JP5141951B2 - Current collector manufacturing method and electrode manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a current collector decreasing internal resistance. <P>SOLUTION: The manufacturing method for a current collector comprises: a process of using a base stand retaining by firmly sticking a thin film base material on the surface and firmly sticking and retaining the thin film base material on the surface of the base stand; and an injection process of jetting a mixture of particulate material with a particle size of 1-9 &mu;m and a carrier gas to the thin film base material retained on the base stand. That is, a firmly-joined conductor layer is formed on the surface of the thin film base material so that the particulate material made of a conductive material forming a conductor layer and having a distribution of designated particle sizes is injected on the surface of the thin film base material with aluminum as a major component at high pressure in order to form the conductor layer. The conductor layer made of the conductive material is formed on the surface of the thin film base material since the particulate material injected from a nozzle at high speed enters and diffuses into the thin film base material by breaking through a passive coated film formed on the surface of the thin film base material. The formed conductor layer is firmly joined with diffusion of atoms between the conductor layer and the thin film base material. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、蓄電装置に適用したときに内部抵抗を小さくできる集電体及び電極を製造する方法、並びに、この集電体の製造方法を好適に実現できる集電体の製造装置に関する。   The present invention relates to a current collector and a method for manufacturing an electrode that can reduce the internal resistance when applied to a power storage device, and a current collector manufacturing apparatus that can suitably realize the current collector manufacturing method.

近年、内燃機関の排ガスに由来する環境問題を解決する観点から、排気ガスの排出量を低減させた自動車や排気ガスを出さない自動車の開発が進められている。排気ガスの排出量を低減させた自動車の一つとして、内燃機関と電気モータとを組み合わせたハイブリッド自動車がある。また、排気ガスを出さない自動車の一つとして、電気自動車がある。これらの自動車は、二次電池やキャパシタなどの蓄電装置に蓄電された電気を動力源に採用している。   In recent years, development of automobiles with reduced exhaust gas emissions or automobiles that do not emit exhaust gas has been promoted from the viewpoint of solving environmental problems derived from exhaust gas of internal combustion engines. As one of vehicles that reduce exhaust gas emissions, there is a hybrid vehicle that combines an internal combustion engine and an electric motor. An electric vehicle is one of the vehicles that does not emit exhaust gas. These automobiles employ electricity stored in a power storage device such as a secondary battery or a capacitor as a power source.

自動車に搭載される蓄電装置に求められる性能としては、小型、軽量でありながら、必要に応じて瞬時に大電流を充放電すること、すなわち、高出力密度であることが要求されている。高出力密度を実現するには、蓄電装置の内部抵抗を低減する必要がある。蓄電装置の内部抵抗を低減するには蓄電装置を構成する電極などの各種材質の抵抗を低減する必要がある。   The performance required for a power storage device mounted on an automobile is required to be charged and discharged with a large current instantaneously as needed, that is, to have a high output density while being small and lightweight. In order to achieve a high output density, it is necessary to reduce the internal resistance of the power storage device. In order to reduce the internal resistance of the power storage device, it is necessary to reduce the resistance of various materials such as electrodes constituting the power storage device.

車両に搭載される蓄電装置としては、シート状に形成した正負極をセパレータを間に介して巻回乃至積層した電極体を電解液と共にケース内に収納した形態をもつものが一般的である。   A power storage device mounted on a vehicle generally has a configuration in which an electrode body obtained by winding or laminating positive and negative electrodes formed in a sheet shape with a separator interposed therebetween is housed in a case together with an electrolytic solution.

シート状の電極は集電体としての金属箔の表面に活物質などを含む電極合材層を形成した構成をもつものが挙げられる。従って、集電体と電極合材層との間における電気の授受が内部抵抗に与える影響は少なくない。   Examples of the sheet-like electrode include those having a configuration in which an electrode mixture layer containing an active material or the like is formed on the surface of a metal foil as a current collector. Therefore, the influence of electricity exchange between the current collector and the electrode mixture layer on the internal resistance is not limited.

蓄電装置における集電体には、アルミニウム箔が用いられることがある(例えばリチウム二次電池の正極の集電体)。一般的にアルミニウムは、表面に酸化アルミニウムよりなる不動態皮膜が形成されている。つまり、通常のアルミニウムよりなる集電体は、電気抵抗が大きい不動態皮膜を有している。また、蓄電装置を駆動させることで、アルミニウムよりなる集電体を高電位に晒すことで、集電体を構成するアルミニウムと周囲の電解液とが反応して集電体の表面に高抵抗な皮膜が形成されることが確認された。   An aluminum foil may be used as a current collector in the power storage device (for example, a positive electrode current collector of a lithium secondary battery). In general, a passive film made of aluminum oxide is formed on the surface of aluminum. That is, a current collector made of ordinary aluminum has a passive film having a large electric resistance. In addition, by driving the power storage device, the current collector made of aluminum is exposed to a high potential, so that the aluminum constituting the current collector reacts with the surrounding electrolyte so that the surface of the current collector has a high resistance. It was confirmed that a film was formed.

このように、蓄電装置は、アルミニウムよりなる集電体の表面に形成される酸化皮膜や高抵抗な皮膜により、内部抵抗が増加するという問題があった。内部抵抗が増加すると、大電流での充放電時における電圧降下を招き、出力が低下する。   As described above, the power storage device has a problem that the internal resistance increases due to an oxide film or a high resistance film formed on the surface of the current collector made of aluminum. When the internal resistance increases, a voltage drop at the time of charging / discharging with a large current is caused, and the output is reduced.

酸化皮膜や高抵抗な皮膜等の不動態皮膜の問題に対して、特許文献1〜3が開示されている。   Patent Documents 1 to 3 are disclosed for the problem of passive films such as oxide films and high resistance films.

特許文献1には、アルミニウム箔の表面に、アルミニウム箔の厚みより小さな粒子径の電子導電性粒子が埋め込むことが開示されている。電子導電性粒子をアルミニウム箔に埋め込むことで、内部抵抗の増大を抑えている。   Patent Document 1 discloses that electron conductive particles having a particle diameter smaller than the thickness of the aluminum foil are embedded in the surface of the aluminum foil. By embedding the electron conductive particles in the aluminum foil, an increase in internal resistance is suppressed.

特許文献2には、集電体の表面に、メジアン径が0.8μm以下の微粒炭素を塗布することが開示されている。微粒炭素を付着することで、集電体と電極活物質或いは電解液との界面における不動態皮膜の形成を阻止する。   Patent Document 2 discloses that fine carbon having a median diameter of 0.8 μm or less is applied to the surface of a current collector. By attaching the fine carbon, the formation of a passive film at the interface between the current collector and the electrode active material or the electrolyte is prevented.

特許文献3には、集電体の外部表面を、ハフニウムまたはハフニウム合金によって形成することが開示されている。   Patent Document 3 discloses that the outer surface of the current collector is formed of hafnium or a hafnium alloy.

特許文献4には、インクジェット方式により付着パターンに応じた種類の活物質を多数の粒子として集電体上に付着させることを開示している。   Patent Document 4 discloses that an active material of a type corresponding to an adhesion pattern is deposited on a current collector as a large number of particles by an inkjet method.

特許文献5には、無酸素雰囲気下でアルミニウム箔表面を研磨して不動態皮膜を除去し、無酸素雰囲気下で活物質層を形成することが開示されている。   Patent Document 5 discloses that the surface of an aluminum foil is polished under an oxygen-free atmosphere to remove a passive film, and an active material layer is formed under an oxygen-free atmosphere.

特許文献6には、蓄電装置とは関連はないものの、直圧式ブラスト加工装置により黒鉛潤滑層を形成する技術が開示されている。   Patent Document 6 discloses a technique for forming a graphite lubricating layer by a direct pressure blasting apparatus, although it is not related to the power storage device.

特許文献7には、ガスデポジションにより電極活物質層を形成し、リチウムが挿入されるときの応力を緩和する技術が開示される。
特開平7−22606号公報 特開2002−298853号公報 特開2004−63156号公報 特開2005−11657号公報 特開2000−243383号公報 特開2005−144566号公報 特開2006−156248号公報 特開平11−300619号公報 特開2000−326229号公報 特開2001−247979号公報 特開2005−2461号公報
Patent Document 7 discloses a technique for forming an electrode active material layer by gas deposition and relieving stress when lithium is inserted.
JP 7-22606 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-298753 JP 2004-63156 A JP 2005-11657 A JP 2000-243383 A JP-A-2005-144666 JP 2006-156248 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-300619 JP 2000-326229 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-247879 JP 2005-2461 A

しかしながら、特許文献1〜4に開示された集電体は、表面に酸化皮膜が形成された状態で更なる処理を行っていることから、アルミニウム箔の表面の不動態皮膜が残存しており、内部抵抗を充分に低下させる効果が得られないという問題があった。   However, since the current collectors disclosed in Patent Documents 1 to 4 are subjected to further treatment in a state where an oxide film is formed on the surface, the passive film on the surface of the aluminum foil remains, There was a problem that the effect of sufficiently reducing the internal resistance could not be obtained.

さらに、特許文献1〜3に開示の技術においては、アルミニウム箔とその表面に形成される導電性の表面層とは、いずれもアルミニウム箔表面の凹凸に由来するアンカー効果により接合されているのみであり、耐久性・信頼性に問題があった。   Furthermore, in the technologies disclosed in Patent Documents 1 to 3, the aluminum foil and the conductive surface layer formed on the surface thereof are all joined by the anchor effect derived from the unevenness of the aluminum foil surface. There was a problem in durability and reliability.

特許文献5に開示された方法では、不動態被膜は除去されているものの活物質層とアルミニウム箔(集電体)との接合が、アンカー効果のみであり、接合力が弱いという問題があった。そして、製造された電極のアルミニウムの露出した部分の酸化が発生し、内部抵抗の増大を招くという問題があった。   The method disclosed in Patent Document 5 has a problem that the active material layer and the aluminum foil (current collector) are bonded only by the anchor effect, but the bonding force is weak, although the passive film is removed. . And the oxidation of the exposed part of the aluminum of the manufactured electrode occurred, and there was a problem that the internal resistance was increased.

特許文献6に記載の技術は潤滑層を形成する技術であり、そのまま、薄膜状の集電体に適用する場合には、歪発生、破れなどの集電体に対するダメージが大きく、集電体上への皮膜形成は困難であった。   The technique described in Patent Document 6 is a technique for forming a lubricating layer, and when applied to a thin film current collector as it is, damage to the current collector, such as generation of a strain or breakage, is large. It was difficult to form a film on the skin.

特許文献7に記載の技術は膜の形成時に雰囲気を真空にする必要があって、作業効率が低いという問題があった。   The technique described in Patent Document 7 has a problem in that the working efficiency is low because the atmosphere needs to be evacuated during film formation.

本願発明は上記実情に鑑みなされたものであり、電池に適用した場合に内部抵抗を低くすることが可能な集電体及び電極を製造する方法並びにそのような集電体を製造できる装置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 provides a current collector capable of reducing internal resistance when applied to a battery, a method for producing an electrode, and an apparatus capable of producing such a current collector. It is a problem to be solved.

(1)上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意検討を行い、アルミニウム製の集電体の表面に、アルミニウム及び導電性をもつ導電性材料が混在した接合層が形成され、更にその接合層上に導電性材料をもつ導電体層が形成された新規な集電体を採用することにより内部抵抗が低い蓄電装置が提供できることを発見した。本発明者らはこの新規集電体を提供するのに好適な製造方法及び製造装置を案出した。金属の表面には、通常、酸化皮膜が形成されており、この方法及び装置はその酸化皮膜に対しても効果的である。従って、この方法及び装置はアルミニウム以外の金属にも適用できる。   (1) In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied, and a bonding layer in which aluminum and a conductive material having conductivity are mixed is formed on the surface of an aluminum current collector. It was discovered that a power storage device with low internal resistance can be provided by employing a novel current collector in which a conductive layer having a conductive material is formed on a bonding layer. The present inventors have devised a manufacturing method and a manufacturing apparatus suitable for providing the new current collector. An oxide film is usually formed on the surface of the metal, and this method and apparatus are also effective for the oxide film. Therefore, this method and apparatus can be applied to metals other than aluminum.

すなわち、上記課題を解決する本発明の集電体の製造方法は、金属(特にアルミニウムやアルミニウム合金)製の薄膜基材とその表面に形成されたチタンカーバイトからなる導電性材料を含む導電体層とを有する蓄電装置用の集電体を製造する方法であって、
前記薄膜基材を厚みが50μm以下であるアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔により構成するとともに、該薄膜基材を表面に密着させて保持する基台を用い、
前記薄膜基材を前記基台の表面に密着保持する工程と、
粒径が1μm〜9μmであって前記導電性材料から形成される微粒子材料とキャリヤガスとの混合物を前記基台上に保持された前記薄膜基材にノズルから噴射するとともに、該噴射時の走査速度を4mm/秒以下とすることにより、前記薄膜基材の表面に凹凸を形成する噴射工程と、を有することを特徴とする。
That is, the manufacturing method of the current collector of the present invention that solves the above-mentioned problems is a conductor including a conductive material comprising a thin film substrate made of metal (particularly aluminum or aluminum alloy) and titanium carbide formed on the surface thereof. A method of manufacturing a current collector for a power storage device having a layer,
With a thickness of the thin film substrate is made of aluminum foil or aluminum alloy foil is 50μm or less, using a base to hold in close contact with the film substrate on the surface,
A step of closely holding the thin film substrate on the surface of the base;
A mixture of a fine particle material formed from the conductive material having a particle diameter of 1 μm to 9 μm and a carrier gas is sprayed from the nozzle onto the thin film substrate held on the base , and scanning at the time of the spraying And a jetting step of forming irregularities on the surface of the thin film substrate by setting the speed to 4 mm / second or less .

つまり、導電体層を形成する目的で、導電体層を形成する導電性材料から形成され且つ所定の粒径分布をもつ微粒子材料を高圧にてアルミニウムを主成分とする薄膜基材表面に噴射することで、強固に接合した導電体層を薄膜基材表面に形成できる。   That is, for the purpose of forming a conductor layer, a fine particle material formed of a conductive material forming the conductor layer and having a predetermined particle size distribution is sprayed onto the surface of a thin film base material mainly composed of aluminum at high pressure. Thus, a strongly bonded conductor layer can be formed on the surface of the thin film substrate.

ノズルから高速で噴射された微粒子材料は、薄膜基材表面に形成された不動態被膜を突き破って薄膜基材内に進入・拡散して導電性材料からなる導電体層を薄膜基材表面に形成する。形成された導電体層は薄膜基材との間における原子の拡散により強固に接合されている。   The fine particle material sprayed from the nozzle at high speed penetrates the passive film formed on the surface of the thin film substrate and enters and diffuses into the thin film substrate to form a conductive layer made of a conductive material on the surface of the thin film substrate. To do. The formed conductor layer is firmly bonded to the thin film substrate by the diffusion of atoms.

また、薄膜基材は、強固な基台上に密着保持された状態で微粒子材料が噴射されるので、微粒子材料の衝突に由来する歪みの発生を極力抑制することができる。   Moreover, since the fine particle material is jetted in a state where the thin film base material is tightly held on a strong base, it is possible to suppress the generation of distortion resulting from the collision of the fine particle material as much as possible.

なお、ノズルから噴射する装置としては特許文献8及び9に開示があるが、特許文献8及び9に開示の技術は膜形成を目指すものではなく異なる技術分野に関するものである。   Although devices disclosed in Patent Documents 8 and 9 are disclosed as devices for injecting from a nozzle, the technologies disclosed in Patent Documents 8 and 9 do not aim at film formation but relate to different technical fields.

そして、本発明の集電体の製造方法において、ガスを吸引する開口部を備えるガス吸引手段を有し、
前記基台は一端が前記基台が密着保持される表面に開口する吸引口を形成し他端が前記ガス吸引手段の前記開口部に内部のガスが吸引されるように接続される接続口を形成するガス吸引路が形成されており、
前記薄膜基材は前記ガス吸引手段によって前記基台表面に開口する前記吸引口からガス吸引を行うことで前記基台表面に吸着されることが望ましい。
And in the manufacturing method of the current collector of the present invention, it has a gas suction means having an opening for sucking gas,
One end of the base has a suction port that opens to the surface where the base is closely held, and the other end has a connection port that is connected to the opening of the gas suction means so that internal gas is sucked. The gas suction path to be formed is formed,
The thin film substrate is preferably adsorbed on the surface of the base by performing gas suction from the suction port opened on the surface of the base by the gas suction means.

吸引による薄膜基材の保持は、基台表面に薄膜基材を確実に密着保持できると共に、基台から薄膜基材を除去することも容易である。   Holding of the thin film substrate by suction can securely hold the thin film substrate on the surface of the base, and it is easy to remove the thin film base from the base.

更に、前記薄膜基材と前記導電体層との間には、前記薄膜基材の表面から前記導電性材料が内部に拡散して形成された接合層を有することで、より強固な結合が実現できるので望ましい。上述した本発明の集電体の製造方法によれば、導電体層と薄膜基材との間は拡散により強固に接合されているが、この接合層が形成される程度にまで拡散を進行させることにより、更に強固な接合が実現できる。   Furthermore, a stronger bond is realized by having a bonding layer formed by diffusing the conductive material from the surface of the thin film substrate between the thin film substrate and the conductor layer. It is desirable because it is possible. According to the above-described method for manufacturing a current collector of the present invention, the conductor layer and the thin film substrate are firmly bonded by diffusion, but the diffusion proceeds to such an extent that the bonding layer is formed. As a result, stronger bonding can be realized.

前記導電性材料は、炭素材料、導電性セラミックス、導電性酸化物、金属材料及び導電性樹脂材料よりなる群から選択されることが望ましい。前記炭素材料としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック及びカーボンナノチューブよりなる群から選択される材料を含むことが望ましい。前記導電性セラミックスとしては、チタンカーバイト又はチタンナイトライドを含むことが望ましい。前記導電性酸化物としては、酸化バナジウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化銀、酸化亜鉛及び酸化タングステンよりなる群から選択される材料を含むことが望ましい。前記金属材料としては、ニッケル、銀、金及び白金よりなる群から選択される材料を含むことが望ましい。   The conductive material is preferably selected from the group consisting of carbon materials, conductive ceramics, conductive oxides, metal materials, and conductive resin materials. The carbon material preferably includes a material selected from the group consisting of graphite, carbon black, acetylene black, and carbon nanotubes. The conductive ceramic desirably contains titanium carbide or titanium nitride. The conductive oxide preferably includes a material selected from the group consisting of vanadium oxide, titanium oxide, niobium oxide, cobalt oxide, manganese oxide, nickel oxide, silver oxide, zinc oxide, and tungsten oxide. The metal material preferably includes a material selected from the group consisting of nickel, silver, gold, and platinum.

そして、形成される導電体層と薄膜基材との間の接合と薄膜基材表面の不動態被膜の除去とを確実に行うには、前記ノズルから噴射する前記微粒子材料の速度は200m/秒〜450m/秒であることが望ましい。   In order to reliably perform the bonding between the formed conductor layer and the thin film substrate and the removal of the passive film on the surface of the thin film substrate, the speed of the fine particle material ejected from the nozzle is 200 m / second. It is desirable that it is ˜450 m / sec.

(2)上記課題を解決する本発明の電極の製造方法は、薄膜状の集電体と前記集電体の表面に形成された電極活物質層とを有する電極を製造する方法であって、上述した集電体の製造方法により集電体が製造されることを特徴とする。   (2) A method of manufacturing an electrode of the present invention that solves the above problem is a method of manufacturing an electrode having a thin-film current collector and an electrode active material layer formed on the surface of the current collector, The current collector is manufactured by the method for manufacturing a current collector described above.

記課題を解決する本発明の他の集電体の製造装置は、金属製の薄膜基材とその表面に形成された導電性材料を含む導電体層とを有する蓄電装置用の集電体を製造する装置であって、
前記薄膜基材を表面に密着させて保持する基台と、
粒径が1μm〜9μmであって前記導電性材料から形成される微粒子材料とキャリヤガスとの混合物を前記基台上に保持された前記薄膜基材にノズルから噴射する噴射手段と、を有することが望ましい
Apparatus for manufacturing other current collector of the present invention for solving the above SL problem, the current collector for a power storage device having a conductive layer containing a metal thin film substrate and a conductive material formed on the surface thereof An apparatus for manufacturing
A base that holds the thin film substrate in close contact with the surface;
An injection means for injecting from a nozzle a mixture of a fine particle material formed from the conductive material and a carrier gas having a particle diameter of 1 μm to 9 μm onto the thin film substrate held on the base. Is desirable .

本発明の集電体の製造方法は上記構成を有することで、薄膜基材の表面に存する不動態被膜をその薄膜基材へのダメージを極力避けながら除去すると同時に導電体層にて覆うことが可能になる。更に、導電体層を構成する導電性材料を適正に選択することにより、製造された集電体の表面における抵抗に由来する内部抵抗の増大を最小限に抑えることが可能になる。   The method for producing a current collector of the present invention has the above-described configuration, so that the passive film existing on the surface of the thin film substrate can be removed while avoiding damage to the thin film substrate as much as possible, and at the same time covered with the conductor layer. It becomes possible. Furthermore, by appropriately selecting the conductive material constituting the conductor layer, it is possible to minimize the increase in internal resistance due to the resistance on the surface of the manufactured current collector.

すなわち、本発明の集電体の製造方法により製造された集電体は、導電性を備えた導電性材料をもつ導電体層により表面が形成されていることで、有機電解液を用いた蓄電装置の電極を形成したときに、薄膜基材が、直接、電解液に晒されなくなり、高抵抗の皮膜が形成されなくなって、不働態皮膜による内部抵抗の上昇が抑えられ出力特性が向上する。   That is, the current collector manufactured by the method for manufacturing a current collector of the present invention has a surface formed by a conductor layer having a conductive material having conductivity, so that a power storage using an organic electrolyte is performed. When the electrode of the device is formed, the thin film substrate is not directly exposed to the electrolytic solution, and a high-resistance film is not formed, so that an increase in internal resistance due to the passive film is suppressed and output characteristics are improved.

また、本発明の集電体は、アルミニウムなどからなる薄膜基材表面に導電性材料が混在する接合層を形成するときに、表面の酸化皮膜が除去されている。つまり、本発明の集電体は、薄膜基材表面の酸化皮膜による内部抵抗の上昇が抑えられている。   In the current collector of the present invention, the oxide film on the surface is removed when the bonding layer in which the conductive material is mixed is formed on the surface of the thin film substrate made of aluminum or the like. That is, in the current collector of the present invention, the increase in internal resistance due to the oxide film on the surface of the thin film substrate is suppressed.

更に、本発明の集電体の製造方法は、基台表面に密着保持された状態で薄膜基材に微粒子材料を噴射しているので、微粒子材料の衝突によっても薄膜基材が変形せず、薄膜基材の歪みの発生を極力低減することが可能になる利点がある。   Furthermore, since the method for producing a current collector of the present invention sprays the fine particle material onto the thin film substrate in a state in which the current collector is in close contact with the base surface, the thin film substrate is not deformed by the collision of the fine particle material, There is an advantage that the generation of distortion of the thin film substrate can be reduced as much as possible.

(集電体の製造方法及び製造装置)
以下、本発明の集電体の製造方法(並びに製造装置。製造装置については製造方法の説明をもって省略可能なところは省略する)について実施形態に基づいて詳細に説明を行う。本実施形態の集電体の製造方法により製造可能な集電体としてはリチウム二次電池などの非水電池や電気二重層キャパシタの電極に採用されている集電体を挙げることが可能である。
(Current collector manufacturing method and manufacturing apparatus)
Hereinafter, a method for manufacturing a current collector of the present invention (and a manufacturing apparatus. The manufacturing apparatus will be omitted in the description of the manufacturing method), based on the embodiments. Examples of the current collector that can be manufactured by the current collector manufacturing method of the present embodiment include a non-aqueous battery such as a lithium secondary battery, and a current collector that is used for an electrode of an electric double layer capacitor. .

本実施形態の集電体の製造方法は、金属製の薄膜基材とその表面に形成された導電性材料を含む導電体層とを有する蓄電装置用の集電体を製造する方法である。導電体層と薄膜基材との間には接合層が形成されていることが望ましい。接合層は薄膜基材の表面から導電性材料が内部に拡散して形成された層である。接合層は薄膜基材及び導電体層の双方の構成成分をもつことから両者に対して親和性が高く、接合層の存在により両者の間の接合を強固にすることができる。   The method for producing a current collector of the present embodiment is a method for producing a current collector for a power storage device having a metal thin film substrate and a conductor layer containing a conductive material formed on the surface thereof. It is desirable that a bonding layer be formed between the conductor layer and the thin film substrate. The bonding layer is a layer formed by diffusing a conductive material from the surface of the thin film substrate. Since the bonding layer has the constituent components of both the thin film substrate and the conductor layer, the bonding layer has a high affinity for both, and the presence of the bonding layer can strengthen the bonding between the two.

接合層は、0.01μm以上の厚さで形成されたことが好ましい。ここで、接合層の厚さとは、導電性材料が含まれる部分の厚さを示す。接合層が0.01μm以上の厚さで形成されることで、基材と導電体層を接合する高い効果を発揮する。   The bonding layer is preferably formed with a thickness of 0.01 μm or more. Here, the thickness of the bonding layer indicates the thickness of the portion including the conductive material. By forming the bonding layer with a thickness of 0.01 μm or more, a high effect of bonding the base material and the conductor layer is exhibited.

薄膜基材は金属製(例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス合金)の薄膜状の部材である。薄膜基材を形成する金属としては最終的な集電体が適用される蓄電装置に応じて選択される。薄膜基材としては、従来、採用されている集電体をそのまま採用することも可能である。薄膜基材の形態としては薄膜状であること以外、特に限定しないが、適用される蓄電装置における体積エネルギー密度向上の観点からは要求される強度を有する限度において薄いことが望ましい。例えば、50μm以下が望ましく、30μm以下が更に望ましい。本実施形態の製造方法によれば、このように薄い薄膜基材であっても表面に導電体層を形成することができる。   The thin film base is a thin film member made of metal (for example, aluminum, aluminum alloy, nickel, nickel alloy, stainless steel alloy). The metal forming the thin film substrate is selected according to the power storage device to which the final current collector is applied. As the thin film substrate, a current collector that has been conventionally employed can be employed as it is. The form of the thin film base material is not particularly limited except that it is in the form of a thin film, but it is desirable that the thin film base material is thin as long as it has the required strength from the viewpoint of improving the volume energy density of the applied power storage device. For example, it is preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less. According to the manufacturing method of the present embodiment, a conductor layer can be formed on the surface even with such a thin thin film substrate.

導電体層を形成する導電性材料としては、炭素材料、導電性セラミックス、導電性酸化物、金属材料及び導電性樹脂材料よりなる群から選択される材料を含むことが望ましい。炭素材料としては、グラファイト(グラファイトとしては天然黒鉛(特に土状黒鉛、塊状黒鉛など)、人造黒鉛のいずれも採用可能である。)、カーボンブラック、アセチレンブラック及びカーボンナノチューブよりなる群から選択される材料を含むことが望ましい。導電性セラミックスとしては、チタンカーバイト又はチタンナイトライドを含むことが望ましい。導電性酸化物としては、酸化バナジウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化銀、酸化亜鉛及び酸化タングステンよりなる群から選択される材料を含むことが望ましい。金属材料は、ニッケル、銀、金及び白金よりなる群から選択される材料を含むことが望ましい。これらの材料は単独又は任意の組み合わせで用いることが可能である。組み合わせて用いる場合には分子レベルで混合した状態であっても一次又は二次粒子レベルの状態で混合したものであっても構わない。なお、薄膜基材を構成する材料と同じ材料を金属材料として採用し、導電性材料とする場合(例えば、ニッケル製の薄膜基材にニッケル製の導電性材料を噴射するなど)も含んでいるが、その場合であっても薄膜基材表面の酸化皮膜除去効果は期待できる。   The conductive material forming the conductive layer desirably includes a material selected from the group consisting of carbon materials, conductive ceramics, conductive oxides, metal materials, and conductive resin materials. The carbon material is selected from the group consisting of graphite (as graphite, natural graphite (especially earth graphite, massive graphite, etc.) and artificial graphite can be used), carbon black, acetylene black, and carbon nanotubes. It is desirable to include materials. As the conductive ceramic, it is desirable to include titanium carbide or titanium nitride. The conductive oxide desirably includes a material selected from the group consisting of vanadium oxide, titanium oxide, niobium oxide, cobalt oxide, manganese oxide, nickel oxide, silver oxide, zinc oxide, and tungsten oxide. The metal material desirably includes a material selected from the group consisting of nickel, silver, gold, and platinum. These materials can be used alone or in any combination. When used in combination, they may be mixed at the molecular level or mixed at the primary or secondary particle level. In addition, the case where the same material as the material constituting the thin film substrate is adopted as the metal material to be a conductive material (for example, a nickel conductive material is sprayed onto a nickel thin film substrate) is also included. However, even in that case, the effect of removing the oxide film on the surface of the thin film substrate can be expected.

本実施形態の集電体の製造方法は、薄膜基材を基台上に密着保持する工程と導電性材料から形成される微粒子材料を薄膜基材に噴射する噴射工程とを有する。   The manufacturing method of the current collector of the present embodiment includes a step of closely holding the thin film substrate on the base and a spraying step of spraying the fine particle material formed from the conductive material onto the thin film substrate.

基台は、薄膜基材を表面に密着保持する部材であり、密着保持した状態で噴射工程に供するものである。基台は噴射工程時に薄膜基材を密着保持する面が変形しない材料から構成されることが望ましい。基台が変形すると、密着保持した薄膜基材も変形して歪みが生じる虞があるからである。基台としては例えば金属やセラミックスなどから構成することができる。   The base is a member that holds the thin film substrate in close contact with the surface, and is used for the spraying process in a state of being held in close contact. The base is preferably made of a material that does not deform the surface that holds the thin film substrate in close contact during the spraying process. This is because, when the base is deformed, the thin film base material held in close contact may be deformed to cause distortion. The base can be made of, for example, metal or ceramics.

基台表面に薄膜基材を密着保持する方法としては特に限定しないが、例えば、基台表面と薄膜基材との間のガスを吸引して保持する方法や、基台に電荷を蓄えて静電気の力にて保持する方法などが挙げられる。ガスを吸引して保持する方法としては、吸引路が形成された基台を用いることが望ましい。吸引路は、薄膜基材を密着保持する表面に1つ乃至2以上開口する吸引口を一端にもち、その吸引口に接続され薄膜基材が密着保持される表面以外の表面に開口する開口部を他端部にもち、吸引口及び開口部の間を連通させる貫通孔である。吸引路は1つ以上形成されることで、薄膜基材が密着保持される表面に1つ以上の吸引口を形成することが望ましい。その吸引路の開口部からガスを吸引することで吸引口からガスを吸引して表面に薄膜基材が密着保持される。   There are no particular limitations on the method of closely holding the thin film substrate on the surface of the base, for example, a method of sucking and holding the gas between the surface of the base and the thin film substrate, For example, a method of holding with a force of. As a method for sucking and holding the gas, it is desirable to use a base on which a suction path is formed. The suction path has one or two or more suction ports that open on the surface that holds the thin film substrate in close contact, and is open to a surface other than the surface that is connected to the suction port and holds the thin film substrate in close contact. Is a through-hole having the other end and communicating between the suction port and the opening. By forming one or more suction paths, it is desirable to form one or more suction ports on the surface on which the thin film base material is closely held. By sucking the gas from the opening of the suction path, the gas is sucked from the suction port, and the thin film substrate is held in close contact with the surface.

吸引路が形成された基台としては多孔質材料(セラミックスや樹脂などからなるもの)や網状部材(この網状部材を介してガスを吸引して網状部材に薄膜基材を密着させる)を採用可能である。   As the base on which the suction path is formed, porous materials (made of ceramics, resin, etc.) or mesh members (gas is sucked through the mesh members to bring the thin film substrate into close contact with the mesh members) can be used. It is.

ここで、ガスの吸引によって薄膜基材を基台表面に密着保持するときに、そのガスの吸引により薄膜基材は吸引口に入り込むことで歪むことになる。発生する歪みの程度は吸引口の大きさ(開口径)が大きくなるにつれて大きくなるので、基台表面に形成される吸引口の大きさは、薄膜基材を形成する材料や薄膜基材の厚み、ガスの吸引の程度(真空度)などに応じて適正に制御する。具体的には薄膜基材に生起する歪みが許容できる程度(乃至それ以下)の吸引口の大きさを採用する。また、ガス吸引路は複数形成することでガスを吸引する程度(真空度)を低くすることが可能になって、薄膜基材を変形させる虞が少なくできる。   Here, when the thin film substrate is held in close contact with the base surface by gas suction, the thin film substrate is distorted by entering the suction port by the gas suction. Since the degree of distortion generated increases as the size of the suction port (opening diameter) increases, the size of the suction port formed on the base surface depends on the material forming the thin film substrate and the thickness of the thin film substrate. The gas is appropriately controlled according to the degree of gas suction (degree of vacuum). Specifically, a suction port size that allows (or less than) the strain generated in the thin film substrate to be acceptable is employed. In addition, by forming a plurality of gas suction paths, it is possible to reduce the degree of suction of gas (degree of vacuum), and the possibility of deforming the thin film substrate can be reduced.

吸引路の開口部からガスを吸引する手段であるガス吸引手段はガスが吸引できれば特に限定されず、一般的なポンプ、例えば真空ポンプなどを採用することができる。   The gas suction means that is a means for sucking gas from the opening of the suction path is not particularly limited as long as the gas can be sucked, and a general pump such as a vacuum pump can be adopted.

噴射工程は基台表面に密着保持されている薄膜基材に微粒子材料を噴射する工程である。微粒子材料はキャリアガスにより搬送されており、キャリアガスとの混合物として噴射される。微粒子材料は粒径が1μm〜9μmであって導電性材料から形成されている。微粒子材料の粒径が1μmに満たないものはキャリアガスとの混合物として噴射された際に薄膜基材に対して噴射された微粒子が跳ね返る場合がある。一方、9μmを超えるものは該微粒子の衝突によって薄膜基材が剥がされる場合がある。   The spraying step is a step of spraying the fine particle material onto the thin film substrate that is closely held on the base surface. The particulate material is carried by a carrier gas and is jetted as a mixture with the carrier gas. The fine particle material has a particle diameter of 1 μm to 9 μm and is made of a conductive material. When the particle size of the fine particle material is less than 1 μm, the fine particles injected to the thin film substrate may rebound when injected as a mixture with a carrier gas. On the other hand, if it exceeds 9 μm, the thin film substrate may be peeled off by the collision of the fine particles.

微粒子材料はノズルから噴射するときの速度が200m/秒〜450m/秒であることが望ましい。また、微粒子材料は、ある一定の範囲に噴射するように制御されており、その範囲を移動させることが望ましい。噴射範囲を移動させる速度としては特に限定しないが1mm/秒〜50mm/秒程度を採用することができる。   The fine particle material preferably has a speed of 200 m / sec to 450 m / sec when ejected from the nozzle. Further, the particulate material is controlled so as to be ejected to a certain range, and it is desirable to move the range. Although it does not specifically limit as a speed which moves an injection range, About 1 mm / second-50 mm / second are employable.

噴射される微粒子材料の速度としては特に限定しないが、その下限として、100m/s、150m/s、200m/s、250m/s、300m/s、350m/sなどが採用でき、上限として、500m/s、450m/s、400m/s、350m/s、300m/s、250m/sなどが採用できる。   The speed of the fine particle material to be ejected is not particularly limited, but the lower limit may be 100 m / s, 150 m / s, 200 m / s, 250 m / s, 300 m / s, 350 m / s, and the upper limit is 500 m. / S, 450 m / s, 400 m / s, 350 m / s, 300 m / s, 250 m / s, etc. can be employed.

キャリヤガスは特に限定しないが、窒素ガス、空気、アルゴンなどの噴射雰囲気下において不活性乃至活性が低いガスを採用することが望ましい。キャリヤガスの圧力としては微粒子材料が前述の好ましい速度になるような圧力を採用することが望ましく、例えば、前述の微粒子の噴射速度を実現するには0.25MPa〜1.00MPa程度を採用することが望ましい。   The carrier gas is not particularly limited, but it is desirable to employ a gas that is inert or low in activity under an injection atmosphere such as nitrogen gas, air, or argon. As the pressure of the carrier gas, it is desirable to employ a pressure at which the fine particle material has the above-mentioned preferable speed. For example, to achieve the fine particle injection speed, about 0.25 MPa to 1.00 MPa is employed. Is desirable.

(電極の製造方法)
本発明の電極の製造方法は、薄膜状の集電体とその集電体の表面に形成された電極活物質層とを有する電極の製造方法であって、集電体は前述の集電体の製造方法で製造されることを特徴とする。この電極は、正極と負極のいずれに用いてもよい。例えば、リチウムイオン電池の電極として用いられるときには、正極であることが好ましい。集電体及びその製造方法については前述した構成がそのまま採用可能なので更なる説明は省略する。
(Method for manufacturing electrode)
The electrode manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing an electrode having a thin-film current collector and an electrode active material layer formed on the surface of the current collector, and the current collector is the above-described current collector. It is manufactured by the manufacturing method of. This electrode may be used for either the positive electrode or the negative electrode. For example, when used as an electrode of a lithium ion battery, a positive electrode is preferable. Regarding the current collector and its manufacturing method, the above-described configuration can be employed as it is, and further description thereof is omitted.

電極活物質層は活物質をもつ。活物質の他にも導電材や結着材を有することもできる。活物質は、電極を蓄電装置の電極として用いたときに電極反応を生じる物質である。電極反応としては、限定されるものではなく、リチウム電池の電極反応のようにイオンをその結晶構造中に吸蔵・放出する反応や、ラジカル電池のように酸化還元反応に伴う電子の授受を行う反応、電気二重層キャパシタのようにその表面に電気二重層を形成する反応をあげることができる。   The electrode active material layer has an active material. In addition to the active material, a conductive material and a binder can be included. An active material is a substance that causes an electrode reaction when the electrode is used as an electrode of a power storage device. The electrode reaction is not limited, but is a reaction in which ions are occluded / released in the crystal structure like the electrode reaction of a lithium battery, or a reaction that exchanges electrons associated with a redox reaction like a radical battery. The reaction of forming an electric double layer on the surface thereof can be given as in the case of an electric double layer capacitor.

活物質は、蓄電装置を構成したときに、イオンを吸蔵・放出する電極反応、酸化還元反応に伴う電子の授受を行う電極反応、イオンを可逆的に担持する電極反応の少なくとも一種の電極反応を生じる物質であれば特に限定されるものではない。電極活物質は、金属酸化物系化合物、ラジカル安定化合物の少なくとも一種であることが好ましい。   The active material has at least one type of electrode reaction of an electrode reaction that occludes / releases ions, an electrode reaction that exchanges electrons associated with an oxidation-reduction reaction, and an electrode reaction that reversibly supports ions when a power storage device is configured. There is no particular limitation as long as the substance is generated. The electrode active material is preferably at least one of a metal oxide compound and a radical stabilizing compound.

金属酸化物系化合物としては、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な金属酸化物系化合物であればよい。金属酸化物系化合物が、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な化合物よりなることで、本発明の電極を用いてリチウムイオン電池を形成することができる。金属酸化物系化合物としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な金属酸化物系化合物にコバルト系酸化物、ニッケル系酸化物、マンガン系酸化物、鉄オリビン酸系酸化物を含む化合物やこれらの複合酸化物をあげることができる。すなわち、金属酸化物系化合物は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な金属酸化物系化合物にコバルト系酸化物、ニッケル系酸化物、マンガン系酸化物、鉄オリビン酸系酸化物の少なくとも一種あるいはこれらの複合体を含む化合物であることが好ましい。より具体的には、LiCoO,LiNiO,LiMnO,LiMnや、LiNi1−x−yCo(MはAl,Sr,Mg,Laなどの金属元素)のようなリチウム遷移金属酸化物の一種以上、あるいはこれらの複合体をあげることができる。 The metal oxide compound may be any metal oxide compound that can occlude and release lithium ions. When the metal oxide compound is composed of a compound capable of inserting and extracting lithium ions, a lithium ion battery can be formed using the electrode of the present invention. Examples of the metal oxide compound include compounds containing cobalt oxide, nickel oxide, manganese oxide, iron olivic acid oxide in a metal oxide compound capable of occluding and releasing lithium ions. The composite oxide can be mentioned. That is, the metal oxide compound is a metal oxide compound capable of occluding and releasing lithium ions, at least one of a cobalt oxide, a nickel oxide, a manganese oxide, and an iron olivic acid oxide, or a combination thereof. A compound containing a complex is preferable. More specifically, and LiCoO 2, LiNiO 2, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4, LiNi 1-x-y Co x M y O 2 (M is Al, Sr, Mg, a metal element such as La) of such One or more kinds of lithium transition metal oxides or a composite thereof can be used.

ラジカル化合物は、不対電子を備えており、この不対電子が電極反応に関与する化合物である。つまり、この不対電子が電流として集電体を介して取り出される。この結果、酸化還元反応に伴う電子の授受を行う電極反応が進行する。この電極反応を用いた蓄電装置は、電子の授受の容易さから、高出力が得られる効果を発揮する。ラジカル化合物は、電極反応に寄与する不対電子をもつ化合物であれば特に限定されるものではない。ラジカル化合物は、ニトロキシルラジカルを有する化合物、オキシラジカルを有する化合物、窒素ラジカルを有する化合物の少なくとも一種であることが好ましい。   The radical compound is a compound having an unpaired electron, and the unpaired electron is involved in the electrode reaction. That is, the unpaired electrons are taken out as current through the current collector. As a result, an electrode reaction for transferring electrons accompanying the redox reaction proceeds. The power storage device using this electrode reaction exhibits the effect of obtaining high output from the ease of electron transfer. The radical compound is not particularly limited as long as it is a compound having an unpaired electron contributing to the electrode reaction. The radical compound is preferably at least one of a compound having a nitroxyl radical, a compound having an oxy radical, and a compound having a nitrogen radical.

電荷を可逆的に蓄えることが可能な電極反応としては、例えば、キャパシタの電極において生じる反応を挙げることができる。電荷を可逆的に蓄えることが可能な活物質としては、従来公知のキャパシタにおいて用いられている活物質を挙げることができ、例えば、活性炭などの炭素質材料をあげることができる。   Examples of electrode reactions that can store charges reversibly include reactions that occur at the electrodes of capacitors. Examples of the active material capable of reversibly storing charges include active materials used in conventionally known capacitors, and examples thereof include carbonaceous materials such as activated carbon.

上述した電極を用いて製造される蓄電装置としては特に限定されない。例えば電極の他に電解液、ケース、セパレータなどの一般的な構成が採用できる。   The power storage device manufactured using the electrode described above is not particularly limited. For example, general configurations such as an electrolytic solution, a case, and a separator can be adopted in addition to the electrodes.

・試験1
チタンカーバイド粒子(平均粒径1μm)、グラファイト粒子(平均粒径2.0μm)及び窒化チタン粒子(平均粒径1.0μm)をそれぞれ微粒子材料として採用した場合のキャリアガスと噴射速度との関係を検討した。
・ Test 1
The relationship between the carrier gas and the injection speed when titanium carbide particles (average particle size 1 μm), graphite particles (average particle size 2.0 μm) and titanium nitride particles (average particle size 1.0 μm) are employed as the fine particle materials, respectively. investigated.

キャリアガスとして窒素を用い、その圧力を0.25MPa、0.50MPa、0.75MPa及び1.00MPaとした場合の各微粒子材料の噴射速度を測定した。噴射条件はとしては、使用ノズルとして内径1mm、先端が平らでストレート形状の管を採用し、その先端からの距離が1mmになるように基板を配置した状態で各微粒子材料を噴射するときの噴射速度を測定した。噴射速度の測定はノズルから噴射された微粒子材料に対して、100ns間隔にてパルスレーザを照射しながら、同期した高解像度カメラにて撮影することで行った。噴射速度は測定した微粒子材料のうち噴射速度が上位10%に入るものの速度の平均値を採用した。結果を表1に示す。   Nitrogen was used as a carrier gas, and the injection speed of each fine particle material was measured when the pressure was 0.25 MPa, 0.50 MPa, 0.75 MPa, and 1.00 MPa. The injection conditions are as follows: the nozzle used is a straight tube with an inner diameter of 1 mm, a flat tip, and the fine particles are sprayed when the substrate is placed so that the distance from the tip is 1 mm. The speed was measured. The ejection speed was measured by photographing with a synchronized high-resolution camera while irradiating the fine particle material ejected from the nozzle with a pulse laser at intervals of 100 ns. As the jetting speed, an average value of the speeds of the measured fine particle materials having the jetting speed in the top 10% was adopted. The results are shown in Table 1.

表1から明らかなように、キャリアガス圧力を0.25MPa〜1.00MPaの範囲に制御することで、噴射速度を200m/s弱から450m/s程度にまで制御することができた。   As is apparent from Table 1, by controlling the carrier gas pressure in the range of 0.25 MPa to 1.00 MPa, the injection speed could be controlled from a little less than 200 m / s to about 450 m / s.

そして、試験後、基板の断面を観察したところ、それぞれ噴射した微粒子材料の種類に応じた材料から形成された導電体層が基板の表面に形成されていることが分かった。導電体層の厚みは微粒子材料を構成する材料の種類にはあまり影響されず、同程度の噴射速度では同程度の厚みに形成されていた。   And after the test, when the cross section of the board | substrate was observed, it turned out that the conductor layer formed from the material according to the kind of each injected fine particle material is formed in the surface of the board | substrate. The thickness of the conductor layer was not greatly affected by the type of material constituting the fine particle material, and was formed to have the same thickness at the same jetting speed.

・試験2
本発明の実施例として薄膜基材としてのアルミニウム箔の表面に導電性材料としてのチタンカーバイトからなる導電体層を形成する方法について種々の条件下、検討を行った。
・ Test 2
As examples of the present invention, a method for forming a conductor layer made of titanium carbide as a conductive material on the surface of an aluminum foil as a thin film substrate was examined under various conditions.

・アルミニウム箔表面への導電体層の形成(基本操作)
アルミニウム箔(厚さ15μm)を基台(表面に吸引口をもつ吸引路が形成されている)の裏面より真空吸引し表面に固定した(密着保持工程)。固定したアルミニウム表面に平均粒子径が1.0μmの微粒子材料としてのチタンカーバイト粒子を圧力0.50MPaの窒素ガスを使った気流中に流して加速させ、ノズルより噴射させてアルミニウム箔上に高密度で衝突させてチタンカーバイトを含む皮膜である導電体層を形成させた(噴射工程)。噴射時のチタンカーバイトの平均流速は280m/秒、ノズルとアルミニウム箔表面の距離は1mmにした。アルミニウム箔の被処理領域の一端から他端までノズルを走査させた後、走査方向に対して垂直方向にノズルを1.0mmずつずらすことを順次繰り返しながら連続的に走査させることで70mm四方の領域に導電体層を形成した。
-Formation of conductor layer on aluminum foil surface (basic operation)
An aluminum foil (thickness: 15 μm) was vacuum sucked from the back surface of the base (having a suction path having a suction port on the surface) and fixed to the surface (adhesion holding step). Titanium carbide particles as a fine particle material with an average particle diameter of 1.0 μm are accelerated on a fixed aluminum surface by flowing them in an air stream using nitrogen gas at a pressure of 0.50 MPa. A conductor layer which is a film containing titanium carbide was formed by colliding with the density (injection step). The average flow rate of titanium carbide during injection was 280 m / sec, and the distance between the nozzle and the aluminum foil surface was 1 mm. After the nozzle is scanned from one end to the other end of the treated area of the aluminum foil, the nozzle is shifted by 1.0 mm in a direction perpendicular to the scanning direction, and is continuously scanned while being sequentially repeated. A conductor layer was formed.

ノズルから噴射されたチタンカーバイド粒子は直径が約1.2mmの円として均等に拡がってアルミニウム箔上に衝突した。走査毎にノズルをずらす大きさは1.0mmなので、一回の走査毎に約0.1mmずつチタンカーバイド粒子が衝突する領域が重なることになった。   The titanium carbide particles ejected from the nozzle spread evenly as a circle having a diameter of about 1.2 mm and collided with the aluminum foil. Since the size of shifting the nozzle for each scan is 1.0 mm, the region where the titanium carbide particles collide by about 0.1 mm for each scan is overlapped.

・ノズルの走査速度
チタンカーバイド粒子を噴射するノズルをアルミニウム箔との距離を一定(1mm)に保ちながら、アルミニウム箔の広がり方向に対して平行に移動させる速度(走査速度)を種々変化させて処理したときに形成される導電体層の様子を評価した。走査速度は1秒あたり、4mm、10mm、20mm、そして30mmの4通りで評価した。導電体層の様子は断面をTEMにて観察することで評価した。結果を図1に示す。
・ Nozzle scanning speed The nozzle that injects titanium carbide particles keeps the distance from the aluminum foil constant (1 mm), while changing the speed (scanning speed) to move in parallel to the spreading direction of the aluminum foil. The state of the conductor layer formed at the time was evaluated. The scanning speed was evaluated in four ways of 4 mm, 10 mm, 20 mm, and 30 mm per second. The state of the conductor layer was evaluated by observing the cross section with a TEM. The results are shown in FIG.

図1より明らかなように、走査速度が速くなるにつれて、処理後のアルミニウム箔の表面が滑らかになることが分かった。これは、単位面積あたりで考えると、走査速度が速くなるにつれてチタンカーバイド粒子が噴射される時間(量)が少なくなることに起因するものと推測される。つまり、チタンカーバイド粒子が噴射される時間が短いと、チタンカーバイド粒子が衝突することによる表面の変形が少なくなるものと考えられる。また、図1より明らかなように、走査速度を変化させても(例えば本実施例におけるように30mm/秒以下の範囲)形成される導電体層の厚みは大差ないことが分かった。   As is clear from FIG. 1, it was found that the surface of the aluminum foil after treatment became smooth as the scanning speed increased. This is presumed to be due to the fact that the time (amount) during which the titanium carbide particles are ejected decreases as the scanning speed increases when considered per unit area. That is, if the time for which the titanium carbide particles are ejected is short, it is considered that the deformation of the surface due to the collision of the titanium carbide particles is reduced. Further, as apparent from FIG. 1, it was found that the thickness of the formed conductor layer is not greatly different even when the scanning speed is changed (for example, in the range of 30 mm / second or less as in this embodiment).

従って、表面の凹凸の形成を望まない場合には走査速度を速くし、反対に表面に凹凸を形成したい場合には走査速度を遅くすることが有効である。例えば、走査速度を10mm/秒以下、更には4mm/秒以下にすることで表面に凹凸を形成できることが分かった。また、走査速度を20mm/秒以上、更には30mm/秒以上にすることで表面を滑らかにできることが分かった。   Therefore, it is effective to increase the scanning speed when it is not desired to form unevenness on the surface, and to lower the scanning speed when it is desired to form unevenness on the surface. For example, it was found that unevenness can be formed on the surface by setting the scanning speed to 10 mm / second or less, and further to 4 mm / second or less. It was also found that the surface can be smoothed by setting the scanning speed to 20 mm / second or more, and further to 30 mm / second or more.

・充電前後における皮膜抵抗
30mm/秒の走査速度でアルミニウム箔の表面にチタンカーバイド粒子を噴射することにより、表面に導電体層が形成された実施例の集電体を製造した。表面に導電体層を形成していないアルミニウム箔を比較例の集電体とした。実施例及び比較例の集電体を用いて製造したリチウム二次電池の正極に相当する電極について充電前後の皮膜抵抗を測定した。
-Film resistance before and after charging The current collector of the example in which the conductor layer was formed on the surface was manufactured by injecting titanium carbide particles onto the surface of the aluminum foil at a scanning speed of 30 mm / sec. An aluminum foil having no conductor layer formed on the surface was used as a current collector of a comparative example. The film resistance before and after charging was measured for an electrode corresponding to the positive electrode of a lithium secondary battery manufactured using the current collectors of the examples and comparative examples.

試験に供する電極は、実施例及び比較例のそれぞれの集電体を用い、その集電体の両面に正極合材ペーストを塗布・乾燥した後、プレスすることで集電体の両面に正極合材層が形成された電極が完成した。正極合材ペーストは、正極活物質としてのニッケル酸リチウム(LiNiO)と導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業製、デンカブラックHS100)と結着材としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを分散媒としてのN−メチルピロリドンに分散することで調製した。LiNiO:HS100:PVDFは85:10:5とした。 The electrodes to be used for the test were the current collectors of Examples and Comparative Examples. The positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of the current collector, dried, and then pressed to form a positive electrode composite on both surfaces of the current collector. The electrode on which the material layer was formed was completed. The positive electrode mixture paste includes lithium nickel oxide (LiNiO 3 ) as a positive electrode active material, acetylene black (Denka Black HS100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder. It was prepared by dispersing in N-methylpyrrolidone as a medium. LiNiO 3 : HS100: PVDF was 85: 10: 5.

充電操作及び皮膜抵抗の測定は図2に示す装置を用いて以下のように行った。図2に示す試験用電極1として実施例及び比較例の電極を採用した。試験用電極1を作用極とし、金属リチウムからなる対極2及び参照極5を用いて皮膜抵抗の測定を行った。皮膜抵抗の測定は種々の電圧を印加した場合における電流値を測定することにより行い、測定した電圧及び電流値から皮膜に由来する抵抗の値を算出した。   The charging operation and the measurement of the film resistance were performed as follows using the apparatus shown in FIG. As the test electrode 1 shown in FIG. 2, the electrodes of Examples and Comparative Examples were adopted. Using the test electrode 1 as a working electrode, the film resistance was measured using a counter electrode 2 and a reference electrode 5 made of metallic lithium. The film resistance was measured by measuring the current value when various voltages were applied, and the resistance value derived from the film was calculated from the measured voltage and current value.

皮膜抵抗の測定はそれぞれの試験用電極について充電操作を行う前と後との2回測定した。充電条件としては、試験用電極及び対極の間に4.1Vの電圧を2時間印加することにて行った。   The film resistance was measured twice before and after the charging operation for each test electrode. As charging conditions, a voltage of 4.1 V was applied between the test electrode and the counter electrode for 2 hours.

電解質3としてはエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比3:7に混合した非水溶媒中に、支持電解質としてのLiPFを1mol/Lの濃度で溶解したものを採用した。結果を図3に示す。 As the electrolyte 3, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as a supporting electrolyte at a concentration of 1 mol / L in a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 3: 7 was used. . The results are shown in FIG.

図3から明らかなように、比較例の集電体を採用した試験用電極は、充電を行うことによって、皮膜抵抗の値が増加した。これは集電体を構成するアルミニウム箔の表面に対して電解質が反応して電気抵抗が大きな皮膜が形成されたことに由来するものと推測される。   As is apparent from FIG. 3, the test electrode employing the current collector of the comparative example has an increased film resistance value when charged. This is presumably because the electrolyte reacted with the surface of the aluminum foil constituting the current collector to form a film having high electrical resistance.

そして、実施例の集電体を採用した試験用電極は、充電の前後で皮膜抵抗の大きさに変化はほとんど認められなかった。更に、比較例の試験電極と比較して充電前の皮膜抵抗の値も極めて小さいことが明らかになった。これは比較例の試験電極における集電体を構成するアルミニウム箔の表面には、電気抵抗が大きい不動態からなる層が形成されているのに対して、実施例の試験電極における集電体を構成するアルミニウム箔の表面には、チタンカーバイドから形成された導電体層があることに由来するものと考えられる。つまり、チタンカーバイドはアルミニウム箔の表面に形成される不動態よりも電気抵抗が低く且つ電解質との反応性が低く、チタンカーバイドからなる導電体層が形成された集電体を採用した実施例の試験電極は充電の前後にかかわらず低い皮膜抵抗を保つことができるものと推測できる。   And the test electrode which employ | adopted the electrical power collector of the Example hardly recognized the change in the magnitude | size of film resistance before and behind charge. Furthermore, it became clear that the value of the film resistance before charging was extremely small as compared with the test electrode of the comparative example. This is because the surface of the aluminum foil constituting the current collector in the test electrode of the comparative example is formed with a passive layer having a large electric resistance, whereas the current collector in the test electrode of the example is It is considered that the surface of the aluminum foil to be formed is derived from the presence of a conductor layer formed from titanium carbide. In other words, titanium carbide has a lower electrical resistance than a passive state formed on the surface of the aluminum foil and a low reactivity with the electrolyte, and in the embodiment adopting a current collector in which a conductor layer made of titanium carbide is formed. It can be assumed that the test electrode can maintain a low film resistance before and after charging.

出力特性を常法により測定した結果、実施例の試験電池の出力上限電流は70mAであり、比較例の試験電池の出力上限電流よりも約1.16倍大きいことが分かった。すなわち、集電体の表面に導電体層を形成することで出力密度の向上が確認できた。   As a result of measuring the output characteristics by a conventional method, it was found that the output upper limit current of the test battery of the example is 70 mA, which is about 1.16 times larger than the output upper limit current of the test battery of the comparative example. That is, it was confirmed that the output density was improved by forming a conductor layer on the surface of the current collector.

実施例においてノズルの走査速度を変化させたときに形成される導電体層の断面を観察したSEM写真である。It is the SEM photograph which observed the cross section of the conductor layer formed when the scanning speed of a nozzle was changed in an Example. 実施例において電極の皮膜抵抗の測定に用いた測定装置の概略図である。It is the schematic of the measuring apparatus used for the measurement of the film | membrane resistance of an electrode in an Example. 実施例及び比較例の試験電極の充放電前後の皮膜抵抗を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the film resistance before and behind charge / discharge of the test electrode of an Example and a comparative example.

Claims (5)

金属製の薄膜基材とその表面に形成されたチタンカーバイトからなる導電性材料を含む導電体層とを有する蓄電装置用の集電体を製造する方法であって、
前記薄膜基材を厚みが50μm以下であるアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔により構成するとともに、該薄膜基材を表面に密着させて保持する基台を用い、
前記薄膜基材を前記基台の表面に密着保持する工程と、
粒径が1μm〜9μmであって前記導電性材料から形成される微粒子材料とキャリヤガスとの混合物を前記基台上に保持された前記薄膜基材にノズルから噴射するとともに、該噴射時の走査速度を4mm/秒以下とすることにより、前記薄膜基材の表面に凹凸を形成する噴射工程と、を有することを特徴とする集電体の製造方法。
A method for producing a current collector for a power storage device having a metal thin film substrate and a conductor layer containing a conductive material made of titanium carbide formed on the surface of the metal thin film substrate,
With a thickness of the thin film substrate is made of aluminum foil or aluminum alloy foil is 50μm or less, using a base to hold in close contact with the film substrate on the surface,
A step of closely holding the thin film substrate on the surface of the base;
A mixture of a fine particle material formed from the conductive material having a particle diameter of 1 μm to 9 μm and a carrier gas is sprayed from the nozzle onto the thin film substrate held on the base , and scanning at the time of the spraying And a jetting step of forming irregularities on the surface of the thin film substrate by setting the speed to 4 mm / second or less .
ガスを吸引する開口部を備えるガス吸引手段を有し、
前記基台は一端が前記基台が密着保持される表面に開口する吸引口を形成し他端が前記ガス吸引手段の前記開口部に内部のガスが吸引されるように接続される接続口を形成するガス吸引路が形成されており、
前記薄膜基材は前記ガス吸引手段によって前記基台表面に開口する前記吸引口からガス吸引を行うことで前記基台表面に吸着される請求項1に記載の集電体の製造方法。
Having gas suction means with an opening for sucking gas;
One end of the base has a suction port that opens to the surface where the base is closely held, and the other end has a connection port that is connected to the opening of the gas suction means so that internal gas is sucked. The gas suction path to be formed is formed,
2. The method of manufacturing a current collector according to claim 1, wherein the thin film substrate is adsorbed on the surface of the base by performing gas suction from the suction port opened on the surface of the base by the gas suction means.
前記薄膜基材と前記導電体層との間には、前記薄膜基材の表面から前記導電性材料が内部に拡散して形成された接合層を有する請求項1または2に記載の集電体の製造方法。 The current collector according to claim 1, further comprising a bonding layer formed by diffusing the conductive material from the surface of the thin film base material between the thin film base material and the conductive material layer. Manufacturing method. 前記ノズルから噴射する前記微粒子材料の速度は200m/秒〜450m/秒である請求項1〜3のいずれかに記載の集電体の製造方法。 The method for producing a current collector according to any one of claims 1 to 3 , wherein a speed of the fine particle material ejected from the nozzle is 200 m / sec to 450 m / sec. 薄膜状の集電体と前記集電体の表面に形成された電極活物質層とを有する電極の製造方法であって、
前記集電体は請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法で製造されることを特徴とする電極の製造方法。
A method for producing an electrode having a thin film current collector and an electrode active material layer formed on the surface of the current collector,
The said collector is manufactured with the manufacturing method in any one of Claims 1-4 , The manufacturing method of the electrode characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010131427A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 パナソニック株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing same
US9209464B2 (en) * 2009-09-24 2015-12-08 Corning Incorporated Current collectors having textured coating
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10188951A (en) * 1996-12-24 1998-07-21 Komatsu Ltd Electrode plate and manufacture thereof
JPH11250900A (en) * 1998-02-26 1999-09-17 Sony Corp Manufacture and manufacturing device for electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, electrode, and electrolyte secondary battery using its electrode
JP2000068166A (en) * 1998-08-21 2000-03-03 Nichicon Corp Electric-double-layer capacitor
JP2002045779A (en) * 2000-08-02 2002-02-12 Sharp Corp Method for forming thin film and method for treating surface of substrate
JP2002203562A (en) * 2000-12-28 2002-07-19 Toshiba Corp Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2005310476A (en) * 2004-04-20 2005-11-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Negative electrode material for lithium battery, negative electrode, lithium battery, and manufacturing method and device of lithium battery
JP2006024727A (en) * 2004-07-08 2006-01-26 Tdk Corp Electrochemical element
JP2006241544A (en) * 2005-03-04 2006-09-14 Hitachi Cable Ltd Method and apparatus for forming film of fine particles
JP2006286815A (en) * 2005-03-31 2006-10-19 Ngk Insulators Ltd Apparatus for sucking to fix substrate
JP2007079103A (en) * 2005-09-14 2007-03-29 Ono Sokki Co Ltd Film holding plate, film holding mechanism and registering device of exposure machine

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