JP2014022254A - Current collector, method for manufacturing the same, and power storage device - Google Patents

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Megumi Tajima
めぐみ 田島
Masami Tomioka
雅巳 冨岡
Kyoichi Kinoshita
恭一 木下
Hideaki Shinoda
英明 篠田
Manabu Miyoshi
学 三好
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current collector which can also be used for an electrode of a lithium ion secondary battery and can effectively prevent an active material layer from being peeled off.SOLUTION: In a current collector, iron base powder is sintered, the porosity is 30 to 55 vol.%, and a conductive metal layer is provided in at least a part of an inner peripheral surface of a hole. An active material can be filled largely since the porosity is high 30 to 55 vol.%, and power supplying to and receiving from the active material is smoothly performed by the conductive metal layer. For that reason, charge/discharge capacity is improved and an active material layer is inhibited from being peeled off since the active material can be retained in the hole.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電装置の電極などに用いられる集電体とその製造方法、及びその集電体を電極に用いた蓄電装置に関するものである。   The present invention relates to a current collector used for an electrode of a power storage device such as a lithium ion secondary battery, a manufacturing method thereof, and a power storage device using the current collector as an electrode.

リチウムイオン二次電池は、充放電容量が高く、高出力化が可能な二次電池である。現在、主として携帯電子機器用の電源として用いられており、更に、今後普及が予想される電気自動車用の電源として期待されている。リチウムイオン二次電池は、リチウム(Li)を挿入および脱離することができる活物質を正極及び負極にそれぞれ有する。そして、両極間に設けられた電解液内をリチウムイオンが移動することによって動作する。   A lithium ion secondary battery is a secondary battery having a high charge / discharge capacity and capable of high output. Currently, it is mainly used as a power source for portable electronic devices, and further expected as a power source for electric vehicles that are expected to be widely used in the future. Lithium ion secondary batteries have active materials capable of inserting and extracting lithium (Li) in the positive electrode and the negative electrode, respectively. And it operates by moving lithium ions in the electrolyte provided between the two electrodes.

リチウムイオン二次電池においては、正極の活物質として主にリチウムコバルト複合酸化物などのリチウム含有金属複合酸化物が用いられ、負極の活物質としては多層構造を有する炭素材料が主に用いられている。この活物質は有機バインダと共にスラリーとされ、アルミ箔や銅箔などから形成された導電性が高い集電体の表面に塗布された後、プレス・乾燥されることで、活物質層をもつ電極が形成される。   In lithium ion secondary batteries, lithium-containing metal composite oxides such as lithium cobalt composite oxide are mainly used as the active material for the positive electrode, and carbon materials having a multilayer structure are mainly used as the active material for the negative electrode. Yes. This active material is made into a slurry together with an organic binder, applied to the surface of a highly conductive current collector formed of aluminum foil, copper foil, etc., and then pressed and dried to provide an electrode having an active material layer Is formed.

充放電容量を増大させるためには、電極における活物質量を多くすることが求められる。しかし活物質層の厚さを厚くすると、電池全体の厚さが厚くなり省スペース化には貢献しない。また活物質層の集電体と接しない側では集電体との導電が困難となり活物質を効率よく利用できない。またリチウムイオン二次電池の負極においては、充放電時の体積変化が大きくSEIの生成もあるために、集電体と活物質層との間で剥離が生じやすいという問題もあった。   In order to increase the charge / discharge capacity, it is required to increase the amount of active material in the electrode. However, if the thickness of the active material layer is increased, the thickness of the entire battery is increased, which does not contribute to space saving. Further, the side of the active material layer that is not in contact with the current collector is difficult to conduct with the current collector, and the active material cannot be used efficiently. In addition, the negative electrode of the lithium ion secondary battery has a problem in that separation between the current collector and the active material layer is likely to occur because the volume change during charge / discharge is large and SEI is generated.

そこで多数の空孔を有する金属多孔体から集電体を形成し、その空孔内部に活物質を充填することが考えられる。   Therefore, it is conceivable to form a current collector from a metal porous body having a large number of pores and fill the pores with an active material.

例えばニッケル水素二次電池においては、集電体としてニッケルセルメットと称されるニッケル多孔体が用いられている。しかしリチウムイオン二次電池の電極にニッケルを用いると、充放電電位で電解液中にニッケルが溶出して劣化するという問題がある。そこで、特開2011-246779号公報に記載された製造方法などで製造されたアルミ多孔体をリチウムイオン二次電池の電極の集電体に用いれば、溶出の問題を回避することができる。   For example, in a nickel metal hydride secondary battery, a nickel porous body called nickel cermet is used as a current collector. However, when nickel is used for an electrode of a lithium ion secondary battery, there is a problem that nickel is eluted and deteriorates in the electrolyte solution at the charge / discharge potential. Therefore, if an aluminum porous body manufactured by a manufacturing method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-246779 is used as a current collector for an electrode of a lithium ion secondary battery, the problem of elution can be avoided.

この製造方法では、ウレタンやメラミンからなる樹脂多孔体にニッケルなどからなる導電層を形成し、さらに溶融塩浴中でアルミニウムをめっきすることでアルミ多孔体を製造している。しかしながら得られるアルミ多孔体は気孔率が80〜98%と高いものの、アルミニウム部分の体積が2〜20%と小さいために、集電体として用いた場合には電極全体としての導電性が相対的に低いという問題がある。   In this manufacturing method, an aluminum porous body is manufactured by forming a conductive layer made of nickel or the like on a resin porous body made of urethane or melamine, and further plating aluminum in a molten salt bath. However, although the obtained aluminum porous body has a high porosity of 80 to 98%, the volume of the aluminum portion is as small as 2 to 20%, so when used as a current collector, the conductivity of the entire electrode is relatively high. There is a problem that it is low.

また特開2007-100176号公報には、アルミニウム粉末を含む未発泡前駆体を加熱して発泡させることでアルミ多孔体を製造する方法が記載されている。しかしこの方法では、気泡微細化粒子として10質量%程度のケイ素粒子を添加しなければならず、集電体として用いた場合には、そのケイ素によって電気抵抗が大きくなるという問題がある。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-100176 describes a method for producing a porous aluminum body by heating and foaming an unfoamed precursor containing aluminum powder. However, in this method, about 10% by mass of silicon particles must be added as the cell fine particles, and when used as a current collector, there is a problem that the electrical resistance is increased by the silicon.

特開2011-246779号公報JP 2011-246779 特開2007-100176号公報JP 2007-100176

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池の電極にも用いることができ、活物質層の剥離を効果的に防止できる集電体を提供することを解決すべき課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the problem of providing a current collector that can also be used for an electrode of a lithium ion secondary battery and can effectively prevent peeling of an active material layer. It should be a challenge.

上記課題を解決する本発明の集電体の特徴は、鉄基粉末が焼結されてなり空孔率が30〜55体積%であって、空孔の内周表面の少なくとも一部には導電性金属層を有することにある。   A feature of the current collector of the present invention that solves the above problems is that the iron-based powder is sintered and the porosity is 30 to 55% by volume, and at least part of the inner peripheral surface of the pores is electrically conductive. A metal layer.

また本発明の集電体を製造できる本発明の製造方法の特徴は、鉄基粉末を含む原料粉末を成形用金型に充填して加圧し空孔率が30〜55体積%の粉末成形体を形成する成形工程と、粉末成形体を非酸化性雰囲気下で加熱して焼結し空孔率が30〜55体積%の焼結体を形成する焼結工程と、集電体形状とされた焼結体の少なくとも空孔の内周表面の少なくとも一部に導電性金属層を形成する導電化工程と、をこの順で行うことにある。   The production method of the present invention that can produce the current collector of the present invention is characterized in that a powder molded body having a porosity of 30 to 55% by volume filled with a raw material powder containing an iron-based powder and pressed. A powder forming body is heated and sintered in a non-oxidizing atmosphere to form a sintered body having a porosity of 30 to 55% by volume, and a current collector shape. The conductive step of forming a conductive metal layer on at least a part of the inner peripheral surface of the pores of the sintered body is performed in this order.

本発明の集電体によれば、空孔率が30〜55体積%と高いため活物質を多く充填することができる。そして空孔の内周表面には導電性金属層を有しているので、活物質との電気のやりとりが円滑に行われる。これらの効果が相乗的に作用し、充放電容量が向上する。また活物質を空孔内に保持できるので、活物質層の剥離が抑制され蓄電装置におけるサイクル特性が向上する。さらに鉄基粉末を原料としているので、従来の集電体に比べて安価となる。   According to the current collector of the present invention, since the porosity is as high as 30 to 55% by volume, a large amount of active material can be filled. And since it has a conductive metal layer on the inner peripheral surface of the hole, the exchange of electricity with the active material is performed smoothly. These effects act synergistically to improve the charge / discharge capacity. Further, since the active material can be held in the pores, separation of the active material layer is suppressed, and cycle characteristics in the power storage device are improved. Furthermore, since iron-based powder is used as a raw material, it is cheaper than conventional current collectors.

本発明の一実施例に係る集電体の模式的な要部拡大断面図である。It is a typical principal part expanded sectional view of the electrical power collector which concerns on one Example of this invention. サイクル数と放電容量維持率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a cycle number and a discharge capacity maintenance factor.

本発明の集電体は、鉄基粉末が焼結されてなり空孔率が30〜55体積%であって、空孔の内周表面の少なくとも一部には導電性金属層を有する。   The current collector of the present invention has a porosity of 30 to 55% by volume obtained by sintering an iron-based powder, and has a conductive metal layer on at least a part of the inner peripheral surface of the pores.

本発明の集電体は、空孔率が30〜55体積%である。換言すれば、鉄基粉末の占有体積率が45〜70体積%である。空孔率が30体積%より低いと、あるいは占有体積率が70体積%より高いと活物質層の剥離を抑制する作用が低下し、55体積%より高くなると、あるいは占有体積率が45体積%より低くなると強度が低下するとともに活物質との接触面積の低下によって電気のやりとり性が低下する。また空孔率は、40〜55体積%であることがより好ましく、45〜55体積%であることがさらに望ましい。   The current collector of the present invention has a porosity of 30 to 55% by volume. In other words, the occupied volume ratio of the iron-based powder is 45 to 70% by volume. When the porosity is lower than 30% by volume or when the occupied volume ratio is higher than 70% by volume, the action of suppressing the peeling of the active material layer is reduced. When the porosity is higher than 55% by volume, or the occupied volume ratio is 45% by volume. When it is lower, the strength is lowered, and the exchange of electricity is lowered due to the reduction of the contact area with the active material. The porosity is more preferably 40 to 55% by volume, and further preferably 45 to 55% by volume.

ところで鉄基粉末からなる集電体をリチウム系の蓄電装置の電極として用いた場合には、高い電位により鉄が電解液に溶出する場合がある。そこで本発明の集電体は、空孔の内周表面の少なくとも一部に焼結基材とは異なる導電性金属層を有する。この導電性金属層の材質としては、銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金などが例示される。リチウム系の蓄電装置の電極に用いる場合には、電解液に溶出するニッケル以外の導電性金属から導電性金属層を形成することで、集電体からの鉄の溶出を防止することができる。   By the way, when a current collector made of iron-based powder is used as an electrode of a lithium-based power storage device, iron may be eluted into the electrolytic solution by a high potential. Therefore, the current collector of the present invention has a conductive metal layer different from the sintered base material on at least a part of the inner peripheral surface of the pores. Examples of the material of the conductive metal layer include copper, nickel, aluminum, silver, and gold. When used for an electrode of a lithium-based power storage device, elution of iron from the current collector can be prevented by forming a conductive metal layer from a conductive metal other than nickel eluted in the electrolyte solution.

導電性金属層は、空孔の内周表面の少なくとも一部に形成されていればよいが、焼結体が表出しないように空孔の内周表面の全面及び焼結体の骨格表面全面に形成されていることが望ましい。   The conductive metal layer only needs to be formed on at least a part of the inner peripheral surface of the hole, but the entire inner peripheral surface of the hole and the entire skeleton surface of the sintered body so that the sintered body is not exposed. It is desirable that it is formed.

本発明の集電体は、鉄基粉末が焼結されてなるため、従来のセルメットなどに比べて空孔の内周表面の面積が大きい。そのため空孔内における導電性金属層の面積が、ひいては導電性金属層の体積が大きくなるため、活物質との間の電気のやりとり量が大きく高い導電性が発現する。   Since the current collector of the present invention is obtained by sintering an iron-based powder, the area of the inner peripheral surface of the pores is larger than that of a conventional cermet or the like. For this reason, the area of the conductive metal layer in the pores, and consequently the volume of the conductive metal layer, is increased, so that the amount of electricity exchanged with the active material is large and high conductivity is exhibited.

本発明の集電体を製造するには、先ず、鉄基粉末を含む原料粉末を粉末成形用金型に充填して加圧し空孔率が30〜55体積%の粉末成形体を形成する成形工程が行われる。鉄基粉末は鉄を主成分とする粉末が用いられ、純鉄粉末、アトマイズ粉末、鉄合金粉末あるいは焼結工程において鉄合金となる金属粉末が例示されるが、場合によっては酸化鉄粉末を用いることもできる。鉄合金における鉄以外の合金元素としては、C、B、Cr、Mo、Vなどが例示される。   In order to produce the current collector of the present invention, first, a raw material powder containing iron-based powder is filled in a powder molding die and pressed to form a powder compact with a porosity of 30 to 55% by volume. A process is performed. The iron-based powder is a powder containing iron as a main component, and examples thereof include pure iron powder, atomized powder, iron alloy powder, or metal powder that becomes an iron alloy in the sintering process, but in some cases, iron oxide powder is used. You can also. Examples of alloy elements other than iron in iron alloys include C, B, Cr, Mo, and V.

鉄基粉末は、平均粒子径が50μm〜150μmのものを用いることが望ましく、平均粒子径が75μm〜100μmのものがさらに望ましい。平均粒子径が50μm未満では空孔径及び空孔率が小さくなり過ぎて本発明の効果が発現しにくくなり、150μmを超えると集電体としての強度が不足するようになる。   The iron-based powder preferably has an average particle size of 50 μm to 150 μm, and more preferably an average particle size of 75 μm to 100 μm. When the average particle diameter is less than 50 μm, the pore diameter and the porosity become too small, and the effect of the present invention is hardly exhibited, and when it exceeds 150 μm, the strength as a current collector becomes insufficient.

成形工程は、後述する焼結工程における焼結温度未満の低温で溶融する有機バインダを鉄基粉末と混合して粉末成形用金型に充填することが望ましい。溶融した有機バインダが鉄基粉末の粒子どうしの表面に介在するため、加圧時における鉄基粉末の流動性が高まり安定した成形が可能となるとともに、成形後には鉄基粉末の粒子どうしを固着して粉末成形体の強度が向上する。   In the molding step, it is desirable that an organic binder that melts at a low temperature lower than the sintering temperature in the sintering step described later is mixed with an iron-based powder and filled in a powder molding die. Since the molten organic binder is interposed between the surfaces of the iron-based powder particles, the fluidity of the iron-based powder during pressurization increases and stable molding becomes possible, and the iron-based powder particles are fixed after molding. As a result, the strength of the powder compact is improved.

この有機バインダとしては、脂肪族炭化水素、高級脂肪酸、高級脂肪酸塩、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、アマイド系ワックス、熱可塑性樹脂などが例示されるが、潤滑作用をもつステアリン酸、ステアリン酸塩、ステアリン酸エステルから選ばれるものを用いることが好ましい。   Examples of the organic binder include aliphatic hydrocarbons, higher fatty acids, higher fatty acid salts, higher alcohols, higher fatty acid esters, amide waxes, thermoplastic resins, and the like, but stearic acid, stearate having a lubricating action, It is preferable to use one selected from stearic acid esters.

有機バインダの添加量は、鉄基粉末100質量部に対して2.5質量部〜3.5質量部とするのが好ましい。2.5質量部未満では添加した効果を得にくく、3.5質量部を超えて添加すると粉末成形時に安定した成形が困難となったり、集電体の強度が低下する場合がある。3.0質量部〜3.2質量部の範囲が特に好ましい。   The addition amount of the organic binder is preferably 2.5 parts by mass to 3.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron-based powder. If it is less than 2.5 parts by mass, it is difficult to obtain the added effect, and if it exceeds 3.5 parts by mass, stable molding during powder molding may be difficult, and the strength of the current collector may be reduced. The range of 3.0 parts by mass to 3.2 parts by mass is particularly preferable.

成形工程の原料粉末には、鉄基粉末及び有機バインダに加えて、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラックなどのカーボンを添加することも好ましい。カーボンを添加することで集電体としての導電性が向上するとともに、焼結性を向上させ強度が向上するため活物質の保持性が高まり、電極強度が上がりサイクル寿命が向上するという効果がある。また焼結工程で焼失又は溶出すれば、潤滑剤や添加剤などを含んでいてもよい。   In addition to the iron-based powder and the organic binder, it is also preferable to add carbon such as graphite, carbon black, and acetylene black to the raw material powder in the molding step. Addition of carbon improves the electrical conductivity of the current collector, and also improves the sinterability and strength, thereby improving the retention of the active material, increasing the electrode strength, and improving the cycle life. . Further, if burnt out or eluted in the sintering process, a lubricant or an additive may be included.

カーボンの添加量は、鉄基粉末100質量部に対して0.7質量部〜0.9質量部の範囲が好ましい。0.7質量部未満では添加した効果を得にくく、0.9質量部を超えて添加すると鉄とカーボンとの化合物を生成し脆くなる場合がある。   The amount of carbon added is preferably in the range of 0.7 to 0.9 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron-based powder. If it is less than 0.7 parts by mass, it is difficult to obtain the added effect, and if it exceeds 0.9 parts by mass, a compound of iron and carbon may be formed and become brittle.

成形工程では、原料粉末が粉末成形用金型に充填され、加圧されることで空孔率が30〜55体積%の粉末成形体が形成される。加圧力は、鉄基粉末の平均粒子径や有機バインダの添加量などによって異なるが、空孔率が30〜55体積%となるように決定される。空孔率を30〜55体積%とすることで粉末成形体の強度が確保され、焼結工程において粉末成形体と同一形状の焼結体を製造することができる。有機バインダを含む場合には、有機バインダの融点以上又は軟化温度以上に加温した状態で加圧することが望ましい。   In the molding step, the raw material powder is filled in a powder molding die and pressed to form a powder compact with a porosity of 30 to 55% by volume. The applied pressure varies depending on the average particle diameter of the iron-based powder, the amount of organic binder added, etc., but is determined so that the porosity is 30 to 55% by volume. By setting the porosity to 30 to 55% by volume, the strength of the powder molded body is ensured, and a sintered body having the same shape as the powder molded body can be produced in the sintering step. When an organic binder is included, it is desirable to pressurize in a state where the organic binder is heated above the melting point or softening temperature of the organic binder.

焼結工程においては、粉末成形体を非酸化性雰囲気下で加熱して焼結し、空孔率が30〜55体積%の焼結体を形成する。粉末成形体に有機バインダが含まれる場合には、この焼結工程で有機バインダが分解焼失するが、空孔率に及ぼす影響はほとんど無く、焼結体の空孔率及び形状は粉末成形体の空孔率及び形状を反映したものとなる。焼結体の空孔率を30〜55体積%とすることで充填できる活物質の量が増大するとともに活物質層との密着性が向上し、導電化工程におけるめっき液などの含浸性が向上する。   In the sintering step, the powder compact is heated and sintered in a non-oxidizing atmosphere to form a sintered compact having a porosity of 30 to 55% by volume. When an organic binder is included in the powder compact, the organic binder decomposes and burns away in this sintering process, but there is almost no effect on the porosity, and the porosity and shape of the sintered compact are the same as those of the powder compact. It will reflect the porosity and shape. By setting the porosity of the sintered body to 30 to 55% by volume, the amount of active material that can be filled is increased and the adhesion to the active material layer is improved, so that the impregnation property such as plating solution in the conductive process is improved. To do.

非酸化性雰囲気下としては、真空雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、窒素ガス雰囲気下などとすることができ、焼結温度は1080℃〜1100℃とすることができる。   The non-oxidizing atmosphere may be a vacuum atmosphere, an inert gas atmosphere, a nitrogen gas atmosphere, or the like, and the sintering temperature may be 1080 ° C. to 1100 ° C.

導電化工程では、集電体形状とされた焼結体の少なくとも空孔の内周表面の少なくとも一部に導電性金属層が形成される。焼結体の形状が目的とする集電体の形状と一致していない場合には、焼結体は機械加工などによって集電体形状とされ、その後に導電性金属層が形成される。空孔率が30〜55体積%の焼結体とすることで、内部の空孔にも導電性金属層を形成することが可能となる。   In the conductive step, a conductive metal layer is formed on at least a part of the inner peripheral surface of the pores of the sintered body having a current collector shape. When the shape of the sintered body does not match the shape of the target current collector, the sintered body is formed into a current collector shape by machining or the like, and then a conductive metal layer is formed. By using a sintered body having a porosity of 30 to 55% by volume, it is possible to form a conductive metal layer also in the internal pores.

導電性金属層は、銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金などから、無電解めっき法、電気めっき法、CVD法、PVD法などを用いて形成することができる。導電性金属層の層厚は特に制限されない。導電性金属層は、集電体形状とされた焼結体の空孔の内周表面全面と、焼結体の骨格表面全面に形成することが望ましい。なお空孔が外部と連通しておらず密閉空間の独立孔である場合には、その内周表面に導電性金属層を形成する必要はない。また焼結体の表面に表出する空孔が少ない場合には、焼結体の表層を機械加工したり、薬品でエッチングしたりすることで空孔を表出させてもよい。   The conductive metal layer can be formed from copper, nickel, aluminum, silver, gold, or the like using an electroless plating method, an electroplating method, a CVD method, a PVD method, or the like. The layer thickness of the conductive metal layer is not particularly limited. The conductive metal layer is desirably formed on the entire inner peripheral surface of the pores of the sintered body having a current collector shape and on the entire skeleton surface of the sintered body. In addition, when a void | hole does not connect with the exterior and it is an independent hole of sealed space, it is not necessary to form a conductive metal layer in the inner peripheral surface. When there are few vacancies exposed on the surface of the sintered body, the vacancies may be exposed by machining the surface layer of the sintered body or etching with a chemical.

本発明の蓄電装置は、本発明の集電体に活物質を保持させてなる電極を有している。蓄電装置としては、二次電池、電気二重層コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどが例示される。本発明の集電体に活物質を保持させてなる電極は、正極及び負極のどちらでもよい。蓄電装置がリチウムイオン二次電池の場合には、充放電時のリチウムイオンの出入によって体積変化が大きな負極の集電体として用いるのが好ましい。   The power storage device of the present invention has an electrode formed by holding an active material on the current collector of the present invention. Examples of the power storage device include a secondary battery, an electric double layer capacitor, and a lithium ion capacitor. The electrode formed by holding the active material on the current collector of the present invention may be either a positive electrode or a negative electrode. In the case where the power storage device is a lithium ion secondary battery, it is preferably used as a current collector for a negative electrode that has a large volume change due to the entry and exit of lithium ions during charging and discharging.

以下、蓄電装置が非水系二次電池である場合について、その構成を具体的に説明する。   Hereinafter, the configuration of the power storage device in the case of a non-aqueous secondary battery will be specifically described.

電極は、集電体に活物質層が保持されて構成されている。活物質層を形成するには、負極活物質あるいは正極活物質に導電助剤、バインダ、有機溶剤などが混合されたスラリーを用い、集電体に塗布後プレスなどで圧着し、それを乾燥することで形成することができる。   The electrode is configured by holding an active material layer on a current collector. To form the active material layer, a slurry in which a negative electrode active material or a positive electrode active material is mixed with a conductive additive, a binder, an organic solvent, and the like is used. Can be formed.

負極活物質としては、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボンなどのカーボン、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、金属化合物、ホウ素添加炭素、ケイ素、炭素繊維、スズ(Sn)、酸化ケイ素など公知のものを用いることができる。中でもSiOx(0.3≦x≦1.6)で表されるケイ素酸化物が特に好ましい。このケイ素酸化物粉末の各粒子は、不均化反応によって微細なSiと、Siを覆うSiO2とに分解したSiOxからなる。xが下限値未満であると、Si比率が高くなるため充放電時の体積変化が大きくなりすぎてサイクル特性が低下する。またxが上限値を超えると、Si比率が低下してエネルギー密度が低下するようになる。0.5≦x≦1.5の範囲が好ましく、0.7≦x≦1.2の範囲がさらに望ましい。 Negative electrode active materials include graphite, highly oriented graphite, carbon such as mesocarbon microbeads, hard carbon, soft carbon, alkali metals such as lithium and sodium, metal compounds, boron-added carbon, silicon, carbon fiber, tin (Sn ), Known materials such as silicon oxide can be used. Among these, a silicon oxide represented by SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6) is particularly preferable. Each particle of the silicon oxide powder is composed of SiO x decomposed into fine Si and SiO 2 covering Si by a disproportionation reaction. When x is less than the lower limit, the Si ratio increases, so that the volume change during charge / discharge becomes too large, and the cycle characteristics deteriorate. When x exceeds the upper limit value, the Si ratio is lowered and the energy density is lowered. A range of 0.5 ≦ x ≦ 1.5 is preferable, and a range of 0.7 ≦ x ≦ 1.2 is more desirable.

一般に、酸素を断った状態であれば800℃以上で、ほぼすべてのSiOが不均化して二相に分離すると言われている。具体的には、非結晶性のSiO粉末を含む原料酸化ケイ素粉末に対して、真空中または不活性ガス中などの不活性雰囲気中で800〜1200℃、1〜5時間の熱処理を行うことで、非結晶性のSiO2相および結晶性のSi相の二相を含むケイ素酸化物粉末が得られる。 In general, when oxygen is turned off, it is said that almost all SiO disproportionates and separates into two phases at 800 ° C. or higher. Specifically, the raw material silicon oxide powder containing amorphous SiO powder is subjected to heat treatment at 800 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours in an inert atmosphere such as in a vacuum or an inert gas. A silicon oxide powder containing two phases of an amorphous SiO 2 phase and a crystalline Si phase is obtained.

ケイ素酸化物粉末は平均粒径が1μm〜10μmの範囲にあることが望ましい。平均粒径が10μmより大きいと非水系二次電池の充放電特性が低下し、平均粒径が1μmより小さいと凝集して粗大な粒子となるため同様に非水系二次電池の充放電特性が低下する場合がある。   The silicon oxide powder desirably has an average particle size in the range of 1 μm to 10 μm. When the average particle size is larger than 10 μm, the charge / discharge characteristics of the non-aqueous secondary battery are degraded.When the average particle size is less than 1 μm, the particles are aggregated and become coarse particles. May decrease.

またケイ素酸化物として、SiOxに対し炭素材料を1〜50質量%で複合化したものを用いることもできる。炭素材料を複合化することで、サイクル特性が向上する。炭素材料の複合量が1質量%未満では導電性向上の効果が得られず、50質量%を超えるとSiOxの割合が相対的に減少して負極容量が低下してしまう。炭素材料の複合量は、SiOxに対して5〜30質量%の範囲が好ましく、5〜20質量%の範囲がさらに望ましい。SiOxに対して炭素材料を複合化するには、CVD法などを利用することができる。 As silicon oxides, with respect to SiO x may be used as complexed with from 1 to 50% by weight of carbon material. By combining carbon materials, cycle characteristics are improved. If the composite amount of the carbon material is less than 1% by mass, the effect of improving the conductivity cannot be obtained, and if it exceeds 50% by mass, the proportion of SiO x is relatively decreased and the negative electrode capacity is decreased. The composite amount of the carbon material is preferably in the range of 5 to 30% by mass, more preferably in the range of 5 to 20% by mass with respect to SiO x . In order to combine the carbon material with SiO x , a CVD method or the like can be used.

この炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、メソフェーズ炭素、気相成長炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維などが例示されるが、緩衝性能に優れる炭素繊維が好ましい。なお炭素材料のD50平均粒子径は、1〜10μmであることが望ましい。 Examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite, coke, mesophase carbon, vapor-grown carbon fiber, pitch-based carbon fiber, and PAN-based carbon fiber, and carbon fiber having excellent buffer performance is preferable. Note D 50 average particle size of the carbon material is desirably 1 to 10 [mu] m.

負極活物質と共に導電助剤を併用することができる。導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。導電助剤として、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)などを単独でまたは二種以上組み合わせて添加することができる。導電助剤の使用量については、特に限定的ではないが、例えば、活物質100質量部に対して、20〜100質量部程度とすることができる。導電助剤の量が20質量部未満では効率のよい導電パスを形成できず、100質量部を超えると電極の成形性が悪化するとともにエネルギー密度が低くなる。なお炭素材料が複合化されたケイ素酸化物を活物質として用いる場合は、導電助剤の添加量を低減あるいは無しとすることができる。   A conductive additive can be used in combination with the negative electrode active material. The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. Carbon black, graphite, acetylene black (AB), ketjen black (KB), vapor grown carbon fiber (VGCF), etc., which are carbonaceous fine particles, are used alone or in combination of two or more as conductive aids. Can be added. The amount of the conductive aid used is not particularly limited, but can be, for example, about 20 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material. If the amount of the conductive auxiliary is less than 20 parts by mass, an efficient conductive path cannot be formed, and if it exceeds 100 parts by mass, the moldability of the electrode deteriorates and the energy density decreases. Note that when the silicon oxide combined with the carbon material is used as the active material, the amount of the conductive auxiliary agent added can be reduced or eliminated.

有機溶剤には特に制限はなく、複数の溶剤の混合物でも構わない。N-メチル-2-ピロリドン及びN-メチル-2-ピロリドンとエステル系溶媒(酢酸エチル、酢酸n-ブチル、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテートなど)あるいはグライム系溶媒(ジグライム、トリグライム、テトラグライムなど)の混合溶媒が特に好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in an organic solvent, The mixture of a some solvent may be sufficient. N-methyl-2-pyrrolidone and N-methyl-2-pyrrolidone and ester solvents (ethyl acetate, n-butyl acetate, butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, etc.) or glyme solvents (diglyme, triglyme, tetraglyme, etc.) The mixed solvent is particularly preferred.

本発明の蓄電装置がリチウムイオン二次電池の場合、負極を構成するケイ素酸化物には、リチウムがプリドーピングされていることもできる。負極にリチウムをドープするには、例えば対極に金属リチウムを用いて半電池を組み、電気化学的にリチウムをドープする電極化成法などを利用することができる。リチウムのドープ量は特に制約されない。   When the power storage device of the present invention is a lithium ion secondary battery, the silicon oxide constituting the negative electrode can be predoped with lithium. In order to dope lithium into the negative electrode, for example, an electrode formation method in which a half battery is assembled using metallic lithium as the counter electrode and electrochemically doped with lithium can be used. The amount of lithium doped is not particularly limited.

本発明の蓄電装置がリチウムイオン二次電池の場合、正極は、非水系二次電池で使用可能なものであればよい。正極は、集電体と、集電体上に結着された正極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極活物質と、バインダとを含み、さらには導電助剤を含んでも良い。正極活物質、導電助材およびバインダは、特に限定はなく、非水系二次電池で使用可能なものであればよい。   When the power storage device of the present invention is a lithium ion secondary battery, the positive electrode may be any battery that can be used in a non-aqueous secondary battery. The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer bound on the current collector. The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and a binder, and may further include a conductive additive. The positive electrode active material, the conductive additive, and the binder are not particularly limited as long as they can be used in the nonaqueous secondary battery.

正極活物質としては、金属リチウム、LiNiO2、LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、Li2MnO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、硫黄などが挙げられる。集電体は、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼など、リチウムイオン二次電池の正極に一般的に使用されるものであればよい。導電助剤は上記の負極で記載したものと同様のものが使用できる。 Positive electrode active materials include metallic lithium, LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , Li 2 MnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi Examples include 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , and sulfur. The current collector is not particularly limited as long as it is generally used for the positive electrode of a lithium ion secondary battery, such as aluminum, nickel, and stainless steel. As the conductive auxiliary agent, the same ones as described in the above negative electrode can be used.

蓄電装置は、さらに電解液、集電端子などを含んでもよい。電解液としては、有機溶媒に電解質を溶解させた有機溶媒系の電解液や、電解液をポリマー中に保持させたポリマー電解質などの非水系の電解液を好適に用いることができる。電解液あるいはポリマー電解質に含まれる有機溶媒は、負荷特性の点からは鎖状エステルを含んでいることがより好ましい。この鎖状エステルとしては、たとえばプロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などから選ばれる一種以上を用いることができる。また、溶解させる電解質としては、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiI、LiClO4、LiCF3SO3などの有機溶媒に可溶なリチウム金属塩を用いることができる。 The power storage device may further include an electrolytic solution, a current collecting terminal, and the like. As the electrolytic solution, an organic solvent-based electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent or a non-aqueous electrolytic solution such as a polymer electrolyte in which the electrolytic solution is held in a polymer can be suitably used. The organic solvent contained in the electrolytic solution or the polymer electrolyte more preferably contains a chain ester from the viewpoint of load characteristics. As the chain ester, for example, one or more selected from propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and the like can be used. As the electrolyte to be dissolved, a lithium metal salt soluble in an organic solvent such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiI, LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 can be used.

例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの有機溶媒にLiClO4、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3などのリチウム金属塩を0.5mol/Lから1.7mol/L程度の濃度で溶解させた溶液を使用することができる。 For example, an organic solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, or dimethyl carbonate is mixed with a lithium metal salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 at a concentration of about 0.5 mol / L to 1.7 mol / L. A dissolved solution can be used.

セパレータは、非水系二次電池に使用されることができるものであれば特に限定されない。セパレータは、正極と負極とを分離し電解液を保持するものであり、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの薄い微多孔膜を用いることができる。あるいはポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、メチルセルロースなどからなる織布又は不織布を用いることもできる。   A separator will not be specifically limited if it can be used for a non-aqueous secondary battery. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and holds the electrolytic solution, and a thin microporous film such as polyethylene or polypropylene can be used. Alternatively, a woven fabric or a nonwoven fabric made of polypropylene, polyethylene terephthalate, methyl cellulose, or the like can be used.

本発明の蓄電装置が非水系二次電池である場合、その形状に特に限定はなく、円筒型、積層型、コイン型など、種々の形状を採用することができる。いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極にセパレータを挟装させ電極体とし、正極集電体および負極集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リードなどを用いて接続した後、この電極体を電解液とともに電池ケースに密閉して電池となる。   When the power storage device of the present invention is a non-aqueous secondary battery, the shape is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a stacked shape, and a coin shape can be employed. Regardless of the shape, a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body, and the space between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is used for current collection. After connection using a lead or the like, this electrode body is sealed in a battery case together with an electrolyte to form a battery.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

本実施例に係る集電体の模式的な要部拡大断面図を図1に示す。この集電体(1)は、鉄基粒子(10)からなる粉末焼結体と、その表面に形成された銅めっき層(11)とからなり、空孔(12)を有している。以下、この集電体(1)の製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。   FIG. 1 shows a schematic enlarged cross-sectional view of the main part of the current collector according to this example. The current collector (1) includes a powder sintered body made of iron-based particles (10) and a copper plating layer (11) formed on the surface thereof, and has pores (12). Hereinafter, a method for producing the current collector (1) will be described, and a detailed description of the configuration will be given.

<混合工程>
原料粉末として、還元鉄粉(純鉄:JFEスチール社製「JIP240M」、平均粒子径75μm)が96.3質量部と、グラファイトが0.7質量部と、大日化学社製粉末冶金用潤滑剤「ダイワックスW-02」(ステアリン酸、融点60℃)が3質量部とを、ミリング装置を用いて1時間混合した。
<Mixing process>
As raw material powder, reduced iron powder (pure iron: JFE Steel `` JIP240M '', average particle size 75 μm) is 96.3 parts by mass, graphite is 0.7 parts by mass, Dainichi Chemical Co., Ltd. 3 parts by mass of “W-02” (stearic acid, melting point 60 ° C.) was mixed for 1 hour using a milling apparatus.

<成形工程>
縦60mm、横60mm、深さ30mmの角筒型キャビティをもつ粉末成形用金型を用意し、そのキャビティに上記混合粉末を充填し、160℃に加温しつつパンチにより50MPaで加圧して粉末成形を行った。
<Molding process>
Prepare a powder molding die with a rectangular cylinder cavity of 60mm length, 60mm width, 30mm depth, fill the cavity with the above mixed powder, and pressurize with a punch at 50MPa while heating to 160 ° C Molding was performed.

得られた粉末成形体は、断面金属組織観察で空孔部分を画像処理することで測定された占有体積率が約50体積%であり、空孔率が約50体積%であった。しかしこのように空孔率が高いにも関わらず、各粒子どうしはステアリン酸によって結着され、素手でも取り扱い可能な強度を有していた。   The obtained powder compact had an occupied volume ratio of about 50% by volume and a porosity of about 50% by volume as measured by image processing of the pores by cross-sectional metallographic observation. However, despite the high porosity, each particle was bound by stearic acid and had a strength that could be handled with bare hands.

<焼結工程>
得られた粉末成形体を電気炉に入れ、真空雰囲気中にて1080℃で30時間加熱して焼結した。得られた焼結体は、断面金属組織観察で空孔部分を画像処理することで測定された占有体積率が約50体積%であり、空孔率が約50体積%であった。
<Sintering process>
The obtained powder compact was put in an electric furnace and sintered by heating at 1080 ° C. for 30 hours in a vacuum atmosphere. The obtained sintered body had an occupied volume ratio of about 50% by volume and a porosity of about 50% by volume as measured by image processing of the pores by cross-sectional metallographic observation.

<導電化工程>
得られた焼結体を31mm×26mm×30μmの大きさに切り出し、集電体前駆体を得た。続いてホルムアルデヒド浴を用いた無電解銅めっき法により、この集電体前駆体に銅めっきを施し、集電体前駆体を構成する鉄基粒子(10)の表面及び空孔(12)の内周表面に厚さ約5μmの銅めっき層(11)を形成して負極用集電体(1)を得た。
<Conductivity process>
The obtained sintered body was cut into a size of 31 mm × 26 mm × 30 μm to obtain a current collector precursor. Subsequently, the current collector precursor was subjected to copper plating by an electroless copper plating method using a formaldehyde bath, and the surface of the iron-based particles (10) and the pores (12) constituting the current collector precursor were subjected to copper plating. A copper plating layer (11) having a thickness of about 5 μm was formed on the peripheral surface to obtain a current collector for negative electrode (1).

<負極の形成>
SiO粉末(シグマ・アルドリッチ・ジャパン社製、平均粒径5μm)を900℃で2時間熱処理し、平均粒径5μmのSiOx粉末を調製した。この熱処理によって、SiとOとの比が概ね1:1の均質な固体の一酸化ケイ素SiOであれば、固体の内部反応によりSi相とSiO2相の二相に分離する。分離して得られるSi相は非常に微細である。
<Formation of negative electrode>
SiO powder (manufactured by Sigma-Aldrich Japan, average particle size 5 μm) was heat-treated at 900 ° C. for 2 hours to prepare SiO x powder having an average particle size of 5 μm. With this heat treatment, if silicon monoxide SiO is a homogeneous solid having a ratio of Si to O of approximately 1: 1, it is separated into two phases of Si phase and SiO 2 phase by solid internal reaction. The Si phase obtained by separation is very fine.

得られたSiOx粉末50質量部と、天然黒鉛粉末37質量部と、ケッチェンブラック3質量部と、ポリフッ化ビニリデン(PolyVinylidene DiFluoride:PVDF)溶液100質量部(PVDFとして10質量部)とを混合してスラリーを調製した。このスラリーを、上記の負極用集電体(1)の表面にドクターブレードを用いて塗布し、集電体(1)の表面に負極活物質層を形成した。その後、ロールプレス機により加圧し、集電体(1)と負極活物質層を強固に密着接合させた。このとき負極活物質は、空孔(12)内部にも充填された。これを100℃で3時間真空乾燥し、負極活物質層の厚さが16μmの負極を形成した。 Mix 50 parts by mass of the obtained SiO x powder, 37 parts by mass of natural graphite powder, 3 parts by mass of ketjen black, and 100 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PolyVinylidene DiFluoride: PVDF) solution (10 parts by mass as PVDF) To prepare a slurry. This slurry was applied to the surface of the negative electrode current collector (1) using a doctor blade to form a negative electrode active material layer on the surface of the current collector (1). Thereafter, the pressure was applied by a roll press, and the current collector (1) and the negative electrode active material layer were firmly bonded. At this time, the negative electrode active material was also filled in the pores (12). This was vacuum-dried at 100 ° C. for 3 hours to form a negative electrode having a negative electrode active material layer thickness of 16 μm.

<正極の作製>
正極活物質としてのLi[Mn0.3Ni0.5Co0.2]O2と、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダ樹脂としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを混合し、スラリー状の正極合材を調製した。スラリー中の各成分(固形分)の組成比は、Li[Mn0.3Ni0.5Co0.2]O2:AB:PVdF=93:4:3(質量比)であった。このスラリーを集電体に塗布し、集電体上に正極合材層を積層形成した。具体的には、ドクターブレードを用いてこのスラリーを30mm×25mm×20μmのアルミニウム箔(集電体)の表面に塗布した。
<Preparation of positive electrode>
Li [Mn 0.3 Ni 0.5 Co 0.2 ] O 2 as a positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder resin are mixed together to form a slurry-like positive electrode composite. A material was prepared. The composition ratio of each component (solid content) in the slurry was Li [Mn 0.3 Ni 0.5 Co 0.2 ] O 2 : AB: PVdF = 93: 4: 3 (mass ratio). This slurry was applied to a current collector, and a positive electrode mixture layer was laminated on the current collector. Specifically, this slurry was applied to the surface of an aluminum foil (current collector) of 30 mm × 25 mm × 20 μm using a doctor blade.

その後、80℃で20分間乾燥し、正極合材中から有機溶媒を揮発させて除去した。乾燥後、ロールプレス機により、電極密度を調整した。これを真空乾燥炉にて120℃で6時間加熱硬化させて、集電体の上層に厚さ50μm程度の正極合材層が積層されてなる正極を得た。   Thereafter, drying was performed at 80 ° C. for 20 minutes, and the organic solvent was volatilized and removed from the positive electrode mixture. After drying, the electrode density was adjusted with a roll press. This was heat-cured at 120 ° C. for 6 hours in a vacuum drying furnace to obtain a positive electrode in which a positive electrode mixture layer having a thickness of about 50 μm was laminated on the upper layer of the current collector.

<リチウムイオン二次電池の作製>
上記正極と上記負極を共にラミネートフィルムで収容した。すなわち正極および負極の間に、ポリプロピレン微孔質膜からなるセパレータ(「Celgard 2400」Celgard社製)を挟装した。これをラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに下記の電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉されたラミネートセルを得た。電解液は、FEC(フルオロエチレンカーボネート)、EC(エチレンカーボネート)、MEC(メチルエチルカーボネート)、DMC(ジメチルカーボネート)を0.4:2.6:3:4(体積比)の混合溶液にLiPF6を1mol/dm3となる濃度で溶解したものを用いた。正極および負極は外部と電気的に接続可能なタブを備え、このタブの一部はラミネートセルの外側に延出した。以上の工程で、単層ラミネートセルのリチウムイオン二次電池を得た。
<Production of lithium ion secondary battery>
Both the positive electrode and the negative electrode were accommodated in a laminate film. That is, a separator made of a polypropylene microporous membrane (“Celgard 2400” manufactured by Celgard) was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. This was covered with a laminate film, three sides were sealed, and the following electrolyte was injected into the bag-like laminate film. Thereafter, the remaining one side was sealed to obtain a laminate cell in which the four sides were hermetically sealed and the electrode plate group and the electrolyte were sealed. The electrolyte solution is FEC (fluoroethylene carbonate), EC (ethylene carbonate), MEC (methyl ethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate) in a mixed solution of 0.4: 2.6: 3: 4 (volume ratio) with 1 mol / liter of LiPF 6. It was used at a concentration which becomes dm 3. The positive electrode and the negative electrode were provided with a tab that could be electrically connected to the outside, and a part of this tab extended to the outside of the laminate cell. Through the above steps, a lithium ion secondary battery of a single-layer laminate cell was obtained.

[比較例]
負極用集電体として、集電体(1)に代えて31mm×26mm×20μmの銅箔を用いたこと以外は実施例と同様にして負極を形成し、この負極を用いたこと以外は実施例と同様にして単層ラミネートセルのリチウムイオン二次電池を得た。
[Comparative example]
As the negative electrode current collector, a negative electrode was formed in the same manner as in the example except that a 31 mm × 26 mm × 20 μm copper foil was used instead of the current collector (1). A lithium ion secondary battery of a single layer laminate cell was obtained in the same manner as in the example.

<評価試験>
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池について、25℃における充放電試験を1000サイクル行った。充放電試験は、1CのCCCV充電(定電流定電圧充電)の条件下において4.2Vで充電し、1/3CのCC放電の条件下において3.0Vで放電させた。各サイクル数における放電容量維持率を算出し、結果を図2に示す。なお放電容量維持率は、Nサイクル目の放電容量を初回の放電容量で除した値の百分率で求められる。また実施例の試料数はn=4であり、比較例の試料数はn=6である。
<Evaluation test>
About the lithium ion secondary battery of an Example and a comparative example, the charge / discharge test in 25 degreeC was performed 1000 cycles. In the charge / discharge test, the battery was charged at 4.2 V under the condition of 1 C CCCV charge (constant current constant voltage charge), and discharged at 3.0 V under the condition of 1/3 C CC discharge. The discharge capacity retention rate at each cycle number was calculated, and the results are shown in FIG. The discharge capacity retention rate is obtained as a percentage of a value obtained by dividing the discharge capacity at the Nth cycle by the initial discharge capacity. The number of samples in the example is n = 4, and the number of samples in the comparative example is n = 6.

図2より、実施例のリチウムイオン二次電池は比較例に比べて放電容量維持率が高く、サイクル特性に優れている。これは、負極活物質層の劣化が防止されたことを意味し、本発明の集電体を用いることで負極活物質層の剥離が抑制されたことによる効果であることが明らかである。   From FIG. 2, the lithium ion secondary battery of the example has a higher discharge capacity retention rate than the comparative example, and is excellent in cycle characteristics. This means that the deterioration of the negative electrode active material layer was prevented, and it is clear that this is the effect of suppressing the peeling of the negative electrode active material layer by using the current collector of the present invention.

本発明の蓄電装置は、二次電池、電気二重層コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどに利用できる。また電気自動車やハイブリッド自動車のモータ駆動用、パソコン、携帯通信機器、家電製品、オフィス機器、産業機器などに利用される非水系二次電池として有用であり、特に、大容量、大出力が必要な電気自動車やハイブリッド自動車のモータ駆動用に最適に用いることができる。   The power storage device of the present invention can be used for secondary batteries, electric double layer capacitors, lithium ion capacitors, and the like. It is also useful as a non-aqueous secondary battery for motor drive of electric vehicles and hybrid vehicles, personal computers, portable communication devices, home appliances, office equipment, industrial equipment, etc. It can be optimally used for driving motors of electric vehicles and hybrid vehicles.

Claims (11)

鉄基粉末が焼結されてなり空孔率が30〜55体積%であって、空孔の内周表面の少なくとも一部には導電性金属層を有することを特徴とする集電体。   A current collector obtained by sintering iron-based powder and having a porosity of 30 to 55% by volume, and having a conductive metal layer on at least a part of the inner peripheral surface of the pores. 空孔率が40〜55体積%である請求項1に記載の集電体。   2. The current collector according to claim 1, wherein the porosity is 40 to 55% by volume. 前記導電性金属層は銅めっき層である請求項1又は請求項2に記載の集電体。   3. The current collector according to claim 1, wherein the conductive metal layer is a copper plating layer. 前記導電性金属層は前記空孔の内周表面全面に形成されている請求項1〜3のいずれかに記載の集電体。   4. The current collector according to claim 1, wherein the conductive metal layer is formed on the entire inner peripheral surface of the hole. 鉄基粉末を含む原料粉末を粉末成形用金型に充填して加圧し空孔率が30〜55体積%の粉末成形体を形成する成形工程と、
該粉末成形体を非酸化性雰囲気下で加熱して焼結し空孔率が30〜55体積%の焼結体を形成する焼結工程と、
集電体形状とされた該焼結体の少なくとも空孔の内周表面の少なくとも一部に導電性金属層を形成する導電化工程と、をこの順で行うことを特徴とする集電体の製造方法。
A molding step of filling a raw material powder containing iron-based powder into a powder molding die and pressurizing it to form a powder molded body having a porosity of 30 to 55% by volume;
A sintering step in which the powder compact is heated and sintered in a non-oxidizing atmosphere to form a sintered compact having a porosity of 30 to 55% by volume;
A conductive step of forming a conductive metal layer on at least a part of the inner peripheral surface of at least the pores of the sintered body in the shape of a current collector, in this order; Production method.
前記鉄基粉末は、平均粒子径が50μm〜150μmである請求項5に記載の集電体の製造方法。   6. The method for producing a current collector according to claim 5, wherein the iron-based powder has an average particle size of 50 μm to 150 μm. 前記成形工程は、前記焼結工程における焼結温度未満の低温で溶融する有機バインダを前記鉄基粉末と混合して前記粉末成形用金型に充填する請求項5又は請求項6に記載の集電体の製造方法。   7. The collection according to claim 5, wherein the molding step mixes the organic binder that melts at a temperature lower than the sintering temperature in the sintering step with the iron-based powder and fills the powder molding die. A method of manufacturing an electric body. 前記有機バインダはステアリン酸又はステアリン酸塩であり前記鉄基粉末100質量部に対して2.5〜3.5質量部添加されている請求項5〜7のいずれかに記載の集電体の製造方法。   8. The method for producing a current collector according to claim 5, wherein the organic binder is stearic acid or stearate, and 2.5 to 3.5 parts by mass are added to 100 parts by mass of the iron-based powder. 前記導電化工程は無電解めっき法により行う請求項5〜8のいずれかに記載の集電体の製造方法。   9. The method for producing a current collector according to claim 5, wherein the conducting step is performed by an electroless plating method. 請求項1〜4のいずれかに記載の集電体に活物質を保持させてなる電極をもつことを特徴とする蓄電装置。   5. A power storage device comprising an electrode in which an active material is held on the current collector according to claim 1. リチウムイオン二次電池であり前記電極は負極である請求項10に記載の蓄電装置。   11. The power storage device according to claim 10, wherein the power storage device is a lithium ion secondary battery and the electrode is a negative electrode.
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