JPH11339811A - 二次電池用銅合金箔製集電体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電率もある程度高く、引張強さも高い二次
電池用銅合金箔製集電体を提供する。 【解決手段】 この集電体は、銅９５重量％以上、鉄，
ニッケル，クロム，リン，錫及び亜鉛よりなる群から選
ばれた一種又は二種以上の元素０．０１〜５重量％なる
元素組成を持つ銅合金箔よりなる。銅合金箔製集電体の
厚みは８〜２５μｍで、引張強さは５００Ｎ／ｍｍ²以
上であるのが好ましい。この二次電池用銅合金箔製集電
体は、特に、負極活物質としてカーボン等の炭素系材料
を採用したリチウムイオン二次電池に用いるのが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池、特にリ
チウム系二次電池を作成する際に用いる銅合金箔製集電
体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】二次電池は、基本的には、正極，負極，
正極と負極とを絶縁するセパレーター，及び正極と負極
との間でイオンの移動を可能にするための電解液で構成
されている。二次電池の負極は、金属箔からなる集電体
の表面に、各種の活物質が塗布されてなる。この金属箔
としては、導電率及びイオン化傾向の観点より、純銅系
材料、例えばタフピッチ銅等を用いて得られる銅箔（厚
み数μｍ〜数十μｍ程度）が、一般的に採用されてい
る。また、活物質としては、カーボン又はグラファイト
と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）等のバイ
ンダーとを混合したペースト状物が用いられている。

【０００３】タフピッチ銅等を用いて得られる銅箔は、
他の金属材料よりなる箔、例えば、鉄，ニッケル，ステ
ンレス鋼，チタン，亜鉛，マグネシウム等よりなる箔に
比べて、導電率が高く、集電体の素材としては好ましい
ものである。しかしながら、このような銅箔であって
も、他の金属材料よりなる箔に比べて、導電率の点で優
れているというにすぎず、理想的なものとは言えない。

【０００４】例えば、引張強さの点から言えば、このよ
うな銅箔は未だ十分なものとは言えない。即ち、集電体
には、上記したように各種の活物質が塗布されるのであ
るが、このとき集電体に比較的高い引張応力が負荷され
る。従って、このような引張応力が負荷されたときに、
集電体は破断されない程度の引張強さを具備しなければ
ならない。また、二次電池を小型化するために、集電体
は巻回されて二次電池に組み込まれるのであるが、この
ときにも、集電体に比較的高い引張応力が負荷される。
従って、この際にも、集電体は破断されない程度の引張
強さを具備しなければならない。

【０００５】更に、集電体が二次電池に組み込まれた後
にも、集電体には繰り返し応力が負荷される。即ち、二
次電池の充放電は、リチウムイオン等の導電性イオンが
集電体に塗布された活物質にドープと脱ドープとを繰り
返すことによってなされ、このドープと脱ドープに伴
い、集電体には繰り返し応力が負荷されるのである。従
って、このような繰り返し応力に耐えうる程度の引張強
さを具備しなければならない。このような繰り返し応力
によって、集電体が破断或いは損傷すると、二次電池の
性能が低下したり、寿命が短くなってしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のタフピッチ銅等
を用いて得られる銅箔は、上記した引張強さの点で未だ
十分に満足のゆくものでなかった。このため、本発明者
は、銅箔の引張強さを向上させるために、その合金化を
検討した。しかしながら、一般的に、合金化した銅合金
箔は、引張強さは向上するものの、純銅系ではないた
め、集電体として第一義的に重要な導電率が大きく低下
してしまう。そこで、本発明者は、合金化する際の添加
元素を種々変更して検討したところ、特定の元素を得定
量添加するのであれば、導電率を大きく低下させずに、
引張強さを向上させうることを見出し、本発明に到達し
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、銅９５
重量％以上、鉄，ニッケル，クロム，リン，錫及び亜鉛
よりなる群から選ばれた一種又は二種以上の元素０．０
１〜５重量％なる元素組成を持つことを特徴とする二次
電池用銅合金箔製集電体に関するものである。

【０００８】本発明に係る二次電池用銅合金箔製集電体
は、銅（Ｃｕ）を９５重量％以上含有するものである。
銅の含有量が９５重量％未満であると、銅合金箔よりな
る集電体の導電率が大きく低下するので、好ましくな
い。

【０００９】そして、銅の他に、鉄（Ｆｅ），ニッケル
（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），リン（Ｐ），錫（Ｓｎ）及
び亜鉛（Ｚｎ）よりなる群から選ばれた一種又は二種以
上の元素が０．０１〜５重量％添加されている。これら
の添加元素が０．０１重量％未満であると、集電体の引
張強力が向上しにくいため、好ましくない。また、これ
らの添加元素が５重量％を超えると、集電体の引張強力
は向上するが、導電率が低下するため、好ましくない。
本発明に係る銅合金箔製集電体の好ましい合金組成とし
ては、例えば、Ｃｕ−Ｆｅ，Ｃｕ−Ｎｉ，Ｃｕ−Ｃｒ，
Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ，Ｃｕ−Ｃｒ−Ｓｎ−Ｚｎというような
例を挙げることができる。なお、銅及びこれらの添加元
素の他に、不可避の不純物元素が微量混入している場合
があることは、言うまでもない。

【００１０】本発明において集電体として用いる銅合金
箔は、圧延銅合金箔であるのが好ましい。即ち、冷間圧
延によって加工硬化した圧延銅合金箔であるのが好まし
い。これは、加工硬化によって、より引張強さが大とな
るからである。本発明においては、また電解法によって
得られる銅合金箔、即ち、電解銅合金箔を用いても良
い。更に、電解銅合金箔を冷間圧延して得られる銅合金
箔（圧延電解銅合金箔と言うこともできる。）を採用し
ても良い。

【００１１】二次電池用銅合金箔製集電体の厚みは、８
〜２５μｍであるのが好ましい。集電体の厚みが８μｍ
以下になると、単位平方ミリメートル当たりの引張強さ
が高くても、全体としての引張強さが低くなる傾向が生
じる。また、集電体の厚みが２５μｍを超えると、負極
等の極板が厚くなり、二次電池を小型化しにくくなる傾
向が生じる。二次電池用銅合金箔製集電体の引張強さ
は、５００Ｎ／ｍｍ²以上であるのが好ましい。引張強
さが５００Ｎ／ｍｍ²未満になると、集電体に活物質を
塗布する際、或いは二次電池に組み込むために巻回する
際に、集電体が破断する恐れがある。

【００１２】本発明に係る二次電池用銅合金箔製集電体
は、従来公知の方法で容易に得ることができる。例え
ば、所定量の銅及び所定量の添加元素を含有する鋳塊を
準備し、これに熱間圧延，一次冷間圧延，中間焼鈍，二
次冷間圧延を施すことにより、銅合金箔よりなる二次電
池用集電体を得ることができる。また、所定量の銅及び
所定量の添加元素を含有する鋳塊を準備し、電解法によ
り、銅合金箔よりなる二次電池用集電体を得ることもで
きる。

【００１３】このような銅合金箔は、各種二次電池用の
集電体として好適に用いられる。即ち、銅合金箔に、種
々の活物質を塗布して、リチウムイオン電池，金属リチ
ウム電池，ポリマー電池等のリチウム系二次電池の極板
（負極）として好適に用いられるのである。特に、本発
明に係る銅合金箔製集電体は、カーボンやグラファイト
よりなる炭素系材料の活物質を、集電体表面に塗布し、
これをリチウムイオン二次電池の負極として用いるの
に、好適である。

【００１４】

【実施例】以下、実施例によって本発明を説明するが、
本発明は実施例に限定されるものではない。本発明は、
特定量の銅及び特定の添加元素を特定量含有する二次電
池用銅合金箔製集電体は、導電率を低下を抑制しなが
ら、高引張強力を実現しうるという知見に基づいてなさ
れたものと、認識されるべきである。

【００１５】実施例１〜３及び比較例１ 電気銅（電解銅）を溶解した上で、表１に記載した添加
元素を所定量添加して鋳造を行った。そして、熱間圧延
を施した後、冷間圧延と中間焼鈍を繰り返し施して、厚
み１０μｍの二次電池用銅合金箔製集電体を得た。

【００１６】

【表１】 なお、表１中の添加元素の％は、重量％を表している。

【００１７】得られた二次電池用銅合金箔製集電体の引
張強さ，導電率及び１０００サイクル後の状況を測定し
た結果を表１に示した。これらの測定方法は、以下のと
おりである。 （１）〔引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）〕：幅１０ｍｍ、長さ
１２０ｍｍの試料片を採取し、銅合金箔の圧延方向が試
料の長さ方向と一致するようにして、ＪＩＳ Ｚ２２４
１に記載の方法に準拠して測定した。 （２）〔導電率（％ＩＡＣＳ）〕：ＪＩＳ Ｈ ０５０
５（非鉄金属材料の体積抵抗率及び導電率の測定方法）
に記載の方法に準拠して測定した。

【００１８】（３）〔１０００サイクル後の状況〕：以
下に示すｉ）の方法で二次電池を作成し、以下に示すi
i）の方法で１０００サイクル後の状況を評価した。 ｉ）負極は、難黒鉛化カーボンとフッ素系バインダーの
混合物を集電体表面に塗布して作成する。一方、正極
は、コバルト酸リチウム、フッ素系バインダー及び導電
材である黒鉛の混合物を、厚み２０μｍのアルミニウム
箔製集電体に塗布して作成する。そして、負極と正極と
の間に厚み４０μｍのポリプロピレン製セパレーターを
挟み、負極／セパレーター／正極からなる積層体を渦巻
き状に巻回して、電極素子とした。また、電解液は、電
解質としてＬｉＢＦ₄を用い、溶媒として有機炭酸エス
テルを用いた。以上のようにして、直径１８ｍｍΦの二
次電池を作成した。ii）この二次電池に、電流１Ｃ
（１．３Ａ）で時間２．５時間の条件で充電した後、電
流０．２Ｃで放電した。このような充放電サイクルを１
０００回（１０００サイクル）繰り返した後、二次電池
の内部をＸ線にて観察した。そして、負極の集電体の状
況を目視により観察し、異常が生じているか否かを評価
し、破断や損傷が確認できないものを「異常なし」と評
価し、破断や損傷が確認できたものを「破断」と評価し
た。

【００１９】表１の結果から明らかなように、実施例１
〜３に係る集電体は、いずれも高い引張強さと、比較的
高い導電性を示し、充放電を繰り返しても、集電体に破
断や損傷が見られない。一方、比較例１に係る集電体
は、高い引張強さを持つものであるが、導電率が低く、
集電体としても好ましいものではない。また、従来の純
銅系集電体であるタフピッチ銅よりなるものは、引張強
さが不十分であり、充放電を繰り返すと、集電体に破断
や損傷が見られる。

【００２０】

【作用及び発明の効果】以上述べたように、本発明に係
る二次電池用銅合金箔製集電体は、銅に特定の元素が特
定量添加された元素組成を持っているため、純銅系集電
体に比べて導電率を大きく低下させることなく、高い引
張強さを実現しうるものである。従って、集電体に活物
質を塗布する際、或いは集電体を巻回する際に、高い引
張応力が負荷されても、集電体が破断しにくく、二次電
池製造時のトラブルを防止しうるという作用効果を奏す
る。また、二次電池に充放電を繰り返す際に、集電体に
負荷される応力に対しても、高い引張強さのゆえに、耐
久性が良好である。従って、充放電の繰り返しによる二
次電池の性能低下を抑え、更に二次電池の寿命も長くな
るという効果を奏する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅９５重量％以上、鉄，ニッケル，クロ
   ム，リン，錫及び亜鉛よりなる群から選ばれた一種又は
   二種以上の元素０．０１〜５重量％なる元素組成を持つ
   ことを特徴とする二次電池用銅合金箔製集電体。
2. 【請求項２】 厚みが８〜２５μｍで、引張強さが５０
   ０Ｎ／ｍｍ²以上である請求項１記載の二次電池用銅合
   金箔製集電体。
3. 【請求項３】 二次電池が、炭素系材料を負極活物質と
   するリチウムイオン二次電池である請求項１又は２記載
   の二次電池用銅合金箔製集電体。