JP7086443B2 - リチウム金属電池用の負極集電体、これを含む二次電池、および前記リチウム金属電池用の負極集電体の製造方法 - Google Patents
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Description
比較例1:負極集電体の製造
商用銅集電体(I2B、Iljin Materials社製)を準備した後、これを切断し、断面の直径が1.6cm(16Ф)であり、20μmの厚さを有する円柱状負極集電体を製造した。前記負極集電体の表面の銅のS(110)とS(100)との和は35.6%であった。
比較例1の負極集電体を反応炉に投入し、前記反応炉の温度を1000℃に上げた後、前記温度で水素とアルゴンから構成された混合ガスを前記反応炉に21sccmの流入速度で流入させて、0.5時間熱処理した。これにより、実施例1の負極集電体を製造した。前記混合ガスの全重量を基準として、水素は、4重量%含まれていた。
実施例1および比較例1の負極集電体それぞれに対して、S(100)、S(110)を確認した。具体的には、それぞれの負極集電体の表面の任意の部分(180μm×180μm)に対して、EBSD(Bruker QuantaxHigh Resolution equipped with a Zeiss Merlin field‐emission scanning electron microscopy、20kV、10nA)により(100)面、(110)面が占める領域の割合を確認した。かかる方法で他の部分も測定し、計3回の結果を平均してS(100)、S(110)を計算し、これを表1および図2に示した。
実施例1および比較例1の負極集電体の性能を確認するために、以下のような方法でハーフセル(half cell)を製造した。
前記電池を、それぞれ、0.05V、0.1V、0.2V、0.4Vの電圧区間で15秒ずつ駆動させ、前記負極集電体上にリチウム金属を電着させた。次に、時間‐電流法(chronoamperometry;CA)およびSH理論(Scharifker and Hills theory)により(図6参照)それぞれの負極集電体上に形成されたリチウム金属の核密度を測定した後、表2に示した。また、リチウム金属が電着されたそれぞれの負極集電体をSEMで確認し、図5に示した。
前記電池に対してそれぞれ充・放電を行い、初期効率および平均クーロン効率を評価し、これを下記の表2および図7に示した。
Claims (15)
- リチウム金属電池用の負極集電体であって、
銅を含み、
S(110)とS(100)との和が50%以上であり、
前記S(110)は、前記負極集電体の表面で前記銅が占める全領域を基準として、前記銅の(110)面が占める領域の割合であり、
前記S(100)は、前記負極集電体の表面で前記銅が占める全領域を基準として、前記銅の(100)面が占める領域の割合である、リチウム金属電池用の負極集電体。 - 前記負極集電体は、前記銅からなる、請求項1に記載のリチウム金属電池用の負極集電体。
- 前記負極集電体は、基材を含み、
前記銅は、前記基材上にコーティングされている、請求項1に記載のリチウム金属電池用の負極集電体。 - 前記基材は、シリコン、シリコン酸化物、金、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、および銀からなる群から選択される少なくともいずれか一つを含む、請求項3に記載のリチウム金属電池用の負極集電体。
- 前記S(100)と前記S(110)との割合は、100:0~5:1である、請求項1から4の何れか一項に記載のリチウム金属電池用の負極集電体。
- 請求項1から5の何れか一項に記載のリチウム金属電池用の負極集電体の製造方法であって、
銅を含む予備負極集電体を準備するステップと、
前記予備負極集電体を水素およびアルゴンを含む混合ガス雰囲気で熱処理するステップとを含み、
前記予備負極集電体の表面の少なくとも一部は、前記銅からなる、リチウム金属電池用の負極集電体の製造方法。 - 前記水素は、前記混合ガスの全重量を基準として、4重量%~40重量%含まれる、請求項6に記載のリチウム金属電池用の負極集電体の製造方法。
- 前記混合ガスの流入速度は、20sccm~500sccmである、請求項6または7に記載のリチウム金属電池用の負極集電体の製造方法。
- 前記熱処理は、600℃~1,000℃で行われる、請求項6から8の何れか一項に記載のリチウム金属電池用の負極集電体の製造方法。
- 前記熱処理は、0.5~8時間行われる、請求項6から9の何れか一項に記載のリチウム金属電池用の負極集電体の製造方法。
- 前記予備負極集電体は、前記銅からなる、請求項6から10の何れか一項に記載のリチウム金属電池用の負極集電体の製造方法。
- 前記予備負極集電体は、基材を含み、
前記銅は、前記基材上にコーティングされている、請求項6から10の何れか一項に記載のリチウム金属電池用の負極集電体の製造方法。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の負極集電体を含む、負極。
- 前記負極は、前記負極集電体からなる、請求項13に記載の負極。
- 請求項13または14に記載の負極と、
正極と、
前記正極と前記負極との間に介在されたセパレータと、
電解質とを含む、リチウム金属電池。
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