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KR101164615B1 - 음극 및 이를 사용한 전지 - Google Patents

음극 및 이를 사용한 전지 Download PDF

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KR101164615B1
KR101164615B1 KR1020030081435A KR20030081435A KR101164615B1 KR 101164615 B1 KR101164615 B1 KR 101164615B1 KR 1020030081435 A KR1020030081435 A KR 1020030081435A KR 20030081435 A KR20030081435 A KR 20030081435A KR 101164615 B1 KR101164615 B1 KR 101164615B1
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케니치 카와세
토무 타카다
유키오 미야키
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소니 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 우수한 고온 보존 특성을 얻을 수 있는 음극, 및 이를 사용한 전지를 제공한다. 이 전지는 권선 전극체를 갖고, 이 권선 전극체에서 양극과 음극이 층을 이루어 감기며, 전해질 용액을 보존 유지체에 보존 유지한 전해질 층과 세퍼레이터가 사이에 들어가 있다. 음극(22)은 음극 집전체와, 음극 활성 물질층과, 산화 규소 함유층을 갖는다. 음극 활성 물질층은, Si 혹은 이 합금을 포함하고, 기체상법, 액체상법 또는 소결법으로 형성된 것이며, 음극 활성 물질층과 음극 집전체 사이의 계면 중 적어도 일부에서 음극 집전체와 함금화되어 있는 것이 바람직하다. 산화규소 함유층은 산화규소를 포함하고, 두께가 50㎚ 이상이다. 산화규소 함유층에 의해, 고온에서 음극 활성 물질층과 전해질 용액과의 반응이 억제된다.

Description

음극 및 이를 사용한 전지 {ANODE AND BATTERY USING IT }
도 1은, 본 발명의 하나의 실시예와 관련되는 2차 전지의 구성을 도시하는 분해 사시도.
도 2는, 도 1에 도시한 전극 권선체의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 구성을 도시하는 단면도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 양극 리드 12 : 음극 리드
20 : 전극 권선체 21 : 양극
21A : 양극 집전체 21B : 양극 활성 물질층
22 : 음극 22A: 음극 집전체
22B : 음극 활성 물질층 22C : 산화 규소 함유층
23 : 세퍼레이터 24 : 전해질층
25 : 보호 테이프 30A, 30B : 외장 부재
31 : 접착 필름
본 발명은, 음극 집전체와 음극 활성 물질층을 갖는 음극과, 이를 사용한 전지에 관한 것이다.
최근에, 모바일 기기의 고성능 및 다기능과 관련해서, 그 전원인 2차 전지의 고용량화가 절실히 요망되고 있다. 이 요구에 부응하는 2차 전지로서 리튬 2차 전지가 있다. 그러나, 현재 리튬 2차 전지의 대표적인 형태인, 양극에 코발트산 리튬, 음극에 흑연을 이용한 경우 전지 용량은 포화 상태에 있으며, 전지의 대폭적인 고용량화는 극히 곤란한 상황이다. 따라서, 오래 전부터 음극에 금속 리튬(Li)을 이용하는 것이 검토되고 있지만, 이 음극을 실용화하기 위해서는, 리튬의 침전 용해 효율의 향상 및 수지상 결정의 침전 형태의 제어 등을 꾀할 필요가 있다.
다른 한편으로, 최근 규소(Si) 혹은 주석(Sn) 등을 이용한 고용량의 음극의 검토가 활발히 행해지고 있다. 그러나, 이들 음극은 충방전을 반복하면, 음극 활성 물질의 격렬한 팽창 및 수축에 의해 분쇄되고 미세화되며, 집전성이 저하되거나 표면적의 증대로 인해 전해질 용액의 분해 반응이 촉진되어 사이클 특성은 극히 열악하였다. 따라서, 기체상법, 액체상법 혹은 소결법 등에 의해 음극 집전체에 음극 활성 물질층을 형성한 음극도 검토되고 있다 (예를 들면, 일본의 미심사 특허 공개 공보 H8-50922호, 일본 특허 제 2948205호 및 일본의 미심사 특허 공개 공보 H11-135115호 참조). 이 음극에 의하면, 미립자 음극 활성 물질과 바인더를 포함한 슬러리를 도포한 종래의 도포형 음극에 비해 미세화를 억제할 수 있고, 음극 집전체와 음극 활성 물질층을 일체화할 수 있기 때문에, 음극의 전자 전도성이 지극히 양호해져, 용량 및 수명 면에서 고성능화가 기대되고 있다. 또한, 종래에는 음극 중 에 존재했던 전도성 물질, 바인더 및 공극(空隙) 등을 감소 또는 배제할 수 있으므로, 본질적으로 음극을 박막화하는 것이 가능하게 될 수 있다.
그렇지만, 기체상법, 액체상법 혹은 소결법에 의해 음극 집전체에 음극 활성 물질층을 형성한 음극도, 도포형 음극과 마찬가지로, 고온에서 보존하면, 전해질과 반응하여, 전지의 내부 저항의 상승이나 용량 저하를 유발하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 고려해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 우수한 고온 보존 특성을 얻을 수 있는 음극과, 이를 사용한 전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 제 1의 음극은, 음극 집전체와, 이 음극 집전체에 설치되고 음극 활성 물질층과 음극 집전체 사이의 계면 중 적어도 일부에서 음극 집전체 합금화되어 있는 음극 활성 물질층과, 이 음극 활성 물질층에 50nm 이상의 두께로 설치된 산화규소를 포함하는 층을 포함한다.
본 발명에 의한 제 2 음극은, 음극 집전체와, 이 음극 집전체에 기체상법, 액체상법 및 소결법으로 이루어지는 군 중 적어도 하나의 방법에 의해 형성된 음극 활성 물질층과, 이 음극 활성 물질층에 50nm 이상의 두께로 설치된 산화규소를 포함하는 층을 포함한다.
본 발명에 의한 제 1 전지는, 양극, 음극 및, 전해질을 포함한다. 음극은, 음극 집전체와, 이 음극 집전체에 설치되어 음극 활성 물질층과 음극 집전체 사이의 계면 중 적어도 일부에서 음극 집전체와 합금화되어 있는 음극 활성 물질층과, 이 음극 활성 물질층에 50nm 이상의 두께로 설치된 산화규소를 포함하는 층을 포함 한다.
본 발명에 의한 제 2 전지는, 양극, 음극 및, 전해질을 포함한다. 음극은, 음극 집전체와, 이 음극 집전체에 기체상법, 액체상법 및 소결법으로 이루어지는 군 중 적어도 하나의 방법에 의해 형성된 음극 활성 물질층과, 이 음극 활성 물질층에 50nm 이상의 두께로 설치된 산화규소를 포함하는 층을 포함한다.
본 발명에 의한 제 1 및 제 2 음극에서는, 산화 규소 함유층이 50nm 이상의 두께로 설치되어 있으므로, 고온에서 음극 활성 물질층과 전해질의 반응이 억제된다.
본 발명에 의한 제 1 및 제 2 전지에서는, 본 발명의 음극을 이용하고 있으므로, 고온에서 음극 활성 물질층과 전해질과의 반응이 억제되어, 우수한 고온 보존 특성을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 목적과 추가 목적, 특징 및 이점은 다음 상세한 설명으로부터 보다 충분히 나타날 것이다.
본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명될 것이다.
도 1은, 본 발명의 하나의 실시예와 관련되는 2차 전지의 구성을 분해하여 나타내는 것이다. 이 2차 전지는, 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)가 부착된 전극 권선체(20)를 필름 형상의 외장 부재(30A, 30B)의 내부에 수용한 것이며, 크기, 중량 및 두께가 감소될 수 있다.
양극 리드(11) 및 음극 리드(12)는, 각각 이후 기술하는 양극 집전체(21A) 및 음극 집전체(22A)의 단부(端部)에 길이 방향으로 부착된다. 외장 부재(30A, 30B)의 내부에서 외부로, 예를 들면 동일 방향으로 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)가 향한다. 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)는, 예를 들면, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 혹은 스테인리스와 같은 금속 재료로 각각 구성되어 있으며, 각각 박판 형상 또는 그물 형상으로 되어 있다.
외장 부재(30A, 30B)는, 예를 들면, 나일론 필름, 알루미늄박 및 폴리에틸렌 필름을 이 순서대로 한데 붙인 직사각형 모양의 알루미늄 적층 필름으로 구성되어 있다. 외장 부재(30A, 30B)는, 예를 들면, 폴리에틸렌 필름 측과 전극 권선체(20)가 대향하도록 배설되어 있으며, 각 바깥 가장자리부가 융착(anastomose) 혹은 접착제에 의해 서로 밀착되어 있다. 외장 부재(30A, 30B)와 양극 리드(11) 및 음극 리드(12) 사이에는, 바깥쪽 공기의 침투를 방지하기 위한 접착 필름(31)이 삽입되어 있다. 접착 필름(31)은, 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)에 대해서 밀착성을 갖는 재료, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리에틸렌 및 변성 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지로 구성되어 있다.
외장 부재(30A, 30B)는, 상술한 알루미늄 적층 필름 대신에, 다른 구조를 갖는 적층 필름, 폴리프로필렌과 같은 고분자 필름 혹은 금속 필름으로 구성될 수 있다.
도 2는, 도 1에 도시한 전극 권선체(20)의 Ⅱ-Ⅱ선에 의한 단면 구조를 나타내는 것이다. 전극 권선체(20)에서, 양극(21)과 음극(22)은 층을 이루어 감기고 세퍼레이터(23)와 전해질 층(24)이 사이에 삽입되어 있으며, 가장 바깥쪽 부분은 보 호 테이프(25)에 의해 보호되고 있다.
양극(21)은, 예를 들면, 양극 집전체(21A)와, 양극 집전체(21A)에 설치된 양극 활성 물질층(21B)을 갖고 있다. 양극 활성 물질층(21B)은, 양극 집전체(21A)의 양면 또는 한 면에 형성되어 있을 수 있다. 양극 집전체(21A)는, 예를 들면, 알루미늄, 니켈 혹은 스테인리스 등으로 구성되어 있다.
양극 활성 물질층(21B)은, 예를 들면, 양극 활성 물질로서 리튬을 삽입 및 이탈시키는 것이 가능한 두 가지 종류의 양극 재료를 포함하고, 필요에 따라, 탄소 재료와 같은 전도성 물질과 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride)과 같은 바인더를 포함할 수 있다. 리튬을 삽입 및 이탈시키는 것이 가능한 양극 재료로서, 예를 들면, 일반식 LixMIO2로 표현되는 리튬 함유 금속 복합 산화물이 바람직하다. 리튬 함유 금속 복합 산화물은, 고전압을 발생할 수 있고, 밀도가 높기 때문에, 2차 전지의 더 높은 고용량화를 도모할 수가 있기 때문이다. MI는 한 종류 이상의 전이 금속을 의미하고, 예를 들면 코발트(Co) 및 니켈 중 적어도 하나가 바람직하다. x는 전지의 충방전 상태에 따라 다르며, 통상 0.05≤x≤1.10의 범위 내의 값이다. 이와 같은 리튬 함유 금속 복합 산화물의 구체적인 예로, LiCoO2, LiNiO2 등을 들 수 있다.
음극(22)은, 예를 들면, 음극 집전체(22A)와, 음극 집전체(22A)에 설치된 음극 활성 물질층(22B)과, 음극 활성 물질층(22B)에 설치된 산화 규소 함유층(22C)을 갖고 있다. 음극 집전체(22A), 음극 활성 물질층(22B) 및 산화 규소 함유층(22C)은 이 순서대로 적층되어 있으며, 산화 규소 함유층(22C) 측이 양극(21)의 양극 활성 물질층(21B)과 대향하도록 배치되어 있다. 음극 활성 물질층(22B) 및 산화 규소 함유층(22C)은, 음극 집전체(22A)의 양면 또는 한 면에 형성되어 있을 수 있다.
음극 집전체(22A)는, 예를 들면, 구리(Cu), 스테인리스, 니켈, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 혹은 알루미늄 등으로 구성되는 것이 바람직하고, 그 중에서도 음극 활성 물질층(22B)과 합금화를 일으키기 쉬운 금속으로 음극 집전체(22A)가 구성되는 것이 보다 바람직한 경우도 있다. 예를 들면, 이후 기술하는 바와 같이, 음극 활성 물질층(22B)이 규소의 홑원소 물질(simple substance) 및 화합물로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 경우, 구리, 티탄, 알루미늄 혹은 니켈 등이 합금화되기 쉬운 재료로 예시될 수 있다. 음극 집전체(22A)는, 단층으로 구성해도 좋지만, 복수 층으로 구성해도 좋다. 이 경우, 음극 활성 물질층(22B)과 접하는 층을 음극 활성 물질층(22B)과 합금화하기 쉬운 금속 재료로 구성하고, 다른 층을 다른 금속 재료로 구성될 수 있다.
음극 활성 물질층(22B)은, 예를 들면, 기체상법, 액체상법 및 소결법으로 이루어지는 군 중 적어도 하나의 방법에 의해 형성되고, 음극 활성 물질을 포함한다. 이것에 의해, 충방전에 의한 음극 활성 물질층(22B)의 팽창 또는 수축에 의한 절단을 억제하고, 음극 집전체(22A)와 음극 활성 물질층(22B)을 일체화하며, 음극(22)에서 전자 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래의 도포형 음극과 달리, 바인더, 공극 등을 감소 또는 배제할 수 있어, 음극은 박막이 될 수 있다. 이 음극 활성 물질층(22B)은, 음극 활성 물질층(22B)과 음극 집전체(22A) 사이의 계면 중 적어도 일부에서 음극 집전체(22A)와 합금화되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 계면에서, 음극 집전체(22A)의 구성 원소가 음극 활성 물질층(22B)으로, 또는 음극 활성 물질의 구성 원소가 음극 집전체(22A) 안으로, 이 모두가 서로 확산되는 것이 바람직하다. 이러한 합금화는, 음극 활성 물질층(22B)을 기체상법, 액체상법 혹은 소결법에 의해 형성할 때와 동시에 일어나지만, 추가 열처리를 가함으로써 합금화가 일어날 수 있다. 본 명세서에서, 상술한 원소의 확산은 합금화의 한 가지 형태에 포함된다.
음극 활성 물질로, 규소의 홑원소 물질 및 화합물로 이루어진 군 중 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 규소의 홑원소 물질 및 화합물은, 리튬 등과 합금을 형성할 수 있으며, 한편 리튬을 삽입 및 이탈시키는 능력이 크다. 조합에 따라, 종래의 탄소와 비교하여 음극(22)의 에너지 밀도를 높게 할 수 있고, 공기 산화 등에 의해 용이하게 산화 규소 함유층(22C)을 형성할 수 있다. 규소의 화합물로, 예를 들면, SiB4, SiB6, Mg2Si, Mg2Sn, Ni2Si, TiSi2, MoSi2, CoSi2, NiSi2, CaSi2, CrSi2, Cu5Si, FeSi2, MnSi2, NbSi2 , TaSi2, VSi2, WSi2, ZnSi2, SiC, Si3N4 , Si2N2O, SiOv (0<v≤2) 및 LiSiO를 들 수 있다.
음극 활성 물질로, 주석, 게르마늄(Ge) 또는 탄소(C)의 홑원소 물질 및 화합물로 이루어지는 군 중 적어도 1종이 추가로 포함될 수 있다. 단, 음극(22)의 리튬의 삽입 및 이탈에 의한 용량의 50% 이상이 규소의 홑원소 물질 또는 화합물의 반응 때문인 것이 바람직하다.
산화 규소 함유층(22C)은, 산화규소를 포함한다. 고온에서 음극 활성 물질층(22B)과 이후 기술된 전해질 용액의 반응을 억제하고, 전지의 내부 저항의 상승이나 용량 저하를 방지하기 위해 산화 규소 함유층(22C)이 사용된다. 산화 규소 함유층(22C)은, 음극 활성 물질층(22B)의 표면 중 적어도 일부에 설치되고, 음극 활성 물질층(22B)의 전면에 산화 규소 함유층(22C)을 제공할 필요는 없다. 예를 들면, 산화 규소 함유층(22C)은 섬 형상으로 설치될 수 있고, 음극 활성 물질층(22B)을 노출시키는 개구(開口)가 포함될 수 있다. 산화규소 함유층(22C)의 두께는 50nm 이상인 것이 바람직한데, 이는 보다 고온(80℃ 이상)에서, 음극 활성 물질층(22B)과 전해질 용액의 반응이 억제될 수 있기 때문이다. 산화규소는, 이산화규소(SiO2), 일산화 규소(SiO) 혹은 비화학량론 조성의 어느 것이어도 좋지만, 이 중에서 이산화 규소(SiO2)를 포함하는 것이 바람직하다. 일산화 규소는 리튬을 삽입 및 이탈시키므로, 충방전에 수반된 팽창 및 수축에 의해 음극 활성 물질층(22B)의 표면으로부터 탈락하기 쉽다 (이산화 규소는 이러한 위험이 적음). 산화 규소 함유층(22C)뿐만 아니라, 음극 활성 물질층(22B)도 산화규소를 포함할 수 있다. 단, 산화 규소 함유층(22C)에서의 산화 규소 농도가 음극 활성 물질층(22B)에서의 농도보다 높은 것이 바람직하다.
세퍼레이터(23)는, 양극(21)과 음극(22)을 분리하고, 양극(21)과 음극(22) 사이의 접촉에 의한 전류의 합선을 방지하면서, 리튬 이온을 통과시키기 위해 사용된다. 이 세퍼레이터(23)는, 예를 들면, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌으로 구성되 어 있다.
전해질층(24)은, 보존 유지체 (holding body)에 전해질 용액이 분산 혹은 보존 유지된 이른바 겔 전해질(gel electrolyte)로 이루어진다. 겔 전해질은, 전지의 액체 누출을 혹은 고온에서의 팽창을 방지할 수 있으므로 바람직하다. 보존 유지체는, 예를 들면 고분자 재료로 구성되어 있다. 고분자 재료로는, 예를 들면 블록 공중합체인 폴리불화비닐리덴을 들 수 있다.
전해질 용액은, 예를 들면, 용매와 이 용매에 용해된 전해질 염인 리튬염을 포함한다. 필요에 따라 첨가제를 포함할 수 있다. 용매로서, 예를 들면, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 혹은 에틸메틸 카보네이트 등과 같은 유기 용매를 들 수 있다. 이들 중 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 이용할 수 있다.
리튬염으로, 예를 들면, LiPF6, LiC1O4 혹은 LiCF3SO3을 들 수 있다. 이들 중 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 이용할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 2차 전지는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
우선, 예를 들면, 양극 활성 물질, 전도성 물질 및 바인더를 혼합하여 양극 혼합물을 조제하고, 이 혼합물을 N-메틸 피롤리돈과 같은 분산 매질에 분산시켜, 양극 혼합물 슬러리를 얻는다. 이 양극 혼합물 슬러리를 양극 집전체(21A)의 양면 혹은 한 면에 도포하여 건조시키고, 압축 성형한다. 이 결과, 양극 활성 물질층(21B)이 형성되고, 양극(21)이 제조되었다.
이어서, 기체상법 또는 액체상법을 이용해서, 음극 활성 물질, 예를 들면, 규소의 홑원소 물질 및 화합물로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 음극 집전체(22A)에 증착시켜 음극 활성 물질층(22B)이 형성된다. 미립자 음극 활성 물질을 포함하는 전구층(前驅層)을 음극 집전체(22A)에 형성한 후, 이를 소결시키는 소결법에 의해 음극 활성 물질층(22B)이 형성될 수 있다. 기체상법, 액체상법 및 소결법 중 2개 또는 3개의 방법을 조합하여 음극 활성 물질층(22B)을 형성할 수 있다. 이와 같이 기체상법, 액체상법 및 소결법으로 이루어지는 군 중 적어도 하나의 방법에 의해 음극 활성 물질층(22B)을 형성함으로써, 경우에 따라, 음극 활성 물질층(22B)과 음극 집전체(22A) 사이의 계면 중 적어도 일부에 음극 집전체(22A)와 합금화된 음극 활성 물질층(22B)이 형성된다. 음극 집전체(22A)와 음극 활성 물질층(22B) 사이의 계면을 더 합금화시키기 위해, 진공 분위기 또는 비산화성 분위기에서 열처리를 행할 수 있다. 특히, 음극 활성 물질층(22B)을 이후 기술된 도금에 의해 형성하는 경우, 음극 활성 물질층(22B)은 음극 집전체(22A)와 음극 활성 물질층(22B) 사이의 계면 위에 골고루 합금화시키기 어려운 경우가 있으므로, 필요에 따라서 이 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 기체상법에 의해 음극 활성물질 층(22B)을 형성하는 경우, 음극 집전체(22A)와 음극 활성 물질층(22B) 사이에 계면을 추가 합금화시킴으로써 특성을 향상시킬 수 있으므로, 필요에 따라 이 열처리를 행하는 것이 바람직하다.
기체상법으로, 음극 활성 물질의 종류에 따라 물리 증착법 혹은 화학 증착법 을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 진공 증착법, 스퍼터법, 이온 도금법, 레이저 어블레이션법, 열 CVD (Chemical Vapor Deposition, 화학 증기 증착) 법 혹은 플라스마 CVD 법 등이 이용 가능하다. 액상법으로는, 전해 도금 혹은 무(無) 전해 도금 등과 같은 공지의 기술이 이용 가능하다. 소결법에 관해서도 공지의 기술을 이용할 수 있으며, 예를 들면, 분위기 소결법, 반응 소결법 혹은 핫 프레스 소결법이 이용 가능하다.
음극 활성 물질층(22B)을 형성한 후, 음극 활성 물질층(22B)에 증착법 혹은 스퍼터법 등에 의해, 산화 규소와 같은 이산화규소로 이루어지는 산화규소 함유층(22C)을 형성시켜 음극(22)을 제작한다. 대안적으로, 음극 활성 물질층(22B)을 산소 함유 분위기 중에서 산화시키거나, 음극 활성 물질층(22B)과 전해질 용액 사이에서 전기화학 반응을 일으킴으로써, 산화 규소 함유층(22C)이 형성될 수 있다.
계속해서, 예를 들면, 양극(21) 및 음극(22)의 각각에, 보존 유지체에 전해질 용액을 보존 유지시킨 전해질층(24)을 형성한 후, 양극 집전체(21A)에 양극 리드(11)를 용접에 의해 부착시키고, 음극 집전체(22A)에 음극 리드(12)를 용접에 의해 부착시킨다.
이어서, 전해질층(24)을 형성한 양극(21)과 음극(22)을 세퍼레이터(23)를 사이에 넣어 층을 이루게 함으로써 적층체를 제조한 후, 이 적층체는 길이 방향으로 감기고, 가장 바깥쪽 원주부에 보호 테이프(25)를 접착하여 전극 권선체(20)를 형성한다
마지막으로, 예를 들면, 외장 부재(30A, 30B) 사이에 전극 권선체(20)를 끼워 넣고, 외장 부재(30A, 30B)의 바깥 가장자리부를 열 융착 등에 의해 밀착시켜 봉입한다. 그 때, 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)와 외장 부재(30A, 30B) 사이에 밀착 필름(31)을 삽입한다. 이것으로, 도 1 및 도 2에 도시한 2차 전지가 완성된다.
이 2차 전지는 다음과 같이 작용한다.
이 2차 전지에서, 충전시, 양극(21)으로부터 리튬 이온이 이탈하고, 전해질 용액을 거쳐 음극(22)으로 삽입된다. 방전시, 예를 들면, 음극(22)으로부터 리튬 이온이 이탈하고, 전해질 용액을 거쳐 양극(21)에 삽입된다. 여기서, 음극 활성 물질층(22B)에 산화 규소 함유층(22C)이 50nm 이상의 두께로 설치되어 있으므로, 고온에서 보존해도, 음극 활성 물질층(22B)과 전해질 용액과의 반응이 억제된다.
이와 같이 이러한 실시예에서, 음극 활성 물질층(22B)의 양극(21)과 대향하는 측에, 산화 규소 함유층(22C)이 50nm 이상의 두께로 설치된다. 따라서, 고온에서, 음극 활성 물질층(22B)과 전해질 용액 사이에 반응을 억제할 수 있어, 전지의 내부 저항의 상승이나 용량 저하를 방지할 수 있다. 즉, 우수한 고온 보존 특성을 얻을 수가 있다.
더욱이, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해, 도 1및 도 2를 참조하여, 동일한 부호를 사용하여 설명한다.
실시예 1～3으로, 우선, 평균 입자 직경이 5㎛인 양극 활성 물질인 코발트산 리튬(LiCoO2) 분말과, 전도성 물질인 카본 블랙과, 바인더인 폴리불화비닐리덴을, 코발트산리튬:카본 블랙:폴리불화비닐리덴=92:3:5의 질량비로 혼합하고, 이를 분산매인 N-메틸피롤리돈에 투입하여 양극 혼합물 슬러리를 얻었다. 이 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20㎛인 알루미늄으로 이루어지는 양극 집전체(21A)에 도포해서, 건조시키고, 가압했다. 이에 따라, 양극 활성 물질층(21B)이 형성되고, 양극(21)을 제작하였다.
또한, 전해 구리박으로 이루어진 두께 25㎛의 음극 집전체(22A)에, 진공 증착법에 의해 비정질 규소로 이루어지는 두께 3.0㎛의 음극 활성 물질층(22B)을 형성한 후, 음극 활성 물질층(22B)에, RF 스퍼터법을 통해 산화규소로 이루어지는 산화규소 함유층(22C)을 형성하여, 음극(22)을 제작하였다. 그 때, 산화규소 함유층(22C)의 두께는, 실시예 1～3에서 표 1에 나타낸 것처럼 변화시켰다. 얻어진 음극(22)을 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy; X선 광전자 분광법) 및 AES (Auger Electron Spectroscopy; 오저 전자 분광법)에 의해 분석한 바, 음극 활성 물질층(22B)이, 음극 활성 물질층(22B)와 음극 집전체(22A) 사이의 계면 중 적어도 일부에서 음극 집전체(22A)와 합금화되어 있음이 확인되었다.
음극의 구성 고온 유지 후 방전 용량 유지율(%)
음극 활성 물질층 산화 규소 함유층의 두께 (nm) 40℃ 60℃ 80℃
예 1 Si 증착 50 92 85 77
예 2 Si 증착 100 94 90 88
예 3 Si 증착 300 93 90 89
비교예 1 Si 증착 0 92 82 75
비교예 2 Si 증착 30 92 83 73
비교예 3 Si 도포 100 89 74 65
비교예 4 Si 도포 0 88 75 64

이어서, 에틸렌 카보네이트 42.5 중량%와, 프로필렌 카보네이트 42.5 중량%와, 리튬염인 LiPF6 15 중량%로 이루어진 전해질 용액 30 중량%에, 중량 평균 분자량이 60만인 블록 공중합체인 폴리불화비닐리덴 10 중량%와, 고분자 재료의 용매인 디메틸 카보네이트 60 중량%을 혼합하여 용해시킨 전구체 용액을 양극(21)과 음극(22)에 각각 도포했다. 이 생성물을 상온에서 8시간 동안 방치하면, 디메틸 카보네이트가 휘발되었다. 각각의 양극(21)과 음극(22) 각각 위에 전해질층(24)을 형성하였다.
이어서, 양극(21)과 음극(22)을 띠 형상으로 절단하고, 양극(21)에 양극 리드(11)를 부착시키고, 음극(22)에 음극 리드(12)를 부착하였다. 그 후, 전해질 층(24)이 형성된 양극(21)과 음극(22)을 적층하여 적층체가 형성되었다. 이 적층체를 감아줌으로써 전극 권선체(20)를 형성하였다.
마지막으로, 이 전극 권선체(20)를, 알루미늄 적층 필름으로 이루어진 외장 부재(30A,30B) 사이에 끼우고, 감압 하에서 열 융착을 통해 전극 권선체(20)를 밀 폐하였다. 그 때, 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)와 외장 부재(30A,30B) 사이에 수지로 이루어진 접착 필름(31)을 삽입하였다. 이를 통해, 도 1 및 도 2에 도시한 2차 전지를 얻었다.
얻어진 실시예 1～3의 2차 전지에 대해, 고온 보존 특성을 조사하였다. 우선, 1 mA/cm2의 정전류 밀도로, 전지 전압이 4.2V에 달할 때까지 정 전류 충전을 가했다. 이후, 4.2V의 정전압으로 전류 밀도가 0.02 mA/cm2에 달할 때까지 정전압 충전을 행하였다. 이 때, 미리 계산에 의해 구한 양극(21) 및 음극(22)의 충방전 용량을 기준으로, 음극 이용율을 90%로 설정하여, 금속 리튬이 침전되지 않게 하였다. 그 후, 1 mA/cm2의 정전류 밀도로 전지 전압이 2.5V에 달할 때까지 정전류 방전을 가하고, 고온 보존 전의 방전 용량을 측정하였다. 1 사이클의 충방전을 가한 후, 제 1 사이클의 충전과 유사한 조건에서 정전류 충전을 행하였다. 이어서, 40℃, 60℃ 또는 80℃의 오븐에서 7일간 보존한 후, 1 mA/cm2의 정전류 밀도로, 전지 전압이 2.5V에 달할 때까지 정전류 방전을 행하고, 고온 보존 후의 방전 용량을 측정하였다. 또한, 고온 보존 후의 방전 용량 유지율(%)로서, 고온 보존 전의 방전 용량에 대한 고온 보존 후의 방전 용량의 비율을 계산하였다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다. 또 충방전은 모두 25℃에서 행하였다.
실시예 1～3에 대한 비교예 1, 2로서, 산화 규소 함유층의 두께를 표 1에 나타낸 바와 같이 바꾼 것을 제외하고, 그 외에는 실시예 1과 마찬가지로 2차 전지를 제작하였다. 또한, 실시예 1～3에 대한 비교예 3, 4로서, 음극 활성 물질층을 도포하여 2차 전지를 형성하고 산화규소 함유층의 두께를 표 1에 나타낸 것처럼 바꾼 것을 제외하고, 그 외에는 실시예 1～3과 마찬가지로 2차 전지를 제작하였다. 그 때, 평균 입자 직경 1㎛의 음극 활성 물질인 규소 분말 70 중량%와, 아세틸렌 블랙 3 중량%와, 평균 입자 직경이 5㎛인 비늘 조각 형상의 인조 흑연(squamation artificial graphite) 20 중량%와 (이 두 가지는 음극 활성 물질과 전도성 물질임), 바인더인 폴리불화비닐리덴 7 중량%를 혼합하고, 이것을 분산매인 N-메틸 피롤리돈에 투입하여, 음극 혼합물 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 음극 집전체에 도포하여 건조시키고 가압하였다. 이를 통해, 음극 활성 물질층이 형성되었다. 비교예 1～4의 2차 전지에 대해서도, 실시예 1～3과 마찬가지로 고온 보존 특성을 조사하였다. 그 결과도 표 1에 함께 나타나 있다.
표 1로부터 알 수 있는 것처럼, 고온 보존 후의 방전 용량 유지율에 관해서, 산화규소 함유층(22C)의 두께가 50nm 미만인 실시예 1, 2에 비해, 산화규소 함유층(22C)의 두께가 50nm 이상인 비교예 1 내지 3에서 더 높은 값을 얻었다. 이와 반대로, 도포를 통해 음극 활성 물질층이 형성되는 비교예 3, 4에서는, 산화 규소 함유층의 두께가 100nm인 비교예 3과, 산화 규소 함유층이 존재하지 않는 비교예 4 사이에서, 고온 보존 후 방전 용량 유지율에 관한 차이가 거의 없었다. 즉, 음극 활성 물질층(22B)에, 두께가 50nm 이상인 산화 규소 함유층(22C)을 제공하면, 고온 보존 특성을 향상시킬 수가 있다는 것이 밝혀졌다.
상기 실시예에서는, 음극 활성 물질층(22B)이 진공 증착법으로 형성되었다. 그러나, 다른 기체상법에 의해 음극 활성 물질층(22B)을 형성해도 이와 유사한 결과를 얻을 수 있다. 또, 액체상법 혹은 소결법에 의해 음극 활성 물질층(22B)을 형성해도 같은 결과를 얻을 수 있다.
실시예 및 예를 들어 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예 및 예에 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시예 및 예에서, 이른바 겔 전해질을 이용한 경우를 설명했지만, 다른 전해질도 이용할 수 있다. 다른 전해질로는, 액체 전해질인 전해질 용액, 이온 전도성이 있는 고체 전해질, 고체 전해질과 전해질 용액의 혼합물, 또는 고체 전해질과 겔 전해질의 혼합물을 기술할 수 있다.
고체 전해질로는, 예를 들어 이온 전도성이 있는 중합체 물질에 전해질 염이 분산되어 있는 중합체 고체 전해질이나, 이온 전도성 유리 또는 이온 결정으로 구성된 무기 고체 전해질이 사용될 수 있다. 명세서에서, 중합체 물질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 산화물 또는 폴리에틸렌 산화물을 포함한 교차결합 중합체와 같은 에테르 고 중합체 화합물, 폴리메타크릴레이트와 같은 에스테르 고 중합체 화합물, 및 아크릴레이트 고 중합체 화합물은, 이들을 혼합하거나, 분자 상태에서 공중합함으로써 개별적으로 사용될 수 있다. 무기 고체 전해질로는, 리튬 질화물, 리튬 인산염 등을 사용할 수 있다.
상기 실시예와 예에서, 산화 규소 함유층(22C)은 음극 활성 물질층(22B) 위에 제공된다. 그러나, 산화 규소 함유층은 음극 활성 물질층의 양극 측에 위치할 수 있고, 예를 들어, 다른 층은 음극 활성 물질층과 산화 규소 함유층 사이에 삽입 될 수 있다.
또한, 상기 실시예와 예에서, 음극 활성 물질층(22B)은 음극 집전체(22A)에 형성된다. 그러나, 다른 층은 음극 집전체와 음극 활성 물질층 사이에 형성될 수 있다.
또한, 상기 실시예와 예에는, 감는 적층형 2차 전지가 기술되어 있다. 그러나, 본 발명은 다층 적층형 2차 전지에도 이와 유사하게 적용될 수 있다. 게다가, 본 발명은 원통형, 사각형, 동전형, 버튼형, 박형(箔型), 커다란 형 등의 2차 전지에도 적용될 수 있다. 이러한 경우, 필름 외장 부재 대신, 철이나 알루미늄이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 2차 전지뿐만 아니라 1차 전지에도 적용될 수 있다.
앞에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 음극과 본 발명의 전지에 따라, 층 두께가 50nm 이상인 산화 규소 함유층이 음극 활성 물질층에 제공된다. 따라서, 고온에서 음극 활성 물질층과 전해질 사이의 반응이 억제될 수 있고, 전지의 내부 저항성 증가 및 전지의 용량 감소를 막을 수 있다. 즉, 우수한 고온 보존 특징을 얻을 수 있다.
분명히 본 발명의 많은 변형 및 변화가 상기 상세한 설명의 관점에서 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위 내에서 본 발명은 구체적으로 기술된 것과 다른 방식으로 실행할 수 있음을 이해해야 한다.
이상 설명한 바와 같이, 음극 활성 물질층에 산화 규소를 포함하는 산화 규소 함유층을 50nm 이상의 두께로 설치하도록 했으므로, 고온에서, 음극 활성 물질 층과 전해질과의 반응 억제를 통해, 전지의 내부 저항의 상승이나 용량 저하를 방지할 수 있다. 즉 우수한 고온 보존 특성을 얻을 수가 있다.

Claims (13)

  1. 음극 집전체(anode collector)와,
    상기 음극 집전체에 설치되고, 규소(Si)의 홑원소 물질 (simple substance) 및 화합물로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하며, 음극 활성 물질층과 상기 음극 집전체 사이의 계면의 부분 또는 전체에서 상기 음극 집전체와 합금화되어 있는 음극 활성 물질층과,
    상기 음극 활성 물질층에 100㎚ 이상 300㎚ 이하의 두께로 설치된 산화 규소 함유층을 포함하며,
    상기 음극 집전체, 상기 음극 활성 물질층 및 상기 산화 규소 함유층은 순서대로 적층되어 있으며, 상기 산화 규소 함유층 측은 양극의 양극 활성 물질층과 대향하도록 배치되어 있고, 상기 음극 활성 물질층 및 산화 규소 함유층은 상기 음극 집전체의 양면 또는 한 면에 형성되어 있는, 음극.
  2. 음극 집전체와,
    상기 음극 집전체에 기체상법(氣體相法), 액상법(液體相法) 및 소결법(燒結法)으로 이루어지는 군 중 적어도 하나의 방법에 의해 형성되고, 규소(Si)의 홑원소 물질 및 화합물로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 음극 활성 물질층과,
    상기 음극 활성 물질층에 100㎚ 이상 300㎚ 이하의 두께로 설치된 산화 규소 함유층을 포함하며,
    상기 음극 집전체, 상기 음극 활성 물질층 및 상기 산화 규소 함유층은 순서대로 적층되어 있으며, 상기 산화 규소 함유층 측은 양극의 양극 활성 물질층과 대향하도록 배치되어 있고, 상기 음극 활성 물질층 및 산화 규소 함유층은 상기 음극 집전체의 양면 또는 한 면에 형성되어 있는, 음극.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 음극 활성 물질층은, 상기 음극 활성 물질층과 상기 음극 집전체 사이의 계면의 부분 또는 전체에서 상기 음극 집전체와 합금화되어 있는, 음극.
  4. 삭제
  5. 제 2항에 있어서, 상기 산화 규소 함유층은 이산화규소를 포함하는, 음극.
  6. 양극, 음극 및 전해질을 포함한 전지로서,
    상기 음극은 음극 집전체와,
    상기 음극 집전체에 설치되고, 규소(Si)의 홑원소 물질 및 화합물로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하며, 음극 활성 물질층과 음극 집전체 사이의 계면의 부분 또는 전체에서 상기 음극 집전체와 합금화되어 있는 음극 활성 물질층과,
    상기 음극 활성 물질층에 100㎚ 이상 300㎚ 이하의 두께로 설치된 산화 규소 함유층을 포함하며,
    상기 음극 집전체, 상기 음극 활성 물질층 및 상기 산화 규소 함유층은 순서대로 적층되어 있으며, 상기 산화 규소 함유층 측은 양극의 양극 활성 물질층과 대향하도록 배치되어 있고, 상기 음극 활성 물질층 및 산화 규소 함유층은 상기 음극 집전체의 양면 또는 한 면에 형성되어 있는, 전지.
  7. 양극, 음극 및 전해질을 포함한 전지로서,
    상기 음극은 음극 집전체와,
    상기 음극 집전체에 기체상법, 액체상법 및 소결법으로 이루어지는 군 중 적어도 하나의 방법에 의해 형성되고, 규소(Si)의 홑원소 물질 및 화합물로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 음극 활성 물질층과,
    상기 음극 활성 물질층에 100㎚ 이상 300㎚ 이하의 두께로 설치된 산화 규소 함유층을 포함하며,
    상기 음극 집전체, 상기 음극 활성 물질층 및 상기 산화 규소 함유층은 순서대로 적층되어 있으며, 상기 산화 규소 함유층 측은 양극의 양극 활성 물질층과 대향하도록 배치되어 있고, 상기 음극 활성 물질층 및 산화 규소 함유층은 상기 음극 집전체의 양면 또는 한 면에 형성되어 있는, 전지.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 음극 활성 물질층은, 상기 음극 활성 물질층과 상기 음극 집전체 사이의 계면의 부분 또는 전체에서 상기 음극 집전체와 합금화되어 있는, 전지.
  9. 삭제
  10. 제 7항에 있어서, 상기 산화규소 함유층은 이산화규소를 포함하는. 전지.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 전해질은, 보존 유지체(holding body), 용매 및 전해질 염을 포함하는, 전지.
  12. 제 7항에 있어서, 양극, 음극 및 전해질을 수용하는 필름 외장 부재를 더 포함하는, 전지.
  13. 제 7항에 있어서, 상기 양극은, 리튬 함유 금속 복합 산화물을 포함하는, 전지.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014061975A1 (ko) * 2012-10-16 2014-04-24 주식회사 엘지화학 이차전지의 음극 활물질용 규소 산화물

Families Citing this family (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2395059B (en) 2002-11-05 2005-03-16 Imp College Innovations Ltd Structured silicon anode
US20040241548A1 (en) * 2003-04-02 2004-12-02 Takayuki Nakamoto Negative electrode active material and non-aqueous electrolyte rechargeable battery using the same
AU2003289402A1 (en) * 2003-04-23 2004-11-19 Mitsui Mining And Smelting Co., Ltd. Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, method for manufacturing same and nonaqueous electrolyte secondary battery
US20050048369A1 (en) * 2003-08-28 2005-03-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, production method thereof and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4367311B2 (ja) * 2004-10-18 2009-11-18 ソニー株式会社 電池
JP4293205B2 (ja) * 2005-09-09 2009-07-08 ソニー株式会社 電池
JP4622803B2 (ja) * 2005-10-25 2011-02-02 ソニー株式会社 リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池、並びにそれらの製造方法
GB0601319D0 (en) 2006-01-23 2006-03-01 Imp Innovations Ltd A method of fabricating pillars composed of silicon-based material
GB0601318D0 (en) 2006-01-23 2006-03-01 Imp Innovations Ltd Method of etching a silicon-based material
US8110307B2 (en) * 2006-01-25 2012-02-07 Panasonic Corporation Negative electrode for lithium secondary battery, method for producing same, and lithium secondary battery comprising such negative electrode for lithium secondary battery
EP1986253B1 (en) * 2006-02-14 2011-09-07 Panasonic Corporation Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, method for producing same , and nonaqueous electrolyte secondary battery comprising such electrode for nonaqueous secondary battery
WO2007136046A1 (ja) 2006-05-23 2007-11-29 Sony Corporation 負極およびその製造方法、ならびに電池およびその製造方法
US20090148778A1 (en) * 2007-02-16 2009-06-11 Sony Corporation Anode, method of manufacturing it, and battery
EP2124273A4 (en) * 2007-03-13 2013-12-04 Panasonic Corp NEGATIVE ELECTRODE FOR A LITHIUM SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND LITHIUM SECONDARY BATTERY WITH A NEGATIVE ELECTRODE FOR A LITHIUM SECONDARY BATTERY
GB0709165D0 (en) 2007-05-11 2007-06-20 Nexeon Ltd A silicon anode for a rechargeable battery
GB0713896D0 (en) 2007-07-17 2007-08-29 Nexeon Ltd Method
GB0713898D0 (en) 2007-07-17 2007-08-29 Nexeon Ltd A method of fabricating structured particles composed of silcon or a silicon-based material and their use in lithium rechargeable batteries
GB0713895D0 (en) 2007-07-17 2007-08-29 Nexeon Ltd Production
JP5374851B2 (ja) * 2007-10-15 2013-12-25 ソニー株式会社 リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池
JP4865673B2 (ja) 2007-10-23 2012-02-01 パナソニック株式会社 リチウム二次電池
JP5262085B2 (ja) 2007-11-28 2013-08-14 ソニー株式会社 負極、二次電池および電子機器
JP5234247B2 (ja) * 2007-12-28 2013-07-10 ソニー株式会社 負極、二次電池、スルホン化合物および電子機器
GB2464157B (en) 2008-10-10 2010-09-01 Nexeon Ltd A method of fabricating structured particles composed of silicon or a silicon-based material
GB2464158B (en) 2008-10-10 2011-04-20 Nexeon Ltd A method of fabricating structured particles composed of silicon or a silicon-based material and their use in lithium rechargeable batteries
JP2010177033A (ja) * 2009-01-29 2010-08-12 Sony Corp 負極および二次電池
GB2470056B (en) 2009-05-07 2013-09-11 Nexeon Ltd A method of making silicon anode material for rechargeable cells
GB2470190B (en) 2009-05-11 2011-07-13 Nexeon Ltd A binder for lithium ion rechargeable battery cells
US9853292B2 (en) 2009-05-11 2017-12-26 Nexeon Limited Electrode composition for a secondary battery cell
CA2773496C (en) * 2009-09-23 2015-03-03 Umicore New silicon based electrode formulations for lithium-ion batteries and method for obtaining it
EP2500966B1 (en) 2009-11-12 2018-01-10 LG Chem, Ltd. Negative active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
CN106099090B (zh) 2010-03-26 2019-02-15 株式会社半导体能源研究所 二次电池及二次电池的电极的形成方法
GB201005979D0 (en) 2010-04-09 2010-05-26 Nexeon Ltd A method of fabricating structured particles composed of silicon or a silicon-based material and their use in lithium rechargeable batteries
GB201009519D0 (en) 2010-06-07 2010-07-21 Nexeon Ltd An additive for lithium ion rechargeable battery cells
GB201014706D0 (en) 2010-09-03 2010-10-20 Nexeon Ltd Porous electroactive material
GB201014707D0 (en) 2010-09-03 2010-10-20 Nexeon Ltd Electroactive material
JP6035054B2 (ja) 2011-06-24 2016-11-30 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置の電極の作製方法
GB2492167C (en) 2011-06-24 2018-12-05 Nexeon Ltd Structured particles
JP6000017B2 (ja) * 2011-08-31 2016-09-28 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置及びその作製方法
JP2012038737A (ja) * 2011-10-05 2012-02-23 Mitsubishi Chemicals Corp 非水電解液二次電池及び非水電解液
CN103199299B (zh) * 2012-01-06 2015-02-11 王复民 锂离子电池阳极保护层及其制造方法
US10388948B2 (en) 2012-01-30 2019-08-20 Nexeon Limited Composition of SI/C electro active material
GB2499984B (en) 2012-02-28 2014-08-06 Nexeon Ltd Composite particles comprising a removable filler
GB2502625B (en) 2012-06-06 2015-07-29 Nexeon Ltd Method of forming silicon
GB2507535B (en) 2012-11-02 2015-07-15 Nexeon Ltd Multilayer electrode
JP6239326B2 (ja) * 2013-09-20 2017-11-29 株式会社東芝 非水電解質二次電池用負極材料、非水電解質二次電池用負極、非水電解質二次電池及び電池パック
CN105103346B (zh) * 2013-12-03 2018-11-06 株式会社Lg 化学 多孔性硅类负极活性物质及其制备方法、以及包含它的锂二次电池
KR101567203B1 (ko) 2014-04-09 2015-11-09 (주)오렌지파워 이차 전지용 음극 활물질 및 이의 방법
KR101604352B1 (ko) 2014-04-22 2016-03-18 (주)오렌지파워 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP6958987B2 (ja) * 2014-07-18 2021-11-02 株式会社半導体エネルギー研究所 負極
KR101550781B1 (ko) 2014-07-23 2015-09-08 (주)오렌지파워 2 차 전지용 실리콘계 활물질 입자의 제조 방법
GB2533161C (en) 2014-12-12 2019-07-24 Nexeon Ltd Electrodes for metal-ion batteries
KR101991845B1 (ko) * 2016-03-24 2019-06-24 주식회사 엘지화학 음극 및 이의 제조방법
CN107742694B (zh) * 2017-11-14 2020-04-10 中航锂电（洛阳）有限公司 一种硅基负极极片、硅掺杂复合集流体及锂离子电池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002237294A (ja) * 2001-02-08 2002-08-23 Tokuyama Corp リチウム二次電池用負極

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61284061A (ja) * 1985-06-07 1986-12-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 有機電解液電池
JP3530544B2 (ja) * 1992-09-14 2004-05-24 キヤノン株式会社 二次電池
JP3495814B2 (ja) 1994-05-30 2004-02-09 キヤノン株式会社 電池用電極及び該電極を有するリチウム二次電池
JP4453111B2 (ja) 1997-10-27 2010-04-21 三菱化学株式会社 負極材料とその製造方法、負極活物質、および非水系二次電池
JP2948205B1 (ja) * 1998-05-25 1999-09-13 花王株式会社 二次電池用負極の製造方法
JP3520921B2 (ja) * 2001-03-27 2004-04-19 日本電気株式会社 二次電池用負極およびそれを用いた二次電池
JP2004335999A (ja) * 2003-04-17 2004-11-25 Miyagawa Kasei Ind Co Ltd 電磁波吸収複合体およびその製造方法
US20050124431A1 (en) * 2003-12-03 2005-06-09 Chun-Yung Huang Intermedia layer for joining two portions of a golf club head
US20060122300A1 (en) * 2004-12-07 2006-06-08 Zhiyong Xia Polyester polymer and copolymer compositions containing steel particles
US7687383B2 (en) * 2005-02-04 2010-03-30 Asm America, Inc. Methods of depositing electrically active doped crystalline Si-containing films

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002237294A (ja) * 2001-02-08 2002-08-23 Tokuyama Corp リチウム二次電池用負極

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014061975A1 (ko) * 2012-10-16 2014-04-24 주식회사 엘지화학 이차전지의 음극 활물질용 규소 산화물

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040044352A (ko) 2004-05-28
JP2004171874A (ja) 2004-06-17
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US7311999B2 (en) 2007-12-25
JP3664252B2 (ja) 2005-06-22
CN1244963C (zh) 2006-03-08

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