(57)【要約】      （修正有）【課題】リチウムアノードに相異なる種類の金属層をそれぞれ形成したリチウムアノード、その製造方法を提供する。【解決手段】リチウム金属層１と、前記リチウム金属層の上部に位置し、前記リチウムと合金を形成した金属層（Ｍ２）４と、を含み、前記リチウム金属層とＭ２の界面上に、リチウムに対して非反応性である金属（Ｍ１）３の断片が位置することを特徴とするリチウムアノードであって、該アノードはリチウム金属状にＭ１を蒸着し、その上にＭ２を蒸着することにより得られる。【選択図】図１
2005174924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム金属層と、
前記リチウム金属層の上部に位置し、前記リチウムと合金を形成した第２金属層と、を含み、
前記リチウム金属層及び第２金属層の界面上に、リチウムに対して非反応性である第１金属の断片が位置することを特徴とするリチウムアノード。
【請求項２】
前記第１金属の断片は、前記リチウム金属層と前記第２金属層との中間層であり、リチウムに対して非反応性である第１金属よりなる多孔性薄膜を所定時間の放置した後でその構造が崩れて形成されたことを特徴とする請求項１に記載のリチウムアノード。
【請求項３】
前記第２金属層は、前記リチウム金属層と前記第２金属層との中間層であり、リチウムに対して非反応性である金属よりなる多孔性薄膜を所定時間放置した後でその構造が崩れて断片化されながら拡散されたリチウムと、リチウム上に位置し、リチウムに対して反応性である金属層と、が合金化されたことを特徴とする請求項１に記載のリチウムアノード。
【請求項４】
前記第２金属は、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、及びＡｇよりなる群から選択された一つ以上の金属であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムアノード。
【請求項５】
前記第１金属は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ−Ｎｉ、またはＦｅ−Ｎｉであることを特徴とする請求項１に記載のリチウムアノード。
【請求項６】
前記第１金属の断片を含む前記第２金属層の厚さが０.０５ないし１０ミクロンであることを特徴とする請求項１に記載のリチウムアノード。
【請求項７】
前記所定時間が５分ないし２４時間であることを特徴とする請求項２に記載のリチウムアノード。
【請求項８】
上部にポリマー保護層及び無機保護層がさらに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のリチウムアノード。
【請求項９】
（ａ）蒸着システムにアノード用基板をローディングする段階と、
（ｂ）蒸着ボートを使用して熱蒸着ソースを加熱して集電体を蒸着する段階と、
（ｃ）前記集電体上にリチウム金属を蒸着する段階と、
（ｄ）前記リチウム金属上に第１金属を蒸着する段階と、
（ｅ）前記第１金属上に第２金属を蒸着する段階と、
（ｆ）所定時間放置する段階と、
を含むことを特徴とするリチウムアノードの製造方法。
【請求項１０】
（ｅ）段階直後にポリマー保護膜及び無機保護膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のリチウムアノードの製造方法。
【請求項１１】
前記所定時間が５分ないし２４時間であることを特徴とする請求項９に記載のリチウムアノードの製造方法。
【請求項１２】
前記第１金属は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ−Ｎｉ、またはＦｅ−Ｎｉであることを特徴とする請求項９に記載のリチウムアノードの製造方法。
【請求項１３】
前記第２金属は、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ及びＡｇよりなる群から選択された一つ以上の金属であることを特徴とする請求項９に記載のリチウムアノードの製造方法。
【請求項１４】
リチウム複合酸化物、単体硫黄、Ｌｉ２Ｓｎ（ｎ≧１）が溶解されたカソライト、有機硫黄及び（Ｃ２Ｓｘ）ｙ（ｘは２.５〜２０，ｙ≧２）からなる群より選択される少なくとも一つ以上を含むカソードと、
請求項１ないし請求項８のうち何れか一項に記載のアノードと、
を含むことを特徴とするリチウム電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムアノード、その製造方法及び前記アノードを採用したリチウム電池に係り、より詳細にはリチウムアノードに相異なる種類の金属層をそれぞれ形成してサイクル特性及び容量特性を改善したリチウムアノード、その製造方法及び前記アノードを採用した電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラ、携帯電話、ノート型パソコンなどの携帯用電子機器の軽量化及び高機能化に伴って、その駆動用電源として使われる電池に関する多くの研究がなされている。特に、充電可能なリチウム電池は既存の鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などと比較して単位重量当たりエネルギー密度が３倍以上高くて急速充電が可能なために最も注目されている電池の一つとして研究開発が活発に進められている。
【０００３】
電池において電気化学セルを構成する基本的な要素として大きくカソード、アノード、及び電解質がある。放電時にアノードでは酸化反応が、カソードでは還元反応が起こり、このような酸化還元時に発生するイオンは電解質を通じて移動する。電解質は、カソードとアノードとの間の電気的接触を遮断して電子が直接アノードからカソードに、またはカソードからアノードに移動することを防止する役割をする。通常的に多く使われる電解質は、多孔性セパレータ、電解液、塩より構成され、特にリチウム電池においては前記塩としてリチウム塩を使用する。
【０００４】
このようにリチウム電池において酸化反応が起こるアノードを保護するために金属（または合金）単一層を使用する方法が特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている。また、特許文献４には無機導電体、ポリマー及び金属層よりなる多重層表面保護フィルムに中間層として金属単一層または合金層を使用する提案が記載されている。前記文献ではリチウムと合金を形成できる金属のみが前記膜の製造に使用可能であるという問題がある。また真空蒸着過程で前記金属とリチウムとは合金を形成する。このように形成された合金ではリチウム活性が一般リチウムよりも減少するが、電解質の各成分との反応性は相変らず非常に大きい。したがって、前記合金処理結果、保護されたアノードの表面は非常に粗いという問題がある。一般に外部または内部金属（または合金）層の表面は滑らかな表面の腐食安全性が粗い表面を有するものよりも大きいために滑らかなものが望ましい。滑らかな表面に対する上部無機層またはポリマー層の接着性が粗い表面を有するものよりも強い。リチウムと合金を形成しない一部金属（例えばＣｕ、Ｎｉ等）を使用すれば、非常に滑らかな表面を持つ表面コーティングが形成できるが、前記コーティング膜が１０００ないし２０００Å以上の厚さであれば、リチウム拡散に対して非常に深刻な障害となり、リチウムアノードの電気化学的活性に悪影響を及ぼす。その他にも、外部ポリマー層の形成は特定溶液と電極表面との接触を必要とするが、リチウムと合金を形成できる金属で得られる表面膜は前記合金内のリチウム濃度が高いために前記接触過程で腐食に対する良い保護装置にはならない。２０００Å以上の厚さを有する非合金金属で得られたＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅなどの膜はリチウムを保護することができるが、アノードのサイクリング特性に悪影響を及ぼす問題がある。
【０００５】
したがって、リチウム表面で臨時保護層を形成する必要があり、このような保護層はアノードの容量及び寿命特性に肯定的に影響を及ぼすか、後続するポリマー層の形成工程におけるリチウムの腐食を抑制させなければならない。ところが、サイクリング過程でリチウム溶解及び蒸着を妨げてはならず、優れた保護性質及び上部ポリマー層との十分な接着力が保障されるように前記中間保護層に対しては滑らかな表面を有する必要がある。
【０００６】
また、リチウムと反応（合金化）できる金属より滑らかな表面層を形成する必要がある。滑らかな表面を生成するためには前記金属層の真空蒸着過程で合金化を抑制する必要がある。
【特許文献１】米国特許公開第２０００−７１３９９７号明細書
【特許文献２】米国特許公開第２００２−０１８２５０８号明細書
【特許文献３】米国特許第６５３７７０１号明細書
【特許文献４】米国特許公開第２００２−００１２８４６号明細書（出願人:ＴｅｒｊｅＡ．Ｓｋｏｔｈｈｅｉｍら）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、サイクル特性及び容量特性が改善されたリチウムアノードを提供することである。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記リチウムアノードの製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明が解決しようとするまた他の技術的課題は、前記リチウムアノードを採用したリチウム電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記技術的課題を達成するために本発明は、リチウム金属層と、前記リチウム金属層の上部に位置し、前記リチウムと合金を形成した第２金属層（Ｍ２）と、を含み、前記リチウム金属層とＭ２との界面上に、リチウムに対して非反応性である第１金属（Ｍ１）の断片が位置することを特徴とするリチウムアノードを提供する。
【００１１】
前記他の技術的課題を達成するために本発明は、（ａ）蒸着システムにアノード用基板をローディングする段階と、（ｂ）蒸着ボートを使用して熱蒸着ソースを加熱して集電体を蒸着する段階と、（ｃ）前記集電体上にリチウム金属を蒸着する段階と、（ｄ）前記リチウム金属上にＭ１を蒸着する段階と、（ｅ）前記Ｍ１上にＭ２を蒸着する段階と、（ｆ）所定時間放置する段階と、を含むことを特徴とするリチウムアノードの製造方法を提供する。
【００１２】
前記また他の技術的課題を達成するために本発明は、リチウム複合酸化物、単体硫黄、Ｌｉ２Ｓｎ（ｎ≧１）が溶解されたカソライト、有機硫黄及び（Ｃ２Ｓｘ）ｙ（ｘは２.５〜２０，ｙ≧２）からなる群より選択される少なくとも一つ以上を含むカソードと、リチウムと前記Ｍ１及び前記Ｍ２を含む３元金属層とを備えたアノードと、を含むリチウム電池を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、リチウムアノードに使われるリチウム上に、リチウムに対して非活性である金属層（または合金層）と活性である金属層（または合金層）の違う種類の金属層とをそれぞれ形成し、これらがリチウム表面で臨時保護層を形成することによって滑らかな表面を提供して上部のポリマー層及び無機層の蒸着を容易にし、かつ接着力を強化させて電池のサイクル特性及び容量特性を改善した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明をさらに具体的に説明する。
【００１５】
本発明は、リチウムアノードに使われるリチウムコア上に、リチウムに対して非活性である金属層（または合金層）と活性である金属層（または合金層）とをそれぞれ形成し、これらがリチウム表面で臨時保護層を形成することによって、電池のサイクル特性及び容量特性を改善したリチウムアノード、その製造方法及び前記アノードを採用した電池を提供する。
【００１６】
本発明に係るリチウムアノードは、図１に示したようにリチウム１の上部に位置し、リチウムに対して非反応性である金属層または合金層（Ｍ１）３と前記Ｍ１の上部に位置する金属層または合金層（Ｍ２）４とを含み、前記Ｍ１は、所定時間の経過後に構造が崩れて断片化される多孔性臨時薄膜であり、前記Ｍ２は、所定時間の経過後にリチウムと合金を形成するようになる。
【００１７】
一般的にリチウムアノードの容量及び寿命特性を改善し、その上部に形成されるポリマー層の形成工程でリチウムの腐食を抑制するためには保護層が必要であるが、前記保護層がサイクリング過程でリチウムの酸化還元反応を妨害してはならない。また、前記保護層は優れた保護性質及び上部ポリマー層との十分な接着力が保障されるように前記滑らかな表面を有する必要がある。したがって、リチウムに対して高い活性を有する金属より滑らかな表面を形成する必要があり、このような滑らかな表面を形成するためには真空蒸着過程でリチウムと金属との合金化を抑制する必要がある。
【００１８】
このために、本発明のようにリチウムと合金可能な金属層または合金層（Ｍ２）の間にリチウムと反応性が弱いかほとんどない金属層または合金層（Ｍ１）が中間層として存在すれば、前記リチウムとＭ２との間で合金の形成を所定時間遅延させ、滑らかな表面を有し、リチウム濃度の少ないＭ２膜の蒸着が可能になる。したがって、前記のようなＭ１及びＭ２の二重層が存在することによってリチウム表面が保護され、このような保護膜としての性質によって上部にポリマー保護膜及び無機保護膜の蒸着がさらに容易になる。
【００１９】
すなわち、前記Ｍ１及びＭ２よりなる二重層薄膜は一時的に形成されたものであって、図２に示したように所定時間の経過後には前記多孔性Ｍ１の構造が崩れて断片化されるのでＭ１の開いた空間を通じてリチウムの拡散が容易になり、これによってリチウムとＭ２との合金の漸進的な形成を誘発させる。また、Ｍ１及びＭ２の境界地点での合金形成は体積を変化させてＭ１層の均質性を低下させてＭ２階へのリチウム拡散がさらに容易になる。充放電を繰り返せば、直前に製造した電極に対しても中間層であるＭ１薄膜の急速な崩壊を誘発させる。
【００２０】
本発明に係るリチウムアノードは、前述したようにリチウムと不活性及び活性である金属層または合金層であるＭ１及びＭ２をそれぞれ含み、前記リチウムに対して不活性である金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ−Ｎｉ（合金）、Ｆｅ−Ｎｉ（合金）などが挙げられる。前記リチウムに対して活性である金属としては、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ及びＡｇなどが挙げられ、このうちＡｌまたはＭｇが望ましい。
【００２１】
このようにＭ１及びＭ２よりなる二重層金属薄膜はリチウム金属層の厚さよりは実質的にさらに薄いことが望ましく、さらに望ましくは、０.０５ないし１０ミクロンの厚さが良い。
【００２２】
前記Ｍ１及びＭ２よりなる二重層金属薄膜上には図３に示したように一般的にリチウムアノード上に保護層として使われるポリマー保護膜５及び無機保護膜６がさらに形成されうる。所定時間の放置後にリチウムとＭ２との合金が形成された状態を図４に示した。
【００２３】
前記本発明に係るリチウムアノードは、（ａ）蒸着システムにアノード用基板をローディングする段階と、（ｂ）蒸着ボートを使用して蒸着ソースを加熱して集電体を蒸着する段階と、（ｃ）前記集電体上にリチウム金属を蒸着する段階と、（ｄ）前記リチウム金属上にリチウムと非反応性である金属（Ｍ１）を蒸着する段階と、（ｅ）前記Ｍ１上にリチウムと反応活性である金属（Ｍ２）を蒸着する段階と、（ｆ）所定時間放置する段階と、を含む工程により製造される。
【００２４】
前記製造工程中のＭ１は所定時間の放置後に構造が崩れて断片化されるが、この場合、放置時間としては５分ないし２４時間が望ましい。前記放置時間が５分未満である場合には十分な断片化がなされなくてリチウムイオンの自由な拡散が困難であり、２４時間を超過した場合には既にリチウムとＭ２との相当な合金化がなされて上部表面が粗くなるので、滑らかな表面が維持されなくて接着力が低下するという問題がある。さらに望ましい放置時間は３時間ないし６時間である。
【００２５】
前記製造工程において、基板上に蒸着される金属の蒸着速度は、各膜の厚さが２ないし５ミクロンである場合には５ないし１００Å／ｓの速度が望ましく、膜の厚さが５ミクロン以上である場合には１００Å／ｓの速度が望ましい。
【００２６】
前記製造工程において前記リチウムに対して不活性である金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉなどが挙げられる。前記リチウムに対して活性である金属としては、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ及びＡｇなどが挙げられ、このうちＡｌまたはＭｇが望ましい。
【００２７】
前記集電体としては、通常的にリチウム電池のアノードとして使われるものであればいずれも制限なしに使用できるが、Ｃｕが望ましい。
【００２８】
前記製造工程において、蒸着工程は、ガス反応法、熱蒸着法、スパッタリング法、化学気相蒸着法、プラズマ処理化学気相蒸着法、レーザー処理化学気相蒸着法、イオンプレーティング法、カソードアーク処理法、ジェット気相蒸着法、またはレーザー切削法により基板上に形成でき、特にガス反応法、熱蒸着法、またはスパッタリング法によって形成することが望ましい。
【００２９】
前記製造工程において、各金属の蒸着後及び次の金属のローディング前に前記チャンバを室温に冷却し、脱真空した後、空気で満たしてさらに真空を形成することが望ましい。
【００３０】
前述したような本発明に係るリチウムアノードは、リチウム電池に適用でき、例えばリチウム複合酸化物、単体硫黄、Ｌｉ２Ｓｎ（ｎ≧１）が溶解されたカソライト、有機硫黄、及び（Ｃ２Ｓｘ）ｙ（ｘは２.５〜２０，ｙ≧２）よりなる群から選択される少なくとも一つ以上を含むカソードと、リチウム、前記リチウムに対して非反応性である第１金属（Ｍ１）及び前記リチウムと合金を形成する第２金属（Ｍ２）を含む３元金属層を備えたアノードと、を含むリチウム電池を提供する。
【００３１】
本発明の一実施例によるリチウム電池の製造過程を次の通りに説明する。
【００３２】
まず、リチウム電池の製造時に使われる通常の方法によってカソードを製造する。このようなカソードは溶媒に溶解させた活物質及び結合剤を含み、可塑剤または導電剤をさらに含みうる正極塗布用物質をアルミニウムフォイルにキャスティングし、乾燥して得られる。この時、正極活物質としては、リチウム複合酸化物、単体硫黄、Ｌｉ２Ｓｎ（ｎ≧１）が溶解されたカソライト、有機硫黄及び（Ｃ２Ｓｘ）ｙ（ｘは２.５〜２０，ｙ≧２）からなる群より選択される少なくとも一つ以上を含む。
【００３３】
本発明で使用可能な電解液に含まれるリチウム塩は、有機溶媒中で解離されてリチウムイオンを出すリチウム化合物であれば、特別に制限されず、例えば過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、４フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、３フッ化メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、及びリチウムビストリフルオロメタンスルホニルアミド（ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）からなる群より選択される少なくとも一つのイオン性リチウム塩を使用し、リチウム塩の濃度は０.５ないし２.０Ｍであることが望ましい。もし、リチウム塩の濃度が０.５Ｍ未満であるか、２.０Ｍを超えれば、十分なイオン伝導度を表せないので望ましくない。このような無機塩を含有する有機電解液が投入されれば、電流の方向によってリチウムイオンを移動させる経路として作用する。
【００３４】
本発明で使用可能な電解液に含まれる有機溶媒としては、ポリグライム系化合物、オキソラン系化合物、カーボネート系化合物、２−フルオロベンゼン、３−フルオロベンゼン、４-フルオロベンゼン、ジメトキシエタン、及びジエトキシエタンからなる群より選択された一つ以上の溶媒が使用できる。
【００３５】
前記ポリグライム系化合物としては、ジエチレングリコールジメチルエーテル{ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２） ２ＯＣＨ３}、ジエチレングリコールジエチルエーテル{Ｃ２Ｈ５（ＯＣＨ２ＣＨ２） ２ＯＣ２Ｈ５}、トリエチレングリコールジメチルエーテル{ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２） ３ＯＣＨ３}、及びトリエチレングリコールジエチルエーテル{Ｃ２Ｈ５（ＯＣＨ２ＣＨ２） ３ＯＣ２Ｈ５}からなる群より選択された一つ以上の化合物が使用できる。
【００３６】
前記ジオキソラン系化合物としては、１,３−ジオキソラン、４,５−ジエチル−ジオキソラン、４,５−ジメチル−ジオキソラン、４−メチル−１,３−ジオキソラン、及び４−エチル−１,３−ジオキソランからなる群より選択された一つ以上の化合物が使用できる。
【００３７】
前記カーボネート系化合物としては、メチレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、γ-ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びビニレンカーボネートからなる群より選択された一つ以上の化合物を使用することが望ましい。
【００３８】
望ましい有機溶媒の例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、及びフルオロベンゼン（ＦＢ）の混合物と、ジグライム（ＤＧＭ）（“ジエチレングリコールジメチルエーテル”という）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、及び１,３−ジオキソラン（ＤＯＸ）の混合物と、が挙げられる。
【００３９】
前記溶媒の使用量はリチウム電池で使用する通常のレベルで使われる。
【００４０】
上記のように定義された電解液は、通常的に使われるリチウム電池の製造方法に特別な制限なしに使用でき、例えば
（１）アノード／カソード／セパレータよりなる電極組立体を電池ケースに収納した後に本発明に係る前記電解液を加えてリチウム電池を製造する方法、
（２）マトリックス形成用高分子樹脂及び本発明に係る電解液を混合した高分子電解質を電極やセパレータに塗布した後、これを用いて電極組立体を形成し、次いで前記電極組立体を電池ケースに収納してリチウム電池を製造する方法、または
（３）マトリックス形成用樹脂としてフリーポリマーや重合性モノマーを使用する場合には、前記樹脂及び本発明に係る電解液を含む高分子電解質形成用組成物を電極やセパレータに塗布した後、これを用いて電極組立体を形成し、次いで前記電極組立体を電池ケースに収納した後に電池内で重合してリチウム電池を製造する方法、
などが挙げられる。
【００４１】
前記製造方法で使われるセパレータとしては、リチウム電池に使われるものであれば特別な制限なしに使用でき、特に電解質のイオン移動に対して低抵抗でありながら電解液含湿能力に優れたものが望ましい。さらに具体的に説明すれば、ガラス繊維、ポリエステル、テフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または前記組合わせ物のうち選択された材質であって、不織布または織布形態を有することができる。望ましくは、有機溶媒と反応性が少なく、安全性に適したポリエチレン及び／またはポリプロピレン多孔性膜が使用できる。
【００４２】
前記製造方法で使われるマトリックス形成用高分子樹脂としては、特別に限定されていないが、電極板の結合剤に使われる物質が全て使用可能である。ここにはビニリデンフルオライド／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ポリビニリデンフルオライド、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート及びその混合物が使用できる。
【００４３】
前記マトリックス形成用高分子樹脂は、高分子充填剤をさらに含むことができ、このような充填剤は高分子電解質の機械的強度を向上させる役割をする物質であって、シリカ、カオリン、アルミナなどが使用できる。また、前記マトリックス形成用高分子樹脂は、必要時に可塑剤をさらに含みうる。
【００４４】
本発明の電解液を含有するリチウム電池は、そのタイプに特別な制限はなく、１次電池、２次電池、硫黄電池のいずれも可能である。
【００４５】
本発明の電解液を含有するリチウム電池は、その形態に特別な制限はなく、角形、円筒形のいずれも使用可能である。
【００４６】
以下、本発明の実施例を比較例と比較して詳細に説明する。しかし、下記の実施例は本発明の望ましい実施例だけであり、本発明が後述する実施例に限定されるものではない。
【００４７】
＜カソードの製造＞
アセトニトリル溶液に６７.５重量％の単体硫黄、ケッチェンブラック（ｋｅｔｊｅｎｂｌａｃｋ）１１.４重量％、ポリ（エチレンオキシド）２１.１重量％を混合した後、均一な状態になるまで混合した。得られたスラリをカーボン塗布されたアルミニウム集電体上にキャスティングした後にアセトニトリルを乾燥させて圧延した。この時、単位面積当たりエネルギー密度は１.１ｍＡｈ／ｃｍ２にしてカソードを製造した。
【００４８】
＜電解液の製造＞
電解液に使われる有機溶媒は、メトキシエタン／ジグライム／ジオキソラン＝４／４／２（体積％）であるものを使用し、リチウム塩としては１.１５ＭのＬｉＣＦ３ＳＯ３を使用した。
【００４９】
［実施例１］
アンワインドドライブ（ｕｎｗｉｎｄ  ｄｒｉｖｅ）及び２つの蒸着領域を具備した真空ウェブコーティングシステムに９種の試料のアノード基板をローディングした。２ｍｍの厚さを有するガラスプレート（３ｘ３ｃｍ２）を初期基板として使用した。純粋な金属ペレットであるＭｇ（９９.９９％）、Ｎｉ（９９.９９％）、Ｃｕ（９９.９９％）、Ｚｎ（９９.９９％）、Ａｌ（９９.９９％）、及びＬｉ（９９.９９％）フォイルを蒸着金属のソースとして使用した。前記チャンバに３ｘ１０−６Ｔｏｒｒの真空を加えた。ステンレススティールまたはモリブデン（Ｎｉに対して）から熱蒸着ソースを先に加熱して適切な基板上に全ての金属を蒸着した。まず、前記ガラス表面に厚さ２５００Å以下のＣｕ膜を蒸着し、次いでＬｉ（２ないし２０μｍの厚さ）を蒸着した後、必要時に他の金属を蒸着した。蒸着工程時にフィルムの厚さは石英マイクロバランス水晶膜厚モニタを使用して調節し、各金属の蒸着後に重量で調節した。前記金属に対する蒸着速度は次の通りであった:Ｍｇ  １５−６５Å／ｓ、Ｎｉ  ６−１０Å／ｓ、Ｃｕ  ８−１５Å／ｓ、Ｚｎ  １０−２５Å／ｓ、Ａｌ  １０−１５Å／ｓ、Ｌｉ  ３０−４０Å／ｓ（フィルム厚さが２ないし５μｍである場合）、及び１００Å／ｓ以上（フィルム厚さが５μｍ以上である場合）。各金属の蒸着完了後及び次の金属のローディング前に前記チャンバを２５℃に冷却し、脱真空した後、空気で満たしてさらに真空を形成した。
【００５０】
予め製造したカソード、セパレータ（ＰＥ）及び電解液と前記アノードとを使用してセルを製造した。
【００５１】
図５Ａは、ガラス上に銅及びリチウムが蒸着されている状態の表面ＳＥＭ写真である。リチウムの表面が比較的に滑らかなことが確認できる。図５Ｂは、ここにマグネシウムが蒸着された状態での表面写真であって、マグネシウムとリチウムとの活性が高くて表面が粗く形成されたことが分かる。これと異なって図５Ｃは、前記リチウムとマグネシウムとの間にリチウムとの反応性の弱いＣｕを使用して中間膜を形成した直後の表面写真である。不活性であるＣｕによってマグネシウムの表面が図５Ｂとは異なって非常に滑らかに形成されたことが確認できる。したがって、前記リチウム金属層の上部に形成されているＣｕ薄膜がリチウムの拡散を抑制してリチウムとマグネシウムとの合金形成がほとんどなされていないことが確認できる。図５Ｄは、前記図５Ｃで蒸着後、５時間の間放置した後の表面写真である。リチウムが前記銅層の崩れた断片を通じて自由に拡散されてマグネシウムと合金を形成したことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、サイクル特性及び容量特性の改善したリチウムアノード、その製造方法及び前記アノードを採用した電池を提供するので、電池を使う多様な電子機器に有用に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）Ｌｉ金属を含む第１層１、（ｂ）リチウムと弱く合金された金属（Ｍ１）から得られた薄膜３及びリチウムと合金が可能な金属（Ｍ２）から得られた上部膜を含む二重膜バイメタル構造体２を含む本発明に係るアノードの初期状態を示す断面図である。
【図２】（ａ）Ｌｉ金属を含む第１層１、（ｂ）リチウムと弱く合金される金属（Ｍ１）から得られた薄膜３の一部及びＬｉ-Ｍ２合金層４を含む複合構造体２を含む本発明に係るアノードの“放置後”状態を表す断面図である。
【図３】（ａ）Ｌｉ金属を含む第１層１、（ｂ）Ｍ１膜３及びＭ２膜４を含む二重層バイメタル構造体２及び上部ポリマー層５及びシングルイオン導電体層６を含む本発明に係るアノードの一具現例の初期状態を表す断面図である。
【図４】（ａ）Ｌｉ金属を含む第１層１、（ｂ）金属（Ｍ１）から得られる薄膜３の一部、Ｌｉ-Ｍ１合金層４及び上部ポリマー層５及びシングルイオン導電体層６を含む複合構造体を含む本発明に係るアノードの一具現例の“放置後”状態を示す断面図である。
【図５Ａ】ガラス／Ｃｕ（２５００Å）／Ｌｉ（２μｍ）の蒸着表面のＳＥＭ写真を表す図である。
【図５Ｂ】ガラス／Ｃｕ（２５００Å）／Ｌｉ（２μｍ）／Ｍｇ（３５００Å）の蒸着表面のＳＥＭ写真を表す図である。
【図５Ｃ】ガラス／Ｃｕ（２５００Å）／Ｌｉ（２μｍ）／Ｃｕ（５００Å）／Ｍｇ（３５００Å）（初期状態）の蒸着表面のＳＥＭ写真を表す図である。
【図５Ｄ】ガラス／Ｃｕ（２５００Å）／Ｌｉ（２μｍ）／Ｃｕ（５００Å）／Ｍｇ（３５００Å）（５時間放置後の状態）の蒸着表面のＳＥＭ写真を表す図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ｌｉ金属を含む第１層１
３  Ｍ１膜
４  Ｍ２膜
５  上部ポリマー層
【図１】
2005174924.tif 000003
【図２】
2005174924.tif 000004
【図３】
2005174924.tif 000005
【図４】
2005174924.tif 000006
【図５Ａ】
2005174924.tif 000007
【図５Ｂ】
2005174924.tif 000008
【図５Ｃ】
2005174924.tif 000009
【図５Ｄ】
2005174924.tif 000010