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シリコン系蓄電池用負極材料およびその製造方法 コモンズ

国内特許コード P140010792
整理番号 N13079
掲載日 2014年8月7日
出願番号 特願2014-024263
公開番号 特開2015-153495
出願日 平成26年2月12日(2014.2.12)
公開日 平成27年8月24日(2015.8.24)
発明者
  • 新井 進
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 シリコン系蓄電池用負極材料およびその製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】シリコン粒子の体積変化を良好に吸収でき、充放電特性に優れ、さらなる容量アップが可能なシリコン系蓄電池用負極材料を提供する。
【解決手段】本発明に係るシリコン系蓄電池用負極材料は、金属基体10表面に、複数の板状もしくは柱状の銅めっき析出体が三次元空間内で交錯し、該析出体間に空隙を有する銅膜12が形成され、該銅膜12の前記析出体間の空隙内に位置してシリコン粒子14が固定されていることを特徴とする。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


電気自動車用二次電池には、現在のリチウムイオン電池よりもエネルギー密度の大きな蓄電池が必要とされている。現在のリチウムイオン電池の電極材料には、一般的に正極材料としてコバルト酸リチウム等の金属酸化物、負極材料としてグラファイトが使用されている。リチウムイオン電池のエネルギー密度を向上させるには現在の電極材料よりも比容量の大きな電極材料への変更が必要である。比容量の大きな負極材料としてシリコンが注目されている。シリコンはグラファイトの約10倍の比容量をもつ。しかし、シリコンはリチウムイオンの充放電時に大きな体積変化が起こり、場合によっては電極から脱離し、充放電特性が劣化する。充放電時のシリコンの体積変化による劣化を抑制できれば、充放電による特性劣化が低減され、有望な次世代リチウムイオン電池の負極材料となる。



このため、充放電時のシリコンの体積変化を抑制する工夫が種々検討されている。
特許文献1には、ニッケルめっき皮膜中にシリコン粒子が混入している複合材料からなるリチウムイオン電池の負極材料について記載されている。

産業上の利用分野


本発明はリチウムイオン電池用負極材料として用いて好適なシリコン系蓄電池用負極材料およびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
金属基体表面に、複数の板状もしくは柱状の銅めっき析出体が三次元空間内で交錯し、該析出体間に空隙を有する銅膜が形成され、該銅膜の前記析出体間の空隙内に位置してシリコン粒子が固定されていることを特徴とするシリコン系蓄電池用負極材料。

【請求項2】
前記銅膜が硫酸銅めっきによる銅膜であることを特徴とする請求項1記載のシリコン系蓄電池用負極材料。

【請求項3】
前記銅めっき析出体上にさらなる銅めっき皮膜が形成されていることを特徴とする請求項1または2記載のシリコン系蓄電池用負極材料。

【請求項4】
前記銅めっき皮膜がピロリン酸銅めっきによるめっき皮膜であることを特徴とする請求項3記載のシリコン系蓄電池用負極材料。

【請求項5】
前記シリコン粒子は、500nm以下の大きさの粒状をなすことを特徴とする請求項1~4いずれか1項記載のシリコン系蓄電池用負極材料。

【請求項6】
前記金属基体が銅箔であり、リチウムイオン電池用の負極材料であることを特徴とする請求項1~5いずれか1項記載のシリコン系蓄電池用負極材料。

【請求項7】
請求項1~6いずれか1項記載のシリコン系蓄電池用負極材料を負極に用いたことを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項8】
界面活性剤を含む硫酸銅めっき液により、金属基体表面に銅めっきを施し、該金属基体表面に、複数の板状もしくは柱状の銅めっき析出体が三次元空間内で交錯し、該析出体間に空隙を有する銅膜を形成する工程と、
該銅膜の前記析出体間の空隙内に位置してシリコン粒子を固定する工程を含むことを特徴とするシリコン系蓄電池用負極材料の製造方法。

【請求項9】
前記界面活性剤にポリアクリル酸もしくはその塩を用いることを特徴とする請求項8記載のシリコン系蓄電池用負極材料の製造方法。

【請求項10】
前記ポリアクリル酸もしくはその塩の濃度を、1×10-4M~5×10-4Mとすることを特徴とする請求項9記載のシリコン系蓄電池用負極材料の製造方法。

【請求項11】
前記銅膜を形成した金属基体を、シリコン粒子を分散させた電気泳動液中に浸漬し、シリコン粒子を電気泳動させて、前記銅膜の前記析出体間の空隙内にシリコン粒子を固定することを特徴とする請求項8~10いずれか1項記載のシリコン系蓄電池用負極材料の製造方法。

【請求項12】
前記シリコン粒子を、ノニオン系界面活性剤を分散剤に用いて分散させた電気泳動液を用いることを特徴とする請求項11記載のシリコン系蓄電池用負極材料の製造方法。

【請求項13】
前記ノニオン系界面活性剤にポリエチレングリコールを用いることを特徴とする請求項12記載のシリコン系蓄電池用負極材料の製造方法。

【請求項14】
前記シリコン粒子を固定する工程の後、前記銅めっき析出体上にさらなる銅めっき皮膜を形成することを特徴とする請求項8~13いずれか1項記載のシリコン系蓄電池用負極材料の製造方法。

【請求項15】
前記銅めっき皮膜としてピロリン酸銅めっき皮膜を形成することを特徴とする請求項14記載のシリコン系蓄電池用負極材料の製造方法。

【請求項16】
前記金属基体を銅めっきによって形成する工程を含むことを特徴とする請求項8~15いずれか1項記載のシリコン系蓄電池用負極材料の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014024263thum.jpg
出願権利状態 公開
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