부극 및 2차 전지

근래, 비디오 카메라, 휴대 전화 또는 노트 퍼스널 컴퓨터 등의 포터블 전자 기기가 널리 보급되고 있고, 그 소형화, 경량화 및 장수명화가 강하게 요구되고 있다. 이에 수반하여, 포터블 전자 기기의 전원으로서, 전지, 특히 경량으로 고에너지 밀도를 얻을 수 있는 2차 전지의 개발이 진행되고 있다. 그 중에서도, 충방전 반응에 리튬의 흡장 및 방출을 이용하는 2차 전지(소위 리튬 이온 2차 전지)는, 납 전지나 니켈 카드늄 전지보다 큰 에너지 밀도를 얻을 수 있기 때문에, 크게 기대되고 있다. 리튬 이온 2차 전지는, 정극 및 부극과 함께, 전해질을 구비하고 있다. 부극은, 부극 집전체상에 부극 활물질층을 갖고 있고, 그 부극 활물질층은, 충방전 반응에 기여하는 부극 활물질을 포함하고 있다. 부극 활물질로서는, 탄소 재료가 널리 사용되고 있다. 그러나, 최근에는, 포터블 전자 기기의 고성능화 및 다기능화에 수반하여 전지 용량의 더한층의 향상이 요구되고 있기 때문에, 탄소 재료에 대신하여 규소를 사용하는 것이 검토되고 있다. 규소의 이론 용량(4199㎃h/g)은 흑연의 이론 용량(372㎃h/g)보다 현격하게 크기 때문에, 전지 용량의 대폭적인 향상이 기대되기 때문이다. 그런데, 부극 활물질로서 규소를 사용한 경우에는, 충방전시에 있어서 부극 활물질이 심하게 팽창 및 수축하기 때문에, 부극의 집전성이 저하되거나, 부극 활물질층이 부극 집전체로부터 탈락할 가능성이 있다. 이로 인해, 높은 전지 용량을 얻을 수 있지만, 충분한 사이클 특성을 얻는 것이 곤란해진다. 이 경우에는, 특히, 충방전에 수반하여 팽창 및 수축을 반복한 때에 부극 활물질층이 세퍼레이터를 밀어 무너뜨리면, 내부 쇼트가 발생할 가능성도 있다. 그래서, 부극 활물질로서 규소를 사용한 경우에 있어서, 사이클 특성 등의 전지 특성을 개선하기 위해, 이미 몇가지의 기술이 제안되어 있다. 구체적으로는, 일본특개 제2000-173585호 공보와 일본특개 제2007-141666호 공보에는 부극 활물질에, 산화 니켈, 산화 코발트, 산화 구리 또는 산화 철 등의 금속 산화물을 혼합시키는 기술이 알려져 있다. 또한, 일본특개 제2000-36323호 공보에는 부극 활물질에, 산화 알루미늄, 산화 규소 또는 산화 티탄 등의 리튬과 반응하지 않는 세라믹을 부착시키는 기술이 알려져 있다. 또한, 일본특개 제 2004-185810호 공보에는, 부극 활물질 입자의 표면에, 산화물 피막(폴리머 피막)을 형성하는 기술이 알려져 있다. 또한, 일본특개 제2004-319469호 공보, 일본특개 2004-335334호 공보, 일본특개 제2004-335335호 공보 및 일본특개 제2008-4534호 공보에는, 부극 활물질의 표면에, 산화 규소, 질화 규소 또는 탄화 규소 등의 피막을 형성하는 기술이 알려져 있다. 이 밖에, 일본특개 제2005-183179호 공보에는, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 또는 열화학 기상 성장(Chemical Vapor Deposition : CVD)법을 이용하여, 부극 활물질층의 표면에, 산화 알루미늄, 산화 규소 또는 산화 티탄으로 이루어지는 다공질 절연층을 형성하는 기술이 알려져 있다. 이 기술에 관련하여, 일본특개 제2006-120604호 공보와 일본특개평07-220759호 공보에는, 부극 활물질층과 세퍼레이터 사이에, 절연성 필러 및 결착제를 포함하는 다공질 내열층을 부분적으로 배치하는 기술이나, 부극 활물질층의 표면에, 고체 입자 및 수지 결착제를 포함하는 다공성 보호막을 형성하는 기술도 알려져 있다