(57)【要約】【課題】体積膨張の程度が大きい活物質のエネルギー密度を有効に引き出すための負極を提供する。【解決手段】集電体１上に負極活物質層２を形成する工程Ａと、負極活物質２にリチウムを付与する工程Ｂと、を含む方法により得られた負極１６であって、工程Ａで形成される負極活物質層２は、ケイ素単体、ケイ素合金、ケイ素と酸素とを含む化合物、ケイ素と窒素とを含む化合物、スズ単体、スズ合金、スズと酸素とを含む化合物、およびスズと窒素とを含む化合物、およびスズとフッ素とを含む化合物からなる群より選ばれた少なくとも１つを含み、工程Ｂは、負極活物質層２の所定の領域Ｓ１に、Ｓ１に含まれる負極活物質の不可逆容量を超える電気量のリチウムを付与する工程Ｃと、Ｓ１以外の部分に、Ｓ１以外の部分に含まれる負極活物質の不可逆容量未満の電気量のリチウムを付与する工程Ｄと、を含むこと、を特徴とする負極とする。【選択図】図１
2007328932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体上に負極活物質を含む負極活物質層を形成する工程Ａと、
前記負極活物質層にリチウムを付与する工程Ｂと、を含む方法により得られたリチウム二次電池用負極であって、
前記工程Ａで形成される負極活物質層は、ケイ素単体、ケイ素合金、ケイ素と酸素とを含む化合物、ケイ素と窒素とを含む化合物、スズ単体、スズ合金、スズと酸素とを含む化合物、およびスズと窒素とを含む化合物、およびスズとフッ素とを含む化合物からなる群より選ばれた少なくとも１つを含み、
前記工程Ｂは、前記負極活物質層の所定の領域に、前記所定の領域に含まれる前記負極活物質の不可逆容量を超える電気量のリチウムを付与する工程Ｃと、前記所定の領域以外の部分に、前記所定の領域以外の部分に含まれる前記負極活物質の不可逆容量未満の電気量のリチウムを付与する工程Ｄと、を含むこと、を特徴とするリチウム二次電池用負極。
【請求項２】
前記所定の領域の面積は、前記負極活物質層の面積に対して５％以上、８６％以下であること、を特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池用負極。
【請求項３】
前記所定の領域がストライプ状であること、を特徴とする請求項１記載のリチウム二次電池用負極。
【請求項４】
前記所定の領域が格子点状であること、を特徴とする請求項１記載のリチウム二次電池用負極。
【請求項５】
前記工程Ｂは、リチウムを真空プロセスにより付与する工程であること、を特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池用負極。
【請求項６】
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含む正極と、
請求項１から５のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極と、
前記正極と前記リチウム二次電池用負極との間に配置されたセパレータと、
リチウムイオン伝導性を有する電解質と、
を含むリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池用負極およびこれを用いたリチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話などのポータブル機器の開発に伴い、その電源としての電池の需要が増大している。上記のような用途に用いられる電池には高エネルギー密度と優れたサイクル特性が要望される。
【０００３】
この要求に対し、正極、負極それぞれにおいて新たに高容量の活物質が開発されており、負極活物質においては高い容量が得られるケイ素（Ｓｉ）もしくはスズ（Ｓｎ）を含む金属や酸化物を用いることによる解決が図られようとしている。しかしケイ素やスズ、あるいはこれらの酸化物および窒化物は不可逆容量が大きく、また、負極活物質の膨張収縮が大きいという課題を有している。つまり初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンの一部が負極に吸蔵されたままになる割合が大きいため、これらの負極材料の理論容量と比較して電池容量が小さくなる。また、充放電時にリチウムイオンが挿入、脱離することで負極活物質が大きく膨張するため負極極板が大きく歪み、応力によって極板群が挫屈を起こす場合がある。特に極板群の最内周付近は極板の曲率が高いため応力を吸収しにくく挫屈が生じやすい。このような極板群の挫屈は、セパレータを破損し内部短絡の原因となる。
【０００４】
不可逆容量の問題を解決するために、予め不可逆容量相当のリチウムを負極に吸蔵させ、しかる後に電池を組み立てて充放電を始めるという手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、Ｓｉ、Ｓｎ、およびＳｉ−Ｔｉ系合金からなる群より選択される少なくとも１種を含む負極活物質を含む負極合剤層を備え、前記負極合剤層の表面を覆うように金属リチウム層を、蒸着またはスパッタにより形成することが提案されている。この手法を用いることで、初回充電時に正極から放出されたリチウムイオンが高い割合で負極から回収できるようになり、電池容量が増加する。電池の高容量化のためには、不可逆容量をできるだけ小さくすることが望ましい。そのためには不可逆容量とほぼ同じ電気量を持つリチウムを付与することが有効である。
【０００５】
また、極板群の挫屈を抑制する手法としては、極板表面に多数の切り込み溝を設けることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、炭素負極に不可逆容量相当のリチウムを負極に吸蔵させる速度を速めるための方法として、リチウム蒸着薄膜形成領域と、リチウム薄膜非存在領域を周期的な形状で形成し多もので電池構成すると、リチウムの端部で急速に反応させることが示されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００５−０６３８０５号公報
【特許文献２】特開平０７−２７２７６０号公報
【特許文献３】特開平０９−１９９１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１の方法では、不可逆容量を低減できるが、挫屈抑制の対策が必要である。
【０００８】
また、特許文献２に記載があるように、極板表面に多数の切り込み溝を設けた場合、極板の活物質量が不均一となるため、充放電が不均一となりリチウムが極板上に析出しやすい。その結果、セパレータあるいは電解質層で隔離された正極負極間が短絡する可能性がある。さらに、特許文献２の方法では活物質層の厚み方向の膨張に対しては抑制効果が無いので、単一極板の挫屈は抑えることができても、捲回電池の如く、極板を稠密に捲回あるいは積層した電池における挫屈抑制効果は不十分であった。
【０００９】
特許文献３の構成においては、負極活物質として層間化合物である炭素の場合について言及されているが、ケイ素もしくはスズを含む金属や酸化物を用いる場合についての知見は得られていない。
【００１０】
負極活物質の体積膨張によって極板群が変形（挫屈）すると、集電体からの活物質の脱落による容量低下や、応力がセパレータにかかるためにセパレータの破損による内部短絡等の課題が生じやすいので、実現容易な挫屈対策が求められていた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高容量の活物質を用いるとともに、挫屈対策が容易なリチウム二次電池用負極（以下、負極とも言う）、およびそれを用いたリチウム二次電池（以下、電池ともいう）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の負極は、集電体上に負極活物質を含む負極活物質層を形成する工程Ａと、
上記負極活物質層にリチウムを付与する工程Ｂと、を含む方法により得られた負極であって、
上記工程Ａで形成される負極活物質層は、ケイ素単体、ケイ素合金、ケイ素と酸素とを含む化合物、ケイ素と窒素とを含む化合物、スズ単体、スズ合金、スズと酸素とを含む化合物、およびスズと窒素とを含む化合物、およびスズとフッ素とを含む化合物からなる群より選ばれた少なくとも１つを含み、
上記工程Ｂは、負極活物質層の所定の領域に、所定の領域に含まれる負極活物質の不可逆容量を超える電気量のリチウムを付与する工程Ｃと、上記所定の領域以外の部分に、所定の領域以外の部分に含まれる負極活物質の不可逆容量未満の電気量のリチウムを付与する工程Ｄと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
本構成の負極は、上記所定の領域に付与されたリチウムが極板群構成時には残存し、電池組み立て時の電解液注液および充放電後には負極活物質層に吸蔵されるので、極板群内部に空間を容易に設けることが出来る。そのため、不可逆容量を低減すると共に、リチウムイオンの吸蔵による膨張時に生じるセパレータや活物質に対する圧迫力を軽減することが可能となるので、電池の不具合を防止することが出来る。
【００１４】
また、本発明の電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含む正極と、本発明の負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、リチウムイオン伝導性を有する電解質と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
本構成の電池は、本発明の負極を含むので、不可逆容量が少なく、高容量で信頼性の高い電池とすることが出来る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の負極活物質では、負極活物質層に付与されたリチウムが負極活物質に吸蔵される反応が、リチウムの付与と並行して進行する。負極活物質層に、負極活物質層の単位面積当たりの不可逆容量に相当する電気量を有するリチウムを付与すると、付与されたリチウムは負極活物質と反応していき、時間経過と共に、負極活物質層上にはリチウムが存在しなくなる。
【００１７】
本発明の負極によれば、負極活物質層の所定の領域に、所定の領域に含まれる負極活物質の不可逆容量を超える電気量のリチウムを付与することで、所定の領域にはリチウムが残存することとなる。これによって、所定の領域は、他の領域に比べて厚みが大きい領域とすることが出来る。この厚みが大きい領域は、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に巻回あるいは積層する際に、負極周辺に一定の空間を形成することに寄与し、挫屈が防止できる。形成された空間は充放電時の膨張収縮の影響を緩和する空間として働く。
【００１８】
一方、所定の領域以外の部分には、そこに含まれる負極活物質の不可逆容量未満の電気量のリチウムを付与する。この部分の表面には、リチウムが残存しない。さらに、捲回あるいは積層後の電解液注液および充放電によって、所定の領域に付与したリチウムは、所定の領域以外の部分に吸蔵され、充放電を繰り返した後は、特定部位にリチウムが偏在することはないので特異なサイクル劣化モードに陥ることもない。
【００１９】
このように本発明の負極によれば、負極活物質の不可逆容量を軽減しながら充電時の膨張空間を形成することができる。これらの効果により、電池容量を向上して正極負極間の短絡を抑制した、優れた電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態における負極の一例を表す概略断面図である。図１において、負極１６は、集電体１と、集電体１上に形成された負極活物質（図示せず）を含む負極活物質層２と、負極活物質層２の所定の領域Ｓ１上に形成されたリチウム３と、を含む。この負極６は、例えば以下に示す工程を経て、形成することが出来る。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態における負極６を作製する工程の一例を表した概略断面図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用いる。図２において、まず集電体３上に負極活物質層２を形成する（工程Ａ、図２（ａ））。次いで、負極活物質層２にリチウムを付与する（工程Ｂ）が、工程Ｂは、負極活物質層２の所定の領域Ｓ１に含まれる負極活物質の不可逆容量を超える電気量のリチウムＬ１を付与する工程Ｃ（図２（ｂ））と、それ以外の領域Ｓ２に含まれる負極活物質の不可逆容量未満の電気量のリチウムＬ２を付与する工程Ｄ（図２（ｃ））と、を含む。ここで、工程Ｃと工程Ｄとは、同時に実施する工程であっても、工程Ｃ終了後工程Ｄを実施しても、工程Ｄ終了後工程Ｃを実施してもよい。これらの工程を経て、図１に示す負極１６が作製される。
【００２３】
集電体１としては、銅、ニッケルなどの箔を用いることが出来る。強度、電池としての体積効率、取り扱いの容易性などの観点から、集電体１の厚みは４〜３０μｍが好ましく、より好ましくは５〜１０μｍである。
【００２４】
負極活物質層２は、ケイ素単体、ケイ素合金、ケイ素と酸素とを含む化合物、ケイ素と窒素とを含む化合物、スズ単体、スズ合金、スズと酸素とを含む化合物、およびスズと窒素とを含む化合物、およびスズとフッ素とを含む化合物からなる群より選ばれた少なくとも１つの負極活物質を含む。これらは、リチウムとの反応性が高いという観点から非晶質または低結晶性であることが好ましい。ここで、低結晶性とは、結晶粒の粒径が５０ｎｍ以下の領域を言う。結晶粒の粒径は、Ｘ線回折分析で得られる回折像の中で最も強度の大きなピークの半価幅から、Ｓｃｈｅｒｒｅｒの式によって算出される。また、非晶質とは、Ｘ線回折分析で得られる回折像において、２θ＝１５〜４０°の範囲にブロードなピークを有することを言う。
【００２５】
負極活物質層２を形成する工程Ａには、錬合、塗工、プレスの各工程を有するウェットプロセス、または蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などのドライプロセスを用いることができる。負極活物質層２にリチウムを付与する工程Ｂには、ドライプロセスによる形成が望ましい。
【００２６】
負極活物質層２をウェットプロセスで形成する場合には、負極活物質粒子に結着剤や導電補助剤を適宜混合してペーストを作り、これをドクターブレード方などにより適当な厚さに塗布、乾燥する。その後必要に応じてプレスを行う。使用される負極活物質粒子は、一般的に０．１μｍ以上５０μｍ以下の粒径を持つ。また結着剤は集電体と、負極活物質とを結合する接着力を有し、かつ電池が動作する電位範囲において電気化学的に不活性であればよい。例えば、スチレン−ブチレン共重合ゴム、ポリフッ化ビニリデン、ポリ４フッ化エチレン、カルボキシメチルセルロースなどを単独あるいは複数を組み合わせて用いる。導電補助剤には、黒鉛またはカーボンブラックまたはカーボンナノチューブなどを代表とする炭素を主とするものが用いられる。
【００２７】
負極活物質層２をドライプロセスで形成する場合には、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などを用いることが出来るが、中でも蒸着法が、効率的に活物質層を形成する観点から特に望ましい。蒸着法は電子ビーム蒸着を用いても良く、抵抗加熱蒸着を行っても良い。ケイ素やスズの酸化物や窒化物の蒸着を行う場合には、酸化物や窒化物を蒸発材料として用いてもよく、また、ケイ素やスズを蒸発させながら酸素ガスや窒素ガス、またはこれらガスをイオン化あるいはラジカル化したものを差し向けることによって反応蒸着を行っても良い。
【００２８】
このように形成された負極活物資層２は、リチウムイオンの吸蔵による膨張が生じる。負極活物質層２に含有する酸素濃度と体積膨張率とは密接に関係している。例えば、負極活物質層２がケイ素酸化物であって、酸素を殆ど含まないときには、充電により４００％の体積膨張が生じる。負極活物質層中のケイ素原子に対する酸素原子の量が３０％の場合には３５０％の体積膨張が生じ、酸素原子の量が８０％の場合には２５０％の体積膨張が生じ、酸素原子の量が１００％の場合には２００％の体積膨張が発生する。
【００２９】
また、負極活物質層２は蒸着角度等によって活物質粒子の成長角度を制御することができ、集電体層の表面形状との組合せにより、負極活物質層内の空間率を０〜６０％程度の範囲で備えた負極活物質層２を形成することができる。
【００３０】
本発明の負極活物質においては、リチウムの付与と、リチウムと負極活物質との反応とが同時に進行する。従って、工程Ｂ終了後、負極活物質層２に付与されたリチウム量の分布に応じてリチウムと負極活物質との反応が進行し、その結果、負極活物質層２の表面には、図１に示すように、領域Ｓ１上にリチウム３からなる突起が形成される。また、領域Ｓ２に付与するリチウムＬ２の量や、負極活物質層２の表面状態などによっては、領域Ｓ２上にもリチウムからなる突起が形成される場合がある。これらの突起には、負極活物質を含む場合もある。いずれの場合も、本発明の負極１６として適用可能である。
【００３１】
リチウムと負極活物質との反応速度が不足する場合には、負極１６の温度を高くすることで反応速度の増加を図ることが出来る。具体的な負極１６の温度としては、３０℃〜２００℃が好適である。負極１６の温度が３０℃未満の場合には、リチウム付与直後に水分が吸着しやすく、雰囲気中の水分量によってはリチウム表面が変質する場合がある。また、極板温度が２００℃を超えると、付与したリチウムが溶融状態となって、負極１６の表面が粗面化してしまう場合がある。
【００３２】
負極活物質層２にリチウムを付与する工程Ｂとしては、薄膜プロセスを用いることが望ましい。その中でも高速でリチウムを付与することが可能であることから、真空蒸着法が望ましい。薄膜プロセスでマスクを用いると、負極活物質層２の所定の領域Ｓ１および領域Ｓ２にリチウムを精度良く付与することができる。すなわち、負極活物質層２の所定の領域Ｓ１および領域Ｓ２に対し付与するリチウムＬ１およびリチウムＬの量を、不可逆容量に対して何％とするかを制御することが可能となる。また、リチウムの高い活性を考えると、工程Ａおよび工程Ｂのプロセスを全て真空中で連続して行うことが望ましい。
【００３３】
リチウムを付与する所定の領域Ｓ１およびＳ２の面積が、正極活物質に対向する負極活物質層全体の面積に占める割合は、リチウムイオン吸蔵時に負極活物質層が膨張する程度に応じて適切な値とすることが出来る。
【００３４】
例えば負極活物質がケイ素酸化物である場合、ケイ素の原子数に対して酸素を１０％未満しか含まないときには不可逆容量を補填するために負極活物質層の１５％程度のリチウム付与をすれば足りることが分かっている。一方、充電時には負極活物質が４００％程度に膨張することから、膨張空間として負極活物質層の３００％が予め準備されているとよい。従ってリチウム付与を負極活物質層の５％の面積に集中してリチウムを付与することにより、形成された空間は充放電時の膨張収縮の影響を緩和する空間として働き、正極と負極とを、セパレータを介して渦巻状に巻回あるいは積層する際に、負極周辺に一定の空間を形成することに寄与し、挫屈が防止できる。
【００３５】
また、同様に、ケイ素の原子数に対して酸素を８０％程度含むときには不可逆容量を補填するために負極活物質層の７５％程度のリチウム付与をすることが有効であることが分かっている。一方、充電時には負極活物質が２５０％程度に膨張することから、膨張空間として負極活物質層の１５０％が予め準備されているとよい。従ってリチウム付与を負極活物質層の５０％の面積に集中してリチウムを付与することにより、形成された空間は充放電時の膨張収縮の影響を緩和する空間として働き、正極と負極とを、セパレータを介して渦巻状に巻回あるいは積層する際に、負極周辺に一定の空間を形成することに寄与し、挫屈が防止できる。
【００３６】
また、負極活物質層を形成する際の蒸着角度と、集電体層の表面形状との組合せにより、空間率を変化させた場合にも、リチウムを付与する所定の領域Ｓ１およびＳ２の面積が、正極活物質に対向する負極活物質層全体の面積に占める割合を、リチウムイオン吸蔵時に負極活物質層が膨張する程度に応じて適切な値とすることが出来る。
【００３７】
例えば負極活物質が空間率６０％のケイ素酸化物である場合、ケイ素の原子数に対して酸素を１０％程度含むときには不可逆容量を補填するために負極活物質層厚みの６％程度のリチウム付与をすれば足りることが分かっている。一方、充電時には負極活物質の厚みが１６０％程度に膨張することから、膨張空間として負極活物質層の厚みの６０％が予め準備されているとよい。従ってリチウム付与を負極活物質層の１０％の面積に集中してリチウムを付与することにより、形成された空間は充放電時の膨張収縮の影響を緩和する空間として働き、正極と負極とを、セパレータを介して渦巻状に巻回あるいは積層する際に、負極周辺に一定の空間を形成することに寄与し、挫屈が防止できる。
【００３８】
また同様に、負極活物質が空間率６０％のケイ素酸化物で、ケイ素の原子数に対して酸素を８０％程度含むときには不可逆容量を補填するために負極活物質層厚みの３０％程度のリチウム付与をすることが有効であることが分かっている。一方、充電時には負極活物質の厚みが１３５％程度に膨張することから、膨張空間として負極活物質層の３５％が予め準備されているとよい。従ってリチウム付与を負極活物質層の８６％の面積に集中してリチウムを付与することにより、形成された空間は充放電時の膨張収縮の影響を緩和する空間として働き、正極と負極とを、セパレータを介して渦巻状に巻回あるいは積層する際に、負極周辺に一定の空間を形成することに寄与し、挫屈が防止できる。
【００３９】
本実施の形態における負極１６は、例えば以下に示す製造装置で作製できる。図３は、本発明の実施の形態における負極を作製する製造装置を示す模式図である。図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用いる。
【００４０】
図３において、排気ポンプ４で排気されている真空槽５の中で、巻き出しロール６から巻き出された長尺の集電体１は搬送ローラ７および円筒状の第一キャン８および第二キャン９の周面に沿って走行し、巻き取りロール１０に巻き取られる。その間に蒸発源１１より負極活物質の蒸気が供給され、第一マスク１２の開口部を通過した蒸気により集電体１の表面に負極活物質層２（図示せず）が形成される（工程Ａ）。
【００４１】
その後、集電体１が第二キャン９に沿った状態で、リチウム付与源１４から多スリット形状に加工された第二マスク１３ａの開口部を通過して、所定の領域Ｓ１にストライプ状のリチウムの付与を受ける（工程Ｃ）。その後、別のリチウム付与源１４から第二マスク１３ａの開口部と重ならないように開口部を設けた多スリット形状に加工された第三マスク１３ｂの開口部を通過して、所定の領域Ｓ１以外の領域Ｓ２にストライプ状のリチウムの付与を受ける（工程Ｄ）。以上の工程を経て、負極１６が作製され、巻き取りロール１０に巻き取られる。工程Ｃにおける各構成要素の位置関係は、図４に示すようになる。この場合、第二マスク１３ａの開口部は、集電体１の走行方向と平行な複数の開口部を有しているので、得られる負極１６に形成される所定の領域Ｓ１上のリチウム３も、図５に模式図を示すように、負極１６の走行方向（長手方向）と平行なストライプ状に形成される。なお、前述したように、工程Ｃと工程Ｄとの順序が逆でも良い。
【００４２】
また、負極１６に形成される所定の領域Ｓ１上のリチウム３の形状としては、図６に模式図を示すように、格子点状のリチウム３としても良い。この場合には格子形状のマスクを用いて、静止対向でリチウムを成膜する方法や、マスクと集電体とを同期移動させて成膜する方法などが可能である。
【００４３】
搬送に用いる搬送ローラ７は、リチウムと合金化しない材料で構成することが望ましい。これによってリチウム３がローラと反応し、ローラが汚染されたり、ローラと負極１６とが接着されて走行不良になることを防止できる。加工の容易やコストの観点から、搬送ローラ７に用いる材料は銅、ニッケル、クロム、ステンレスから選ばれる金属材料、またはフッ素あるいは含フッ素樹脂からなることが望ましい。
【００４４】
工程Ｂで付与したリチウムは工程Ａで形成された負極活物質層２の表面から反応し、負極活物質層２中にリチウムが拡散する。付与リチウムの反応量は負極活物質層２の状態や、リチウム付与の方法やその時の極板温度などによって異なるが、いずれの場合にも活物質層表面に付与するリチウム量が所定のパターンに応じて異なるため、不可逆容量を超える電気量のリチウムを付与した領域では、図１、図５および図６に示されるように極板厚みが大きくなる。
【００４５】
所定の領域Ｓ１に応じて厚みが大きく形成された負極１６は、セパレーターを介して正極と対向して捲回、または積層される。負極１６の厚みが所定の領域Ｓ１部で大きいので、セパレーターと負極１６の間に空隙を有する状態で捲回または積層が行われる。
【００４６】
その後、電解液の注液が行われ、捲回電池や、積層電池などを構成する。電解液としては、エチレンカーボネートなどの環状カーボネート類とジメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類との混合溶媒に６フッ化リン酸リチウムなどを溶解した電解液など、リチウム二次電池に通常使用可能な電解液が適用可能である。正極には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４などの正極活物質を含む、リチウム二次電池に通常使用可能な正極が適用可能である。セパレータとしては、ポリオレフィン系の微多孔膜など、リチウム二次電池に通常使用可能なセパレータが適用可能である。円筒型、扁平型、コイン型、角形等の様々な形状の電池が製造可能である。電池を構成すると、電池内のリチウムの分布が解消され、リチウム量は極板面内で均一になっていく。
【００４７】
捲回や積層時に形成された、セパレーターと負極板の間の空隙は、充電時の負極板膨張時に必要な膨張空間として使用される。従って、負極活物質の応力緩和が可能となるため、正極負極間の短絡を抑制することができる。また、極板全体の平均値として不可逆容量に相当する電気量のリチウムを付与することで、高容量の電池を得ることができる。
【００４８】
また、負極として集電体の片面に負極活物質層が形成され、さらにリチウムが付与される例で説明したが、集電体の両面に負極活物質層が形成され、さらにその両面にリチウムが付与されても本発明の負極として適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、体積膨張の程度が大きい活物質のエネルギー密度を有効に引き出すための極板の製造方法を提供するものである。本発明の製造方法により得られる極板は電池産業分野に限らず、電気化学素子全般への応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態における負極の一例を表す概略断面図
【図２】本発明の実施の形態における負極を作製する工程の一例を表した概略断面図
【図３】本発明の実施の形態における負極を作製する製造装置を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態における工程Ｃの各構成要素の位置関係を示す図
【図５】負極の一例を示す模式図
【図６】負極の一例を示す模式図
【符号の説明】
【００５１】
１  集電体
２  負極活物質層
３  リチウム
４  排気ポンプ
５  真空槽
６  巻き出しロール
７  搬送ローラ
８  第一キャン
９  第二キャン
１０  巻き取りロール
１１  負極活物質源
１２  第一マスク
１３ａ  第二マスク
１３ｂ  第三マスク
１４  リチウム付与源
１６  負極
【図１】
2007328932.tif 000003
【図２】
2007328932.tif 000004
【図３】
2007328932.tif 000005
【図４】
2007328932.tif 000006
【図５】
2007328932.tif 000007
【図６】
2007328932.tif 000008