JP2009266699A - Electrode foil for battery, positive electrode plate, battery, vehicle, battery-mounting equipment, manufacturing method of electrode foil for battery, and manufacturing method of positive electrode plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池の正電極板に用いる電池用電極箔、正電極板、電池、これを用いた車両、電池搭載機器、電池用電極箔の製造方法、及び、正電極板の製造方法に関する。 The present invention relates to a battery electrode foil, a positive electrode plate, a battery, a vehicle using the same, a battery-mounted device, a method for manufacturing a battery electrode foil, and a method for manufacturing a positive electrode plate.
近年、携帯電話、ノート型パソコン、ビデオカムコーダなどのポータブル電子機器やハイブリッド電気自動車等の車両の普及により、これらの駆動用電源に用いられる電池の需要は増大している。
このような電池の中には、アルミニウム電極箔を基材とした正電極箔を用いた電池がある。例えば、Li化合物を含む正電極活物質を、このようなアルミニウム電極箔に塗布した正電極板を用いたリチウムイオン電池が挙げられる。
In recent years, with the spread of portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and video camcorders and vehicles such as hybrid electric vehicles, the demand for batteries used for these driving power sources is increasing.
Among such batteries, there is a battery using a positive electrode foil based on an aluminum electrode foil. For example, the lithium ion battery using the positive electrode plate which apply | coated the positive electrode active material containing Li compound to such aluminum electrode foil is mentioned.
しかるに、アルミニウム電極箔の表面には、アルミニウム酸化物層(アルミナ層)が形成されており、このようなアルミニウム電極箔上に正電極活物質を形成しても、これらの間で導電性が低くなりがちである一方、このアルミニウム酸化物層では、耐蝕性が十分でなく、塗布した正極活物質ペーストや、電池中の電解液で腐食が生じる虞がある。
そこで、特許文献1では、耐蝕性と導電性を向上させるべく、アルミニウム電極箔(アルミニウム集電体)の表面に炭素膜を形成することが、また、特許文献2では、集電体の表面をエッチングした後に、炭素、白金、あるいは金からなる導電性の被膜層を形成するものが開示されている。
However, an aluminum oxide layer (alumina layer) is formed on the surface of the aluminum electrode foil, and even if a positive electrode active material is formed on such an aluminum electrode foil, the conductivity between them is low. On the other hand, this aluminum oxide layer is not sufficiently resistant to corrosion, and corrosion may occur in the applied positive electrode active material paste or the electrolyte in the battery.
Therefore, in
しかしながら、特許文献1,2のように、炭素膜を形成する場合、量産性の高いスパッタリングによりこれを成膜しようとすると、絶縁性のダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜が形成され、むしろ導電性が低下する虞がある。
一方、白金や金を用いるのは、コストがかかり、現実的でない。
However, as in
On the other hand, using platinum or gold is expensive and not practical.
本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであって、安価でありながら、良好な耐蝕性及び導電性を備えた、電池の正電極板に用いる電池用電極箔を提供することを目的とする。さらには、この電池用電極箔を用いた正電極板、この正電極箔を用いた電池、さらには、これを用いた車両、電池搭載機器を提供すること、また、電池用電極箔の製造方法、及び、正電極板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a battery electrode foil used for a positive electrode plate of a battery, which is inexpensive but has good corrosion resistance and conductivity. To do. Furthermore, a positive electrode plate using the battery electrode foil, a battery using the positive electrode foil, a vehicle using the positive electrode foil, a battery-equipped device, and a method for manufacturing the battery electrode foil are provided. And it aims at providing the manufacturing method of a positive electrode plate.
その解決手段は、アルミニウム電極箔と、上記アルミニウム電極箔の表面に形成され、上記アルミニウム電極箔をなす金属アルミニウムと直接接触してなる金属ジルコニウムからなる、厚さ5〜100nmの耐蝕層と、を備える電池用電極箔である。 The solution includes: an aluminum electrode foil; and a corrosion-resistant layer having a thickness of 5 to 100 nm made of metal zirconium formed on the surface of the aluminum electrode foil and made in direct contact with the metal aluminum forming the aluminum electrode foil. It is the electrode foil for batteries provided.
本発明の電池用電極箔では、ジルコニウムからなる耐蝕層を備える。ジルコニウムはバルブ金属であり、その表面に自身の酸化物層(ジルコニア層)を形成して、内部への腐食の進行を防止するため、この電池用電極箔にアルカリ性の水溶液が触れる、あるいは、正電位とされて酸化されやすい状態としても、容易に腐食されない耐食性の良好な電池用電極箔となる。
さらに、この耐蝕層(ジルコニウム及びその表面の酸化物層)は導電性を有しており、例えば、Zr(導電率40μΩ・cm)のように、Au(2.35μΩ・cm)、Cu(1.67μΩ・cm)程ではないが、Ti(42μΩ・cm)よりも良好あるいは同程度の導電性を有している。なお、Al2O3(1020μΩ・cm)である。しかも、この耐蝕層は、アルミニウム電極箔をなす金属アルミニウムと直接接触してなる。
The battery electrode foil of the present invention includes a corrosion-resistant layer made of zirconium. Zirconium is a valve metal and forms an oxide layer (zirconia layer) on its surface to prevent the progress of internal corrosion. Even if it is in a state of being easily oxidized due to a potential, it is a battery electrode foil with good corrosion resistance that is not easily corroded.
Furthermore, this corrosion-resistant layer (zirconium and its surface oxide layer) has conductivity, for example, Au (2.35 μΩ · cm), Cu (1), such as Zr (
従って、本発明の電池用電極箔では、通常のアルミニウム電極箔の表面に形成されるアルミニウム酸化物層(アルミナ層)が、アルミニウム電極箔と耐蝕層との間に介在しないので、接触抵抗の低い電池用電極箔となる。
さらに、アルミニウム電極箔の表面にジルコニウムからなる耐蝕層を形成した場合、耐食性を調査(腐食ガス量調査)すると、5nm以下では、下地のアルミニウム電極箔が腐食する場合があることがわかった。一方、100nmを超えると、耐蝕層を形成する際に生じる応力で、アルミニウム電極箔にしわが生じ、平坦な電池用電極箔を形成し難くなる。
従って、上述の範囲(5〜100nm)とするのが好ましい。
Therefore, in the battery electrode foil of the present invention, since the aluminum oxide layer (alumina layer) formed on the surface of the normal aluminum electrode foil is not interposed between the aluminum electrode foil and the corrosion resistant layer, the contact resistance is low. A battery electrode foil is obtained.
Furthermore, when a corrosion-resistant layer made of zirconium was formed on the surface of the aluminum electrode foil, the corrosion resistance was investigated (corrosion gas amount investigation), and it was found that the underlying aluminum electrode foil might corrode at 5 nm or less. On the other hand, when the thickness exceeds 100 nm, wrinkles occur in the aluminum electrode foil due to stress generated when the corrosion-resistant layer is formed, and it becomes difficult to form a flat battery electrode foil.
Accordingly, the above range (5 to 100 nm) is preferable.
なお、ジルコニウムの耐蝕層の製造方法としては、アルミニウム電極箔の表面から、その表面に形成されている層(典型的には、アルミナ層)を、減圧下でプラズマエッチングにより除去し、金属アルミニウムを露出させた後に、引き続いて、スパッタリングなどの気相成長法で、耐蝕層を形成すると良い。
なかでも、スパッタリングによって耐蝕層を形成するのが好ましい。早い成膜速度を得つつ、アルミニウム電極箔をなす金属アルミニウムと強固に密着させることができるからである。
In addition, as a manufacturing method of the corrosion-resistant layer of zirconium, a layer (typically an alumina layer) formed on the surface of the aluminum electrode foil is removed by plasma etching under reduced pressure, and metal aluminum is removed. After the exposure, a corrosion-resistant layer is preferably formed by a vapor phase growth method such as sputtering.
Especially, it is preferable to form a corrosion-resistant layer by sputtering. This is because it can be firmly adhered to the metal aluminum forming the aluminum electrode foil while obtaining a high film formation rate.
また、上述の電池用電極箔であって、前記耐蝕層は、その厚みが、10〜50nmである電池用電極箔とすると良い。 Further, in the battery electrode foil described above, the corrosion-resistant layer may be a battery electrode foil having a thickness of 10 to 50 nm.
耐蝕層の厚みを、10nm以上とすることで、下地のアルミニウム電極箔の腐食が充分に防止できる。一方、耐蝕層の厚みが50nmを超えると、抵抗が増加するため、電池の容量が低下する。また、耐蝕層を厚くすると、時間やコストが掛かるため、できるだけ薄くしたい。従って、上述の範囲とするのがさらに好ましい。 By setting the thickness of the corrosion resistant layer to 10 nm or more, corrosion of the underlying aluminum electrode foil can be sufficiently prevented. On the other hand, when the thickness of the corrosion-resistant layer exceeds 50 nm, the resistance increases, and the capacity of the battery decreases. In addition, if the corrosion-resistant layer is made thick, it takes time and cost, so it is desirable to make it as thin as possible. Therefore, the above range is more preferable.
さらに、他の解決手段は、上記電池用電極箔の主面上に担持された、正極活物質を含む正極活物質層と、を備える正電極板である。 Furthermore, another solution is a positive electrode plate comprising a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material supported on the main surface of the battery electrode foil.
本発明の正電極板では、電池用電極箔に、前述の耐蝕層を備えているので、耐蝕性が高い。しかも、電池用電極箔と正極活物質層との導電性も良好である。
さらに、耐蝕層が、低接触抵抗でアルミニウム電極箔に接触しているので、電池用電極箔の主面上に担持された正極活物質層中の正極活物質が、アルミニウム電極箔と低抵抗で、電子のやりとりをすることができる。即ち、低抵抗の正電極板とすることができ、内部抵抗の低い電池を実現できる。
In the positive electrode plate of the present invention, the battery electrode foil is provided with the above-mentioned corrosion-resistant layer, and therefore has high corrosion resistance. Moreover, the electrical conductivity between the battery electrode foil and the positive electrode active material layer is also good.
Furthermore, since the corrosion-resistant layer is in contact with the aluminum electrode foil with low contact resistance, the positive electrode active material in the positive electrode active material layer supported on the main surface of the battery electrode foil has low resistance with the aluminum electrode foil. , Can exchange electronic. That is, a positive electrode plate with low resistance can be obtained, and a battery with low internal resistance can be realized.
正極活物質層を担持させる段階において、正極活物質層となるペーストを塗布した場合でも、電池用電極箔の主面が腐食されない利点がある。このため、正極活物質層が電池用電極箔から脱落することなく、安定に正極活物質層を担持した正電極板となっている。また、電池に使用した段階でも、電解液に接しても、電池用電極箔の主面が腐食されない。このため、電池内において、腐食により、正極活物質層が電池用電極箔から脱落することなく、また、電解液が分解するなどの不具合を生じることなく、安定して正電極板を使用することができる。 There is an advantage that the main surface of the battery electrode foil is not corroded even when a paste to be the positive electrode active material layer is applied at the stage of supporting the positive electrode active material layer. For this reason, the positive electrode active material layer is a positive electrode plate that stably supports the positive electrode active material layer without dropping from the battery electrode foil. Moreover, the main surface of the battery electrode foil is not corroded even when used in the battery or in contact with the electrolytic solution. Therefore, in the battery, the positive electrode active material layer should not be dropped from the battery electrode foil due to corrosion, and the positive electrode plate should be used stably without causing problems such as decomposition of the electrolytic solution. Can do.
なお、正極活物質としては、実現する電池系における適宜の正極活物質を用いることができる。例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiMnO2、LiCo0.5Ni0.5O2、LiNi0.7Co0.2Mn0.1O2などのリチウム含有遷移金属酸化物が挙げられる。 In addition, as a positive electrode active material, the appropriate positive electrode active material in the battery system to implement | achieve can be used. Examples thereof include lithium-containing transition metal oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiCo 0.5 Ni 0.5 O 2 , and LiNi 0.7 Co 0.2 Mn 0.1 O 2 .
さらに、他の解決手段は、上述の記載の正電極板を含む発電要素を備える電池である。 Still another solution is a battery including a power generation element including the positive electrode plate described above.
本発明の電池では、発電要素に前述の正電極板を含んでいる。このため、電池内で、正極板が電解液に接しても、電池用電極箔の主面が腐食されない。従って、電池内において、腐食により、正極活物質層が電池用電極箔から脱落することなく、また、電解液が分解するなどの不具合を生じることなく、安定して使用することができる電池となる。
さらに、耐蝕層が、低接触抵抗でアルミニウム電極箔に接触しているので、電池用電極箔の主面上に担持された正極活物質層中の正極活物質が、アルミニウム電極箔と低抵抗で、電子のやりとりをすることができる。即ち、低抵抗の正電極板とすることができ、内部抵抗が低く、大電流を流しうる電池を実現できる。
In the battery of the present invention, the power generating element includes the positive electrode plate described above. For this reason, even if a positive electrode plate contacts electrolyte solution in a battery, the main surface of battery electrode foil is not corroded. Therefore, in the battery, the positive electrode active material layer does not drop from the battery electrode foil due to corrosion, and the battery can be used stably without causing problems such as decomposition of the electrolytic solution. .
Furthermore, since the corrosion-resistant layer is in contact with the aluminum electrode foil with low contact resistance, the positive electrode active material in the positive electrode active material layer supported on the main surface of the battery electrode foil has low resistance with the aluminum electrode foil. , Can exchange electronic. That is, a positive electrode plate having a low resistance can be obtained, and a battery having a low internal resistance and capable of flowing a large current can be realized.
さらに、上述の電池であって、Liイオンを含む電解液を備え、前記正極活物質層は、Li化合物からなる上記正極活物質を含む電池とすると良い。 Furthermore, it is preferable that the battery includes an electrolytic solution containing Li ions, and the positive electrode active material layer includes the positive electrode active material made of a Li compound.
Liイオン電池では、正極の電位(対Liイオン)が、4.0V近くにまで上がる場合もあり、正電極の電池用電極箔が酸化されやすい状態となる。
しかるに、本発明の電池では、Liイオン電池でありながら、前述の電池用電極箔を用いているので、この電池の使用中に電池用電極箔が酸化されることが無く、電池を安定して使用することができる。
In the Li ion battery, the potential of the positive electrode (with respect to Li ion) may rise to nearly 4.0 V, and the positive electrode battery foil is likely to be oxidized.
However, since the battery electrode foil described above is used in the battery of the present invention while being a Li-ion battery, the battery electrode foil is not oxidized during the use of the battery, and the battery is stabilized. Can be used.
なお、電解液としては、例えば、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの有機溶媒、あるいはこれらの混合有機溶媒に、例えば、LiClO4、LiPF6、LiCF3SO3、LiAsF6、LiBF4等の溶質を溶解させた電解液が挙げられる。このうち、例えば、上述のいずれかの有機溶媒(混合有機溶媒)にLiClO4等の塩素系の溶質を含む電解液は、これを有する電池において高出力を実現できるため、より好ましい。 Examples of the electrolytic solution include organic solvents such as ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate, or mixed organic solvents thereof such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , An electrolyte solution in which a solute such as LiBF 4 is dissolved can be used. Among these, for example, an electrolytic solution containing a chlorine-based solute such as LiClO 4 in any one of the above organic solvents (mixed organic solvent) is more preferable because a high output can be realized in a battery having the same.
さらに、上述の電池であって、前記電解液は、LiClO4を含んでなる電池とすると良い。 Furthermore, in the battery described above, the electrolytic solution may be a battery containing LiClO 4 .
電解液にLiClO4を用いると、電池の出力を大きくできる利点があるが、アルミニウム電極箔はその表面にアルミニウム酸化物層が形成されていても、LiClO4を含む電解液により腐食される。
これに対し、本件発明の電池では、電解液にLiClO4を含んでなるが、前述したジルコニウムからなる耐蝕層を備えた電池用電極箔を備えた正電極板を用いているので、LiClO4を含む電解液に腐食されることなく使用することができ、このLiClO4の使用により、高出力の電池を実現することができる。
When LiClO 4 is used as the electrolyte, there is an advantage that the output of the battery can be increased, but the aluminum electrode foil is corroded by the electrolyte containing LiClO 4 even if an aluminum oxide layer is formed on the surface thereof.
In contrast, in the battery of the present invention, the electrolyte solution contains LiClO 4 , but since the positive electrode plate provided with the battery electrode foil provided with the corrosion-resistant layer made of zirconium is used, LiClO 4 is used. It can be used without being corroded by the electrolyte contained, and by using this LiClO 4 , a high output battery can be realized.
さらに、他の解決手段は、上述のいずれか1項に記載の電池を搭載した車両である。 Furthermore, another solution is a vehicle equipped with the battery according to any one of the above.
本発明の車両では、前述のいずれかに記載の電池を搭載しているので、良好な走行特性、安定した性能の車両とすることができる。 Since the vehicle according to the present invention is equipped with any of the batteries described above, the vehicle can have good running characteristics and stable performance.
なお、車両としては、その動力源の全部あるいは一部に電池による電気エネルギを使用している車両であれば良く、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータが挙げられる。 The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a battery for all or part of its power source. For example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a hybrid railway vehicle, a forklift, an electric Wheelchairs, electric assist bicycles, and electric scooters.
さらに、他の解決手段は、上述のいずれか1項に記載の電池を搭載した電池搭載機器である。 Furthermore, another solution is a battery-mounted device on which the battery according to any one of the above-described items is mounted.
本発明の電池搭載機器では、前述のいずれかに記載の電池を搭載しているので、良好な使用特性、安定した性能の電池搭載機器とすることができる。 In the battery-mounted device of the present invention, since the battery described in any of the above is mounted, the battery-mounted device having good use characteristics and stable performance can be obtained.
なお、電池搭載機器としては、電池を搭載しこれをエネルギー源の少なくとも1つとして利用する機器であれば良く、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具、無停電電源装置など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器が挙げられる。 The battery-equipped device may be any device equipped with a battery and using it as at least one of the energy sources. For example, a battery such as a personal computer, a mobile phone, a battery-driven electric tool, an uninterruptible power supply, etc. Various household appliances, office equipment, and industrial equipment driven by
さらに、他の解決手段は、アルミニウム電極箔の表面に、上記アルミニウム電極箔をなす金属アルミニウムを露出させる露出工程と、露出した上記金属アルミニウム上に、金属ジルコニウムからなる、厚さ5〜100nmの耐蝕層を直接形成する耐蝕層形成工程と、を備える電池用電極箔の製造方法である。 Furthermore, another solution is an exposure step of exposing the metal aluminum forming the aluminum electrode foil on the surface of the aluminum electrode foil, and a corrosion resistance of 5 to 100 nm thick made of metal zirconium on the exposed metal aluminum. And a corrosion-resistant layer forming step of directly forming a layer.
一般に、アルミニウム電極箔の表面には、アルミニウム酸化物層が自然に形成されている。
そこで、本発明の電池用電極箔の製造方法では、露出工程において、アルミニウム電極箔をなす金属アルミニウムを露出させ、その後、耐蝕層形成工程で、露出した金属アルミニウム上に、厚さ5〜100nmのジルコニウムを直接形成する。
かくして、アルミニウム電極箔をなす金属アルミニウムと直接接触した、ジルコニウム及びその酸化物からなる耐蝕層を有する電池用電極箔を、確実に製造することができる。
In general, an aluminum oxide layer is naturally formed on the surface of the aluminum electrode foil.
Therefore, in the battery electrode foil manufacturing method of the present invention, in the exposing step, the metal aluminum forming the aluminum electrode foil is exposed, and then in the corrosion-resistant layer forming step, the thickness of 5 to 100 nm is formed on the exposed metal aluminum. Zirconium is formed directly.
Thus, a battery electrode foil having a corrosion-resistant layer made of zirconium and its oxide in direct contact with the metal aluminum forming the aluminum electrode foil can be reliably produced.
なお、耐蝕層形成工程としては、例えば、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティングなどの物理蒸着(PVD)法や、CVD等の化学蒸着法(気相成長法)が挙げられる。特に、成膜速度も速くとれるので、スパッタリングが好ましい。 Examples of the corrosion resistant layer forming step include physical vapor deposition (PVD) methods such as sputtering, vacuum vapor deposition, and ion plating, and chemical vapor deposition methods (vapor phase growth method) such as CVD. In particular, sputtering is preferable because the film forming speed can be increased.
さらに、上述の電池用電極箔の製造方法であって、前記露出工程は、不活性ガスのイオンによる物理的エッチングにより行う電池用電極箔の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the method for manufacturing a battery electrode foil described above, the exposing step may be a method for manufacturing a battery electrode foil that is performed by physical etching using ions of an inert gas.
本発明の電池用電極箔の製造方法では、不活性ガスのイオンによる物理的エッチングにより、アルミニウム電極箔の表面に、金属アルミニウムを露出させる。
このような乾式のエッチングにより、金属アルミニウムを露出させるので、容易に次工程である耐蝕層形成工程に移行して、耐蝕層を形成することができる。
In the method for producing a battery electrode foil of the present invention, metallic aluminum is exposed on the surface of the aluminum electrode foil by physical etching with ions of an inert gas.
Since the metal aluminum is exposed by such dry etching, it is possible to easily shift to the next corrosion-resistant layer forming step and form the corrosion-resistant layer.
不活性ガスのイオンによる物理的エッチングとしては、プラズマエッチング、スパッタイオンビームエッチングが挙げられる。このうち、スパッタイオンビームエッチングとしては、イオンに不活性ガスを用いて、スパッタによる物理的エッチングを行う手法が挙げられる。 Examples of the physical etching using inert gas ions include plasma etching and sputter ion beam etching. Among these, sputter ion beam etching includes a technique of performing physical etching by sputtering using an inert gas as ions.
さらに上述の電池用電極箔の製造方法であって、前記露出工程と前記耐蝕層形成工程とを、前記アルミニウム電極箔の表面に露出させた前記金属アルミニウムが、実質的に酸化しない低酸素雰囲気下で、続けて行う電池用電極箔の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the method for manufacturing a battery electrode foil described above, the exposure step and the corrosion-resistant layer formation step are performed in a low oxygen atmosphere where the metal aluminum exposed on the surface of the aluminum electrode foil is not substantially oxidized. Then, it is good to set it as the manufacturing method of the battery electrode foil performed continuously.
本発明の電池用電極箔の製造方法では、露出工程と耐蝕層形成工程とを、低酸素雰囲気下で続けて行うので、一旦露出させた金属アルミニウムを酸化させることなく、この上に、耐蝕層を直接且つ確実に形成することができる。 In the method for producing a battery electrode foil according to the present invention, the exposure step and the corrosion-resistant layer forming step are continuously performed in a low-oxygen atmosphere. Therefore, the exposed metal aluminum is not oxidized and the corrosion-resistant layer is formed thereon. Can be formed directly and reliably.
なお、金属アルミニウムが、実質的に酸化しない低酸素雰囲気としては、例えば、10-1Pa以下の真空中が挙げられる。 An example of a low oxygen atmosphere in which metallic aluminum is not substantially oxidized includes a vacuum of 10 −1 Pa or less.
さらに、他の解決手段は、電池用電極箔と、上記電池用電極箔の主面上に担持された、正極活物質を含む正極活物質層と、を備える正電極板の製造方法であって、上記電池用電極箔は、請求項1または請求項2に記載の電池用電極箔であり、上記正極活物質層は、Li化合物からなる上記正極活物質を含み、上記電池用電極箔の上記主面に、上記Li化合物からなる正極活物質を含み、水を溶媒とした水系活物質ペーストを塗布し、乾燥させて、上記電池用電極箔の上記主面上に上記正極活物質層を形成する正極活物質層形成工程を備える正電極板の製造方法である。
Furthermore, another solution is a method for producing a positive electrode plate comprising a battery electrode foil and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material supported on the main surface of the battery electrode foil. The battery electrode foil is the battery electrode foil according to
Li化合物を含む水系活物質ペーストを用いた場合には、このLi化合物によりペースト自身が強アルカリとなるため、これを電池用電極箔に塗布すると、この電池用電極箔をなすアルミニウムが腐食されて、水素ガスを発生し、内部に空隙を多数含んだ正極活物質層ができやすい。
これに対し、本件発明の正電極板の製造方法では、電池用電極箔として前述の電池用電極箔、つまり、ジルコニウム及びその酸化物からなる耐蝕層を備えるものを用いたので、上述の水系活物質ペーストを用いても、電池用電極箔が腐食せず、空隙の発生を抑制した緻密な正極活物質層を形成することができる。
When an aqueous active material paste containing an Li compound is used, the paste itself becomes a strong alkali due to the Li compound. When this is applied to the battery electrode foil, the aluminum forming the battery electrode foil is corroded. It is easy to form a positive electrode active material layer that generates hydrogen gas and contains many voids inside.
On the other hand, in the method for producing a positive electrode plate of the present invention, the above-described battery electrode foil, that is, the one having a corrosion-resistant layer made of zirconium and its oxide is used as the battery electrode foil. Even when the material paste is used, the battery electrode foil does not corrode and a dense positive electrode active material layer in which the generation of voids is suppressed can be formed.
(実施形態1)
次に、本発明の実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態1にかかる電池1について説明する。図1に電池1の斜視図を、図2に電池1の部分破断断面図を示す。
本実施形態1にかかる電池1は、発電要素20及び電解液60を備える捲回形のリチウムイオン二次電池である。この電池1は、発電要素20及び電解液60を矩形箱状の電池ケース10に収容している。この電池ケース10は、共にアルミニウム製の電池ケース本体11及び封口蓋12を有する。このうち電池ケース本体11は有底矩形箱形であり、内側全面に樹脂からなる絶縁フィルム(図示しない)を貼付している。
(Embodiment 1)
Next,
First, the
The
また、封口蓋12は矩形板状であり、電池ケース本体11の開口部11Aを閉塞して、この電池ケース本体11に溶接されている。この封口蓋12には、後述する発電要素20と接続している正極集電部材71及び負極集電部材72のうち、それぞれ先端に位置する正極端子部71A及び負極端子部72Aが貫通して、上面12aから突出している。これら正極端子部71A及び負極端子部72Aと封口蓋12との間には、それぞれ樹脂製の絶縁部材75が介在して、互いを絶縁している。さらに、この封口蓋12には矩形板状の安全弁77も封着されている。
Further, the sealing
また、図示しない電解液60は、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを、体積比でEC:EMC=3:7に調整した混合有機溶媒に、溶質としてLiClO4を添加し、リチウムイオンを1mol/lの濃度とした有機電解液である。なお、一般的に、リチウムイオン二次電池では、電解液にLiClO4のような塩素系の溶質を用いれば、LiPF6のようなフッ素系の溶質を用いるよりも、高い出力が可能である。このため、本実施形態1の電池1では、高出力の電池を実現することができる。
Moreover, the
また、発電要素20は、帯状の正電極板30及び負電極板40が、ポリエチレンからなる帯状のセパレータ50を介して扁平形状に捲回されてなる(図1参照)。なお、この発電要素20の正電極板30及び負電極板40はそれぞれ、クランク状に屈曲した板状の正極集電部材71または負極集電部材72と接合されている。
The
発電要素20のうち負電極板40は、図3に示すように、長手方向DAに帯状に延び、銅からなる負極箔42と、この負極箔42の第1箔主面42a及び第2箔主面42b上にそれぞれ積層配置している、第1負極活物質層41A及び第2負極活物質層41Bとを有している。この負極活物質層41A,41Bには、それぞれ図示しないグラファイト及び結着剤が含まれる。
As shown in FIG. 3, the
次いで、上述の発電要素20を構成する正電極板30について説明する。この正電極板30は、図4に示すように、長手方向DAに帯状に延びる正極箔32と、この正極箔32の主面(第1箔主面32a,第2箔主面32b)上にそれぞれ担持された、第1正極活物質層31A及び第2正極活物質層31Bとを有している。なお、これら第1正極活物質層31A及び第2正極活物質層31Bは、その内部に多数の気泡を含まない緻密な正極活物質層である。
Next, the
このうち、第1正極活物質層31A及び第2正極活物質層31Bはいずれも、LiNiO2からなる正極活物質31X、アセチレンブラック(AB、図示しない)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE、図示しない)及びカルボキシルメチルセルロース(CMC、図示しない)を含む。なお、第1,第2正極活物質層31A,31B内における、これらの重量比は、いずれも正極活物質31X:AB:PTFE:CMC=100:10:3:1とした。なお、第1正極活物質層31A及び第2正極活物質層31Bは、後に詳述するが、上述の各物質をイオン交換水AQ中に分散させた活物質ペースト31Pを、正極箔32の第1箔主面32a及び第2箔主面32bにそれぞれ塗工して乾燥させてなる。
Of these, the first positive electrode
また、正極箔32は、長手方向DAに帯状に延びる金属アルミニウムからなるアルミニウム電極箔(以下、単にアルミ箔と言う)33と、このアルミ箔33の第1箔表面33a及び第2箔表面33b上にそれぞれ担持された、第1耐蝕層34A及び第2耐蝕層34Bとを有している(図5参照)。この第1耐蝕層34A及び第2耐蝕層34Bは、いずれもジルコニウムからなり、厚さ方向DTの層厚TZはいずれも10nmである。
Further, the
なお、このうちのアルミ箔33は、これをなす金属アルミニウムが第1耐蝕層34Aと第2耐蝕層34Bとに直接接触して、これを担持している。
金属アルミニウムは、その特性上、大気中で表面にごく薄い(5nm以下程度の)アルミナからなる不動態膜(酸化物層)が形成される。しかし、本実施形態1の正極箔32は、後述する製造方法(露出工程)により、アルミ箔33の第1箔表面33a及び第2箔表面33b上に形成された不動態膜を除去して、金属アルミニウムを露出させてある。そして、露出後に、箔表面33a,33b上に耐蝕層34A,34Bが形成してある。このため、本実施形態1の正極箔32は、アルミナ層が介在せず、金属アルミニウムの箔表面33a,33bに耐蝕層34A,34Bが直接接触している。
Of the
Due to its characteristics, metallic aluminum forms a passive film (oxide layer) made of alumina that is extremely thin (about 5 nm or less) on the surface in the atmosphere. However, the
ところで、発明者らは、上述の正極箔32の特性を把握するため、この正極箔を有する電池を試作して、各放電電流における電池の容量密度について検証した。
具体的には、金属アルミニウムが露出したアルミ箔の第1箔表面上に第1耐蝕層を直接形成した正極箔を正電極板に用いた2032型のコイン型電池(以下、電池Aとも言う)を製作した。一方、電池Aの比較例として、アルミ箔の第1箔表面に酸化アルミニウム(Al2O3)からなるアルミナ層(層厚=5nm)が生じている正極箔を用いた電池(以下、電池Bとも言う)を製作した。なお、電池Aでは第1耐蝕層側に、電池Bではアルミナ層側に正極活物質層を同体積担持させて正電極板とした。また、正電極板の材質以外については全て同様に製作した(例えば、負極(対極)に金属リチウムを用いている)。
By the way, in order to grasp the characteristics of the
Specifically, a 2032 type coin-type battery (hereinafter also referred to as battery A) using a positive electrode foil in which a first corrosion-resistant layer is directly formed on a first foil surface of an aluminum foil from which metal aluminum is exposed is used as a positive electrode plate. Was made. On the other hand, as a comparative example of battery A, a battery using a positive foil in which an alumina layer (layer thickness = 5 nm) made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is formed on the surface of the first foil of the aluminum foil (hereinafter referred to as battery B). Also called). In addition, the positive electrode active material layer was carried on the first corrosion-resistant layer side in the battery A and the positive electrode active material layer was carried on the alumina layer side in the battery B to form a positive electrode plate. In addition, all materials except the positive electrode plate were manufactured in the same manner (for example, metallic lithium is used for the negative electrode (counter electrode)).
製作した各電池について、定電流放電試験を実施した。具体的には、25℃の温度環境下で、満充電から放電終了電圧(=3.0V)まで定電流(30C)で放電させた。なお、電池Aでは、第1耐蝕層の層厚が1,5,10,30,50,80,100nmについて評価した。このときの電池Aの結果を図6に示す。 A constant current discharge test was performed on each manufactured battery. Specifically, the battery was discharged at a constant current (30 C) from a full charge to a discharge end voltage (= 3.0 V) in a temperature environment of 25 ° C. In Battery A, the thickness of the first corrosion-resistant layer was evaluated for 1, 5, 10, 30, 50, 80, and 100 nm. The result of the battery A at this time is shown in FIG.
図6のグラフは、電池Aにおける第1耐蝕層の各層厚の容量密度を示す。この容量密度は、満充電時の電池電圧(=4.1V)から放電終了電圧(=3.0V)までの放電容量を活物質の質量で割ったものである。
電池Bの容量密度が92mAh/gであったのに対し、電池Aの容量密度のうち、耐蝕層の層厚が1,5,10,30nmのものについては、それぞれ100,98,95,88mAh/gの容量密度であり、電池Bよりも大きいことが判る。この結果から、耐蝕層の層厚を30nm以下にすれば、電池Bよりも大きな容量密度を有することが判る。
The graph of FIG. 6 shows the capacity density of each layer thickness of the first corrosion-resistant layer in the battery A. This capacity density is obtained by dividing the discharge capacity from the battery voltage at full charge (= 4.1 V) to the discharge end voltage (= 3.0 V) by the mass of the active material.
The capacity density of the battery B was 92 mAh / g, whereas the capacity density of the battery A having the corrosion-resistant layer thicknesses of 1, 5, 10, and 30 nm was 100, 98, 95, and 88 mAh, respectively. It is understood that the capacity density is / g and is larger than that of the battery B. From this result, it can be seen that if the thickness of the corrosion-resistant layer is 30 nm or less, the capacity density is larger than that of the battery B.
さらに、発明者らは、第1耐蝕層34A及び第2耐蝕層34Bをなすジルコニウムの耐食性を調べるため、以下のような評価を行った。
即ち、耐蝕実験として、第1,第2耐蝕層34A,34Bをなすジルコニウムを箔表面に有するアルミニウム箔(箔厚15μm)を10cm×10cmにしたものを、pH14に調整したLiOH水溶液100mlに5分間浸漬した。なお、ジルコニウムの層厚が1,5,10,30,50,80,100nmについて評価した。そのときに発生した腐食ガス(水素ガス)の体積をそれぞれ測定した。この耐蝕実験についての結果を、図7に示す。
なお、比較実験として、アルミナ層(層厚5nm)を箔表面に有するアルミニウム箔(箔厚15μm)を10cm×10cmにしたものを用いて、耐蝕実験と同様に浸漬して、そのときに発生した腐食ガス(水素ガス)の体積を測った。この比較実験の結果についても、ジルコニウムの膜厚を0nmとして、図7に記載した。
Furthermore, the inventors performed the following evaluation in order to examine the corrosion resistance of zirconium forming the first corrosion-
That is, as an anticorrosion experiment, an aluminum foil (foil thickness 15 μm) having zirconium forming the first and second
As a comparative experiment, an aluminum foil (foil thickness 15 μm) having an alumina layer (layer thickness 5 nm) on the surface of the foil was used as a 10 cm × 10 cm, and was immersed in the same manner as the corrosion resistance experiment. The volume of corrosive gas (hydrogen gas) was measured. The results of this comparative experiment are also shown in FIG. 7 with the zirconium film thickness being 0 nm.
図7は、耐蝕実験及び比較実験にかかる、ジルコニウムの層厚と腐食ガス量との関係をを示すグラフである。このグラフによれば、○印で示すアルミナ層はあるがジルコニウム層の無い場合(比較実験)、腐食ガス量は428mlであったのに対し、1nmのジルコニウム層を形成すると、腐食ガス量は145mlに減少する。さらに、ジルコニウム層が厚くなるにつれて腐食ガス量は減少し、層厚が5nmで腐食ガス量は25ml、層厚が10nmで腐食ガス量は10mlとなり、層厚が10nmを超える(例えば20mm以上)と、腐食ガス量は0mlとなることが判る。従って、耐蝕層34A,34Bの層厚TZを5nm以上とするのが良く、さらには、20nm以上とするのが良いことが判る。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the layer thickness of zirconium and the amount of corrosive gas in the corrosion resistance experiment and the comparative experiment. According to this graph, when there is an alumina layer indicated by ◯ but no zirconium layer (comparative experiment), the amount of corrosive gas was 428 ml, whereas when a 1 nm zirconium layer was formed, the amount of corrosive gas was 145 ml. To decrease. Furthermore, as the zirconium layer becomes thicker, the amount of corrosive gas decreases, the layer thickness is 5 nm, the amount of corrosive gas is 25 ml, the layer thickness is 10 nm, the amount of corrosive gas is 10 ml, and the layer thickness exceeds 10 nm (for example, 20 mm or more). It can be seen that the amount of corrosive gas is 0 ml. Therefore, it can be seen that the layer thickness TZ of the corrosion-
但し、耐蝕層を厚くしすぎると(具体的には層厚を100nm以上とすると)、耐蝕層を形成する際に生じる応力で、アルミニウム電極箔にしわが生じ、平坦な電池用電極箔を形成し難くなることが判った。また、耐蝕層34A,34Bの層厚TZが厚いと、抵抗が増加し、電池の容量が低下することから、層厚TZを100nm以下、より好ましくは、50nm以下とするのが良いことも判ってきた。耐蝕層34A,34Bの層厚TZを厚くしようとすると、これらの形成に時間及びコストが掛かるため、できるだけ薄くしたいという要望もある。
以上より、アルミ箔33に形成する耐蝕層34A,34Bの層厚TZを、5〜100nmとするのが好ましいことが判る。
However, if the corrosion-resistant layer is too thick (specifically, if the layer thickness is 100 nm or more), the stress generated when the corrosion-resistant layer is formed causes wrinkles in the aluminum electrode foil, thereby forming a flat battery electrode foil. I found it difficult. In addition, when the layer thickness TZ of the corrosion-
From the above, it can be seen that the thickness TZ of the corrosion
さらには、耐蝕層34A,34Bの厚みを、10nm以上とすることで、腐食ガス量をより減らすことができる。即ち、下地のアルミニウム電極箔の腐食が充分に防止できる。一方、耐蝕層の厚みを50nm以下とすれば、抵抗の増加を抑制し、電池容量の低下を抑制できる。また、時間やコストを削減することができる。従って、上述の範囲、即ち、10〜50nmとするのがさらに好ましい。
Furthermore, the amount of corrosive gas can be further reduced by setting the thickness of the corrosion-
以上より、本実施形態1にかかる正極箔32では、この正極箔32にアルカリ性の水溶液が触れる(例えば、溶媒が強アルカリとなる、Li化合物からなる正極活物質を含む水系の活物質ペースト31P(後述)を塗布したとき)、あるいは、正電位とされて酸化されやすい状態としても、容易に腐食されない耐食性の良好な正極箔となる。
As described above, in the
しかも、本実施形態1の正極箔32は、金属アルミニウムと耐蝕層34A,34Bとが直接接触している。このため、アルミニウム箔の表面にアルミニウム酸化物層が形成されている場合に比して、この正極箔32の箔主面32a,32b(耐蝕層34A,34B上)に正極活物質層31A,31Bを形成した場合に、これらの間の導電性を良好に保つことができる。即ち、耐蝕層34A,34Bをなすジルコニウムは導電性を有しており(導電率40μΩ・cm)、しかも、この耐蝕層34A,34Bは、アルミ箔33をなす金属アルミニウムと直接接触してなる。
従って、本実施形態1の正極箔32では、通常のアルミニウム電極箔の表面に形成されるアルミナ層が、アルミ箔33と耐蝕層34A,34Bとの間に介在しないので、正極活物質層31A,31Bとの間で、接触抵抗の低い正極箔32とすることができる。
Moreover, in the
Therefore, in the
これを確認すべく、発明者らは、アルミ箔33の箔表面33a,33bに、直接、ジルコニウムからなる耐蝕層34A,34Bを形成した正極箔32同士を接触させた場合に、電極箔同士の間に生じる抵抗値を測定した。
具体的には、図8(a)に示すように、幅を2.0cmに切断したリボン状の正極箔32に導線LFを接合してなる試料A(耐蝕層の層厚:20nm)を2つ用意し、互いが2.0cm×2.0cmからなる接触面で接触するように、2つの試料A同士を重ね合わせる(図8(b)参照)。さらに、接触面を挟圧可能な2つの平面を有する挟圧装置により、重ね合わせ方向DPに沿って試料A同士を押圧する。なお挟圧装置は、10MPa/cm2の挟圧力Pで接触面を挟圧する。そして、挟圧装置で挟圧したまま、試料Aのそれぞれの導線LF,LFに1.0Aの電流を流す。そのときの電圧から、試料A同士の間に生じる抵抗値を算出したところ、2.37mΩ・cm2であった。
また、比較例として、表面にアルミナ層(層厚:約5nm)を有するアルミニウム箔に導線を接合してなる試料Bについても、上述の試料Aと同様に行って、試料B同士の間に生じる抵抗値を算出したところ、8.44mΩ・cm2であった。
In order to confirm this, when the inventors contacted the foil surfaces 33a and 33b of the
Specifically, as shown in FIG. 8A, 2 samples A (corrosion-resistant layer thickness: 20 nm) obtained by joining a conductive wire LF to a ribbon-like
Further, as a comparative example, Sample B formed by joining a conductive wire to an aluminum foil having an alumina layer (layer thickness: about 5 nm) on the surface is performed in the same manner as Sample A described above, and is generated between Samples B. The resistance value was calculated to be 8.44 mΩ · cm 2 .
この結果から、試料A同士の間の抵抗値の方が、試料B同士の間よりも、低い抵抗値であることが判る。つまり、試料Aをなす正極箔32のアルミ箔33と耐蝕層34A,34Bとの間に生じる抵抗は、試料Bをなすアルミニウム箔とアルミナ層との間に生じる抵抗よりも低いことが判る。
かくして、本実施形態1の正電極板20は、正極箔32の箔主面32a,32b上に担持された正極活物質層31A,31B中の正極活物質31Xが、アルミ箔33と低抵抗で、電子のやりとりをすることができる。即ち、低抵抗の正電極板30とすることができ、内部抵抗の低い電池1を実現できる。
From this result, it can be seen that the resistance value between the samples A is lower than that between the samples B. That is, it can be seen that the resistance generated between the
Thus, in the
また、正極箔32に正極活物質層31A,31Bを担持させる段階において、正極活物質層31A,31Bとなる活物質ペースト31Pを塗布した場合でも、正極箔32の箔主面32a,32bが腐食されない利点もある。このため、正極活物質層31A,31Bが正極箔32から脱落することなく、安定に正極活物質層31A,31Bを担持した正電極板30とすることができる。また、電池1に使用した段階でも、電解液60に接しても、正極箔32の箔主面32a,32bが腐食されない。このため、電池1内において、腐食により、正極活物質層31A,31Bが正極箔32から脱落することなく、また、電解液60が分解するなどの不具合を生じることなく、安定して正電極板30を使用することができる。
Further, in the stage of supporting the positive electrode
また、本実施形態1の電池1では、発電要素20に上述の正電極板30を含んでいる。このため、電池1内で、正電極板30が電解液60に接しても、正極箔32の箔主面32a,32bが腐食されない。従って、電池1内において、腐食により、正極活物質層31A,31Bが正極箔32から脱落することなく、また、電解液60が分解するなどの不具合を生じることなく、安定して使用することができる電池となる。
さらに、第1,第2耐蝕層34A,34Bが、低接触抵抗でアルミ箔33に接触しているので、正極箔32の箔主面32a,32b上に担持された正極活物質層31A,31B中の正極活物質31Xが、アルミ箔33と低抵抗で、電子のやりとりをすることができる。即ち、低抵抗の正電極板30とすることができ、内部抵抗が低く、大電流を流しうる電池1を実現できる。
In the
Further, since the first and second corrosion-
また実施形態1の電池1は、リチウムイオン二次電池であるので、正電極板30の電位(対Liイオン)が、4.0V近くにまで上がる場合もあり、正電極板30の正極箔32が酸化されやすい状態となる。
しかるに、本実施形態1の電池1では、リチウムイオン二次電池でありながら、正極箔32を用いているので、この電池1の使用中に正極箔32が酸化されることが無く、電池1を安定して使用することができる。
In addition, since the
However, since the
また、正電極板30の耐蝕層34A,34Bにはジルコニウムを用いているので、アルミ箔33がLiClO4を含む電解液60に腐食されることなく使用することができる。
Moreover, since zirconium is used for the corrosion
次に、本実施形態にかかる電池1の製造方法について、図面を参照しつつ説明する。
まず図9に、電池1の製造方法のうち、正極箔32の露出工程及び耐蝕層形成工程を担う装置100の概略図を示す。この装置100は、アルミ箔33の箔表面33a,33bから、その箔表面33a,33bに形成されているアルミナ層を、減圧下でプラズマエッチングにより除去し、箔表面33a,33bに金属アルミニウムを露出させた後に、引き続きスパッタリングで耐蝕層を形成する装置である。
Next, a method for manufacturing the
First, FIG. 9 shows a schematic view of an
この装置100は、図9に示すように隣接する第1減圧室111、エッチング室112、第2減圧室113、スパッタリング室114及び第3減圧室115のほか、アルミ箔33の巻出し部101、巻取り部102、複数の補助ローラ140、及び導通補助ローラ140Nを備えている。なお、巻出し部101に捲回されたアルミ箔33には、その箔表面33a,33bに約5nmの層厚のアルミナ層が形成されている。また、いずれの減圧室111,113,115、エッチング室112及びスパッタリング室114のアルミ箔33用の入口は、各室内の減圧あるいは真空圧を保持可能な形態を有している。
As shown in FIG. 9, the
このうち、第1減圧室111、第2減圧室113及び第3減圧室115は、それらの外部に配置された真空ポンプ(図示しない)によって、室内を10-1Pa程度まで減圧する。これにより、これらと隣接する次述のエッチング室112及びスパッタリング室114を大気圧から切り離すことができるので、エッチング室112及びスパッタリング室114をより減圧することができる。
また、これら第1減圧室111、第2減圧室113及び第3減圧室115の室内にはアルゴンガスを少量充填し、工程中(特に、露出工程と耐蝕層形成工程の間)におけるアルミ箔33の酸化反応(アルミナ層の形成)を抑制する。
Among these, the
The
また、エッチング室112には、室内に平板状の第1電極121と、この第1電極121と平行な平板状の第2電極122とを有する平行平板型プラズマエッチング装置が設置されている。なお、この室内には、アルゴンガスが10-1Pa程度充填されている。
また、スパッタリング室114には、室内にジルコニウムからなるターゲット133Fを担持する第3電極(負極)131と、平板状の第4電極(正極)132とを有するスパッタリング装置が設置されている。なお、この室内には、アルゴンガスが10-1Pa程度充填されている。このスパッタリング室114で、アルミ箔33の箔表面33a,33bに向けて耐蝕層を形成する。
The
Further, in the
まずアルミ箔33は、この第1箔表面33aを図9中上方に向けて、巻出し部101から巻き出され、複数の補助ローラ140により長手方向DAに移動する。そして、アルゴン雰囲気で減圧された第1減圧室111を通過後、エッチング室112において露出工程を行う。
具体的には、室内を10-1Paにして、アルゴンガス雰囲気中で、アルミナ層を有するアルミ箔33の第2箔表面33b側を第2電極122に接触させて、Arエッチングを行う。なお、このときの第1電極121の出力を200Wとする。
すると、アルミ箔33の第1箔表面33a上のアルミナ層が、その第1箔表面33aから除去されて、そこにはアルミ箔33をなす金属アルミニウムが露出する。
First, the
Specifically, the interior of the chamber is set to 10 −1 Pa, and Ar etching is performed by bringing the
Then, the alumina layer on the
金属アルミニウムが露出したアルミ箔33は、エッチング室112から、アルゴン雰囲気で減圧された第2減圧室113を通過してスパッタリング室114に移動する。このスパッタリング室114でそのアルミ箔33に対し耐蝕層形成工程を行う。
具体的には、室内を3×10-3Paにして、室内にアルゴンガスを11.5sccm(sccm:1.013Pa、25℃において単位分当たりに流れる流量(cc))の流量で流しアルゴン雰囲気とする。アルミ箔33を第4電極132に接触させて、第3電極131と第4電極132との間に直流電力を与え(200W)、ターゲット133Fからジルコニウムを放出させる。かくして、ジルコニウムからなる第1耐蝕層34Aをアルミ箔33の第1箔表面33aに形成させる。
The
Specifically, the interior of the room is set to 3 × 10 −3 Pa, and argon gas is flowed at a flow rate of 11.5 sccm (sccm: 1.013 Pa, flow rate per unit minute at 25 ° C.) at 25 ° C. And The
上述の耐蝕層形成工程後、アルミ箔33は、第3減圧室115を通過して巻取り部102で巻き取られる。
次に、この装置100を再度用いて、アルミ箔33の第2箔表面33bについて同様の工程を繰り返す。かくして、アルミ箔33の第1箔表面33aに第1耐蝕層34Aを、第2箔表面33bに第2耐蝕層34Bをそれぞれ形成した正極箔32が作製される。
After the above-described corrosion-resistant layer forming step, the
Next, the same process is repeated for the
本実施形態1の電池1の製造方法では、エッチング室112の露出工程で、アルミ箔33に自然に形成されたアルミナ層を除去し、アルミ箔33をなす金属アルミニウムを露出させ、その後、スパッタリング室114の耐蝕層形成工程で、露出した金属アルミニウム上に、ジルコニウムからなる耐蝕層34A,34Bを直接形成させる。
かくして、アルミ箔33をなす金属アルミニウムと直接接触した、耐蝕層34A,34Bを有する正極箔32を、確実に製造することができる。
In the manufacturing method of the
Thus, the
また、エッチング室112では、不活性ガスであるアルゴンガスのイオンによるエッチングにより、アルミ箔33の箔表面33a,33bに、金属アルミニウムを露出させる。
このような乾式のエッチングにより、金属アルミニウムを露出させるので、容易に次工程である耐蝕層形成工程に移行して、アルミ箔33に耐蝕層34A,34Bを形成することができる。
Further, in the
Since the metal aluminum is exposed by such dry etching, the corrosion
また、上述の製造方法では、エッチング室112における露出工程と、スパッタリング室114における耐蝕層形成工程とを、アルゴン雰囲気で減圧された第2減圧室113を通過して連続的に行う。即ち、いずれも低酸素雰囲気下である、エッチング室112、第2減圧室113及びスパッタリング室114を通じて、露出工程と耐蝕層形成工程とを続けて行うので、アルミ箔33に一旦露出させた金属アルミニウムを酸化させることなく、この上に、耐蝕層34A,34Bを直接且つ確実に形成することができる。
In the manufacturing method described above, the exposure process in the
次いで、耐蝕層34A,34Bに対し親水化処理を行う。
アルミ箔33の第1,第2箔表面33a,33bに形成された第1,第2耐蝕層34A,34Bは、次述の水系の活物質ペースト31Pをはじいてしまう虞がある。
このため、コロナ放電処理により、耐蝕層34A,34B(第1,第2箔主面32a,32b)に複数の親水性の官能基(例えば、水酸基等)を付着させる。具体的には、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス中(体積比がN2:H2=98:2)において、放電量を500W・min/m2としてコロナ放電処理を行った。酸素ガスを含有した雰囲気中でコロナ放電処理を行うと、酸化膜が厚くなり抵抗が高くなってしまうが、上述のように、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス中でこの処理を行うことで、酸化膜による抵抗増加を防止しつつ密着性を向上させることが可能である。
これによって、耐蝕層34A,34B(第1,第2箔主面32a,32b)は、塗布された活物質ペースト31Pをはじくのを抑制できる。なお、親水化処理としては、上述のコロナ放電処理のほかに、例えば、大気圧プラズマや電子ビームを用いた処理をしても良い。
Next, a hydrophilic treatment is performed on the corrosion-
The first and second corrosion
Therefore, a plurality of hydrophilic functional groups (for example, hydroxyl groups) are attached to the corrosion-
Accordingly, the corrosion
次いで、電池1の正極活物質形成工程のうち、塗工装置200を用いた担持工程について説明する。
この塗工装置200は、図10に示すように、巻出し部201、ダイ210、乾燥炉220、巻取り部202、及び複数の補助ローラ240を備えている。
このうち、ダイ210は、活物質ペースト31Pを内部に保持してなる金属製のペースト保持部211と、このペースト保持部211に保持した活物質ペースト31Pを正極箔32の第1箔主面32aあるいは第2箔主面32bに向かって活物質ペースト31Pを連続的に吐出する吐出口212とを有する。
この吐出口212はスリット状で、長手方向DAに移動する正極箔20の第1箔主面32aあるいは第2箔主面32b)上に、帯状に活物質ペースト31Pを吐出するよう、正極箔32の幅方向(図10中、奥行き方向)に平行に開口している。
Next, a supporting process using the
As shown in FIG. 10, the
Among these, the
The
なお、ダイ210が保持する活物質ペースト31Pは、LiNiO2からなる正極活物質31Xのほか、アセチレンブラック(AB、図示しない)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE、図示しない)およびカルボキシルメチルセルロース(CMC、図示しない)をイオン交換水AQに分散させて混練してなる流動体である。また、この活物質ペースト31Pに含まれる、正極活物質31X、AB、PTFEおよびCMCの重量比は、前述の通り、正極活物質31X:AB:PTFE:CMC=100:10:3:1である。なお、この活物質ペースト31Pは、LiNiO2からなる正極活物質31Xを含むため、強いアルカリ性を示す。
The active material paste 31P held by the
また、乾燥炉220では、正極箔32に塗布された活物質ペースト31Pに向けて、熱風を送ることができる。これにより、正極箔32に塗布された活物質ペースト31Pは、この乾燥炉220内を移動している間に、徐々に乾燥が進み、乾燥炉220を通過時には、活物質ペースト31Pは全乾燥、即ち、活物質ペースト31P内の水分(イオン交換水AQ)は全て蒸発する。
また、帯状の正極箔32は、複数の補助ローラ240により、その長手方向DAに移動する。
In the drying
Further, the strip-shaped
この塗工装置200では、まず、巻出し部201に捲回した帯状の正極箔32を長手方向DAに移動させ、その正極箔32の第1箔主面32aに、ダイ210により活物質ペースト31Pを塗布する。その後は、乾燥炉220で正極箔32と共に活物質ペースト31Pを乾燥させて、第1箔主面32aに未圧縮正極活物質層(図示しない)を担持させた片面担持電極箔32Kを、巻取り部202に一旦巻き取る。
In this
次に、この塗工装置200を再度用いて、上述の片面担持電極箔32Kにおいて、正極箔32の第2箔主面32bにも活物質ペースト31Pを塗布する。そして、この活物質ペースト31Pを乾燥炉220で全乾燥させる。かくして、正極箔32の両箔主面32a,32bに未圧縮正極活物質層(図示しない)を積層配置した、プレス前の正電極板30Bが作製される。
Next, by using the
なお、上述したように、水系活物質ペースト31P自身が強アルカリとなるため、これを、例えば、アルミ箔に塗布すると、このアルミ箔をなす金属アルミニウムが腐食されて、水素ガスを発生し、内部に空隙を多数含んだ正極活物質層ができやすい。
これに対し、本実施形態1の電池1の製造方法では、正極箔32としてジルコニウムからなる耐蝕層34A,34Bを備えるものを用いたので、上述の水系活物質ペースト31Pを用いても、正極箔32が腐食せず、空隙の発生を抑制した緻密な正極活物質層31A,31Bを形成することができる。
As described above, since the aqueous active material paste 31P itself becomes a strong alkali, when it is applied to, for example, an aluminum foil, the metal aluminum forming the aluminum foil is corroded to generate hydrogen gas, It is easy to form a positive electrode active material layer containing many voids.
On the other hand, in the manufacturing method of the
次いで、図11に、電池1の正極活物質形成工程のうち、プレス装置300を用いたプレス切断工程を示す。
プレス装置300は、巻出し部301、プレスローラ310、巻取り部302、切断刃330および複数の補助ローラ320を備えている。そして、このプレス装置300では、巻出し部301から上述のプレス前正電極板30Bを、2つのプレスローラ310の間に通すことで、厚み方向に圧縮された上述の正電極板30を得ることができる。その後、切断刃330で中央を切断して2つに分けた後、2つの巻取り部302で正電極板30を巻き取る。
Next, FIG. 11 shows a press cutting process using the
The
上述のプレス切断工程の後は、作製した正電極板30を、別途用意した負電極板40と共にセパレータ50を介して捲回して発電要素20とする。さらに、この発電要素20に正極集電部材71および負極集電部材72を溶接し、電池ケース本体11に挿入し、電解液60を注入後、封口蓋12で電池ケース本体11を溶接で封口する。かくして、電池1が完成する(図1参照)。
After the press cutting process described above, the produced
(実施形態2)
本実施形態2にかかる車両400は、前述した電池1を複数含むバッテリパック410を搭載したものである。具体的には、図12に示すように、車両400は、エンジン440、フロントモータ420およびリアモータ430を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両400は、車体490、エンジン440、これに取り付けられたフロントモータ420、リアモータ430、ケーブル450、インバータ460、及び、矩形箱形状のバッテリパック410を有している。このうちバッテリパック410は、前述した実施形態1にかかる電池1を複数、矩形箱形状のバッテリケース411の内部に収容してなる。
(Embodiment 2)
A
このため、本実施形態2にかかる車両400では、前述に記載の電池1を搭載しているので、良好な走行特性、安定した性能の車両とすることができる。
For this reason, in the
(実施形態3)
また、本実施形態3のハンマードリル500は、前述した電池1を含むバッテリパック510を搭載したものであり、図13に示すように、バッテリパック510、本体520を有する電池搭載機器である。なお、バッテリパック510はハンマードリル500の本体520のうち底部521に可能に収容されている。
(Embodiment 3)
Further, the
このため、本実施形態3にかかるハンマードリル500では、前述の記載の電池1を搭載しているので、良好な使用特性、安定した性能の電池搭載機器とすることができる。
For this reason, in the
以上において、本発明を実施形態1,2,3に即して説明したが、本発明は上記した実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態1等では、電池の電池ケースを矩形形状の収容容器としたが、例えば、円筒形状や、ラミネート形状の収容容器としても良い。また、実施形態1等では、電池用電極箔の作製において、プラズマエッチングによってアルミ箔22のアルミナ層を除去したが、例えば、スパッタイオンビームエッチングを用いてアルミナ層を除去しても良い。なお、この場合、イオンに不活性ガスを用いて、スパッタによる物理的エッチングを行う手法が挙げられる。
また、電池用電極箔の作製において、スパッタリングによって耐蝕層を形成したが、例えば、スパッタリングの他の、真空蒸着、イオンプレーティングなどの物理蒸着(PVD)法や、CVD等の化学蒸着法(気相成長法)としても良い。
In the above, the present invention has been described with reference to the first, second, and third embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. Needless to say, you can.
For example, in
In the production of battery electrode foils, a corrosion-resistant layer was formed by sputtering. For example, other than sputtering, physical vapor deposition (PVD) methods such as vacuum vapor deposition and ion plating, and chemical vapor deposition methods such as CVD (gas vapor deposition) It is also possible to use a phase growth method.
また、実施形態1等では、LiNiO2を有する正極活物質31Xとしたが、例えば、LiNiO2以外の、LiCoO2、LiMn2O4、LiMnO2、LiCo0.5Ni0.5O2、LiNi0.7Co0.2Mn0.1O2などのリチウム含有遷移金属酸化物としても良い。
さらに、実施形態1等では、電解液60の溶質にLiClO4を用いたが、例えば、LiPF6、LiCF3SO3、LiAsF6、LiBF4等でも良い。
In
Further, in
1 電池
20 発電要素
30 正電極板
31A 第1正極活物質層(正極活物質層)
31B 第2正極活物質層(正極活物質層)
31P 活物質ペースト(水系活物質ペースト)
31X 正極活物質
32 正極箔(電池用電極箔)
33 アルミ箔(アルミニウム電極箔)
33a 第1箔表面((アルミニウム電極箔の)表面)
33b 第2箔表面((アルミニウム電極箔の)表面)
34A 第1耐蝕層(耐蝕層)
34B 第2耐蝕層(耐蝕層)
60 電解液
400 車両
500 ハンマードリル(電池搭載機器)
AQ イオン交換水(水)
TZ 層厚((耐蝕層の)厚み)
DESCRIPTION OF
31B Second positive electrode active material layer (positive electrode active material layer)
31P active material paste (aqueous active material paste)
31X Positive electrode
33 Aluminum foil (Aluminum electrode foil)
33a First foil surface (surface of (aluminum electrode foil))
33b Second foil surface (surface of aluminum electrode foil)
34A First corrosion resistant layer (corrosion resistant layer)
34B Second corrosion resistant layer (corrosion resistant layer)
AQ ion exchange water (water)
TZ layer thickness (thickness of (corrosion resistant layer))
Claims (12)
上記アルミニウム電極箔の表面に形成され、上記アルミニウム電極箔をなす金属アルミニウムと直接接触してなる金属ジルコニウムからなる、厚さ5〜100nmの耐蝕層と、を備える
電池用電極箔。 Aluminum electrode foil,
A battery electrode foil comprising a corrosion resistant layer having a thickness of 5 to 100 nm made of metal zirconium formed on the surface of the aluminum electrode foil and in direct contact with the metal aluminum forming the aluminum electrode foil.
前記耐蝕層は、その厚みが、10〜50nmである
電池用電極箔。 The battery electrode foil according to claim 1,
The corrosion-resistant layer is a battery electrode foil having a thickness of 10 to 50 nm.
上記電池用電極箔の主面上に担持された、正極活物質を含む正極活物質層と、を備える
正電極板。 The battery electrode foil according to claim 1 or 2,
A positive electrode plate comprising: a positive electrode active material layer including a positive electrode active material supported on a main surface of the battery electrode foil.
電池。 A battery comprising a power generation element including the positive electrode plate according to claim 3.
Liイオンを含む電解液を備え、
前記正極活物質層は、Li化合物からなる上記正極活物質を含む
電池。 The battery according to claim 4,
An electrolyte containing Li ions;
The positive electrode active material layer is a battery including the positive electrode active material made of a Li compound.
前記電解液は、LiClO4を含んでなる
電池。 The battery according to claim 5,
The battery is a battery comprising LiClO 4 .
露出した上記金属アルミニウム上に、金属ジルコニウムからなる、厚さ5〜100nmの耐蝕層を直接形成する耐蝕層形成工程と、を備える
電池用電極箔の製造方法。 An exposing step of exposing the metal aluminum forming the aluminum electrode foil on the surface of the aluminum electrode foil;
A corrosion-resistant layer forming step of directly forming a corrosion-resistant layer having a thickness of 5 to 100 nm made of metal zirconium on the exposed metal aluminum.
前記露出工程は、不活性ガスのイオンによる物理的エッチングにより行う
電池用電極箔の製造方法。 It is a manufacturing method of the electrode foil for batteries according to claim 9,
The method of manufacturing a battery electrode foil, wherein the exposing step is performed by physical etching with an inert gas ion.
前記露出工程と前記耐蝕層形成工程とを、前記アルミニウム電極箔の表面に露出させた前記金属アルミニウムが、実質的に酸化しない低酸素雰囲気下で、続けて行う
電池用電極箔の製造方法。 It is a manufacturing method of the electrode foil for batteries according to claim 10,
A method for producing an electrode foil for a battery, wherein the exposing step and the corrosion-resistant layer forming step are continuously performed in a low oxygen atmosphere in which the metal aluminum exposed on the surface of the aluminum electrode foil is not substantially oxidized.
上記電池用電極箔の主面上に担持された、正極活物質を含む正極活物質層と、を備える
正電極板の製造方法であって、
上記電池用電極箔は、請求項1または請求項2に記載の電池用電極箔であり、
上記正極活物質層は、Li化合物からなる上記正極活物質を含み、
上記電池用電極箔の上記主面に、上記Li化合物からなる正極活物質を含み、水を溶媒とした水系活物質ペーストを塗布し、乾燥させて、上記電池用電極箔の上記主面上に上記正極活物質層を形成する正極活物質層形成工程を備える
正電極板の製造方法。 Battery electrode foil;
A positive electrode active material layer comprising a positive electrode active material carried on the main surface of the battery electrode foil, and a positive electrode plate manufacturing method comprising:
The battery electrode foil is the battery electrode foil according to claim 1 or 2,
The positive electrode active material layer includes the positive electrode active material made of a Li compound,
On the main surface of the battery electrode foil, a water-based active material paste containing a positive electrode active material composed of the Li compound and containing water as a solvent is applied and dried on the main surface of the battery electrode foil. A positive electrode plate manufacturing method comprising a positive electrode active material layer forming step of forming the positive electrode active material layer.
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