JP2006260928A - リチウム二次電池用電極の製造方法及びリチウム二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 リチウムを吸蔵・放出する活物質からなる薄膜を、集電体の上に堆積して形成することにより電極を製造するリチウム二次電池用電極の製造方法であり、薄膜形成後、集電体の塑性変形領域まで電極に対して少なくとも一方向に引張荷重をかける工程を含むことを特徴としている。
【選択図】 図1
Description
ここで、A0は試験前の試料の断面積であり、εは標点距離に対するパーセンテージであらわされる。この値は、試料に引張荷重を加えた時の規定の永久伸びε(%)を与える引張荷重値をあらわしており、例えば引張試験機等により測定することができる。引張荷重をかける工程における荷重値は、活物質層に確実に空隙または亀裂を形成させるためには、電極の耐力σ0.03以上であることが好ましい。すなわち、永久伸びεが0.03%となる時の耐力σ以上であることが好ましい。
ここで、Fmは試験中に試験片が耐えた最大の力であり、銅のような明確な降伏点を持たない材料では、破断寸前の荷重値となる。引張荷重をかける工程において、荷重値がばらつきの範囲内で引張強度を超えることがないように、荷重値の上限は、例えば引張強度の80%程度に設定してもよい。
集電体として、銅圧延箔の表面に電解法により銅を析出させることにより、表面に凹凸を形成した粗面化銅圧延箔(表面粗さRa0.47μm、厚み18μm)を用いた。この集電体の上に、図2に示すスパッタリング装置を用いて、非晶質シリコン薄膜を堆積した。
LiCoO2粉末90重量部と、導電剤としての人造黒鉛粉末5重量部とを、結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン5重量部を含む5重量%のN−メチルピロリドン溶液に混合し、正極合剤スラリーとした。このスラリーをドクターブレード法により、正極集電体であるアルミニウム箔の2cm×2cmの領域の片面に塗布した後乾燥し、正極活物質層を形成した。正極活物質を塗布しなかったアルミニウム箔の領域の上に正極タブを取り付け、正極を完成した。リチウム二次電池1個に2枚の正極を使用した。
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを3:7の体積比で混合した溶媒に、LiPF6を1モル/リットル溶解した液を調製し、さらに30分間二酸化炭素を吹き込み、該二酸化炭素を溶解させることにより非水電解質を得た。非水電解質に溶解された二酸化炭素量を重量法で測定したところ、0.40重量%であった。
負極の両面上に樹脂製のセパレータを重ね、さらにその外側に2枚の正極を重ねて、正極活物質層と負極活物質層が対向するように配置させ、電極構造体を作製した。電極構造体をアルミニウムラミネートフィルムからなる外装体内に挿入した。正極タブ及び負極タブは、溶着された外装体の端部から外部に取り出されている。二酸化炭素雰囲気中において、非水電解質を0.6ml注入し、リチウム二次電池を作製した。
作製した電池の充放電サイクル試験を行った。充放電条件は表5に示す通りである。
負極の充放電試験前後の厚みを、マイクロメータで測定し、充放電試験前後での厚みの変化を求め、表7に結果を示した。なお、各電極について、中央部及び四隅の計5点で測定を行い、その平均値を負極厚みとした。
2…ドラム
3…シリコン(Si)スパッタ源
4…DCパルス電源
5…プラズマ
Claims (13)
- リチウムを吸蔵・放出する活物質からなる薄膜を集電体上に堆積して形成することにより電極を製造するリチウム二次電池用電極の製造方法において、
前記薄膜形成後、前記集電体の塑性変形領域まで、前記電極に対して少なくとも一方向に引張荷重をかける工程を含むことを特徴とするリチウム二次電池用電極の製造方法。 - 前記一方向と略垂直な方向にも引張荷重をかけることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 前記引張荷重の最大値が、前記集電体の耐力σ0.03以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 前記引張荷重が前記集電体の耐力σ0.03以上である時間が、15秒以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 前記活物質薄膜が、シリコンを主成分とする薄膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 前記活物質薄膜が、微結晶シリコン薄膜または非晶質シリコン薄膜であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 前記活物質薄膜が、蒸着法、スパッタリング法、CVD法、または溶射法により前記集電体上に形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 前記活物質薄膜がその厚み方向に形成された切れ目によって柱状に分離されており、かつ該柱状部分の底部が前記集電体と密着していることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 前記集電体が銅箔または銅合金箔からなり、かつ前記活物質薄膜が形成されている前記集電体の面の表面粗さRaが0.01〜2μmであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 前記集電体が耐熱性銅合金箔であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 前記活物質薄膜が形成されている前記集電体の面が、めっき法、気相成長法、エッチング法、または研磨法により粗面化されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 前記粗面化が、めっき法により銅を主成分とするめっき膜を形成することによりなされていることを特徴とする請求項11に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法で製造された負極と、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二次電池。
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