KR20130116045A - 리튬 이온 2 차 전지 정극 집전체용 알루미늄 합금박 및 그것을 사용한 리튬 이온 2 차 전지 - Google Patents

Abstract

(과제) 본 발명은 비용의 상승 및 정극박의 강도의 저하를 억제하면서, 급속 충방전 특성을 향상시킬 수 있는 2 차 전지 집전체용 알루미늄 합금박, 및 그것을 사용한 비수 전해질 2 차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(해결 수단) 본 발명의 리튬 이온 2 차 전지 정극 집전체용 알루미늄 합금박은 질량％ 로 Mg：0.1 ％ 이상 5.0 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 두께가 6 ∼ 25 ㎛ 인 것을 특징으로 한다.

Description

리튬 이온 2 차 전지 정극 집전체용 알루미늄 합금박 및 그것을 사용한 리튬 이온 2 차 전지{ALUMINUM ALLOY FOIL FOR LITHIUM ION SECONDARY BATTERY CURRENT COLLECTOR AND LITHIUM ION SECONDARY BATTERY USING SAME}

본 발명은 리튬 이온 2 차 전지 정극 집전체용 알루미늄 합금박 및 그것을 사용한 리튬 이온 2 차 전지에 관한 것으로, 특히 하이레이트 특성이 우수한 리튬 이온 2 차 전지를 제공하는 기술에 관한 것이다.

본원은 2012년 4월 13일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2012-092369호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

리튬 이온 2 차 전지는 그 에너지 밀도가 높다는 점에서, 현재 휴대 전화나 노트형 퍼스널 컴퓨터, 또한 비디오 카메라와 같은 용도에 널리 적용되고 있다. 이들 용도용 리튬 이온 전지는 정극 활물질에 코발트산리튬 (LiCoO₂), 망간산리튬 (LiMn₂O₄) 등을 사용하고, 부극에 그라파이트를 사용하고 있는 것이 일반적이다. 그러나, 코발트산리튬은 큰 전지 용량을 갖지만, 열 안정성이 낮아 발화 등의 우려가 있어, 안전성에 문제를 가지고 있다. 망간산리튬은 높은 안전성을 갖는 한편, 사이클 특성이 나빠 충방전을 반복할 때마다 전지 용량이 저하된다.

이와 같은 와중에, 최근 올리빈형 구조를 갖는 인산리튬을 사용한 2 차 전지가 주목받고 있다. 올리빈형 구조를 갖는 인산리튬에는 인산철리튬이나 인산망간리튬 등이 있고, 구조가 안정적이기 때문에 열 안정성이 우수하여, 전지의 발화 등의 위험성을 억제할 수 있다. 또한, 양호한 사이클 특성도 가지고 있다.

그러나, 올리빈형 인산리튬은 전기 전도성이 낮고, 큰 전류 (하이레이트) 로 충방전을 실시하면, 전지의 전압이 급속히 저하됨에 따라 전지 용량의 저하가 현저해진다는 문제를 가지고 있다. 고성능 2 차 전지를 자동차와 같이 보다 큰 전력을 필요로 하는 분야에 적용하는 경우, 방전과 충전을 신속히 실시할 수 있는 급속 충방전 특성이 요구되고 있고, 이 문제를 해결하는 기술이 요망되고 있다.

특허문헌 1 은 이온 투과성을 갖는 화합물에 리튬 이온의 도전을 분담시키고, 전자 도전성의 탄소 미립자에 전자 도전을 분담시키는 정극 집전체 구조로 하는 것을 제안하고 있다. 또, 특허문헌 2 는 정극 집전체용박 (이하, 정극박이라고 하는 경우가 있다) 에 천공 가공을 실시함으로써 전극 저항을 낮춰, 하이레이트에 있어서의 급속 충방전을 가능하게 할 수 있다는 것을 서술하고 있다.

일본 공개특허공보 2007-226969호 일본 공개특허공보 2008-311171호

그런데, 특허문헌 1 에 기재된 기술에 의하면, 이온 투과성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 도포하여 정극 집전체에 피막을 형성할 필요가 있어, 리튬 이온 2 차 전지의 제조 비용을 상승시킨다는 문제가 있다. 또, 특허문헌 2 에 기재된 기술과 같이 정극박을 천공하면 박의 강도가 현저하게 저하되기 때문에, 전지 제조시에 정극박이 파단될 우려가 높아진다는 문제가 있다.

이상의 배경에 기초하여, 본 발명자들은 2 차 전지에 적용되는 정극박을 구성하는 알루미늄 합금박에 대해 재료 개발을 진행한 결과, 특별한 조성의 알루미늄 합금에 의해 정극박을 제작하면, 하이레이트한 충방전에 견디는 리튬 이온 2 차 전지를 제공할 수 있다는 것을 알아내어, 본원 발명에 도달하였다.

본 발명은 이와 같은 과제에 기초하여 이루어진 것으로, 비용의 상승 및 정극박의 강도의 저하를 억제하면서, 급속 충방전 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이온 2 차 전지 집전체용 알루미늄 합금박, 및 그것을 사용한 리튬 이온 2 차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 리튬 이온 2 차 전지 정극 집전체용 알루미늄 합금박은 질량％ 로 Mg：0.1 ％ 이상 5.0 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 두께가 6 ∼ 25 ㎛ 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 알루미늄 합금이, 추가로 질량％ 로 Fe：0.5 ％ 미만, Mn：0.5 ％ 미만을 함유하는 합금이어도 된다.

본 발명의 리튬 이온 2 차 전지는 정극 활물질로서 올리빈형 인산리튬을 함유하는 정극 활물질 함유층을 정극 집전체에 형성한 정극과, 부극, 비수 전해질을 구비한 리튬 이온 2 차 전지에 있어서, 정극 집전체로서 상기에 기재된 알루미늄 합금박을 사용한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리튬 이온 2 차 전지는 정극 활물질로서 올리빈형 인산철리튬을 함유하는 정극 활물질 함유층을 정극 집전체에 형성한 정극과, 부극, 비수 전해질을 구비한 리튬 이온 2 차 전지에 있어서, 정극 집전체로서 상기에 기재된 알루미늄 합금박을 사용한 것을 특징으로 한다.

본 발명품인 리튬 이온 2 차 전지 집전체용 알루미늄 합금박은 올리빈형 인산리튬을 정극 활물질로 하는 리튬 이온 2 차 전지의 하이레이트 충방전 특성을 대폭 향상시킬 수 있다. 그 결과, 안전성과 양호한 급속 충방전 특성을 갖는 우수한 리튬 이온 2 차 전지를 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 정극 집전체용 알루미늄 합금박을 구비한 2 차 전지의 제 1 실시형태를 나타내기 위한 단면도이다.
도 2 는, 본 발명에 관련된 정극 집전체용 알루미늄 합금박을 구비한 2 차 전지의 제 2 실시형태를 나타내기 위한 단면도이다.
도 3 은, 본 발명에 관련된 정극 집전체용 알루미늄 합금박을 구비한 2 차 전지의 제 3 실시형태를 나타내기 위한 단면도이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시형태에 대해 설명한다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 제 1 실시형태의 정극 집전체용 알루미늄 합금박을 구비한 리튬 이온 2 차 전지의 일례 구조를 나타내기 위한 단면도이고, 이 실시형태의 리튬 이온 2 차 전지는 알루미늄 합금박으로 이루어지는 정극 집전체 (1a) 의 일면측에 정극 합제층 (정극 활물질 함유층) (1b) 을 구비한 정극 (1) 이 구비되어 있다. 또, 정극 (1) 의 일면측, 즉, 정극 합제층 (1b) 의 외측에 세퍼레이터 (3) 를 개재하여 부극 (2) 이 적층되어 있고, 후에 설명하는 바와 같이 이들이 전해액을 채운 전지 케이스에 수용되어, 적층형 구조의 리튬 이온 2 차 전지가 구성된다.

본 실시형태에 있어서 부극 (2) 은 동박 등으로 이루어지는 부극 집전체 (2a) 의 일면측에 카본 등으로 이루어지는 부극 합제층 (부극 활물질 함유층) (2b) 을 적층하여 구성되고, 부극 (2) 은 부극 합제층 (2b) 을 세퍼레이터 (3) 에 밀착시켜 정극 (1) 과 일체화되어 있다.

＜정극＞

정극 집전체 (1a) 를 구성하는 알루미늄 합금박의 두께는 가능한 한 얇은 것이 바람직하지만, 6 ∼ 25 ㎛ 의 두께를 가지고 있는 것이 바람직하다. 두께가 6 ㎛ 미만이면, 강도 부족인 데다가, 현 상황의 압연 기술에 의해 알루미늄박 자체의 제조가 어렵고, 또한 두께가 25 ㎛ 를 초과하면 전지 내부의 체적에서 차지하는 정극 집전체 (1a) 의 비율이 증가하여, 전지 용량이 저하되기 때문이다. 또한, 정극 (1) 은 정극 집전체 (1a) 와 그 일면측의 정극 합제층 (1b) 을 포함하여, 일례로서 20 ∼ 300 ㎛ 정도의 두께를 갖는다.

이하에 정극 집전체 (1a) 를 구성하는 알루미늄 합금박의 조성에 대해 설명한다.

이 실시형태의 알루미늄 합금박을 구성하는 알루미늄 합금은 질량％ 로 Mg：0.1 ％ 이상 5.0 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금인 것이 바람직하다. 또, 상기 알루미늄 합금이, 상기 조성에 더하여 추가로 질량％ 로 Fe：0.5 ％ 미만, Mn：0.5 ％ 미만을 함유하는 조성이어도 된다.

「Mg：0.1 ％ 이상 5.0 ％ 이하」

Mg 가 0.1 ％ 미만에서는 하이레이트 충·방전 특성에 현저한 향상이 보이지 않는다. Mg 를 5.0 ％ 초과 함유시킨 경우, 강도가 지나치게 높아져 박을 형성하는 경우의 압연성이 저하되고, 상기 서술한 두께 범위의 박박 (薄箔) 의 제작이 곤란해진다. 또한 Mg 첨가량과 방전 특성 향상 효과는 Mg 를 0.5 ％ 함유시킨 경우가 가장 방전 특성 향상 효과가 크고, 그 후의 상승은 보이지 않기 때문에, 압연성을 고려하여 상한을 5.0 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Mg 의 함유량에 대하여, 상기의 범위 내에서도 0.1 ％ 이상 2.5 ％ 이하의 범위가 바람직하고, 0.25 ％ 이상 0.75 ％ 이하의 범위가 보다 바람직하다.

「Mn：0.5 ％ 미만」

Mn 은 미량이어도 알루미늄 합금박의 비저항을 상승시키고, 또한 강도를 상승시키기 때문에 압연성의 저하를 초래한다. 본 실시형태의 알루미늄 합금박은 Al 이외의 성분으로서 Mg 를 주성분으로 하는 박이며, 원래 압연성은 양호하지 않다. Mn 을 0.5 ％ 초과 첨가함으로써 강도 향상에 의한 압연성의 저하가 발생하게 되기 때문에, 압연성의 면에서 Mn 을 0.5 ％ 미만으로 하는 것이 바람직하다.

「Fe：0.5 ％ 미만」

Fe 를 0.5 ％ 이상 본 실시형태의 알루미늄 합금에 첨가하면 강도가 상승하고, 압연성이 저하된다. Fe 의 하한은 특별히 규정하지 않지만, 지나치게 규제하면 고순도의 알루미늄 지금 (地金) 이 필요하게 되어, 제조 비용이 증가하기 때문에, 바람직하게는 Fe 를 0.1 ％ 이상 포함하고 있어도 된다.

이상 구성의 알루미늄 합금박의 제조 공정의 일례를 나타내면, 상기 조성을 갖는 알루미늄 합금을 용해, 주조하여 얻어진 주괴를 균질화 처리, 열간 압연, 냉간 압연, 마무리의 최종 냉간 압연을 이 순서로 실시하여 제조된다. 또한, 냉간 압연 도중에 중간 열처리를 실시해도 된다.

먼저, 균질화 처리한 알루미늄 합금이 주괴를 시트상으로 열간 압연하고, 얻어진 시트를 냉간에서 압연한다. 이들 열간 압연 및 냉간 압연의 온도, 압연율 등은 특별히 한정되는 것이 아니고, 정법에 따르면 된다. 필요에 따라 냉간 압연 도중에 중간 열처리를 실시한 후, 추가로 냉간 압연을 실시하여, 6 ∼ 25 ㎛ 두께의 알루미늄박을 얻을 수 있다.

「정극 합제층」

정극 합제층 (1b) 은 주성분인 정극 활물질에 도전재, 바인더 및 희석제를 혼련하여 페이스트상으로 하고, 정극 집전체 (1a) 의 일면측에 도포하여 형성할 수 있다. 정극 활물질로는 올리빈형 구조를 갖는 인산리튬을 사용할 수 있고, 예를 들어 올리빈형 인산철리튬이나 올리빈형 인산망간리튬 등을 사용할 수 있다.

＜부극＞

부극 집전체 (2a) 로는 전기 화학적 성질, 박 형상으로의 가공성이나 비용면에서 동박이 사용된다. 단, 다른 재료로 이루어지는 금속박을 부극 집전체 (2a) 로서 사용하는 것을 본 발명에서는 막지 않는다.

부극 집전체 (2a) 의 두께는 10 ∼ 50 ㎛ 로 할 수 있고, 정극 집전체 (1a) 와 동일한 두께여도 된다. 또, 부극 집전체 (2a) 와, 그 일면측의 부극 합제층 (2b) 을 포함한 부극 (2) 의 두께도 20 ∼ 300 ㎛ 로 정극 (1) 과 동일해도 된다.

다음으로, 부극 합제층 (2b) 은 주성분인 부극 활물질과 함께, 도전재, 바인더 및 희석제를 혼련하여 페이스트상으로 하고, 부극 집전체 (2a) 의 일면측에 도포하여 형성할 수 있다.

부극 활물질로는 리튬 이온의 흡장·방출이 가능한 공지된 재료, 예를 들어 탄소재, 리튬-알루미늄 합금, 실리콘계 또는 주석계 리튬 합금을 사용할 수 있다. 이들 중에서 리튬 이온의 흡장·방출량이 많아, 불가역 용량이 작은 탄소재를 사용하는 것이 바람직하다. 탄소재로는 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 기상법 탄소 섬유, 그라파이트 (흑연) 를 바람직하게 사용할 수 있다.

＜세퍼레이터＞

정극 (1) 과 부극 (2) 사이에 형성되는 세퍼레이터 (3) 는 미세한 구멍이 무수히 존재하는 예를 들어 폴리프로필렌 혹은 폴리에틸렌 수지 필름으로 구성되고, 정극 (1) 과 부극 (2) 사이를 전기적으로 절연하는데, 리튬 이온 Li^＋ 는 자유롭게 통과할 수 있다.

＜전해액＞

정극 (1), 부극 (2) 및 세퍼레이터 (3) 가 침지되는 전해액으로는 리튬염을 포함하는 비수 전해액 또는 이온 전도 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다.

리튬염을 포함하는 비수 전해액에 있어서의 비수 전해질의 비수 용매로는 에틸렌카보네이트 (EC), 프로필렌카보네이트 (PC), 디에틸카보네이트 (DEC), 디메틸카보네이트 (DMC), 메틸에틸카보네이트 (MEC) 를 들 수 있다. 또, 비수 용매에 용해할 수 있는 리튬염으로는 육불화인산리튬 (LiPF₆), 붕사불화리튬 (LiBF₄), 트리플루오로메탄술폰산리튬 (LiSO₃CF₃) 을 들 수 있다.

이상의 구성을 구비하는 정극 (1) 과 부극 (2) 과 세퍼레이터 (3) 는 입구가 봉해지는 전지 케이스의 내부에서 전해액에 침지되고 (모두 도시 생략), 정극 (1) 및 부극 (2) 이 각각 단자에 전기적으로 접속되어, 리튬 이온 2 차 전지가 구성된다.

일반적으로 올리빈형 인산리튬을 정극 활물질에 사용한 리튬 이온 2 차 전지는 충·방전 레이트가 클수록 (하이레이트일수록), 전지의 전압이 급속히 저하되고, 전지 용량이 작아진다고 되어 있다. 이에 반하여, 본 실시형태의 리튬 이온 2 차 전지에서는 리튬 이온 2 차 전지의 정극 집전체 (1a) 에 적용되는 알루미늄 합금박의 Mg 함유량을 상기 서술한 범위로 제어함으로써, 충방전 특성, 특히, 2 차 전지로서의 하이레이트 충·방전에 있어서의 전지 용량 저하를 개선시킬 수 있다.

Mg 를 상기 서술한 범위에서 함유한 알루미늄 합금박을 정극 집전체 (1a) 로서 사용함으로써 하이레이트의 방전을 실시해도 전압의 저하가 억제되고, 높은 용량 유지율이 얻어지는 이유는 현 상황에서는 명확해져 있지 않다. 그러나, Mg 를 함유함으로써 알루미늄 합금박 표면의 산화 피막의 조성이나 구조가 변화되어 있는 것이 확인되어 있고, 활물질 함유층과 알루미늄 합금박의 계면 상태의 변화가 기여하고 있는 것으로 추측할 수 있다.

이상 설명한 알루미늄 합금박을 정극 집전체 (1a) 로 한 리튬 이온 2 차 전지는 Mg 를 0.1 ％ 이상 5.0 ％ 이하 함유하는 알루미늄 합금박으로서, 두께 6 ∼ 25 ㎛ 의 알루미늄 합금박을 정극 집전체로 하고 있기 때문에, 하이레이트한 급속 충방전 특성을 만족할 수 있는 우수한 리튬 이온 2 차 전지를 제공할 수 있다.

또, 하이레이트한 충방전에 한정되지 않고, 통상적인 레이트의 충방전 특성에 있어서도, 종래의 순알루미늄계의 합금박을 사용한 정극 집전체를 구비한 2 차 전지보다 우수한 충방전 특성을 얻을 수 있다.

또한, 상기 조성의 알루미늄 합금박은 상기 특허문헌 2 에 기재된 기술과 같이 박에 천공 가공할 필요가 없기 때문에, 박의 강도 저하도 발생하지 않는다. 이 때문에, 정극 집전체 (1a) 로서 강도가 높은 구조를 제공할 수 있다.

또, 상기 특허문헌 1 에 기재된 바와 같이, 이온 투과성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 도포하여 정극 집전체에 피막을 형성하는 비용이 드는 구조를 채용할 필요가 없이, Mg 를 상기 적절한 범위에서 포함하는 알루미늄 합금박을 정극 집전체 (1a) 로서 사용함으로써, 저비용으로 방전 특성이 우수한 리튬 이온 2 차 전지를 제공할 수 있는 효과를 발휘한다.

도 2 는, 본 발명에 관련된 리튬 이온 2 차 전지의 제 2 실시형태의 주요부를 나타내는 단면도이다. 제 2 실시형태의 리튬 이온 2 차 전지의 전극군 (10) 은 정극 (1A) 과 부극 (2A) 이 세퍼레이터 (3) 를 개재하여 적층된 구조로 되어 있다.

본 실시형태의 정극 (1A) 은 정극 합제층 (1b) 을 박의 정극 집전체 (1a) 의 양면측에 구비하여 구성되고, 부극 (2A) 은 부극 합제층 (2b) 을 박의 부극 집전체 (2a) 의 양면측에 구비하여 구성되며, 1 개의 부극 (2A) 의 양면측을 세퍼레이터 (3) 를 개재하여 사이에 끼우도록 정극 (1A) 이 적층된 구조로 되어 있다.

이 구조의 전극군 (10) 을 입구가 봉해지는 전지 케이스의 내부에서 전해액 (모두 도시 생략) 에 침지되도록 형성하고, 정극 (1A , 1A) 및 부극 (2A) 을 각각 단자에 전기적으로 접속시킴으로써 리튬 이온 2 차 전지가 구성된다.

제 2 실시형태의 리튬 이온 2 차 전지에 있어서, 제 1 실시형태에서 사용한 정극 집전체 (1), 부극 집전체 (2), 정극 합제층 (1b), 부극 합제층 (2b) 에 대해서는 동등하고, 적층 구조만이 차이가 난다.

도 2 에 나타내는 전극군 (10) 을 구비한 리튬 이온 2 차 전지라도, 상기 제 1 실시형태의 리튬 이온 2 차 전지와 동등한 성능을 얻을 수 있다.

또한, 리튬 이온 2 차 전지의 적층 구조로는 도 2 에 나타내는 적층예에 한정되지 않기 때문에, 추가로 다층 구조화하는 것도 가능하다.

도 3 은, 본 발명에 관련된 리튬 이온 2 차 전지의 제 3 실시형태의 주요부를 나타내는 단면도이다. 제 3 실시형태의 리튬 이온 2 차 전지의 전극군 (20) 은 정극 (1b) 과 부극 (2B) 이 세퍼레이터 (3) 를 개재하여 소용돌이형으로 감겨진 구조로 되어 있다.

본 실시형태의 정극 (1B) 은 정극 합제층을 박의 정극 집전체의 양면측에 구비하여 구성되고, 부극 (2B) 은 부극 합제층을 박의 부극 집전체의 양면측에 구비하여 구성되며, 이들을 세퍼레이터 (3) 를 개재하여 소용돌이형으로 감겨진 구조로 되어 있다.

이 구조의 전극군 (20) 을 입구가 봉해지는 원통형의 전지 케이스의 내부에서 전해액 (모두 도시 생략) 에 침지되도록 형성하고, 정극 (1B) 및 부극 (2B) 을 각각 단자에 전기적으로 접속시킴으로써 캔 타입의 리튬 이온 2 차 전지가 구성된다.

제 3 실시형태의 리튬 이온 2 차 전지에 있어서, 제 1 실시형태에서 사용한 정극 집전체, 부극 집전체, 정극 합제층, 부극 합제층에 대해서는 동등하고, 적층 구조와 캔형인 형상만이 차이가 난다.

도 3 에 나타내는 전극군 (20) 을 구비한 리튬 이온 2 차 전지라도, 상기 제 1 실시형태의 리튬 이온 2 차 전지와 동등한 성능을 얻을 수 있다.

실시예

이하에, 본 발명의 구체적 실시예에 대해 설명하는데, 본원 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

Mg 함유량을 변량시킨 알루미늄 합금의 주괴를 520 ℃ 에서 4 ∼ 8 시간 가열하여 균질화 처리한 후, 열간 압연, 냉간 압연, 최종 냉간 압연을 거쳐, 두께 15 및 20 ㎛ 의 알루미늄 합금박의 시료를 제작하였다.

[정극]

이하에 나타내는 정극 활물질, 도전재, 바인더 및 희석제로 이루어지는 정극 슬러리를 두께 50 ㎛ 가 되도록 알루미늄박 상에 도포하여, 정극을 얻었다.

정극 활물질 올리빈형 인산철리튬 (평균 입경：1 ㎛)

도전재 아세틸렌블랙 (AB)

바인더 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF)

희석제 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP)

각 성분의 배합비 (중량비) 정극 활물질：AB：PVDF = 85：8：7

[부극]

이하에 나타내는 부극 활물질과, 정극과 동일한 도전재, 바인더 및 희석제로 이루어지는 부극 슬러리를 두께 40 ㎛ 가 되도록 동박 (두께 10 ㎛) 상에 도포하여, 부극을 얻었다.

부극 활물질 메소카본마이크로비즈 (MCMB)

도전재 아세틸렌블랙 (AB)

바인더 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF)

각 성분의 배합비 (질량비) MCMB：AB：PVDF = 93：2：5

제작한 리튬 이온 2 차 전지를 사용하여 방전 부하 특성을 측정하였다.

측정의 조건은 이하와 같다. 그리고, 각 전류로 방전시켰을 때의 Mg 무첨가인 비교예 1 의 방전 용량을 1.00 으로 하여, 각 실시품의 방전 용량의 비율을 구하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.

충전 CC - CV：0.2 C - 3.6 V 8 hr.

방전 CC：0.2 C, 0.5 C, 1 C, 2 C, 5 C (E.V = 2.0 V)

C 의 정의：전지의 정격 용량값으로부터 계산되고, 1 C 는 어느 용량을 갖는 전지를 정전류로 방전시켰을 때에, 1 시간에 방전이 종료되는 전류값을 나타낸다. 예를 들어, 5 C 는 1 C 의 5 배의 전류값을 의미한다.

CC (Constant Current (정전류))：정전류로 충전·방전하는 것을 나타낸다.

CC-CV (Constant Current - Constant Voltage (정전류·정전압))：전지의 충전시에 사용된다. 처음에 일정한 전류로 충전하고, 규정된 전압에 이른 후에는 그 전압을 유지하기 위해 전류값을 낮추면서 충전하는 방법. 「0.2 C - 3.6 V 8 hr.」 는 처음에 0.2 C 로 충전을 개시하고, 전압이 3.6 V 에 이른 시점부터 서서히 전류값을 낮추어 나가, 충전 개시부터 8 시간 후에 충전을 완료하는 것을 나타낸다.

압연성은 최종 두께 15 ㎛ 박에 있어서 최종 패스에서 파단되지 않고 압연할 수 있었던 것을 ○, 두께 20 ㎛ 는 파단되지 않고 가능했지만 15 ㎛ 박에서는 최종 패스에서 1 코일 (약 10000 m) 당 1 회 ~ 3 회의 파단이 생긴 경우에는 △, 최종 두께 20 ㎛ 에서 3 회를 초과하는 파단 혹은 지나치게 딱딱하다는 등의 이유로 압연 계속이 어렵다고 판단된 것에 대해서는 × 로 하였다. ○ 가 바람직하지만, △ 이상 (약 10000 m 의 최종 패스에서 파단이 3 회 이내) 이면 제조상 문제는 없다.

표 1 에 나타내는 결과로부터, Mg 를 0.1 ％ 이상, 5.0 ％ 이하 함유한 알루미늄 합금박을 정극 집전체에 사용함으로써 방전 특성이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

또, Mg 를 첨가한 알루미늄 합금박을 정극 집전체에 사용한 리튬 이온 2 차 전지에서는 특히 5 C 의 하이레이트 방전에서의 전지 용량을 대폭 개선시킬 수 있었다.

실시예 13 의 시료는 Fe 와 Mn 을 첨가하지 않은 시료 (주조용으로 사용한 지금으로부터의 혼입분인 Fe 와 Mn) 에 상당하는데, 우수한 특성이 얻어졌다.

실시예 14, 15 의 시료는 Fe 와 Mn 의 첨가에 의한 압연성을 보인 시료이지만, Mg 량이 거의 동등한 실시예 8 의 시료에 대해 압연성의 저하가 보였다. 이들 시료의 대비로부터, Fe 와 Mn 에 대해서는 과잉으로 첨가하면 압연성이 저하되는 것을 알 수 있다.

본 발명은 안전성과 양호한 급속 충방전 특성을 갖는 우수한 리튬 이온 2 차 전지에 이용할 수 있다.

1…정극, 1a…정극 집전체, 1b…정극 합제층 (정극 활물질 함유층), 2…부극, 2a…부극 집전체, 2b…부극 합제층 (부극 활물질 함유층), 3…세퍼레이터

Claims (4)

1. 질량％ 로 Mg：0.1 ％ 이상 5.0 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 두께가 6 ∼ 25 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지 정극 집전체용 알루미늄 합금박.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 알루미늄 합금이, 추가로 질량％ 로 Fe：0.5 ％ 미만, Mn：0.5 ％ 미만을 함유하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지 정극 집전체용 알루미늄 합금박.
3. 정극 활물질로서 올리빈형 인산리튬을 함유하는 정극 활물질 함유층을 정극 집전체에 형성한 정극과, 부극, 비수 전해질을 구비한 리튬 이온 2 차 전지에 있어서,
   정극 집전체로서 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 알루미늄 합금박을 사용한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지.
4. 정극 활물질로서 올리빈형 인산철리튬을 함유하는 정극 활물질 함유층을 정극 집전체에 형성한 정극과, 부극, 비수 전해질을 구비한 리튬 이온 2 차 전지에 있어서,
   정극 집전체로서 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 알루미늄 합금박을 사용한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지.

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