[发明专利]非水系二次电池用集电体、使用该集电体的非水系二次电池用电极板以及非水系二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及以锂离子二次电池为代表的非水系二次电池用集电体、使用该集电体的非水系二次电池用电极板以及非水系二次电池。

背景技术

近年来，对于作为便携式电子设备的电源而加以广泛利用的锂离子二次电池(以下简称为锂二次电池)，其负极使用能够进行锂的嵌入和脱嵌的碳素材料，正极使用LiCoO₂(钴酸锂)等的过渡金属和锂的复合氧化物作为活性物质。由此，可以获得高电位且高放电容量的二次电池。

然而，近年来伴随着电子设备和通信设备的多功能化，人们希望锂二次电池进一步提高性能，尤其希望改善与充放电循环相伴的特性劣化。

一般地说，锂二次电池的发电单元即电极板的构成是：在集电体的单面或双面，涂布在分散介质中混炼分散有正极活性物质或负极活性物质、作为粘结材料的粘结剂、以及根据需要添加的导电材料的合剂涂料并进行干燥，然后对其进行压力加工，从而形成正极合剂层或负极合剂层。

在此，作为与充放电循环相伴的特性劣化的重要原因之一，可以列举出涂布于集电体上的正极合剂层或负极合剂层与集电体的粘结力的下降。这是因为：在与充放电相伴的电极板的膨胀和收缩的作用下，在集电体界面的粘结力减弱，从而正极合剂层或负极合剂层发生脱落。

于是，为了提高正极合剂层或负极合剂层与集电体的粘结力，人们进行了增大与集电体界面的接触面积的研究。在此情况下，一般采用通过电解浸蚀集电体表面的方法、或者通过电沉积使构成金属析出于表面的方法，从而使集电体表面粗面化。

另外，作为使集电体表面粗面化的其它方法，例如已经提出了使微粒高速碰撞作为被处理材料的压延铜箔的表面从而在表面形成微小凹凸 的方法(例如参照专利文献1)。另外，还提出了将激光照射在金属箔上从而形成表面粗糙度以10点平均粗糙度计为0.5～10μm的凹凸的方法(例如参照专利文献2)。

另外，如图27所示，如果为了提高输出密度而减薄电极合剂层的涂布厚度，则面临能量密度降低的两难选择。为避免这样的两难选择，人们提出了增加集电体的表面积从而增大电极合剂层与集电体的接触面积的方案。在图示实例中，用一对导辊62、63夹入由金属箔构成的集电体61，将其表面加工成凹凸状(例如参照专利文献3)。

另外，为了获得活性物质的附载性和电传导性优良的锂二次电池用集电体，如图28所示，人们提出了如下的方案：例如将金属箔设计为具有峰部和谷部的波板状，以便成为当金属箔的一侧的表面凹下去时相反侧的表面突出出来的形状(例如参照专利文献4)。

再者，为了获得容量、输出等的偏差较少、输出特性优良且价格低廉和长寿命的锂二次电池，如图29所示，人们提出了如下的方法：通过压花加工形成凹凸，使其处于活性物质填充在该凹部中而突起的表面露出或突起上附着有活性物质的状态(例如参照专利文献5)。

另一方面，作为制作锂二次电池的电极板的其它方法，为人所知的方法有采用电镀法或真空蒸镀法等形成活性物质薄膜的方法。在该方法中，为获得集电体和活性物质的粘结力稳定的电池也是很重要的。例如以获得放电容量较大且充放电循环特性优良的锂二次电池用电极板为目的，人们提出了在由不会与锂合金化的金属构成的集电体上形成活性物质薄膜、并将(活性物质薄膜的表面粗糙度Ra)-(集电体的表面粗糙度Ra)所得到的值设定为0.1μm以下的方法(例如参照专利文献6)。

采用专利文献1所记载的表面粗化方法，虽然可以形成局部具有随机的凹凸的集电体，但由于从喷嘴喷射的微粒具有不同的速度分布，因而难以在集电体的宽度方向和长度方向均匀地形成凹凸。

根据专利文献2所记载的金属箔粗化方法，通过向金属箔照射激光而使局部加热的金属蒸发，由此形成凹部，这样连续地进行照射便有可能在整个金属箔上形成凹凸。然而，由于用激光进行线性扫描，因而难以防止因局部施加达到金属熔点以上的热而给金属箔带来的波动、皱纹 和翘曲的发生。再者，在锂二次电池的集电体之类的厚度为20μm以下的金属箔上进行激光加工时，往往由激光的输出偏差而引起在金属箔上开孔的不良现象。

在专利文献3和专利文献4的集电体的制造方法中，如果金属箔的表面被设计为凹部，则与其相对置的背面必然成为突起，因而在凹凸形成时，难以防止在金属箔上发生波动、皱纹和翘曲等现象。

在专利文献5所记载的电极的制造方法中，由于采用压花加工在开口率为20％以下的冲孔金属(punching metal)上形成凹凸，因而往往使集电体的强度下降，从而引起电极板断裂的不良现象。