特許 6388432 リチウム二次電池用負極およびこれを含むリチウム二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6388432

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】リチウム二次電池用負極およびこれを含むリチウム二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/13 20100101AFI20180903BHJP

   H01M 2/16 20060101ALI20180903BHJP

   H01M 10/0566 20100101ALI20180903BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20180903BHJP

   H01M 10/058 20100101ALI20180903BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/13

   H01M2/16 P

   H01M10/0566

   H01M10/052

   H01M10/058

【請求項の数】18

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-112262(P2014-112262)

(22)【出願日】2014年5月30日

(65)【公開番号】特開2015-37077(P2015-37077A)

(43)【公開日】2015年2月23日

【審査請求日】2017年5月26日

(31)【優先権主張番号】61/865,985

(32)【優先日】2013年8月14日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/228,118

(32)【優先日】2014年3月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】590002817

【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＳＤＩ Ｃｏ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100070024

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 宣行

(74)【代理人】

【識別番号】100159042

【弁理士】

【氏名又は名称】辻 徹二

(72)【発明者】

【氏名】南 重 鉉

(72)【発明者】

【氏名】朴 鍾 換

(72)【発明者】

【氏名】崔 延 朱

(72)【発明者】

【氏名】李 彦 美

(72)【発明者】

【氏名】石 ▲薫▼

【審査官】 冨士 美香

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２６７４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２５５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０８９８９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０４−０２８１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２７６４５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１０３３４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ４／００−４／６２

Ｈ０１Ｍ ２／１６

Ｈ０１Ｍ １０／０５２

Ｈ０１Ｍ １０／０５６６

Ｈ０１Ｍ １０／０５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

集電体と、
前記集電体の上に位置する負極活物質層と、
前記負極活物質層の上に連結され、有機物および無機物を含むコーティング層とを含み、
前記有機物は、０．１乃至５μｍの大きさを有する高分子粒子を含み、
前記有機物は、前記負極活物質層および前記コーティング層の総量に対して３乃至１０重量％で含まれ、
前記無機物は、前記負極活物質層および前記コーティング層の総量に対して１乃至２０重量％で含まれる、リチウム二次電池用負極。

【請求項2】

前記コーティング層は、前記有機物および前記無機物を単一層として含む複合体層である、請求項１に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項3】

前記コーティング層は、前記無機物を含む無機層と、前記有機物を含む有機層と、を含む、請求項１に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項4】

集電体と、
前記集電体の上に位置する負極活物質層と、
前記負極活物質層の上に連結され、有機物および無機物を含むコーティング層とを含み、
前記コーティング層は、前記無機物を含む無機層と、前記有機物を含む有機層と、を含み、
前記有機物は、ポリオレフィン、ポリオレフィン誘導体、ポリオレフィンワックス、アクリル系化合物、またはこれらの組み合わせを含む高分子粒子を含む、リチウム二次電池用負極。

【請求項5】

前記無機層の厚さは、１乃至１０μｍであり、前記有機層の厚さは、１乃至１０μｍである、請求項３又は４に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項6】

前記有機層は、前記負極活物質層の上に連結され、前記無機層は、前記有機層の上に連結される、請求項３又は４に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項7】

前記無機層は、前記負極活物質層の上に連結され、前記有機層は、前記無機層の上に連結される、請求項３又は４に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項8】

前記有機物は、ポリオレフィン、ポリオレフィン誘導体、ポリオレフィンワックス、アクリル系化合物、またはこれらの組み合わせを含む高分子粒子を含む、請求項１に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項9】

前記有機物は、８５乃至１３０℃の融点を有する高分子粒子を含む、請求項１又は４に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項10】

前記有機物の重量平均分子量は、３００乃至１０，０００である、請求項１又は４に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項11】

前記有機物は、０．１乃至５μｍの大きさを有する高分子粒子を含む、請求項４に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項12】

前記有機物は、前記負極活物質層および前記コーティング層の総量に対して０．５乃至１０重量％で含まれる、請求項４に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項13】

前記無機物は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ａｌ（ＯＨ）_３、ＡｌＯ（ＯＨ）、ＴｉＯ_２、ＢａＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、ＭｇＯ、Ｔｉ（ＯＨ）_４、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１又は４に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項14】

前記無機物は、０．１乃至５μｍの大きさを有する粒子を含む、請求項１又は４に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項15】

前記無機物は、前記負極活物質層および前記コーティング層の総量に対して１乃至２０重量％で含まれる、請求項４に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項16】

前記コーティング層は、前記有機物と異なるバインダーをさらに含み、前記バインダーは、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）共重合体、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル、酢酸ビニル誘導体、ポリエチレングリコール、アクリル系ゴム、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１から１５のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用負極。

【請求項17】

請求項１から１６のいずれか１項に記載の負極と、正極と、電解液と、セパレータとを含むリチウム二次電池。

【請求項18】

前記セパレータは、有機物質を含み、前記セパレータに含まれている有機物質は、前記コーティング層に含まれている有機物よりも融点が高い、請求項１７に記載のリチウム二次電池。

【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含むリチウム二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

最近、携帯用小型電子機器の電源として脚光を浴びているリチウム二次電池は、有機電解液を使用することによって、既存のアルカリ水溶液を使用した電池よりも２倍以上の高い放電電圧を示し、その結果、高いエネルギー密度を示す電池である。

【0003】

リチウム二次電池の正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_１−ｘＣｏ_ｘＯ_２（０＜ｘ＜１）などのようにリチウムのインターカレーションが可能な構造を有するリチウムと遷移金属とからなる酸化物を主に使用している。また、負極活物質としては、リチウムのインターカレーションおよびデインターカレーションが可能な人造黒鉛、天然黒鉛、ハードカーボンなどの多様な形態の炭素系材料が適用されている。

【0004】

このようなリチウム二次電池は、２５℃以上の温度で充電状態に応じて正極および負極が熱的に不安定になって電解質塩、有機溶媒、正極活物質および負極活物質が分解されて電池安定性および安全性に問題点が発生する。

【0005】

また、電池がユーザーの要求により漸次に高容量化しながら高い水準の安定性および安全性要求条件を満たすことが一層難しくなる傾向にある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一実施形態は、電池の発熱を早期に抑制し、正極と負極との間の短絡を防止して電池の安全性、熱的安定性およびサイクル寿命特性に優れたリチウム二次電池用負極を提供する。

【0007】

本発明の他の一実施形態は、前記リチウム二次電池用負極を含むリチウム二次電池を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態は、集電体と、前記集電体の上に位置する負極活物質層と、前記負極活物質層の上に連結され、有機物および無機物を含むコーティング層とを含むリチウム二次電池用負極を提供する。

【0009】

前記コーティング層は、前記負極活物質層の表面を一部貫通することができる。

【0010】

前記コーティング層は、前記有機物および前記無機物を単一層として含む複合体層であってもよい。

【0011】

前記コーティング層は、前記無機物を含む無機層と、前記有機物を含む有機層とを含むことができる。

【0012】

前記無機層の厚さは、１乃至１０μｍであり、前記有機層の厚さは、１乃至１０μｍであってもよい。

【0013】

前記有機層は、前記負極活物質層の上に連結され、前記無機層は、前記有機層の上に連結されてもよい。

【0014】

前記無機層は、前記負極活物質層の上に連結され、前記有機層は、前記無機層の上に連結されてもよい。

【0015】

前記有機物は、ポリオレフィン、ポリオレフィン誘導体、ポリオレフィンワックス、アクリル系化合物、またはこれらの組み合わせを含む高分子粒子を含むことができる。

【0016】

前記有機物は、８５乃至１３０℃の融点を有する高分子粒子を含むことができ、前記有機物の重量平均分子量は、３００乃至１０，０００であってもよく、前記有機物は、０．１乃至５μｍの大きさを有する高分子粒子を含むことができる。

【0017】

前記有機物は、前記負極活物質層および前記コーティング層の総量に対して０．５乃至１０重量％で含まれてもよい。

【0018】

前記無機物は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ａｌ（ＯＨ）_３、ＡｌＯ（ＯＨ）、ＴｉＯ_２、ＢａＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、ＭｇＯ、Ｔｉ（ＯＨ）_４、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、またはこれらの組み合わせを含むことができる。

【0019】

前記無機物は、０．１乃至５μｍの大きさを有する粒子を含むことができる。

【0020】

前記無機物は、前記負極活物質層および前記コーティング層の総量に対して１乃至２０重量％で含まれてもよい。

【0021】

前記コーティング層は、前記有機物と異なるバインダーをさらに含むことができ、前記バインダーは、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）共重合体、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル、酢酸ビニル誘導体、ポリエチレングリコール、アクリル系ゴムまたはこれらの組み合わせを含むことができる。

【0022】

本発明の他の一実施形態は、前記負極と、正極と、電解液と、セパレータとを含むリチウム二次電池を提供する。

【0023】

前記セパレータは、有機物質を含むことができ、前記セパレータに含まれている有機物質は、前記コーティング層に含まれている有機物よりも融点が高く形成されてもよい。

【0024】

その他、本発明の実施形態の具体的な事項は、以下の詳細な説明に含まれている。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、電池の発熱を早期に抑制し、正極と負極との間の短絡を防止して電池の安全性、熱的安定性およびサイクル寿命特性に優れたリチウム二次電池を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池を示す概略図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極の構造を示す断面図である。

【図3】図３は、本発明の他の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極の構造を示す断面図である。

【図4】図４は、本発明のさらに他の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極の構造を示す断面図である。

【図5】図５は、実施例１乃至４と比較例１および２によるリチウム二次電池用負極に対して温度および抵抗の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施形態を詳しく説明する。ただし、これは例示として提示されるものであり、本発明はこれによって限定されず、特許請求の範囲の範疇のみによって定義される。

【0028】

本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池について図１を参照して説明する。

【0029】

図１は、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池を示す概略図である。

【0030】

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池１００は、電極組立体１１０と、前記電極組立体１１０を収納している電池容器１２０と、前記電極組立体１１０で形成された電流を外部に誘導するための電気的通路の役割を果たす電極タブ１３０とを含むことができる。前記電池容器１２０の二つの面は、互いに向き合う面を重ねて密封するようになる。また、前記電極組立体１１０を収納している電池容器１２０内部に電解液が注入される。

【0031】

前記電極組立体１１０は、正極と、前記正極と対向する負極と、前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータとから構成される。

【0032】

本発明の一実施形態に係る前記負極は、集電体と、前記集電体の上に位置する負極活物質層と、前記負極活物質層の上に位置する、具体的には前記負極活物質層の上に直接連結されるコーティング層とを含むことができる。より具体的には、前記コーティング層は、前記負極活物質層の表面を一部貫通することができる。この時、前記コーティング層は、単一層または多層の構造を有することができ、前記コーティング層は、有機物および無機物を含むことができる。

【0033】

前記有機物が前記負極活物質層の上にコーティングされる場合、シャットダウン機能によってリチウムイオンの移動を防ぐことで、電池の内部抵抗を増加させることができ、これによって電気化学反応性を低下させることができる。したがって、前記シャットダウンが可能な有機物を電極、具体的には負極の表面にコーティングする場合、電池の発熱を早期に抑制させることができる。

【0034】

また、前記無機物が前記負極活物質層の上にコーティングされる場合、電極、具体的には負極の表面に電気的絶縁層を形成して正極と負極との間の短絡を防止することができる。

【0035】

これによって、負極の表面に前記有機物と前記無機物がコーティングされる場合、電池の発熱を早期に抑制し、正極と負極との間の短絡を防止してリチウム二次電池の安全性、熱的安定性およびサイクル寿命特性を向上させることができる。

【0036】

前記有機物と前記無機物がセパレータの基材表面にコーティングされる場合、物理的衝撃によってセパレータが破断することがあり、これによってその効果を発揮できないこともある。本発明の一実施形態では、前記有機物と前記無機物が電極の表面に直接コーティングされることによって、堅固な支持体の上でその機能を発揮するようになるので、より安定的にリチウム二次電池の安全性を向上させることができる。また、前記有機物と前記無機物は電極を保護するようになって電極活物質のデインターカレーションを防止し、電極の表面粗度を減少させて電池の組み立て工程中の電極摩擦による不良を解消することができる。

【0037】

本発明の一実施形態に係る負極の構造について図２乃至４を参照して具体的に説明する。図２乃至図４は、一例を説明するためのものに過ぎず、本発明はこれに限定されない。

【0038】

図２は、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極の構造を示す断面図である。

【0039】

図２を参照すると、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極１０は、集電体１１と、前記集電体１１の上に位置する負極活物質層１２と、前記負極活物質層１２の上に位置する、具体的には前記負極活物質層１２の上に直接連結されるコーティング層とを含む。図２で前記コーティング層は単一層の構造を示し、具体的には前記コーティング層は有機物１４および無機物１５が単一層内に共に存在する複合体層１３であり得る。

【0040】

このように電極、具体的には負極の表面に有機物と無機物がコーティングされた場合、より具体的には負極の表面に有機物と無機物が単一層として共にコーティングされた場合、有機物のシャットダウン機能によって電池発熱を早期に抑制することができ、無機物の電気的絶縁性によって正極と負極との間の短絡を防止することができる。これによって、リチウム二次電池の安全性、熱的安定性およびサイクル寿命特性を向上させることができる。

【0041】

図３は、本発明の他の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極の構造を示す断面図である。

【0042】

図３を参照すると、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極２０は、集電体２１と、前記集電体２１の上に位置する負極活物質層２２と、前記負極活物質層２２の上に位置する、具体的には前記負極活物質層２２の上に直接連結されるコーティング層とを含む。図３で前記コーティング層は多層の構造を示し、具体的には前記コーティング層は無機物２５を含む無機層２３と有機物２６を含む有機層２４とを含むことができる。この時、前記無機層２３は、前記負極活物質層２２の上にコーティングされ、前記有機層２４は、前記無機層２３の上にコーティングされ得る。

【0043】

このように電極、具体的には負極の表面に有機物と無機物がコーティングされた場合、より具体的には負極の表面に無機物がコーティングされ、その上に別途の層で有機物がコーティングされた場合、有機物のシャットダウン機能によって電池発熱を早期に抑制することができ、無機物の電気的絶縁性によって正極と負極との間の短絡を防止することができる。これによって、リチウム二次電池の安全性、熱的安定性およびサイクル寿命特性を向上させることができる。

【0044】

図４は、本発明のさらに他の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極の構造を示す断面図である。

【0045】

図４を参照すると、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極３０は、集電体３１と、前記集電体３１の上に位置する負極活物質層３２と、前記負極活物質層３２の上に位置する、具体的には前記負極活物質層３２の上に直接連結されるコーティング層とを含む。図４で前記コーティング層は多層の構造を示し、具体的には前記コーティング層は有機物３５を含む有機層３３と無機物３６を含む無機層３４とを含むことができる。この時、前記有機層３３は、前記負極活物質層３２の上にコーティングされ、前記無機層３４は、前記有機層３３の上にコーティングされ得る。

【0046】

このように電極、具体的には負極の表面に有機物と無機物がコーティングされた場合、より具体的には負極の表面に有機物がコーティングされ、その上に別途の層で無機物がコーティングされた場合、有機物のシャットダウン機能によって電池発熱を早期に抑制することができ、無機物の電気的絶縁性によって正極と負極との間の短絡を防止することができる。これによって、リチウム二次電池の安全性、熱的安定性およびサイクル寿命特性を向上させることができる。

【0047】

前記有機物、具体的には、図２乃至４で前記複合体層および前記有機層に含有される有機物は、８５乃至１３０℃の融点を有する高分子粒子を含むことができる。前記融点範囲を有する有機物を使用する場合、シャットダウン機能が可能であることから、電池の発熱を早期に抑制することができる。

【0048】

一方、前記セパレータは、ポリオレフィン系高分子のような有機物質を含むことができ、前記有機物質の融点は、前記コーティング層に含まれる前記有機物の融点よりも高い。具体的には、前記セパレータに含まれる前記有機物質は、１３０℃以上の溶融温度を有し、そのため、セパレータは１３０℃以上でシャットダウン機能を遂行するようになる。しかし、電池の高容量化によってエネルギー密度が高くなったり、構造的または化学的な安定性が低下した活物質を使用するようになると、電池の異常発熱時に初期発熱量が急上昇するようになってセパレータのシャットダウンのみでは制御が難しくなる。本発明の一実施形態では、セパレータの有機物よりも溶融温度が低い有機物を負極活物質層にコーティングすることによって、１３０℃以前に有機物が溶融してシャットダウンされるため、より低い温度で電気化学反応性を抑制することができ、これによって、電池の発熱を早期に抑制することができる。言い換えると、一次的に、負極活物質層に形成された有機物のシャットダウンによって電池反応性がある程度抑制された状態で、二次的にセパレータのシャットダウンが起こるため、より効果的に電池の安全性を確保することができる。

【0049】

具体的には、有機物に含まれる前記高分子粒子は、ポリオレフィン、ポリオレフィン誘導体、ポリオレフィンワックス、アクリル系化合物、またはこれらの組み合わせを含むことができる。前記ポリオレフィンは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはこれらの組み合わせが挙げられる。これらのうち、好ましくはポリエチレンを使用することができる。

【0050】

前記有機物の重量平均分子量は、３００乃至１０，０００であり、具体的には２，０００乃至６，０００であり得る。また前記有機物は、０．１乃至５μｍの大きさを有する高分子粒子であり、具体的には０．２乃至３μｍであり得る。前記有機物の重量平均分子量および大きさが前記範囲内である場合、リチウムイオンの移動抵抗を最小化して電池の性能を確保し、シャットダウン機能がより強化されて電池の発熱を早期に抑制することができる。

【0051】

前記有機物は、前記負極活物質層および前記コーティング層の総量に対して０．５乃至１０重量％で含まれ、具体的には３乃至７重量％で含まれ得る。前記有機物が前記含量範囲内に含まれる場合、シャットダウン機能をより強化させて電池の発熱を早期に抑制することができる。

【0052】

前記無機物、具体的には、図２乃至４で前記複合体層および前記無機層に含有される無機物は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ａｌ（ＯＨ）_３、ＡｌＯ（ＯＨ）、ＴｉＯ_２、ＢａＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、ＭｇＯ、Ｔｉ（ＯＨ）_４、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、またはこれらの組み合わせを使用することができる。

【0053】

前記無機物は、粒子の大きさが０．１乃至５μｍであり、具体的には０．３乃至１μｍであり得る。前記無機物粒子の大きさが前記範囲内である場合、前記負極活物質層の上に均一にコーティングされ、これによって優れた電気的絶縁性を有するため、正極と負極との間の短絡を防止することができる。また、リチウムイオンの移動抵抗を最小化して性能を確保することができる。

【0054】

前記無機物は、前記負極活物質層および前記コーティング層の総量に対して１乃至２０重量％で含まれ、具体的には５乃至１２重量％で含まれ得る。前記無機物が前記含量範囲内に含まれる場合、優れた電気的絶縁性を有することによって正極と負極との間の短絡を防止することができる。

【0055】

図２で前記有機物および前記無機物を含む前記複合体層の厚さは、１乃至２０μｍであり、具体的には２乃至１０μｍであり得る。前記複合体層の厚さが前記範囲内である場合、シャットダウン機能と電気的絶縁性に優れて、電池の発熱を早期に抑制し、正極と負極との間の短絡を防止することができる。また、リチウムイオンの移動抵抗を最小化し、コーティング層の厚さを最小化して電池性能を確保することができる。

【0056】

図３および４で前記無機層の厚さは、１乃至１０μｍであり、具体的には２乃至７μｍであり得、前記有機層の厚さは１乃至１０μｍであり、具体的には３乃至７μｍであり得る。前記無機層と前記有機層の厚さが各々前記範囲内である場合、優れた電気的絶縁性を有して正極と負極との間の短絡を防止することができ、また、シャットダウン機能が強化されることによって電池の発熱を早期に抑制することができる。また、リチウムイオンの移動抵抗を最小化し、コーティング層の厚さを最小化して電池性能を確保することができる。

【0057】

前記コーティング層、具体的には図２の場合、前記複合体層は、前記有機物と前記無機物以外にバインダーをさらに含むことができる。また、図３および４の場合、前記有機層は、前記有機物以外にバインダーをさらに含むことができ、前記無機層は、前記無機物以外にバインダーをさらに含むことができる。

【0058】

前記バインダーは、前記有機物と異なる物質であり得る。前記バインダーの具体的な例としては、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）共重合体、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル、酢酸ビニル誘導体、ポリエチレングリコール、アクリル系ゴム、またはこれらの組み合わせが挙げられ、これらのうち、好ましくは前記スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、前記スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）と前記カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の混合物、前記エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、前記ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、前記エチレン−アクリル酸共重合体、または前記アクリル系ゴムを使用することができる。

【0059】

前記バインダーを前記コーティング層に含む場合、負極の表面との接着力を向上させ、有機物粒子間、無機物粒子間、または有機物と無機物粒子間の接着力を向上させることができる。

【0060】

前記負極の前記集電体としては、銅箔を使用することができる。

【0061】

前記負極活物質層は、負極活物質と、バインダーと、選択的に導電剤とを含む。

【0062】

前記負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的にインターカレーション／デインターカレーションすることができる物質、リチウム金属、リチウム金属の合金、リチウムをドープおよび脱ドープすることができる物質、または遷移金属酸化物を含む。

【0063】

前記リチウムイオンを可逆的にインターカレーション／デインターカレーションすることができる物質としては、炭素物質であって、リチウム二次電池で一般に使用される炭素系負極活物質であれば如何なるものでも使用することができ、その代表的な例としては、結晶質炭素、非晶質炭素、またはこれらを共に使用することができる。前記結晶質炭素の例としては、無定形、板状、鱗片状（ｆｌａｋｅ）、球状、または繊維状の天然黒鉛または人造黒鉛のような黒鉛が挙げられ、前記非晶質炭素の例としては、ソフトカーボン（低温焼成炭素）またはハードカーボン、メソフェーズピッチ炭化物、焼成されたコークスなどが挙げられる。

【0064】

前記リチウム金属の合金としては、リチウムとＮａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｒａ、Ｇｅ、ＡｌおよびＳｎからなる群より選択される金属との合金を使用することができる。

【0065】

前記リチウムをドープおよび脱ドープすることができる物質としては、Ｓｉ、ＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）、Ｓｉ−Ｃ複合体、Ｓｉ−Ｑ合金（前記Ｑは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、１３族乃至１６族元素、遷移金属、希土類元素、またはこれらの組み合わせであり、Ｓｉではない）、Ｓｎ、ＳｎＯ_２、Ｓｎ−Ｃ複合体、Ｓｎ−Ｒ（前記Ｒは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、１３族乃至１６族元素、遷移金属、希土類元素、またはこれらの組み合わせであり、Ｓｎではない）などが挙げられ、またこれらのうちの少なくとも一つとＳｉＯ_２を混合して使用することもできる。前記ＱおよびＲの具体的な元素としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｄｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｇ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂｈ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、またはこれらの組み合わせが挙げられる。

【0066】

前記遷移金属酸化物としては、バナジウム酸化物、リチウムバナジウム酸化物などが挙げられる。

【0067】

前記バインダーは、負極活物質粒子を互いに良好に付着させ、また負極活物質を負極集電体に良好に付着させる役割を果たし、その代表的な例として、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリ塩化ビニル、カルボキシル化されたポリ塩化ビニル、ポリビニルフルオライド、エチレンオキシドを含むポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエンラバー、アクリル化スチレン−ブタジエンラバー、エポキシ樹脂、ナイロンなどを使用することができるが、これらに限定されない。

【0068】

前記導電剤は、電極に導電性を付与するために使用されるものであって、構成される電池において化学変化を招かない電子伝導性材料であれば如何なるものでも使用可能であり、その例として、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維などの炭素系物質；銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉末または金属繊維などの金属系物質；ポリフェニレン誘導体などの導電性ポリマー；またはこれらの混合物を含む導電性材料を使用することができる。

【0069】

前記負極は、前記負極活物質、前記バインダーおよび前記導電剤を溶媒中で混合して負極活物質組成物を製造し、前記負極活物質組成物を前記負極集電体に塗布して製造する。この時、前記溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドンなどを使用することができるが、これに限定されない。

【0070】

前記正極は、集電体と、前記集電体の上に位置する正極活物質層とを含む。

【0071】

前記集電体としては、アルミニウムを使用することができるが、これに限定されない。

【0072】

前記正極活物質層は、正極活物質を含む。
前記正極活物質は、リチウムの可逆的なインターカレーションおよびデインターカレーションが可能な化合物（リチエイテッドインターカレーション化合物）を使用することができ、具体的にはリチウム金属酸化物を使用することができる。

【0073】

前記リチウム金属酸化物は、具体的にはコバルト、マンガン、ニッケルおよびアルミニウムから選択される少なくとも一つの金属とリチウムを含む酸化物を使用することができる。より具体的には、下記化学式のうちのいずれか一つで表される化合物を使用することができる。

【0074】

Ｌｉ_ａＡ_１−ｂＸ_ｂＤ_２（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５）；Ｌｉ_ａＡ_１−ｂＸ_ｂＯ_２−ｃＤ_ｃ（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５）；Ｌｉ_ａＥ_１−ｂＸ_ｂＯ_２−ｃＤ_ｃ（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５）；Ｌｉ_ａＥ_２−ｂＸ_ｂＯ_４−ｃＤ_ｃ（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１−ｂ−ｃ}Ｃｏ_ｂＸ_ｃＤ_α（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α≦２）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１−ｂ−ｃ}Ｃｏ_ｂＸ_ｃＯ_２−αＴ_α（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α＜２）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１−ｂ−ｃ}Ｃｏ_ｂＸ_ｃＯ_２−αＴ_２（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α＜２）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１−ｂ−ｃ}Ｍｎ_ｂＸ_ｃＤ_α（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α≦２）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１−ｂ−ｃ}Ｍｎ_ｂＸ_ｃＯ_２−αＴ_α（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α＜２）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１−ｂ−ｃ}Ｍｎ_ｂＸ_ｃＯ_２−αＴ_２（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α＜２）；Ｌｉ_ａＮｉ_ｂＥ_ｃＧ_ｄＯ_２（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０．００１≦ｄ≦０．１）；Ｌｉ_ａＮｉ_ｂＣｏ_ｃＭｎ_ｄＧ_ｅＯ_２（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０≦ｄ≦０．５、０．００１≦ｅ≦０．１）；Ｌｉ_ａＮｉＧ_ｂＯ_２（０．９０≦ａ≦１．８、０．００１≦ｂ≦０．１）；Ｌｉ_ａＣｏＧ_ｂＯ_２（０．９０≦ａ≦１．８、０．００１≦ｂ≦０．１）；Ｌｉ_ａＭｎ_１−ｂＧ_ｂＯ_２（０．９０≦ａ≦１．８、０．００１≦ｂ≦０．１）；Ｌｉ_ａＭｎ_２Ｇ_ｂＯ_４（０．９０≦ａ≦１．８、０．００１≦ｂ≦０．１）；Ｌｉ_ａＭｎ_１−ｇＧ_ｇＰＯ_４（０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｇ≦０．５）；ＱＯ_２；ＱＳ_２；ＬｉＱＳ_２；Ｖ_２Ｏ_５；ＬｉＶ_２Ｏ_５；ＬｉＺＯ_２；ＬｉＮｉＶＯ_４；Ｌｉ_{（３−ｆ）}Ｊ_２（ＰＯ_４）_３（０≦ｆ≦２）；Ｌｉ_{（３−ｆ）}Ｆｅ_２（ＰＯ_４）_３（０≦ｆ≦２）；ＬｉＦｅＰＯ_４。

【0075】

前記化学式中、Ａは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；Ｘは、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｖ、希土類元素、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；Ｄは、Ｏ、Ｆ、Ｓ、Ｐ、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；Ｅは、Ｃｏ、Ｍｎ、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；Ｔは、Ｆ、Ｓ、Ｐ、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；Ｇは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｒ、Ｖ、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；Ｑは、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；Ｚは、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｙ、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され；Ｊは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される。

【0076】

前記リチウム金属酸化物は、より具体的には、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、またはこれらの組み合わせを使用することができ、これらのうち、好ましくは、前記リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物と前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物とを混合して使用することができる。
前記正極活物質層は、前述した正極活物質以外に、バインダーと導電剤とをさらに含むことができる。

【0077】

前記バインダーは、正極活物質粒子を互いに良好に付着させ、また正極活物質を正極集電体に良好に付着させる役割を果たし、その代表的な例としては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、カルボキシル化されたポリ塩化ビニル、ポリビニルフルオライド、エチレンオキシドを含むポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエンラバー、アクリル化スチレン−ブタジエンラバー、エポキシ樹脂、ナイロンなどを使用することができるが、これらに限定されない。

【0078】

前記導電剤は、電極に導電性を付与するために使用されるものであって、構成される電池において化学変化を招かない電子伝導性材料であれば如何なるものでも使用可能であり、その例として、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維などの炭素系物質；銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉末または金属繊維などの金属系物質；ポリフェニレン誘導体などの導電性ポリマー；またはこれらの混合物を含む導電性材料を使用することができる。

【0079】

前記電解液は、非水性有機溶媒とリチウム塩とを含む。

【0080】

前記非水性有機溶媒は、電池の電気化学的反応に関与するイオンが移動できる媒質の役割を果たす。前記非水性有機溶媒としては、カーボネート系、エステル系、エーテル系、ケトン系、アルコール系、および非プロトン性溶媒から選択され得る。

【0081】

前記カーボネート系溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）などを使用することができる。

【0082】

特に、鎖状カーボネート化合物および環状カーボネート化合物を混合して使用する場合、誘電率を高めると同時に粘性が小さい溶媒として製造され得てよい。この場合、環状カーボネート化合物および鎖状カーボネート化合物は、約１：１乃至１：９の体積比に混合して使用することができる。

【0083】

また、前記エステル系溶媒としては、例えば、メチルアセテート、エチルアセテート、ｎ−プロピルアセテート、ジメチルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、γ−ブチロラクトン、デカノライド、バレロラクトン、メバロノラクトン、カプロラクトンなどを使用することができる。前記エーテル溶媒としては、例えば、ジブチルエーテル、テトラグライム、ジグライム、ジメトキシエタン、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフランなどを使用することができ、前記ケトン系溶媒としては、シクロヘキサノンなどを使用することができる。また、前記アルコール系溶媒としては、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどを使用することができる。

【0084】

前記非水性有機溶媒は、単独でまたは二つ以上を混合して使用することができ、二つ以上を混合して使用する場合の混合比率は、目的とする電池性能に応じて適切に調節することができる。

【0085】

前記非水性電解液は、エチレンカーボネート、ピロカーボネートなどの過充電防止剤のような添加剤をさらに含むこともできる。

【0086】

前記リチウム塩は、有機溶媒に溶解されて、電池内でリチウムイオンの供給源として作用して基本的なリチウム二次電池の作動を可能にし、正極と負極との間のリチウムイオンの移動を促進する役割を果たす物質である。

【0087】

前記リチウム塩の具体的な例としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_３Ｃ_２Ｆ_５）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｌＯ_２、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＮ（Ｃ_ｘＦ_２ｘ＋１ＳＯ_２）（Ｃ_ｙＦ_２ｙ＋１ＳＯ_２）（ここで、ｘおよびｙは、自然数である）、ＬｉＣｌ、ＬｉＩ、ＬｉＢ（Ｃ_２Ｏ_４）_２（リチウムビスオキサラトボレート（ＬｉＢＯＢ）、またはこれらの組み合わせが挙げられる。

【0088】

前記リチウム塩の濃度は、約０．１Ｍ乃至約２．０Ｍ範囲内で使用することがよい。リチウム塩の濃度が前記範囲に含まれる場合、電解液が適切な伝導度および粘度を有するため、優れた電解液性能を示すことができ、リチウムイオンが効果的に移動することができる。

【0089】

前記セパレータは、負極と正極を分離し、リチウムイオンの移動通路を提供するものであって、リチウム電池で通常使用されるものであればいずれも使用可能である。つまり、電解質のイオン移動に対して低抵抗であると同時に、電解液含湿能力に優れたものを使用することができる。例えば、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）、またはこれらの組み合わせの中から選択されたものであって、不織布形態であっても織布形態であってもよい。例えば、リチウムイオン電池にはポリエチレン、ポリプロピレンなどのようなポリオレフィン系高分子セパレータが主に使用され、耐熱性または機械的強度の確保のためにセラミック成分または高分子物質が含まれているコーティングされたセパレータを使用することもでき、選択的に単層または多層の構造で使用することができる。

【0090】

以下、本発明の具体的な実施例を提示する。ただし、下記実施例は本発明を具体的に例示または説明するためのものに過ぎず、本発明はこれによって限定されない。

【0091】

また、ここに記載されていない内容は当該技術分野における当業者であれば十分に技術的に類推することができるため、その説明を省略する。

【実施例】

【0092】

実施例１
（負極の製造）
融点が１１０℃であり、平均粒子が１μｍであり、重量平均分子量が５，０００であるポリエチレン粒子（Ｍｉｔｓｕｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ社製、Ｃｈｅｍｉｐｅａｒｌ Ｗ４０１）９８重量％、およびアクリル系ゴム（ＺＥＯＮ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製、ＢＭ−９００Ｂ）２重量％を水に混合して有機層組成物を製造した。

【0093】

大きさが０．４５μｍであるＡｌ_２Ｏ_３（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ Ｓｕｍｉｔｏｍｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．社製、ＡＥＳ−１２）９５重量％、およびアクリル系ゴム（ＺＥＯＮ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製、ＢＭ−５２０Ｂ）５重量％をＮ−メチルピロリドン溶媒中に混合して無機層組成物を製造した。

【0094】

黒鉛９７．５重量％、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）１．５重量％およびカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）１重量％を水溶媒に添加してスラリーを製造した。

【0095】

前記スラリーを銅箔に塗布および乾燥し、ロールプレスを施して負極活物質層を製造した。次に、前記負極活物質層に前記無機層組成物を塗布して無機層を形成し、前記無機層の上に前記有機層組成物を塗布して有機層を形成することによって、負極を製造した。この時、前記無機層の厚さは６μｍであり、前記有機層の厚さは２μｍになるように形成した。また、前記ポリエチレン粒子および前記Ａｌ_２Ｏ_３は、それぞれ前記負極活物質層と前記無機層および前記有機層を含むコーティング層との総量に対して１．６重量％および９．８重量％で含まれた。

【0096】

（正極の製造）
ＬｉＮｉ_０．３３Ｃｏ_０．３３Ｍｎ_０．３３Ｏ_２９０重量％およびＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２１０重量％の混合物９４重量％、カーボンブラック３重量％およびポリフッ化ビニリデン３重量％をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に添加してスラリーを製造した。前記スラリーをアルミニウム（Ａｌ）箔膜に塗布および乾燥し、ロールプレスを施して正極を製造した。

【0097】

（電解液の製造）
エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびジメチルカーボネートを２：４：４の体積比に混合した混合溶媒に１．１５ＭのＬｉＰＦ_６を添加して電解液を製造した。

【0098】

（リチウム二次電池の作製）
前記正極、前記負極および前記電解液とポリエチレン材質のセパレータを使用してリチウム二次電池を作製した。

【0099】

実施例２
有機層の厚さを４μｍになるように製造したことを除いては、実施例１と同様な方法でリチウム二次電池を製作した。

【0100】

実施例３
負極を次のとおり製造したことを除いては、実施例１と同様な方法でリチウム二次電池を製作した。

【0101】

前記負極活物質層に前記有機層組成物を塗布して有機層を形成し、前記有機層の上に前記無機層組成物を塗布して無機層を形成することによって、負極を製造した。この時、前記有機層の厚さは４μｍであり、前記無機層の厚さは６μｍになるように形成した。この時、有機層のコーティング時に水による負極表面の変化を最小化するために迅速に乾燥を進行した。

【0102】

実施例４
負極を次のとおり製造したことを除いては、実施例１と同様な方法でリチウム二次電池を製作した。

【0103】

融点が１１０℃であり、平均粒子が１μｍであり、重量平均分子量が５，０００であるポリエチレン粒子（水分散されたＭｉｔｓｕｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ社製のＣｈｅｍｉｐｅａｒｌ Ｗ４０１製品を真空乾燥して使用）４７．５重量％、大きさが０．４５μｍであるＡｌ_２Ｏ_３（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．社製、ＡＥＳ−１２）４７．５重量％、およびアクリル系ゴム（ＺＥＯＮ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製、ＢＭ−５２０Ｂ）５重量％をＮ−メチルピロリドン溶媒中に混合して複合体層組成物を製造した。前記負極活物質層に前記複合体層組成物を塗布して複合体層を形成することによって、負極を製造した。この時、前記複合体層の厚さは８μｍになるように形成した。また、前記ポリエチレン粒子および前記Ａｌ_２Ｏ_３は、それぞれ前記負極活物質層と前記無機層および前記有機層を含むコーティング層との総量に対して４．９重量％および４．９重量％で含まれた。

【0104】

比較例１
前記スラリーを銅箔に塗布および乾燥し、ロールプレス（ｒｏｌｌ ｐｒｅｓｓ）を施して負極を製造したことを除いては、実施例１と同様な方法でリチウム二次電池を製作した。

【0105】

比較例２
負極を次のとおり製造したことを除いては、実施例１と同様な方法でリチウム二次電池を製作した。

【0106】

前記負極活物質層に前記無機層組成物を塗布して無機層を形成することによって、負極を製造した。この時、前記無機層の厚さは６μｍになるように形成した。

【0107】

評価１：リチウム二次電池の熱による抵抗評価
実施例１乃至４と比較例１および２のリチウム二次電池に対して温度による抵抗変化を評価し、その結果を図５に示した。

【0108】

図５は、実施例１乃至４と比較例１および２によるリチウム二次電池に対して温度および抵抗の関係を示すグラフである。

【0109】

図５を参照すると、本発明の一実施形態により負極活物質層の上に有機物と無機物を含むコーティング層が形成された負極を使用した実施例１乃至４の場合、コーティング層がない負極を使用した比較例１と無機物のみでコーティングされた負極を使用した比較例２の場合と比較して、抵抗が増加し始める温度がより低くなることが分かる。これによって、有機物によるシャットダウン機能によって電池の発熱を早期に抑制させることができることが分かる。

【0110】

評価２：リチウム二次電池の貫通安全性
実施例１乃至４と比較例１および２のリチウム二次電池に対して貫通安全性を評価し、その結果を下記表１に示した。

【0111】

前記リチウム二次電池を充電電流０．５Ｃで４．２０Ｖまで充電し、終了条件は０．０５Ｃカットオフで実施した後、貫通ピン直径２．５ｍｍおよび速度８０ｍｍ／ｓｅｃで貫通評価を実施した。

【0112】

【表1】

【0113】

前記表１を参照すると、本発明の一実施形態により負極活物質層の上に有機物と無機物を含むコーティング層が形成された負極を用いた実施例１乃至４の場合、コーティング層がない負極を用いた比較例１と無機物のみでコーティングされた負極を用いた比較例２の場合と比較して、貫通安全性に優れていることが分かる。また、実施例１および２のうち、有機物の量がより多い、すなわち有機層の厚さがより厚い実施例２の場合、貫通安全性が最も優れていることが分かる。このような結果から、負極の表面が有機物と無機物とでコーティングされる場合、シャットダウン機能によって貫通安全性に優れていることが分かる。

【0114】

上述のように、本発明の好適な実施形態について詳しく説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

【符号の説明】

【0115】

１０、２０、３０…負極
１１、２１、３１…集電体
１２、２２、３２…負極活物質層
１３…複合体層
１４、２６、３５…有機物
１５、２５、３６…無機物
２３、３４…無機層
２４、３３…有機層
１００…リチウム二次電池
１１０…電極組立体
１２０…電池容器
１３０…電極タブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】