JP2021072243A - リチウムイオン電池用集電体、及び、該集電体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施の形態に従う集電体10の断面を示す図である。集電体10は、たとえば、リチウムイオン電池の負極用集電体に用いられる。図1に示されるように、集電体10は、第1導電性樹脂層100と、第2導電性樹脂層200と、金属被膜層300とを含んでいる。
第1導電性樹脂層100は、ポリオレフィンと、導電性フィラーとを含んでいる。すなわち、第1導電性樹脂層100は、ポリオレフィンと導電性フィラーとを混合することによって形成されている。
第2導電性樹脂層200は、第1導電性樹脂層100上に形成されており、第1面側層220と、第2面側層210とを含んでいる。なお、第1面240は、第1導電性樹脂層100の第2導電性樹脂層200と反対側の面である。第2面230は、第2導電性樹脂層200の第1導電性樹脂層100と反対側の面である。
金属被膜層300は、第2導電性樹脂層200の第2面230上に形成されている。金属被膜層300は、たとえば、銅によって構成される。金属被膜層300は、たとえば、蒸着やスパッタリング等の公知の技術によって形成される。金属被膜層300の厚さは、特に限定されないが、10〜100nmであることが好ましい。
40℃環境における集電体10の比熱容量Cpは、0.9mJ/mg・℃以上、2.2mJ/mg・℃以下である。比熱容量Cpの測定は、JIS K 7123に準拠した方法で行なわれる。
図2は、集電体10の製造装置500を模式的に示す図である。図2に示されるように、製造装置500は、Tダイ部510と、原料投入部520,530,540とを含んでいる。
以上のように、集電体10においては、第2導電性樹脂層200において、導電性フィラーが、第2面側層210よりも第1面側層220の方に多く含まれている。集電体10においては、第1導電性樹脂層100の温度が上昇し該温度上昇に伴なって第2導電性樹脂層200(より第1導電性樹脂層100に近い第1面側層220)が膨張したとしても、第1面側層220の導電性フィラーの含有量が多いため、導電性フィラー同士の接触が維持され易い。したがって、集電体10によれば、第1導電性樹脂層100の温度上昇に伴なう第2導電性樹脂層200の抵抗値の上昇を抑制することができる。
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。以下、変形例について説明する。
<5−1.実施例及び比較例>
各実施例及び比較例の説明においては、第2面側層210を「A層」と称し、第1面側層220を「M層」と称し、第1導電性樹脂層100を「B層」と称した。なお、A層、M層及びB層の各々にはポリプロピレン樹脂が含まれ、該ポリプロピレン樹脂のメルトマスフローレート(MFR)は、13g/10minであった。
実施例1における集電体においては、全体の厚みを50μmとし、第2面上に銅薄膜を形成し、A層・M層の導電性フィラーとしてはニッケル(Ni)を用いた。また、A層及びM層の各々の厚みは15μmとし、導電性フィラーの含有量(体積%)はM層の方がA層よりも多くなるようにした。B層の導電性フィラーはアセチレンブラックとし、B層の厚みは20μmとした。また、第1面上には銅薄膜を形成した。40℃環境における比熱容量は1.07mJ/mg・℃とし、第2面の表面抵抗値は1.45Ω/□とし、第1面の表面抵抗値は0.9Ω/□とした。
実施例2における集電体においては、全体の厚みを50μmとし、第2面上に銅薄膜を形成し、A層・M層の導電性フィラーとしてはニッケル(Ni)を用いた。また、A層の厚みは20μmとし、M層の厚みは10μmとした。導電性フィラーの含有量はM層の方がA層よりも多くなるようにした。B層の導電性フィラーはアセチレンブラックとし、B層の厚みは20μmとした。また、第1面上には銅薄膜を形成した。40℃環境における比熱容量は1.15mJ/mg・℃とし、第2面の表面抵抗値は1.49Ω/□とし、第1面の表面抵抗値は1.07Ω/□とした。
実施例3における集電体においては、全体の厚みを50μmとし、第2面上に銅薄膜を形成し、A層・M層の導電性フィラーとしてはニッケル(Ni)を用いた。また、A層及びM層の各々の厚みは15μmとし、導電性フィラーの含有量はM層の方がA層よりも多くなるようにした。B層の導電性フィラーはアセチレンブラックとし、B層の厚みは20μmとした。また、第1面上には銅薄膜を形成した。40℃環境における比熱容量は0.92mJ/mg・℃とし、第2面の表面抵抗値は1.47Ω/□とし、第1面の表面抵抗値は1.04Ω/□とした。
実施例4における集電体においては、全体の厚みを50μmとし、第2面上に銅薄膜を形成し、A層・M層の導電性フィラーとしてはニッケル(Ni)を用いた。また、A層及びM層の各々の厚みは15μmとし、導電性フィラーの含有量はM層の方がA層よりも多くなるようにした。B層の導電性フィラーはアセチレンブラックとし、B層の厚みは20μmとした。また、第1面上には銅薄膜を形成した。40℃環境における比熱容量は1.14mJ/mg・℃とし、第2面の表面抵抗値は1.4Ω/□とし、第1面の表面抵抗値は10Ω/□とした。
実施例5における集電体においては、全体の厚みを50μmとし、第2面上に銅薄膜を形成し、A層・M層の導電性フィラーとしてはニッケル(Ni)を用いた。また、A層及びM層の各々の厚みは15μmとし、導電性フィラーの含有量はM層の方がA層よりも多くなるようにした。B層の導電性フィラーはアセチレンブラックとし、B層の厚みは20μmとした。また、第1面上には銅薄膜を形成した。40℃環境における比熱容量は2.2mJ/mg・℃とし、第2面の表面抵抗値は1.5Ω/□とし、第1面の表面抵抗値は1.07Ω/□とした。
比較例1における集電体においては、全体の厚みを50μmとし、第2面上に銅薄膜を形成し、A層・M層の導電性フィラーとしてはニッケル(Ni)を用いた。また、A層及びM層の各々の厚みは15μmとし、導電性フィラーの含有量はA層の方がM層よりも多くなるようにした。B層の導電性フィラーはアセチレンブラックとし、B層の厚みは20μmとした。また、第1面上には銅薄膜を形成した。40℃環境における比熱容量は2.4mJ/mg・℃とし、第2面の表面抵抗値は1.5Ω/□とし、第1面の表面抵抗値は1.1Ω/□とした。
比較例2における集電体においては、全体の厚みを50μmとし、第2面上に銅薄膜を形成し、A層・M層の導電性フィラーとしてはニッケル(Ni)を用いた。また、A層及びM層の各々の厚みは15μmとし、導電性フィラーの含有量はA層の方がM層よりも多くなるようにした。B層の導電性フィラーはアセチレンブラックとし、B層の厚みは20μmとした。また、第1面上には銅薄膜を形成した。40℃環境における比熱容量は2.2mJ/mg・℃とし、第2面の表面抵抗値は0.1Ω/□未満とし、第1面の表面抵抗値は1.1Ω/□とした。
比較例3における集電体においては、全体の厚みを50μmとし、第2面上に銅薄膜を形成し、A層・M層の導電性フィラーとしてはニッケル(Ni)を用いた。また、A層及びM層の各々の厚みは15μmとし、導電性フィラーの含有量はM層の方がA層よりも多くなるようにした。B層の導電性フィラーはアセチレンブラックとし、B層の厚みは20μmとした。また、第1面上には銅薄膜を形成した。40℃環境における比熱容量は1.3mJ/mg・℃とし、第2面の表面抵抗値は100Ω/□以上とし、第1面の表面抵抗値は1.06Ω/□とした。
各実施例及び比較例における集電体の貫通抵抗値が温度によりどの程度影響を受けるかに関して評価を行なった。具体的には、各実施例及び比較例における集電体に関し、以下の手順で評価を行なった。
温度影響係数(Ω・cm2/℃)=(80℃抵抗値(Ω・cm2)−40℃抵抗値(Ω・cm2))/(80(℃)−40(℃))
貫通抵抗値(Ω・cm2)=抵抗値(Ω)×3.14(cm2)
上記評価の結果、実施例1〜5は「〇」と評価され、比較例1〜3は「×」と評価された。
Claims (5)
- 第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂層と、
前記第1導電性樹脂層上に形成されており、第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層とを備え、
前記第1導電性フィラーは、導電性カーボンであり、
前記第2導電性フィラーは、白金、金、銀、銅、ニッケル及びチタンが含まれる群から選択される少なくとも1種類の金属元素を含み、
前記第1導電性樹脂層の前記第2導電性樹脂層と反対側の面が第1面であり、
前記第2導電性樹脂層の前記第1導電性樹脂層と反対側の面が第2面であり、
前記第2導電性樹脂層における前記第2導電性フィラーの体積%は、前記第1導電性樹脂層側の方が前記第2面側よりも大きく、
40℃環境における比熱容量Cpは、0.9mJ/mg・℃以上、2.2mJ/mg・℃以下であり、
前記第2面の表面抵抗値は、1Ω/□以上、2Ω/□以下である、リチウムイオン電池用集電体。 - 前記第2面上に形成された金属被膜層をさらに備える、請求項1に記載のリチウムイオン電池用集電体。
- 前記第1面の表面抵抗値は、0.9Ω/□以上、8Ω/□以下である、請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン電池用集電体。
- 前記第1導電性樹脂層の厚さは、前記第1導電性樹脂層の厚さ及び前記第2導電性樹脂層の厚さの和の80%以下である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用集電体。
- リチウムイオン電池用集電体の製造方法であって、
第1導電性フィラーを含む第1導電性樹脂層を形成するステップと、
前記第1導電性樹脂層上に第2導電性フィラーを含む第2導電性樹脂層を形成するステップとを含み、
前記第1導電性フィラーは、導電性カーボンであり、
前記第2導電性フィラーは、白金、金、銀、銅、ニッケル及びチタンが含まれる群から選択される少なくとも1種類の金属元素を含み、
前記第1導電性樹脂層の前記第2導電性樹脂層と反対側の面が第1面であり、
前記第2導電性樹脂層の前記第1導電性樹脂層と反対側の面が第2面であり、
前記第2導電性樹脂層における前記第2導電性フィラーの体積%は、前記第1導電性樹脂層側の方が前記第2面側よりも大きく、
前記製造方法は、前記第2導電性樹脂層における前記第2導電性フィラーの体積%を調整することによって、前記リチウムイオン電池用集電体の40℃環境における比熱容量Cp、及び、前記第2面の表面抵抗値を目標値に制御するステップをさらに含み、
前記比熱容量の目標値は、0.9mJ/mg・℃以上、2.2mJ/mg・℃以下であり、
前記第2面の表面抵抗値の目標値は、1Ω/□以上、2Ω/□以下である、リチウムイオン電池用集電体の製造方法。
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