[发明专利]锂离子电池集电体用轧制铜箔以及锂离子电池

说明书

本发明提供一种锂离子电池集电体用轧制铜箔，其具有与负极活性物质良好的粘接性，在超声波焊接时金属粉末的产生少，且具备防锈性。本发明是一种锂离子电池集电体用轧制铜箔，其铜箔表面的BTA皮膜厚度为0.6nm以上且4.6nm以下，且满足以下的关系：40≤润湿张力[mN/m]+BTA皮膜厚度[nm]×10≤80、0.01≤算术平均粗糙度Ra[μm]≤0.25、以及润湿张力[mN/m]≥35。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池集电体用轧制铜箔以及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、能得到比较高的电压的特征，多用于笔记本电脑、摄像机、数码相机以及手机等小型电子设备用。将来，也有望用作电动汽车、普通家庭的分散配置型电源这样的大型设备的电源。

图1是锂离子电池的堆叠(stack)结构的示意图。锂离子电池的电极体通常具有正极11、分隔件12以及负极13卷绕或层叠几十次而成的堆叠结构。典型而言，正极由可用铝箔制成的正极集电体和设于其表面的以LiCoO₂、LiNiO₂以及LiMn₂O₄这样的锂复合氧化物为材料的正极活性物质构成，负极由可用铜箔制成的负极集电体和设于其表面的以碳等为材料的负极活性物质构成。将正极11彼此和负极13彼此分别通过各极耳14、15焊接。此外，正极11和负极13与铝、镍制的极耳端子连接，但这也通过焊接进行。焊接通常通过超声波焊接进行。

作为用作负极的集电体的铜箔所要求的特性，可列举出：与负极活性物质的密接性、以及超声波焊接时的金属粉末产生少。

作为用于改善与活性物质层的密接性的一般性方法，可列举出被称为预粗化处理的在铜箔表面形成凹凸的表面处理。作为粗化处理的方法，已知喷砂处理、利用粗面辊的轧制、机械研磨、电解研磨、化学研磨以及电沉积粒的镀敷等方法，其中，特别是大多使用电沉积粒的镀敷。该技术通过如下方式进行：使用硫酸铜酸性镀浴，使大量的铜呈树枝状或小球状电沉积于铜箔表面而形成微细的凹凸，由锚定效应(anchor effect)带来的密接性的改善、防止在体积变化的大的活性物质的膨胀时使应力集中于活性物质层的凹部而形成龟裂、因应力集中于集电体界面而引起的剥离(例如日本专利第3733067号公报(专利文献1))。

此外，就用作锂离子电池的集电体的铜箔而言，在铜箔表面涂布Li的活性物质，这时，有时会为了电池的高容量化而将该活性物质厚涂。然而，若将活性物质厚涂，则恐怕会产生与活性物质剥离这样的铜箔与活性物质之间的密接性相关的问题。此外，作为用于电池的高容量化的另一手段，研究使用Si系的活性物质，但Si系活性物质的膨胀收缩率比现有的活性物质高，因此恐怕密接性会产生问题。

此外，用作锂离子电池的集电体的铜箔在超声波焊接时，恐怕会粉状地剥离而产生金属粉末。若这样的金属粉末大量产生并残留于电极体，则恐怕会引起内部短路等，锂离子电池的性能降低。作为抑制产生金属粉末的方法，例如，在日本特开2007－305322号公报(专利文献2)中记载了如下方法：通过退火将负极集电体的内部应变去除，使其软化，由此抑制在超声波焊接时集电体的一部分粉状地剥离，使50μm以上的金属粉末的残留减少。

此外，作为决定锂离子二次电池的电池寿命的主要原因，可列举出集电体与活性物质层的界面中的密接性。现在市售的大部分锂离子电池使用通过将活性物质、粘合剂、有机溶剂混合而成的浆料涂布于成为集电体的铜箔上后并进行干燥而制作出的负极。如果，在该浆料不能在集电体表面均匀地润湿铺展的情况下，成为活性物质的剥离等的原因，该情况并不理想，因此电极表面的润湿性(润湿张力)也重要。例如，在日本特开平10－212562号公报(专利文献3)中，作为在将进行冷轧而得到的铜箔卷绕而得的卷绕品(线圈)中层叠重合的铜箔彼此不会粘接的方法，记载了如下铜箔卷绕品的最终退火方法：对卷起前的铜箔表面进行清洗，去除附着于表面的铜的微粉末等，并且使残留于表面的轧制油等的残留油分成为规定值以下后，将铜箔卷起。