JP5186909B2 - リチウムイオン二次電池用集電体 - Google Patents
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Description
本発明では、集電体は、表面に接着性の樹脂粒子を含み、樹脂粒子の一部が表面から露出している。
図2は、本発明の第1実施形態のリチウムイオン二次電池用集電体の面方向に垂直な方向の断面図である。図2に示すように、本実施形態の集電体1は、金属層1bと、前記金属層1bの表面に形成されてなるメッキ層1aと、を含む構造を有する。メッキ層中には、樹脂粒子1cが分散し、樹脂粒子1cは、メッキ層表面に組み込まれる形で表面に露出している。
本発明の第3実施形態のリチウムイオン二次電池用集電体1の金属層1b全体に樹脂粒子1aが分散している集電体である(図4)。かような集電体は、例えば、以下のようにして製造することができる。集電体として用いられる電解銅箔を製造する際に、樹脂粒子を含む電解液(通常は硫酸銅水溶液)を用いる。電解液中にドラムと呼ばれる直径2〜3m、巾1m強の大きな筒状の陰極を半分沈め、それを囲むように陽極を設け、このドラム上に銅を電析させる。次に、電析させながらドラムを回転させ、電解液から出ている部分で析出した銅を引き剥がすことによって集電体が得られる。
[活物質層]
活物質層は、活物質を必須に含み、必要に応じてその他の添加剤(バインダー、導電助剤、電解質塩)をさらに含む。
電解質層13を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
電池外部に電流を取り出す目的で、各集電体に電気的に接続されたタブ(正極タブ18および負極タブ19)が電池外装材の外部に取り出されている。具体的には、図1に示すように各正極集電体11に電気的に接続された正極タブ18と各負極集電体14に電気的に接続された負極タブ19とが、電池外装材22であるラミネートシートの外部に取り出される。
正極端子リード20および負極端子リード21に関しても、必要に応じて使用する。例えば、各集電体11、14から出力電極端子となる正極タブ18及び負極タブ19を直接取り出す場合には、正極端子リード20および負極端子リード21は用いなくてもよい。
電池外装材22としては、公知の金属缶ケースを用いることができほか、発電要素(電池要素)を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。本発明では、高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるラミネートフィルムが望ましい。
次に、本発明のリチウムイオン電池の製造方法としては、公知の方法を適用して作製することができる。
本実施形態の電池は、複数電気的に接続されて組電池とされてもよい。
本実施形態の電池は、例えば上述した電池または組電池の形態で、車両に搭載されうる。車両に搭載された電池は、例えば、車両のモータを駆動する電源として用いられうる。
(1)負極集電体の作製
蒸留水0.5lに硫酸銅(II)135g、硫酸17mlを加えた溶液を用い、溶液中にSBR粒子(平均粒径200nm、融点170℃)10g/Lを分散させて攪拌した。その後、ガルバノスタットにより陽極と陰極間に電流を流すことにより銅板(厚さ100μm)の片面に銅メッキを施した。この際、陽極は陰極の2倍の面積となるようにし、電流密度は陰極基準で10mA/cm2とし、10秒間電解を行った。形成されたメッキ層の厚さは0.2μmであった。樹脂粒子の集電体表面における面積比を確認するためにSEM観察を行った。樹脂粒子面積比は6%であった。
CMC(カルボキシメチルセルロース:分散剤)溶液を用いてSiO(SIO19PB、粒径:38μmパス、高純度化学研究所社製):グラファイト(商品名;MAG−D、日立化成社製):CMC:SBR=50:40:4:6の組成比(質量比)でスラリーを調製した。
ドクターブレードを用いて、上記で作製した集電体のメッキ層上にスラリーを塗布し、乾燥する(80℃、10分)ことにより膜厚40μmの負極電極を作製した。
(3)で作製した負極電極を、膜厚を30μmまでプレスした後、所定の大きさ(面積2cm2)に打ち抜いた。水分および溶媒を乾燥させるために120℃の真空オーブン中で8時間乾燥を行った。この電極、リチウム箔、およびポリエチレン製多孔質フィルムを積層した。この積層体をステンレス製の缶ケースに載置後、電解液(エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)=4/6(体積比)混合液にLiPF6が1Mの濃度に溶解した溶液)を注液し、絶縁用のガスケットを用いて封口することにコイン型の電池を作製した。
メッキ液中にSBR粒子を20g/L分散させた以外は、実施例1と同様にコイン型電池の作製を行った。なお、集電体作製時の樹脂粒子面積比は14%であった。
メッキ液中にSBR粒子を50g/L分散させた以外は、実施例1と同様にコイン型電池の作製を行った。なお、集電体作製時の樹脂粒子面積比は27%であった。
メッキ液中にSBR粒子を150g/L分散させた以外は、実施例1と同様にコイン型電池の作製を行った。なお、集電体作製時の樹脂粒子面積比は41%であった。
メッキ液中にSBR粒子を300g/L分散させた以外は、実施例1と同様にコイン型電池の作製を行った。なお、集電体作製時の樹脂粒子面積比は52%であった。
実施例5の(4)コイン型電池作製において、120℃の真空オーブン中で8時間乾燥させた電極をさらに、真空乾燥炉中300℃で5時間熱処理した以外は、実施例5と同様にコイン型電池の作製を行った。
実施例1(1)負極集電体の作製において、メッキ液中にSBR粒子を分散させず電解を行った以外は、実施例1と同様にコイン型電池の作製を行った。
SBR粒子をCMC溶液に分散させた溶液を比較例1で作製した電極に塗布後、80℃、10分乾燥させて負極集電体を作製した(樹脂層の厚さは10μm)以外は、実施例1と同様にコイン型電池の作製を行った。
25℃雰囲気下にて、電池の電圧が0.05Vから1.5V間で充放電サイクルテストを実施した。充放電の電流密度は1.0mA/cm2とし、50サイクル評価した。各電池の1サイクル目の放電容量を100として、各サイクルの放電容量の容量保持率(%)を表1に示す。
活物質層を塗工した乾燥後の電極を用いて、活物質層側と集電体の金属層側に端子を接触させて抵抗を測定した。比較例1の抵抗を100とした場合の各実施例および比較例の抵抗の結果を表2に示す。
活物質層を塗工した乾燥後の電極を用いて、引張試験機による90°剥離試験(剥離速度:200mm/min)により剥離強度を測定した。比較例1の剥離強度を100とした場合の各実施例および比較例の剥離強度の結果を表3に示す。
1a メッキ層、
1b 金属層、
1c 樹脂粒子、
10 リチウムイオン電池、
11 正極集電体、
12 正極(正極活物質層)、
13 電解質層、
14 負極集電体、
14a 最外層負極集電体、
15 負極(負極活物質層)、
16 単電池層(=電池単位ないし単セル)、
17 発電要素(電池要素;積層体)、
18 正極タブ、
19 負極タブ、
20 正極端子リード、
21 負極端子リード、
22 電池外装材(たとえばラミネートフィルム)、
40 組電池、
50 電気自動車。
Claims (7)
- 表面に接着性の樹脂粒子を含み、前記樹脂粒子の一部が表面から露出していて、(1)金属層と、前記金属層上に形成され、前記樹脂粒子を含むメッキ層とを有する、または(2)金属層に前記樹脂粒子が分散している、リチウムイオン二次電池用集電体。
- 前記樹脂粒子が前記集電体の表面において面積比で5〜60%存在する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用集電体。
- 金属箔に接着性の樹脂粒子を含む金属塩水溶液により電解メッキを行って集電体を得る工程を含み、
前記電解メッキは、電流密度5〜20mA/cm 2 、およびメッキ時間5〜300秒で行う、リチウムイオン二次電池用集電体の製造方法。 - 請求項3に記載の製造方法により得られた集電体上に活物質層を塗布する工程と、
前記樹脂粒子の融点以上に加熱する工程とを含む、
リチウムイオン二次電池用電極の製造方法。 - 請求項1または2に記載の集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質層と、を含む、リチウムイオン二次電池用電極。
- 前記電極が負極である、請求項5に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
- 請求項6に記載のリチウムイオン二次電池用電極を用いた、リチウムイオン二次電池。
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