JP7172311B2 - 二次電池の負極集電体用箔およびその製造方法、二次電池の負極およびその製造方法 - Google Patents
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Description
まず、図1および図2を参照して、本発明の第1実施形態による負極集電箔5bを用いた電池100の構造について説明する。
本発明の第1実施形態による負極集電箔5bを用いた電池100は、図1に示すように、いわゆる円筒型(缶型とも呼ばれる)のリチウムイオン二次電池である。この電池100は、円筒状の筐体1と、筐体1の開口を封止する蓋材2と、筐体1内に配置される蓄電要素3とを備えている。
ここで、第1実施形態では、負極集電箔5bは、CuまたはCu基合金からなる第1Cu層51と、析出硬化型ステンレス鋼から構成されるステンレス鋼層52と、CuまたはCu基合金からなる第2Cu層53とを備える、3層構造のクラッド材から構成される。なお、ステンレス鋼層52を構成する金属元素の一部は、後述する第1Cu層51および第2Cu層53とステンレス鋼層52との接合の強化を目的とする焼鈍(図3に示す拡散焼鈍)および軟化を目的とする焼鈍(図3に示す軟化焼鈍)において、ステンレス鋼層52から第1Cu層51および第2Cu層53に拡散する。このとき、ステンレス鋼層52と第1Cu層51との接合界面52aにおいて拡散したステンレス鋼層52を構成する金属元素の一部は、第1Cu層51を構成するCu(元素)と結合する。さらに、ステンレス鋼層52と第2Cu層53との接合界面52bにおいて拡散したステンレス鋼層52を構成する金属元素の一部は、第2Cu層53を構成するCu(元素)と結合する。これにより、第1Cu層51および第2Cu層53とステンレス鋼層52とが強い密着力で接合される。また、ステンレス鋼層52から第1Cu層51および第2Cu層53に拡散した金属元素の一部は、後述する機械的強さ(特に0.01%耐力)の向上を目的とする熱処理によって第1Cu層51および第2Cu層53において析出する。
図2に示すように、負極5は、負極集電箔5bの第1Cu層51のステンレス鋼層52と接合される側とは反対側の表面51a、および、第2Cu層53のステンレス鋼層52と接合される側とは反対側の表面53aにそれぞれ、負極活物質5aがバインダー5cによって固定されている。
次に、図2および図3を参照して、第1実施形態における負極集電箔5bの製造工程について説明する。
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
次に、図1、図4および図5を参照して、本発明の第2実施形態による負極集電箔205bについて説明する。第2実施形態では、上記第1実施形態の負極集電箔5bの第1Cu層51および第2Cu層53の替わりに、第1Cuめっき層251および第2Cuめっき層253を用いた例について説明する。なお、負極集電箔205bは、特許請求の範囲の「二次電池の負極集電体用箔」の一例である。
本発明の第2実施形態による電池200は、図1に示すように、負極205を含む蓄電要素203を備えている。負極205は、図4に示すように、負極活物質5aと、負極集電箔205bと、バインダー5cとを含んでいる。
ここで、第2実施形態では、負極集電箔205bは、析出硬化型ステンレス鋼から構成されるステンレス鋼層252と、ステンレス鋼層252の厚み方向(Z方向)の両面252aおよび252bにそれぞれめっきされた第1Cuめっき層251および第2めっき層253とから構成されたCu被覆箔250である。つまり、負極集電箔205bは、3層構造を有している。また、第1Cuめっき層251のステンレス鋼層252が配置される側とは反対側の表面251a、および、第2Cuめっき層253のステンレス鋼層252が配置される側とは反対側の表面253aには、それぞれ、負極活物質5aがバインダー5cを介して固定されている。なお、第1Cuめっき層251および第2Cuめっき層253は、特許請求の範囲の「第1Cu層」および「第2Cu層」の一例である。
次に、図4および図5を参照して、第2実施形態における負極集電箔205bの製造工程について説明する。
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
次に、上記第1実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
まず、上記第1実施形態の製造方法に基づいて、試験材のCu被覆箔を作製した。具体的には、析出硬化型ステンレス鋼であるSUS631に相当する一般的なステンレス鋼板材152と、C1020(JIS H0500に準拠)の無酸素銅からなる一対の第1Cu板材151および第2Cu板材153とを準備した。なお、SUS631は、16質量%以上18質量%以下のCr、6.50質量%以上7.75質量%以下のNi、0.75質量%以上1.50質量%以下のAl、0.09質量%以下のC、1.00質量%以下のSi(ケイ素)、1.00質量%以下のMn(マンガン)、0.040質量%以下のP(リン)、0.030質量%以下のS(硫黄)、残部Feおよび不可避不純物から構成されたステンレス鋼である。また、ステンレス鋼板材152の厚みは0.50mmであり、第1Cu板材151および第2Cu板材153の厚みは、共に0.17mmである。
作製した実施例1~実施例5、比較例1、比較例2および比較例3の測定結果を、それぞれ、表1に示す。
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
5a 負極活物質
5b、205b 負極集電箔(二次電池の負極集電体用箔)
5c バインダー
50、250 Cu被覆箔
51 第1Cu層
52、252 ステンレス鋼層
53 第2Cu層
251 第1Cuめっき層(第1Cu層)
253 第2Cuめっき層(第2Cu層)
Claims (15)
- CuまたはCu基合金により構成される第1Cu層と、析出硬化型ステンレス鋼から構成されるステンレス鋼層と、CuまたはCu基合金により構成される第2Cu層とが、この順に配置され、
全体の厚みが20μm以下であり、かつ、弾性限界応力σ0.01が820MPa以上および体積抵抗率が6μΩ・cm以下である二次電池の負極集電体用箔。 - 弾性限界応力σ0.01が906MPa以上である、請求項1に記載の二次電池の負極集電体用箔。
- 前記ステンレス鋼層を構成する析出硬化型ステンレス鋼は、15質量%以上19質量%以下のCr、6質量%以上9質量%以下のNi、0.5質量%以上2.0質量%以下のAl、0.01質量%以上0.3質量%以下のC、残部Feおよび不可避的不純物から構成される、請求項1または2に記載の二次電池の負極集電体用箔。
- 前記第1Cu層および前記第2Cu層には、前記析出硬化型ステンレス鋼を構成する金属元素が拡散し、拡散した前記金属元素の一部が析出物として存在している、請求項1~3のいずれか1項に記載の二次電池の負極集電体用箔。
- 前記第1Cu層と、前記ステンレス鋼層と、前記第2Cu層とが、この順に積層されて接合されたクラッド材により構成されている、請求項1~4のいずれか1項に記載の二次電池の負極集電体用箔。
- 前記第1Cu層および前記第2Cu層は、めっき層である、請求項1~4のいずれか1項に記載の二次電池の負極集電体用箔。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の負極集電体用箔の表面に、Si系合金またはSn系合金からなる負極活物質が固着されている、二次電池の負極。
- CuまたはCu基合金により構成される第1Cu層と、析出硬化型ステンレス鋼から構成されるステンレス鋼層と、CuまたはCu基合金により構成される第2Cu層とをこの順で積層することにより、20μmを超える第1の厚みを有するCu被覆箔を作製し、
作製された前記Cu被覆箔を全体厚みが20μm以下の第2の厚みになるように圧延した後に、280℃以上400℃未満の温度で1時間以上20時間以下保持する熱処理を行い、弾性限界応力σ0.01が820MPa以上および体積抵抗率が6μΩ・cm以下である前記Cu被覆箔を得る、二次電池の負極集電体用箔の製造方法。 - 前記熱処理を行うことによって、弾性限界応力σ0.01が906MPa以上である前記Cu被覆箔を得る、請求項8に記載の二次電池の負極集電体用箔の製造方法。
- 前記熱処理は、3.5時間以上20時間以下行われる、請求項8または9に記載の二次電池の負極集電体用箔の製造方法。
- 前記Cu被覆箔の前記第1Cu層および前記第2Cu層に、前記析出硬化型ステンレス鋼を構成する金属元素を拡散させるとともに、拡散させた前記金属元素の一部を析出物として析出させる、請求項8~10のいずれか1項に記載の二次電池の負極集電体用箔の製造方法。
- CuまたはCu基合金から構成されるCu板と、前記析出硬化型ステンレス鋼から構成されるステンレス鋼板材と、CuまたはCu基合金から構成されるCu板と、をこの順に積層し、前記第1の厚みを有するように圧延した後に焼鈍することにより、クラッド材によって構成され前記第1の厚みを有する前記Cu被覆箔を作製する、請求項8~11のいずれか1項に記載の二次電池の負極集電体用箔の製造方法。
- 前記析出硬化型ステンレス鋼から構成されるステンレス鋼板材の両面にCuまたはCu基合金をめっきすることによって、前記ステンレス鋼層の両面にCuまたはCu基合金から構成されるCuめっき層からなる前記第1Cu層および前記第2Cu層が作製された、前記Cu被覆箔を作製する、請求項8~11のいずれか1項に記載の二次電池の負極集電体用箔の製造方法。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の負極集電体用箔の表面に、Si系合金またはSn系合金からなる負極活物質とバインダーとを含む組成物を配置し、280℃以上400℃未満の温度で1時間以上20時間以下保持する熱処理を行って、前記負極活物質を前記負極集電体用箔の表面に固着させる、二次電池の負極の製造方法。
- 前記熱処理は、3.5時間以上20時間以下行われる、請求項14に記載の二次電池の負極の製造方法。
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