JP5299710B2 - Positive electrode current collector and manufacturing method thereof - Google Patents

Positive electrode current collector and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP5299710B2
JP5299710B2 JP2010276770A JP2010276770A JP5299710B2 JP 5299710 B2 JP5299710 B2 JP 5299710B2 JP 2010276770 A JP2010276770 A JP 2010276770A JP 2010276770 A JP2010276770 A JP 2010276770A JP 5299710 B2 JP5299710 B2 JP 5299710B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
current collector
electrode current
conductive layer
oxide film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010276770A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011096667A (en
Inventor
陽三 内田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2010276770A priority Critical patent/JP5299710B2/en
Publication of JP2011096667A publication Critical patent/JP2011096667A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5299710B2 publication Critical patent/JP5299710B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

本発明は、電池構成要素として用いられる正極集電体ならびに該正極集電体の製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode current collector used as a battery component and a method for producing the positive electrode current collector.

正極と負極との間をリチウムイオンが介在することによって充電および放電するリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)は、軽量で高出力が得られることから、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末の電源として今後益々の需要増大が見込まれている。この種の二次電池の一つの典型的な構成では、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出し得る材料(電極活物質)が導電性部材(電極集電体)に保持された構成の電極を備える。例えば、正極に用いられる電極活物質(正極活物質)の代表例としては、リチウムと一種または二種以上の遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物(以下、「リチウム遷移金属酸化物」ともいう。)が挙げられる。また、正極に用いられる電極集電体(正極集電体)の代表例としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金を主体とするシート状または箔状の部材が挙げられる。   A lithium secondary battery (typically a lithium ion battery) that is charged and discharged by interposing lithium ions between the positive electrode and the negative electrode is lightweight and provides high output. The demand for mobile terminals is expected to increase further in the future. In one typical configuration of this type of secondary battery, an electrode having a configuration in which a material (electrode active material) capable of reversibly occluding and releasing lithium ions is held in a conductive member (electrode current collector) is used. Prepare. For example, as a representative example of an electrode active material (positive electrode active material) used for a positive electrode, an oxide containing lithium and one or more transition metal elements as constituent metal elements (hereinafter referred to as “lithium transition metal oxide”). Also called). A typical example of an electrode current collector (positive electrode current collector) used for the positive electrode is a sheet-like or foil-like member mainly composed of aluminum or an aluminum alloy.

アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる正極集電体は腐食(例えば酸化)され易い。例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる正極集電体の表面は、大気にさらせば即酸化されるため、常時酸化膜を有する。集電体表面に酸化膜が存在すると、該酸化膜は絶縁膜であるため、正極集電体と正極活物質層との間の電気抵抗が増大する虞がある。   A positive electrode current collector made of aluminum or an aluminum alloy is easily corroded (for example, oxidized). For example, the surface of the positive electrode current collector made of aluminum or an aluminum alloy is immediately oxidized when exposed to the atmosphere, and thus always has an oxide film. When an oxide film is present on the current collector surface, the oxide film is an insulating film, which may increase the electrical resistance between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer.

このような集電体表面の腐食(変質)を抑制する技術として特許文献1が開示されている。特許文献1では、スパッタイオンビームエッチング装置を用いて集電体表面の自然酸化膜を除去した後、集電体表面に炭素などの良好な導電性と耐腐食性を有する被膜層(カーボン膜)を設ける技術が開示されている。なお、集電体表面に耐腐食性を付与する他の従来技術文献として、例えば特許文献2、3、4などが挙げられる。   Patent Document 1 is disclosed as a technique for suppressing such corrosion (deterioration) of the current collector surface. In Patent Document 1, a natural oxide film on the surface of the current collector is removed using a sputter ion beam etching apparatus, and then a coating layer (carbon film) having good conductivity and corrosion resistance such as carbon on the surface of the current collector. A technique for providing the above is disclosed. Examples of other prior art documents that impart corrosion resistance to the current collector surface include Patent Documents 2, 3, and 4, for example.

特開平11−250900号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-250900 特開平10−106585号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-106585 特開2005−259682号公報JP 2005-259682 A 特開2007−250376号公報JP 2007-250376 A

しかしながら、Al被質の自然酸化膜は、一般に、エッチングレートが低く、それゆえ、酸化膜の除去に処理時間がかかりすぎるという問題がある。例えば、本願発明者の試算によると、標準的なスパッタリング装置を用いて、スパッタ電力200W、容量13.5MHzの条件で酸化膜のエッチングを行うと、エッチングレートは概ね1nm/minとなる。自然酸化膜の厚さを5〜10nm程度とすると、該酸化膜の完全除去に実に5〜10分もの時間を要することとなり、生産性が悪い。エッチング時間をもっと短縮できれば、かかるエッチング処理を例えばインライン上で連続製造に適した態様で実現することができ、有用である。 However, the natural oxide film of Al 2 O 3 is generally low in etching rate, and therefore has a problem that it takes too much time to remove the oxide film. For example, according to a trial calculation by the present inventor, when an oxide film is etched using a standard sputtering apparatus under conditions of a sputtering power of 200 W and a capacity of 13.5 MHz, the etching rate is approximately 1 nm / min. If the thickness of the natural oxide film is about 5 to 10 nm, it takes 5 to 10 minutes to completely remove the oxide film, and the productivity is poor. If the etching time can be further shortened, such an etching process can be realized in a mode suitable for continuous production, for example, in-line, which is useful.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、表面に導電層を有する正極集電体であって、生産性に優れた正極集電体ならびに該正極集電体の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above points, and its main object is a positive electrode current collector having a conductive layer on the surface, and a positive electrode current collector excellent in productivity and the positive electrode current collector. It is to provide a manufacturing method.

本発明者は、所定の厚さ以下の酸化膜であれば正極集電体と正極活物質層との間の電気抵抗値を顕著に増大させることがなく、また却って正極集電体の安定性(耐久性)向上に資することを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明により提供される正極集電体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の基材上に導電性を有する導電層が形成された正極集電体である。上記基材は、該基材本体と上記導電層との界面に厚さが3nm以下のアルミ酸化物からなる表面酸化膜を有することを特徴とする。好ましくは、この表面酸化膜の厚さはエッチング加工によって0.5nm以上3nm以下であって上記基材と上記導電層との間の接触抵抗が0.5mΩ・cm以下となる厚さに調整されている。
The inventor does not significantly increase the electrical resistance value between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer as long as the oxide film has a predetermined thickness or less, and on the contrary, the stability of the positive electrode current collector. It has been found that it contributes to (durability) improvement, and the present invention has been completed.
That is, the positive electrode current collector provided by the present invention is a positive electrode current collector in which a conductive layer having conductivity is formed on a base made of aluminum or an aluminum alloy. The base material has a surface oxide film made of an aluminum oxide having a thickness of 3 nm or less at an interface between the base material body and the conductive layer. Preferably, the contact resistance is adjusted to the thickness of the 0.5mΩ · cm 2 or less between the thickness of the surface oxide film is an at 0.5nm or more 3nm or less by etching the substrate and the conductive layer Has been.

本発明の正極集電体によれば、アルミニウム製の基材と導電層の界面にAl単体よりも化学的に安定な表面酸化膜(Al層)を介在させているので、該酸化膜が存在しない集電体に比べて、集電体の耐久性(安定性)が向上する。これにより、電池の長寿命化(即ち長期にわたって安定した電池性能を維持すること)を図ることができる。加えて、表面酸化膜の厚さを3nm以下にすることにより、絶縁被膜である酸化膜に導電性を付与することができ、正極集電体と正極合材層(正極活物質を含む層)との間の電気抵抗値を顕著に増大させることがない。すなわち、本発明の構成によれば、高出力で、かつサイクル寿命に優れた正極集電体を提供することができる。 According to the positive electrode current collector of the present invention, a surface oxide film (Al 2 O 3 layer) that is chemically more stable than Al alone is interposed at the interface between the aluminum substrate and the conductive layer. The durability (stability) of the current collector is improved as compared with the current collector without a film. As a result, the battery life can be extended (that is, stable battery performance can be maintained over a long period of time). In addition, by setting the thickness of the surface oxide film to 3 nm or less, conductivity can be imparted to the oxide film that is an insulating film, and a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer (a layer containing a positive electrode active material) The electrical resistance value between is not significantly increased. That is, according to the configuration of the present invention, it is possible to provide a positive electrode current collector with high output and excellent cycle life.

ここに開示される正極集電体の好ましい一態様では、上記導電層は、アルミニウムよりもアルカリによる腐食(変質)を受けにくい金属または金属炭化物から構成されている。その場合、導電層に耐腐食性を付与して、腐食を受けやすいアルミニウム基材の保護を図ることができる。 In a preferred embodiment of the positive electrode current collector disclosed herein, the conductive layer is made of a metal or metal carbide that is less susceptible to alkali corrosion (degeneration) than aluminum. In that case, corrosion resistance can be imparted to the conductive layer to protect the aluminum base material that is susceptible to corrosion.

ここに開示される正極集電体の好ましい一態様では、上記基材は、シート状のアルミニウム箔である。アルミニウムは、薄膜状(シート状)に加工しやすく、それゆえ正極集電体として好ましい種々の特性を有する一方、腐食を受けやすい性質がある。したがって、基材がアルミニウム箔の場合、基材表面に酸化膜と導電層を設けて保護を図るという本発明の構成を採用することによる効果が特によく発揮され得る。   In a preferred embodiment of the positive electrode current collector disclosed herein, the substrate is a sheet-like aluminum foil. Aluminum is easily processed into a thin film (sheet shape), and therefore has various characteristics preferable as a positive electrode current collector, and is susceptible to corrosion. Therefore, when the substrate is an aluminum foil, the effect of adopting the configuration of the present invention in which an oxide film and a conductive layer are provided on the substrate surface for protection can be exhibited particularly well.

また、本発明は、正極集電体を製造する方法を提供する。この正極集電体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の基材上に、導電性を有する導電層を積層してなる正極集電体を製造する方法である。本方法では、上記基材として、該基材本体の界面にアルミ酸化物からなる表面酸化膜を有する基材を用意する。そして、上記用意した基材の表面酸化膜を、エッチング加工によって0.5nm以上3nm以下の厚さに調整する厚さ調整工程と、上記厚さ調整した表面酸化膜の上に上記導電層を形成する導電層形成工程とを含む。好ましくは、上記厚さ調整工程において、上記表面酸化膜の厚さを0.5nm以上3nm以下であって上記基材と上記導電層との間の接触抵抗が0.5mΩ・cm以下となる厚さに調整する。 The present invention also provides a method for producing a positive electrode current collector. This positive electrode current collector is a method for producing a positive electrode current collector formed by laminating a conductive layer having conductivity on a base made of aluminum or an aluminum alloy. In this method, a substrate having a surface oxide film made of aluminum oxide at the interface of the substrate body is prepared as the substrate. Then, a thickness adjusting step of adjusting the surface oxide film of the prepared base material to a thickness of 0.5 nm to 3 nm by etching, and forming the conductive layer on the surface oxide film adjusted in thickness And a conductive layer forming step. Preferably, in the thickness adjusting step, the thickness of the surface oxide film is 0.5 nm or more and 3 nm or less, and the contact resistance between the substrate and the conductive layer is 0.5 mΩ · cm 2 or less. Adjust to thickness.

アルミ酸化膜は、エッチングレートが低いため、完全除去に時間を要するが、本発明の方法によれば、表面酸化膜を安定層として活用して意図的に所定の厚さで残しているため、エッチング加工に要する時間を大幅に短縮することができ、生産性を向上させることができる。   Since the aluminum oxide film has a low etching rate, it takes time for complete removal, but according to the method of the present invention, the surface oxide film is used as a stable layer and intentionally left at a predetermined thickness. The time required for the etching process can be greatly reduced, and the productivity can be improved.

ここに開示される正極集電体製造方法の好ましい一態様では、上記エッチング加工は、スパッタエッチングにより行われる。また、ここに開示される正極集電体製造方法の好ましい一態様では、上記導電層の形成は、金属または金属炭化物をターゲットに用いたスパッタリング法により行われる。   In a preferred embodiment of the positive electrode current collector manufacturing method disclosed herein, the etching process is performed by sputter etching. Moreover, in one preferable aspect of the positive electrode current collector manufacturing method disclosed herein, the conductive layer is formed by a sputtering method using a metal or a metal carbide as a target.

本発明によると、また、ここに開示されるいずれかの方法により製造された正極集電体を用いて構築された二次電池(例えばリチウムイオン電池等のリチウム二次電池)が提供される。かかる二次電池は、上記正極集電体を正極に用いて構築されていることから、より良好な電池性能を示す(例えば、内部抵抗が低い、高出力特性がよい、耐久性(安定性)が高い、の少なくとも一つを満たす)ものであり得る。   According to the present invention, there is also provided a secondary battery (for example, a lithium secondary battery such as a lithium ion battery) constructed using a positive electrode current collector manufactured by any of the methods disclosed herein. Since such a secondary battery is constructed using the positive electrode current collector as a positive electrode, it exhibits better battery performance (for example, low internal resistance, good high output characteristics, durability (stability) Satisfy at least one of high).

このような二次電池は、例えば自動車等の車両に搭載される二次電池として好適である。したがって本発明によると、ここに開示されるいずれかの二次電池(複数の二次電池が接続された組電池の形態であり得る。)を備える車両が提供される。特に、軽量で高出力が得られることから、上記電池がリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)であって、該リチウム二次電池を動力源(典型的には、ハイブリッド車両または電気車両の動力源)として備える車両(例えば自動車)が好適である。   Such a secondary battery is suitable as a secondary battery mounted on a vehicle such as an automobile. Therefore, according to the present invention, there is provided a vehicle including any of the secondary batteries disclosed herein (which may be in the form of an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are connected). In particular, since the light weight and high output can be obtained, the battery is a lithium secondary battery (typically a lithium ion battery), and the lithium secondary battery is used as a power source (typically a hybrid vehicle or an electric vehicle). A vehicle (for example, an automobile) provided as a power source of the vehicle is preferable.

本発明の一実施形態に係る正極の断面を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the cross section of the positive electrode which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る正極の製造工程を示すフロー図。The flowchart which shows the manufacturing process of the positive electrode which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る正極の製造工程を模式的に示す工程断面図。Process sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the positive electrode which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る正極の製造工程を模式的に示す工程断面図。Process sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the positive electrode which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る正極の製造工程を模式的に示す工程断面図。Process sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the positive electrode which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る正極の製造工程を模式的に示す工程断面図。Process sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the positive electrode which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る正極集電体の製造装置を模式的に示す図The figure which shows typically the manufacturing apparatus of the positive electrode electrical power collector which concerns on one Embodiment of this invention. Al酸化膜の膜厚と接触抵抗との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the film thickness of Al oxide film, and contact resistance. 接触抵抗と100Cレートにおける電池容量の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a contact resistance and the battery capacity in 100C rate. 本発明の一実施形態に係る二次電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図。The side view which shows typically the vehicle (automobile) provided with the secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention.

本願発明者は、正極集電体(アルミニウム箔)表面の自然酸化膜を完全に除去するのではなく、一部を残して積極的に利用することにより、耐久性と生産性に優れた正極集電体を得ることができるとの知見を得、本発明に想到した。   The inventor of the present application does not completely remove the natural oxide film on the surface of the positive electrode current collector (aluminum foil), but actively uses it while leaving a part of the positive electrode current collector excellent in durability and productivity. The inventor has obtained knowledge that an electric body can be obtained and has arrived at the present invention.

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、電極活物質の製造方法、電極合材層形成用組成物の調製方法、セパレータや電解質の構成および製法、リチウム二次電池その他の電池の構築に係る一般的技術等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. Note that the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not reflect the actual dimensional relationship. Further, matters other than matters specifically mentioned in the present specification and matters necessary for carrying out the present invention (for example, a method for producing an electrode active material, a method for preparing an electrode mixture layer forming composition, a separator, The configuration and manufacturing method of the electrolyte, a general technique related to the construction of the lithium secondary battery and other batteries, etc.) can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the conventional technology in the field.

特に限定することを意図したものではないが、以下では主としてアルミニウム製の箔状基材(アルミニウム箔)を有するリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)用の正極集電体10および該正極集電体を備えた正極30を例として、本実施形態に係る正極集電体について説明する。   Although not intended to be particularly limited, a positive electrode current collector 10 for a lithium secondary battery (typically a lithium ion battery) having a foil-like base material (aluminum foil) mainly made of aluminum and the The positive electrode current collector according to this embodiment will be described using the positive electrode 30 including the positive electrode current collector as an example.

ここに開示されるリチウム二次電池用正極30は、図1に示すように、正極集電体10と、該正極集電体10に保持された正極合材層(正極活物質を含む層)20とから構成されている。   As shown in FIG. 1, a positive electrode 30 for a lithium secondary battery disclosed herein includes a positive electrode current collector 10 and a positive electrode mixture layer (a layer containing a positive electrode active material) held by the positive electrode current collector 10. 20.

正極集電体10は、基材12上に導電層14を積層して形成されている。基材12としては、導電性に優れかつ薄膜状(シート状)に加工しやすいアルミニウムまたはアルミニウム合金製のものを使用している。この実施形態では、基材12(即ち基材本体)は、厚さ10μm〜30μm程度のアルミニウム箔である。   The positive electrode current collector 10 is formed by laminating a conductive layer 14 on a base material 12. The substrate 12 is made of aluminum or aluminum alloy, which has excellent conductivity and can be easily processed into a thin film (sheet). In this embodiment, the substrate 12 (that is, the substrate body) is an aluminum foil having a thickness of about 10 μm to 30 μm.

導電層14は、導電性を有する導電性材料からなり、基材12を覆うように形成されている。導電層14は、基材12と正極合材層20との間に介在し、基材12と正極合材層20の界面における抵抗を下げる働きをもつ。導電層14は、電気抵抗が低い材質のものが好ましく、その抵抗率は、好ましくは500μΩ・cm以下であり、さらに好ましくは50μΩ・cm以下である。この実施形態では、導電層14は、炭化タングステン(抵抗率:17μΩ・cm)からなる。導電層14の厚さは、概ね5nm〜100nmの範囲であればよく、この実施形態では20nm程度である。   The conductive layer 14 is made of a conductive material having conductivity, and is formed so as to cover the substrate 12. The conductive layer 14 is interposed between the base material 12 and the positive electrode mixture layer 20 and has a function of reducing resistance at the interface between the base material 12 and the positive electrode mixture layer 20. The conductive layer 14 is preferably made of a material having a low electric resistance, and the resistivity is preferably 500 μΩ · cm or less, more preferably 50 μΩ · cm or less. In this embodiment, the conductive layer 14 is made of tungsten carbide (resistivity: 17 μΩ · cm). The thickness of the conductive layer 14 may be approximately in the range of 5 nm to 100 nm, and in this embodiment is about 20 nm.

さらに、基材12の表面(即ち基材本体と導電層14との界面)には、表面酸化膜16が形成されている。表面酸化膜16は、Alなどのアルミ酸化物からなり、例えば基材表面が自然酸化されて生成したものである(自然酸化膜)。このようなAl皮膜(酸化膜)16は、Al単体よりも化学的に安定しているため、該酸化膜が存在しない集電体に比べて、集電体の耐久性(安定性)が向上する。 Furthermore, a surface oxide film 16 is formed on the surface of the substrate 12 (that is, the interface between the substrate body and the conductive layer 14). The surface oxide film 16 is made of an aluminum oxide such as Al 2 O 3, and is formed by, for example, natural oxidation of the substrate surface (natural oxide film). Since such an Al 2 O 3 film (oxide film) 16 is chemically more stable than Al alone, the durability (stability) of the current collector is higher than that of the current collector without the oxide film. ) Will improve.

表面酸化膜16の厚さは、概ね3nm又はそれ以下であればよい。表面酸化膜16の厚さを3nm以下にすると、該酸化膜16のトンネル効果が飛躍的に向上する。そのため、一般に絶縁皮膜であるAl酸化膜に導電性を付与することができ、これにより、正極集電体と正極合材層(正極活物質を含む層)との間の電気抵抗値を顕著に増大させることがない。   The thickness of the surface oxide film 16 may be approximately 3 nm or less. When the thickness of the surface oxide film 16 is 3 nm or less, the tunnel effect of the oxide film 16 is dramatically improved. Therefore, it is generally possible to impart conductivity to an Al oxide film that is an insulating film, thereby significantly increasing the electrical resistance value between the positive electrode current collector and the positive electrode mixture layer (a layer containing the positive electrode active material). There is no increase.

表面酸化膜16の膜厚の下限は、下地のアルミニウム(基材本体)を露出させることなく被覆することができる程度であればよい。例えば、Al分子1個分の厚さ(単分子層)であり得る。例えば、表面酸化膜16の厚さは0.5nm以上3nm以下であり、好ましくは1nm以上3nm以下である。かかる構成によれば、表面酸化膜16によって下地のアルミニウム(基材本体)を均一に被覆することができ、正極集電体の安定性(耐久性)向上に確実に資することができる。 The lower limit of the film thickness of the surface oxide film 16 should just be a grade which can be coat | covered, without exposing base aluminum (base-material main body). For example, it may be a thickness (monomolecular layer) of one Al 2 O 3 molecule. For example, the thickness of the surface oxide film 16 is not less than 0.5 nm and not more than 3 nm, preferably not less than 1 nm and not more than 3 nm. According to such a configuration, the underlying aluminum (base material body) can be uniformly coated with the surface oxide film 16, which can surely contribute to an improvement in the stability (durability) of the positive electrode current collector.

本実施形態の正極集電体10によれば、アルミニウム製の基材12と導電層14の界面にAl単体よりも化学的に安定な表面酸化膜(Al層)16を介在させているので、該酸化膜16が存在しない集電体に比べて、集電体の耐久性(安定性)が向上する。これにより、電池の長寿命化(即ち長期にわたって安定した電池性能を維持すること)を図ることができる。加えて、表面酸化膜16の厚さを3nm以下にすることにより、絶縁被膜である酸化膜に導電性を付与することができ、正極集電体10と正極合材層(正極活物質を含む層)との間の電気抵抗値を顕著に増大させることがない。すなわち、本実施形態の構成によれば、高出力で、かつサイクル寿命に優れた正極集電体10を提供することができる。 According to the positive electrode current collector 10 of this embodiment, a surface oxide film (Al 2 O 3 layer) 16 that is chemically more stable than Al alone is interposed at the interface between the aluminum base 12 and the conductive layer 14. Therefore, the durability (stability) of the current collector is improved as compared with the current collector without the oxide film 16. As a result, the battery life can be extended (that is, stable battery performance can be maintained over a long period of time). In addition, by setting the thickness of the surface oxide film 16 to 3 nm or less, conductivity can be imparted to the oxide film which is an insulating film, and the positive electrode current collector 10 and the positive electrode mixture layer (including the positive electrode active material) The electrical resistance value between the two layers is not significantly increased. That is, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to provide the positive electrode current collector 10 having high output and excellent cycle life.

上記導電層14は、導電性に加え、アルミニウムよりも腐食を受けにくい金属または金属炭化物から構成されていることが好ましい。その場合、導電層14に耐腐食性を付与して、腐食を受けやすいアルミニウム基材12の保護を図ることができる。そのような金属材料としては、例えばステンレス(SUS)等の鋼材、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)等、或いはそれらの合金(例えばニッケルクロム合金(Ni−Cr))が挙げられる。また、炭素系材料としては、例えばカーボン(C)や、WC、TaC、HfC、NbC、MoC、VC、Cr、TiC、ZrC等の金属炭化物が挙げられる。これらのうち特にタングステン(W)又は炭化タングステン(WC)が好ましい。
なお、耐腐食性の材料評価は、想定され得る腐食環境に応じた腐食試験により適宜行えばよい。
The conductive layer 14 is preferably made of a metal or metal carbide that is less susceptible to corrosion than aluminum in addition to conductivity. In that case, corrosion resistance can be imparted to the conductive layer 14 to protect the aluminum substrate 12 that is susceptible to corrosion. Examples of such metal materials include steel materials such as stainless steel (SUS), hafnium (Hf), tantalum (Ta), zirconium (Zr), vanadium (V), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and niobium (Nb). ), Tungsten (W) or the like, or an alloy thereof (for example, nickel chromium alloy (Ni-Cr)). Examples of the carbon-based material include carbon (C) and metal carbides such as WC, TaC, HfC, NbC, Mo 2 C, VC, Cr 3 C 2 , TiC, and ZrC. Of these, tungsten (W) or tungsten carbide (WC) is particularly preferable.
In addition, what is necessary is just to perform the corrosion-resistant material evaluation suitably by the corrosion test according to the corrosive environment which can be assumed.

正極合材層20については、リチウム二次電池用正極活物質を含む層であればよい。この実施形態では、正極合材層20は、正極活物質と、必要に応じて使用される他の正極合材層形成成分(例えば導電助剤やバインダ等)とから構成される。正極活物質としては、例えばリチウムと一種または二種以上の遷移金属元素とを構成金属元素として含むリチウム遷移金属複合酸化物を主成分とするものが好ましく用いられる。好適例として、LiMn、LiCoO、LiNiO、LiFePO、LiMnPO、LiNiMnCoO等が挙げられる。 About the positive mix layer 20, what is necessary is just a layer containing the positive electrode active material for lithium secondary batteries. In this embodiment, the positive electrode mixture layer 20 is composed of a positive electrode active material and other positive electrode mixture layer forming components (for example, a conductive additive and a binder) used as necessary. As the positive electrode active material, for example, a material mainly composed of a lithium transition metal composite oxide containing lithium and one or more transition metal elements as constituent metal elements is preferably used. Preferable examples include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiMnCoO 2 and the like.

続いて、図2および図3A〜図3Dを加えて、正極集電体10を備えた正極30を製造する方法について説明する。この実施形態では、基材12に生成した自然酸化膜を、基材12と導電層14との界面に介在させる安定層(表面酸化膜)16として利用する。   Subsequently, a method of manufacturing the positive electrode 30 including the positive electrode current collector 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3A to 3D. In this embodiment, a natural oxide film generated on the base material 12 is used as a stable layer (surface oxide film) 16 interposed at the interface between the base material 12 and the conductive layer 14.

すなわち、図2のフローに示すように、まず、表面に酸化膜が生成した基材(アルミニウム箔)を用意し(S10)、次いで、基材12の表面酸化膜をエッチング加工によって3nm以下の厚さに調整する(S20)。そして、厚さを調整した表面酸化膜16の上から導電層14を形成することにより(S30)、正極集電体10を作製する(S40)。その後、正極集電体10の導電層14上に正極合材層20を塗工することにより(S50)、本実施形態に係る正極30を得る(S60)。   That is, as shown in the flow of FIG. 2, first, a base material (aluminum foil) having an oxide film formed on the surface is prepared (S10), and then the surface oxide film of the base material 12 is etched to a thickness of 3 nm or less. It adjusts to (S20). Then, the conductive layer 14 is formed on the surface oxide film 16 whose thickness is adjusted (S30), and the positive electrode current collector 10 is manufactured (S40). Thereafter, the positive electrode mixture layer 20 is applied on the conductive layer 14 of the positive electrode current collector 10 (S50), thereby obtaining the positive electrode 30 according to the present embodiment (S60).

アルミ酸化膜(自然酸化膜)は、エッチングレートが低いため、完全除去に時間を要するが、本実施形態の方法によれば、自然酸化膜16を安定層として活用するとともに、意図的に残しているため、エッチング加工に要する時間を大幅に短縮することができる。例えば、本願発明者の試算によると、標準的なスパッタ装置を用いて、スパッタ電力200W、容量13.5MHzの条件で酸化膜のエッチングを行うと、エッチングレートは概ね1nm/minとなる。アルミニウム箔(集電体)に生成した自然酸化膜の厚さを概ね5nm程度とすると、自然酸化膜の完全除去には5分の時間を要する。これに対し、本実施形態では、少なくとも2nmを除去すればよいので、最短2分の処理時間で済む。すなわち、本実施形態の方法では、エッチング時間を半分以下に短縮することができ、集電体の生産性が大きく向上する。   The aluminum oxide film (natural oxide film) requires a long time for complete removal because of its low etching rate. However, according to the method of the present embodiment, the natural oxide film 16 is used as a stable layer and left intentionally. Therefore, the time required for the etching process can be greatly shortened. For example, according to a trial calculation by the present inventor, when an oxide film is etched using a standard sputtering apparatus under conditions of a sputtering power of 200 W and a capacity of 13.5 MHz, the etching rate is approximately 1 nm / min. If the thickness of the natural oxide film formed on the aluminum foil (current collector) is about 5 nm, it takes 5 minutes to completely remove the natural oxide film. On the other hand, in this embodiment, it is sufficient to remove at least 2 nm. That is, in the method of this embodiment, the etching time can be reduced to half or less, and the productivity of the current collector is greatly improved.

さらに、図3A〜図3Dを加えて具体的に説明する。図3A〜図3Dは、正極集電体の製造プロセスを模式的に示す工程断面図である。   Furthermore, it demonstrates concretely, adding FIG. 3A-FIG. 3D. 3A to 3D are process cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the positive electrode current collector.

まず、図3Aに示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の基材12を用意する。この実施形態では、アルミニウム箔である。アルミニウム箔は大気に晒せば即酸化されるため、基材本体の表面に表面酸化膜(自然酸化膜)16を有する。表面酸化膜16の厚みは環境条件等によって異なるため特に制限はないが、一般的に5nm程度又はそれ以上の厚さで形成されている。   First, as shown in FIG. 3A, a base 12 made of aluminum or aluminum alloy is prepared. In this embodiment, it is an aluminum foil. Since the aluminum foil is immediately oxidized when exposed to the atmosphere, it has a surface oxide film (natural oxide film) 16 on the surface of the base body. The thickness of the surface oxide film 16 is not particularly limited because it varies depending on environmental conditions and the like, but is generally formed with a thickness of about 5 nm or more.

次に、図3Bに示すように、基材12の表面酸化膜16を、エッチング加工によって3nm以下の厚さに調整する(厚さ調整工程)。エッチング加工は、例えばドライエッチングにより行うことができる。この実施形態では、Arガス等の不活性ガスイオンによるスパッタエッチングを行って酸化膜16の一部を除去する。スパッタ方式は特に限定されず、放電プラズマによるイオン衝撃を利用したものであればよい。アルミ酸化膜は、Arスパッタによるエッチングレートが低いため、完全除去に時間を要するが、本実施形態では、アルミ酸化膜16を所定の厚み以下で残しているため、エッチング時間を短縮することができる。なお、エッチング方法はスパッタに限らず、その他のエッチング方法であっても時間短縮できる点に変わりない。   Next, as shown in FIG. 3B, the surface oxide film 16 of the substrate 12 is adjusted to a thickness of 3 nm or less by etching (thickness adjusting step). The etching process can be performed by dry etching, for example. In this embodiment, a part of the oxide film 16 is removed by performing sputter etching with inert gas ions such as Ar gas. The sputtering method is not particularly limited as long as it uses ion bombardment by discharge plasma. Since the aluminum oxide film has a low etching rate by Ar sputtering, it takes time to completely remove the aluminum oxide film. However, in this embodiment, the aluminum oxide film 16 remains at a predetermined thickness or less, so that the etching time can be shortened. . Note that the etching method is not limited to sputtering, and other etching methods can also reduce the time.

表面酸化膜16を3nm以下の厚さに調整したら、次に、図3Cに示すように、3nm以下になった自然酸化膜16の上に、導電層14を形成する。導電層14を形成する方法は特に限定されず、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法(IP)、アークイオンプレーティング法(AIP)などの物理蒸着法(PVD)や、プラズマCVD法などの化学蒸着(CVD)を用いればよい。この実施形態では、導電層の形成は、導電性材料(例えばWC)をターゲットに用いたスパッタリング法により行われる。表面酸化膜16の上に導電層14を形成することにより、基材表面における更なる酸化の進行を抑制することができる。   After adjusting the thickness of the surface oxide film 16 to 3 nm or less, next, as shown in FIG. 3C, the conductive layer 14 is formed on the natural oxide film 16 having a thickness of 3 nm or less. The method for forming the conductive layer 14 is not particularly limited. For example, physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, ion plating (IP), arc ion plating (AIP), or chemical vapor deposition such as plasma CVD. (CVD) may be used. In this embodiment, the conductive layer is formed by a sputtering method using a conductive material (for example, WC) as a target. By forming the conductive layer 14 on the surface oxide film 16, further progress of oxidation on the substrate surface can be suppressed.

このようにして、基材12上に導電層14を積層した正極集電体10であって、基材12と導電層14との界面に厚さ3nm以下の表面酸化膜16を有する正極集電体10を作製することができる。   In this way, the positive electrode current collector 10 in which the conductive layer 14 is laminated on the base material 12, and has the surface oxide film 16 having a thickness of 3 nm or less at the interface between the base material 12 and the conductive layer 14. The body 10 can be produced.

正極集電体10を作製したら、その後、図3Dに示すように、導電層14の上に正極合材層20を形成する。正極合材層20の形成は、例えば、ペースト状正極合材を導電層14の上から塗工して乾燥することにより行えばよい。ペースト状電極合材の調製は、正極活物質の粉末と、必要に応じて使用される他の正極合材層形成成分(例えば導電材やバインダ等)とを適当な分散媒体に分散して混練して行えばよい。かかる分散媒体は、水または水を主体とする混合溶媒であってもよいし、非水系媒体の有機系媒体(例えばN−メチルピロリドン)であってもよい。   After the positive electrode current collector 10 is manufactured, the positive electrode mixture layer 20 is then formed on the conductive layer 14 as shown in FIG. 3D. The formation of the positive electrode mixture layer 20 may be performed, for example, by applying a paste-like positive electrode mixture from above the conductive layer 14 and drying it. The paste-like electrode mixture is prepared by dispersing the positive electrode active material powder and other positive electrode mixture layer forming components (such as a conductive material and a binder) used as necessary in a suitable dispersion medium. You can do it. Such a dispersion medium may be water or a mixed solvent mainly composed of water, or may be a non-aqueous medium organic medium (for example, N-methylpyrrolidone).

水または水を主体とする混合溶媒を用いる場合、リチウム遷移金属複合酸化物を構成するリチウムイオンが水系媒体中に溶出することによりアルカリ性を呈し得るが、本実施形態の製造方法によれば、導電層14が保護被膜としての役割を果たすことにより、該水系組成物と基材12の反応(典型的には、アルカリによる腐食反応)を防止することができる。   In the case of using water or a mixed solvent mainly composed of water, the lithium ions constituting the lithium transition metal composite oxide can exhibit alkalinity by leaching into the aqueous medium. When the layer 14 plays a role as a protective film, the reaction between the aqueous composition and the substrate 12 (typically, corrosion reaction due to alkali) can be prevented.

このようにして、本実施形態に係る正極集電体10を備えた正極30を得ることができる。なお、乾燥後、必要に応じて適当なプレス処理(例えばロールプレス処理)を施すことによって、正極合材層20の厚みや密度を適宜調整してもよい。   Thus, the positive electrode 30 provided with the positive electrode current collector 10 according to the present embodiment can be obtained. In addition, you may adjust the thickness and the density of the positive mix layer 20 suitably after performing drying by performing an appropriate press process (for example, roll press process) as needed.

図4に、本実施形態に係る正極集電体10の製造装置90の一例を示している。製造装置90は、内部を減圧可能に構成されたチャンバ91と、チャンバ91にガスを導入するガス導入部92と、チャンバ91内にて基材12を保持する基材保持部93とを備える。また、チャンバ91の内部には、エッチング処理部95と、導電層成膜部96とが設けられている。   In FIG. 4, an example of the manufacturing apparatus 90 of the positive electrode collector 10 which concerns on this embodiment is shown. The manufacturing apparatus 90 includes a chamber 91 configured to be able to depressurize the inside, a gas introduction unit 92 that introduces gas into the chamber 91, and a base material holding unit 93 that holds the base material 12 in the chamber 91. Further, an etching processing unit 95 and a conductive layer film forming unit 96 are provided inside the chamber 91.

ガス導入部92は、チャンバ91にガスを導入し、チャンバ91内のガス雰囲気を形成する。導入ガスは、例えば不活性ガス(本実施形態ではArガス)である。必要に応じて、活性ガスを加えてもよい。   The gas introduction unit 92 introduces a gas into the chamber 91 and forms a gas atmosphere in the chamber 91. The introduced gas is, for example, an inert gas (Ar gas in the present embodiment). You may add an active gas as needed.

エッチング処理部95は、基材12の表面に生成した表面酸化膜16をエッチングする。エッチング処理部95は、ドライエッチングを行うことができる装置であればよく、ここではスパッタ装置である。エッチング処理部95は、基材12の表面酸化膜をエッチングするとともに、その厚さを3nm以下に調整する。エッチング量の制御は、例えばスパッタ条件や基材搬送速度などを適宜調整して行えばよい。   The etching processing unit 95 etches the surface oxide film 16 generated on the surface of the substrate 12. The etching processing unit 95 may be an apparatus capable of performing dry etching, and is a sputtering apparatus here. The etching processing unit 95 etches the surface oxide film of the substrate 12 and adjusts the thickness to 3 nm or less. The etching amount may be controlled by appropriately adjusting, for example, the sputtering conditions and the substrate conveyance speed.

導電層成膜部96は、厚さ調整した表面酸化膜16の上に導電層14を形成する。この実施形態では、導電層成膜部96は、スパッタ装置であり、導電性材料(ここではWC)をターゲットに用いたスパッタリングにより、表面酸化膜16の上に導電性材料を成膜するようになっている。   The conductive layer deposition unit 96 forms the conductive layer 14 on the surface oxide film 16 whose thickness has been adjusted. In this embodiment, the conductive layer deposition unit 96 is a sputtering apparatus, and deposits a conductive material on the surface oxide film 16 by sputtering using a conductive material (here, WC) as a target. It has become.

基材保持部93は、チャンバ91内にて基材12を保持するとともに、基材12を連続的または断続的に搬送する。この実施形態では、基材12は、シート状のアルミニウム箔である。アルミニウム箔12は、ロール状態97から引き出され、基材保持部93の回転に伴ってチャンバ91内を搬送される。そして、エッチング処理部95で厚さ調整処理を受け、次いで、導電層成膜部96で成膜処理を受けた後、正極集電体10として再びロール状態98に巻き取られる。巻き取った正極集電体10は、その後、正極合材層20の形成工程に廻せばよい。   The substrate holding unit 93 holds the substrate 12 in the chamber 91 and conveys the substrate 12 continuously or intermittently. In this embodiment, the base material 12 is a sheet-like aluminum foil. The aluminum foil 12 is drawn out from the roll state 97 and is conveyed in the chamber 91 as the base material holding part 93 rotates. Then, after undergoing thickness adjustment processing in the etching processing unit 95 and then subjected to film formation processing in the conductive layer film forming unit 96, the positive electrode current collector 10 is again wound into the roll state 98. The wound positive electrode current collector 10 may then be sent to the positive electrode mixture layer 20 forming step.

本実施形態に係る製造装置90によれば、シート状基材12を連続的あるいは断続的に搬送しつつ、表面酸化膜16のエッチング処理と、導電層14の成膜処理とを連続して行うことができ、正極集電体10の生産性が向上する。しかも、エッチング処理において、表面酸化膜16を完全除去しないため、さらに生産性が向上する。   According to the manufacturing apparatus 90 according to this embodiment, the etching process of the surface oxide film 16 and the film formation process of the conductive layer 14 are continuously performed while the sheet-like substrate 12 is conveyed continuously or intermittently. Therefore, the productivity of the positive electrode current collector 10 is improved. In addition, since the surface oxide film 16 is not completely removed in the etching process, the productivity is further improved.

本実施形態に係る正極集電体は、前述のように集電性能に優れることから、種々の形態の電池の構成要素または該電池に内蔵される電極体の構成要素(例えば正極)として好ましく利用され得る。例えば、ここに開示されるいずれかの正極集電体を備えた正極と、負極と、該正負極間に配置される電解質と、典型的には正負極間を離隔するセパレータ(固体状またはゲル状の電解質を用いた電池では省略され得る。)と、を備えるリチウム二次電池の構成要素として好ましく使用され得る。かかる電池を構成する外容器の構造(例えば金属製の筐体やラミネートフィルム構造物)やサイズ、あるいは正負極集電体を主構成要素とする電極体の構造(例えば捲回構造や積層構造)等について特に制限はない。   Since the positive electrode current collector according to this embodiment is excellent in current collecting performance as described above, it is preferably used as a component of various types of batteries or a component of an electrode body (for example, a positive electrode) incorporated in the battery. Can be done. For example, a positive electrode including any positive electrode current collector disclosed herein, a negative electrode, an electrolyte disposed between the positive and negative electrodes, and a separator (solid or gel) that typically separates the positive and negative electrodes And can be omitted in a battery using an electrolyte in the form of a lithium secondary battery. Structure (for example, metal casing or laminate film structure) and size of an outer container constituting such a battery, or structure of an electrode body (for example, a wound structure or a laminated structure) having a positive / negative electrode current collector as a main component There is no particular restriction on the etc.

このようにして構築された電池は、基材表面がアルミ酸化膜16と導電層14とによって強固に保護されるとともに、正極合材層20に対して優れた集電性能を有する正極集電体10を備えているため、優れた電池性能を示すものである。例えば、上記正極集電体を用いて電池を構築することにより、出力特性に優れた電池を提供することができる。   In the battery constructed in this way, the positive electrode current collector having a current collecting performance superior to the positive electrode mixture layer 20 while the surface of the base material is firmly protected by the aluminum oxide film 16 and the conductive layer 14. 10 is an excellent battery performance. For example, by constructing a battery using the positive electrode current collector, a battery having excellent output characteristics can be provided.

次に、本発明に係る正極集電体を用いて電池を構築することにより、電池特性を改善し得ることを確認するため、Al酸化膜の膜厚と、基材/導電層界面の接触抵抗の関係を調べた。   Next, in order to confirm that the battery characteristics can be improved by constructing a battery using the positive electrode current collector according to the present invention, the film thickness of the Al oxide film and the contact resistance at the substrate / conductive layer interface I investigated the relationship.

すなわち、基材と導電層との間に介在させるAl膜の膜厚を変化させたときに、それに応じて基材と導電層との間の接触抵抗がどのように変化するかを調べた。具体的には、まず、基材としてのアルミニウム箔を用意し、このアルミニウム箔表面に形成された自然酸化膜をスパッタエッチングにより完全に除去した。そして、酸化膜を完全に除去したアルミニウム箔表面に所定の厚さのAl膜を形成した。Al膜の形成は、一般的なスパッタリング装置を用いて行った。Al膜の形成条件としては、ターゲットとしてAlを用い、スパッタリング装置内にはArガスおよびOガスを導入した(Ar流量:17sccm、O流量:0.34sccm)。また、スパッタ電力200W、スパッタ圧力6.7×10−1Pa、到達圧力3.0×10−3Pa、基板加熱なし、に設定した。 That is, when the film thickness of the Al 2 O 3 film interposed between the base material and the conductive layer is changed, how the contact resistance between the base material and the conductive layer changes accordingly. Examined. Specifically, first, an aluminum foil as a substrate was prepared, and the natural oxide film formed on the surface of the aluminum foil was completely removed by sputter etching. Then, to form a predetermined thickness of the Al 2 O 3 film on the aluminum foil surface that completely removing the oxide film. The Al 2 O 3 film was formed using a general sputtering apparatus. As conditions for forming the Al 2 O 3 film, Al 2 O 3 was used as a target, and Ar gas and O 2 gas were introduced into the sputtering apparatus (Ar flow rate: 17 sccm, O 2 flow rate: 0.34 sccm). The sputtering power was set to 200 W, the sputtering pressure was 6.7 × 10 −1 Pa, the ultimate pressure was 3.0 × 10 −3 Pa, and the substrate was not heated.

次いで、成膜したAl膜の上に、導電層としてのWC層(厚さ100nm)を形成し、正極集電体を作製した。WC層の形成は、一般的なスパッタリング装置を用いて行った。WC層の形成条件としては、ターゲットとして炭化タングステン(WC)を用い、スパッタリング装置内にはArガスを導入した(Ar流量:11.5sccm)。また、スパッタ電力200W、スパッタ圧力6.7×10−1Pa、到達圧力3.0×10−3Pa、成膜時間30min、基板加熱なし、に設定した。 Next, a WC layer (thickness: 100 nm) as a conductive layer was formed on the formed Al 2 O 3 film to produce a positive electrode current collector. The WC layer was formed using a general sputtering apparatus. As conditions for forming the WC layer, tungsten carbide (WC) was used as a target, and Ar gas was introduced into the sputtering apparatus (Ar flow rate: 11.5 sccm). The sputtering power was 200 W, the sputtering pressure was 6.7 × 10 −1 Pa, the ultimate pressure was 3.0 × 10 −3 Pa, the film formation time was 30 minutes, and the substrate was not heated.

その後、基材とWC層との間に介在させるAl膜の膜厚を変えることにより、Al膜の膜厚が互いに異なる正極集電体を作製した。具体的には、Al膜の膜厚がそれぞれ0nm(Al膜なし)、1nm、3nm、5nm、10nmとなる正極集電体を作製した。そして、作製した各正極集電体に対して一定電流を供給し、その時の電圧特性の変化により接触抵抗を算出した。その結果を図5に示す。図5の横軸はAl膜の膜厚(nm)を、縦軸は接触抵抗(mΩ・cm)を表している。 Thereafter, by changing the film thickness of the Al 2 O 3 film interposed between the substrate and the WC layer, positive electrode current collectors having different Al 2 O 3 film thicknesses were produced. Specifically, positive electrode current collectors were prepared in which the thickness of the Al 2 O 3 film was 0 nm (no Al 2 O 3 film), 1 nm, 3 nm, 5 nm, and 10 nm, respectively. And constant current was supplied with respect to each produced positive electrode electrical power collector, and contact resistance was computed by the change of the voltage characteristic at that time. The result is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5 represents the film thickness (nm) of the Al 2 O 3 film, and the vertical axis represents the contact resistance (mΩ · cm 2 ).

図5から明らかなように、基材とWC層との間に介在するAl膜の膜厚が3nm以下になると、接触抵抗が0.5mΩ・cm以下に低下することがわかった。このことから、基材表面のAl酸化膜を3nm以下に調整すれば、正極集電体と正極活物質層との間の電気抵抗値を増大させることなく、正極集電体と正極活物質層との間にAl酸化膜を介在させることができ、電池特性を好ましく改善できることが確認された。 As is clear from FIG. 5, it was found that when the film thickness of the Al 2 O 3 film interposed between the base material and the WC layer is 3 nm or less, the contact resistance is reduced to 0.5 mΩ · cm 2 or less. . From this, if the Al oxide film on the substrate surface is adjusted to 3 nm or less, the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer are not increased without increasing the electrical resistance value between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer. It was confirmed that an Al oxide film can be interposed between the two and the battery characteristics can be preferably improved.

なお、参考例として図6に接触抵抗と電池特性との関係を示す。図6は、基材表面に導電層を有する正極集電体を用いて試験用コインセルを構築した場合について、正極集電体の接触抵抗を種々変化させたときに、それに応じて放電レート100Cにおけるコインセルの電池容量がどのように変化するかを調べた試験結果である。図6の横軸は正極集電体の接触抵抗(mΩ・cm)を表し、縦軸はコインセルの100C容量(mΩ・cm)を表している。 As a reference example, FIG. 6 shows the relationship between contact resistance and battery characteristics. FIG. 6 shows a case where a test coin cell is constructed using a positive electrode current collector having a conductive layer on the substrate surface, and when the contact resistance of the positive electrode current collector is variously changed, the discharge rate is 100C accordingly. It is the test result which investigated how the battery capacity of a coin cell changes. The horizontal axis in FIG. 6 represents the contact resistance (mΩ · cm 2 ) of the positive electrode current collector, and the vertical axis represents the 100 C capacity (mΩ · cm 2 ) of the coin cell.

図6から明らかなように、コインセルの100C容量は、接触抵抗が1mΩ・cm以下になると、顕著に増大することがわかる。これは、コインセルのハイレート特性が正極集電体の接触抵抗に大きく依存していることによるものと考えられる。このことから、基材の表面酸化膜の膜厚を3nm以下に調整して基材/導電層界面の接触抵抗を1mΩ・cm以下にすることにより、電池特性(特にハイレートにおける電池特性)を改善できることがわかった。 As is apparent from FIG. 6, it can be seen that the 100 C capacity of the coin cell significantly increases when the contact resistance is 1 mΩ · cm 2 or less. This is considered to be due to the fact that the high-rate characteristics of the coin cell greatly depend on the contact resistance of the positive electrode current collector. Therefore, by adjusting the surface oxide film thickness of the base material to 3 nm or less and making the contact resistance at the base material / conductive layer interface 1 mΩ · cm 2 or less, battery characteristics (particularly battery characteristics at high rate) can be obtained. I found that it can be improved.

なお、上述した参考例として作製された試験用コインセルは、次のようにして製造されたものである。まず、基材としてのアルミニウム箔を用意し、このアルミニウム箔表面に形成された自然酸化膜をスパッタエッチングにより完全に除去した。そして、酸化膜を完全に除去したアルミニウム箔表面に導電層(厚さ20nm)を形成して、試験用コインセルに用いる正極集電体を作製した。その後、基材と導電層の構成材料を変えることにより、接触抵抗がそれぞれ異なる正極集電体を得た。具体的には、表1に示すように、基材と導電層の構成材料を様々に変更することにより、基材/導電層界面の接触抵抗がそれぞれ異なる正極集電体を作製した。なお、試験例1では自然酸化膜が残存する未処理のAl箔をそのまま正極集電体として使用し、試験例2では純金製の基材を正極集電体として使用した。 Note that the test coin cell manufactured as the reference example described above is manufactured as follows. First, an aluminum foil as a substrate was prepared, and the natural oxide film formed on the surface of the aluminum foil was completely removed by sputter etching. And the electroconductive layer (thickness 20nm) was formed in the aluminum foil surface from which the oxide film was removed completely, and the positive electrode collector used for the coin cell for a test was produced. Thereafter, positive electrode current collectors having different contact resistances were obtained by changing the constituent materials of the base material and the conductive layer. Specifically, as shown in Table 1, positive electrode current collectors having different contact resistances at the substrate / conductive layer interface were prepared by variously changing the constituent materials of the substrate and the conductive layer. In Test Example 1, an untreated Al foil in which a natural oxide film remained was used as it was as a positive electrode current collector, and in Test Example 2, a pure gold base material was used as a positive electrode current collector.

Figure 0005299710
Figure 0005299710

次いで、各正極集電体を用いて試験用コインセルをそれぞれ構築し、各放電レートにおけるコインセルの電池容量を評価した。その結果を表1に示す。表1から明らかなように、正極集電体の接触抵抗が小さくなると、ハイレート(特に50C以上のレート)における電池容量が改善されていることが分かる。この結果からも、コインセルのハイレート特性が正極集電体の接触抵抗に大きく依存していることが確認された。なお、正極集電体以外の種々の電池構成材料(例えば、正極活物質、負極、正負極間に配置される電解質、正負極間を離隔するセパレータなど)については、リチウム二次電池の製造分野において従来公知の電池構成材料の作製と同様にして行った。   Next, a test coin cell was constructed using each positive electrode current collector, and the battery capacity of the coin cell at each discharge rate was evaluated. The results are shown in Table 1. As can be seen from Table 1, when the contact resistance of the positive electrode current collector is reduced, the battery capacity at a high rate (particularly at a rate of 50 C or higher) is improved. Also from this result, it was confirmed that the high rate characteristic of the coin cell greatly depends on the contact resistance of the positive electrode current collector. In addition, regarding various battery constituent materials other than the positive electrode current collector (for example, a positive electrode active material, a negative electrode, an electrolyte disposed between the positive and negative electrodes, a separator separating the positive and negative electrodes, etc.), the manufacturing field of lithium secondary batteries In the same manner as in the production of conventionally known battery constituent materials.

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、電池の種類は上述したリチウムイオン二次電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオンキャパシタ、金属空気電池等であってもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible. For example, the type of battery is not limited to the above-described lithium ion secondary battery, but may be batteries having various contents with different electrode body constituent materials and electrolytes, such as nickel metal hydride batteries, nickel cadmium batteries, lithium ion capacitors, and metal-air batteries. May be.

本実施形態に係る電池は、上述したように耐久性やハイレート容量に優れているため、自動車等の車両に搭載されるモーター(電動機)用電源として好適に使用し得る。すなわち、図7に示すように、本実施形態に係る二次電池を単電池として所定の方向に配列し、当該単電池をその配列方向に拘束することによって組電池100を構築し、かかる組電池100を電源として備える車両1(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)を提供することができる。   Since the battery according to the present embodiment is excellent in durability and high rate capacity as described above, it can be suitably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. That is, as shown in FIG. 7, the secondary battery according to the present embodiment is arranged as a single battery in a predetermined direction, and the single battery is constrained in the arrangement direction to construct the assembled battery 100, and the assembled battery A vehicle 1 including 100 as a power source (typically, an automobile including an electric motor such as an automobile, particularly a hybrid automobile, an electric automobile, or a fuel cell automobile) can be provided.

1 車両
10 正極集電体
12 基材
14 導電層
16 表面酸化膜
20 正極合材層
30 正極
90 製造装置
91 チャンバ
92 ガス導入部
93 基材保持部
95 エッチング処理部
96 導電層成膜部
97 ロール状態
98 ロール状態
100 組電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 10 Positive electrode collector 12 Base material 14 Conductive layer 16 Surface oxide film 20 Positive electrode mixture layer 30 Positive electrode 90 Manufacturing apparatus 91 Chamber 92 Gas introduction part 93 Base material holding part 95 Etching process part 96 Conductive layer film-forming part 97 Roll State 98 roll state 100 assembled battery

Claims (14)

アルミニウムまたはアルミニウム合金製の基材上に、導電性を有する導電層を積層してなる正極集電体であって、
前記基材は、該基材本体と前記導電層との界面にアルミ酸化物からなる表面酸化膜を有し、この表面酸化膜の厚さがエッチング加工によって0.5nm以上3nm以下であって前記基材と前記導電層との間の接触抵抗が0.5mΩ・cm以下となる厚さに調整されていることを特徴とする、正極集電体。
A positive electrode current collector formed by laminating a conductive layer having conductivity on a substrate made of aluminum or an aluminum alloy,
The substrate has a surface oxide film made of aluminum oxide at the interface between the substrate body and the conductive layer, and the thickness of the surface oxide film is 0.5 nm or more and 3 nm or less by etching, A positive electrode current collector, wherein the contact resistance between the substrate and the conductive layer is adjusted to a thickness of 0.5 mΩ · cm 2 or less.
前記導電層は、アルミニウムよりもアルカリによる腐食を受けにくい金属または金属炭化物から構成されている、請求項1に記載の正極集電体。   The positive electrode current collector according to claim 1, wherein the conductive layer is made of a metal or metal carbide that is less susceptible to corrosion by alkali than aluminum. 前記導電層は、タングステンまたは炭化タングステンから構成されている、請求項1または2に記載の正極集電体。   The positive electrode current collector according to claim 1, wherein the conductive layer is made of tungsten or tungsten carbide. 前記基材は、シート状のアルミニウム箔である、請求項1から3の何れか一つに記載の正極集電体。   The positive electrode current collector according to any one of claims 1 to 3, wherein the base material is a sheet-like aluminum foil. アルミニウムまたはアルミニウム合金製の基材上に、導電性を有する導電層を積層してなる正極集電体を製造する方法であって、
前記基材として、該基材本体の表面にアルミ酸化物からなる表面酸化膜を有する基材を用意し、
前記基材の表面酸化膜を、エッチング加工によって0.5nm以上3nm以下の厚さであって得られた正極集電体における前記基材と前記導電層との間の接触抵抗が0.5mΩ・cm以下となる厚さに調整する厚さ調整工程と、
前記厚さ調整した表面酸化膜の上に前記導電層を形成する導電層形成工程と
を含む、正極集電体の製造方法。
A method for producing a positive electrode current collector obtained by laminating a conductive layer having conductivity on a substrate made of aluminum or an aluminum alloy,
As the substrate, a substrate having a surface oxide film made of aluminum oxide on the surface of the substrate body is prepared,
The contact resistance between the base material and the conductive layer in the positive electrode current collector obtained by etching the surface oxide film of the base material with a thickness of 0.5 nm to 3 nm by etching is 0.5 mΩ · a thickness adjusting step for adjusting to a thickness of cm 2 or less;
And a conductive layer forming step of forming the conductive layer on the thickness-adjusted surface oxide film.
前記基材として、該基材本体の表面に厚みが5nm以上のアルミニウムの自然酸化膜からなる表面酸化膜を有する基材を用意する、請求項5に記載の製造方法。The manufacturing method of Claim 5 which prepares the base material which has a surface oxide film which consists of a natural oxide film of aluminum whose thickness is 5 nm or more on the surface of this base-material main body as said base material. 前記導電層は、タングステンまたは炭化タングステンから構成されている、請求項5または6に記載の製造方法。The manufacturing method according to claim 5, wherein the conductive layer is made of tungsten or tungsten carbide. 前記エッチング加工は、スパッタエッチングにより行われる、請求項5から7の何れか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 5, wherein the etching process is performed by sputter etching. 前記導電層の形成は、金属または金属炭化物をターゲットに用いたスパッタリング法により行われる、請求項5から8の何れか一つに記載の製造方法。 The formation of the conductive layer, a metal or metal carbide is performed by a sputtering method using a target, the production method according to any one of claims 5 to 8. 前記基材は、シート状のアルミニウム箔である、請求項5からの何れか一つに記載の製造方法。 It said substrate is an aluminum foil sheet, a manufacturing method according to any one of claims 5 9. 前記厚さ調整工程および導電層形成工程は、搬送されてきた前記基材に対して製造ライン上で連続的に行うことを特徴とする、請求項5から10の何れか一つに記載の製造方法。11. The manufacturing according to claim 5, wherein the thickness adjusting step and the conductive layer forming step are continuously performed on the transported base material on a manufacturing line. Method. リチウム二次電池の製造方法であって、
正極集電体として、請求項5から11の何れか一つに記載の製造方法により製造された正極集電体を使用することを特徴とする、リチウム二次電池製造方法。
A method for manufacturing a lithium secondary battery, comprising:
As positive electrode current collector, characterized by the use of positive electrode current collector manufactured by the method according to any one of claims 5 11, the lithium secondary battery production method.
請求項1から4の何れか一つに記載の正極集電体または請求項5から11の何れか一つに記載の製造方法により製造された正極集電体を備えた、二次電池。 A secondary battery comprising the positive electrode current collector according to any one of claims 1 to 4 or the positive electrode current collector produced by the production method according to any one of claims 5 to 11 . 請求項13に記載の二次電池を搭載した、車両。 A vehicle equipped with the secondary battery according to claim 13 .
JP2010276770A 2010-12-13 2010-12-13 Positive electrode current collector and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP5299710B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010276770A JP5299710B2 (en) 2010-12-13 2010-12-13 Positive electrode current collector and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010276770A JP5299710B2 (en) 2010-12-13 2010-12-13 Positive electrode current collector and manufacturing method thereof

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008290826A Division JP4711151B2 (en) 2008-11-13 2008-11-13 Positive electrode current collector and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011096667A JP2011096667A (en) 2011-05-12
JP5299710B2 true JP5299710B2 (en) 2013-09-25

Family

ID=44113317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010276770A Expired - Fee Related JP5299710B2 (en) 2010-12-13 2010-12-13 Positive electrode current collector and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5299710B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6058038B2 (en) 2012-04-17 2017-01-11 エルジー・ケム・リミテッド Secondary battery manufacturing method and secondary battery manufactured using the same
WO2013172007A1 (en) * 2012-05-16 2013-11-21 株式会社豊田自動織機 Current collector for non-aqueous electrolyte secondary cell positive electrode, method for manufacturing same, positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary cell, and non-aqueous electrolyte secondary cell
JP2014235912A (en) * 2013-06-03 2014-12-15 住友電気工業株式会社 Sodium molten salt battery and method for manufacturing the same
KR101720737B1 (en) * 2014-05-14 2017-03-28 한국제이씨씨(주) High temperature and long life cycle electrode for electric double layer capacitor and manufacturing method thereof
EP3522193A4 (en) 2016-09-29 2019-10-30 FUJIFILM Corporation Aluminum member for electrodes and method for producing aluminum member for electrodes
JP2018060604A (en) * 2016-09-30 2018-04-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 Lithium ion secondary battery
US11211602B2 (en) * 2017-01-31 2021-12-28 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electrochemical device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4016481B2 (en) * 1998-05-14 2007-12-05 ソニー株式会社 Solid electrolyte battery
JP3407130B2 (en) * 1999-12-01 2003-05-19 エヌイーシートーキン株式会社 Electrode, secondary battery and manufacturing method thereof
JP3754374B2 (en) * 2002-01-17 2006-03-08 三洋電機株式会社 Method for producing electrode for lithium secondary battery
JP4058753B2 (en) * 2002-02-25 2008-03-12 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション Polymer solid electrolyte and polymer solid electrolyte battery
JP2006059785A (en) * 2004-08-20 2006-03-02 Shunzo Mase Aluminum foil for battery and manufacturing method of the same
JP2007123192A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Nippon Zeon Co Ltd Current collector and electrode for solid electrolyte secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011096667A (en) 2011-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4711151B2 (en) Positive electrode current collector and manufacturing method thereof
JP5299710B2 (en) Positive electrode current collector and manufacturing method thereof
JP5207026B2 (en) Battery electrode current collector and battery electrode manufacturing method including the electrode current collector
JP4986077B2 (en) Current collector foil for secondary battery and method for producing the same
EP4014266B1 (en) Silicon composition material for use as battery anode
JP4730405B2 (en) Battery electrode foil used for positive electrode plate of lithium ion battery, positive electrode plate for lithium ion battery, lithium ion battery, vehicle, battery-equipped device, method for producing battery electrode foil used for positive electrode plate of lithium ion battery, And method for producing positive electrode plate for lithium ion battery
JP5304796B2 (en) Positive electrode plate for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, vehicle, battery-mounted device, and method for producing positive electrode plate for lithium ion secondary battery
WO2014050846A1 (en) Conductive member, electrode, secondary battery, capacitor, method for producing conductive member, and method for producing electrode
JP2013519187A (en) Staged electrode technology for high energy Li-ion batteries
JP5595349B2 (en) Positive electrode current collector for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and method for producing positive electrode current collector for lithium ion secondary battery
WO2011089722A1 (en) Cathode and method for manufacturing the same
US11158849B2 (en) Lithium ion battery including nano-crystalline graphene electrode
JP5392536B2 (en) ALL SOLID BATTERY, ALL SOLID BATTERY ELECTRODE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
JP2010086866A (en) Electrode sheet and method of manufacturing the same
JP2010257574A (en) Positive electrode current collector for battery, and method for manufacturing the same
Yan et al. Phosphorus-doped silicon nanorod anodes for high power lithium-ion batteries
JP4811681B2 (en) Electrode current collector manufacturing method and manufacturing apparatus, and battery equipped with the current collector
WO2011105451A1 (en) Positive electrode current collector for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and process for production of positive electrode current collector for lithium ion secondary battery
CN117096425A (en) Positive electrode of solid lithium battery
KR102272685B1 (en) Negative active material with carbide-derived carbon using of two-set heat treatment, manufacturing method thereof and secondary battery containing the same
JP2022035419A (en) Fuel cell separator
TW201709591A (en) Manufacturing method for polycrystalline electrode

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130228

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130408

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130523

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130605

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees