JP5793565B2 - ケーブル型二次電池用負極及びこれを備えるケーブル型二次電池 - Google Patents
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Description
ワイヤー型の銅集電体をアセトン及び希塩酸で洗浄した。上記銅集電体を正極、白金を負極として構成し、0.15M SnSO4、1.5M H2SO4溶液に浸した。その後、3A/cm2以上の電流を流しながら電気メッキをした。銅集電体に錫が析出され、ワイヤー型多孔性負極が製造された。
フィルム型の銅集電体をアセトン及び希塩酸で洗浄した。上記銅集電体を正極、白金を負極として構成し、0.15M SnSO4、1.5M H2SO4溶液に浸した。その後、3A/cm2以上の電流を流しながら電気メッキをした。銅集電体に錫が析出され、フィルム型多孔性負極が製造された。
実施例1で製造された多孔性負極のSEM写真を図8に示した。図8によれば、銅集電体の表面に3次元の気孔構造を有する錫からなる負極活物質層が形成されていることが分かる。
リチウムフォイルを対電極/還元電極(counter/reference electrode)として構成し、測定電極(working electrode)としては、上記実施例1及び比較例1で製造された負極を使用して、3電極の電気化学セル形態のビーカーセル(beaker cell)を作った。
11:集電体
12:負極活物質層
20:多孔性負極
21:高分子コア部
22:金属コーティング層
23:負極活物質層
30:ケーブル型二次電池
31:内部集電体
32:負極活物質層
33:電解質層
33a:第1電解質層
33b: 第2電解質層
34:正極活物質層
35:外部集電体
36:保護被覆
Claims (25)
- 所定形状の水平断面を有し、長手方向に伸びる集電体であるコア部と、該コア部の外面を負極活物質で包んでコーティングしている多孔性シェル部とを備え、前記多孔性シェル部の孔径は、10ないし150μmであるケーブル型二次電池用負極。
- 前記負極活物質は、Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni、Fe、及びこれらの酸化物からなる群から選択される少なくとも1つの元素または化合物を含むことを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池用負極。
- 前記負極活物質は、Si、Snまたはこれらの混合物であることを特徴とする請求項2に記載のケーブル型二次電池用負極。
- 前記集電体は、ステンレススチール、アルミニウム、チタン、銀、パラジウム、ニッケル、及び銅からなる群より選択されるいずれか1つまたは2種以上の混合物;またはステンレススチールの表面にチタン、銀、パラジウム、ニッケルおよび銅からなる群より選択されるいずれか1つまたは2種以上の混合物で表面処理したものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のケーブル型二次電池用負極。。
- 前記集電体は、高分子コア部及び上記高分子コア部の表面に形成された金属コーティング層を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のケーブル型二次電池用負極。
- 前記高分子コア部は、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ窒化硫黄、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリラート、及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる群から選択された少なくとも1つの高分子から形成されることを特徴とする請求項5に記載のケーブル型二次電池用負極。
- 前記金属コーティング層は、チタン、銀、パラジウム、ニッケル、及び銅から選択される少なくとも1つの金属から形成されることを特徴とする請求項5または6に記載のケーブル型二次電池用負極。
- 前記多孔性シェル部の気孔率は、60ないし95%であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のケーブル型二次電池用負極。
- 前記多孔性シェル部の表面積は、8×104ないし5×105cm2/gであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のケーブル型二次電池用負極。
- (S1)負極活物質水溶液を用意するステップと、
(S2)前記負極活物質水溶液に、所定形状の水平断面を有し、長手方向に伸びる集電体であるコア部を浸した後、前記コア部に電気を通電させて前記コア部の外面に多孔性シェル部を形成するステップとを含み、前記多孔性シェル部の孔径は、10ないし150μmであるケーブル型二次電池用負極の製造方法。 - 前記負極活物質は、Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni、Fe、及びこれらの酸化物からなる群から選択される少なくとも1つの元素または化合物を含むことを特徴とする請求項10に記載のケーブル型二次電池用負極の製造方法。
- 前記集電体は、ステンレススチール、アルミニウム、チタン、銀、パラジウム、ニッケル、銅、またはステンレススチールの表面にチタン、銀、パラジウム、ニッケルもしくは銅で表面処理したものであることを特徴とする請求項10または11に記載のケーブル型二次電池用負極の製造方法。
- 前記集電体は、高分子コア部と、上記高分子コア部の表面に形成された金属コーティング層とを備えることを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載のケーブル型二次電池用負極の製造方法。
- 前記高分子コア部は、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ窒化硫黄、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリラート、及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる群から選択された少なくとも1つの高分子から形成されることを特徴とする請求項13に記載のケーブル型二次電池用負極の製造方法。
- 前記金属コーティング層は、銀、パラジウム、ニッケル、及び銅から選択された少なくとも1つの金属から形成されることを特徴とする請求項13または14に記載のケーブル型二次電池用負極の製造方法。
- 請求項1ないし9のうちいずれか1項に記載の負極を備えるケーブル型二次電池。
- 所定形状の水平断面を有し、長手方向に伸びる集電体であるコア部と、該コア部の外面を負極活物質で包んでコーティングしている多孔性シェル部とを備える負極である内部電極と、
前記内部電極を囲んで充填された、イオンの通路である電解質層と、
前記電解質層の外面を囲み、所定形状の水平断面を有するパイプ型の集電体と、前記集電体上に形成された正極活物質層とからなる正極である外部電極と、
前記外部電極の周りに配置される保護被覆とを含み、前記多孔性シェル部の孔径は、10ないし150μmであるケーブル型二次電池。 - 所定形状の水平断面を有し、長手方向に伸びる集電体であるコア部と、及び該コア部の外面を負極活物質で包んでコーティングしている多孔性シェル部とを備える負極が平行に配置された2以上の内部電極と、
前記内部電極を囲んで充填されている、イオンの通路である電解質層と、
パイプ型の集電体と、前記パイプ型の集電体上に形成された正極活物質層とを含む、前記電解質層の外面を囲む、正極である外部電極と、
前記外部電極の周りに配置される保護被覆とを含むケーブル型二次電池。 - 所定形状の水平断面を有し、長手方向に伸びる集電体であるコア部と、及び該コア部の外面を負極活物質で包んでコーティングしている多孔性シェル部とを備える負極のシェル部の外面にイオンの通路になる電解質層が形成された2以上の負極が平行に配置された内部電極と、
前記内部電極を囲んで充填した正極活物質層とパイプ型の集電体とを含む正極である外部電極と、
前記外部電極の周りに配置される保護被覆とを含み、前記多孔性シェル部の孔径は、10ないし150μmであるケーブル型二次電池。 - 所定形状の水平断面を有し、長手方向に伸びる集電体であるコア部と、及び該コア部の外面を負極活物質で包んでコーティングしている多孔性シェル部とを備える負極のシェル部の外面に、イオンの通路である第1電解質層が形成された1以上の負極と、
所定形状の水平断面を有し、長手方向に伸びる集電体と、前記集電体上に形成された正極活物質層とを含む1以上の正極と、
前記正極及び前記負極を平行に配置し、前記正極および前記負極を囲んで充填した、イオンの通路である第2電解質層と、
上記第2電解質層の周りに配置される保護被覆とを含み、前記多孔性シェル部の孔径は、10ないし150μmであるケーブル型二次電池。 - 所定形状の水平断面を有し、長手方向に伸びる集電体であるコア部と、及び該コア部の外面を負極活物質で包んでコーティングしている多孔性シェル部とを備える負極のシェル部の外面に、イオンの通路である電解質層が形成され、前記電解質層の上に正極活物質層が形成された2以上の内部電極と、
正極活物質層がその上に形成された負極を平行に配置し、前記負極を囲んで充填されている集電体と、
前記集電体の周りに配置される保護被覆とを含むケーブル型二次電池。 - 前記正極活物質層は、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、及びLiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1及びM2は、互いに独立して、Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg、及びMoからなる群より選択された何れか一つであり、x、y及びzは、互いに独立して、酸化物組成元素の原子分率であって0≦x<0.5、0≦y<0.5、0≦z<0.5、x+y+z≦1である)からなる群より選択された何れか一つの正極活物質の粒子から形成されることを特徴とする請求項17ないし21のうちいずれか1項に記載のケーブル型二次電池。
- 前記電解質層、第1電解質層または第2電解質層は、互いに独立して、ポリエチレンオキサイド(PEO、polyehylene oxide)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF、polyvinylidene fluoride)、ポリフッ化ビニリデン‐ヘキサフルオロプロピレン(PVdF‐HFP、poly(vinylidene fluoride‐hexafluoro propylene))、ポリメチルメタクリレート(PMMA、polymethyl methacrylate)、ポリアクリロニトリル(PAN、polyacrylonitrile)またはポリビニルアセテート(PVAc、Poly(vinyl acetate))を使用したゲル型固体電解質;もしくは、ポリエチレンオキサイド(PEO、polyehylene oxide)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリエチレンスルフィド(PES)またはポリビニルアセテート(PVAc)を使用した固体電解質;のうち選択された電解質から形成されることを特徴とする請求項17ないし22のうちいずれか1項に記載のケーブル型二次電池。
- 前記電解質層は、リチウム塩をさらに含むことを特徴とする請求項17ないし23のうちいずれか1項に記載のケーブル型二次電池。
- 前記リチウム塩は、LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムのうち選択された1種または2種以上であることを特徴とする請求項24に記載のケーブル型二次電池。
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