電極を提案しており、サイクル特性を向上させることに成功している。
特開２００６−９２９６９特開２００６−１９０６４２特開２００５−１８３２６４

しかしながら、シリコン本来の理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇであるにも関わらず、上述した各特許文献により得られた電極の容量は、理論容量よりはるかに少ない１０００ｍＡｈ／ｇ以下である。このように電極の容量を低く抑制すれば、シリコンの体積変化も抑制され、サイクル特性が改善されることは容易に想像できるが、電極の容量を高く維持したままサイクル特性が改善されることが望ましい。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、充放電を繰り返し行ってもシリコンの理論容量に近い充放電容量を安定して取り出すことのできるリチウム二次電池用電極を提供することを主目的とする。

上述した目的を解決するために、本発明者は、白金板上にカチオン性ポリマー、負に帯電した酸化チタンナノシート、正に帯電したシリコンナノシートをこの順に積層して電極を作製し、この電極とリチウム金属箔からなる対極とを非水系電解液中に対向させて配置した評価セルを用いてその電極を評価したところ、シリコンの理論容量に近い充放電容量を繰り返し安定して取り出すことができることを確認するに至り、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のリチウム二次電池用電極は、基板上に正に帯電したシリコンナノシートと負に帯電したポリアニオンシートとを積層した構造を有するものである。

リチウム二次電池に用いられている従来の炭素質物質の理論容量は３００〜４００ｍＡｈ／ｇの範囲であるが、本発明のリチウム二次電池用電極を用いると、それよりも１桁高いシリコンの理論容量に近い容量を高い電流密度で充放電を繰り返し行っても安定して取り出すことができる。こうした効果が得られる理由は定かではないが、以下のように推察される。すなわち、本発明のリチウム二次電池用電極は、ナノサイズの厚みを有するシリコンナノシートを活物質としているため、従来の炭素質物質にみられるインターカレーションが起こらず、シリコンナノシート表面への吸着・脱着が起きていると考えられる。このため、体積変化がほとんど起こらず、シリコンの理論容量と同程度の容量を、高い電流密度で繰り返し安定して取り出すことができると推察される。また、仮にリチウムイオンがシリコンナノシートの内部へ挿入したとしても、シリコンナノシートの厚みがナノサイズのため体積変化はほとんど起こらず、また、内部での拡散速度も極めて速いと容易に想像できることから、シリコンの理論容量と同程度の容量を、高い電流密度で繰り返し安定して取り出すことができると推察される。

本発明のリチウム二次電池用電極は、基板上に正に帯電したシリコンナノシートと負に帯電した金属酸化物シートとを積層した構造を有するものであるか、又は、基板上に正に帯電したシリコンナノシートとポリアニオンシートとを積層した構造を有するものである。積層順序は、シリコンナノシートが最表層となるようにしてもよいし、金属酸化物シート又はポリアニオンシートが最表層となるようにしてもよい。

本発明のリチウム二次電池用電極において、基板は、一般的に電極の基板として用いられるものであれば特に限定されないが、例えば、銅、銀、白金、金、ニッケル、ステンレス鋼、アルミニウムなどの金属板としてもよい。あるいは、ＩｎＳｎＯ₂やＳｎＯ₂，ＺｎＯ，Ｉｎ₂Ｏ₂などの透明導電材を用いてもよい。

本発明のリチウム二次電池用電極において、正に帯電したシリコンナノシートは、層状ポリシラン（（Ｓｉ₆Ｈ₆）_n）の水素のいくつかを水酸基で置換した構造を持ち、ζ電位が正の値となるものである。また、シリコンナノシートに含まれるＳｉは、隣接するＳｉとｓｐ３結合を形成する４配位の原子であり、Ｓｉの結合手のうち３本がＳｉと結合し１本が水素又は水酸基と結合している。また、バルクの内部という概念がなく、すべてが表面であると考えられる。なお、層状ポリシランは、便宜上、Ｓｉ₆Ｈ₆やＳｉＨと表記することもある。

こうしたシリコンナノシートは、例えば、層状ポリシランを無水のジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）へ分散した分散液をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の容器へ封入して加熱処理を施すことにより得ることができる。こうして得られるシリコンナノシートは、厚さが０．３〜５ｎｍ、面内長さが０．１〜２μｍ程度、形状が不定形のシート状物質であり、組成式ＳｉＨ_1-x（ＯＨ）_x（０＜ｘ≦０．５）で表される。また、層状ポリシランは、例えば、ケイ化カルシウムを−３０℃以下に冷却した濃塩酸と反応させることにより得ることができる。このとき、濃塩酸とケイ化カルシウムとのモル比（ＨＣｌ／ＣａＳｉ₂）は１〜１０００が好ましく、１０〜１００がより好ましい。また、反応時間は１日〜１０日が好ましく、３日〜７日がより好ましい。また、この反応は、Ｓｉ−Ｓｉ結合が光で酸化されてＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変化するため、暗室で行うことが好ましい。反応終了後に塩化カルシウムを濃塩酸水溶液により除去したあとアセトン洗浄することにより層状ポリシランを得ることができる。

本発明のリチウム二次電池用電極において、負に帯電した金属酸化物シートとしては、例えば、酸化チタンナノシートや酸化マンガンナノシート、酸化ペロブスカイトナノシートなどが挙げられ、このうち酸化チタンナノシートや酸化マンガンナノシートが好ましい。こうした金属酸化物ナノシートは通常負に帯電している。また、ポリアニリンシートとしては、例えば、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリチオフェン−３−酢酸、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）及びポリアミド酸からなる群より選ばれた１種又は２種以上が挙げられる。

本発明のリチウム二次電池用電極は、基板上に正に帯電したシリコンナノシートと負に帯電した金属酸化物シートとを積層した構造を有するものであるか、基板上に正に帯電したシリコンナノシートとポリアニオンシートとを積層した構造を有するものであるが、このように積層した構造を１段だけ有していてもよいし、多段に有していてもよい。また、このように積層した構造を構築する方法としては、例えば、反対電荷を有する２種類の物質間の静電的相互作用を利用して薄膜を積層するレイヤー・バイ・レイヤー法（ＬＢＬ法、交互吸着法ともいう）を採用してもよい。

本発明のリチウム二次電池は、正負極の一方に上述したリチウム二次電池用電極を有するものである。例えば、本発明のリチウム二次電池用電極をリチウム二次電池の負極に用いる場合、正極に用いる正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＦｅＯ₂及びＬｉＦｅＰＯ₄等のリチウム含有複合酸化物、Ｖ₂Ｏ₅、Ｖ₆Ｏ₁₃、ＭｎＯ₂、ＭｎＯ₃等の金属酸化物、ＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂等の金属硫化物等が好適に挙げられる。正極には、導電材が含まれていてもよい。導電材としては、導電性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、ケッチェンブラックやアセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類でもよいし、鱗片状黒鉛のような天然黒鉛や人造黒鉛、膨張黒鉛などのグラファイト類でもよいし、炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維類でもよい。正極には、バインダが含まれていてもよい。バインダとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが挙げられる。また、リチウム二次電池は、正負極の間に非水系のイオン伝導体が介在するが、こうしたイオン伝導体としては、有機溶媒に支持塩を溶解させた非水系電解液のほか、非水系ゲル電解質、固体電解質などが挙げられる。ここで、非水系電解液を例に挙げると、支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ₆，ＬｉＣｌＯ₄，ＬｉＢＦ₄，Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎなどの公知の支持塩を用いることができ、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）など従来の二次電池やキャパシタに使われる有機溶媒を用いることができる。こうしたリチウム二次電池は、負極と正極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、非水系蓄電デバイスの使用範囲に耐えうる組成で絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムが挙げられる。こうしたリチウム二次電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。

［実施例１］
（１）シリコンナノシートの合成
まず、層状ポリシラン（Ｓｉ₆Ｈ₆）の合成を行った。この合成は、−３０℃に冷却した濃塩酸１００ｍｌ中へケイ化カルシウム（ＣａＳｉ₂）３ｇを添加し、１週間、−３０℃の暗室で静置した。この処理で、黒色のケイ化カルシウムは黄色へ変化した。この黄色固体をＡｒ雰囲気下で加圧ろ過し、脱気塩酸（−３０℃）で洗浄し、脱気ＨＦ（フッ化水素）水溶液（−３０℃）で洗浄し、さらに脱気アセトン（−３０℃）で洗浄し、１１０℃で一晩減圧乾燥して層状ポリシランを合成した。なお、層状ポリシランの合成の確認は、ＩＲで行った。そのＩＲスペクトルを図１に示す。ＩＲスペクトルでは、２１００ｃｍ^-1にＳｉ−Ｈに帰属されるピークが観察された。このようにして得られた層状ポリシラン０．５ｇを無水ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）５０ｍｌへ分散し、この分散液をＰＴＦＥ製の容器へ封入して８０℃で５日処理することにより、層状ポリシランが膨潤して多数に分離し、シリコンナノシートが得られた。

得られたシリコンナノシートのζ電位をマイクロテックニチオン社製のＺＣ−２０００を用いて測定したところ＋３０ｍＶであったことから、正に帯電していることを確認した。また、このシリコンナノシートについて、Ｓｉ−Ｋ吸収端のＸ線吸収端近傍構造（x-ray absorption near edge structure, XANES）の分析を行った。その結果を図２に示す。また、シリコンの２ｐの結合エネルギをＸ線光電子分光（x-ray photoelectron spectroscopy, XPS）で分析した。その結果を図３に示す。図２及び図３には、Ｓｉ（酸化数０価）とＳｉＯ₂（酸化数４価）の結果も併せて示す。これらの図から明らかなように、今回得られたシリコンナノシートは、ピーク位置がＳｉとＳｉＯ₂の中間にあるので酸化数は２価と見積もることができる。したがって、シリコンナノシートの組成式はＳｉＨ_1-x（ＯＨ）_x（ｘ＝０．５）と考えられる。なお、ＸＰＳデータは、シリコンの酸化数が０価では９９ｅＶ，１価では１００ｅＶ，２価では１０１ｅＶ，３価では１０２ｅＶ，４価では１０３ｅＶだと経験的に言われている。

（２）金属酸化物ナノシートの合成
金属酸化物ナノシートとして、酸化チタンナノシートを合成した。具体的には、レピドクロサイト型層状チタン酸化合物（Ｃｓ_0.7Ｔｉ_1.825□_0.175Ｏ₄，□：空孔）を出発原料として、酸化チタンナノシートを合成した。この合成は、J. Am. Chem. Soc., 1996, vol.118, p8329-8335に記載された手順に準じて行った。すなわち、まず、Ｃｓ_0.7Ｔｉ_1.825□_0.175Ｏ₄は、Ｃｓ₂ＣＯ₃とアナターゼ型ＴｉＯ₂をモル比で１：５．２の割合に混合し、７００℃の大気中で１０時間焼成後、室温に急冷して合成した。合成した粉末試料を１Ｎの塩酸水溶液中で１日攪拌し、洗浄後、再び１Ｎの塩酸で処理を行う操作を３回繰り返すことで、Ｈ_0.7Ｔｉ_1.825□_0.175Ｏ₄・Ｈ₂Ｏを誘導した。このようにして得られたＨ_0.7Ｔｉ_1.825□_0.175Ｏ₄・Ｈ₂Ｏにテトラブチルアンモニウムイオン（（Ｃ₄Ｈ₉）₄ＮＯＨ，以下ＴＢＡＯＨ）をプロトンと等モル量作用させて、激しく７日間、室温で攪拌することで酸化チタンナノシートを得た。得られた酸化チタンナノシートのζ電位を測定したところ、−４０ｍＶであったことから、負に帯電していることを確認した。なお、酸化チタンは、バルクとして、１．５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ）付近に１５０ｍＡｈ／ｇの蓄電容量を保持している。

（３）電極の作製方法
正に帯電したシリコンナノシートと負に帯電した酸化チタンナノシートとを白金基板上にレイヤー・バイ・レイヤー（ＬＢＬ）法で積層することにより、実施例１の超薄膜電極を作製した。具体的には、まず、カチオン性ポリマー（ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＰＤＤＡ））を対イオンとして選択した。また、自己組織化モノレイヤー吸着が起こるように、ＰＤＤＡは濃度１ｍｇ／ｍＬになるように０．５ＮＮａＣｌ水溶液に溶かした。一方、酸化チタンナノシートは、濃度０．０１ｗｔ％、ｐＨ９になるように塩酸水溶液で調製した。シリコンナノシートは、濃度０．０２ｗｔ％になるように水で調製した（ｐＨ調整は行わなかった）。そして、図４に示す手順にしたがって超薄膜電極を作製した。具体的には、まず、白金基板をＰＤＤＡ溶液に２０分浸漬した後、３回水洗（超純水を使用、以下同じ）してＰＤＤＡを白金表面へ吸着させ、表面を正に帯電させた。次いで、負に帯電した酸化チタンナノシートの溶液へ２０分浸漬した後、３回水洗して酸化チタンナノシートを１層成膜した。更に、正に帯電したシリコンナノシートの溶液へ２０分浸漬した後、３回水洗してシリコンナノシートを１層成膜した。このようにして、白金基板上に酸化チタンナノシートとシリコンナノシートとを積層した構造を有する超薄膜電極を得た。

実施例１の超薄膜電極の原子間力顕微鏡（atomic force microscope）による画像を図５に示す。また、図５における白色線分の高さのプロファイルを図６に示す。図５から、シリコンナノシートが断片状に積層されていることが認められる。なお、図５では、ＰＤＤＡシートと酸化チタンナノシートは視認できない。また、図６から、シリコンナノシート１層分の厚さは１〜２ｎｍであり、面内長さは１μｍ程度であり、形状は不定形であることが認められる。また、実施例１の超薄膜電極のＸ線回折（x-ray diffraction, XRD）のパターンを図７に示す。

（４）電気化学測定法
電解液として、ＥＣとＤＥＣとを体積比で３：７の割合で混合した溶液へＬｉＰＦ₆を１Ｍとなるように溶かしたものを準備した。グローブボックス内でこの電解液０．１ｍＬをセパレータ（東燃化学製の微多孔ポリエチレンフィルム）に含浸させ、上記（３）で作製した電極をφ１７ｍｍに切り出して試験電極とし、この試験電極と対極としてのリチウム金属箔（φ１６ｍｍ，厚さ１ｍｍ）とを、セパレータを介して対向させて配置し、アルゴン雰囲気となるようにキャップを締めることにより、加圧セルを作製した。この加圧セルを用いて試験電極の評価を行った。評価は、電位窓０．０２−２．８Ｖとし、電流密度１００Ａ／ｇ（Ｓｉ重量当り）の定電流で充放電を行った。ここで特筆すべきことは、この電流密度は通常のリチウムイオン電池を約１００Ｃで評価するのと同等の値である点である。

実施例１の超薄膜電極の評価結果を図８及び表１に示す。図８から明らかなように、初回の放電容量は１３０００ｍＡｈ／ｇとなった。これは、酸化チタンナノシートを吸着させるために用いたＰＤＤＡの還元分解による容量であると推測される。２サイクル〜１０サイクルは充電・放電共に７０００ｍＡｈ／ｇで安定した容量が得られた。この容量は、シリコンの理論容量の１．６倍の大容量である。このような大容量が得られた理由は定かではないが、シートの両面にリチウムイオンが吸着したためではないかと推測される。また、充放電曲線につき容量に対して電位がほぼ直線的に変化していることから、反応機構はキャパシタ的であると推測される。

［実施例２］
実施例１の（３）電極の作製方法において、酸化チタンナノシートとシリコンナノシートとの積層を合計５回繰り返した以外は、実施例１と同様にして超薄膜電極を作製した。実施例２の超薄膜電極のＸ線回折のパターンを図９に示す。図９から明らかなように、実施例２の超薄膜電極では２θ＝８°付近に回折パターンが現れている。これは、酸化チタンナノシートとシリコンナノシートとの周期性を表しており、実施例２の超薄膜電極で設計通りに両ナノシートが交互に積層していることを示している。

こうして得られた実施例２の超薄膜電極の評価を、実施例１の（４）電気化学測定法と同様にして行った。その結果を図１０及び表１に示す。図１０から明らかなように、初回の放電容量は９５００ｍＡｈ／ｇとなった。これは、実施例１と同様、酸化チタンナノシートを吸着させるために用いたＰＤＤＡの還元分解による容量であると推測される。２サイクル〜１０サイクルは充電・放電共に３０００ｍＡｈ／ｇで安定した容量が得られた。この容量は、シリコンの理論容量の約０．７倍である。この場合のリチウムイオンの反応場は、シリコンナノシートの両面への吸着よりも内部への吸蔵と考えるのが妥当である。また、充放電曲線につき容量に対して電位がほぼ直線的に変化していることから、反応機構はキャパシタ的であると推測される。

［実施例３］
実施例１の（２）金属酸化物ナノシートの合成において、酸化チタンナノシートの代わりに酸化マンガンナノシートを合成した。具体的には、バーネサイト型層状マンガン酸化合物（Ｋ_0.45ＭｎＯ₂）を出発原料として、酸化マンガンナノシートを合成した。この合成は、J. Am. Chem. Soc., 2003, vol.125, p3568-3575に記載された手順に準じて行った。すなわち、まず、Ｋ_0.45ＭｎＯ₂は、ＫＯＨとＭｎ₂Ｏ₃をモル比で１：１の割合に混合し、８００℃の酸素気流中で６０時間焼成後、室温に急冷して合成した。合成した粉末試料を１Ｎの塩酸水溶液中で１日攪拌し、洗浄後、再び１Ｎの塩酸で処理を行う操作を３回繰り返すことで、Ｈ_0.13ＭｎＯ₂・０．７Ｈ₂Ｏを誘導した。このようにして得られたＨ_0.13ＭｎＯ₂・０．７Ｈ₂ＯにＴＢＡＯＨをプロトンと等モル量作用させて、激しく７日間、室温で攪拌することで酸化マンガンナノシートを得た。得られた酸化マンガンナノシートのζ電位を測定したところ、−３５ｍＶであったことから、負に帯電していることを確認した。なお、酸化マンガンは、バルクとして、２Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ）付近に約２００ｍＡｈ／ｇの蓄電容量を保持している。

そして、実施例１の（３）電極の作製方法において、酸化チタンナノシートの代わりに酸化マンガンナノシートを用いた以外は、実施例１と同様にして超薄膜電極を作製し、その超薄膜電極の評価を、実施例１の（４）電気化学測定法と同様にして行った。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、実施例３の超薄膜電極によれば、実施例１と比べて１０サイクル後の放電容量が約１０％低下したものの、従来に比べると良好な充放電特性が得られることがわかった。

［実施例４］
実施例３の（３）電極の作製方法において、酸化マンガンナノシートとシリコンナノシートとの積層を合計５回繰り返した以外は、実施例３と同様にして超薄膜電極を作製した。そして、その超薄膜電極の評価を実施例１の（４）電気化学測定法と同様にして行った。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、実施例４の超薄膜電極によれば、実施例２と比べて１０サイクル後の放電容量が約１０％低下したものの、従来に比べると良好な充放電特性が得られることがわかった。

［実施例５］
実施例１の（３）電極の作製方法において、酸化チタンナノシートの代わりに高分子電解質であるポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ、アルドリッチ製）を用いた以外は、実施例１と同様にして超薄膜電極を作製した。そして、その超薄膜電極の評価を実施例１の（４）電気化学測定法と同様にして行った。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、実施例５の超薄膜電極によれば、実施例１と比べて１０サイクル後の放電容量が約２０％低下したものの、従来に比べると良好な充放電特性が得られることがわかった。

［実施例６］
実施例５の（３）電極の作製方法において、ＰＳＳとシリコンナノシートとの積層を合計５回繰り返した以外は、実施例５と同様にして超薄膜電極を作製した。そして、その超薄膜電極の評価を実施例１の（４）電気化学測定法と同様にして行った。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、実施例６の超薄膜電極によれば、実施例２と比べて１０サイクル後の放電容量が約２０％低下したが、従来に比べると良好な充放電特性が得られることがわかった。

［比較例１］
実施例１の（１）シリコンナノシートの合成においてシリコンナノシートの原料として用いた層状ポリシランを活物質として電極を作製した。具体的には、層状ポリシラン：ケッチェンブラック：ＰＴＦＥ＝７０：２５：５（ｗｔ％）で混合したものをＳＵＳメッシュへ圧着して作製した。この電極を８０℃で１０時間減圧乾燥したあと、実施例１の（４）電気化学測定法と同様にして評価した。その結果を図１１及び表１に示す。図１１から明らかなように、初回の放電時のみ１３００ｍＡｈ／ｇの容量が得られたが、それ以降は３００ｍＡｈ／ｇとなった。各実施例の電極と異なりナノシート化されていないため、リチウムイオンの吸蔵が層状ポリシランのバルクの内部で起きていると推測される。

なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

層状ポリシランのＩＲスペクトルである。Ｘ線吸収分光のスペクトルである。Ｘ線光電子分光のスペクトルである。実施例１の超薄膜電極の作製手順を表す説明図である。実施例１の超薄膜電極のＡＦＭ像である。図５における白色線分の高さのプロファイルを表すグラフである。実施例１の超薄膜電極のＸＲＤパターンである。実施例１の充放電曲線を表すグラフである。実施例２の超薄膜電極のＸＲＤパターンである。実施例２の充放電曲線を表すグラフである。比較例１の充放電曲線を表すグラフである。

Claims

基板上に、正に帯電したシリコンナノシートと負に帯電した金属酸化物シートとを積層した構造を１段以上５段以下で有し、前記シリコンナノシートは組成式ＳｉＨ _1-x （ＯＨ） _x （０＜ｘ≦０．５）で表される、リチウム二次電池用電極。
前記金属酸化物シートは、酸化チタン、酸化マンガン又はそれらを組み合わせたものである、請求項１に記載のリチウム二次電池用電極。
基板上に、正に帯電したシリコンナノシートとポリアニオンシートとを積層した構造を１段以上５段以下で有し、前記シリコンナノシートは組成式ＳｉＨ _1-x （ＯＨ） _x （０＜ｘ≦０．５）で表される、リチウム二次電池用電極。
前記ポリアニオンシートは、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリチオフェン−３−酢酸、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）及びポリアミド酸からなる群より選ばれた１種又は２種以上である、請求項３に記載のリチウム二次電池用電極。
前記シリコンナノシートは、厚さが０．３〜５ｎｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
正負極の一方が請求項１〜５のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極である、リチウム二次電池。