DE112012002473T5

DE112012002473T5 - Elektrodenmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE112012002473T5
Application number: DE112012002473.7T
Authority: DE
Inventors: Mamoru Hosokawa; Satoru Takada; Sho KATSURA; Jun Suzuki; Toshiki Sato
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2014-03-20
Also published as: WO2012173213A1; KR20140013071A; CN103620838A; KR101559225B1; CN103620838B; TWI549345B; TW201320453A; US20140099544A1; JP5144821B1; JP2013110089A; US9871254B2

Abstract

Es wird ein Elektrodenmaterial mit einer hervorragenden Schweißbarkeit einer Lasche und mit einem verminderten Kontaktwiderstand mit einer Schicht aus aktivem Material bereitgestellt. Ein Kollektor (Elektrodenmaterial) (1) ist mit einem Metallfoliensubstrat (1a) und einer Kohlenstoff-enthaltenden leitenden Substanz (1b) versehen und ist so ausgebildet, dass dann, wenn die leitende Substanz (1b) in einem quadratischen Sichtfeld mit einer Oberfläche von 0,1 mm2 untersucht wird, die leitende Substanz (1b) in Inseln auf der Oberfläche des Substrats (1a) mit einem Bedeckungsverhältnis der leitenden Substanz (1b) auf der Oberfläche des Substrats (1a) von 1 bis 80% angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrodenmaterial zur Verwendung in einer Elektrode einer Sekundärbatterie bzw. eines Akkumulators und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Stand der Technik
Bezüglich eines Kollektors, der eine leitende Substanz auf Kohlenstoffbasis umfasst, die auf eine Metallfolie, wie z. B. eine Aluminiumfolie oder Kupferfolie, aufgebracht ist, die als Substrat einer Elektrode für eine Sekundärbatterie verwendet wird, wurden viele Untersuchungen von verschiedenen Forschungsinstituten gemacht. Darüber hinaus gibt es viele Patentanmeldungen, einschließlich z. B. PTL1 bis PTL4.
PTL1 und PTL2 beschreiben jeweils einen Kollektor, der ein Substrat, wie z. B. eine Aluminiumfolie oder eine Kupferfolie, und eine Beschichtung, die auf einer Oberfläche des Substrats bereitgestellt ist, umfasst, wobei die Beschichtung aus feinen Kohlenstoffteilchen (leitende Substanz) als leitende Substanz und einer Beschichtung-bildenden Verbindung ausgebildet ist. PTL3 beschreibt einen Kollektor, der eine leitende Schicht zwischen dem Kollektor und einem aktiven Material umfasst, wobei die leitende Schicht aus einem Kohlenstoffpulver (leitende Substanz) und einem Bindemittel ausgebildet ist. PTL4 beschreibt einen Kollektor, der eine leitende Beschichtungsschicht auf dessen Oberfläche aufweist, wobei die leitende Beschichtungsschicht Kohlenstoff als leitendes Mittel umfasst. Solche Techniken sollen den Kontaktwiderstand zwischen dem Kollektor und einer Schicht aus aktivem Material vermindern, die auf dem Kollektor ausgebildet ist, um die Hochgeschwindigkeits-Ladungs-Entladungseigenschaften und die Zykluseigenschaften einer Batterie zu verbessern.
Dokumentenliste
Patentdokumente

PTL1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-226969 .
PTL2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2010-135338 .
PTL3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 9-97625 .
PTL4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2001-351612 .

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Konfigurationen der Kollektoren im Stand der Technik, die in PTL1 bis PTL4 beschrieben sind, werden nachstehend zusammen unter Bezugnahme auf die 8 beschrieben. Die 8 ist ein schematisches Schnittdiagramm zur Erläuterung einer Konfiguration eines Kollektors des Standes der Technik. Wie es in der 8 gezeigt ist, umfasst ein Kollektor 3 des Standes der Technik eine Schicht aus einer leitenden Substanz 3b, die einheitlich auf jeder Oberfläche eines Substrats 3a bereitgestellt ist, das aus einer Metallfolie ausgebildet ist. Insbesondere ist die gesamte Oberfläche des Substrats 3a mit der Schicht aus einer leitenden Substanz 3b bedeckt.
Wenn, wie es in der 8 gezeigt ist, eine Schicht aus einer leitenden Substanz 3b einheitlich auf jeder Oberfläche des Substrats 3a ausgebildet ist und wenn eine nicht gezeigte Metalllasche, die den Kollektor 3 elektrisch mit einem Batterieanschluss verbinden soll, dann auf die Oberfläche des Kollektors 3 geschweißt wird, um eine Batterie unter Verwendung des Kollektors 3 herzustellen, stört die Schicht aus einer leitenden Substanz 3b das Schweißen, was zu einer Verschlechterung der Schweißbarkeit führt.
Ferner wird, da die Schicht aus einer leitenden Substanz 3b einheitlich auf der Oberfläche des Substrats 3a mit einer bestimmten Dicke bereitgestellt ist, die Gesamtdicke des Kollektors 3 aufgrund dieser Schicht aus einer leitenden Substanz 3b erhöht. In dem Fall, bei dem eine Elektrode, die den Kollektor 3 und eine nicht gezeigte Schicht aus einer aktiven Substanz, die auf dem Kollektor 3 schichtartig angeordnet ist, umfasst, in einer Batterie verwendet wird, ist die Dicke der nicht gezeigten Schicht aus einer aktiven Substanz auf dem Kollektor 3 in nachteiliger Weise beschränkt, wenn der Kollektor 3 in einer Batterie, die ein konstantes Volumen aufweist, aufgenommen ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Hinblick auf das vorstehende Problem gemacht worden ist, ist die Bereitstellung eines Elektrodenmaterials, das eine hervorragende Schweißbarkeit an eine Lasche aufweist und das einen niedrigen Kontaktwiderstand zwischen dem Elektrodenmaterial und einer Schicht eines aktiven Materials erreicht, sowie die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung des Elektrodenmaterials.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung stellt ein Elektrodenmaterial und ein Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials bereit, wie es nachstehend beschrieben ist.

(1) Ein Elektrodenmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Substrat, das aus einer Metallfolie ausgebildet ist, und eine leitende Substanz, die Kohlenstoff enthält und die auf einer Oberfläche des Substrats bereitgestellt ist, umfasst, wobei dann, wenn die leitende Substanz in einem quadratischen Sichtfeld mit einer Fläche von 0,1 mm² untersucht wird, die leitende Substanz in Inseln bei einem Bedeckungsverhältnis von 1 bis 80% auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist.

Gemäß einer solchen Konfiguration ist die leitende Substanz auf der Oberfläche des Substrats, das aus einer Metallfolie ausgebildet ist, bei einem Bedeckungsverhältnis von 80% oder weniger bereitgestellt; somit sind 20% oder mehr der Oberfläche nicht mit der leitenden Substanz bedeckt und folglich liegt in einem solchen nicht bedeckten Oberflächenabschnitt das blanke Metall frei. Als Ergebnis wird z. B. dann, wenn das Elektrodenmaterial für einen Kollektor einer Elektrode einer Lithiumionen-Sekundärbatterie verwendet wird, und wenn eine Metalllasche, die den Kollektor mit einem Batterieanschluss verbinden soll, an den Kollektor geschweißt wird, die Metalllasche hervorragend an das freiliegende blanke Metall geschweißt. Da darüber hinaus die leitende Substanz die Oberfläche des Substrats bei einem Bedeckungsverhältnis von 1% oder mehr bedeckt, wird z. B. bei der Verwendung des Elektrodenmaterials für einen Kollektor einer Elektrode einer Lithiumionen-Sekundärbatterie der Kontaktwiderstand zwischen dem Kollektor und der Schicht des aktiven Materials, die auf dem Kollektor schichtartig angeordnet ist, vermindert.

(2) Das Elektrodenmaterial nach (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der leitenden Substanz in das Substrat eingebracht ist und die maximale Höhe der leitenden Substanz ausgehend von der Oberfläche des Substrats 3 μm oder weniger beträgt.

Gemäß einer solchen Konfiguration ist ein Teil der leitenden Substanz in das Substrat eingebracht, was zu einer Verbesserung der Haftung und einer Zunahme der Kontaktfläche zwischen dem Substrat und der leitenden Substanz führt. Da darüber hinaus die Höhe der leitenden Substanz ausgehend von der Oberfläche des Substrats 3 μm oder weniger beträgt, wird ein Dünnfilmelektrodenmaterial geschaffen. Dabei bezieht sich „die Oberfläche des Substrats” auf eine Oberfläche des Substrats, unterhalb derer keine leitende Substanz eingebracht ist, und „die Höhe der leitenden Substanz ausgehend von der Oberfläche des Substrats” bezieht sich auf die Höhe einer Spitze der leitenden Substanz bezogen auf eine Oberflächenposition des Substrats, bei der keine leitende Substanz eingebracht ist. Darüber hinaus bezieht sich die „maximale Höhe der leitenden Substanz” auf einen Wert, der wie folgt bestimmt wird: 20 Sichtfelder des Substrats werden bei 2000-facher Vergrößerung in einer Schnittrichtung des Substrats untersucht, um Höhen aller Insel-Kohlenstoffstellen zu erhalten, die in den photographierten Sichtfeldern enthalten sind, und der Durchschnitt der erhaltenen Kohlenstoffhöhen wird zu deren Standardabweichung (σ) addiert und auf diese Weise wird der Wert bestimmt.

(3) Das Elektrodenmaterial gemäß (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche der leitenden Substanz auf dem Substrat 0,05 bis 0,50 g/m² beträgt.
(4) Das Elektrodenmaterial gemäß (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche der leitenden Substanz auf dem Substrat 0,05 bis 0,50 g/m² beträgt.

Gemäß einer solchen Konfiguration beträgt die Abscheidungsmenge 0,50 g/m² oder weniger, wodurch ein hervorragendes Schweißen der Metalllasche, usw., an das Elektrodenmaterial ermöglicht wird. Darüber hinaus beträgt die Abscheidungsmenge 0,05 g/m² oder mehr und folglich wird, wenn das Elektrodenmaterial als Kollektor einer Elektrode einer Lithiumionen-Sekundärbatterie verwendet wird, der Kontaktwiderstand zwischen dem Kollektor und der Schicht des aktiven Materials, die auf dem Kollektor schichtartig angeordnet ist, vermindert.

(5) Ein Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials nach (1), dadurch gekennzeichnet, dass es nacheinander einen Aufbringungsschritt des Aufbringens einer Lösung, welche die leitende Substanz enthält, auf die Oberfläche des Substrats und einen Trocknungsschritt des Trocknens der Lösung umfasst, wobei die leitende Substanz vor oder nach dem Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche des Substrats in der Lösung aggregiert wird.

Gemäß eines solchen Verfahrens wird in dem Aufbringungsschritt die Lösung, welche die leitende Substanz enthält, auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht, wobei die leitende Substanz vor oder nach dem Aufbringen aggregiert wird, und daher wird die leitende Substanz in der Lösung, die auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird, in Inseln auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden. Die Lösung wird dann in dem Trocknungsschritt getrocknet, so dass die leitende Substanz auf der Oberfläche des Substrats fixiert wird.

(6) Das Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials nach (5), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufbringungsschritt die Lösung, die 0,1 bis 7 Massen-% Kohlenstoffpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,01 bis 1 μm enthält, auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.

Gemäß eines solchen Verfahrens wird die leitende Substanz vorzugsweise vor oder nach dem Aufbringen der Lösung auf das Substrat in der Lösung aggregiert, so dass die leitende Substanz in Inseln auf der Oberfläche des Substrats angeordnet wird.

(7) Das Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials nach (5), dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Trocknungsschritt ferner einen Druckverbindungsschritt oder einen Walzschritt umfasst, wobei der Druckverbindungsschritt ermöglicht, dass die leitende Substanz an dem Substrat angebracht wird, und der Walzschritt ermöglicht, das Substrat zu walzen.
(8) Das Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials nach (6), dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Trocknungsschritt ferner einen Druckverbindungsschritt oder einen Walzschritt umfasst, wobei der Druckverbindungsschritt ermöglicht, dass die leitende Substanz an dem Substrat angebracht wird, und der Walzschritt ermöglicht, das Substrat zu walzen.

Gemäß eines solchen Verfahrens haftet die leitende Substanz, die in Inseln auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, durch das Druckverbinden oder das Walzen stark an dem Substrat, und ein Teil der leitenden Substanz wird in das Substrat eingebracht.

(9) Ein Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials nach (1), dadurch gekennzeichnet, dass es nacheinander einen Aufbringungsschritt des einheitlichen Aufbringens einer Lösung, welche die leitende Substanz enthält, auf die Oberfläche des Substrats zur Bildung einer Schicht der leitenden Substanz, einen Trocknungsschritt des Trocknens der Lösung und einen Walzschritt des Walzens des Substrats umfasst.

Gemäß eines solchen Verfahrens wird die Schicht der leitenden Substanz, die auf der Oberfläche des Substrats in dem Aufbringungsschritt ausgebildet wird, in dem Trocknungsschritt getrocknet und wird so an der Oberfläche des Substrats fixiert. Während das Substrat in dem Walzschritt gewalzt und gedehnt wird, kann die Schicht der leitenden Substanz der Dehnung des Metallfoliensubstrats nicht folgen und wird schließlich in Fragmente zerteilt. Folglich wird die leitende Substanz in Inseln auf der Oberfläche des gewalzten Substrats angeordnet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial ist die leitende Substanz in Inseln auf der Oberfläche der Metallfolie als Substrat angeordnet und das Bedeckungsverhältnis der leitenden Substanz ist derart beschränkt, dass eine blanke Metallfolie teilweise in der Oberfläche des Elektrodenmaterials freiliegt, wodurch es möglich wird, den Kontaktwiderstand des Elektrodenmaterials zu vermindern und eine hervorragende Schweißbarkeit an eine Lasche, usw., sicherzustellen.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial werden eine Verbesserung der Haftung und eine Zunahme der Kontaktfläche zwischen dem Substrat und der leitenden Substanz erreicht, wodurch eine weitere Verminderung des Kontaktwiderstands des Elektrodenmaterials ermöglicht wird. Darüber hinaus ist die Menge der Schicht des aktiven Materials pro Einheitsvolumen nicht signifikant beschränkt, da die Dicke des Elektrodenmaterials beschränkt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial ist eine geeignete Abscheidungsmenge der leitenden Substanz auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden, wodurch es ermöglicht wird, eine hervorragende Schweißbarkeit an eine Lasche, usw., sicherzustellen, und den Kontaktwiderstand des Elektrodenmaterials zu vermindern.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials kann ein Elektrodenmaterial hergestellt werden, das ein Substrat und eine leitende Substanz, die in Inseln auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, umfasst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials kann ein Elektrodenmaterial hergestellt werden, das ein Substrat und eine leitende Substanz, die mehr bevorzugt in Inseln auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, umfasst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials wird die Haftung zwischen dem Substrat und der leitenden Substanz verbessert und ein Teil der leitenden Substanz wird in das Substrat eingebracht, wodurch es möglich wird, ein Elektrodenmaterial herzustellen, das einen weiter verminderten Kontaktwiderstand aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials wird die Schicht der leitenden Substanz durch Walzen des Substrats in Fragmente zerteilt, so dass eine Inselstruktur gebildet wird, wodurch es möglich wird, eine Beschränkung bezüglich der Teilchengröße der leitenden Substanz und eine Beschränkung bezüglich des Konzentrationsbereichs eines leitenden Materials in einer aufzubringenden Lösung, welche die leitende Substanz enthält, zu vermindern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Schnittdiagramm zur Erläuterung einer Struktur eines erfindungsgemäßen Kollektors.
2 ist ein schematisches Schnittdiagramm zur Erläuterung einer Struktur einer Elektrode, bei welcher der erfindungsgemäße Kollektor verwendet wird.
3 umfasst Flussdiagramme, die den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kollektors zeigen, wobei (a) ein Flussdiagramm eines Prozesses einer ersten Ausführungsform ist, (b) ein Flussdiagramm eines Prozesses einer zweiten Ausführungsform ist und (c) ein Flussdiagramm eines Prozesses einer dritten Ausführungsform ist.
4 ist eine Photographie einer Oberfläche einer Probe des Kollektors gemäß eines Beispiels, die durch ein Rasterelektronenmikroskop aufgenommen worden ist.
5 ist eine Photographie eines Querschnitts der Probe des Kollektors gemäß des Beispiels, die durch ein Rasterelektronenmikroskop aufgenommen worden ist.
6 ist eine Photographie einer Oberfläche einer Probe eines Kollektors gemäß eines weiteren Beispiels, die durch ein Rasterelektronenmikroskop aufgenommen worden ist.
7 ist eine Photographie eines Querschnitts der Probe des Kollektors gemäß des weiteren Beispiels, die durch ein Rasterelektronenmikroskop aufgenommen worden ist.
8 ist ein schematisches Schnittdiagramm zur Erläuterung einer Struktur eines Kollektors gemäß des Standes der Technik.
Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform eines Elektrodenmaterials (nachstehend als Kollektor bezeichnet) wird nachstehend detailliert beschrieben.
[Struktur eines Kollektors]
Eine Struktur des Kollektors gemäß dieser Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 detailliert beschrieben.
Der Kollektor (Elektrodenmaterial) 1 gemäß dieser Ausführungsform ist aus einem Substrat 1a, das aus einer Metallfolie ausgebildet ist, und einer leitenden Substanz 1b, die in Inseln auf einer Oberfläche des Substrats 1a angeordnet ist, ausgebildet. Die leitende Substanz 1b ist auf jeder Seite des Substrats 1a angeordnet. Die leitende Substanz 1b kann jedoch auf einer Seite des Substrats 1a angeordnet sein.
Hier bezieht sich „Insel” auf einen Zustand, bei dem die leitende Substanz 1b so angeordnet ist, dass ein Teil der Oberfläche des Substrats 1a nicht mit der leitenden Substanz 1b bedeckt ist, d. h., freiliegt. Beispielsweise kann, wie es in der 1 gezeigt ist, eine Mehrzahl von Aggregaten der leitenden Substanz 1b getrennt voneinander angeordnet sein oder die Mehrzahl von Aggregaten kann so aneinander gebunden sein, dass sie netzartig angeordnet sind.
Beispielsweise kann der Kollektor 1 gemäß dieser Ausführungsform vorzugsweise als ein Kollektor einer Elektrode einer Lithiumionen-Sekundärbatterie verwendet werden. Die Elektrode, bei welcher der Kollektor 1 verwendet wird, wird später beschrieben.
Der Kollektor 1 wird zu einer Struktur ausgebildet, bei der dann, wenn die leitende Substanz 1b in einem quadratischen Sichtfeld mit einer Fläche von 0,1 mm² untersucht wird, die leitende Substanz 1b in Inseln auf der Oberfläche des Substrats 1a angeordnet ist, wodurch dann, wenn der Kollektor 1 für eine Elektrode einer Batterie verwendet wird und wenn eine nicht gezeigte Metalllasche, die den Kollektor 1 elektrisch mit einem Batterieanschluss verbindet, an den Kollektor 1 geschweißt wird, die Schweißbarkeit an die Lasche verbessert werden kann.
Wenn die leitende Substanz 1b in einem quadratischen Sichtfeld mit einer Fläche von 0,1 mm² untersucht wird, beträgt das Bedeckungsverhältnis der leitenden Substanz 1b auf der Oberfläche des Substrats 1a 1 bis 80%. Das Bedeckungsverhältnis beträgt vorzugsweise 5% oder mehr, mehr bevorzugt 10% oder mehr und insbesondere 30% oder mehr. Darüber hinaus beträgt das Bedeckungsverhältnis vorzugsweise 75% oder weniger, mehr bevorzugt 70% oder weniger und insbesondere 60% oder weniger. Wenn das Bedeckungsverhältnis der leitenden Substanz 1b 1% oder mehr beträgt, kann der Kontaktwiderstand zwischen dem Kollektor 1 und einer Schicht eines aktiven Materials (vgl. die 2), die schichtartig auf der Oberfläche des Kollektors 1 angeordnet ist, der für eine Elektrode einer Sekundärbatterie verwendet werden soll, verglichen mit einem Fall vermindert werden, bei dem eine einfache Al-Folie verwendet wird, die keine leitende Substanz 1b darauf aufweist. Darüber hinaus beträgt das Bedeckungsverhältnis der leitenden Substanz 1b auf der Oberfläche des Substrats 1a 80% oder weniger, was eine hervorragende Schweißbarkeit an eine Lasche sicherstellt.
Das Bedeckungsverhältnis von 1 bis 80% wird bei einer Untersuchung in einem Bereich erhalten, der verglichen mit der Fläche eines Abschnitts, der mit einer Lasche verschweißt werden soll, eine ausreichend kleine Fläche aufweist; somit sind Inseln der leitenden Substanz 1b gleichmäßig auf der Oberfläche des Substrats 1a zumindest in Einheiten eines solchen Untersuchungsbereichs angeordnet.
Beispielsweise kann das Bedeckungsverhältnis der leitenden Substanz 1b auf der Oberfläche des Substrats 1a wie folgt bestimmt werden: Eine Oberfläche einer hergestellten Probe wird mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) photographiert und die Bedeckungsfläche des Kohlenstoffpulvers, das in dem photographierten Sichtfeld auf der Substratoberfläche enthalten ist, wird durch Bildverarbeitung zur Bestimmung des Bedeckungsverhältnisses berechnet.
Die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche der leitenden Substanz 1b auf dem Substrat 1a liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,05 bis 0,50 g/m² und mehr bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 0,08 bis 0,40 g/m².
Die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche der leitenden Substanz 1b auf dem Substrat 1a kann folgendermaßen bestimmt werden. Als erstes wird eine Lösung, welche die leitende Substanz 1b enthält, auf das Substrat 1a aufgebracht und zur Herstellung einer Probe getrocknet, und die Masse der Probe wird gemessen. Die leitende Substanz 1b wird dann mit Wasser oder Alkohol von der Probenoberfläche abgewischt, und die Masse der Probe, von der die leitende Substanz 1b entfernt worden ist, wird gemessen. Die Differenz der Masse der Probe zwischen vor und nach der Entfernung der leitenden Substanz 1b wird durch die Fläche der Probe dividiert und auf diese Weise kann die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche der leitenden Substanz 1b auf dem Substrat 1a berechnet werden.
Obwohl die leitende Substanz 1b auf der Oberfläche des Substrats 1a abgeschieden werden kann, kann die leitende Substanz 1b teilweise in das Substrat 1a eingebracht werden, wie es in der 1 gezeigt ist. Eine solche Struktur kann durch Aufbringen der leitenden Substanz 1b auf die Oberfläche des Substrats 1a und dann Durchführen eines Druckverbindens oder Walzens mit dem Kollektor 1 gebildet werden. Die Struktur verbessert die Haftung zwischen dem Substrat 1a und der leitenden Substanz 1b und erhöht die Kontaktfläche zwischen diesen. Folglich kann der Kontaktwiderstand zwischen dem Kollektor 1 und einer Schicht aus aktivem Material 2 (vgl. die 2) weiter vermindert werden. Darüber hinaus kann die Dicke des Kollektors 1 vermindert werden, da die leitende Substanz 1b gepresst wird.
Zur Verminderung der Dicke der Elektrode unter Verwendung des Kollektors 1 weist die leitende Substanz 1b, die auf der Oberfläche des Substrats 1a angeordnet ist, das aus der Metallfolie ausgebildet ist, ausgehend von der Oberfläche des Substrats 1a vorzugsweise eine maximale Höhe von 3 μm oder weniger auf. Die Höhe der leitenden Substanz 1b beträgt 3 μm oder weniger und folglich weist die Elektrode keine übermäßig große Dicke auf. Dies beseitigt das Erfordernis für eine signifikante Beschränkung der Aufbringungsmenge der Schicht aus aktivem Material 2 (vgl. die 2), die auf dem Kollektor 1 schichtartig angeordnet ist, und folglich wird verhindert, dass die Kapazität der Lithiumionen-Sekundärbatterie signifikant vermindert wird. Die maximale Höhe beträgt mehr bevorzugt 2 μm oder weniger. Die Untergrenze der maximalen Höhe ist Null, da die leitende Substanz 1b vollständig eingebracht sein kann, solange ein niedriger Widerstand vorliegt.
(Substrat)
Das Substrat 1a kann aus einem Metall, wie z. B. Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu), ausgebildet sein, das allgemein als ein Elektrodenmaterial für eine Sekundärbatterie verwendet wird. In dem Fall, bei dem das Substrat 1a als Elektrodenmaterial für eine Sekundärbatterie verwendet wird, wird das Substrat 1a typischerweise in der Form einer Folie mit einer Dicke von etwa 5 bis 50 μm verwendet. In dem Fall, bei dem der Walzschritt in dem Herstellungsverfahren des Kollektors gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wird, kann das Verfahren derart durchgeführt werden, dass eine Lösung, welche die leitende Substanz 1b enthält, auf das Substrat 1a in der Form einer Platte oder einer dicken Folie aufgebracht und dann getrocknet wird, und dann die Dicke des Substrats 1a durch Walzen vermindert wird.
In dem Fall, bei dem das Substrat 1a für eine Elektrode verwendet wird, können verwendbare Materialien des Substrats 1a verschiedene reine Metalle und Legierungen davon umfassen, die für die Verwendungsumgebung der Elektrode geeignet sind, ohne auf Materialien beschränkt zu sein, die spezielle Zusammensetzungen aufweisen, wie z. B. Al und Cu.
(Leitende Substanz)
Wenn die leitende Substanz 1b in einem quadratischen Sichtfeld mit einer Fläche von 0,1 mm² untersucht wird, ist die leitende Substanz 1b in Inseln angeordnet, so dass sie 1 bis 80% der Oberfläche des Substrats 1a bedeckt, so dass der Kontaktwiderstand zwischen der Schicht aus aktivem Material 2 (vgl. die 2) und dem Kollektor 1, der aus der leitenden Substanz 1b und dem Substrat 1a zusammengesetzt ist, vermindert wird.
Als die leitende Substanz 1b können leitende Materialien auf Kohlenstoffbasis verwendet werden. Als leitende Materialien auf Kohlenstoffbasis können natürlicher oder künstlicher kristalliner Graphit, geschäumter Graphit, künstlicher Graphit, pyrolytischer Graphit und verschiedene Arten von Ruß verwendet werden.
(Elektrode)
Ein Aufbau einer Elektrode einer Lithiumionen-Sekundärbatterie, bei welcher der Kollektor 1 gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben.
Eine Elektrode 10, die in der 2 gezeigt ist, ist aus dem Kollektor 1 gemäß dieser Ausführungsform und der Schicht aus aktivem Material 2, die auf jeder Oberfläche (jeder von zwei Seiten) des Kollektors 1 schichtartig angeordnet ist, aufgebaut. In dem Fall, bei dem eine positive Elektrode der Lithiumionen-Sekundärbatterie ausgebildet wird, können Metalle wie z. B. Al und Al-Legierungen für den Kollektor 1 verwendet werden. Verschiedene bekannte Materialien, einschließlich z. B. Lithium-enthaltende Oxide, wie z. B. LiCoO₂, LiNiO₂ und LiMn₂O₄, können als aktives Material für die positive Elektrode verwendet werden. Ein Herstellungsverfahren für die Schicht aus aktivem Material 2 für die positive Elektrode kann ohne Beschränkung verschiedene bekannte Verfahren umfassen. Beispielsweise kann die Schicht aus aktivem Material 2 folgendermaßen hergestellt werden: Ein Bindemittel und andere erforderliche Materialien, wie z. B. ein leitendes Material und ein Lösungsmittel, werden dem pulverförmigen Lithium-enthaltenden Oxid zugesetzt, das Gemisch wird dann ausreichend geknetet und wird dann auf den Kollektor 1 aufgebracht und getrocknet, und dann wird der Kollektor 1 gepresst, so dass die Schicht aus aktivem Material 2 hergestellt wird. Die Schicht aus aktivem Material 2 kann schichtartig auf der leitenden Substanz 1b angeordnet werden, die auf einer Seite des Kollektors 1 bereitgestellt ist.
In dem Fall, bei dem eine negative Elektrode der Lithiumionen-Sekundärbatterie gebildet wird, können Metalle wie z. B. Cu, Cu-Legierungen, Nickel (Ni), Ni-Legierungen und rostfreier Stahl für den Kollektor 1 verwendet werden. Beispielsweise können Kohlenstoffmaterialien auf Graphitbasis als aktives Material für die negative Elektrode verwendet werden. Die Schicht aus aktivem Material 2 für die negative Elektrode kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das dem Herstellungsverfahren der Schicht aus aktivem Material 2 für die positive Elektrode ähnlich ist.
Das Verfahren zur Herstellung des Kollektors 1 gemäß dieser Ausführungsform wird nachstehend beschrieben.
[Herstellungsverfahren]
Zur Herstellung des Kollektors 1 mit einer Struktur, bei der die leitende Substanz 1b in Inseln auf der Oberfläche des Substrats 1a, das aus einer Metallfolie ausgebildet ist, angeordnet ist, können mehrere Herstellungsverfahren verwendet werden. Derartige Herstellungsverfahren werden nacheinander beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
Eine erste Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Kollektors 1 wird nachstehend unter Bezugnahme auf (a) von 3 (und gegebenenfalls 1) beschrieben.
In der ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Kollektors 1 wird eine Lösung, welche die leitende Substanz 1b enthält, auf die Oberfläche des Substrats 1a, das aus einer Metallfolie ausgebildet ist, aufgebracht und dann getrocknet, wodurch der Kollektor 1 hergestellt wird.
In dem Fall, bei dem eine Struktur, bei der die leitende Substanz 1b in Inseln auf der Oberfläche des Substrats 1a angeordnet ist, nur durch Aufbringen gebildet wird, kann der Kollektor 1 durch ein Herstellungsverfahren hergestellt werden, das in (a) von 3 gezeigt ist, wobei das Herstellungsverfahren einen Aufbringungsschritt S11, bei dem eine Lösung, welche die leitende Substanz 1b enthält, auf die Oberfläche des Substrats 1a aufgebracht wird, und die leitende Substanz 1b in der Lösung vor oder nach dem Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche des Substrats 1a aggregiert wird, und einen Trocknungsschritt S12 des Trocknens der Lösung umfasst.
Die leitende Substanz 1b wird unmittelbar nach der Herstellung der Lösung einheitlich in der Lösung dispergiert, wird jedoch im Laufe der Zeit nach und nach aggregiert. Insbesondere wird die leitende Substanz 1b vor oder nach dem Aufbringen der hergestellten Lösung auf die Oberfläche des Substrats 1a aggregiert. Dies führt zu einem Zustand, bei dem die leitende Substanz 1b in Inseln in der Lösung aggregiert ist, die auf die Oberfläche des Substrats 1a aufgebracht worden ist. Die Lösung wird dann getrocknet, so dass die leitende Substanz 1b in Inseln auf der Oberfläche des Substrats 1a fixiert wird.
Der Aufbringungsschritt S11 wird nachstehend detailliert beschrieben.
(Aufbringungsschritt)
Die Teilchengröße und die Konzentration der leitenden Substanz 1b werden effektiv so eingestellt, dass die leitende Substanz 1b zu einer idealen Inselstruktur aggregiert wird. Zusammen mit der Einstellung von jeder der Teilchengröße und der Konzentration wird die Viskosität der Lösung variiert und das Aufbringungsleistungsvermögen und die Verteilung der getrockneten leitenden Substanz 1b werden entsprechend variiert. In dem Fall der Verwendung von Kohlenstoffpulver als leitende Substanz 1b enthält die Lösung vorzugsweise 0,1 bis 7 Massen-% (vorzugsweise 0,5 bis 5 Massen-%) Kohlenstoffpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,01 bis 1 μm (vorzugsweise 0,02 bis 0,5 μm).
Die durchschnittliche Teilchengröße beträgt 0,01 μm oder mehr und die Konzentration beträgt 7 Massen-% oder weniger. Ein solcher Zustand verhindert eine übermäßige Zunahme der Viskosität der Lösung und verhindert wiederum die Bildung eines übermäßig großen Aggregats des Kohlenstoffpulvers, wodurch die ideale Inselstruktur erreicht wird. Darüber hinaus beträgt die durchschnittliche Teilchengröße des Kohlenstoffpulvers als die leitende Substanz 1b 1 μm oder weniger und die Kohlenstoffkonzentration beträgt 0,1 Massen-% oder mehr. Ein solcher Zustand stellt die Bildung der Inselstruktur sicher und gewährleistet eine ausreichende Anzahl von Kontakten zwischen dem Kohlenstoffpulver als die leitende Substanz 1b und der Metallfolie als das Substrat 1a, was in vorteilhafter Weise zu einer Verminderung des Kontaktwiderstands zwischen dem Kollektor 1 und der Schicht aus aktivem Material 2 führt (vgl. die 2).
Beispielsweise können Wasser, Toluol, N-Methylpyrrolidon, verschiedene wässrige Lösungen und verschiedene organische Lösungsmittel als Lösungsmittel der Lösung für eine hervorragende Aggregation der leitenden Substanz 1b verwendet werden. Darüber hinaus kann ein allgemein verwendetes Verdickungsmittel und/oder Fluorharz, wie z. B. verschiedene Arten von Harzen, wie z. B. Carboxymethylcellulose, Polyvinylidenfluorid, Styrol-Butadien-Kautschuk und Polypropylen, zugesetzt werden.
Als die leitende Substanz 1b können Materialien auf Kohlenstoffbasis verwendet werden. Insbesondere können natürlicher oder künstlicher kristalliner Graphit, geschäumter Graphit, künstlicher Graphit, pyrolytischer Graphit und verschiedene Arten von Ruß verwendet werden.
Die Lösung, welche die leitende Substanz 1b enthält, kann auf die Oberfläche des Substrats 1a durch jedwedes von allgemein verwendeten Aufbringungsverfahren mit verschiedenen Beschichtungsvorrichtungen, wie z. B. einer Rakelbeschichtungsvorrichtung, einer Walzenbeschichtungsvorrichtung, einer Gravurbeschichtungsvorrichtung, einer Tauchbeschichtungsvorrichtung und einer Sprühbeschichtungsvorrichtung, aufgebracht werden. Die leitende Substanz 1b wird auf jede Seite oder auf eine Seite des Substrats 1a aufgebracht.
(Trocknungsschritt)
Nachstehend wird der Trocknungsschritt S12 beschrieben.
Der Trocknungsschritt S12 dient dazu, das Lösungsmittel nach dem Aufbringungsschritt S11 zu verdunsten bzw. zu verdampfen. Der Trocknungsschritt S12 kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden oder er kann gegebenenfalls durch Erwärmen mittels eines Wärmebehandlungsofens, usw., durchgeführt werden.
[Zweite Ausführungsform]
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Kollektors 1 unter Bezugnahme auf (b) von 3 (und gegebenenfalls 1) beschrieben.
Wie es in (b) von 3 gezeigt ist, wird in der zweiten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Kollektors 1 nach dem Aufbringungsschritt S21 und dem Trocknungsschritt S22 in der ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens ferner ein Druckverbindungsschritt oder ein Walzschritt (Druckverbindungs/Walzschritt S23) durchgeführt. Mit anderen Worten, der durch die erste Ausführungsform des Herstellungsverfahrens hergestellte Kollektor 1 wird ferner einem Druckverbinden oder Walzen unterzogen.
(Aufbringungs- und Trocknungsschritt)
Der Aufbringungsschritt S21 und der Trocknungsschritt S22 entsprechen dem Aufbringungsschritt S11 bzw. dem Trocknungsschritt S12 in der ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens. Der Kollektor 1, bei dem die leitende Substanz 1b in Inseln auf der Oberfläche der Metallfolie als Substrat 1a angeordnet ist, wird durch den Aufbringungsschritt S21 und den Trocknungsschritt S22 gebildet.
(Druckverbindungsschritt oder Walzschritt)
Nach dem Trocknungsschritt S22 wird der Kollektor 1 ferner dem Druckverbinden oder Walzen (Druckverbindungs/Walzschritt S23) unterzogen, so dass die leitende Substanz 1b gepresst und teilweise in das Substrat 1a eingebracht wird. Dies ermöglicht eine weitere Verminderung der Dicke des Kollektors 1 verglichen mit dem Kollektor 1, der nur durch den Aufbringungsschritt S11 und den Trocknungsschritt S12 hergestellt wird. Ferner ermöglicht dies eine Verbesserung der Haftung der leitenden Substanz 1b an dem Substrat 1a und ermöglicht eine Erhöhung der Kontaktfläche zwischen dem Substrat 1a und der leitenden Substanz 1b.
Jedwede(s) von verschiedenen Walzwerken oder Walzpressen kann für das Verfahren des Druckverbindens oder Walzens verwendet werden. In der zweiten Ausführungsform bezieht sich das „Druckverbinden” auf die Reduktion bei einer Walzreduktion des Substrats 1a von im Wesentlichen Null, und „Walzen” bezieht sich auf die Reduktion bei einer Walzreduktion des Substrats 1a von mehr als Null. In dem Fall, bei dem ein Walzen durchgeführt wird, beträgt die Walzreduktion vorzugsweise 20% oder weniger.
Beispielsweise wenn der Kollektor 1 als Kollektor einer Elektrode einer Lithiumionen-Sekundärbatterie verwendet wird, ist die Dicke der Schicht aus aktivem Material 2 (vgl. die 2), die auf der Oberfläche des Kollektors 1 schichtartig angeordnet ist, nicht beschränkt, da die Dicke des Kollektors 1 vermindert ist. Als Ergebnis wird die Kapazität der Lithiumionen-Sekundärbatterie nicht vermindert. Darüber hinaus kann der Kontaktwiderstand zwischen dem Kollektor 1 und der Schicht aus aktivem Material 2 aufgrund der Verbesserung der Haftung und der Erhöhung der Kontaktfläche zwischen dem Substrat 1a und der leitenden Substanz 1b weiter vermindert werden.
[Dritte Ausführungsform]
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Kollektors 1 unter Bezugnahme auf (c) von 3 (und gegebenenfalls 1) beschrieben.
Wie es in (c) von 3 gezeigt ist, werden in der dritten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Kollektors 1 nacheinander ein Aufbringungsschritt S31, bei dem eine Lösung, welche die leitende Substanz 1b enthält, in einer Schicht auf die Oberfläche der Metallfolie als Substrat 1a aufgebracht wird, so dass die Schicht aus der leitenden Substanz gebildet wird, ein Trocknungsschritt S32 des Trocknens der Schicht aus der leitenden Substanz, und ein Walzschritt S33, bei dem nach dem Trocknen der Schicht aus der leitenden Substanz die Metallfolie so gewalzt wird, dass sie plastisch verformt wird, durchgeführt, so dass eine Struktur erzeugt wird, bei der die leitende Substanz 1b in Inseln auf der Oberfläche der Metallfolie angeordnet ist.
(Aufbringungsschritt)
Als erstes wird in dem Aufbringungsschritt S31 die Lösung, welche die leitende Substanz 1b enthält, einheitlich auf die Oberfläche des Substrats 1a aufgebracht. Als Ergebnis wird der Kollektor 1, auf dem eine Schicht aus der leitenden Substanz 1b als Schicht der leitenden Substanz schichtartig angeordnet ist, während die Oberfläche des Substrats 1a einheitlich bedeckt ist, gebildet.
(Trocknungsschritt)
Anschließend wird in dem Trocknungsschritt S32 die Lösung, welche die leitende Substanz 1b enthält, die auf die Oberfläche des Substrats 1a aufgebracht worden ist, getrocknet, wodurch der Kollektor 1, bei dem die Schicht aus der leitenden Substanz an der Oberfläche des Substrats 1a fixiert ist, gebildet wird. Der Trocknungsschritt S32 kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden oder er kann durch Erwärmen mit einem Wärmebehandlungsofen durchgeführt werden.
(Walzschritt)
In dem Walzschritt S33 wird die Metallfolie als Substrat 1a, an welche die Schicht aus der leitenden Substanz fixiert wird, gewalzt, jedoch kann die Schicht aus der leitenden Substanz, die an der Metallfolie fixiert ist, nicht der Dehnung der Metallfolie folgen und wird schließlich in Fragmente zerteilt. Als Ergebnis wird eine Struktur gebildet, bei der die leitende Substanz 1b in Inseln auf der Metallfolie als Substrat 1a abgeschieden ist.
Da die Inselstruktur der leitenden Substanz 1b in dem Walzschritt S33 gebildet wird, können die Teilchengröße und die Konzentration der leitenden Substanz 1b verglichen mit denjenigen in jeder der ersten und der zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens jeweils groß sein. Insbesondere in dem Fall, bei dem Kohlenstoffpulver als die leitende Substanz 1b verwendet wird, kann die Teilchengröße der leitenden Substanz 1b 0,01 bis 20 μm betragen und die Konzentration der Lösung, die aufgebracht werden soll, kann 0,1 bis 50 Massen-% betragen.
Darüber hinaus wird in dem Walzschritt S33 die Walzreduktion abhängig von der Teilchengröße, der Konzentration und der Aufbringungsmenge des Kohlenstoffpulvers, das aufgebracht werden soll, in geeigneter Weise eingestellt, wodurch das Bedeckungsverhältnis der leitenden Substanz 1b auf der Oberfläche des gewalzten Substrats 1a innerhalb eines Bereichs von 1 bis 80% eingestellt werden kann.
Jedwede(s) von bekannten Walzwerken oder Walzpressen kann für den Walzprozess verwendet werden.
Durch den Walzschritt S33 können eine Verminderung der Dicke der leitenden Substanz 1b und eine Verbesserung der Haftung der leitenden Substanz 1b an dem Substrat 1a jeweils auf einem Niveau erreicht werden, das mit dem Niveau in dem Fall der Durchführung des Druckverbindungsschritts S23 identisch ist oder das höher als dieses ist.
Beispielsweise ist, wenn der Kollektor 1 als Kollektor einer Elektrode einer Lithiumionen-Sekundärbatterie verwendet wird, die Dicke der Schicht aus aktivem Material 2 (vgl. die 2), die auf der Oberfläche des Kollektors 1 schichtartig angeordnet ist, nicht beschränkt, da der Kollektor 1 eine verminderte Dicke aufweist. Als Ergebnis wird die Kapazität der Lithiumionen-Sekundärbatterie nicht vermindert. Darüber hinaus kann der Kontaktwiderstand zwischen dem Kollektor 1 und der Schicht aus aktivem Material 2 aufgrund der Verbesserung der Haftung zwischen dem Substrat 1a und der leitenden Substanz 1b weiter vermindert werden.
Beispiel
Der Kollektor der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird nachstehend beschrieben, wobei ein Beispiel, das den Anforderungen der Erfindung genügt, mit einem Vergleichsbeispiel, das den Anforderungen der Erfindung nicht genügt, verglichen wird.
Proben wurden gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt.
(Al-Substrat)
In dem Fall der Verwendung von Al für das Substrat wurde eine Al-Legierung der 1000-Reihe verwendet. Bezüglich der Dicke der Al-Folie wurde eine Al-Folie mit einer Dicke von 15 μm für die Proben, die nicht reduziert werden sollen und die Proben, die geringfügig reduziert (druckverbunden) werden sollen, verwendet. Für Proben, die einer starken Reduktion (Walzen) unterzogen werden sollen, wurden Al-Folien mit verschiedenen Dicken zweckmäßig verwendet, so dass sie jeweils eine Dicke von 15 μm nach dem Walzen aufweisen, und eine Lösung, die Kohlenstoffpulver als leitende Substanz enthält, wurde auf jede Al-Folie aufgebracht und getrocknet, und dann wurde die Al-Folie gewalzt.
(Cu-Substrat)
In dem Fall der Verwendung von Cu für das Substrat wurde eine Kupferfolie mit einer Reinheit von 99,99% verwendet. Die verwendete Cu-Folie wies eine Dicke von 20 μm auf.
(Leitende Substanz)
Kohlenstoffpulver (Acetylenruß von STREM CHEMICALS Inc. (Proben Nr. 1 bis 7 und 10) und SNE-6G Expanded Graphite von SEC CARBON, LIMITED (Proben Nr. 8 und 9)) wurde als leitende Substanz verwendet.
(Aufbringungsschritt)
In dem Aufbringungsschritt wurde Wasser als Lösungsmittel, das die leitende Substanz enthält, verwendet, und ein Carboxymethylcellulose(CMC)-Harz (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) wurde in einer Konzentration von 1 Massen-% zugesetzt. Die Lösung wurde unter Verwendung einer Rakelbeschichtungsvorrichtung (Rakel Nr. 5) aufgebracht.
(Trocknungsschritt)
Die Lösung, welche die leitende Substanz enthält, wurde auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht und dann wurde das Substrat stehengelassen und bei Raumtemperatur getrocknet.
(Druckverbindungsschritt oder Walzschritt)
In dem Walzschritt wurde das Walzen unter Verwendung einer Dressierwalze (Walze für leichtes Kaltnachwalzen) mit einem Walzendurchmesser φ von 100 mm durchgeführt.
Die Walzreduktion wurde mit der Formel (1) nach der Messung der Dicken einer Probe (der Folie und der leitenden Substanz) mit einer Bügelmessschraube vor und nach dem Walzen berechnet.
(Berechnung der Walzreduktion)
Die Dicke der Probe vor dem Walzen wurde als t0 dargestellt und die Dicke der Probe nach dem Walzen wurde als t1 dargestellt und die Walzreduktion wurde mit der Formel (1) berechnet. (Walzreduktion) = ((t0 – t1)/t0) × 100(%) Formel (1)
In dem Druckverbindungsschritt wurde ein Druckverbinden mit der Dressierwalze durchgeführt, wie es vorstehend beschrieben worden ist. In dem Fall des Druckverbindens betrug die Walzreduktion 0% (d. h., die Dicke des Substrats wurde nicht variiert).
In dem Aufbringungsschritt wurde die Rakel-Nr. der Rakelbeschichtungsvorrichtung, die für das Aufbringen der Lösung verwendet wurde, welche die leitende Substanz enthielt, variiert, so dass Proben hergestellt wurden (Proben Nr. 17 bis 23), bei denen die Werte der Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche der leitenden Substanz auf den Substraten voneinander verschieden waren. Solche Proben wurden mit dem gleichen Verfahren hergestellt, mit der Ausnahme, dass in dem Aufbringungsschritt verschiedene Nummern der Rakeln für die Rakelbeschichtungsvorrichtung verwendet wurden (Rakeln Nr. 2 bis 7 wurden jeweils für die Proben Nr. 17 bis 23 verwendet).
[Bewertungsverfahren]
(Bewertung des Bedeckungsverhältnisses)
Zur Bestimmung des Bedeckungsverhältnisses der leitenden Substanz (Kohlenstoff) wurde die Oberfläche von jeder der resultierenden Proben bei 300-facher Vergrößerung mit einem Rasterelektronenmikroskop des Feldemissionstyps (FE-SEM) SU-70 von Hitachi, Ltd. photographiert und die Bedeckungsfläche des Kohlenstoffpulvers, das in einem photographierten Sichtfeld auf einer Substratoberfläche enthalten war, wurde mittels Bildverarbeitung berechnet.
(Bewertung der Schweißbarkeit 1)
Bei der Bewertung der ersten Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) wurden zehn Proben, wobei in jeder davon die leitende Substanz (Kohlenstoff) auf jeder Seite einer Al- oder Cu-Folie mit einer Dicke von 15 μm bereitgestellt war, schichtartig angeordnet bzw. gestapelt und einem Punktschweißen bei einem bestimmten Druck unterzogen, und wenn acht Proben oder mehr miteinander verschweißt waren, wurden solche zehn Proben als gut bewertet, und wenn sieben oder weniger Proben aneinander geschweißt waren, wurden solche zehn Proben als schlecht bewertet. Das Schweißen wurde mit einem Punktschweißgerät HSW-02A von Yokodai.JP bei einer Spannung von 25 V und für eine Stromanwendungszeit von 500 μs durchgeführt.
(Bewertung der Schweißbarkeit 2)
Bei der Bewertung der zweiten Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (2)) wurden zehn Proben, wobei in jeder davon die leitende Substanz (Kohlenstoff) auf jeder Seite einer Al-Folie mit einer Dicke von 15 μm bereitgestellt war, schichtartig angeordnet bzw. gestapelt und eine Al-Folie mit einer Dicke von 30 μm und eine Al-Folie mit einer Dicke von 250 μm wurden an der jeweiligen Oberseite und Unterseite des Stapels angebracht. In diesem Zustand wurden die Proben bei einem bestimmten Druck von der Oberseite und der Unterseite her einem Ultraschallschweißen unterzogen und wenn acht oder mehr Proben aneinander geschweißt waren, wurden solche zehn Proben als gut bewertet, und wenn sieben oder weniger Proben aneinander geschweißt waren, wurden solche zehn Proben als schlecht bewertet. Das Schweißen wurde mit einem Ultraschallschweißgerät MH2026/CLF2500 von Sonobond Ultrasonics, Inc. unter den Bedingungen eines Drucks von 0,28 MPa, einer Ausgangsleistung von 400 W und einer Energie von 20 J und einer Stromanwendungszeit von 70 μs durchgeführt.
Die Bewertung der Schweißbarkeit wurde mit einer der Schweißbarkeit (1) mit Punktschweißen und der Schweißbarkeit (2) mit Ultraschallschweißen durchgeführt.
(Bewertung des Kontaktwiderstands)
Eine Probe wurde sandwichartig von zwei ihrer Seiten von zwei Kohlenstoffgeweben umgeben und wurde ferner von den jeweiligen Außenseiten der Kohlenstoffgewebe von zwei Kupferelektroden mit einer Kontaktfläche von 1 cm² sandwichartig umgeben. Während eine Last von 9,8 N (1 kgf) auf die Kupferelektroden ausgeübt wurde, um die Probe mit Druck zu beaufschlagen, wurde zwischen diesen mittels einer Gleichstromquelle ein Strom von 7,4 mA angelegt und eine zwischen den Kohlenstoffgeweben angelegte Spannung wurde mit einem Spannungsmessgerät gemessen. Der Kontaktwiderstand wurde auf der Basis des vorstehend genannten Stromwerts, der Kontaktfläche und der gemessenen Spannung berechnet. Eine entsprechende Messung wurde mit dem Substrat selbst durchgeführt. Wenn eine Probe einen Kontaktwiderstand aufwies, der niedriger war als derjenige des Substrats selbst, wurde bestimmt, dass der Kontaktwiderstand der Probe effektiv vermindert war. Eine einfache Al-Folie als Substrat wies einen Kontaktwiderstand von 500 [mΩ·cm²] auf. Eine einfache Cu-Folie als ein weiteres Substrat wies einen Kontaktwiderstand von 100 [mΩ·cm²] auf.
(Bewertung des Innenwiderstands einer Batterie)
Eine Schicht aus aktivem Material wurde auf einer Probe (Kollektor) ausgebildet, die eine Al-Folie als Substrat umfasst und bei der die leitende Substanz (Kohlenstoff) auf einer Seite des Substrats bereitgestellt ist, um eine positive Elektrode für eine Lithiumionen-Sekundärbatterie herzustellen. LiCoO₂, Acetylenruß, Polyvinylidenfluorid (PVdF) und N-Methylpyrrolidon (NMP) wurden als aktives Material, als Leitfähigkeitshilfsmittel, als Bindemittel bzw. als Lösungsmittel verwendet. Diese Materialien wurden bei einem vorgegebenen Verhältnis zu einer Aufschlämmung gemischt. Die Aufschlämmung wurde auf eine Probenoberfläche aufgebracht, auf der die leitende Substanz bereitgestellt war, und wurde dann an der Luft bei 120°C getrocknet, wodurch eine Schicht aus aktivem Material mit einer Dicke von 25 μm gebildet wurde.
Gemäß einem Verfahren, das demjenigen der vorstehend beschriebenen Probenherstellung ähnlich war, wurde eine Aufschlämmung, die Graphit als aktives Material enthielt, auf eine Cu-Folie mit einer Dicke von etwa 15 μm aufgebracht und wurde dann getrocknet, um eine negative Elektrode für eine Lithiumionen-Sekundärbatterie herzustellen. Die negative Elektrode wurde mit der vorstehend beschriebenen positiven Elektrode kombiniert, um eine Batteriezelle zur Messung des Innenwiderstands einer Batterie herzustellen.
Die hergestellte Batteriezelle wurde einem vorgegebenen konditionierenden Ladungs- und Entladungsprozess unterzogen und wurde dann einer Messung von Entladungskurven unterzogen, die erhalten wurden, nachdem die Batteriezelle bei verschiedenen Strömen von einem geladenen Zustand bei 4,2 V bei verschiedenen Entladungsraten entladen worden ist. Bei jeder Entladungskurve wurde ein Stromwert gegen einen Spannungswert bei einer Entladungskapazität von 1 mAh aufgetragen und der Innenwiderstand der Batteriezelle wurde auf der Basis der Steigung einer Geraden, die durch eine solche Auftragung erhalten worden ist, berechnet.
Ein Substrat, das eine einfache Al-Folie umfasst, die eine Dicke von 15 μm aufwies und keine leitende Substanz darauf aufwies, wurde als Kollektor verwendet und eine positive Elektrode wurde wie bei jeder anderen Probe hergestellt. Unter Verwendung der positiven Elektrode wurde ebenfalls eine Batteriezelle hergestellt. Diese Batteriezelle wurde so wie die Batteriezellen, bei denen andere Proben verwendet wurden, einer Messung von Entladungskurven unterzogen, um den Innenwiderstand zu berechnen. Wenn eine Probe einen Innenwiderstand aufwies, der niedriger war als derjenige der Batteriezelle, die unter Verwendung des Kollektors hergestellt worden ist, der nur das Substrat umfasste, wurde bestimmt, dass die Probe einen effektiv verminderten Innenwiderstand aufwies. Eine Batteriezelle, die unter Verwendung der einfachen Al-Folie als Substrat für den Kollektor hergestellt worden ist, wies einen Innenwiderstand von 45 Ω auf.
(Bewertung der maximalen Höhe)
Zur Bestimmung der maximalen Höhe der leitenden Substanz (Kohlenstoff) wurde ein Querschnitt einer Probe mittels einer Querschnittsverarbeitungseinrichtung („Cross Section Polisher (CP)” SM-09010 von JEOL Ltd.) verarbeitet und dann wurden 20 Sichtfelder der Probe bei 2000-facher Vergrößerung in einer Schnittrichtung der Probe mit einem Rasterelektronenmikroskop des Feldemissionstyps (FE-SEM) SU-70 von Hitachi, Ltd. untersucht und die Höhen aller Insel-Kohlenstoffstellen, die in den photographierten Sichtfeldern enthalten waren (unter der Annahme, dass ein Substratoberflächenabschnitt, der keinen Kohlenstoff aufweist, eine Referenzoberfläche ist), wurden mittels Bildverarbeitung berechnet. Der Durchschnitt der berechneten Kohlenstoffhöhen wurde zu deren Standardabweichung (σ) addiert und der resultierende Wert wurde als maximale Höhe genommen. Der Grund für die Durchführung einer solchen statistischen Verarbeitung ist folgendermaßen: Selbst wenn eine geringe Anzahl von Kohlenstoffteilchen große Höhen aufweist, werden die Eigenschaften des Kollektors dadurch nicht beeinflusst; somit werden solche Extremwerte absichtlich ausgeschlossen. Der Wert, der durch eine solche statistische Verarbeitung bestimmt wird, entspricht im Wesentlichen der maximalen Höhe.
(Bewertung der Abscheidungsmenge)
Die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche der leitenden Substanz auf dem Substrat wurde gemäß dem folgenden Verfahren bestimmt. In diesem Beispiel bezieht sich die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche auf dem Substrat auf die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche auf einer Seite des Substrats.
Als erstes wurde eine Lösung, welche die leitende Substanz enthält, auf das Substrat aufgebracht und getrocknet, um eine Probe herzustellen, und die Masse der Probe wurde gemessen. Die leitende Substanz wurde dann mit Wasser oder Alkohol von der Probenoberfläche abgewischt. Die Masse der Probe, von der die leitende Substanz 1b entfernt worden ist, wurde gemessen. Die Differenz der Masse der Probe zwischen vor und nach der Entfernung der leitenden Substanz wurde durch die Fläche des Substrats dividiert, wodurch die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche der leitenden Substanz auf dem Substrat berechnet wurde.
Eine Al- oder Cu-Folie mit einer Größe von 50 mm im Quadrat (d. h. mit einer Fläche von 2500 mm²) wurde als Substrat (d. h., als Probe) verwendet.
Die Tabellen 1 bis 3 zeigen Listen von Bewertungsergebnissen von Eigenschaften und von Bestimmungsergebnissen der Qualität der hergestellten Proben.
Bei den Bestimmungsergebnissen in den Tabellen 1 bis 3 steht „o” für „gut” und „x” steht für „schlecht”. In den Tabellen 1 bis 3 ist jeder schlechte Wert unterstrichen.
Wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, zeigt die Nr. 1 einen Fall, bei dem das Kohlenstoffpulver als leitende Substanz in der Lösung eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,05 μm und eine Konzentration von 0,05 Massen-% (d. h., 0,1 Massen % oder weniger) aufweist. In diesem Fall war das Bedeckungsverhältnis des Kohlenstoffs klein; somit war die Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1) mit Punktschweißen) hervorragend, jedoch lag verglichen mit dem Fall des Substrats, das die einfache Al-Folie umfasste, kein Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands vor.
Die Nr. 6 zeigt einen Fall, bei dem das Kohlenstoffpulver als leitende Substanz in der Lösung, welche die leitende Substanz in dem Aufbringungsschritt enthält, eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,05 μm und eine Konzentration von 8 Massen-% aufweist. Da die Konzentration des Kohlenstoffpulvers hoch war, wies auch das Bedeckungsverhältnis des Kohlenstoffpulvers einen hohen Wert auf, d. h. 87%. In diesem Fall lag verglichen mit dem Fall des Substrats, das die einfache Al-Folie umfasste, ein Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands vor, jedoch war die Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) aufgrund des hohen Bedeckungsverhältnisses des Kohlenstoffpulvers nicht hervorragend.
Bei den Nr. 2 bis Nr. 5 wies das Kohlenstoffpulver als leitende Substanz in der Lösung in jeder Probe eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,05 μm auf und die jeweiligen Konzentrationen des Kohlenstoffpulvers betrugen 0,3 Massen-%, 0,5 Massen-%, 1 Massen-% und 6 Massen-% (d. h., innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 7 Massen-%), und jede Probe wurde so hergestellt, dass das Bedeckungsverhältnis des Kohlenstoffpulvers als leitende Substanz auf der Oberfläche der Al-Folie als Substrat innerhalb eines Bereichs von 1 bis 80 % lag. In jeder Probe wurden eine hervorragende Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) und eine Verminderung des Kontaktwiderstands erreicht.
Bei der Nr. 7 wies das Kohlenstoffpulver als leitende Substanz in der Lösung eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,05 μm und eine Konzentration von 8 Massen-% auf und die Probe wurde einer geringfügigen Reduktion (Walzen bei einer Walzreduktion von 20%) unterzogen. Da das Bedeckungsverhältnis des Kohlenstoffpulvers auf der Oberfläche der Al-Folie hoch war, d. h., 92%, war die Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) nicht hervorragend. Während das Bedeckungsverhältnis durch die Walzreduktion nicht eingestellt werden konnte, war die Walzreduktion für die Anwendung der Lösung mit einer Konzentration von 8 Massen-% zu gering.
Bei jeder der Nr. 8 und der Nr. 9 wies das Kohlenstoffpulver als leitende Substanz in der Lösung eine durchschnittliche Teilchengröße von 3 μm und eine hohe Konzentration von 15 Massen-% auf und die Probe wurde mit einer starken Reduktion (bei Walzreduktionen von 50% bzw. 80%) gewalzt. Die jeweiligen Bedeckungsverhältnisse von Kohlenstoff auf den Oberflächen der Al-Folien betrugen 70% und 30%, d. h., sie lagen innerhalb des Bereichs von 1 bis 80%. In diesem Fall lagen eine hervorragende Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) und ein hervorragender Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands vor.
Bei der Nr. 10 wies das Kohlenstoffpulver als leitende Substanz in der Lösung eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,05 μm und eine Konzentration von 0,5 Massen-% auf (d. h., innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 7 Massen-%) und die Probe wurde einem Druckverbinden (geringfügige Reduktion bei einer Walzreduktion von 0%) unterzogen. Eine Inselstruktur aus Kohlenstoff wurde durch Aufbringen der Lösung gebildet und aufgrund des Druckverbindens wurden eine hervorragende Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) und ein Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands erreicht.
Bei der Nr. 11 und der Nr. 12 wies das Kohlenstoffpulver als leitende Substanz in der Lösung in jeder Probe eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,05 μm auf und die jeweiligen Konzentrationen des Kohlenstoffpulvers betrugen 0,5 Massen-% und 1,5 Massen-% (d. h., innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 7 Massen-%) und jede Probe wurde so hergestellt, dass das Bedeckungsverhältnis des Kohlenstoffpulvers als leitende Substanz auf der Oberfläche der Al-Folie als Substrat innerhalb des Bereichs von 1 bis 80% lag. In jeder Probe wurden eine hervorragende Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (2) mit Ultraschallschweißen) und eine Verminderung des Kontaktwiderstands erreicht und der Innenwiderstand war ebenfalls vermindert.
Die Nr. 13 zeigt einen Fall, bei dem das Kohlenstoffpulver als leitende Substanz in der Lösung eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,05 μm und eine Konzentration von 8,5 Massen-% aufweist. Da die Konzentration des Kohlenstoffpulvers hoch war, wies auch das Bedeckungsverhältnis des Kohlenstoffpulvers einen hohen Wert, d. h. 89%, auf. In diesem Fall wurden verglichen mit dem Fall des Substrats, das die einfache Al-Folie aufwies, ein Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands und ein Effekt der Verminderung des Innenwiderstands festgestellt, jedoch war die Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (2)) aufgrund des hohen Bedeckungsverhältnisses des Kohlenstoffpulvers nicht hervorragend.
Bei der Nr. 14 und der Nr. 15 betrugen die jeweiligen durchschnittlichen Teilchengrößen des Kohlenstoffpulvers als leitende Substanz in der Lösung 0,1 μm und 0,01 μm und das Kohlenstoffpulver in jeder Probe wies eine Konzentration von 1 Massen-% auf (d. h., innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 7 Massen-%), und jede Probe wurde so hergestellt, dass das Bedeckungsverhältnis des Kohlenstoffpulvers als leitende Substanz auf der Oberfläche der Al-Folie als Substrat innerhalb des Bereichs von 1 bis 80% lag. Bei jeder Probe wurden eine hervorragende Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) und eine Verminderung des Kontaktwiderstands erreicht und der Innenwiderstand wurde ebenfalls vermindert.
Die Nr. 16 zeigt einen Fall, bei dem das Kohlenstoffpulver als leitende Substanz in der Lösung eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,05 μm und eine Konzentration von 0,04 Massen-% aufweist. Da die Konzentration des Kohlenstoffpulvers niedrig war, wies auch das Bedeckungsverhältnis des Kohlenstoffpulvers einen niedrigen Wert, d. h. 0,5%, auf. In diesem Fall war verglichen mit dem Fall des Substrats, das die einfache Al-Folie aufwies, die Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) hervorragend, jedoch wurden ein Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands und ein Effekt der Verminderung des Innenwiderstands nicht festgestellt.
Die Tabelle 2 zeigt Bewertungsergebnisse von Proben mit unterschiedlichen Werten der Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche (nachstehend einfach als Abscheidungsmenge bezeichnet) der leitenden Substanz auf dem Substrat. Wie es in der Tabelle 2 gezeigt ist, nahm mit zunehmendem Bedeckungsverhältnis der leitenden Substanz auch die Abscheidungsmenge zu.
Bei der Probe Nr. 17 war die Abscheidungsmenge niedrig, d. h. 0,04 g/m², und das Bedeckungsverhältnis war ebenfalls niedrig, d. h. weniger als 1%. Somit wurde verglichen mit dem Fall des Substrats, das die einfache Al-Folie aufwies, kein Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands festgestellt.
Bei der Probe Nr. 23 war die Abscheidungsmenge hoch, d. h. 0,60 g/cm², und daher wurde ein großer Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands erreicht, jedoch war die Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) aufgrund eines hohen Bedeckungsverhältnisses nicht hervorragend.
In dem Bereich der Abscheidungsmengenwerte der Proben Nr. 18 bis Nr. 22 wurden im Hinblick auf den Kontaktwiderstand und die Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) hervorragende Ergebnisse erhalten.
Die Tabelle 3 zeigt Bewertungsergebnisse in dem Fall, bei dem eine Cu-Folie als Substrat verwendet wurde. In dem Fall der Verwendung der Cu-Folie als Substrat nahm mit zunehmendem Bedeckungsverhältnis der leitenden Substanz auch die Abscheidungsmenge zu. Bei der Probe Nr. 24 lagen jedes des Bedeckungsverhältnisses und der Abscheidungsmenge unterhalb des in der vorliegenden Erfindung festgelegten Bereichs; somit wurde der Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands verglichen mit dem Fall des Substrats, das die einfache Cu-Folie aufwies, nicht festgestellt. Bei der Probe Nr. 31 war die Abscheidungsmenge hoch, d. h. 0,56 g/m², und daher wurde ein großer Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands erreicht, jedoch war die Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) aufgrund eines hohen Bedeckungsverhältnisses nicht hervorragend.
In dem Bereich der Abscheidungsmenge der Proben Nr. 25 bis Nr. 30 wurden im Hinblick auf den Kontaktwiderstand und die Schweißbarkeit (Schweißbarkeit (1)) hervorragende Ergebnisse erhalten.
[SEM-Untersuchungsergebnisse]
Die 4 zeigt Ergebnisse der Untersuchung einer Oberfläche einer Probe eines Kollektors, die durch Aufbringen eines Kohlenstoffpulvers als leitende Substanz hergestellt worden ist, mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM). Eine Lösung, die eine durchschnittliche Teilchengröße eines Kohlenstoffpulvers von 0,05 μm und eine Kohlenstoffkonzentration von 1 Massen-% aufwies, wurde als Lösung verwendet, welche die aufzubringende leitende Substanz (Kohlenstoff) enthält. Die Ergebnisse der Untersuchung der Probenoberfläche mit dem SEM zeigten, dass Aggregate des Kohlenstoffpulvers als leitende Substanz in Inseln auf der Oberfläche der Al-Folie abgeschieden waren und folglich ein Teil der Oberfläche der Al-Folie nicht mit Kohlenstoff bedeckt war, d. h., freilag. In der 4 stellt eine Skaleneinheit, die unten rechts gezeigt ist, 10 μm dar.
Die 5 zeigt Ergebnisse der Untersuchung eines Querschnitts einer Probe eines Kollektors, der durch Aufbringen eines Kohlenstoffpulvers als leitende Substanz hergestellt worden ist, mit einem SEM. Die Herstellungsbedingungen der Probe entsprachen denjenigen der Probe, die in der 4 dargestellt ist. Es zeigte sich, dass die leitende Substanz, die eine Dicke von etwa 2 μm aufwies, in Inseln abgeschieden war. In der 5 stellt eine Skaleneinheit, die unten rechts gezeigt ist, 2 μm dar.
Die 6 und 7 zeigen Ergebnisse der Untersuchung einer Oberfläche und eines Querschnitts einer Probe, die folgendermaßen hergestellt worden ist, mit einem SEM: Ein Kohlenstoffpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 3 μm wurde als leitende Substanz verwendet und eine Lösung der leitenden Substanz mit einer Kohlenstoffkonzentration von 13 Massen-% wurde auf eine Oberfläche einer Al-Folie aufgebracht und wurde getrocknet, und dann wurde die Al-Folie bei einer Walzreduktion von 80% gewalzt, so dass die Probe hergestellt wurde. Es zeigte sich, dass die leitende Substanz in Inseln auf der Oberfläche der Al-Folie angeordnet war und verglichen mit einer Probe, die nur durch Aufbringen und Trocknen hergestellt worden ist, eine verminderte Dicke aufwies. In der 6 stellt eine Skaleneinheit, die unten rechts gezeigt ist, 10 μm dar. In der 7 stellt eine Skaleneinheit, die unten rechts gezeigt ist, 2 μm dar.
Obwohl die Anmeldung unter Bezugnahme auf eine spezielle Ausführungsform detailliert beschrieben worden ist, sollte vom Fachmann beachtet werden, dass verschiedene Veränderungen und Modifizierungen der Ausführungsform durchgeführt werden können, ohne vom Wesen und vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung ( JP-Anmeldung Nr. 2011-133818 ), die am 16. Juni 2011 eingereicht worden ist, der japanischen Patentanmeldung ( JP-Anmeldung Nr. 2011-236097 ), die am 27. Oktober 2011 eingereicht worden ist, und der japanischen Patentanmeldung ( JP-Anmeldung Nr. 2012-90484 ), die am 11. April 2012 eingereicht worden ist, wobei deren Inhalt jeweils hierin unter Bezugnahme einbezogen ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Bei dem Elektrodenmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist die leitende Substanz in Inseln auf der Oberfläche der Metallfolie als Substrat angeordnet und das Bedeckungsverhältnis der leitenden Substanz ist so beschränkt, dass eine blanke Metallfolie teilweise in der Oberfläche des Elektrodenmaterials freiliegt, wodurch es möglich wird, den Kontaktwiderstand des Elektrodenmaterials zu vermindern und eine hervorragende Schweißbarkeit an eine Lasche, usw., sicherzustellen.
Bei dem Elektrodenmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Verbesserung der Haftung und eine Zunahme der Kontaktfläche zwischen dem Substrat und der leitenden Substanz erreicht, wodurch eine weitere Verminderung des Kontaktwiderstands des Elektrodenmaterials ermöglicht wird. Darüber hinaus ist die Menge der Schicht aus aktivem Material pro Einheitsvolumen nicht signifikant beschränkt, da die Dicke des Elektrodenmaterials beschränkt ist.
Bei dem Elektrodenmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine geeignete Abscheidungsmenge der leitenden Substanz auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden, wodurch es möglich wird, eine hervorragende Schweißbarkeit an eine Lasche, usw., sicherzustellen, und den Kontaktwiderstand des Elektrodenmaterials zu vermindern.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Elektrodenmaterial hergestellt werden, das ein Substrat und eine leitende Substanz, die in Inseln auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, umfasst.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Elektrodenmaterial hergestellt werden, das ein Substrat und eine leitende Substanz umfasst, die mehr bevorzugt in Inseln auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Haftung zwischen dem Substrat und der leitenden Substanz verbessert und ein Teil der leitenden Substanz wird in das Substrat eingebracht, wodurch es möglich wird, ein Elektrodenmaterial herzustellen, dessen Kontaktwiderstand weiter vermindert ist.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Schicht der leitenden Substanz durch Walzen des Substrats zu Fragmenten zerteilt, so dass eine Inselstruktur gebildet wird, wodurch es möglich wird, eine Beschränkung der Teilchengröße der leitenden Substanz und eine Beschränkung des Konzentrationsbereichs eines leitenden Materials in einer Lösung, welche die leitende Substanz enthält, die aufgebracht werden soll, zu vermindern.
Bezugszeichenliste

1: Kollektor (Elektrodenmaterial)
1a: Substrat
1b: Leitende Substanz
2: Schicht aus aktivem Material
10: Elektrode

Claims

Elektrodenmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Substrat, das aus einer Metallfolie ausgebildet ist, und eine leitende Substanz, die Kohlenstoff enthält und die auf einer Oberfläche des Substrats bereitgestellt ist, umfasst, wobei dann, wenn die leitende Substanz in einem quadratischen Sichtfeld mit einer Fläche von 0,1 mm² untersucht wird, die leitende Substanz in Inseln bei einem Bedeckungsverhältnis von 1 bis 80% auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist.
Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der leitenden Substanz in das Substrat eingebracht ist und die maximale Höhe der leitenden Substanz ausgehend von der Oberfläche des Substrats 3 μm oder weniger beträgt.
Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche der leitenden Substanz auf dem Substrat 0,05 bis 0,50 g/m² beträgt.
Elektrodenmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungsmenge pro Einheitsfläche der leitenden Substanz auf dem Substrat 0,05 bis 0,50 g/m² beträgt.
Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es nacheinander einen Aufbringungsschritt des Aufbringens einer Lösung, welche die leitende Substanz enthält, auf die Oberfläche des Substrats und einen Trocknungsschritt des Trocknens der Lösung umfasst, wobei die leitende Substanz vor oder nach dem Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche des Substrats in der Lösung aggregiert wird.
Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufbringungsschritt die Lösung, die 0,1 bis 7 Massen-% Kohlenstoffpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,01 bis 1 μm enthält, auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Trocknungsschritt ferner einen Druckverbindungsschritt oder einen Walzschritt umfasst, wobei der Druckverbindungsschritt ermöglicht, dass die leitende Substanz an dem Substrat angebracht wird, und der Walzschritt ermöglicht, das Substrat zu walzen.
Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Trocknungsschritt ferner einen Druckverbindungsschritt oder einen Walzschritt umfasst, wobei der Druckverbindungsschritt ermöglicht, dass die leitende Substanz an dem Substrat angebracht wird, und der Walzschritt ermöglicht, das Substrat zu walzen.
Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es nacheinander einen Aufbringungsschritt des einheitlichen Aufbringens einer Lösung, welche die leitende Substanz enthält, auf die Oberfläche des Substrats zur Bildung einer Schicht der leitenden Substanz, einen Trocknungsschritt des Trocknens der Lösung und einen Walzschritt des Walzens des Substrats umfasst.