JP2023098028A - Current collector, electrode for power storage device, lithium ion secondary battery, and method for manufacturing current collector - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、集電体、蓄電デバイス用電極、リチウムイオン二次電池および集電体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to current collectors, electrodes for power storage devices, lithium ion secondary batteries, and methods for manufacturing current collectors.
二次電池の集電体として、樹脂フィルムの片面または両面に導電層を形成した複合材を用いることが提案されている。特許文献1は、そのような複合材を集電体に適用した二次電池用の集電体を開示している。 As a current collector for a secondary battery, it has been proposed to use a composite material in which a conductive layer is formed on one or both sides of a resin film. Patent Literature 1 discloses a current collector for a secondary battery in which such a composite material is applied to the current collector.
上述した複合材の集電体をリチウムイオン二次電池のような非水電解液を備えた蓄電デバイスに用いる場合、集電体は、非水電解液に対して高い耐性を備えていることが好ましい。本開示の一実施形態は、非水電解液に対する耐性に優れた集電体、蓄電デバイス用電極、リチウムイオン二次電池およびそのような集電体の製造方法を提供する。 When the current collector of the composite material described above is used in an electricity storage device having a non-aqueous electrolyte such as a lithium ion secondary battery, the current collector is expected to have high resistance to the non-aqueous electrolyte. preferable. An embodiment of the present disclosure provides a current collector with excellent resistance to non-aqueous electrolyte, an electrode for a power storage device, a lithium ion secondary battery, and a method for manufacturing such a current collector.
本開示の一実施形態による集電体は、樹脂層と、導電層と、前記樹脂層と前記導電層との間に位置する中間層と、を備え、前記導電層は、AlまたはCuを主成分として含み、前記中間層は、Moを主成分として含む。 A current collector according to an embodiment of the present disclosure includes a resin layer, a conductive layer, and an intermediate layer positioned between the resin layer and the conductive layer, wherein the conductive layer is mainly made of Al or Cu. As a component, the intermediate layer contains Mo as a main component.
また、本開示の一実施形態による集電体の製造方法は、樹脂層を用意する工程と、前記樹脂層上にMoを主成分として含む中間層を形成する工程と、前記中間層上にAlまたはCuを主成分として含む導電層を形成する工程とを備える。 Further, a method for manufacturing a current collector according to an embodiment of the present disclosure includes steps of preparing a resin layer, forming an intermediate layer containing Mo as a main component on the resin layer, forming Al on the intermediate layer, Alternatively, a step of forming a conductive layer containing Cu as a main component.
本開示の一実施形態によると、非水電解液に対する耐性に優れた集電体、蓄電デバイス用電極およびリチウムイオン二次電池が提供される。 According to one embodiment of the present disclosure, a current collector, an electrode for a power storage device, and a lithium ion secondary battery having excellent resistance to non-aqueous electrolytes are provided.
樹脂フィルムに導電層が形成された集電体は、構造および厚さの点で、従来、集電体として単体で用いられる金属箔とは異なっている。特に、導電層が樹脂フィルムに支持されており、従来の集電体に用いられる金属箔よりも薄いことが、従来の集電体とは異なる。 A current collector in which a conductive layer is formed on a resin film differs from a metal foil conventionally used as a single current collector in terms of structure and thickness. In particular, the conductive layer is supported by a resin film and is thinner than the metal foil used in conventional current collectors, which is different from conventional current collectors.
リチウムイオン二次電池は、一般に、フッ素原子を含むアニオンを電解質として含む非水電解液を備えており、上述した集電体をリチウムイオン二次電池に用いる場合、非水電解液に対して適切な耐性を備えている必要がある。例えば、このようなリチウムイオン二次電池を高温の環境下で充放電させる場合、フッ素原子を含むアニオンが分解し、分解生成物としてフッ素イオン、つまり、フッ酸が生じる。本願発明者は、非水電解液の分解生成物による、樹脂フィルムに導電層が形成された集電体の劣化を抑制すること、具体的には、樹脂フィルムからの導電層の剥離を抑制することによって、集電体の劣化を抑制し、充放電特性を維持し得る集電体、蓄電デバイス用電極およびリチウムイオン二次電池を想到した。 A lithium ion secondary battery generally includes a non-aqueous electrolyte containing an anion containing a fluorine atom as an electrolyte, and when the above-described current collector is used in a lithium ion secondary battery, must have good tolerance. For example, when such a lithium ion secondary battery is charged and discharged in a high-temperature environment, anions containing fluorine atoms are decomposed to produce fluorine ions, ie, hydrofluoric acid, as a decomposition product. The inventor of the present application aims to suppress deterioration of a current collector in which a conductive layer is formed on a resin film due to decomposition products of a non-aqueous electrolyte, specifically, to suppress peeling of the conductive layer from the resin film. As a result, the present inventors have devised a current collector, an electrode for a power storage device, and a lithium ion secondary battery that can suppress deterioration of the current collector and maintain charge/discharge characteristics.
以下、図面を参照しながら、本開示の集電体、蓄電デバイス用電極およびリチウムイオン二次電池の実施形態を説明する。以下の説明で提示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序などは、あくまでも一例であって、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、以下に説明する各実施形態も、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。 Hereinafter, embodiments of a current collector, an electrode for a power storage device, and a lithium ion secondary battery of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Numerical values, shapes, materials, steps, order of the steps, etc. presented in the following description are merely examples, and various modifications are possible as long as there is no technical contradiction. Also, each embodiment described below is merely an example, and various combinations are possible as long as there is no technical contradiction.
本開示の図面に表された部材の厚さ、寸法、形状等は、説明の便宜のために誇張されていることがある。また、本開示の図面では、過度の複雑さを避けるために、一部の部材を取り出して図示したり、一部の要素の図示を省略したりすることがある。そのため、本開示の図面に表された部材のそれぞれの寸法および部材間の配置は、実際のデバイスにおける部材のそれぞれの寸法および部材間の配置を反映しないことがある。本開示における「垂直」および「直交」は、2つの直線、辺、面等が厳密に90°の角度をなしていることに限られず、90°から±5°程度の範囲にある場合を含む。また、「平行」は、2つの直線、辺、面等が0°から±5°程度の範囲にある場合を含む。 The thickness, size, shape, etc. of members shown in the drawings of this disclosure may be exaggerated for convenience of explanation. Also, in the drawings of this disclosure, some members may be isolated and some elements may be omitted to avoid undue complexity. As such, the respective dimensions and inter-member placement of the members depicted in the drawings of this disclosure may not reflect the respective dimensions and inter-member placement of the members in the actual device. "Perpendicular" and "perpendicular" in the present disclosure are not limited to two straight lines, sides, surfaces, etc. forming an angle of 90 °, but include cases in the range of about ± 5 ° from 90 ° . Also, "parallel" includes cases where two straight lines, sides, surfaces, etc. are in the range of about 0° to ±5°.
本明細書において、「セル」の用語は、少なくとも一対の正極および負極が一体的に組み立てられた構造を指す。本明細書の「電池」の用語は、互いに電気的に接続された1以上の「セル」を有する、電池モジュール、電池パック等の種々の形態を包括する用語として用いられる。 As used herein, the term "cell" refers to an integrally assembled structure of at least one pair of positive and negative electrodes. The term "battery" as used herein is used as an umbrella term for various forms such as battery modules, battery packs, etc., having one or more "cells" electrically connected to each other.
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の集電体の一例を示す模式的な断面図である。本実施形態の集電体はリチウムイオン二次電池などの蓄電デバイスの正極および負極のいずれの電極の集電体としても用いることができる。集電体101は、樹脂層10と、導電層20と、樹脂層10と導電層20との間に位置する中間層30とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the current collector of this embodiment. The current collector of the present embodiment can be used as a current collector for both positive and negative electrodes of an electricity storage device such as a lithium ion secondary battery.
樹脂層10は、集電体101において、導電層20の支持体として機能する。また、樹脂層10は、導電層20よりも小さい密度を有することによって、蓄電デバイスを構成した場合において、単位重量当たりの充電容量を高めることに寄与し得る。
The
樹脂層10は電気絶縁性を備えており、樹脂を含む。樹脂層10は熱可塑性を備えていてもよい。樹脂層10は、具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)、フェノール樹脂(PF)およびエポキシ樹脂(EP)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。樹脂層10は、単層であってもよいし、2以上の複数の層を積層することによって構成されていてもよい。この場合、複数の層のうち、少なくとも1層は、他の層とは異なる樹脂を含んでいてもよい。
The
樹脂層10の厚さは、例えば、3μm以上12μm以下である。樹脂層10の厚さは3μm以上6μm以下であってもよい。樹脂層10の厚さが3μm以上であることによって、支持体として十分な強度が得られる。また、樹脂層10の厚さが12μm以下であることによって、集電体101全体の厚さを小さくできる。このため、複数の電極対を積層した積層型リチウムイオン二次電池を構成した場合、エネルギーの蓄積に寄与しない部分である集電体の占める割合を小さくでき、エネルギー密度を大きくし得る。樹脂層10の厚さが6μm以下であれば、集電体101全体の厚さをより小さくし、積層型リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を大きくすることができる。
The thickness of the
集電体101は、樹脂層10と中間層30との間に位置するアンダーコート層をさらに備えていてもよい。アンダーコート層は、樹脂層10と中間層30との接合強度を高めたり、中間層30にピンホールが形成されるのを抑制したりするために設けられ得る。例えば、アンダーコート層は、アクリル樹脂、ポリオレフィン等の有機材料から形成された層、または、スパッタ法により形成された、金属を含有する層であってもよい。
中間層30は、非水電解液中において、樹脂層10と導電層20との密着性を高め、導電層20が樹脂層10から剥離するのを抑制する機能を有する。中間層30はMoを主成分として含む。ここで主成分とは、部材が1または複数の構成元素を含む場合において、構成元素をモルパーセントで表した含有の割合が最も多い元素を言う。ただし、酸素(O)の含有量が最も多い場合には酸素を除き次に含有量の多い元素を言う。また、構成元素の含有割合は、例えば、中間層30の厚さ方向に平行な断面を走査透過型電子顕微鏡(STEM)で構成元素のライン分析を行うことによって決定することができる。好ましくは、中間層30は、不可避的な不純物元素を除き、金属元素としてMoのみを含む。
The
詳細な理由は明らかではないが、中間層30がMoを含むことによって、非水電解液中に集電体を保持した場合において導電層20が樹脂層10から剥離することが抑制される。特に、リチウムイオン二次電池を高温で充放電した場合に生成すると考えられるフッ素イオンが非水電解液中に存在する場合でも、導電層20が樹脂層10から剥離することが抑制される。
Although the detailed reason is not clear, the inclusion of Mo in the
中間層30において、主成分として含まれるMoは酸化されていてもよい。つまり、中間層30は、モリブデン酸化物を含んでいてもよい。モリブデン酸化物は極性を有するため、中間層30がモリブデン酸化物を含むことによって、中間層30と樹脂層10との界面において、分子構造上極性を有しやすい樹脂層10との相互作用が強まり、密着性がより向上する。モリブデン酸化物中のMoの酸化数は+4であってもよいし+6であってもよいし、他の酸化数を取っていてもよい。また、酸化数の異なるMoを含んでいてもよい。また、中間層30は、全体がモリブデン酸化物からなる酸化モリブデンの単層であってもよい。
In the
上述した理由から中間層30がモリブデン酸化物を含む場合、中間層30の厚さ方向において、モリブデン酸化物は樹脂層10側に多く含まれていることが好ましい。より好ましくは、モリブデン酸化物は中間層30の樹脂層10と接する下面30bに位置している。
For the reason described above, when the
図2は、中間層30がモリブデン酸化物を含む場合における、中間層30の断面の厚さ方向における構成元素の分布を示す模式的なプロファイルの一例である。図2において、横軸は距離を示し、原点は、中間層30と導電層20との界面つまり、中間層30の上面30aに位置している。縦軸は、図2では、構成元素の量を示す。このような中間層30の断面の厚さ方向における構成元素の分布は、例えば、中間層30の断面を走査透過型電子顕微鏡によるエネルギー分散X線分光法(STEM-EDX)によって得ることができる。この場合、縦軸は、X線のカウント数または強度である。
FIG. 2 is an example of a schematic profile showing the distribution of constituent elements in the thickness direction of the cross section of the
図2に示すように、中間層30がモリブデン酸化物を含む場合、例えば、中間層30の断面の厚さ方向における構成元素のプロファイルにおいて、Oピーク位置P1はMoのピーク位置P2よりも樹脂層10側に位置している。このようなプロファイルを有することによって、上述したように中間層30の下面30bにおいて樹脂層10との密着性をより高めることができる。一方、中間層30の導電層20側では、Moの濃度が高いことによって、中間層30は、導電層20側では、金属としての性質が高まり導電層20との密着性が向上する。
As shown in FIG. 2, when the
図2に示す構成元素の分布のプロファイルは一例であってOおよびMoは、他のプロファイルで分布していてもよい。例えば、中間層30において、Oの濃度または存在量(STEM-EDXのプロファイルであればカウント数または強度)は、上面30aから下面30bに向かって段階的または連続的に増加していてもよい。この場合、Moの濃度または存在量は、上面30aから下面30bに向かって段階的または連続的に減少していてもよい。このようなプロファイルを中間層30が有していても、上面30aと導電層20との密着性および下面30bと樹脂層10との密着性を高めることができる。
The distribution profile of the constituent elements shown in FIG. 2 is an example, and O and Mo may be distributed according to another profile. For example, in the
なお、中間層30を形成後、中間層30を形成した成膜装置と異なる成膜装置で導電層20を形成するなどの場合、導電層20の形成前に中間層30の表面が大気に晒されることがある。この場合、中間層30の上面30aは大気中の酸素によって酸化されてもよい。この場合でも、中間層30の厚さ方向において、モリブデン酸化物は樹脂層10側に多く含まれていることが好ましい。
After forming the
中間層30の厚さd2は、例えば、1nm以上200nm未満である。中間層30の厚さd2が1nm以上であれば、連続した膜を形成でき、導電層20と樹脂層10との間の領域全体で密着性を高めることができる。中間層30の厚さd2が200nm未満であることによって、中間層30の形成に要する時間が長くなりすぎず、中間層30の形成時の条件によるダメージ、例えば、熱やプラズマが樹脂層10に与える影響が小さくなり、樹脂層10の劣化が抑制できる。
The thickness d2 of the
熱やプラズマによって生じる樹脂層10へのダメージとしては、例えば、樹脂層10の表面に生じる皺が挙げられる。このような皺が樹脂層10に生じると、皺の凹凸が中間層30および導電層20にも反映される。その結果、塗布によって導電層20上に活物質層を形成する際、活物質層の厚さが不均一になってしまう。つまり、中間層30の厚さd2が200nm未満であることによって、中間層30に皺が生じることが抑制され、集電体上に均一な厚さの活物質層を形成し易くなる。
Damage to the
中間層30の厚さd2は、6nm以上100nm以下であってもよい。中間層30の厚さd2が6nm以上であれば、より確実に導電層20と樹脂層10との間の密着性を高めることができる。また、中間層30の厚さd2が100nm以下であることによって、中間層30への上述したダメージをより抑制することができる。
The thickness d2 of the
中間層30は、Moを主成分として含む限り、他の金属を含んでいてもよい。中間層30は、真空蒸着法、スパッタ法など半導体装置の製造に用いられる公知の薄膜形成技術を用いて形成することができる。
The
導電層20は、集電体101における主たる電流路であり、正極活物質または負極活物質と集電体と接続される端子等との間で電子の授受を行う。導電層20は、金属を主成分として含む。
The
導電層20は、AlまたはCuを主成分として含む。AlはたはCuを主成分として含んでいれば、他の金属をさらに含んでいてもよい。例えば、導電層20は、Cuを主成分として含み、さらにNiを含んでいてもよい。集電体101が正極に用いられる場合には、導電層20はAlを含んでいてもよい。集電体101が負極に用いられる場合には、導電層20はCuまたはNi-Cu合金を含んでいてもよい。
導電層20の厚さd1は、例えば、0.3μm以上3μm以下である。導電層20の厚さd1が0.3μm以上であることにより、導電層20の抵抗を小さくできる。例えば、蓄電デバイスを作製した場合に集電体における抵抗によるエネルギーロスを小さくできる。また、導電層20の厚さが3μm以下であることにより、相対的に樹脂層10に対する導電層20の割合が小さくなり、樹脂層10を用いて集電体の重量を軽減させるというメリットが得られやすくなる。導電層20の厚さは、0.5μm以上1.2μm以下であってもよい。
The thickness d1 of the
導電層20が比較的厚い場合、導電層20は、例えば、シード層21と、主層22とを含んでいてもよい。シード層21および主層22はそれぞれ金属を主成分とし、同じ金属によって構成されていてもよい。
If
シード層21は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法によって形成され、主層22は、めっき法によって形成される。これにより、導電層20全体をスパッタ法や真空蒸着法によって形成することによって、形成時間が長くなり、生産性が低下すること、および、導電層20の形成時に樹脂層10に与えるダメージが大きくなるのを避けることができる。導電層20がシード層21と、主層22とを含む場合、シード層21と主層22の合計の厚さが、上述した好ましい導電層の厚さd1の値を満たしていることが好ましい。
The
一方、導電層20が比較的薄い場合、全体が同じ方法によって形成される単層膜であってよい。例えば、導電層20全体をスパッタ法や真空蒸着法によって形成してもよい。また、中間層30を、めっきを行うための下地層として用い、導電層20全体をめっき法によって形成してもよい。
On the other hand, if the
このように本実施形態の集電体によれば樹脂層10と導電層20との間にMoを主成分として含む中間層30が配置されていることによって、導電層20と樹脂層10との密着性が高められる。よってリチウムイオン二次電池を高温で充放電した場合に生成すると考えられるフッ素イオンが非水電解液中に存在する場合でも、集電体において、導電層20が樹脂層10から剥離することが抑制される。
As described above, according to the current collector of the present embodiment, the
次に本実施形態の集電体の製造方法を説明する。図3は本実施形態の集電体の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態の集電体の製造方法は、樹脂層を用意する工程S1と、中間層を形成する工程S2と、導電層を形成する工程S3とを含む。以下、各工程を詳述する。 Next, a method for manufacturing the current collector of this embodiment will be described. FIG. 3 is a flow chart showing the method for manufacturing the current collector of this embodiment. The current collector manufacturing method of the present embodiment includes a step S1 of preparing a resin layer, a step S2 of forming an intermediate layer, and a step S3 of forming a conductive layer. Each step will be described in detail below.
(1)樹脂層を用意する工程S1
まず、上述した材料で構成され、上述した厚さを有する樹脂層10を用意する。樹脂層10は、例えば、1つのリチウムイオン二次電池に使用される集電体101に対応したサイズを有していてもよいし、一方向に長いシート状の樹脂層がロール状に巻かれた樹脂ロールであってもよい。樹脂ロールを切断せずにそのままの状態で集電体を作製する場合には、ロール・ツー・ロール方式で製造が可能な製造設備を用意する。
(1) Step S1 of preparing a resin layer
First, the
(2)中間層を形成する工程S2
スパッタ法により中間層30を形成する。Moを含むターゲットを用意し、スパッタ装置を用いて樹脂層10上に中間層30を形成する。中間層30の厚さは、成膜レートおよび成膜時間によって調整することができる。実質的にモリブデン酸化物を含まない中間層30を形成する場合には、例えば3N以上のMoターゲットを用い、アルゴン雰囲気中で中間層30を形成する。
(2) Step S2 of forming an intermediate layer
An
モリブデン酸化物を含む中間層30を形成する場合には、モリブデン酸化物を含むターゲットを用いてスパッタを行ってもよいし、または、Moターゲットを用いて酸素ガスを含む雰囲気中でスパッタを行ってもよい。また、中間層30の形成途中で雰囲気中の酸素ガス濃度を変化させることによって中間層30の厚さ方向における酸素(O)の含有率を変化させることができる。例えば第1濃度で酸素ガスを含む雰囲気中でスパッタを開始し、段階的または連続的に酸素ガス濃度を第1濃度から低下させることによって、樹脂層10側でOの含有率が高く導電層20側でOの含有率が低い中間層を形成することができる。
When forming the
(3)導電層を形成する工程S3
中間層30上に導電層20を形成する。例えば、Cuを主成分として含む導電層20を形成する。まず、例えばスパッタ法によってシード層21を中間層30上に形成する。続いて、シード層21をカソードとして電解めっきを行うことによって、シード層21上に主層22を形成する。これによりシード層21および主層22を含む導電層20を形成することができる。
(3) Step S3 of forming a conductive layer
A
Alを主成分とする導電層20を形成する場合には、スパッタ法あるいは真空蒸着法によって主層22のみを含む導電層20を形成してもよい。
When forming the
(第2の実施形態)
図4は、本実施形態の集電体の一例を示す模式的な断面図である。本実施形態の集電体102は、樹脂層10と、導電層20と、中間層33とを備えており、中間層33が、第1副中間層31および第2副中間層32を有する点で第1の実施形態の集電体101と異なる。図4に示すように、第1副中間層31は、第2副中間層32よりも樹脂層10に近接しており、第2副中間層32は、第1副中間層31よりも導電層20に近接している。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the current collector of this embodiment. The
第1副中間層31および第2副中間層32は、第1の実施形態で説明した中間層30と同様の材料によって構成されている。ただし、第1副中間層31におけるOの含有率は第2副中間層32におけるOの含有率よりも大きい。ここで、第1副中間層31および第2副中間層32におけるOの含有率を比較する場合には、それぞれの層におけるOの含有率の厚さ方向の平均値を用いる。
The first
図5は、中間層33の断面の厚さ方向における構成元素の分布を示す模式的なプロファイルの一例である。第1の実施形態と同様、図5において、横軸は距離を示し、原点は、中間層33と導電層20との界面に位置している。縦軸は、構成元素の量を示す。STEM-EDXのライン分析による構成元素のプロファイルであっても距離に対してX線のカウント数または強度は同様の変化を示す。
FIG. 5 is an example of a schematic profile showing the distribution of constituent elements in the thickness direction of the cross section of the
図5に示すように、中間層33の断面の厚さ方向における構成元素のプロファイルにおいて、Oピーク位置P3はMoのピーク位置P4よりも樹脂層10側に位置している。好ましくは、Oピーク位置P3は第1副中間層31内に位置しており、Moのピーク位置P4は、第2副中間層32内に位置している。このようなプロファイルを有することによって中間層33の下面33b、つまり第1副中間層31と樹脂層10との密着性をより高めることができる。一方、中間層33の上面33a、つまり、第2副中間層32と導電層20との密着性が向上する。
As shown in FIG. 5, in the profile of the constituent elements in the thickness direction of the cross section of the
第1副中間層31の厚さd3は、例えば、1nm以上100nm以下である。また、第2副中間層32の厚さd4は、例えば、1nm以上100nm以下である。第1副中間層31の厚さd3および第2副中間層32の厚さd4の合計の厚さは、好ましくは、200nm未満である。第1副中間層31の厚さd3および第2副中間層32の厚さd4が、それぞれ1nm以上であることによって、それぞれの層が連続した膜として形成されやすくなる。このため、樹脂層10と第1副中間層31との間、および、導電層20と第2副中間層32との間の密着性向上の効果が得られやすくなる。また、第1副中間層31の厚さd3および第2副中間層32の厚さd4が、それぞれ100nm以下であることによって、樹脂層10への熱等によるダメージをより抑制することができる。第2副中間層32の厚さd4は、第1副中間層31の厚さd3よりも大きいほうが好ましい(d3<d4)。より金属的性質が高い第2副中間層32の方が第1副中間層31よりも厚いことによって、中間層33全体の強度を高めることができる。
The thickness d3 of the first
集電体102も第1の実施形態の集電体101と同様の方法によって作製することができる。集電体102を作製する場合には、中間層30に替えて中間層33を形成する。つまり、上述した中間層を形成する工程S2では、第1副中間層31と第2副中間層32を形成する。例えば、Moターゲットを用い、第1濃度で酸素を含む雰囲気中において第1副中間層31を形成し、第1濃度よりも低い第2濃度で酸素を含む雰囲気中において第2副中間層32を形成する。これにより、第1副中間層31と第2副中間層32とを含む中間層33が形成される。
The
本実施形態の集電体101によれば、樹脂層10と導電層20との間にMoを主成分として含む中間層33が配置されていることによって、導電層20と樹脂層10との密着性が高められる。特に、中間層33が第1副中間層31と第2副中間層32とを含むことによって、中間層33と樹脂層10との間、および、中間層33と導電層20との間の密着性をより向上させることができる。よって、リチウムイオン二次電池を高温で充放電した場合に生成すると考えられるフッ素イオンが非水電解液中に存在する場合でも、集電体において、導電層20が樹脂層10から剥離することがより抑制される。
According to the
なお、図1を参照して説明した集電体101および図4を参照して説明した集電体102は、樹脂層10の片面にのみ導電層20を備えていたが、両面に導電層20を備えていてもよい。例えば、図6は、樹脂層の両面に導電層を備えた集電体103を示す。集電体103は、第1面10aと、第1面10aと反対側に位置する第2面10bとを有する樹脂層10を備えている。樹脂層10の第1面10aには上述した集電体102と同様の構造が形成されている。
The
一方、樹脂層10の第2面10bにも集電体102と同様の構造が形成されている。具体的には、集電体103は、導電層20’と、第1副中間層31’および第2副中間層32’を含む中間層33’とをさらに備える。第1副中間層31’は、樹脂層10と、第2副中間層32’との間に位置している。第2副中間層32’は、第1副中間層31’と、導電層20’との間に位置している。導電層20’、第1副中間層31’および第2副中間層32’を構成する材料および厚さ、これらの層の機能等については、対応する導電層20、第1副中間層31および第2副中間層32と同じである。応力の観点では、第1副中間層31’および第2副中間層32’を構成する材料および厚さは、対応する第1副中間層31および第2副中間層32を構成する材料および厚さと同じであってもよい。導電層20’を構成する材料は、対応する導電層20を構成する材料と同じである。応力の観点から、導電層20’の厚さは導電層20の厚さと同じであってもよい。
On the other hand, a structure similar to that of the
集電体103によれば、樹脂層10の両面に導電層20、20’を備えるため、両面に電極を形成することができる。よって、蓄電デバイスにおける樹脂層が占める割合を小さくして、単位面積当たりの電池容量を高めることができる。
According to the
(第3の実施形態)
蓄電デバイス用電極の実施形態を説明する。本実施形態の蓄電デバイス用電極は、蓄電デバイスの正極にも負極にも用いることができる。図7は、蓄電デバイス用電極201の分解斜視図である。蓄電デバイス用電極201は、集電体210と、活物質層220とを備える。集電体210は、第1部分210sと第2部分210tとを含み、第1部分210sに活物質層220が配置されている。第2部分210tには活物質層220は設けられておらず、外部への電気的接続のためのタブとして機能する。活物質層220は、充電(または蓄電)および放電に伴って酸化還元される活物質を含む。集電体210は、活物質層220を支持し、活物質層220へ電子を供給し、活物質層220から電子を受け取る。
(Third embodiment)
An embodiment of an electrode for a power storage device will be described. The electricity storage device electrode of the present embodiment can be used for both the positive electrode and the negative electrode of the electricity storage device. FIG. 7 is an exploded perspective view of the electricity
集電体210は、第1の実施形態または第2の実施形態で説明した集電体101、102、103のいずれかである。集電体103を用いる場合には、図7には示していない他の活物質層を集電体210の裏面側(活物質層220が配置されていない側)の第1部分210sに配置する。
The
活物質層220は、リチウムイオンを吸蔵および放出する正極活物質または負極活物質を含む。正極活物質は、例えば、リチウムを含有する複合金属酸化物を含む。リチウムを含有する複合金属酸化物として、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、リチウムバナジウム化合物(LiV2O5)、オリビン型LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrからなる群より選ばれる1種類以上の元素またはバナジウム酸化物)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、一般式:LiNixCoyMnzMaO2(x+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、上記一般式中のMは、Al、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crからなる群より選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、および、一般式:LiNixCoyAlzO2(0.9<x+y+z<1.1)で表される複合金属酸化物等を挙げることができる。正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な材料として、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセン等を含有していてもよい。
活物質層220は、さらにバインダーおよび導電助剤の少なくとも一方を含んでいてもよい。バインダーには、公知の種々の材料を用いることができる。正極に用いる活物質層220中のバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)およびポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂を用いることができる。
バインダーとして、ビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。例えば、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等を正極に用いる活物質層220のバインダーに適用してもよい。
A vinylidene fluoride-based fluororubber may be used as the binder. For example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride- Pentafluoropropylene fluororubber (VDF-PFP fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-PFP-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetra Fluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFMVE-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber), etc. are applied to the binder of the
導電助剤の例は、カーボン粉末、カーボンナノチューブ等の炭素材料である。カーボン粉末には、カーボンブラック等を適用できる。正極に用いる活物質層220の導電助剤の他の例は、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属粉末、および、ITO等の導電性酸化物の粉末である。上述した材料の2種以上を混合して活物質層220に含有させてもよい。
Examples of conductive aids are carbon materials such as carbon powder and carbon nanotubes. Carbon black or the like can be applied to the carbon powder. Other examples of the conductive aid for the
負極活物質は炭素材料を含む。炭素材料の例としては、例えば、天然または人造の黒鉛、カーボンナノチューブ、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、低温度焼成炭素等が挙げられる。負極活物質は炭素材料以外の材料を含んでいてもよい。例えば、金属リチウム等のアルカリ金属およびアルカリ土類金属、リチウム等の金属と化合物を形成できる、スズ等の金属またはシリコン、シリコン・カーボン複合材、酸化物を主体とする非晶質の化合物(SiOx(0<x<2)、二酸化スズ等)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)等の粒子を含んでいてもよい。 The negative electrode active material contains a carbon material. Examples of carbon materials include natural or artificial graphite, carbon nanotubes, non-graphitizable carbon, easily graphitizable carbon (soft carbon), low-temperature fired carbon, and the like. The negative electrode active material may contain materials other than the carbon material. For example, alkali metals such as metallic lithium and alkaline earth metals, metals such as tin that can form compounds with metals such as lithium, silicon, silicon-carbon composites, amorphous compounds mainly composed of oxides (SiO x (0<x<2), tin dioxide, etc.), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), and other particles may be included.
負極に用いられる活物質層220のバインダーおよび導電助剤には、上述したバインダーおよび導電助剤を同様に用いることができる。また、負極用のバインダーとして、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド、ポリアミドイミド、アクリル樹脂等を用いてもよい。
As the binder and conductive aid of the
正極用および負極用の蓄電デバイス用電極は、公知の製造方法によって製造することができる。 The positive electrode and negative electrode for an electric storage device can be manufactured by a known manufacturing method.
本実施形態の蓄電デバイス用電極では、集電体の樹脂層と導電層との密着性が高められている。このため、本実施形態の蓄電デバイス用電極を含むリチウムイオン二次電池が、電解質の分解しやすい条件、例えば、高温でリチウムイオン二次電池が使用される場合でも導電層が樹脂層から剥離することがより抑制され、集電体の劣化による電池特性の低下が抑制される。 In the electricity storage device electrode of the present embodiment, the adhesion between the resin layer of the current collector and the conductive layer is enhanced. For this reason, even when the lithium ion secondary battery including the electricity storage device electrode of the present embodiment is used under conditions that facilitate decomposition of the electrolyte, for example, when the lithium ion secondary battery is used at high temperatures, the conductive layer is peeled off from the resin layer. This further suppresses deterioration of battery characteristics due to deterioration of the current collector.
(第4の実施形態)
リチウムイオン二次電池の実施形態を説明する。
(Fourth embodiment)
An embodiment of a lithium ion secondary battery will be described.
図8は、リチウムイオン二次電池301の一例を示す模式的な外観図であり、図9は、図8に示すリチウムイオン二次電池におけるセルを取り出して示す分解斜視図である。ここでは、リチウムイオン二次電池として、パウチ型あるいはラミネート型と呼ばれるリチウムイオン二次電池を例示する。図示するリチウムイオン二次電池は、単層型であるが、積層型であってもよい。図示する例において、セルを構成する正極、セパレータおよび負極は、図のZ方向に沿って積層されている。
FIG. 8 is a schematic external view showing an example of the lithium ion
リチウムイオン二次電池301は、セル310と、セル310に接続された一対のリード311と、セル310を覆う外装体313と、電解質314とを備える。
A lithium ion
セル310は、蓄電デバイス用電極201と、蓄電デバイス用電極201’と、これらの間に配置されたセパレータ320とを含む。図示する例では、セル310は、一対の電極を含む単層セルである。
The
蓄電デバイス用電極201と、蓄電デバイス用電極201’とは第3の実施形態で説明した蓄電デバイス用電極201であり、一方が正極活物質を含む正極として、他方が負極活物質を含む負極として構成されている。
The power
セパレータ320は、絶縁性の多孔質材である。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンの単層フィルムもしくは積層フィルム、または、セルロース、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド(例えば芳香族ポリアミド)、ポリエチレンおよびポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の繊維の不織布、多孔質フィルムなどを用いることができる。
外装体313の内側の空間には、電解質314がさらに配置される。電解質314は、リチウムイオンを含む非水電解質であり、例えば、リチウムイオンを含む非水電解液である。電解質314に非水電解液を適用した場合、典型的には、外装体313とリード311との間に、非水電解液の漏出を防止するための封止材(例えば、ポリプロピレン等の樹脂フィルム、図8において不図示)が配置される。
An
電解質314としては、例えば、リチウム塩等の金属塩および有機溶媒を含有する非水電解液を用いることができる。リチウム塩には、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2、LiBOB等を使用できる。これらのリチウム塩の1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合させてもよい。
As the
電解質314の溶媒には、例えば、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを用いることができる。具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカールボネート等を用いることができる。
Cyclic carbonates and chain carbonates, for example, can be used as the solvent for the
リチウムイオン二次電池301は、例えば以下の方法によって製造できる。まず、上記実施形態で説明したように蓄電デバイス用電極201、201’を作製する。その後、セパレータ320を介して活物質層同士が対向するように蓄電デバイス用電極201および蓄電デバイス用電極201’を保持し、外装体313の空間に挿入する。電解質314を外装体313の空間に配置し、外装体313を封止することによって、リチウムイオン二次電池301が完成する。
The lithium ion
リチウムイオン二次電池301によれば、集電体の樹脂層と導電層との密着性が高められている。このため、高温でリチウムイオン二次電池が使用される場合でも導電層が樹脂層から剥離することがより抑制され、集電体の劣化による電池特性の低下が抑制される。
According to the lithium ion
(実施例)
実施例の集電体および参考例の集電体を作製し、特性を評価した。
(Example)
A current collector of an example and a current collector of a reference example were produced and their properties were evaluated.
[試料の作製]
実施例1から実施例36および参考例1から参考例4の集電体を以下の方法により作製した。
[Preparation of sample]
Current collectors of Examples 1 to 36 and Reference Examples 1 to 4 were produced by the following method.
実施例1~実施例26
図6に示す構造を備えた集電体103において、中間層33および中間層33’が単層である集電体を作製した。樹脂層10には、厚さ6μmのポリエチレンテレフタレート樹脂を用いた。表1に示す材料をターゲットに用いたスパッタ法により樹脂層の両面に中間層を形成した。酸化モリブデンターゲットには酸素(O)含有率が70原子%のものを用いた。中間層の厚さは、堆積時間および出力によって表1に示すように調節した。表1に示す中間層の厚さは片面に形成される中間層の厚さを示している。
Examples 1 to 26
In the
Alの導電層20、20’は、真空蒸着法によって樹脂層10のそれぞれの面の中間層上に形成した。Cuの導電層20、20’は、シード層21、21’および主層22、22’に分けて形成した。厚さ50nmのシード層21をスパッタにより樹脂層10のそれぞれの面の中間層上に形成した後、主層22、22’を電解めっきによって同時に形成した。シード層21、21’の厚さと主層22、22’の厚さの合計の厚さが表1の値となるように、主層22、22’の厚さを電解めっき時のめっき時間および電流密度によって調節した。表1に示す導電層の厚さは片面に形成される導電層の厚さを示している。
The Al conductive layers 20, 20' were formed on the intermediate layers on the respective surfaces of the
参考例1~参考例4
参考例1の集電体は、中間層としてNiを用いたこと以外、実施例1と同様の手順で作製した。参考例3の集電体は、中間層としてNiを用いたこと以外、実施例14と同様の手順で作製した。Niの中間層はスパッタにより形成した。参考例2の集電体は、中間層を形成しなかったことを除き、実施例1と同様の手順で作製した。参考例4の集電体は、中間層を形成しなかったことを除き、実施例14と同様の手順で作製した。
Reference Example 1 to Reference Example 4
A current collector of Reference Example 1 was produced in the same manner as in Example 1, except that Ni was used as the intermediate layer. A current collector of Reference Example 3 was produced in the same procedure as in Example 14, except that Ni was used as the intermediate layer. The intermediate layer of Ni was formed by sputtering. A current collector of Reference Example 2 was produced in the same procedure as in Example 1, except that no intermediate layer was formed. A current collector of Reference Example 4 was produced in the same manner as in Example 14, except that no intermediate layer was formed.
実施例27~実施例36
図6に示す構造を備えた集電体103を作製した。第1副中間層31、31’および第2副中間層32、32’は、表2に示す材料をターゲットに用いたスパッタ法により形成した。酸化モリブデンターゲットには酸素(O)含有率が70原子%のものを用いた。第1副中間層31、31’および第2副中間層32、32’の厚さは、堆積時間および出力によって調節した。樹脂層10および導電層20、20’は、実施例1~実施例26と同様の手順によって形成した。実施例36では、Cu:90原子%-Ni10原子%の割合の合金からなる導電層20、20’を蒸着法によって形成した。
Examples 27 to 36
A
[評価]
(1)目視評価
作製した実施例1~実施例36および参考例1~参考例4の集電体の表面を、光学顕微鏡を用いて観察し、単位面積(横300mm×縦200mm)あたりに生じている皺の数をカウントした。皺がない場合を優(EXCELLENT)、皺が1~2本ある場合を良(GOOD)、皺が3本以上ある場合を不可(POOR)と評価した。
[evaluation]
(1) Visual evaluation The surfaces of the current collectors produced in Examples 1 to 36 and Reference Examples 1 to 4 were observed using an optical microscope, and a unit area (300 mm horizontal × 200 mm vertical) We counted the number of wrinkles on the skin. A case with no wrinkles was evaluated as excellent (EXCELLENT), a case with 1 or 2 wrinkles was evaluated as good (GOOD), and a case with 3 or more wrinkles was evaluated as poor (POOR).
(2)電解液耐性
実施例1~実施例36および参考例1~参考例4の集電体をリチウムイオン二次電池と類似した環境で保持し、導電層の剥離を評価した。具体的には、LiPF6を1mol%の濃度で含むジメチルカールボネートの非水電解液を調製し、非水電解液に1000質量ppmの割合で水を添加した。
(2) Electrolyte Solution Resistance The current collectors of Examples 1 to 36 and Reference Examples 1 to 4 were held in an environment similar to that of a lithium ion secondary battery, and peeling of the conductive layer was evaluated. Specifically, a non-aqueous electrolytic solution of dimethyl carbonate containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol % was prepared, and water was added to the non-aqueous electrolytic solution at a rate of 1000 mass ppm.
非水電解液を容器に入れ、作製した集電体を容器内の非水電解液に浸漬し、全体をラミネートフィルムで封止し、85℃の恒温槽で72時間保管した。その後、ラミネートフィルムから集電体を取り出し、有機溶媒で洗浄した。 A non-aqueous electrolyte was placed in a container, the produced current collector was immersed in the non-aqueous electrolyte in the container, the whole was sealed with a laminate film, and stored in a constant temperature bath at 85° C. for 72 hours. After that, the current collector was taken out from the laminate film and washed with an organic solvent.
得られた高温保管後の集電体について電解液耐性を評価した。 Electrolyte resistance was evaluated for the obtained current collector after high-temperature storage.
電解液耐性の評価は2種類の方法で行った。高温保管後の集電体の導電層の表面を綿棒で擦り、綿棒に導電層の一部が付着した場合、樹脂層から導電層が剥離したと認定し、不可(POOR)と判定した。また、高温保管後の集電体の導電層の表面に、4N/cmの密着力を備えた粘着テープを貼付し、導電層が付着するかどうかを調べた。綿棒による剥離は認められないが粘着テープによる付着が認められた場合には、良(GOOD)と判定した。綿棒による剥離も認められず、粘着テープによる付着も認められない場合には優(EXCELLENT)と判定した。 Evaluation of electrolyte solution resistance was performed by two kinds of methods. The surface of the conductive layer of the current collector after high-temperature storage was rubbed with a cotton swab, and when a part of the conductive layer adhered to the cotton swab, it was determined that the conductive layer had separated from the resin layer, and it was determined to be unsatisfactory (POOR). In addition, an adhesive tape having an adhesive force of 4 N/cm was attached to the surface of the conductive layer of the current collector after high-temperature storage, and whether or not the conductive layer adhered was examined. When no peeling by the cotton swab was observed, but adhesion by the adhesive tape was observed, it was judged to be good (GOOD). When neither peeling with a cotton swab nor adhesion with an adhesive tape was observed, it was judged as excellent (EXCELLENT).
表1、2に評価結果を示す。 Tables 1 and 2 show the evaluation results.
[結果および考察]
表1、2に示すように、中間層を有しない参考例2、4の集電体では、Alの導電層であってもCuの導電層であっても、電解液耐性が不可である。また、参考例1、3から分かるようにNiの中間層を用いた場合でも電解液耐性は不可である。
[Results and Discussion]
As shown in Tables 1 and 2, the current collectors of Reference Examples 2 and 4, which do not have an intermediate layer, have poor electrolytic solution resistance regardless of whether the Al conductive layer or the Cu conductive layer is used. Moreover, as can be seen from Reference Examples 1 and 3, even when the intermediate layer of Ni is used, the resistance to the electrolytic solution is unsatisfactory.
これに対し、中間層がMoを含む場合には、中間層がモリブデン金属で構成されていても、酸化モリブデン(実施例13)で構成されていても電解液耐性が良または優の結果が得られている。また、第1の実施形態の構造であっても第2の実施形態の構造であっても、電解液耐性が優の結果が得られる条件があることが分かる。 On the other hand, when the intermediate layer contains Mo, even if the intermediate layer is composed of molybdenum metal or molybdenum oxide (Example 13), good or excellent electrolyte resistance results are obtained. It is Moreover, it can be seen that both the structure of the first embodiment and the structure of the second embodiment have conditions under which excellent resistance to the electrolyte solution can be obtained.
これらの結果から、集電体が中間層を有しない場合、導電層と樹脂層との密着性は、少なくとも非水電解液中、高温で保管された後では低下すると考えられる。また、導電層と樹脂層との間に中間層があれば密着性が充分に改善されるというわけではなく、中間層に含まれる主成分の元素が重要であると考えられる。表1、2の結果から、中間層がMoを含む場合、モリブデン酸化物でも金属モリブデンであっても、導電層と樹脂層との密着性が向上すると考えられる。また、Cuの導電層、Cu-Niの導電層およびAlの導電層で密着性向上の効果が得られていることから、本発明は、正極集電体および負極集電体のいずれにも適用可能であることが分かる。 From these results, it is considered that when the current collector does not have an intermediate layer, the adhesion between the conductive layer and the resin layer is reduced at least after being stored in the non-aqueous electrolyte at high temperature. Further, the presence of an intermediate layer between the conductive layer and the resin layer does not necessarily mean that the adhesion is sufficiently improved, and it is considered that the main component elements contained in the intermediate layer are important. From the results in Tables 1 and 2, it is considered that when the intermediate layer contains Mo, the adhesion between the conductive layer and the resin layer is improved regardless of whether it is molybdenum oxide or metallic molybdenum. In addition, since the Cu conductive layer, the Cu—Ni conductive layer, and the Al conductive layer have the effect of improving adhesion, the present invention is applicable to both the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. It turns out that it is possible.
実施例1、14の結果から中間層の厚さが2nm以上であれば、良好な密着性向上の効果が得られると考えられる。また、実施例1~3、14~16、27の結果から、中間層の厚さが6nm以上であれば、密着性向上の効果がさらに高まると考えられる。 From the results of Examples 1 and 14, it is considered that a favorable effect of improving adhesion can be obtained if the thickness of the intermediate layer is 2 nm or more. Further, from the results of Examples 1 to 3, 14 to 16, and 27, it is considered that the effect of improving adhesion is further enhanced when the thickness of the intermediate layer is 6 nm or more.
なお、実施例では、中間層の厚さが1nmの試料を作製しなかったが、スパッタ法や真空蒸着法などの一般的な薄膜形成技術を用いた成膜では、1nmの厚さを有する膜は、連続膜として形成され得る。したがって、中間層がMoを含み、中間層の厚さが1nm以上であれば、上述の考察の通り、密着性向上の効果が得られると考えられる。 In the examples, a sample having an intermediate layer thickness of 1 nm was not prepared, but a film having a thickness of 1 nm can be obtained by forming a film using a general thin film forming technique such as a sputtering method or a vacuum deposition method. can be formed as a continuous film. Therefore, if the intermediate layer contains Mo and has a thickness of 1 nm or more, it is considered that the effect of improving adhesion can be obtained as discussed above.
実施例9、10、23、24の集電体では、目視評価の結果が良または不可であった。しかし、これらの試料の集電体でも電解液耐性の結果は優であることから、導電層に皺が生じている場合でも、導電層と樹脂層との間の密着性は低下していないと考えられる。つまり導電層と樹脂層との密着性向上の観点では、中間層の厚さに上限はなく、中間層が厚くても密着性向上の効果が得られると考えられる。 The current collectors of Examples 9, 10, 23, and 24 were visually evaluated as good or bad. However, even with the current collectors of these samples, the resistance to the electrolyte was excellent, so even when the conductive layer was wrinkled, the adhesion between the conductive layer and the resin layer did not decrease. Conceivable. In other words, from the viewpoint of improving the adhesion between the conductive layer and the resin layer, there is no upper limit to the thickness of the intermediate layer, and even if the intermediate layer is thick, the effect of improving the adhesion can be obtained.
目視評価で確認した皺は、中間層形成時の条件による、樹脂層へのダメージによって生じると考えられる。上述したように集電体上に形成する活物質層の厚さを均一にするという観点から、中間層の厚さは200nm未満であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましいと考えられる。 The wrinkles confirmed by visual evaluation are thought to be caused by damage to the resin layer due to the conditions during the formation of the intermediate layer. From the viewpoint of uniforming the thickness of the active material layer formed on the current collector as described above, the thickness of the intermediate layer is preferably less than 200 nm, and more preferably 100 nm or less. .
これらの実施例および参考例から、本実施形態の集電体は、樹脂層と導電層との間にMoを主成分として含む中間層が配置されていることによって、導電層と樹脂層との密着性が高められていることが分かった。 From these examples and reference examples, it can be seen that the current collector of the present embodiment has an intermediate layer containing Mo as a main component between the resin layer and the conductive layer. It was found that the adhesion was enhanced.
本開示の実施形態による蓄電デバイス用電極は、各種電子機器、電動機等の電源に有用である。本開示の実施形態による蓄電デバイスは、例えば、自転車および乗用車等に代表される車両用の電源、スマートフォン等に代表される通信機器用の電源、各種センサー用の電源、無人機(Unmanned eXtended Vehicle(UxV))の動力用電源に適用可能である。 The electricity storage device electrodes according to the embodiments of the present disclosure are useful as power sources for various electronic devices, electric motors, and the like. The power storage device according to the embodiment of the present disclosure is, for example, a power source for vehicles typified by bicycles and passenger cars, a power source for communication devices typified by smartphones, a power source for various sensors, and an unmanned eXtended Vehicle ( UxV)) power supply.
10 樹脂層
10a 第1面
10b 第2面
20、20’ 導電層
21、21’ シード層
22、22’ 主層
30、33、33’ 中間層
30a、33a 上面
30b、33b 下面
31、31’ 第1副中間層
32、32’ 第2副中間層
101、102、103、210 集電体
201、201’ 蓄電デバイス用電極
210s 第1部分
210t 第2部分
220 活物質層
301 リチウムイオン二次電池
310 セル
311 リード
313 外装体
314 電解質
320 セパレータ
10
Claims (19)
導電層と、
前記樹脂層と前記導電層との間に位置する中間層と、
を備え、
前記導電層は、AlまたはCuを主成分として含み、
前記中間層は、Moを主成分として含む、
集電体。 a resin layer;
a conductive layer;
an intermediate layer positioned between the resin layer and the conductive layer;
with
The conductive layer contains Al or Cu as a main component,
The intermediate layer contains Mo as a main component,
current collector.
0.3μm≦d1≦3μm
を満足する、請求項1に記載の集電体。 The thickness d1 of the conductive layer is
0.3 μm≦d1≦3 μm
The current collector according to claim 1, which satisfies
1nm≦d2<200nm
を満足する、請求項1または2に記載の集電体。 The thickness d2 of the intermediate layer is
1 nm≦d2<200 nm
The current collector according to claim 1 or 2, which satisfies
6nm≦d2≦100nm
を満足する、請求項1または2に記載の集電体。 The thickness d2 of the intermediate layer is
6nm≦d2≦100nm
The current collector according to claim 1 or 2, which satisfies
前記第1副中間層は、前記第2副中間層よりも前記樹脂層に近接しており、
前記第1副中間層における酸素の含有率は前記第2副中間層における酸素の含有率よりも大きい、請求項5に記載の集電体。 The intermediate layer includes a first sub-intermediate layer and a second sub-intermediate layer each containing Mo as a main component,
The first sub-intermediate layer is closer to the resin layer than the second sub-intermediate layer,
6. The current collector according to claim 5, wherein the oxygen content in the first sub-intermediate layer is higher than the oxygen content in the second sub-intermediate layer.
1nm≦d3≦100nm
1nm≦d4≦100nm
を満足する、請求項6に記載の集電体。 The thickness d3 of the first sub-intermediate layer and the thickness d4 of the second sub-intermediate layer are each 1 nm≦d3≦100 nm
1 nm ≤ d4 ≤ 100 nm
The current collector according to claim 6, which satisfies
前記集電体の前記導電層上に位置する活物質層と、
を備えた蓄電デバイス用電極。 The current collector according to any one of claims 1 to 10;
an active material layer located on the conductive layer of the current collector;
An electrode for a power storage device.
負極と、
前記負極と、前記正極との間に配置されるセパレータと、
リチウムイオンを含む非水電解質と、
を備え、
前記正極または前記負極の少なくとも一方は、請求項11に記載の蓄電デバイス用電極である、リチウムイオン二次電池。 a positive electrode;
a negative electrode;
a separator disposed between the negative electrode and the positive electrode;
a non-aqueous electrolyte containing lithium ions;
with
A lithium ion secondary battery, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode for a power storage device according to claim 11 .
前記樹脂層上にMoを主成分として含む中間層を形成する工程と、
前記中間層上にAlまたはCuを主成分として含む導電層を形成する工程と
を備える、集電体の製造方法。 a step of preparing a resin layer;
forming an intermediate layer containing Mo as a main component on the resin layer;
and forming a conductive layer containing Al or Cu as a main component on the intermediate layer.
前記ターゲットはモリブデン酸化物を含む、請求項14に記載の集電体の製造方法。 the intermediate layer comprises molybdenum oxide;
15. The method of manufacturing a current collector according to claim 14, wherein said target comprises molybdenum oxide.
前記ターゲットはMoターゲットであり、
前記中間層を形成する工程において、前記中間層の形成を、酸素ガスを含む雰囲気中で行う、請求項14に記載の集電体の製造方法。 the intermediate layer comprises molybdenum oxide;
the target is a Mo target,
15. The method of manufacturing a current collector according to claim 14, wherein in the step of forming the intermediate layer, the intermediate layer is formed in an atmosphere containing oxygen gas.
前記中間層は、それぞれがMoを主成分とする第1副中間層および第2副中間層を含み、
前記中間層を形成する工程において、
第1濃度で酸素ガスを含む雰囲気中において、前記第1副中間層を形成する工程と、
前記第1濃度よりも低い第2濃度で酸素ガスを含む雰囲気中において、前記第2副中間層を形成する工程と、
を含む、請求項14に記載の集電体の製造方法。 the target is a Mo target,
The intermediate layer includes a first sub-intermediate layer and a second sub-intermediate layer each containing Mo as a main component,
In the step of forming the intermediate layer,
forming the first sub-intermediate layer in an atmosphere containing oxygen gas at a first concentration;
forming the second sub-intermediate layer in an atmosphere containing oxygen gas at a second concentration lower than the first concentration;
The method for producing a current collector according to claim 14, comprising
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