JP2010170716A - Negative electrode for lithium secondary battery and method of manufacturing the same - Google Patents

Negative electrode for lithium secondary battery and method of manufacturing the same Download PDF

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陽三 内田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode for a lithium secondary battery, superior in quality stability capable of avoiding a phenomenon in which an negative electrode active material layer is peeled off, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The negative electrode 100 for the lithium secondary battery is structured such that the negative electrode active material layer 30 including a negative electrode active material is retained by a negative electrode collector 10. The negative electrode collector 10 includes a metal base material 20, and a boron carbide film 40 formed on a surface 22 of the base material. The negative electrode 100 is formed with the negative electrode active material layer 30 on the surface 22 of the base material through the boron carbide film 40. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム二次電池の構成要素として用いられる負極及びその製造方法、ならびに該負極を備えたリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode used as a component of a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the negative electrode.

正極と負極との間をリチウムイオンが行き来することによって充電および放電するリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)は、軽量で高出力が得られることから、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末の電源として今後益々の需要増大が見込まれている。この種のリチウム二次電池の一つの典型的な構成では、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出し得る材料層(電極活物質層)が導電性部材(電極集電体)に保持された構成の電極を備える。例えば、負極に用いられる電極活物質層(負極活物質層)としては、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料が挙げられる。また、負極に用いられる電極集電体(負極集電体)の代表例としては、銅または銅合金を主体とするシート状または箔状の部材が挙げられる。   A lithium secondary battery (typically a lithium ion battery) that is charged and discharged by the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode is lightweight and provides high output. The demand for mobile terminals is expected to increase further in the future. In one typical configuration of this type of lithium secondary battery, a material layer (electrode active material layer) capable of reversibly occluding and releasing lithium ions is held by a conductive member (electrode current collector). Electrode. For example, examples of the electrode active material layer (negative electrode active material layer) used for the negative electrode include carbon-based materials such as graphite carbon and amorphous carbon. A typical example of the electrode current collector (negative electrode current collector) used for the negative electrode is a sheet-like or foil-like member mainly composed of copper or a copper alloy.

このように負極活物質層が負極集電体に保持された構成を有する負極において、負極活物質層と負極集電体との密着性が不足すると、負極集電体から負極活物質層が剥がれ落ち、ひいては電池容量などの電池特性を大きく低下させる要因となり得る。そのため、良好な電池特性を有する負極を得るためには、負極活物質層と負極集電体との密着性を向上させることが重要となる。負極活物質層と負極集電体との密着性を向上させる技術に関し、例えば特許文献1が開示されている。また負極活物質層の剥離防止に関する他の従来技術として特許文献2が開示されている。   Thus, in the negative electrode having a configuration in which the negative electrode active material layer is held by the negative electrode current collector, if the adhesion between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector is insufficient, the negative electrode active material layer is peeled off from the negative electrode current collector. This can be a factor that causes a drop in battery characteristics such as battery capacity. Therefore, in order to obtain a negative electrode having good battery characteristics, it is important to improve the adhesion between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector. For example, Patent Document 1 discloses a technique for improving the adhesion between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector. Patent Document 2 is disclosed as another conventional technique related to prevention of peeling of the negative electrode active material layer.

特開2003−217576号公報JP 2003-217576 A 特開2000−294251号公報JP 2000-294251 A

特許文献1には、銅箔の表面に酸化処理によって酸化膜を形成した後、該銅箔上に負極活物質層を形成する技術が記載されている。しかし、このように銅箔表面に形成された酸化膜は、耐還元性が低く、還元雰囲気下に曝されると還元され易い性質を有する。そのため、充放電の繰り返しによって負極が還元電位に曝されると、銅箔表面に形成された酸化膜の一部が還元溶解されてしまい、負極活物質層と密着していた酸化膜がなくなるため、負極活物質層が銅箔から浮き上がったり剥離しやすくなったりする場合がある。
また、特許文献1のように銅箔表面に酸化処理によって酸化膜を形成しない場合でも、銅箔は酸化され易く、大気に晒せば短時間で酸化されるため、銅箔と負極活物質層との界面には自然酸化膜が常に存在する。図8Aに銅箔120と負極活物質層130との界面に自然酸化膜126が形成された負極110の一例を示している。このように銅箔120表面に自然酸化膜126が形成されている場合でも、図8Bに示すように、充放電の繰り返しによって負極110が還元電位に曝されると、銅箔120表面に形成された自然酸化膜126の一部が消失する虞がある。かかる自然酸化膜126の消失は、図示されるように、負極活物質層130の銅箔120からの剥離を招くため好ましくない。
Patent Document 1 describes a technique in which an oxide film is formed on the surface of a copper foil by an oxidation process, and then a negative electrode active material layer is formed on the copper foil. However, the oxide film thus formed on the surface of the copper foil has a low reduction resistance and has a property of being easily reduced when exposed to a reducing atmosphere. Therefore, when the negative electrode is exposed to a reduction potential by repeated charge and discharge, a part of the oxide film formed on the surface of the copper foil is reduced and dissolved, and there is no oxide film in close contact with the negative electrode active material layer. In some cases, the negative electrode active material layer may be lifted from the copper foil or easily peeled off.
Further, even when an oxide film is not formed on the surface of the copper foil by oxidation as in Patent Document 1, the copper foil is easily oxidized and is oxidized in a short time when exposed to the atmosphere. There is always a natural oxide film at the interface. FIG. 8A shows an example of the negative electrode 110 in which a natural oxide film 126 is formed at the interface between the copper foil 120 and the negative electrode active material layer 130. Even when the natural oxide film 126 is formed on the surface of the copper foil 120 as described above, as shown in FIG. 8B, when the negative electrode 110 is exposed to a reduction potential by repeated charge and discharge, it is formed on the surface of the copper foil 120. In addition, part of the natural oxide film 126 may be lost. Such disappearance of the natural oxide film 126 is not preferable because the negative electrode active material layer 130 is peeled off from the copper foil 120 as illustrated.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、負極活物質層が剥離する事象を回避し得、品質安定性に優れたリチウム二次電池用負極を提供することである。また、本発明の他の目的は、かかる性能を有するリチウム二次電池用負極を安定して(品質安定性よく)製造することのできる製造方法を提供することである。   This invention is made | formed in view of this point, The main objective is to provide the negative electrode for lithium secondary batteries which can avoid the phenomenon that a negative electrode active material layer peels, and was excellent in quality stability. is there. Another object of the present invention is to provide a production method capable of stably (with good quality stability) producing a negative electrode for a lithium secondary battery having such performance.

本発明者は、炭化ホウ素からなる被膜(炭化ホウ素膜)を備える負極集電体を形成し、該負極集電体の炭化ホウ素膜上に負極活物質を含む負極活物質層を形成することにより上記課題を解決し得ることを見出して本発明を完成した。   The present inventor forms a negative electrode current collector provided with a coating (boron carbide film) made of boron carbide, and forms a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material on the boron carbide film of the negative electrode current collector. The present invention has been completed by finding that the above problems can be solved.

本発明によると、負極活物質を含む負極活物質層が負極集電体に保持された構成のリチウム二次電池用負極(例えば、リチウムイオン電池に代表される非水電解質リチウム二次電池用の負極)を製造する方法が提供される。その方法は、負極集電体として用いられ得る金属基材の表面に、炭化ホウ素膜を形成し(例えば、炭化ホウ素から成るターゲットを用いたスパッタリングにより好ましく形成され得る。)、該炭化ホウ素膜を備える負極集電体を得ることを含む。さらに、この製造方法は、上記負極集電体の炭化ホウ素膜上に負極活物質を含む負極活物質層を形成することを含む。   According to the present invention, a negative electrode for a lithium secondary battery having a configuration in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is held by a negative electrode current collector (for example, for a non-aqueous electrolyte lithium secondary battery represented by a lithium ion battery). A method of manufacturing a negative electrode) is provided. In the method, a boron carbide film is formed on the surface of a metal substrate that can be used as a negative electrode current collector (for example, it can be preferably formed by sputtering using a target made of boron carbide), and the boron carbide film is formed. Including obtaining a negative electrode current collector. Further, the manufacturing method includes forming a negative electrode active material layer including a negative electrode active material on the boron carbide film of the negative electrode current collector.

金属基材(例えばCu箔)の表面にその金属の自然酸化膜(例えばCuO膜)が生成し、該基材と負極活物質層との界面に酸化膜が介在すると、負極活物質層が基材表面から浮き上がったりさらには剥離したりする不都合が生じる場合がある。かかる事象は、基材表面に形成された自然酸化膜が充放電時に還元雰囲気下に曝されて還元溶解(消失)することに起因するものと考えられる。本発明に係る負極製造方法では、基材表面に炭化ホウ素膜を形成し、該炭化ホウ素膜を介して基材表面に負極活物質層を形成する。このように基材表面を炭化ホウ素膜で覆うことにより、炭化ホウ素膜がバリア層(銅箔表面が酸化還元雰囲気下に曝されないように銅箔表面を保護する層)としての役割を果たすため、基材表面において酸化膜が生成したり消失したりするのを抑制することができる。このことによって、自然酸化膜の生成および消失に起因する負極活物質層の剥離を防止することができる。従って、本発明によれば、負極活物質層が剥離する事象を回避し得、品質安定性に優れたリチウム二次電池用負極を製造することが可能となる。   When a natural oxide film (for example, CuO film) of the metal is formed on the surface of a metal substrate (for example, Cu foil) and an oxide film is interposed at the interface between the substrate and the negative electrode active material layer, the negative electrode active material layer is There is a case where inconveniences such as lifting from the surface of the material and further peeling off may occur. Such an event is considered to be caused by a natural oxide film formed on the surface of the base material being exposed to a reducing atmosphere during charge and discharge to be reduced and dissolved (disappeared). In the negative electrode manufacturing method according to the present invention, a boron carbide film is formed on the substrate surface, and a negative electrode active material layer is formed on the substrate surface via the boron carbide film. By covering the substrate surface with a boron carbide film in this way, the boron carbide film serves as a barrier layer (a layer that protects the copper foil surface so that the copper foil surface is not exposed to an oxidation-reduction atmosphere). It is possible to suppress the formation or disappearance of an oxide film on the substrate surface. This can prevent peeling of the negative electrode active material layer due to generation and disappearance of the natural oxide film. Therefore, according to the present invention, an event in which the negative electrode active material layer peels can be avoided, and a negative electrode for a lithium secondary battery excellent in quality stability can be manufactured.

ここに開示される方法の好ましい一態様では、上記金属基材として、該基材の表面に該金属の酸化膜(典型的には自然酸化膜)が形成された基材を使用する。換言すれば、上記好ましい一態様において使用する金属基材の表面には、該金属の酸化膜が形成されている。この場合、上記炭化ホウ素膜形成工程前に、該基材の表面に形成された酸化膜を除去することが好ましい。このように炭化ホウ素膜を形成する前に基材表面に形成された酸化膜を予め除去しておくことにより、金属基材の該金属から成る無垢な表面上に炭化ホウ素膜を強固に成膜することができる。このため、負極活物質層の剥離をより確実に防止することができる。   In a preferred embodiment of the method disclosed herein, a substrate in which an oxide film (typically a natural oxide film) of the metal is formed on the surface of the substrate is used as the metal substrate. In other words, an oxide film of the metal is formed on the surface of the metal substrate used in the preferred embodiment. In this case, it is preferable to remove the oxide film formed on the surface of the substrate before the boron carbide film forming step. In this way, by removing in advance the oxide film formed on the substrate surface before forming the boron carbide film, the boron carbide film is firmly formed on the solid surface made of the metal of the metal substrate. can do. For this reason, peeling of the negative electrode active material layer can be prevented more reliably.

ここに開示される方法の好ましい一態様では、上記基材表面の金属酸化膜を、ドライエッチング、ウェットエッチングおよび還元剤処理のうちの少なくとも一つの処理により除去する。このようにドライエッチング、ウェットエッチング、または還元剤処理(或いはそれら処理の幾つかの組合せ)を行うことにより、基材表面の酸化膜を適切に安定して除去することができる。   In a preferred embodiment of the method disclosed herein, the metal oxide film on the surface of the substrate is removed by at least one of dry etching, wet etching, and reducing agent treatment. By performing dry etching, wet etching, or reducing agent treatment (or some combination of these treatments) in this way, the oxide film on the substrate surface can be removed stably and appropriately.

ここに開示される方法の好ましい一態様では、上記炭化ホウ素膜は、炭化ホウ素から成るターゲットを用いたスパッタリングにより形成される。このように炭化ホウ素製ターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、上記基材表面に炭化ホウ素を含有する炭化ホウ素膜を効率よく形成することができる。   In a preferred embodiment of the method disclosed herein, the boron carbide film is formed by sputtering using a target made of boron carbide. Thus, by performing sputtering using a boron carbide target, a boron carbide film containing boron carbide can be efficiently formed on the surface of the substrate.

ここに開示されるいずれかの方法は、前記基材を構成する金属が銅または銅を主体とする合金である場合に特に好ましく適用され得る。銅または銅合金は、リチウム二次電池の負極集電体として好ましい種々の特性を有する一方、表面に銅の自然酸化膜(CuO)が形成されやすい性質がある。したがって、負極集電体の基材が銅または銅合金である負極の製造においては、基材表面に炭化ホウ素膜を形成し、基材表面における金属酸化を防止したうえで、その炭化ホウ素膜の上から負極活物質を含む負極活物質層を形成するという本発明の構成を採用することによる効果が特によく発揮され得る。   Any of the methods disclosed herein can be applied particularly preferably when the metal constituting the substrate is copper or an alloy mainly composed of copper. Copper or a copper alloy has various characteristics preferable as a negative electrode current collector of a lithium secondary battery, but has a property that a natural oxide film (CuO) of copper is easily formed on the surface. Therefore, in the production of a negative electrode in which the base material of the negative electrode current collector is copper or a copper alloy, a boron carbide film is formed on the surface of the base material to prevent metal oxidation on the surface of the base material. The effect of adopting the configuration of the present invention in which the negative electrode active material layer containing the negative electrode active material is formed from above can be exhibited particularly well.

本発明によると、また、ここに開示されるいずれかの方法により製造されたリチウム二次電池用負極を用いて構築されたリチウム二次電池(例えばリチウムイオン電池)が提供される。かかるリチウムイオン二次電池は、上記リチウム二次電池用負極を用いて構築されていることから、品質安定性に優れ、より良好な電池性能を示す(例えば、長期間使用しても、電池容量の劣化が少ない、電池抵抗が上昇し難い、耐久性が高い、の少なくとも一つを満たす)ものであり得る。   According to the present invention, there is also provided a lithium secondary battery (for example, a lithium ion battery) constructed using the negative electrode for a lithium secondary battery produced by any of the methods disclosed herein. Since such a lithium ion secondary battery is constructed using the above negative electrode for lithium secondary batteries, it has excellent quality stability and better battery performance (for example, battery capacity even when used for a long period of time). The battery resistance is hardly increased and the durability is high).

このようなリチウム二次電池は、例えば自動車等の車両に搭載される電池として好適である。したがって本発明によると、ここに開示されるいずれかのリチウム二次電池(複数のリチウム二次電池が接続された組電池の形態であり得る。)を備える車両が提供される。特に、軽量で高出力が得られることから、該リチウム二次電池を動力源(典型的には、ハイブリッド車両または電気車両の動力源)として備える車両(例えば自動車)が提供される。   Such a lithium secondary battery is suitable as a battery mounted on a vehicle such as an automobile. Therefore, according to the present invention, there is provided a vehicle including any of the lithium secondary batteries disclosed herein (which may be in the form of an assembled battery in which a plurality of lithium secondary batteries are connected). In particular, since it is lightweight and provides high output, a vehicle (for example, an automobile) including the lithium secondary battery as a power source (typically, a power source of a hybrid vehicle or an electric vehicle) is provided.

本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の負極の製造工程を説明するための断面模式図。The cross-sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the negative electrode of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の負極の製造工程を説明するための断面模式図。The cross-sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the negative electrode of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の負極の製造工程を説明するための断面模式図。The cross-sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the negative electrode of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の負極の製造工程を説明するための断面模式図。The cross-sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the negative electrode of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池が備える負極の断面を模式的に示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows typically the cross section of the negative electrode with which the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例のサイクリックボルタンメトリー(CV)測定の結果を示すグラフ。The graph which shows the result of the cyclic voltammetry (CV) measurement of an Example. 比較例1のサイクリックボルタンメトリー(CV)測定の結果を示すグラフ。The graph which shows the result of the cyclic voltammetry (CV) measurement of the comparative example 1. 比較例2のサイクリックボルタンメトリー(CV)測定の結果を示すグラフ。The graph which shows the result of the cyclic voltammetry (CV) measurement of the comparative example 2. 本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池が備える負極の断面を模式的に示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows typically the cross section of the negative electrode with which the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池を備えた車両を模式的に示す側面図。The side view which shows typically the vehicle provided with the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 負極活物質層が銅箔から剥離する問題を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the problem that a negative electrode active material layer peels from copper foil. 負極活物質層が銅箔から剥離する問題を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the problem that a negative electrode active material layer peels from copper foil.

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、正極および負極を備えた電極体の構成および製法、セパレータや電解質の構成および製法、リチウム二次電池その他の電池の構築に係る一般的技術等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. Note that the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not reflect the actual dimensional relationship. Further, matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and matters necessary for carrying out the present invention (for example, the configuration and manufacturing method of an electrode body including a positive electrode and a negative electrode, the configuration and manufacturing method of a separator and an electrolyte, General techniques relating to the construction of lithium secondary batteries and other batteries, etc.) can be understood as design matters for those skilled in the art based on the prior art in this field.

特に限定することを意図したものではないが、以下では主として銅製の箔状基材(銅箔)を用いてリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)用の負極を製造する場合を例として、図1A〜図1Dを参照しつつ、本発明を詳細に説明する。   Although not intended to be particularly limited, the following is an example in which a negative electrode for a lithium secondary battery (typically a lithium ion battery) is mainly produced using a copper foil-like substrate (copper foil). The present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1A to 1D.

図1Aに示すように、ここに開示されるリチウム二次電池用電極製造方法では、まず、負極集電体として用いられ得る金属の基材20を用意(製造、購入等)する。この実施形態では、基材20として例えば厚さ10μm〜30μm程度の箔状の銅(銅箔)を用意する。かかる銅箔20は大気に晒せば短時間で酸化される。そのため、用意した銅箔20の表面には、図示されるように、例えば厚さ10nm程度の銅の自然酸化膜(CuO膜)26が形成され得る。このように銅箔20表面に形成された酸化膜26は、耐還元性が低く、還元雰囲気下に曝されると還元され易い性質を示す。このような還元され易い酸化膜26の上に負極活物質層30を形成した場合、充放電の繰り返しによって負極100が還元電位に曝されると、銅箔20表面に形成された自然酸化膜26の一部が還元溶解されてしまい、負極活物質層30と密着していた酸化膜が消失する。かかる自然酸化膜26の消失は、負極活物質層30の銅箔20からの剥離を招くため好ましくない。   As shown in FIG. 1A, in the method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery disclosed herein, first, a metal substrate 20 that can be used as a negative electrode current collector is prepared (manufactured, purchased, etc.). In this embodiment, foil-like copper (copper foil) having a thickness of about 10 μm to 30 μm, for example, is prepared as the base material 20. The copper foil 20 is oxidized in a short time when exposed to the atmosphere. Therefore, a copper natural oxide film (CuO film) 26 having a thickness of about 10 nm, for example, can be formed on the surface of the prepared copper foil 20 as shown in the figure. Thus, the oxide film 26 formed on the surface of the copper foil 20 has a low reduction resistance, and exhibits a property of being easily reduced when exposed to a reducing atmosphere. When the negative electrode active material layer 30 is formed on the oxide film 26 that is easily reduced, the natural oxide film 26 formed on the surface of the copper foil 20 when the negative electrode 100 is exposed to a reduction potential by repeated charge and discharge. As a result, a part of the oxide film is reduced and dissolved, and the oxide film in close contact with the negative electrode active material layer 30 disappears. Such disappearance of the natural oxide film 26 is not preferable because it causes peeling of the negative electrode active material layer 30 from the copper foil 20.

本実施形態の製造方法では、まず、図1Bに示すように、かかる銅箔20の自然酸化膜26を除去して下地の銅から成る無垢な表面22を露出させる処理を行い、しかる後に、図1Cに示すように、露出させた銅から成る無垢な表面22に炭化ホウ素膜40を形成し、該炭化ホウ素膜40を備える負極集電体10を得る。そして、図1Dに示すように、得られた負極集電体10の炭化ホウ素膜40上に負極活物質を含む負極活物質層30を形成する。このように銅箔表面22を炭化ホウ素膜40で覆うことにより、炭化ホウ素膜40がバリア層(銅箔表面が酸化還元雰囲気下に曝されないように銅箔表面を保護する層)としての役割を果たすため、銅箔表面22に銅の新たな自然酸化膜が生成したり消失したりするのを抑制することができる。このことによって、自然酸化膜の生成および消失に起因する負極活物質層30の剥離を防止することができる。従って、本発明によれば、負極活物質層30が剥離する事象を回避し得、品質安定性に優れたリチウム二次電池用負極100を製造することが可能となる。このような負極によると、より安定した性能のリチウム二次電池が構築され得る。以下、炭化ホウ素膜40を備えた負極集電体10を有する負極100の製造プロセスについてさらに詳細に説明する。   In the manufacturing method of the present embodiment, first, as shown in FIG. 1B, a process of removing the natural oxide film 26 of the copper foil 20 to expose the solid surface 22 made of underlying copper is performed. As shown in FIG. 1C, a boron carbide film 40 is formed on the exposed pure surface 22 made of copper, and the negative electrode current collector 10 including the boron carbide film 40 is obtained. Then, as shown in FIG. 1D, a negative electrode active material layer 30 containing a negative electrode active material is formed on the boron carbide film 40 of the obtained negative electrode current collector 10. By covering the copper foil surface 22 with the boron carbide film 40 in this manner, the boron carbide film 40 serves as a barrier layer (a layer that protects the copper foil surface so that the copper foil surface is not exposed to an oxidation-reduction atmosphere). Therefore, it is possible to suppress the generation or disappearance of a new natural oxide film of copper on the copper foil surface 22. This can prevent the negative electrode active material layer 30 from peeling off due to the formation and disappearance of the natural oxide film. Therefore, according to the present invention, it is possible to avoid the phenomenon that the negative electrode active material layer 30 is peeled off, and it is possible to manufacture the negative electrode 100 for a lithium secondary battery excellent in quality stability. According to such a negative electrode, a lithium secondary battery with more stable performance can be constructed. Hereinafter, the manufacturing process of the negative electrode 100 having the negative electrode current collector 10 including the boron carbide film 40 will be described in more detail.

すなわち図1Bに示すように、本実施形態に係る負極製造方法では、上記銅の自然酸化膜26が形成された銅箔20を用意するステップに引き続いて、該銅箔表面の金属酸化膜26を除去する処理を行う。このような金属酸化膜26を除去する処理としては特に限定されないが、例えばドライエッチング法、ウェットエッチング法、および還元剤処理法のうちの少なくとも一つの処理(或いはそれら処理の幾つかの組合せ)により行うことができる。ドライエッチング法を用いて銅の金属酸化膜を除去する場合、該金属酸化膜をArエッチングにより物理的に除去する態様を好ましく採用することができる。このようなArエッチング処理を銅箔表面に対して行うことにより、銅箔表面の金属酸化膜26を適切に安定して取り除くことができ、下地の銅から成る無垢な表面22を露出させることができる。なお、ウェットエッチング法を用いて銅の金属酸化膜を除去する場合、エッチング液として硝酸を用いるとよい。   That is, as shown in FIG. 1B, in the negative electrode manufacturing method according to the present embodiment, following the step of preparing the copper foil 20 on which the copper natural oxide film 26 is formed, the metal oxide film 26 on the surface of the copper foil is formed. Perform the removal process. The process for removing the metal oxide film 26 is not particularly limited. For example, the process is performed by at least one of a dry etching method, a wet etching method, and a reducing agent treatment method (or some combination of these treatments). It can be carried out. When the copper metal oxide film is removed using a dry etching method, a mode in which the metal oxide film is physically removed by Ar etching can be preferably employed. By performing such an Ar etching process on the copper foil surface, the metal oxide film 26 on the copper foil surface can be removed appropriately and stably, and the innocent surface 22 made of underlying copper can be exposed. it can. Note that nitric acid may be used as an etchant when the copper metal oxide film is removed by wet etching.

次いで、図1Cに示すように、金属酸化膜26を除去して露出させた銅から成る無垢な銅箔表面22に炭化ホウ素膜40を形成する。炭化ホウ素膜40は、少なくとも炭化ホウ素(ホウ化炭素)を含有する被膜であればよく、実質的に炭化ホウ素(ホウ化炭素)のみからなる炭化ホウ素膜が特に好ましい。かかる炭化ホウ素は、炭素とホウ素との2成分系であればよく、例えばBC、B13、B11等の組成の炭化ホウ素を好ましく使用することができる。 Next, as shown in FIG. 1C, a boron carbide film 40 is formed on the solid copper foil surface 22 made of copper exposed by removing the metal oxide film 26. The boron carbide film 40 may be a film containing at least boron carbide (carbon boride), and a boron carbide film consisting essentially of boron carbide (carbon boride) is particularly preferable. Such boron carbide may be a two-component system of carbon and boron. For example, boron carbide having a composition such as B 4 C, B 13 C 2 , or B 11 C 4 can be preferably used.

かかる炭化ホウ素は耐還元性に優れ、それゆえ、負極が強い還元電位(負極使用電位)に曝されたとしても炭化ホウ素が還元溶解されない。また炭化ホウ素は酸化反応に対して不活性であり、それゆえ、大気に曝されたとしても表面酸化膜が形成されない。さらに炭化ホウ素はリチウムとの反応性が乏しく、それゆえ、充放電によりリチウムと合金化しない。このように炭化ホウ素は、耐還元性に優れる、表面酸化膜を形成しない、リチウム合金化しない、という好ましい性質を示すため、本発明の目的に適したバリア層(銅箔表面が酸化還元雰囲気下に曝されないように銅箔表面を保護する層)として好ましく用いることができる。なお、炭化ホウ素は高強度で、かつ、銅箔20と負極活物質層30に対して適切な接着性を有している。そのため、銅箔20と負極活物質層30との界面に炭化ホウ素膜40を介在させることにより、銅箔20と負極活物質層30との密着性を良好にすることも可能となる。   Such boron carbide is excellent in reduction resistance. Therefore, even if the negative electrode is exposed to a strong reduction potential (negative electrode use potential), the boron carbide is not reduced and dissolved. Boron carbide is also inert to the oxidation reaction, and therefore a surface oxide film is not formed even when exposed to the atmosphere. Further, boron carbide has poor reactivity with lithium and therefore does not alloy with lithium by charge / discharge. Thus, since boron carbide exhibits preferable properties such as excellent resistance to reduction, no formation of a surface oxide film, and no lithium alloying, a barrier layer suitable for the purpose of the present invention (the copper foil surface is in an oxidation-reduction atmosphere). Can be preferably used as a layer for protecting the surface of the copper foil so as not to be exposed to the surface. Boron carbide has high strength and has appropriate adhesion to the copper foil 20 and the negative electrode active material layer 30. Therefore, by interposing the boron carbide film 40 at the interface between the copper foil 20 and the negative electrode active material layer 30, the adhesion between the copper foil 20 and the negative electrode active material layer 30 can be improved.

このような炭化ホウ素膜40を銅箔表面22に形成する方法としては、公知の成膜法、例えば物理蒸着法(PVD法、例えばスパッタリング法)、化学蒸着法(CVD法、例えばプラズマCVD法)等を好ましく採用することができる。かかる蒸着法による炭化ホウ素膜40の形成は、典型的には減圧条件下(例えば、圧力0.01Pa〜100Pa程度の不活性ガス雰囲気下)で行われる。ここに開示される技術において銅箔表面22に炭化ホウ素膜40を製造する方法として、例えば、炭化ホウ素(例えばBC)から成るターゲットを用いたスパッタリング法を好ましく採用することができる。このように炭化ホウ素を用いたスパッタリングを行うことにより、上記銅箔表面22に炭化ホウ素を含有する炭化ホウ素膜40を効率よく形成することができる。 As a method for forming such a boron carbide film 40 on the copper foil surface 22, a known film forming method, for example, a physical vapor deposition method (PVD method, for example, sputtering method), a chemical vapor deposition method (CVD method, for example, plasma CVD method). Etc. can be preferably employed. The formation of the boron carbide film 40 by such a vapor deposition method is typically performed under reduced pressure conditions (for example, in an inert gas atmosphere having a pressure of about 0.01 Pa to 100 Pa). In the technique disclosed herein, as a method of manufacturing the boron carbide film 40 on the copper foil surface 22, for example, a sputtering method using a target made of boron carbide (for example, B 4 C) can be preferably employed. Thus, by performing sputtering using boron carbide, the boron carbide film 40 containing boron carbide can be efficiently formed on the copper foil surface 22.

上記炭化ホウ素膜40の厚さは、上記基材を一様に覆い得る程度の厚さであればよく、特に限定されない。例えば、該炭化ホウ素膜40の厚さを概ね3nm〜100nm程度とすることができ、通常は概ね5nm〜20nm程度の厚さとすることが好ましい。上記炭化ホウ素膜40の厚さが大きすぎると、この負極を用いて構築される電池のエネルギー密度が低下傾向となることがあり、また上記炭化ホウ素膜40の厚さが小さすぎると、炭化ホウ素膜40の強度が不足しやすくなることがある。なお、炭化ホウ素膜40の厚さは炭化ホウ素膜の形成条件(例えばスパッタ成膜条件)等を調整することにより任意に制御することができる。   The thickness of the boron carbide film 40 is not particularly limited as long as it can cover the base material uniformly. For example, the thickness of the boron carbide film 40 can be set to about 3 nm to 100 nm, and it is usually preferable to set the thickness to about 5 nm to 20 nm. If the thickness of the boron carbide film 40 is too large, the energy density of the battery constructed using this negative electrode may tend to decrease, and if the thickness of the boron carbide film 40 is too small, the boron carbide The strength of the film 40 may be insufficient. Note that the thickness of the boron carbide film 40 can be arbitrarily controlled by adjusting the formation conditions (for example, sputtering film formation conditions) of the boron carbide film.

また、基材20の表面のうち上記炭化ホウ素膜40を形成する範囲(領域)は、少なくとも負極活物質層30が形成される範囲を包含するように配置することが好ましい。例えば、箔状基材20の片面のみ(該片面の一部であってもよく全範囲であってもよい。)に上記負極活物質層30が形成される場合には該片面の全範囲に亘って上記炭化ホウ素膜40を形成する態様を採用すると良い。また該基材20の両面に上記負極活物質層30が形成される場合には該両面の全範囲に亘って上記炭化ホウ素膜40を形成する態様を採用すると良い。   Moreover, it is preferable to arrange | position so that the range (area | region) which forms the said boron carbide film 40 among the surfaces of the base material 20 may include the range in which the negative electrode active material layer 30 is formed at least. For example, when the negative electrode active material layer 30 is formed only on one side of the foil-shaped substrate 20 (may be a part of the single side or may be the entire range), the entire range of the single side is formed. It is preferable to adopt a mode in which the boron carbide film 40 is formed. Moreover, when the said negative electrode active material layer 30 is formed in both surfaces of this base material 20, it is good to employ | adopt the aspect which forms the said boron carbide film | membrane 40 over the whole range of this both surfaces.

このように銅箔表面22に炭化ホウ素膜40を形成することにより、該炭化ホウ素膜40を備える負極集電体10を得ることができる。したがって、以上のステップは、負極集電体の製造方法あるいは負極集電体を用意(製造)する工程として把握され得る。   Thus, by forming the boron carbide film 40 on the copper foil surface 22, the negative electrode current collector 10 including the boron carbide film 40 can be obtained. Therefore, the above steps can be grasped as a method for producing a negative electrode current collector or a process for preparing (manufacturing) a negative electrode current collector.

続いて、このように表面に炭化ホウ素膜40が設けられた負極集電体10を用いて負極100を製造する工程につき説明する。   Next, a process for manufacturing the negative electrode 100 using the negative electrode current collector 10 having the surface provided with the boron carbide film 40 will be described.

すなわち、上述のようにして得られた負極集電体10に、上記炭化ホウ素膜40の上から、負極活物質と適当な分散媒体とを含む負極活物質層形成用ペーストを付与(典型的には塗布)する。上記負極活物質(典型的には粒子状)としては、典型的なリチウムイオン二次電池に用いられるものと同じであればよく特に限定されない。負極に用いられる負極活物質層の代表例としては、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属複合酸化物(リチウムチタン複合酸化物等)、リチウム遷移金属複合窒化物等が例示される。   That is, a negative electrode active material layer forming paste containing a negative electrode active material and an appropriate dispersion medium is applied to the negative electrode current collector 10 obtained as described above from above the boron carbide film 40 (typically Apply). The negative electrode active material (typically in particulate form) is not particularly limited as long as it is the same as that used for a typical lithium ion secondary battery. Representative examples of the negative electrode active material layer used for the negative electrode include carbon-based materials such as graphite carbon and amorphous carbon, lithium transition metal composite oxide (lithium titanium composite oxide, etc.), lithium transition metal composite nitride, and the like. The

上記負極活物質層形成用ペーストは、上述のような負極活物質(典型的には活物質粒子)と必要に応じて使用される他の負極活物質層形成成分とを適当な分散媒体中で混合することにより調製され得る。これにより、必要に応じて使用される他の正極合材層形成成分を含む分散媒体に負極活物質粉末が分散した負極活物質層形成用ペーストが得られる。分散媒体としては、水または水を主体とする混合溶媒(水系溶媒)が挙げられる。かかる混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。水系溶媒に限定されず、非水系溶媒であってもよい。非水系溶媒としては、有機溶媒、例えばN−メチルピロリドン(NMP)等を用いることができる。   The negative electrode active material layer forming paste comprises the above-described negative electrode active material (typically active material particles) and other negative electrode active material layer forming components used as necessary in a suitable dispersion medium. It can be prepared by mixing. Thereby, the negative electrode active material layer forming paste in which the negative electrode active material powder is dispersed in the dispersion medium containing other positive electrode mixture layer forming components used as necessary is obtained. Examples of the dispersion medium include water or a mixed solvent mainly composed of water (aqueous solvent). As the solvent other than water constituting such a mixed solvent, one or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used. It is not limited to an aqueous solvent, and may be a non-aqueous solvent. As the non-aqueous solvent, an organic solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP) can be used.

上記負極活物質層形成用ペーストは、負極活物質および分散媒体の他に、一般的な負極の製造において負極活物質層形成用のペーストに用いられる材料を必要に応じて含有することができる。そのような材料の代表例として導電材および結着材が挙げられる。上記導電材としては、カーボンブラック(アセチレンブラック等)のような炭素粉末、ニッケル粉末等の導電性金属粉末等を用いることができる。また、上記結着材としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の水溶性または水分散性のポリマーを用いることができる。   The negative electrode active material layer forming paste may contain, in addition to the negative electrode active material and the dispersion medium, materials used for the negative electrode active material layer forming paste in the production of a general negative electrode, if necessary. Typical examples of such materials include conductive materials and binders. As the conductive material, carbon powder such as carbon black (acetylene black or the like), conductive metal powder such as nickel powder, or the like can be used. As the binder, a water-soluble or water-dispersible polymer such as polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used.

このような負極活物質層形成用ペーストを負極集電体に付与(典型的には塗布)する操作は、該負極集電体として上述のように表面に炭化ホウ素膜40が設けられたものを用いる点以外は従来の一般的なリチウム二次電池用負極の作製を同様にして行うことができる。例えば、適当な塗布装置(ダイコーター等)を使用して、上記炭化ホウ素膜40の上から上記負極集電体10に所定量の上記負極活物質層形成用ペーストを層状に塗布することにより製造され得る。塗布後、適当な乾燥手段で塗布物を乾燥(典型的には70〜200℃)することによって、負極集電体10の表面に負極活物質層30が形成された負極100を得ることができる。   The operation of applying (typically coating) such a negative electrode active material layer forming paste to the negative electrode current collector is performed by using the negative electrode current collector provided with the boron carbide film 40 on the surface as described above. Except for the point of use, a conventional general negative electrode for a lithium secondary battery can be produced in the same manner. For example, it is manufactured by applying a predetermined amount of the paste for forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector 10 from above the boron carbide film 40 using a suitable coating apparatus (die coater or the like). Can be done. After coating, the coated material is dried (typically 70 to 200 ° C.) by an appropriate drying means, whereby the negative electrode 100 in which the negative electrode active material layer 30 is formed on the surface of the negative electrode current collector 10 can be obtained. .

ここに開示される負極製造方法を適用して好ましく製造されるリチウム二次電池用の負極100の断面構造を図2に模式的に示す。この負極100は、銅箔からなる基材20の表面に炭化ホウ素膜40を有する負極集電体10と、該負極集電体10の表面に形成された負極活物質層30とを備える。この負極活物質層30は、上記のように炭化ホウ素膜40を介して銅箔20の上に積層されたものである。また負極活物質層30は、負極活物質(典型的には活物質粒子)と分散媒体と必要に応じて使用される他の負極活物質層形成成分とを含む負極活物質層形成用ペーストを、炭化ホウ素膜40の上から負極集電体10の表面に塗布し、乾燥させて形成されたものである。   FIG. 2 schematically shows a cross-sectional structure of a negative electrode 100 for a lithium secondary battery that is preferably manufactured by applying the negative electrode manufacturing method disclosed herein. The negative electrode 100 includes a negative electrode current collector 10 having a boron carbide film 40 on the surface of a base material 20 made of copper foil, and a negative electrode active material layer 30 formed on the surface of the negative electrode current collector 10. This negative electrode active material layer 30 is laminated on the copper foil 20 via the boron carbide film 40 as described above. The negative electrode active material layer 30 is a negative electrode active material layer forming paste containing a negative electrode active material (typically active material particles), a dispersion medium, and other negative electrode active material layer forming components used as necessary. It is formed by applying on the surface of the negative electrode current collector 10 from above the boron carbide film 40 and drying it.

ここで、上記負極活物質層形成用ペーストが塗布される銅箔20の表面には炭化ホウ素膜40が設けられている。そのため、負極活物質層形成用ペーストを適当な乾燥手段で乾燥(典型的には70〜200℃)する際に、銅箔表面22が酸化されることを防止することができる。すなわち、銅箔20は酸化され易く、負極活物質層形成用ペーストを乾燥する時の熱によって銅箔表面22が酸化される虞があるが、本実施形態の製造方法によれば、炭化ホウ素膜40が銅箔の酸化防止層(銅箔表面が酸化されないように銅箔表面を保護する層)としての役割を果たすので、乾燥時の熱によって銅箔表面22が酸化されることを回避することができる。これにより、負極製造工程内で銅箔表面22に新たな酸化膜が形成されるのを防止することができ、品質安定性に優れた負極100を安定して提供することができる。上述した製造方法によれば、炭化ホウ素膜40を形成する前に銅箔表面22に形成された酸化膜26を予め除去しておくことにより、銅箔の該銅から成る無垢な表面22上に炭化ホウ素膜40を強固に成膜することができる。このため、負極活物質層30の剥離をより確実に防止することができる。   Here, a boron carbide film 40 is provided on the surface of the copper foil 20 to which the negative electrode active material layer forming paste is applied. Therefore, it is possible to prevent the copper foil surface 22 from being oxidized when the negative electrode active material layer forming paste is dried by a suitable drying means (typically 70 to 200 ° C.). That is, the copper foil 20 is easily oxidized, and the copper foil surface 22 may be oxidized by heat when drying the negative electrode active material layer forming paste. However, according to the manufacturing method of this embodiment, the boron carbide film 40 serves as an anti-oxidation layer for copper foil (a layer for protecting the copper foil surface so that the copper foil surface is not oxidized), so that the copper foil surface 22 is prevented from being oxidized by heat during drying. Can do. Thereby, a new oxide film can be prevented from being formed on the copper foil surface 22 in the negative electrode manufacturing process, and the negative electrode 100 excellent in quality stability can be provided stably. According to the manufacturing method described above, the oxide film 26 formed on the copper foil surface 22 is removed in advance before the boron carbide film 40 is formed, so that the copper foil on the pure surface 22 made of copper is formed. The boron carbide film 40 can be firmly formed. For this reason, peeling of the negative electrode active material layer 30 can be prevented more reliably.

本実施形態の方法により提供されるリチウム二次電池用負極は、上記のように負極集電体10に対して密着性のよい負極活物質層30を形成することができ、品質安定性に優れることから、種々の形態のリチウム二次電池の構成要素または該リチウム二次電池に内蔵される電極体の構成要素(例えば正極)として好ましく利用され得る。例えば、ここに開示されるいずれかの負極と、正極集電体を備えた正極と、該正負極間に配置される電解質と、典型的には正負極間を離隔するセパレータ(固体状またはゲル状の電解質を用いた電池では省略され得る。)と、を備えるリチウム二次電池の構成要素として好ましく使用され得る。かかる電池を構成する外容器の構造(例えば金属製の筐体やラミネートフィルム構造物)やサイズ、あるいは正負極集電体を主構成要素とする電極体の構造(例えば捲回構造や積層構造)等について特に制限はない。   The negative electrode for a lithium secondary battery provided by the method of the present embodiment can form the negative electrode active material layer 30 having good adhesion to the negative electrode current collector 10 as described above, and is excellent in quality stability. Therefore, it can be preferably used as a constituent element of a lithium secondary battery of various forms or a constituent element (for example, positive electrode) of an electrode body incorporated in the lithium secondary battery. For example, any of the negative electrodes disclosed herein, a positive electrode having a positive electrode current collector, an electrolyte disposed between the positive and negative electrodes, and a separator (solid or gel) that typically separates the positive and negative electrodes. And can be omitted in a battery using an electrolyte in the form of a lithium secondary battery. Structure (for example, metal casing or laminate film structure) and size of an outer container constituting such a battery, or structure of an electrode body (for example, a wound structure or a laminated structure) having a positive / negative electrode current collector as a main component There is no particular restriction on the etc.

以下、本発明の方法を適用して製造された負極(負極シート)100を用いて構築されるリチウム二次電池の一実施形態につき、図3に示す模式図を参照しつつ説明する。このリチウム二次電池1000は、負極集電体10として、銅箔からなる基材20の表面に炭化ホウ素膜40を有する負極集電体10を使用する。   Hereinafter, an embodiment of a lithium secondary battery constructed using a negative electrode (negative electrode sheet) 100 manufactured by applying the method of the present invention will be described with reference to a schematic diagram shown in FIG. In the lithium secondary battery 1000, the negative electrode current collector 10 having the boron carbide film 40 on the surface of the base material 20 made of copper foil is used as the negative electrode current collector 10.

図示するように、本実施形態に係るリチウムイオン電池1000は、金属製(樹脂製又はラミネートフィルム製も好適である。)のケース210を備える。このケース(外容器)210は、上端が開放された扁平な直方体状のケース本体220と、その開口部を塞ぐ蓋体230とを備える。ケース210の上面(すなわち蓋体230)には、捲回電極体80の正極と電気的に接続する正極端子270および該電極体の負極と電気的に接続する負極端子280が設けられている。ケース210の内部には、例えば長尺シート状の正極(正極シート)50および長尺シート状の負極(負極シート)100を計二枚の長尺シート状セパレータ(セパレータシート)60とともに積層して捲回し、次いで得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製される扁平形状の捲回電極体80が収容される。   As shown in the figure, a lithium ion battery 1000 according to the present embodiment includes a case 210 made of metal (a resin or a laminate film is also suitable). The case (outer container) 210 includes a flat rectangular parallelepiped case main body 220 whose upper end is opened, and a lid body 230 that closes the opening. On the upper surface of the case 210 (that is, the lid body 230), a positive electrode terminal 270 that is electrically connected to the positive electrode of the wound electrode body 80 and a negative electrode terminal 280 that is electrically connected to the negative electrode of the electrode body are provided. In the case 210, for example, a long sheet-like positive electrode (positive electrode sheet) 50 and a long sheet-like negative electrode (negative electrode sheet) 100 are laminated together with a total of two long sheet-like separators (separator sheets) 60. A flat wound electrode body 80 produced by winding and then crushing the resulting wound body from the side direction and kidnapping is housed.

負極シート100および正極シート50は、それぞれ、長尺シート状の電極集電体の両面に電極活物質を主成分とする電極合材層が設けられた構成を有する。これらの電極シート100,50の幅方向の一端には、いずれの面にも上記電極合材層が設けられていない電極合材層非形成部分が形成されている。上記積層の際には、正極シート50の正極合材層非形成部分と負極シート100の負極活物質層非形成部分とがセパレータシート60の幅方向の両側からそれぞれはみ出すように、正極シート50と負極シート100とを幅方向にややずらして重ね合わせる。その結果、捲回電極体80の捲回方向に対する横方向において、正極シート50および負極シート100の電極合材層非形成部分がそれぞれ捲回コア部分(すなわち正極シート50の正極合材層形成部分と負極シート100の負極活物質層形成部分と二枚のセパレータシート60とが密に捲回された部分)82から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分(すなわち正極合材層の非形成部分)50Aおよび負極側はみ出し部分(すなわち負極活物質層の非形成部分)100Aには、正極リード端子272および負極リード端子282がそれぞれ付設されており、上述の正極端子270および負極端子280とそれぞれ電気的に接続される。   Each of the negative electrode sheet 100 and the positive electrode sheet 50 has a configuration in which an electrode mixture layer mainly composed of an electrode active material is provided on both surfaces of a long sheet-like electrode current collector. At one end in the width direction of the electrode sheets 100 and 50, an electrode mixture layer non-formed portion where the electrode mixture layer is not provided on any surface is formed. In the lamination, the positive electrode sheet 50 and the negative electrode active material layer non-formed portion of the negative electrode sheet 100 and the negative electrode active material layer non-formed portion of the negative electrode sheet 100 protrude from both sides of the separator sheet 60 in the width direction. The negative electrode sheet 100 is overlaid with a slight shift in the width direction. As a result, in the horizontal direction with respect to the winding direction of the wound electrode body 80, the electrode mixture layer non-formed portions of the positive electrode sheet 50 and the negative electrode sheet 100 are respectively wound core portions (that is, the positive electrode mixture layer forming portion of the positive electrode sheet 50). And a portion where the negative electrode active material layer forming portion of the negative electrode sheet 100 and the two separator sheets 60 are wound tightly) 82. A positive electrode lead terminal 272 and a negative electrode lead terminal 282 are attached to the positive electrode side protruding portion (ie, the non-forming portion of the positive electrode mixture layer) 50A and the negative electrode side protruding portion (ie, the non-forming portion of the negative electrode active material layer) 100A, respectively. Are electrically connected to the positive terminal 270 and the negative terminal 280, respectively.

なお、かかる捲回電極体80を構成する負極シート100以外の構成要素は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シート50は、長尺状の正極集電体の上にリチウムイオン電池用正極活物質を主成分とする正極合材層が付与されて形成され得る。正極集電体にはアルミニウム箔その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、LiMn、LiCoO、LiNiO等が挙げられる。 In addition, components other than the negative electrode sheet 100 which comprise this winding electrode body 80 may be the same as that of the electrode body of the conventional lithium ion battery, and there is no restriction | limiting in particular. For example, the positive electrode sheet 50 can be formed by providing a positive electrode mixture layer mainly composed of a positive electrode active material for a lithium ion battery on a long positive electrode current collector. As the positive electrode current collector, an aluminum foil or other metal foil suitable for the positive electrode is preferably used. As the positive electrode active material, one or more of materials conventionally used in lithium ion batteries can be used without any particular limitation. Preferable examples include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 and the like.

一方、負極シート100は図2に示したように、長尺状の基材10の表面に炭化ホウ素膜40が形成され、当該炭化ホウ素膜40の上に負極活物質層30が形成されている。基材10には銅箔(本実施形態)その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属複合酸化物(リチウムチタン複合酸化物等)、リチウム遷移金属複合窒化物等が挙げられる。   On the other hand, in the negative electrode sheet 100, as shown in FIG. 2, the boron carbide film 40 is formed on the surface of the elongated base material 10, and the negative electrode active material layer 30 is formed on the boron carbide film 40. . For the substrate 10, a copper foil (this embodiment) or other metal foil suitable for the negative electrode is preferably used. As the negative electrode active material, one or more of materials conventionally used in lithium ion batteries can be used without any particular limitation. Preferable examples include carbon-based materials such as graphite carbon and amorphous carbon, lithium transition metal composite oxides (lithium titanium composite oxides, etc.), lithium transition metal composite nitrides, and the like.

また、正負極シート100,50間に使用されるセパレータシート60の好適例としては、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、厚さ5〜30μm(例えば25μm)程度の合成樹脂製(例えばポリエチレン等のポリオレフィン製)多孔質セパレータシートを好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質もしくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合(すなわちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。)があり得る。   Moreover, as a suitable example of the separator sheet 60 used between the positive and negative electrode sheets 100 and 50, a sheet composed of a porous polyolefin-based resin can be cited. For example, a porous separator sheet made of synthetic resin (for example, made of polyolefin such as polyethylene) having a thickness of about 5 to 30 μm (for example, 25 μm) can be suitably used. When a solid electrolyte or a gel electrolyte is used as the electrolyte, a separator may not be necessary (that is, in this case, the electrolyte itself can function as a separator).

そして、ケース本体220の上端開口部から該本体220内に捲回電極体80を収容するとともに適当な電解質を含む電解液をケース本体220内に配置(注液)する。電解質は例えばLiPF等のリチウム塩である。例えば、適当量(例えば濃度1M)のLiPF等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒(例えば質量比1:1)のような非水電解液に溶解して電解液として使用することができる。 Then, the wound electrode body 80 is accommodated in the main body 220 from the upper end opening of the case main body 220 and an electrolytic solution containing an appropriate electrolyte is disposed (injected) in the case main body 220. The electrolyte is lithium salt such as LiPF 6, for example. For example, an appropriate amount (for example, concentration 1M) of a lithium salt such as LiPF 6 is dissolved in a nonaqueous electrolytic solution such as a mixed solvent of diethyl carbonate and ethylene carbonate (for example, a mass ratio of 1: 1) and used as the electrolytic solution. be able to.

その後、上記開口部を蓋体230との溶接等により封止し、本実施形態に係るリチウムイオン電池1000の組み立てが完成する。ケース210の封止プロセスや電解質の配置(注液)プロセスは、従来のリチウムイオン電池の製造で行われている手法と同様でよく、本発明を特徴付けるものではない。このようにして本実施形態に係るリチウムイオン電池1000の構築が完成する。   Thereafter, the opening is sealed by welding or the like with the lid 230, and the assembly of the lithium ion battery 1000 according to the present embodiment is completed. The sealing process of the case 210 and the process of placing (injecting) the electrolyte may be the same as those used in the production of a conventional lithium ion battery, and do not characterize the present invention. In this way, the construction of the lithium ion battery 1000 according to this embodiment is completed.

このようにして構築されたリチウム二次電池は、上記リチウム二次電池用負極に用いて構築されていることから品質安定性に優れ、より良好な電池性能を示す(例えば、長期間使用しても、電池容量の劣化が少ない、電池抵抗が上昇し難い、耐久性が高い、の少なくとも一つを満たす)ものであり得る。   Since the lithium secondary battery constructed in this way is constructed using the negative electrode for a lithium secondary battery, the lithium secondary battery is excellent in quality stability and shows better battery performance (for example, for long-term use). In other words, the battery capacity is less deteriorated, the battery resistance is hardly increased, and the durability is high.

上記リチウム二次電池用負極を用いてリチウム二次電池を構築することにより、品質安定性に優れたリチウム二次電池を構築できることを確認するため、実施例として以下の実験を行った。   In order to confirm that a lithium secondary battery excellent in quality stability can be constructed by constructing a lithium secondary battery using the negative electrode for lithium secondary battery, the following experiment was conducted as an example.

すなわち、基材としての厚さ10μmの銅箔の両面に、一般的なスパッタリング装置を用いて雰囲気圧力6.7×10−1Pa、スパッタ電力200Wの条件で炭化ホウ素をターゲットとしてスパッタリングを行うことにより、該基材の表面に炭化ホウ素膜(膜厚約10nmの炭化ホウ素スパッタ膜)を形成し、負極集電体を得た。次いで、得られた負極集電体を作用極としてセル容器内に収容し、適当な電解質を注液することにより実施例の試験用セルを作製した。参照極および対極としてはリチウム金属板を用いた。また比較例1及び比較例2として、作用極としてAl板およびAu板をそれぞれ用いて比較例1及び比較例2の試験用セルを作製した。作用極としてAl板およびAu板を用いたこと以外は、実施例と同様にして試験用セルを作製した。 That is, sputtering is performed on both surfaces of a 10 μm-thick copper foil as a base material using boron carbide as a target under conditions of an atmospheric pressure of 6.7 × 10 −1 Pa and a sputtering power of 200 W using a general sputtering apparatus. As a result, a boron carbide film (boron carbide sputtered film having a film thickness of about 10 nm) was formed on the surface of the substrate to obtain a negative electrode current collector. Next, the obtained negative electrode current collector was housed in a cell container as a working electrode, and an appropriate electrolyte was injected to prepare a test cell of the example. A lithium metal plate was used as the reference electrode and the counter electrode. Moreover, as Comparative Example 1 and Comparative Example 2, test cells of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were prepared using an Al plate and an Au plate as working electrodes, respectively. A test cell was produced in the same manner as in the example except that an Al plate and an Au plate were used as the working electrode.

そして、作製した実施例、比較例1、比較例2の各試験用セルに対して試験温度60℃で3000サイクルの充放電を繰り返した後、サイクリックボルタンメトリー(CV)測定を行った。CV測定の条件では、リチウム金属板に対する作用極の電位走査範囲としては、典型的なリチウム二次電池における負極使用電位範囲を含む0V〜5V(vs.Li/Li)に設定した。その結果を図4(実施例)、図5A(比較例1)、図5B(比較例2)に示す。各図において、横軸が走査電位(V)を、縦軸が電流密度(A/cm)を表している。 And after repeating charge / discharge of 3000 cycles with respect to each test cell of the produced Example, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 at a test temperature of 60 ° C., cyclic voltammetry (CV) measurement was performed. Under the CV measurement conditions, the potential scan range of the working electrode with respect to the lithium metal plate was set to 0 V to 5 V (vs. Li + / Li) including the negative electrode working potential range in a typical lithium secondary battery. The results are shown in FIG. 4 (Example), FIG. 5A (Comparative Example 1), and FIG. 5B (Comparative Example 2). In each figure, the horizontal axis represents the scanning potential (V), and the vertical axis represents the current density (A / cm 2 ).

図5Aから明らかなように、比較例1のAl板を用いた場合、0V〜5Vの電位範囲において大きな還元ピークが観測された。これはAl板の一部がリチウムと合金化したときの還元電流と考えられる。また、図5Bから明らかなように、比較例2のAu板を用いた場合、0V〜4Vの電位範囲において大きな還元ピークが観測された。これは、Au板の一部がリチウムと合金化したときの還元電流と考えられる。   As is clear from FIG. 5A, when the Al plate of Comparative Example 1 was used, a large reduction peak was observed in the potential range of 0V to 5V. This is considered to be a reduction current when a part of the Al plate is alloyed with lithium. Further, as apparent from FIG. 5B, when the Au plate of Comparative Example 2 was used, a large reduction peak was observed in the potential range of 0V to 4V. This is considered to be a reduction current when a part of the Au plate is alloyed with lithium.

これに対し、図4から明らかなように、実施例の炭素ホウ素膜が表面に形成された銅箔を用いた場合、0V〜5Vの電位範囲において酸化ピーク及び還元ピークの何れも観測されず、この電位範囲(0V〜5V)において炭素ホウ素膜が酸化還元されないことが確認された。このことから、炭化ホウ素膜は、負極使用電位において還元溶解されず、またリチウムと合金化しないことが確認され、本発明の目的に適したバリア層(銅箔表面が酸化還元雰囲気下に曝されないように銅箔表面を保護する層)として好ましく使用し得ることが確認された。   On the other hand, as is clear from FIG. 4, when using the copper foil with the carbon boron film of the example formed on the surface, neither the oxidation peak nor the reduction peak was observed in the potential range of 0 V to 5 V, It was confirmed that the carbon boron film was not oxidized / reduced in this potential range (0 V to 5 V). This confirms that the boron carbide film is not reduced and dissolved at the negative electrode working potential and does not alloy with lithium, and the barrier layer suitable for the purpose of the present invention (the copper foil surface is not exposed to the oxidation-reduction atmosphere). Thus, it was confirmed that it can be preferably used as a layer for protecting the copper foil surface.

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.

例えば、図2に示した例では負極集電体10の片面(図では上面)に負極活物質層30を形成した構成を例示したが、これに限らず、負極集電体10の両面(図では上面および下面)に負極活物質層30を形成してもよい。その場合、負極活物質層30が形成された負極集電体10の両面(図では上面および下面)に炭化ホウ素膜40を形成するとよい。   For example, in the example illustrated in FIG. 2, the configuration in which the negative electrode active material layer 30 is formed on one surface (upper surface in the drawing) of the negative electrode current collector 10 is illustrated. Then, the negative electrode active material layer 30 may be formed on the upper surface and the lower surface. In that case, the boron carbide film 40 may be formed on both surfaces (upper surface and lower surface in the drawing) of the negative electrode current collector 10 on which the negative electrode active material layer 30 is formed.

また上述した例では、図1A〜図1Dに示したように、銅箔表面の金属酸化膜(CuO)26を完全に除去して下地の銅から成る無垢な表面22を露出させる処理を行い、しかる後に、露出させた銅から成る無垢な表面22に炭化ホウ素膜40を形成する場合を例示したが、これに限らない。例えば、銅箔表面の金属酸化膜26を完全に除去せずに、銅箔表面22に金属酸化膜26の一部(残渣)を残し、その金属酸化膜26の残渣を含む銅箔表面22に炭化ホウ素膜40を形成してもよい。このように金属酸化膜26の残渣を含む銅箔表面22に炭化ホウ素膜40を形成する場合でも、炭化ホウ素から成るバリア層40によって銅箔表面22が酸化還元雰囲気下に曝されないように銅箔表面22を保護することができるので、銅箔表面22の金属酸化膜26の残渣が消失するのを抑制し得、該金属酸化膜26の残渣の消失に起因する負極活物質層30の剥離を防止することができる。
さらには、図6に示すように、銅箔表面の自然酸化膜26を一切除去せずに、銅箔表面22に自然酸化膜26をそのまま残し、その自然酸化膜26を含む銅箔表面22に炭化ホウ素膜40を形成してもよい。このように自然酸化膜26を含む銅箔表面22に炭化ホウ素膜40を形成する場合でも、炭化ホウ素から成るバリア層40によって銅箔表面22が酸化還元雰囲気下に曝されないように銅箔表面22を保護することができるので、銅箔表面22の自然酸化膜26が消失するのを抑制し得、該金属酸化膜26の消失に起因する負極活物質層30の剥離を防止することができる。
In the example described above, as shown in FIGS. 1A to 1D, the metal oxide film (CuO) 26 on the surface of the copper foil is completely removed to expose the solid surface 22 made of underlying copper, Thereafter, the case where the boron carbide film 40 is formed on the innocent surface 22 made of exposed copper is exemplified, but the present invention is not limited thereto. For example, a part (residue) of the metal oxide film 26 is left on the copper foil surface 22 without completely removing the metal oxide film 26 on the copper foil surface, and the copper foil surface 22 including the residue of the metal oxide film 26 is left on the copper foil surface 22. A boron carbide film 40 may be formed. Thus, even when the boron carbide film 40 is formed on the copper foil surface 22 including the residue of the metal oxide film 26, the copper foil surface 22 is not exposed to the oxidation-reduction atmosphere by the barrier layer 40 made of boron carbide. Since the surface 22 can be protected, the disappearance of the residue of the metal oxide film 26 on the copper foil surface 22 can be suppressed, and the peeling of the negative electrode active material layer 30 due to the disappearance of the residue of the metal oxide film 26 can be prevented. Can be prevented.
Furthermore, as shown in FIG. 6, the natural oxide film 26 on the copper foil surface is not removed at all, and the natural oxide film 26 is left as it is on the copper foil surface 22, and the copper foil surface 22 including the natural oxide film 26 is left. A boron carbide film 40 may be formed. Thus, even when the boron carbide film 40 is formed on the copper foil surface 22 including the natural oxide film 26, the copper foil surface 22 is prevented from being exposed to the redox atmosphere by the barrier layer 40 made of boron carbide. Therefore, the disappearance of the natural oxide film 26 on the copper foil surface 22 can be suppressed, and the peeling of the negative electrode active material layer 30 due to the disappearance of the metal oxide film 26 can be prevented.

なお、本発明に係るリチウム二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)は、上記のとおり品質安定性に優れ、より良好な電池性能を示すことから、特に自動車等の車両に搭載されるモーター(電動機)用電源として好適に使用し得る。したがって本発明は、図7に模式的に示すように、かかるリチウム二次電池(典型的には複数直列接続してなる組電池)1000を電源として備える車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)1を提供する。   In addition, since the lithium secondary battery (for example, lithium ion secondary battery) according to the present invention is excellent in quality stability and exhibits better battery performance as described above, a motor (in particular, a motor mounted on a vehicle such as an automobile ( It can be suitably used as a power source for an electric motor. Therefore, as schematically shown in FIG. 7, the present invention provides a vehicle (typically an automobile, particularly a hybrid automobile) provided with such a lithium secondary battery (typically, a battery pack formed by connecting a plurality of series batteries) 1000 as a power source. , An automobile equipped with an electric motor such as an electric vehicle and a fuel cell vehicle.

10 負極集電体
20 基材(銅箔)
22 基材(銅箔)表面
26 酸化膜
30 負極活物質層
40 炭化ホウ素膜
50 正極
60 セパレータ
80 捲回電極体
100 リチウム二次電池用負極
210 ケース
220 ケース本体
230 蓋体
270 正極端子
272 正極リード端子
280 負極端子
282 負極リード端子
1000 リチウム二次電池
10 Negative electrode current collector 20 Base material (copper foil)
22 Base material (copper foil) surface 26 Oxide film 30 Negative electrode active material layer 40 Boron carbide film 50 Positive electrode 60 Separator 80 Winding electrode body 100 Negative electrode 210 for lithium secondary battery Case 220 Case body 230 Lid body 270 Positive electrode terminal 272 Positive electrode lead Terminal 280 Negative electrode terminal 282 Negative electrode lead terminal 1000 Lithium secondary battery

Claims (14)

負極活物質を含む負極活物質層が負極集電体に保持された構成のリチウム二次電池用負極を製造する方法であって、
金属基材の表面に炭化ホウ素膜を形成し、該炭化ホウ素膜を備える負極集電体を得る工程と、
前記負極集電体の炭化ホウ素膜上に負極活物質を含む負極活物質層を形成する工程と
を包含する、リチウム二次電池用負極の製造方法。
A method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery having a configuration in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is held by a negative electrode current collector,
Forming a boron carbide film on the surface of the metal substrate, obtaining a negative electrode current collector provided with the boron carbide film;
Forming a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material on the boron carbide film of the negative electrode current collector.
前記金属基材の表面には該金属の酸化膜が形成されており、
前記炭化ホウ素膜形成工程前に、該基材の表面に形成された前記金属酸化膜を除去する工程を有する、請求項1に記載の製造方法。
An oxide film of the metal is formed on the surface of the metal substrate,
The manufacturing method of Claim 1 which has the process of removing the said metal oxide film formed in the surface of this base material before the said boron carbide film formation process.
前記基材表面の金属酸化膜を、ドライエッチング、ウェットエッチングおよび還元剤処理のうちの少なくとも一つの処理により除去する、請求項2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 2, wherein the metal oxide film on the surface of the substrate is removed by at least one of dry etching, wet etching, and reducing agent treatment. 前記炭化ホウ素膜は、炭化ホウ素から成るターゲットを用いたスパッタリングにより形成される、請求項1から3の何れか一つに記載の製造方法。   The said boron carbide film is a manufacturing method as described in any one of Claim 1 to 3 formed by sputtering using the target which consists of boron carbide. 前記金属は、銅または銅を主体とする合金である、請求項1から4の何れか一つに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the metal is copper or an alloy mainly composed of copper. 負極活物質を含む負極活物質層が負極集電体に保持された構成のリチウム二次電池用負極であって、
前記負極集電体は、金属基材と、該基材の表面に形成された炭化ホウ素膜とを備え、
前記炭化ホウ素膜を介して前記基材の表面に前記負極活物質層が形成されている、リチウム二次電池用負極。
A negative electrode for a lithium secondary battery having a configuration in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is held by a negative electrode current collector,
The negative electrode current collector comprises a metal substrate and a boron carbide film formed on the surface of the substrate,
A negative electrode for a lithium secondary battery, wherein the negative electrode active material layer is formed on the surface of the base material via the boron carbide film.
前記金属は、銅または銅を主体とする合金である、請求項6に記載のリチウム二次電池用負極。   The negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 6, wherein the metal is copper or an alloy mainly composed of copper. リチウム二次電池用の負極集電体を製造する方法であって、
前記負極集電体用の金属基材の表面に、炭化ホウ素を含有する炭化ホウ素膜を形成する工程を有することを特徴とする、リチウム二次電池用負極集電体の製造方法。
A method for producing a negative electrode current collector for a lithium secondary battery, comprising:
A method for producing a negative electrode current collector for a lithium secondary battery, comprising a step of forming a boron carbide film containing boron carbide on a surface of a metal substrate for the negative electrode current collector.
前記金属基材の表面には該金属の酸化膜が形成されており、
前記炭化ホウ素膜形成工程前に、該基材の表面に形成された前記金属酸化膜を除去する工程を有する、請求項8に記載の製造方法。
An oxide film of the metal is formed on the surface of the metal substrate,
The manufacturing method of Claim 8 which has the process of removing the said metal oxide film formed in the surface of this base material before the said boron carbide film formation process.
前記基材表面の金属酸化膜を、ドライエッチング、ウェットエッチングおよび還元剤処理のうちの少なくとも一つの処理により除去する、請求項9に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 9, wherein the metal oxide film on the surface of the base material is removed by at least one of dry etching, wet etching, and reducing agent treatment. 前記炭化ホウ素膜は、炭化ホウ素から成るターゲットを用いたスパッタリングにより形成される、請求項8から10の何れか一つに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 8, wherein the boron carbide film is formed by sputtering using a target made of boron carbide. 前記金属は、銅または銅を主体とする合金である、請求項8から11の何れか一つに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 8, wherein the metal is copper or an alloy mainly composed of copper. 請求項6または7に記載のリチウム二次電池用負極を用いて構築されたリチウム二次電池。   The lithium secondary battery constructed | assembled using the negative electrode for lithium secondary batteries of Claim 6 or 7. 請求項13に記載のリチウム二次電池を備える車両。   A vehicle comprising the lithium secondary battery according to claim 13.
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