JP5705713B2 - 中空銅コアシリコンナノワイヤー、シリコン複合銅基板及びこれらの製造方法並びにリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
(1)シリコンを含むシェル部と、前記シェル部が形成する中空部分に非連続的に存在する、銅を含むコア部と、を有することを特徴とする中空銅コアシリコンナノワイヤー。
(2)銅基板の少なくとも片面に、(1)に記載の中空銅コアシリコンナノワイヤーを有し、前記中空銅コアシリコンナノワイヤーが、前記銅基板上に接続していることを特徴とするシリコン複合銅基板。
(3)銅基板の少なくとも片面に、(1)に記載の中空銅コアシリコンナノワイヤーを含む塗布膜を有することを特徴とするシリコン複合銅基板。
(4)直径が10〜500nmであることを特徴とする(1)に記載の中空銅コアシリコンナノワイヤー。
(5)銅基板を、圧力容器中にて、有機シランと有機分散媒を含む雰囲気中で300〜600℃に加熱し、前記銅基板上に中空銅コアシリコンナノワイヤーを形成することを特徴とするシリコン複合銅基板の製造方法。
(6)前記有機シランがフェニルシランであり、前記銅基板を380〜500℃に加熱することを特徴とする(5)に記載のシリコン複合銅基板の製造方法。
(6)銅基板を、圧力容器中にて、有機シランと有機分散媒を含む雰囲気中で300〜600℃に加熱し、前記銅基板上に中空銅コアシリコンナノワイヤーを形成する工程と、前記銅基板から、前記中空銅コアシリコンナノワイヤーを分離する工程と、を具備することを特徴とする中空銅コアシリコンナノワイヤーの製造方法。
(7)銅基板を、圧力容器中にて、有機シランと有機分散媒を含む雰囲気中で300〜600℃に加熱し、前記銅基板上に中空銅コアシリコンナノワイヤーを形成する工程と、前記銅基板から、前記中空銅コアシリコンナノワイヤーを分離する工程と、前記中空銅コアシリコンナノワイヤーをスラリー中に分散する工程と、前記スラリーを他の銅基板上に塗布する工程とを具備することを特徴とするシリコン複合銅基板の製造方法。
(8)(2)または(3)に記載のシリコン複合銅基板を、負極に用い、さらに正極と非水電解質とを備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
以下図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る中空銅コアのシリコンナノワイヤー1の断面図である。シリコンナノワイヤー1は、シリコンを含むシェル部5と、シェル部5が形成する中空部分に非連続的に存在する、銅を含むコア部3とを有する。
シリコンナノワイヤー1を具体的な用途に使用する際、図2に示すような、銅基板9の少なくとも片面に、シリコンナノワイヤー1が接続しているシリコン複合銅基板7aとして用いることができる。シリコン複合銅基板7aは、シリコンナノワイヤー1を銅基板9から成長させ、シリコンナノワイヤー1を剥離しない状況で得られる。シリコン複合銅基板7aにおいて、シリコンナノワイヤー1の端部は、銅基板9に金属結合や共有結合などで結合している。
シリコンナノワイヤー、シリコン複合銅基板の製造方法を、図4を用いて説明する。
正極と負極との間にセパレータを配置して、電池素子を形成する。このような電池素子を巻回、または積層して円筒形の電池ケースや角形の電池ケースに入れた後、電解質または電解液を注入して、リチウムイオン二次電池とする。
まず、正極活物質、導電助剤、結着剤および溶媒を混合して正極活物質の組成物を準備する。前記正極活物質の組成物をアルミ箔などの金属集電体上に直接塗布・乾燥し、正極とする。
セパレータとしては、正極と負極の電子伝導を絶縁する機能を有し、リチウムイオン二次電池で通常的に使われるものであればいずれも使用可能である。例えば、微多孔性のポリオレフィンフィルムを使用できる。
リチウムイオン二次電池における電解液および電解質には、有機電解液(非水系電解液)、無機固体電解質、高分子固体電解質等が使用できる。
有機電解液の溶媒の具体例として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等のカーボネート;ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル;ベンゾニトリル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、γ―ブチロラクトン、ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルクロロベンゼン、ニトロベンゼン等の非プロトン性溶媒、あるいはこれらの溶媒のうちの2種以上を混合した混合溶媒が挙げられる。
本発明の実施の形態では、従来にない構造である、銅を含むコア部と、シリコンを含むシェル部を有する中空シリコンナノワイヤーを形成することができる。
[実施例1]
(シリコン複合銅基板7aの作製)
幅1cm、長さ4cm、厚さ250μmの銅基板9を、アルカリ溶液、さらに硫酸溶液に浸し、脱脂・洗浄を行った。
その後、図5(a)に示すように、フェニルシランとトルエンを1:19の割合で混合した原料溶液21を石英ガラス製のるつぼ23に入れ、さらにるつぼ23の上部に銅基板9を固定した。
さらに、銅基板9を固定したるつぼ23を、容器内筒25に入れ、さらにオートクレーブ(圧力容器)27内に設置した。
その後、1時間かけて450℃まで昇温した。450℃まで昇温した際のオートクレーブ内の圧力は約5MPaであった。
温度を2時間維持した後、4〜5時間除冷し、シリコン複合銅基板7aを得た。
気化した原料29が接触する、銅基板9のるつぼ23側に、黄白色の繊維状物質が大量に生成していることが確認された。
オートクレーブ加熱時の温度を変える以外は、実施例1と同様にシリコン複合銅基板を作製した。
その作製結果を以下の表1に示す。
3………コア部
5………シェル部
7a、7b………シリコン複合銅基板
9………銅基板
11………塗布膜
13………ナノドット
15………コア部
21………原料溶液
23………るつぼ
25………容器内筒
27………オートクレーブ
29………気化した原料
Claims (9)
- シリコンを含むシェル部と、
前記シェル部が形成する中空部分に非連続的に存在する、銅を含むコア部と、
を有することを特徴とする中空銅コアシリコンナノワイヤー。 - 銅基板の少なくとも片面に、請求項1に記載の中空銅コアシリコンナノワイヤーを有し、
前記中空銅コアシリコンナノワイヤーが、少なくとも金属結合および/または共有結合によって前記銅基板上に接続していることを特徴とするシリコン複合銅基板。 - 銅基板の少なくとも片面に、請求項1に記載の中空銅コアシリコンナノワイヤーを含む塗布膜を有することを特徴とするシリコン複合銅基板。
- 直径が10〜500nmであることを特徴とする請求項1に記載の中空銅コアシリコンナノワイヤー。
- 銅基板を、圧力容器中にて、有機シランと有機分散媒を含む雰囲気中で300〜600℃に加熱し、その後冷却することにより、前記銅基板上に請求項1記載の中空銅コアシリコンナノワイヤーを形成することを特徴とするシリコン複合銅基板の製造方法。
- 前記有機シランがフェニルシランであり、前記銅基板を380〜500℃に加熱することを特徴とする請求項5に記載のシリコン複合銅基板の製造方法。
- 銅基板を、圧力容器中にて、有機シランと有機分散媒を含む雰囲気中で300〜600℃に加熱し、その後冷却することにより、前記銅基板上に請求項1記載の中空銅コアシリコンナノワイヤーを形成する工程と、
前記銅基板から、前記中空銅コアシリコンナノワイヤーを分離する工程と、
を具備することを特徴とする中空銅コアシリコンナノワイヤーの製造方法。 - 銅基板を、圧力容器中にて、有機シランと有機分散媒を含む雰囲気中で300〜600℃に加熱し、その後冷却することにより、前記銅基板上に請求項1記載の中空銅コアシリコンナノワイヤーを形成する工程と、
前記銅基板から、前記中空銅コアシリコンナノワイヤーを分離する工程と、
前記中空銅コアシリコンナノワイヤーをスラリー中に分散する工程と、
前記スラリーを他の銅基板上に塗布する工程と
を具備することを特徴とするシリコン複合銅基板の製造方法。 - 請求項2または3に記載のシリコン複合銅基板を負極に用い、さらに正極と非水電解質とを備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
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