JP7217358B2 - 平行に並列配置された複数の集電体を含む負極及びそれを含む二次電池 - Google Patents

平行に並列配置された複数の集電体を含む負極及びそれを含む二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP7217358B2
JP7217358B2 JP2021547748A JP2021547748A JP7217358B2 JP 7217358 B2 JP7217358 B2 JP 7217358B2 JP 2021547748 A JP2021547748 A JP 2021547748A JP 2021547748 A JP2021547748 A JP 2021547748A JP 7217358 B2 JP7217358 B2 JP 7217358B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current collector
mixture layer
negative electrode
secondary battery
active material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021547748A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2022520839A (ja
Inventor
ヨ・ハン・クォン
イル・ホン・キム
ミン・チョル・チャン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Publication of JP2022520839A publication Critical patent/JP2022520839A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7217358B2 publication Critical patent/JP7217358B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H01M4/742—Meshes or woven material; Expanded metal perforated material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

本発明は、互いに平行に並列配置された複数の集電体を含む負極及びそれを含む二次電池に関するものである。
本出願は、２０１９年１１月１１日付の韓国特許出願第１０－２０１９－０１４３７７８号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、二次電池の需要も急激に増している。その中でも、リチウム二次電池は、エネルギー密度と作動電圧が高く、保存と寿命特性が優れているということから、各種モバイル機器はもちろん、多様な電子製品のエネルギー源として広く用いられている。
また、二次電池は、化石燃料を用いる既存のガソリン車、ディーゼル車などによる大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車またはハイブリッド電気自動車などのエネルギー源として注目を浴びている。電気自動車のエネルギー源として適用するためには、高出力の電池が必要である。
このような二次電池は、消費者の要求に応じて、高電圧および高容量を具現し得るモデルへの開発が進められている。また、高容量を具現するためには、限られたスペース内に、二次電池の４大要素である正極材、負極材、分離膜および電解液の最適化工程が要求される。
一般的に、高容量を実現具現するための最も簡単な方法は、集電体上に多量の電極活物質を上げて高ローディング電極を製造することである。しかし、このような方法は、一定レベルの電極の接着性または導電性が確保されないと、電極コーティング、乾燥、圧延の工程時に電極脱離が発生することになり、寿命特性が低下、出力特性も低下して電池の性能および安定性が低下するという問題を惹起し得る。
したがって、高い理論容量を有しながらも、少量のバインダーおよび導電材でも十分な電極の接着性を有しながらも、出力特性の低下を防止し、全体的な電池性能を向上させることができる電極開発に対する必要性が高いのが実情である。
本発明は、上記のような問題点を考えて創案されたものであって、本発明は、互いに平行に並列配置された複数の集電体を含む新しい構造の負極及びそれを含む高容量の二次電池を提供することにその目的がある。
本発明に係る二次電池用の負極は、互いに平行に並列配置された第１～第ｎ集電体（ｎは２～５の間の整数）、および各集電体の一面または両面に形成された合剤層を含む。具体的に、上記集電体のうち１つ以上に形成された合剤層はシリコン成分を含有する活物質を含み、上記集電体のうちに別の一つ以上に形成され合剤層は炭素成分を含有する活物質を含む。また、上記第１～第ｎ集電体の一側またはそれ以上の端部は、電気的に連結されるように締結された構造である。
一つの例において、シリコン成分を含有する活物質は、シリコン（Ｓｉ）、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ、０＜ｘ≦２）及びシリコン‐金属（Ｍ）合金（ここで、金属（Ｍ）は、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｒおよびＴｉのうち１種以上を含む）からなる群から選択される１種以上を含む。
別の例において、第ｊ集電体（ｊは１～ｎの間の整数）は、複数の厚さ方向貫通ホールが形成された金属プレートの形である。
一つの例において、第ｋ集電体（ｋは１～ｎ－１の間の整数）と上記第ｋ集電体の一面または両面に形成された第ｋ合剤層とを含む第ｋ負極、及び第ｋ＋１集電体と上記第ｋ＋１集電体の一面または両面に形成された第ｋ＋１合剤層とを含む第ｋ＋１負極が、集電体に合剤層が形成された保持部の領域においては、互いに接触されない構造である。
一具体例において、シリコン成分を含有する活物質を含む合剤層は、シリコン成分を含有する活物質の含有量が、上記シリコン成分を含有する活物質を含む合剤層の１００重量％を基準として、５０～１００重量％の範囲であり、合体層をシリコンのみに成された薄いフィルム層で製造することも可能である。
別の一具体例において、炭素成分を含有する活物質を含む合剤層は、炭素成分を含有する活物質の含有量が、上記炭素成分を含有する活物質を含む合剤層の１００重量％を基準として、９０～９８重量％の範囲にある。
一つの例において、上記二次電池用の負極は、互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体と、上記第１集電体の一面または両面に形成されかつシリコン成分を含有する活物質を含む第１合剤層と、上記第２集電体の一面または両面に形成されかつ炭素成分を含有する活物質を含む第２合剤層とを含む。
具体例において、第１集電体は複数の厚さ方向貫通ホールが形成された金属プレートの形である。
例えば、上記二次電池用の負極は、互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体と、上記第１集電体の一面に形成された第１合剤層と、上記第２集電体の一面に形成された第２合剤層とを含む。また、上記第１合剤層は第１集電体が第２集電体に向かう面の反対面に形成され、上記第２合剤層は第２集電体が第１集電体に向かう面に形成される。
別の例を挙げて、上記二次電池用の負極は、互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体、上記第１集電体の一面に形成された第１合剤層、及び上記第２集電体の一面に形成された第２合剤層を含む。また、上記第１合剤層及び第２合剤層は、それぞれが第１集電体および第２集電体の互いに対向する面に形成される。
別の例を挙げて、上記二次電池用の負極は、互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体、上記第１集電体の両面に形成された第１合剤層、及び上記第２集電体の一面に形成された第２合剤層を含む。また、上記第２合剤層は、第２集電体が第１集電体に向かう面に形成される。
また、本発明は、前述した負極を含む二次電池を提供する。
一つの例において、上記二次電池は、正極、負極および正極と負極との間に介在された分離膜を含む。ここで、上記負極は前述した通りである。
例えば、上記二次電池はパウチ型のリチウム二次電池である。
本発明に係る二次電池用の負極は、シリコン成分を含有する活物質の採用に伴う体積変化を抑制しながらも、高容量の二次電池を提供することができる。
実施形態に係る二次電池用の負極の構造を図示した断面図である。 実施形態に係る二次電池用の負極の構造を図示した断面図である。 実施形態に係る二次電池用の負極の構造を図示した断面図である。 実施形態に係る二次電池用の負極に用いられる銅集電体の構造を図示した断面図である。 実施形態に係る二次電池用の負極に用いられる銅集電体の構造を図示した断面図である。 実施形態に係る二次電池用の負極に用いられる銅集電体の構造を図示した断面図である。 一つの実施形態に係る負極を使用した二次電池の構造を模式的に図示した断面図である。
以下、本発明について詳細に説明する。その前に、本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語または単語は通常的、或いは辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は彼自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義し得るという原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈されるべきである。
本発明に係る二次電池用の電極は、互いに平行に並列配置された第１～第ｎ集電体（ｎは２～５の間の整数）、及び各集電体の一面または両面に形成された合剤層を含む。上記集電体のうち一つ以上に形成された合剤層はシリコン成分を含有する活物質を含み、上記集電体のうち別の一つ以上に形成され合剤層は炭素成分を含有する活物質を含む。また、上記第１～第ｎ集電体の一側またはそれ以上の端部は、電気的に連結されるように締結された構造である。
本発明に係る二次電池用の負極は、互いに平行に並列配置された複数の集電体と上記集電体に形成された合剤層とを含む構造である。また、上記集電体に形成された合剤層は、互いに異なる異種の活物質を含む。具体的に、上記集電体のうち１つ以上に形成された合剤層はシリコン成分を含有する活物質を含み、上記集電体のうち別の一つ以上に形成され合剤層は炭素成分を含有する活物質を含む。
二次電池に対する高容量化への要求に応じて、負極活物質としてシリコン系成分を投入する技術が研究されている。しかし、負極活物質としてシリコン系成分と炭素系成分とを混合適用する場合には、シリコン系成分が充放電過程において大幅に体積変化を誘発する。このような体積変化は、電極の退化ないし電池の寿命劣化を加速するという問題がある。また、シリコン系成分を活物質として適用することになると、シリコン系成分の寿命を向上させるために、多量のバインダーないし導電材を混合しなければならないという限界がある。しかし、本発明においては、複数の並列配置された集電体を採用し、いずれか一つの集電体にはシリコン系成分を含む活物質を適用した合剤層を形成し、他の集電体には炭素系成分を含む活物質を適用した合剤層を形成する。これにより、シリコン活物質を含まない炭素系成分を含む活物質を適用した合剤層を別途に適用することによって、シリコンを含む場合と比べてバインダーないし導電材の含有量を減らすことができ、電池の容量を最大化することができる。
一つの実施形態において、シリコン成分を含有する活物質は、シリコン（Ｓｉ）、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ、０＜ｘ≦２）及びシリコン‐金属（Ｍ）合金（ここで、金属（Ｍ）は、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、およびＴｉのうち１種以上を含む）からなる群から選択される１種以上を含む。例えば、シリコン成分を含有する活物質は、シリコン（Ｓｉ）及びシリコン酸化物（ＳｉＯｘ、０＜ｘ≦２）のうち１種以上である。
また、炭素成分を含有する活物質には、低結晶性炭素および／または高結晶性炭素などがすべて用いられる。低結晶性炭素としては、軟質炭素（ｓｏｆｔ ｃａｒｂｏｎ）と硬質炭素（ｈａｒｄ ｃａｒｂｏｎ）のうち１種以上が用いられる。高結晶性炭素としては、天然黒鉛、キッシュ黒鉛（Ｋｉｓｈ ｇｒａｐｈｉｔｅ）、熱分解炭素（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｃａｒｂｏｎ）、液晶ピッチ系炭素繊維（ｍｅｓｏｐｈａｓｅ ｐｉｔｃｈ ｂａｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）、炭素微小球体（ｍｅｓｏｃａｒｂｏｎ ｍｉｃｒｏｂｅａｄｓ）、液晶ピッチ（ｍｅｓｏｐｈａｓｅ ｐｉｔｃｈｅｓ）、石油又は石炭系コークス（ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｏｒｃｏａｌ ｔａｒｐｉｔｃｈ ｄｅｒｉｖｅｄ ｃｏｋｅｓ）のうち１種以上が用いられる。例えば、上記炭素成分を含有する活物質は、通常に用いられる黒鉛成分である。
上記負極に用いられる集電体の非制限的な例としては、銅、金、ニッケルまたは銅合金またはこれらの組み合わせによって製造されるホイルなどがある。また、上記集電体は、上記物質からなる基材を積層して使用することもできる。一実施形態において、第ｊ集電体（ｊは１～ｎの間の整数）は、複数の厚さ方向貫通ホールが形成された金属プレートの形である。厚さ方向貫通ホールが形成された金属プレート形の集電体を適用することによって、電解液、特にリチウムイオンが移動し得る流路を形成することになる。
別の一実施形態において、本発明に係る二次電池用の負極において、第ｋ集電体（ｋは１～ｎ－１の間の整数）と上記第ｋ集電体の一面または両面に形成された第ｋ合剤層とを含む第ｋ負極、及び第ｋ＋１集電体と上記第ｋ＋１集電体の一面または両面に形成された第ｋ＋１合剤層とを含む第ｋ＋１負極が、集電体に合剤層が形成された保持部の領域においては、互いに接触されない構造である。本発明に係る二次電池用の負極に適用された集電体は互いに平行に並列配置され、かつ集電体の一側またはそれ以上の端部が電気的に連結されるように締結された構造であり、同時に合剤層が塗布された保持部は互いに接触されない構造である。これにより、電池内部に短絡が発生することを防止する。必要に応じては、上記各集電体の間には、別途の分離膜の部分または全部が形成された構造であり得る。しかし、集電体の間に、別途の分離膜を形成することによって、電極の構造が複雑になり、製造時の工程効率が低下し得る。したがって、各集電体の間を一定距離で離隔することによって、前述した保持部領域での接触を遮断することができる。
本発明は、複数の集電体が平行に並列配置された構造を含み、各集電体に形成された合剤層は互いに異なる異種の活物質成分を含み得る。
一実施形態において、シリコン成分を含有する活物質を含む合剤層は、シリコン成分を含有する活物質の含有量が、上記シリコン成分を含有する活物質を含む合剤層の１００重量％を基準として、５０～１００重量％の範囲にある。具体的に、上記シリコン成分を含有する活物質の含有量は、好ましくは７５～８５重量％の範囲にあり得る。
別の一実施形態において、炭素成分を含有する活物質を含む合剤層は、炭素成分を含有する活物質の含有量が、上記炭素成分を含有する活物質を含む合剤層の１００重量％を基準として、９０～９８重量％の範囲にある。具体的に、上記炭素成分を含有する活物質の含有量は、９３～９８重量％の範囲にある。
二次電池用の負極は、活物質のほかにも、当該分野で通常的に用いられる導電材及びバインダーを含み得る。本発明においては、シリコン成分を含有する活物質を含む合剤層は、活物質の含有量を８５重量％の以下に制限する。シリコン成分を含有する活物質は、充放電の過程で急激な体積変化を誘発し、これに起因して、電極の退化ないし電池の寿命劣化が加速される。それを防止するために、シリコン成分を含有する活物質を合剤層に適用するには、比較的多量のバインダーおよび／または導電材の成分を混合する必要がある。
これに対し、炭素成分を含有する活物質を含む合剤層は、活物質の含有量を９０重量％の以上に上げられる。炭素成分を含有する活物質は、比較的少量のバインダーおよび／または導電材の成分を混合することが可能である。バインダーと導電材の成分の含有量が増加すると、活物質の含有量が相対的に減少することになり、それは電池容量の低下を誘発する原因となる。
一実施形態において、上記二次電池用の負極は、互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体と、上記第１集電体の一面または両面に形成されかつシリコン成分を含有する活物質を含む第１合剤層と、上記第２集電体の一面または両面に形成されかつ炭素成分を含有する活物質を含む第２合剤層とを含む構造である。この場合、上記第１集電体は、複数の厚さ方向貫通ホールが形成された金属プレートの形であり得る。
本発明に係る二次電池用の負極は、多様な形態に変形可能である。例えば、上記二次電池用の負極は、互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体と、上記第１集電体の一面に形成された第１合剤層と、上記第２集電体の一面に形成された第２合剤層とを含む。そして、上記第１合剤層は第１集電体の第２集電体に向かう面の反対面に形成され、上記第２合剤層は第２集電体の第１集電体に向かう面に形成された構造である。この場合は、第１合剤層および第２合剤層が、それぞれ第１集電体および第２集電体に形成された同じ方向の面に形成された構造であり、例えば、図１に図示された構造のように形成可能である。
別の例を挙げて、上記二次電池用の負極は、互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体と、上記第１集電体の一面に形成された第１合剤層と、上記第２集電体の一面に形成された第２合剤層とを含み、上記第１合剤層及び第２合剤層は、それぞれ第１集電体および第２集電体の互いに対向する面に形成された構造である。この場合は、第１合剤層および第２合剤層が互いに向かい合う形で形成された構造であり、例えば、図２に図示された構造のように形成可能である。
別の例を挙げて、上記二次電池用の負極は、互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体と、上記第１集電体の両面に形成された第１合剤層と、上記第２集電体の一面に形成された第２合剤層とを含み、上記第２合剤層は、第２集電体の第１集電体に向かう面に形成された構造である。この場合は、第１集電体には両面に合剤層が形成された構造であり、第２集電体には第１集電体の方向に合剤層が形成された構造であり、例えば、図３に図示された構造のように形成可能である。
また、本発明は、前述した負極を含む二次電池を提供する。具体的に、上記二次電池は正極、負極および正極と負極との間に介在された分離膜を含む。上記負極の構造は、前述した通りである。
一実施形態において、上記二次電池はパウチ型の二次電池である。また、本発明において、上記二次電池は、例えば、パウチ型のリチウム二次電池である。上記リチウム二次電池は、例えば、電極組立体と、上記電極組立体を含浸させる非水電解液と、上記電極組立体と上記非水電解液を内蔵する電池ケースとを含んでいる。
正極は、正極集電体の一面または両面に正極合剤層が積層された構造である。正極活物質は、それぞれ独立的に、リチウム含有酸化物であり得、同様であるか或いは相違し得る。上記リチウム含有酸化物としては、リチウム含有遷移金属酸化物が使用され得る。一つの例において、正極合剤層は、正極活物質の他に導電材及びバインダー高分子などを含み、必要に応じて、当業界で通常的に用いられる正極添加剤をさらに含むことができる。
上記正極活物質は、リチウム含有酸化物であり得、同様であるか或いは相違し得る。上記リチウム含有酸化物としては、リチウム含有遷移金属酸化物が使用され得る。
例えば、上記リチウム含有遷移金属酸化物は、ＬｉｘＣｏＯ２（０．５＜ｘ＜１．３）、ＬｉｘＮｉＯ２（０．５＜ｘ＜１．３）、ＬｉｘＭｎＯ２（０．５＜ｘ＜１．３）、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４（０．５＜ｘ＜１．３）、Ｌｉｘ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃ）Ｏ２（０．５＜ｘ＜１．３、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、０＜ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）、ＬｉｘＮｉ１－ｙＣｏｙＯ２（０．５＜ｘ＜１．３、０＜ｙ＜１）、ＬｉｘＣｏ１－ｙＭｎｙＯ２（０．５＜ｘ＜１．３、０≦ｙ＜１）、ＬｉｘＮｉ１－ｙＭｎｙＯ２（０．５＜ｘ＜１．３、Ｏ≦ｙ＜１）、Ｌｉｘ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃ）Ｏ４（０．５＜ｘ＜１．３、０＜ａ＜２、０＜ｂ＜２、０＜ｃ＜２、ａ＋ｂ＋ｃ＝２）、ＬｉｘＭｎ２－ｚＯ４（０．５＜ｘ＜１．３、０＜ｚ＜２）、ＬｉｘＭｎ２－ｚＣｏｚＯ４（０．５＜ｘ＜１．３、０＜ｚ＜２）、ＬｉｘＣｏＰＯ４（０．５＜ｘ＜１．３）及びＬｉｘＦｅＰＯ４（０．５＜ｘ＜１．３）からなる群から選択されるいずれか一つ、またはこれらのうち２種以上の混合物であり得る。そして、上記リチウム含有遷移金属酸化物は、アルミニウム（Ａｌ）などの金属や金属酸化物でコーティングされることもあり得る。また、上記リチウム含有遷移金属酸化物の他に硫化物（ｓｕｌｆｉｄｅ）、セレン化物（ｓｅｌｅｎｉｄｅ）及びハロゲン化物（ｈａｌｉｄｅ）のうち１種以上が使用され得る。
上記正極活物質は、正極活物質層のうちに９４～９８．５重量％の範囲に含まれ得る。正極活物質の含有量が上記範囲を満たすとき、高容量電池の作製、そして十分なる正極の導電性や電極材間の接着力を付与するという点において有利である。
上記正極に用いられる集電体は、導電性の高い金属であって、正極活物質スラリーが容易に接着し得る金属でありながら、二次電池の電圧範囲において反応性のないものであれば、いずれでも使用することができる。具体的に、正極用集電体の非制限的な例としては、アルミニウム、ニッケルまたはこれらの組み合わせによって製造されるホイルなどがある。
正極活物質層は、導電材をさらに含む。上記導電材は、通常に正極活物質を含む混合物全体の重量を基準に１～３０重量％で添加される。このような導電材は、二次電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば、特に制限されない。例えば、上記導電材としては、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、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、サーマルブラックなどのカーボンブラック、炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維、フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウイスカー、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、ポリフェニレン誘導体などからなる群から選択される１種以上が使用され得る。
バインダー成分としては、当業界において通常に使用されるバインダーポリマーが制限なく用いられる。例えば、ポリビニリデンフルオリド‐ｃｏ‐ヘキサフルオロプロピレン（Ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ‐ｃｏ‐ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＶＤＦ‐ｃｏ‐ＨＦＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ、ＰＶＤＦ）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリメタクリル酸メチル（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、スチレン‐ブタジエンゴム（ｓｔｙｒｅｎｅ‐ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ｃａｒｂｏｘｙｌ ｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ、ＣＭＣ）などの多様な種類のバインダーが使用され得る。
上記分離膜は、リチウム二次電池に用いられる多孔質基材であれば、いずれも使用可能であり、例えば、ポリオレフィン系多孔性膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）または不織布が使用され得るが、それに特に限定されない。
上記ポリオレフィン系多孔性膜の例としては、高密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンのようなポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリペンテンなどのポリオレフィン系高分子をそれぞれ単独で、またはこれらを混合した高分子で形成した膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）が挙げられる。
上記不織布としては、ポリオレフィン系不織布の他に、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、ポリアセタール（ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）、ポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリエーテルエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリフェニレンオキサイド（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、ポリフェニレンスルフィド（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）またはポリエチレンナフタレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ）などをそれぞれ単独で、またはこれらを混合したポリマーで形成された不織布が挙げられる。不織布の構造は、長繊維で構成されたスパンボンド不織布またはメルトブロー不織布であり得る。
上記多孔性基材の厚さは特に制限されないが、５～５０μｍであり得る。そして、多孔性基材に存在する気孔のサイズ及び気孔度も特に制限されないが、それぞれ０．０１～５０μｍ及び１０～９５％であり得る。
一方、上記多孔性基材で構成された分離膜の機械的強度の向上及び正極と負極との間の短絡の抑制のために、上記多孔性基材の少なくとも一面に、無機物粒子とバインダー高分子を含む多孔性コーティング層をさらに含み得る。
上記電解液は、有機溶媒及び電解質塩を含み得る。そして、上記電解質塩はリチウム塩である。上記リチウム塩は、リチウム二次電池用の非水電解液として通常に用いられるものを制限なく用いられる。例えば、上記リチウム塩の陰イオンとしては、Ｆ－、Ｃｌ－、Ｂｒ－、Ｉ－、ＮＯ３ －、Ｎ（ＣＮ）２ －、ＢＦ４ －、ＣｌＯ４ －、ＰＦ６ －、（ＣＦ３）２ＰＦ４ －、（ＣＦ３）３ＰＦ３ －、（ＣＦ３）４ＰＦ２ －、（ＣＦ３）５ＰＦ－、（ＣＦ３）６Ｐ－、ＣＦ３ＳＯ３ －、ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３ －、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ－、（ＦＳＯ２）２Ｎ－、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＦ３）２ＣＯ－、（ＣＦ３ＳＳＯ２）２ＣＨ－、（ＳＦ５）３Ｃ－、ＣＦ３（ＣＦ２）７ＳＯ３ －、ＣＦ３ＣＯ２ －、ＣＨ３ＣＯ２ －、ＳＣＮ－及び（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ－からなる群から選択されるいずれか一つ、またはこれらのうち２種以上を含むことができる。
前述した電解液に含まれる有機溶媒としては、通常、リチウム二次電池用の電解液に使用されるものが制限なく用いられる。例えば、エーテル、エステル、アミド、線形カーボネートまたは環状カーボネートなどをそれぞれ単独で、または２種以上を混合して使用し得る。そのうち、代表的には環状カーボネート、線形カーボネートまたはこれらの混合物であるカーボネート化合物を含み得る。
上記環状カーボネート化合物の具体的な例としては、炭酸エチレン（ｅｈｈｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＥＣ）、炭酸プロピレン（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）、１，２‐ブチレンカーボネート、２，３‐ブチレンカーボネート、１，２‐ペンチレンカーボネート、２，３‐ペンチレンカーボネート、ビニリデンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート及びこれらのハロゲン化物から成る群から選択されるある一つ又はこれらのうち２種以上の混合物がある。これらのハロゲン化物としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート（ｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＦＥＣ）などがあり、これに限定されるのではない。
また、上記線形カーボネート化合物の具体的な例としては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート及びエチルプロピルカーボネートから成る群から選択されるある一つまたはこれらのうち２種以上の混合物などが代表的に用いられるが、それに限定されない。
特に、上記炭酸系有機溶媒のうち環状カーボネートであるエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートは高粘度の有機溶媒であって、誘電率が高くて電解質内のリチウム塩をよりよく解離し得る。そして、このような環状カーボネートにジメチルカーボネート及びジエチルカーボネートのような低粘度、低誘電率の線形カーボネートを好適な割合で混合して使用すると、より高い電気伝導率を有する電解液を作ることができる。
また、上記有機溶媒中のエーテルとしては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、メチルエチルエーテル、メチルプロピルエーテル、およびエチルプロピルエーテルからなる群から選択されるいずれか一つ、またはこれらのうち２種以上の混合物を使用し得るが、それに限定されない。
そして、上記有機溶媒の中、エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、γ‐ブチロラクトン、γ‐バレロラクトン、γ‐カプロラクトン、σ‐バレロラクトン及びε‐カプロラクトンから成る群から選択されるある一つまたはこれらのうち２種以上の混合物を使用し得るが、それに限定されない。
上記非水電解液の注入は、最終製品の製造工程および要求物性に応じて、電気化学素子の製造工程のうちに、好適な段階で行われ得る。すなわち、電気化学素子の組み立ての前、または電気化学素子の組み立ての最終段階などにおいて適用され得る。
また、本発明は、前述した二次電池を含む自動車を提供する。具体的な例において、上記の自動車はハイブリッドまたは電気自動車である。
以下、実施形態及び図面等を通じて、本発明をより詳細に説明する。しかし、本明細書に記載された図面と実施形態に記載された構成は、本発明の一実施形態に過ぎないものであり、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替し得る多様な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。
本発明に係る二次電池用の負極は、多様な形態に変形可能である。図１～図３は、それぞれの実施形態に係る二次電池用の負極の構造を模式的に図示した断面図である。
［第１実施形態］
図１を参照すると、本発明に係る二次電池用の負極（１００）は、互いに平行に並列配置された第１集電体（１１０）及び第２集電体（１２０）と、上記第１集電体（１１０）の一面に形成された第１合剤層（１１１）と、上記第２集電体（１２０）の一面に形成された第２合剤層（１２１）とを含む。上記第１合剤層（１１１）は第１集電体（１１０）の第２集電体（１２０）に向かう面の反対面に形成され、上記第２合剤層（１２１）は第２集電体（１２０）の第１集電体（１１０）に向かう面に形成された構造である。この場合は、第１合剤層（１１１）および第２合剤層（１２１）がそれぞれ第１集電体（１１０）および第２集電体（１２０）に形成された同じ方向の面に形成された構造である。例えば、上記第１集電体（１１０）の第１合剤層（１１１）が形成された方向に分離膜及び正極が順次に位置する構造の電極組立体が形成される。また、第１集電体（１１０）および第２集電体（１２０）の一側端部は、電気的に連結されるように締結された集電体合支部（１３０）が形成された構造である。
上記第１合剤層（１１１）は、活物質の成分としてＳｉおよび／またはＳｉＯ８０重量部、導電材としてＳＷＣＮＴ０．２１重量部とＳｕｐｅｒＣ９．７９重量部を含み、バインダー成分としてＰＡＡ‐ＰＶＡ（（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ）‐（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ））１０重量部を溶剤である水に添加して活物質スラリーを製造した後、第１集電体（１１０）上に１回のコーティング、乾燥及び圧着して製造した。第１集電体（１１０）としては、図４に図示された厚さ方向に複数の貫通ホールが形成された構造の銅集電体を用いた。
また、上記第２合剤層（１２１）は、活物質成分としてグラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）９６重量部、導電材成分としてＳｕｐｅｒＣ１重量部、バインダーないし増粘剤成分としてＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）１．５重量部とＳＢＲ（Ｓｔｙｌｅｎ‐Ｂｕｔｈｙｌｅｎｅ‐Ｒｕｂｂｅｒ）１．５重量部を溶剤である水に添加して活物質スラリーを製造した後、第２集電体（１２０）上に１回のコーティング、乾燥及び圧着して製造した。上記第２集電体（１２０）は、銅箔を用いた。
［第２実施形態］
図２を参照すると、本発明に係る二次電池用の負極（２００）は、互いに平行に並列配置された第１集電体（２１０）及び第２集電体（２２０）と、上記第１集電体（２１０）の一面に形成された第１合剤層（２１１）と、上記第２集電体（２２０）の一面に形成された第２合剤層（２２１）とを含んでいる。上記第１合剤層（２１１）及び第２合剤層（２２１）は、それぞれ第１集電体（２１０）および第２集電体（２２０）の互いに対向する面に形成された構造である。この場合は、第１合剤層（２１１）および第２合剤層（２２１）が互いに向かい合う形で形成された構造である。例えば、上記第１集電体（２１０）を基準として、第１合剤層（２１１）が形成された面の反対側の方向に分離膜及び正極が順次に位置する構造の電極組立体が形成される。また、第１集電体（２１０）および第２集電体（２２０）の一側端部は、電気的に連結されるように締結された集電体合支部（２３０）が形成された構造である。
上記第１合剤層（２１１）及び第２合剤層（２２１）の組成は、前述の第１実施形態と同様である。第１集電体（２１０）は、図５に図示されたメッシュ形の銅集電体を用い、第２集電体（２２０）は、銅箔を用いた。
［第３実施形態］
図３を参照すると、本発明に係る二次電池用の負極（３００）は、互いに平行に並列配置された第１集電体（３１０）及び第２集電体（３２０）と、上記第１集電体（３１０）の両面に形成された第１合剤層（３１１、３１２）と、上記第２集電体（３２０）の一面に形成された第２合剤層（３２１）とを含んでいる。上記第２合剤層（３２１）は、第２集電体（３２０）の第１集電体（３１０）に向かう面に形成された構造である。この場合は、第１集電体（３１０）は、両面に第１合剤層（３１１、３１２）が形成された構造であり、第２集電体（３２０）には、第１集電体（３１０）方向に第２合剤層（３２１）が形成された構造ある。また、第１集電体（３１０）および第２集電体（３２０）の一側端部は、電気的に連結されるように締結された集電体合支部（３３０）が形成された構造である。
上記第１合剤層（３１１、３１２）及び第２合剤層（３２１）の組成は、前述の第１実施形態と同様である。第１集電体（３１０）は、図６に図示された複数の厚さ方向貫通型ホールが形成された銅集電体を用い、第２集電体（３２０）は、銅箔を用いた。
［第４の実施形態］
図７は、本発明による負極を用いた二次電池の構造を模式的に図示した断面図である。図７を参照すると、本発明の一実施形態に係る二次電池は、正極（２０）、負極（１００）および正極（２０）と負極（１００）との間に介在された分離膜（１０）を含んでいる。上記負極（１００）の構造は、前述した第１実施形態と同様である。
１０： 分離膜
２０： 正極
２１： 正極合剤層
１００、２００、３００： 負極
１１０、２１０、３１０： 第１集電体
１１１、２１１： 第１合剤層

Claims (12)

  1. 互いに平行に並列配置された第１～第ｎ集電体（ｎは２～５の間の整数である）と、
    各集電体の一面または両面に形成された合剤層とを含み、
    前記集電体のうち一つ以上に形成された合剤層は、シリコン成分を含有する活物質を含み、炭素成分を含有する活物質を含まず、
    前記集電体のうち別の一つ以上に形成された合剤層は、炭素成分を含有する活物質を含み、シリコン成分を含有する活物質を含まず、
    前記第１～第ｎ集電体の一側以上の端部は、電気的に連結されるように締結されていて、
    第ｋ集電体（ｋは１～ｎ－１の間の整数）と前記第ｋ集電体の一面または両面に形成された第ｋ合剤層を含む第ｋ負極、及び、第ｋ＋１集電体と前記第ｋ＋１集電体の一面または両面に形成された第ｋ＋１合剤層を含む第ｋ＋１負極は、集電体に合剤層が形成された保持部の領域においては、互いに接触されない、二次電池用の負極。
  2. 前記シリコン成分を含有する活物質は、シリコン（Ｓｉ）、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ、０＜ｘ≦２）及びシリコン‐金属（Ｍ）合金（ここで、金属（Ｍ）は、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、およびＴｉのうち１種以上を含む）からなる群から選択される１種以上を含む、請求項１に記載の二次電池用の負極。
  3. 第ｊ集電体（ｊは１～ｎの間の整数である）は、複数の厚さ方向貫通ホールが形成された金属プレートの形である、請求項１または２に記載の二次電池用の負極。
  4. 前記シリコン成分を含有する活物質を含む合剤層は、
    シリコン成分を含有する活物質の含有量が、前記シリコン成分を含有する活物質を含む合剤層１００重量％を基準として、５０～１００重量％の範囲にある、請求項１～３のいずれか一項に記載の二次電池用の負極。
  5. 前記炭素成分を含有する活物質を含む合剤層は、
    炭素成分を含有する活物質の含有量が、前記炭素成分を含有する活物質を含む合剤層１００重量％を基準として、９０～９８重量％の範囲にある、請求項１～４のいずれか一項に記載の二次電池用の負極。
  6. 前記二次電池用の負極は、
    互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体と、
    前記第１集電体の一面または両面に形成されかつシリコン成分を含有する活物質を含む第１合剤層と、
    前記第２集電体の一面または両面に形成されかつ炭素成分を含有する活物質を含む第２合剤層とを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の二次電池用の負極。
  7. 前記第１集電体は複数の厚さ方向貫通ホールが形成された金属プレートの形である、請求項６に記載の二次電池用の負極。
  8. 前記二次電池用の負極は、
    互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体と、
    前記第１集電体の一面に形成された第１合剤層と、
    前記第２集電体の一面に形成された第２合剤層とを含み、
    前記第１合剤層は、前記第１集電体の前記第２集電体に向かう面の反対面に形成され、
    前記第２合剤層は、前記第２集電体の前記第１集電体に向かう面に形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の二次電池用の負極。
  9. 前記二次電池用の負極は、
    互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体と、
    前記第１集電体の一面に形成された第１合剤層と、
    前記第２集電体の一面に形成された第２合剤層とを含み、
    前記第１合剤層及び前記第２合剤層は、それぞれ前記第１集電体および前記第２集電体の互いに対向する面に形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の二次電池用の負極。
  10. 前記二次電池用の負極は、
    互いに平行に並列配置された第１集電体及び第２集電体と、
    前記第１集電体の両面に形成された第１合剤層と、
    前記第２集電体の一面に形成された第２合剤層とを含み、
    前記第２合剤層は、前記第２集電体の前記第１集電体に向かう面に形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の二次電池用の負極。
  11. 正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在された分離膜を含み、
    前記負極は、請求項１～１０のいずれか一項に記載の負極である、二次電池。
  12. 前記二次電池は、パウチ型のリチウム二次電池である、請求項１１に記載の二次電池。
JP2021547748A 2019-11-11 2020-11-04 平行に並列配置された複数の集電体を含む負極及びそれを含む二次電池 Active JP7217358B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0143778 2019-11-11
KR1020190143778A KR20210056836A (ko) 2019-11-11 2019-11-11 평행하게 병렬 배치된 복수의 집전체를 포함하는 음극 및 이를 포함하는 이차전지
PCT/KR2020/015264 WO2021096148A1 (ko) 2019-11-11 2020-11-04 평행하게 병렬 배치된 복수의 집전체를 포함하는 음극 및 이를 포함하는 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022520839A JP2022520839A (ja) 2022-04-01
JP7217358B2 true JP7217358B2 (ja) 2023-02-02

Family

ID=75912193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021547748A Active JP7217358B2 (ja) 2019-11-11 2020-11-04 平行に並列配置された複数の集電体を含む負極及びそれを含む二次電池

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20220166030A1 (ja)
EP (1) EP3902034B1 (ja)
JP (1) JP7217358B2 (ja)
KR (1) KR20210056836A (ja)
CN (1) CN113366664A (ja)
ES (1) ES2950862T3 (ja)
HU (1) HUE063076T2 (ja)
PL (1) PL3902034T3 (ja)
WO (1) WO2021096148A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004265718A (ja) 2003-02-28 2004-09-24 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2010135111A (ja) 2008-12-02 2010-06-17 Nec Tokin Corp リチウムイオン二次電池
JP2017059538A (ja) 2015-09-18 2017-03-23 積水化学工業株式会社 積層型電池

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000243396A (ja) * 1999-02-23 2000-09-08 Hitachi Ltd リチウム二次電池とその製造方法及びその負極材並びに電気機器
JP2005197217A (ja) * 2003-12-10 2005-07-21 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 非水電解液二次電池用負極
KR100812749B1 (ko) * 2006-09-01 2008-03-12 주식회사 엘앤에프신소재 리튬 이차 전지용 양극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는리튬 이차 전지
JP4301340B2 (ja) * 2007-08-15 2009-07-22 日産自動車株式会社 組電池
KR101028657B1 (ko) * 2009-08-19 2011-04-11 고려대학교 산학협력단 리튬 분말과 실리콘 옥사이드 이중층 음극, 그 제조 방법 및 이를 이용한 리튬 이차 전지
WO2014189329A1 (ko) * 2013-05-23 2014-11-27 주식회사 엘지화학 다층의 활물질층을 포함하는 리튬 이차전지
JP6187601B2 (ja) * 2014-01-09 2017-08-30 日産自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の製造方法
KR101717220B1 (ko) * 2014-05-09 2017-03-16 주식회사 엘지화학 둘 이상의 집전체를 구비하는 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP2017532734A (ja) 2014-09-29 2017-11-02 エルジー・ケム・リミテッド アノード、これを含むリチウム二次電池、前記リチウム二次電池を含む電池モジュール、およびアノードの製造方法
WO2016103113A1 (ja) * 2014-12-26 2016-06-30 株式会社半導体エネルギー研究所 負極活物質、二次電池、負極の作製方法、および負極の処理装置
KR102340100B1 (ko) * 2017-08-18 2021-12-16 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 이차 전지
KR20190143778A (ko) 2018-06-21 2019-12-31 주식회사 코너스톤스마트 단체 스포츠 그룹 플레이 서비스 제공 시스템 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004265718A (ja) 2003-02-28 2004-09-24 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2010135111A (ja) 2008-12-02 2010-06-17 Nec Tokin Corp リチウムイオン二次電池
JP2017059538A (ja) 2015-09-18 2017-03-23 積水化学工業株式会社 積層型電池

Also Published As

Publication number Publication date
US20220166030A1 (en) 2022-05-26
WO2021096148A1 (ko) 2021-05-20
ES2950862T3 (es) 2023-10-16
PL3902034T3 (pl) 2023-09-04
HUE063076T2 (hu) 2023-12-28
EP3902034B1 (en) 2023-06-14
KR20210056836A (ko) 2021-05-20
EP3902034A4 (en) 2022-04-20
EP3902034A1 (en) 2021-10-27
CN113366664A (zh) 2021-09-07
JP2022520839A (ja) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10454096B2 (en) Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR101620617B1 (ko) 도전성이 개선된 양극 합제, 그를 구비하는 양극 및 전기화학소자
JP2018537815A (ja) 正極及び前記正極を含む二次電池
CN113939929A (zh) 二次电池用负极和包含其的二次电池
US11081762B2 (en) Electrode assembly and lithium secondary battery including the same
KR102121277B1 (ko) 유기/무기 복합 다공성 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자
KR20210039599A (ko) 이중층 구조의 합제층을 포함하는 음극 및 이를 포함하는 이차전지
EP3836254B1 (en) Secondary battery cathode having improved thermal stability and manufacturing method therefor
JP2023501418A (ja) 電極組立体の積層不良の検出方法、絶縁部材を含む電極組立体及びそれを含む電池セル
KR102492760B1 (ko) 음극 활물질의 제조 방법
KR20170111517A (ko) 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20170022465A (ko) 복합구조의 전극조립체 및 그를 포함하는 전기화학소자
CN114424380B (zh) 用于测试内部短路的电池单体以及用于通过使用该电池单体进行内部短路测试的方法
JP7217358B2 (ja) 平行に並列配置された複数の集電体を含む負極及びそれを含む二次電池
KR102134016B1 (ko) 전극 및 그를 포함하는 전기화학소자
EP3869585B1 (en) Cathode comprising mixture layer having dual layer structure with different lno amounts, and secondary battery comprising same
CN220569725U (zh) 锂离子二次电池
KR20210054828A (ko) 평균 입경이 상이한 이종의 입자상 활물질을 포함하는 이중층 구조의 전극 및 이를 포함하는 이차전지
KR20170009097A (ko) 도전성이 개선된 양극 및 그를 포함하는 전기화학소자
KR20170086925A (ko) 전극 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR20220042728A (ko) 휴지 기간을 갖는 이차전지 충방전 방법 및 이를 포함하는 이차전지 포메이션 방법
KR20230072616A (ko) 리튬 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20200109861A (ko) 리튬 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20210059918A (ko) 버퍼층을 포함하는 이차전지용 전극 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210816

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220817

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220822

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221021

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230116

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230123

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7217358

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150