JP6872854B2 - 電極材料、それを含む二次電池、及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
5 炭素粒子
10 負極板
20 負極材
50a 金属骨格
100a グラフェン骨格
100,GF10,GF13 グラフェンフォーム構造体
200,200a,NS10 複数のナノ構造体
a1,a13 合金部
A10 負極集電体
A20 負極活物質
AD10〜AD12 負極
AT12 負極端子
BD12 バインダ
C10 正極集電体
C20 正極活物質
CA11 キャップアセンブリ
CD10〜CD12 正極
CS11,CS12 電池ケース
CT12 正極端子
E10,E12 電解質
EM1,EM2 電極材料
FL12 薄膜
H1 ホール
NR1,NR13 ナノ構造体(ナノロッド)
PL10 保護層
S10,S11 分離膜
SD13 シード要素
SS11 溶液
SUB1 基板
TF10 テンプレートフォーム構造体
Claims (29)
- 二次電池用負極材料において、
相互連結されたグラフェン骨格と、それらの間及び周囲に存在する複数の気孔と、を有するグラフェンフォーム構造体と、
前記グラフェンフォーム構造体の複数の気孔内に存在する複数のナノ構造体と、を含み、
前記グラフェンフォーム構造体は、前記グラフェン骨格内部に、前記グラフェン骨格の延長方向に沿って延長されている空スペースが存在するホロウ構造を有する、負極材料であって、
前記グラフェンフォーム構造体の重さと、前記複数のナノ構造体の重さとを合わせた総重量において、前記複数のナノ構造体が占める重さの比率は3〜40wt%である、負極材料。 - 二次電池用負極材料において、
相互連結されたグラフェン骨格と、それらの間及び周囲に存在する複数の気孔と、を有するグラフェンフォーム構造体と、
前記グラフェンフォーム構造体の複数の気孔内に存在する複数のナノ構造体と、を含み、
前記グラフェンフォーム構造体のグラフェン骨格内に、金属骨格をさらに含む、負極材料であって、
前記グラフェンフォーム構造体の重さと、前記複数のナノ構造体の重さとを合わせた総重量において、前記複数のナノ構造体が占める重さの比率は3〜40wt%である、負極材料。 - 前記複数のナノ構造体のうち少なくとも一つは、ナノパーティクル構造またはナノロッド構造を有することを特徴とする請求項1または2に記載の負極材料。
- 前記複数のナノ構造体は、前記二次電池の充放電時、イオンの吸蔵/放出が可能な物質を含むことを特徴とする請求項1ないし3のうちいずれか一項に記載の負極材料。
- 前記複数のナノ構造体のうち少なくとも一つは、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、インジウム(In)、SnS2、SnO2及びFe2O3のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1ないし4のうちいずれか1項に記載の負極材料。
- 前記複数のナノ構造体のうち少なくとも一つは、Siから形成されたことを特徴とする請求項5に記載の負極材料。
- 前記複数のナノ構造体のうち少なくとも一つは、5nmないし200nmの直径を有することを特徴とする請求項1または2に記載の負極材料。
- 前記複数のナノ構造体のうち少なくとも一つは、ナノロッド構造を有し、
前記ナノロッド構造の少なくとも一端に合金部が具備されたことを特徴とする請求項1または2に記載の負極材料。 - 前記グラフェンフォーム構造体の気孔率は、5〜90%であることを特徴とする請求項1ないし8のうちいずれか1項に記載の負極材料。
- 前記複数の気孔のうち少なくとも一つは、10nmないし1,000μmのサイズを有することを特徴とする請求項1ないし9のうちいずれか1項に記載の負極材料。
- 前記グラフェンフォーム構造体は、シート形態を有することを特徴とする請求項1ないし10のうちいずれか1項に記載の負極材料。
- 前記グラフェンフォーム構造体は、パーティクル形態を有することを特徴とする請求項1ないし10のうちいずれか1項に記載の負極材料。
- 前記パーティクル形態を有する複数のグラフェンフォーム構造体が、1枚のフィルムを構成することを特徴とする請求項12に記載の負極材料。
- 前記金属骨格が、金属テンプレートフォーム構造体であることを特徴とする請求項2に記載の負極材料。
- 請求項1ないし14のうちいずれか1項に記載の負極材料を含む負極と、
前記負極と離隔して配置された正極と、
前記負極と正極との間のイオン移動のために具備された電解質と、を含む二次電池。 - 前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体に接合されたものであり、前記負極材料を含む負極活物質と、を具備し、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体に接合された正極活物質と、を具備することを特徴とする請求項15に記載の二次電池。 - 前記二次電池は、リチウム電池であることを特徴とする請求項15または16に記載の二次電池。
- 前記二次電池は、フレキシブル電池であることを特徴とする請求項15ないし17のうちいずれか1項に記載の二次電池。
- 請求項1または2に記載の二次電池用負極材料の形成方法において、
複数の気孔を有するグラフェンフォーム構造体を形成する段階と、
前記グラフェンフォーム構造体の複数の気孔内に、複数のナノ構造体を形成する段階と、を含み、
前記グラフェンフォーム構造体の複数の気孔内に、前記複数のナノ構造体を形成する段階は、
前記グラフェンフォーム構造体と別個に、前記複数のナノ構造体を設ける段階と、
所定の溶液内で、前記グラフェンフォーム構造体の複数の気孔内に、前記複数のナノ構造体を吸着させる段階と、
前記複数のナノ構造体が吸着された前記グラフェンフォーム構造体を、前記溶液から取り出して熱処理する段階と、を含む負極材料の形成方法。 - 請求項1または2に記載の二次電池用負極材料の形成方法において、
複数の気孔を有するグラフェンフォーム構造体を形成する段階と、
前記グラフェンフォーム構造体の複数の気孔内に、複数のナノ構造体を形成する段階と、を含み、
前記グラフェンフォーム構造体の複数の気孔内に、前記複数のナノ構造体を形成する段階は、
前記グラフェンフォーム構造体と別個に、前記複数のナノ構造体を設ける段階と、
前記複数のナノ構造体と、前記グラフェンフォーム構造体とをバインダと共に混合して混合物質を形成する段階と、
前記混合物質を所定の基板上に塗布して薄膜を形成する段階と、
前記薄膜を熱処理する段階と、を含む負極材料の形成方法。 - 前記グラフェンフォーム構造体を形成する段階は、
テンプレートフォーム構造体を設ける段階と、
前記テンプレートフォーム構造体の表面上に、グラフェン層を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項19または20に記載の負極材料の形成方法。 - 前記グラフェン層を形成する段階は、
気体ソースを利用したCVD(chemical vapor deposition)方法によって、前記グラフェン層を形成する段階を含むか、あるいは
前記テンプレートフォーム構造体の表面上に炭素含有層を形成した後、前記炭素含有層を熱処理する方法によって、前記グラフェン層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項21に記載の負極材料の形成方法。 - 前記グラフェン層を形成する段階後、前記テンプレートフォーム構造体を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項21または22に記載の負極材料の形成方法。
- 前記グラフェン層を形成する段階と、前記テンプレートフォーム構造体を除去する段階との間に、前記グラフェン層上に保護層を形成する段階と、
前記テンプレートフォーム構造体を除去する段階後、前記保護層を除去する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項23に記載の負極材料の形成方法。 - 前記複数のナノ構造体を形成する段階は、
前記ナノ構造体のソースガスを利用するCVD(chemical vapor deposition)方法によって、前記複数の気孔内に、前記複数のナノ構造体を成長させる段階を含むことを特徴とする請求項19ないし24のうちいずれか1項に記載の負極材料の形成方法。 - 前記複数のナノ構造体を形成する段階は、
前記グラフェンフォーム構造体の複数の気孔内に複数のシード要素を形成する段階と、
前記複数のシード要素から、CVD(chemical vapor deposition)方法によって、前記複数のナノ構造体を成長させる段階と、を含むことを特徴とする請求項19ないし24のうちいずれか1項に記載の負極材料の形成方法。 - 前記複数のナノ構造体のうち少なくとも一つは、ナノパーティクル構造またはナノロッド構造を有することを特徴とする請求項19ないし26のうちいずれか1項に記載の負極材料の形成方法。
- 前記複数のナノ構造体のうち少なくとも一つは、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、インジウム(In)、SnS2、SnO2及びFe2O3のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項19ないし27のうちいずれか1項に記載の負極材料の形成方法。
- 負極、正極及び電解質を含む二次電池の製造方法において、
請求項19ないし28のうちいずれか1項に記載の方法を利用して負極材料を形成する段階を含む二次電池の製造方法。
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