(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な加工性能を有する集電体及び当該集電体を用いた電極シート及び電気化学装置の提供。【解決手段】集電体は、自体の厚さ方向に沿って、対向する２つの面を含む支持層と、前記支持層の２つの面のうちの少なくとも一方に設けられた導電層と、を備え、前記支持層は、高分子材料及び高分子系複合材料のうちの１種類又は複数の種類である支持材料を含み、前記支持層の光透過率Ｔは、０≦Ｔ≦９８％である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
自体の厚さ方向に沿って、対向する２つの面を含む支持層と、
前記支持層の２つの面のうちの少なくとも一方に設けられた導電層と、
を備え、
前記支持層は、高分子材料及び高分子系複合材料のうちの１種類又は複数の種類である支持材料を含み、前記支持層の光透過率Ｔは、０≦Ｔ≦９８％を満たすことを特徴とする、集電体。
【請求項２】
前記支持層の光透過率Ｔは、０≦Ｔ≦９５％、好ましくは、１５％≦Ｔ≦９０％を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の集電体。
【請求項３】
前記支持層には着色剤が含有され、
前記着色剤は、カーボンブラック、コバルトブルー、群青、酸化鉄、カドミウムレッド、クロムオレンジ、モリブデンオレンジ、カドミウムイエロー、クロームイエロー、ニッケルチタンイエロー、チタンホワイト、リトポン、亜鉛ホワイト、フタロシアニン系顔料、アゾ系顔料、アントラキノン系顔料、インジゴ系顔料及金属錯体顔料のうちの１種類又は複数の種類であることを特徴とする、請求項１に記載の集電体。
【請求項４】
前記支持層の厚さＤ１は、１μｍ≦Ｄ１≦３０μｍ、好ましくは、１μｍ≦Ｄ１≦２０μｍであり、
好ましくは、前記支持層の機械方向ＭＤの引張強度は、１００ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の集電体。
【請求項５】
前記支持層の厚さＤ１と前記支持層の光透過率Ｔは、
１２μｍ≦Ｄ１≦３０μｍの場合、３０％≦Ｔ≦８０％、及び／又は、
８μｍ≦Ｄ１＜１２μｍの場合、４０％≦Ｔ≦９０％、及び／又は、
１μｍ≦Ｄ１＜８μｍの場合、５０％≦Ｔ≦９８％を満たすことを特徴とする、請求項４に記載の集電体。
【請求項６】
前記導電層の厚さＤ２は、３０ｎｍ≦Ｄ２≦３μｍ、好ましくは、３００ｎｍ≦Ｄ２≦２μｍであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の集電体。
【請求項７】
前記高分子材料は、ポリアミド、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレンエチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリアセチレン、シリコーンゴム、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレングリコール、ポリ窒化硫黄系高分子材料、ポリフェニレン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピリジン、セルロース、澱粉、蛋白質、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、それらの誘導体、それらの架橋物及びそれらの共重合体のうちの１種類又は複数の種類であり、及び／又は、
前記高分子系複合材料は、前記高分子材料及び添加剤を含み、前記添加剤は、金属材料及び無機非金属材料のうちの１種類又は複数の種類であることを特徴とする、請求項１に記載の集電体。
【請求項８】
前記導電層は、金属材料、炭素系導電材料及び導電高分子材料のうちの１種類又は複数の種類であり、
前記金属材料は、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、銀、ニッケル銅合金及びアルミニウムジルコニウム合金のうちの１種類又は複数の種類であることが好ましく、
前記炭素系導電材料は、黒鉛、超伝導炭素、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素ドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの１種類又は複数の種類であることが好ましく、
前記導電性高分子材料は、ポリ窒化硫黄系、脂肪族共役重合体、芳香環共役重合体及び芳香複素環共役重合体のうちの１種類又は複数の種類であることを特徴とする、請求項１に記載の集電体。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の集電体と、
前記集電体に設けられた活物質層と、
を備えたことを特徴とする、電極シート。
【請求項１０】
正極シートと、負極シートと、セパレートと、電解液と、を含み、前記正極シート及び／又は前記負極シートは、請求項９に記載の電極シートであることを特徴とする、電気化学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、エネルギー貯蔵の技術分野に属し、特に、集電体、電極シート及び電気化学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度、高出力パワー、長サイクル寿命、及び低環境汚染の利点を有しているため、電気自動車及び様々な電子製品に広く応用され、パワー電池の核心地位を占めている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、充放電中に集電体を通して電流を集めて伝導する。近年活発で鋭意研究した後、従来の金属材料集電体の代わりにポリマー層と金属層との複合構造の集電体を使用することで、電池の重量を減らし、電池のエネルギー密度を向上させることができる。
【０００４】
しかしながら、ポリマー層と金属層との複合構造の集電体加工性能は劣っている。例えば、ポリマー層と金属層との複合構造の集電体を用いた電極シート及びリチウムイオン二次電池は、タブ成形工程において、従来のブレード金型を用いて成形し切断する場合、ブレード粘着現象が発生しやすく、ブレード金型の寿命が低下する。一方、レーザを用いて切断する場合、低出力レーザを使用すると、ブロッキングが起こりやすく且つ切断効率が低く、レーザ出力を上げると、金属層が焼けたりポリマー層が溶融したりする不具合が生じる。
【０００５】
したがって、集電体、電極シート及び電気化学装置の加工性能を向上させるための設計を提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願の目的は、良好な加工性能を有する集電体、電極シート及び電気化学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の第１の態様は、自体の厚さ方向に沿って、対向する２つの面を含む支持層と、支持層の２つの面のうちの少なくとも一方に設けられた導電層と、を備え、支持層は、高分子材料及び高分子系複合材料のうちの１種類又は複数の種類である支持材料を含み、支持層の光透過率Ｔは、０≦Ｔ≦９８％を満たす集電体を提供する。
【０００８】
本願の第２の態様は、本願の第１の態様で提供される集電体と、集電体に設けられた活物質層と、を備えた電極シートを提供する。
【０００９】
本願の第３の態様は、正極シートと、負極シートと、セパレートと、電解液と、を含み、正極シート及び／又は負極シートは、本願の第２の態様で提供される電極シートである電気化学装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本願は、従来技術と比較して、少なくとも以下の有益な効果を有する。
【００１１】
本願で提供する集電体は、支持層が高分子材料及び高分子系複合材料のうちの１種類又は複数の種類を含み、支持層の光透過率Ｔが０≦Ｔ≦９８％を満たすため、集電体及び当該集電体を用いた電極シート及び電気化学装置は、レーザ切断処理時に高い加工性能及び加工効率を実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願の発明の目的、技術案及び有益な技術的効果をより明確にするために、以下、具体的な実施例を参照して本願を詳細に説明する。本明細書に記載されている実施例は、単に本願を説明するためのものであり、本願を限定することを意図していないことを理解すべきである。
【００１３】
本明細書では、簡潔にするために、特定の数値範囲のみが明示的に開示されている。但し、任意の下限値は、任意の上限値と組み合わせて、明示していない範囲とすることができるし、任意の下限値は、他の下限値と組み合わせて明示していない範囲とすることができるし、同様に、任意の上限値は、任意の他の上限値と組み合わせて明示していない範囲とすることができる。なお、明示していないが、範囲の端点間の各点又は単一の数値は、その範囲内に含まれている。したがって、各点又は単一の数値は、自体の下限値又は上限値として、任意の他の点及び単一の数値と組み合わせる、或いは他の下限値又は上限値と組み合わせて、明示していない範囲を形成することができる。
【００１４】
本明細書において、特に説明しない限り、「以上」、「以下」は、本数を含むものであり、「１種類又は複数の種類」のうちの「複数の種類」は、２つ以上を意味するものである。
【００１５】
本願の上記発明概要は、本願で開示された実施形態又は各実現形態を説明することを意図するものではない。以下の説明は、例示的な実施形態をより具体的に説明する。本願全体を通して、一連の実施例を通じてガイダンスが提供され、これらの実施例は、様々な組み合わせで使用することができる。各実施例において、例示は単に代表的なものであり、網羅的なものとして解釈されるべきではない。
【００１６】
集電体
本願の実施例の第１の態様は、積層して配置された支持層と導電層とを備える集電体を提供する。具体的に、支持層自体の厚さ方向に対向する2つの面を有し、導電層は、支持層の2つの面の一方又は両方に配置され、導電及び集電の役割を果たす。
【００１７】
支持層は、支持材料を含み、支持材料は、高分子材料及び高分子系複合材料のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００１８】
更に、支持層の光透過率Ｔは、０≦Ｔ≦９８％を満たす。
【００１９】
本願で提供する集電体において、支持層は、適切な剛性を有し、導電層に対する支持及び保護作用を満足させることができ、集電体全体の強度を確保し、同時に、適切な柔軟性を有して、集電体及び電極シートが加工中に巻き取られることが可能である。支持層の密度が導電層の密度より低いため、本願の集電体は従来の集電体の重量に比べて明らかに軽く、したがって、本願の集電体を用いると、電気化学装置の重量エネルギー密度を大幅に向上させることができる。
【００２０】
また、本願で提供する集電体は、従来の金属集電体に比べて、導電層の厚さが比較的薄く、鋭利な物体（例えば、釘打ち等）で突き刺された異常事態により発生する金属バリが比較的小さく、同時に、支持層は、金属バチに対して隔離作用を果たすため、本願の集電体を用いた電気化学装置の安全性能を効果的に改善する。
【００２１】
また、本願で提供する集電体は、レーザエネルギーの吸収率が高いため、レーザ切断処理における集電体及び当該集電体を用いた電極シート並びに電気化学装置のより高い加工性能及び加工効率を実現することができ、特に、低出力レーザ切断処理において、高い加工性能及び加工効率を有する。前述レーザ切断処理時のレーザ出力は、例えば、１００Ｗ以下である。
【００２２】
支持層の光透過率Ｔは、０≦Ｔ≦９５％を満たすことが好ましく、レーザ切断処理における集電体及び当該集電体を用いた電極シート並びに電気化学装置の加工性能及び加工効率をより向上させ、特に、低出力レーザ切断処理時の加工性能及び加工効率を向上させる。支持層の光透過率Ｔは、１５％≦Ｔ≦９０％を満たすことが更に好ましい。
【００２３】
上記高分子材料は、例えば、ポリアミド系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、ポリオレフィン系ポリマー、ポリアルキン系ポリマー、シロキサンポリマー、ポリエーテル、ポリアルコール、ポリスルホン、多糖類ポリマー、アミノ酸系ポリマー、ポリ窒化硫黄系高分子材料、芳香環ポリマー、芳香族複素環ポリマー、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン系、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、それらの誘導体、それらの架橋物及びそれらの共重合体のうちの１種類又は複数の種類である。
【００２４】
一例として、ポリアミド系ポリマーは、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ、ＰＡと略称し、ナイロンと通称する）及びポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ、アラミドと通称する）のうちの１種類又は複数の種類であってもよく、ポリイミド系ポリマーは、ポリイミド（ＰＩ）であってもよく、ポリエステル系ポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）及びポリカーボネート（ＰＣ）のうちの１種類又は複数の種類であってもよく、ポリオレフィン系ポリマーは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリプロピレンエチレン（ＰＰＥ）のうちの１種類又は複数の種類であってもよく、ポリオレフィン系ポリマーの誘導体は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）及びポリスチレンスルホン酸ナトリウム（ＰＳＳ）のうちの１種類又は複数の種類であってもよく、ポリアルキン系ポリマーは、ポリアセチレン（Ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｅｎｅ、ＰＡと略称する）であってもよく、シロキサンポリマーは、シリコーンゴム（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  ｒｕｂｂｅｒ）であってもよく、ポリエーテルは、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＯ）及びポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）のうちの１種類又は複数の種類であってもよく、ポリアルコールは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）であってもよく、多糖類ポリマーは、例えば、セルロース及び澱粉のうちの１種類又は複数の種類であってもよく、アミノ酸系ポリマーは、蛋白質であってもよく、芳香環ポリマーは、ポリフェニレン及びポリパラフェニレンのうちの１種類又は複数の種類であってもよく、芳香族複素環ポリマーは、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡＮ）、ポリチオフェン（ＰＴ）及びポリピリジン（ＰＰＹ）のうちの１種類又は複数の種類であってもよく、ポリオレフィン系ポリマー及びその誘導体の共重合体は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）であってもよい。
【００２５】
また、上記高分子材料は、酸化還元、イオン化又は電気化学等の手段によってドープ処理されることができる。
【００２６】
上記高分子系複合材料は、上記高分子材料と添加剤とを複合したものであってもよく、添加剤は、金属材料、無機非金属材料のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００２７】
一例として、金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、鉄、鉄合金、銀及び銀合金のうちの１種類又は複数の種類であってもよく、無機非金属材料は、炭素系材料、酸化アルミニウム、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ケイ酸塩及び酸化チタンのうちの１種類又は複数の種類であってもよく、例えば、ガラス材料、セラミック材料及びセラミック複合材料のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。上記炭素系材料は、黒鉛、超伝導炭素、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素ドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００２８】
上記添加剤は、金属材料で被覆された炭素系材料であってもよく、例えば、ニッケルで被覆された黒鉛粉末及びニッケルで被覆された炭素繊維のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００２９】
いくつかの好ましい実施例において、支持層は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）及びポリイミド（ＰＩ）のうちの１種類又は複数の種類を含む。
【００３０】
支持層は、単層構造であってもよく、２層、３層、４層等の２層以上の副支持層によって形成された複合層構造であってもよいことは理解すべきである。支持層が２層以上の副支持層から形成された複合層構造である場合、各層の材料は同一であっても異なっていてもよい。
【００３１】
本願の実施例で提供する集電体において、支持層は着色剤が含有する。支持材料に着色剤を添加し、着色剤の含有量を調整することにより、支持層の光透過率を調整することができる。
【００３２】
着色剤は、支持層がある程度の黒色、青色又は赤色を示すことができるが、これに限定されるものではなく、例えば、支持層がある程度の黄色、緑色又は紫色等を示してもよい。
【００３３】
着色剤は、無機顔料及び有機顔料のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００３４】
無機顔料は、例えば、カーボンブラック、コバルトブルー、群青、酸化鉄、カドミウムレッド、クロムオレンジ、モリブデンオレンジ、カドミウムイエロー、クロームイエロー、ニッケルチタンイエロー、チタンホワイト、リトポン及び亜鉛ホワイトのうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００３５】
有機顔料は、フタロシアニン系顔料、アゾ系顔料、アントラキノン系顔料、インジゴ系顔料及び金属錯体顔料のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。一例として、有機顔料は、プラスチックレッドＧＲ、プラスチックバイオレットＲＬ、ハンザイエローＧ、パーマネントイエロー、ゴムレッドＬＣ、フタロシアニンブルー及びフタロシアニングリーンのうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００３６】
本願の実施例で提供する集電体において、支持層の厚さＤ１は、１μｍ≦Ｄ１≦３０μｍであることが好ましく、レーザ切断処理における集電体の加工性能及び加工効率の向上に有利であり、特に、集電体の低出力レーザ切断処理時の加工性能及び加工効率を向上させる。同時に、支持層の機械的強度が確保され、支持層が集電体、電極シート及び電気化学装置の加工中に断裂されることが防止され、電気化学装置の高い重量エネルギー密度を確保する。
【００３７】
支持層の厚さＤ１の上限値は、３０μｍ、２５μｍ、２０μｍ、１５μｍ、１２μｍ、１０μｍ、８μｍであってもよく、下限値は、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍであってもよく、支持層の厚さＤ１の範囲は、任意の上限値及び任意の下限値で構成されてもよい。支持層の厚さＤ１は、１μｍ≦Ｄ１≦２０μｍであることが好ましく、２μｍ≦Ｄ１≦１５μｍであることがより好ましく、３μｍ≦Ｄ１≦１２μｍであることが更に好ましい。
【００３８】
支持層の厚さＤ１と支持層の光透過率Ｔは、
１２μｍ≦Ｄ１≦３０μｍの場合、３０％≦Ｔ≦８０％、及び／又は、
８μｍ≦Ｄ１＜１２μｍの場合、４０％≦Ｔ≦９０％、及び／又は、
１μｍ≦Ｄ１＜８μｍの場合、５０％≦Ｔ≦９８％を満たすことが好ましい。
【００３９】
支持層の厚さと光透過率が上記関係を満たすことにより、レーザを支持層に照射する際に、支持層がレーザのエネルギーを極力吸収することができ、レーザ切断加工における集電体の加工性能及び加工効率を高め、特に、集電体が低出色レーザ切断処理時に高い加工性能及び加工効率を持ち、接着の発生を避ける。支持層の厚さと光透過率が上記関係を満たすことは、支持層に適切な機械的強度にも寄与し、集電体、電極タブおよび電気化学装置の加工中に支持層が断裂されることを防止するのに有利である。
【００４０】
支持層のＭＤ方向（Ｍｅｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ、機械方向）の引張強度は、１００ＭＰａ以上であることが好ましく、１００ＭＰａ〜４００ＭＰａであることがより好ましい。
【００４１】
支持層のＭＤ方向の引張強度は、当該技術分野で公知の装置及び方法で測定することができ、例えば、ＤＩＮ５３４５５−６−５測定標準によって、引張強度測定器を用いて、好ましくは日本ＡＬＧＯＬ引張測定ヘッドを用いて、支持層のＭＤ方向の断裂時の最大引張応力を測定し、支持層のＭＤ方向の断裂時の最大引張応力と支持層の横断面積との比の値が支持層のＭＤ方向の引張強度である。
【００４２】
支持層は、高分子材料の化学組成、分子量及び分布、鎖構造及び鎖構築、凝集状態構造、相構造等を調整することにより、上記引張強度を有することができる。
【００４３】
本願の実施例で提供する集電体において、導電層の導電材料は、金属材料、炭素系導電材料及び導電性高分子材料のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００４４】
一例として、上記金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄合金、チタン、チタン合金、銀及び銀合金のうちの１種類又は複数の種類であってもよく、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、銀、ニッケル銅合金及アルミニウムジルコニウム合金のうちの１種類又は複数の種類であることが好ましい。
【００４５】
導電層が金属材料からなる場合、機械的圧延、接着、気相成長法（ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及び化学メッキ法（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  ｐｌａｔｉｎｇ）のうちの少なくとも1つの手段によって支持層上に形成されてもよく、気相成長法は、物理気相成長法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＶＤ）であることが好ましく、物理気相成長法は、蒸着法及びスパッタリング法のうちの少なくとも1つであることが好ましく、蒸着法は、真空蒸着法（ｖａｃｕｕｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ）、熱蒸着法（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及び電子ビーム蒸着法（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ，ＥＢＥＭ）のうちの少なくとも1つであることが好ましく、スパッタリング法は、マグネトロンスパッタリング法（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）が好ましい。
【００４６】
好ましくは、金属材料の導電層は、支持層と導電層との間の結合がより強固になるように、気相成長法及び化学メッキ法のうちの少なくとも1つの手段によって支持層に形成されることができる。
【００４７】
一例として、上述した機械的圧延による導電層の形成条件は、以下の通りである。金属箔を機械的ロールに入れ、２０ｔ〜４０ｔの圧力を加えて所定の厚さに圧延し、それを表面洗浄処理された支持層の表面に配置し、次いで、両者を機械的ロールに入れ、３０ｔ〜５０ｔの圧力を加えることにより両者をしっかり結合させる。
【００４８】
他の一例として、上記の接着による導電層の形成条件は、以下の通りである。金属箔を機械的ロールに入れ、２０ｔ〜４０ｔの圧力を加えて所定の厚さに圧延し、次いで、表面洗浄処理された支持層の表面にポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）との混合溶液を塗布し、最後に、上記所定の厚さの導電層を支持層の表面に接着させ、１００℃で乾燥させる。
【００４９】
さらに別の例として、上記の真空蒸着法による導電層の形成条件は、以下の通りである。表面清浄化処理された支持層を真空蒸着室内に配置し、１３００℃〜２０００℃の高温で金属蒸発室内の高純度金属ワイヤを溶融蒸発させ、蒸発した金属は真空蒸着室内の冷却システムを通過して、最後に支持層の表面に堆積して導電層を形成する。
【００５０】
上記炭素系導電材料は、例えば、黒鉛、超伝導炭素、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素ドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの１種類又は複数の種類である。
【００５１】
導電層が炭素系導電材料からなる場合、機械的ロール、接着、気相成長法（ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、インサイツ（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）形成法及びコーティング法のうちの少なくとも1つの手段によって支持層上に形成することができる。
【００５２】
上記導電性高分子材料は、例えば、ポリ窒化硫黄系、脂肪族共役重合体、芳香環共役重合体及び芳香複素環共役重合体のうちの１種類又は複数の種類である。脂肪族共役重合体は、例えば、ポリアセチレンであり、芳香環共役重合体は、例えば、ポリパラフェニレン、ポリフェニレン及びポリナフタレンのうちの１種類又は複数の種類であり、芳香複素環共役重合体は、例えば、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリチオフェン及びポリピリジンのうちの１種類又は複数の種類である。さらに、ドープによって電子分離性を増大させ、導電率を向上させ、電気化学装置の倍率性能の更なる向上に有利である。
【００５３】
導電層が導電性高分子材料からなる場合、機械的ロール、接着、インサイツ形成法及び塗布法のうちの少なくとも1つの手段によって支持層上に形成することができる。
【００５４】
導電層は、例えば、金属箔、カーボンコート金属箔、多孔質金属板等のような金属材料を用いることが好ましい。
【００５５】
支持層を設けることにより、本願の集電体における導電層の厚さを従来の金属集電体よりも大幅に薄くすることができ、導電層の厚さＤ２は、３０ｎｍ≦Ｄ２≦３μｍであることが好ましい。導電層の厚さの減少により、集電体、電極シート及び電気化学装置の重量を減少することができ、電気化学装置の重量エネルギー密度を向上させる。また、導電層の厚さの減少により、電池が鋭利なもので突き刺されるなどの異常な場合、集電体で生成される金属バリがより小さく、これによって、電気化学装置の安全性能をよりよく改善させる。厚さが３０ｎｍ≦Ｄ２≦３μｍである導電層を使用すると、集電体は良好な導電及び集電の性能を有し、電池の内部抵抗を低減させ、分極化現象を減少させ、電気化学装置の倍率性能及びサイクル性能を向上させるのに有利である。
【００５６】
導電層の厚さＤ２の上限値は、３μｍ、２．５μｍ、２μｍ、１．８μｍ、１．５μｍ、１．２μｍ、１μｍ、９００ｎｍであってもよく、導電層の厚さＤ２の下限値は、８００ｎｍ、７００ｎｍ、６００ｎｍ、５００ｎｍ、４５０ｎｍ、４００ｎｍ、３５０ｎｍ、３００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、３０ｎｍであってもよく、導電層の厚さＤ２の範囲は、任意の上限値及び任意の下限値で構成されてもよい。導電層の厚さＤ２は、３００ｎｍ≦Ｄ２≦２μｍであることが好ましい。
【００５７】
一例として、支持層自体の厚さ方向上の2つの面には導電層が設けられ、厚さはそれぞれＤ２１及びＤ２２であり、３０ｎｍ≦Ｄ２１≦３μｍであって、３００ｎｍ≦Ｄ２１≦２μｍが好ましく、３０ｎｍ≦Ｄ２２≦３μｍであって、３００ｎｍ≦Ｄ２２≦２μｍであることが好ましい。
【００５８】
他の一例として、支持層自体の厚さ方向上の2つの面のうちの1つの面のみに導電層が設けられ、厚さはＤ２３であり、３０ｎｍ≦Ｄ２３≦３μｍであって、３００ｎｍ≦Ｄ２３≦２μｍであることが好ましい。
【００５９】
本願の集電体は、正極集電体及び負極集電体の一方又は両方として用いることができる。
【００６０】
本願の集電体を正極集電体として用いる場合、集電体の導電層は、金属箔、カーボンコート金属箔又は多孔質金属板を採用してもよく、例えば、アルミニウム箔を採用してもよい。
【００６１】
本願の集電体を負極集電体として用いる場合、集電体の導電層は、金属箔、カーボンコート金属箔又は多孔質金属板を採用してもよく、例えば、銅箔を採用してもよい。
【００６２】
電極シート
本願の実施例の第２の態様で提供する電極シートは、積層された集電体と活物質層とを備え、集電体は、本願の実施例の第１の態様で提供される集電体である。
【００６３】
電極シートは、本願の実施例の第１の態様による集電体を用いるため、良好な加工性能を有し、レーザ切断処理時に高い加工性能及び加工効率を有し、特に、低出力レーザ切断処理時に高い加工性能及び加工効率を有し、電極シートの安全性能及びエネルギー密度を大幅に向上させる。
【００６４】
本願の電極シートは、正極シート及び負極シートの一方又は両方として用いることができる。
【００６５】
本願の電極シートを正極シートとして用いる場合、活物質層は、当該技術分野で公知の正極活物質を用いることができ、イオンの挿入・脱離を可逆的に行うことができる。
【００６６】
リチウムイオン二次電池を例とすると、正極活物質は、リチウムイオンの挿入・脱離を可逆的に行うことができる化合物を用いることができ、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物を用いることができ、遷移金属は、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｖ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｅ及びＭｇのうちの１種類又は複数の種類であってもよい。一例として、リチウム含有遷移金属酸化物は、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ１−ｙＣｏｙＯ２（０＜ｙ＜１）、ＬｉＮｉａＣｏｂＡｌ１−ａ−ｂＯ２（０＜ａ＜１，０＜ｂ＜１，０＜ａ＋ｂ＜１）、ＬｉＭｎ１−ｍ−ｎＮｉｍＣｏｎＯ２（０＜ｍ＜１，０＜ｎ＜１，０＜ｍ＋ｎ＜１）、ＬｉＭＰＯ４（Ｍは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏのうちの１種類又は複数の種類であってもよい）及びＬｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。リチウム含有遷移金属酸化物は、化合物がより安定な構造および優れた電気化学的特性を有するように、さらにドープ又は表面被覆処理されてもよい。
【００６７】
正極シートの活物質層は、接着剤及び導電剤をさらに含み得る。本願は、接着剤及び導電剤を特に限定するものではなく、実際の要求に応じて選択することができる。
【００６８】
一例として、上記接着剤は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、水性アクリル樹脂（ｗａｔｅｒ−ｂａｓｅｄ  ａｃｒｙｌｉｃ  ｒｅｓｉｎ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）及びポリビニルアルコール（ＰＶＡ）のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００６９】
一例として、上記導電剤は、黒鉛、超伝導炭素、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素ドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００７０】
正極シートは、当該技術分野における通常の方法によって製造することができる。通常、正極活物質及びオプションの導電剤及び接着剤を溶媒（例えば、Ｎ−メチルピロリドン、ＮＭＰと略称する）に分散させて、均一な正極スラリーを形成し、その正極スラリーを正極集電体に塗布し、乾燥、冷間プレス等の工程の後、正極シートが得られる。
【００７１】
本願の電極シートを負極シートとして用いる場合、活物質層は、当該技術分野で公知の負極活物質を用いることができ、イオンの挿入・脱離を可逆的に行うことができる。
【００７２】
同様に、リチウムイオン二次電池を例とすると、負極活物質は、リチウムイオンの挿入・脱離を可逆的に行うことができる物質、例えば、金属リチウム、天然黒鉛、人造黒鉛、中間相炭素球（ＭＣＭＢと略記する）、硬質炭素、軟質炭素、ケイ素、ケイ素−炭素複合体、ＳｉＯ、Ｌｉ−Ｓｎ合金、Ｌｉ−Ｓｎ−Ｏ合金、Ｓｎ、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、スピネル構造のチタン酸リチウムＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２及びＬｉ−Ａｌ合金のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００７３】
負極シートの活物質層は、接着剤及び導電剤をさらに含み得る。本願は、接着剤及び導電剤を特に限定するものではなく、実際の要求に応じて選択することができる。
【００７４】
一例として、上記接着剤は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、水性アクリル樹脂（ｗａｔｅｒ−ｂａｓｅｄ  ａｃｒｙｌｉｃ  ｒｅｓｉｎ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）及びポリビニルアルコール（ＰＶＡ）のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００７５】
一例として、上記導電剤は、黒鉛、超伝導炭素、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素ドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００７６】
負極シートは、増粘剤をさらに含むことができ、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を含み得る。
【００７７】
負極シートは、当該技術分野における通常の方法によって製造することができる。通常、負極活物質及びオプションの導電剤、接着剤及び増稠剤を脱イオン水又はＮＭＰのような溶剤に分散させて、均一な負極スラリーを形成し、その負極スラリーを負極集電体に塗布し、乾燥、冷間プレス等の工程の後、負極シートが得られる。
【００７８】
電気化学装置
本願の実施例の第３の態様で提供する電気化学装置は、本願の実施例の第２の態様で提供される電極シートを含む。
【００７９】
電気化学装置は、本願の実施例の第２の態様による電極シートを用いるため、良好な加工性能を有し、レーザ切断処理時に高い加工性能及び加工効率を有し、特に、低出力レーザ切断処理時に高い加工性能及び加工効率を有し、当該電気化学装置は、高い安全性能及びエネルギー密度と低い重量とを兼ね備えている。
【００８０】
電気化学装置は、正極シートと、負極シートと、セパレートと、電解液と、を備え、正極シート及び負極シートのうちの一方又は両者は、本願の実施例の第２の態様で提供する電極シートである。
【００８１】
上記電気化学装置は、リチウムイオン二次電池、リチウム一次電池、ナトリウムイオン電池、マグネシウムイオン電池等であってもよいが、これに限定されるものではない。
【００８２】
上記セパレートは、特に制限されず、任意の公知の電気化学的安定性及び化学的安定性を有する多孔質構造のセパレートを選択することができ、例えば、ガラス繊維、不織布、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリフッ化ビニリデンのうちの１種類又は複数の種類の単層或いは多層フィルムであってもよい。
【００８３】
上記電解液は、有機溶剤及び電解質塩を含み、電解質塩は、正負両極間でイオンを輸送する機能を果たし、有機溶剤は、イオンを輸送する媒体として機能する。電解質塩は、当該技術分野における公知の電気化学装置の電解液に用いられる有機溶剤であってもよく、実際の要求に応じて適切な電解質塩及び有機溶剤を選択することができる。
【００８４】
正極シート、セパレート、負極シートを順序に積層することにより、正極シートと負極シートとの間でセパレートが隔離の役割を果たし、電池コアが得られ、あるいは巻回して電池コアを得ることができる。電池コアを外装ケースに入れ、電解液を注入し封止することにより電気化学装置が得られる。
【００８５】
リチウムイオン二次電池を例として、電気化学装置を例示的に説明する。
【００８６】
上記電解液において、有機溶剤は、当該技術分野で公知のリチウムイオン二次電池の電解液に用いられる有機溶剤であってもよく、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＥＭＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、酢酸メチル（ＭＡ）、酢酸エチル（ＥＡ）、酢酸プロピル（ＰＡ）、プロピオン酸メチル（ＭＰ）、プロピオン酸エチル（ＥＰ）、プロピオン酸プロピル（ＰＰ）、酪酸メチル（ＭＢ）、酪酸エチル（ＥＢ）、１，４−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、スルホラン（ＳＦ）、ジメチルスルホン（ＭＳＭ）、エチルメチルスルホン（ＥＭＳ）及びジエチルスルホン（ＥＳＥ）のうちの１種類又は複数の種類であってもよく、２種類以上であることが好ましい。
【００８７】
上記電解液において、電解質リチウム塩は、当該技術分野で公知のリチウムイオン二次電池の電解液に用いられる電解質リチウム塩であってもよく、例えば、ＬｉＰＦ６（六フッ化リン酸リチウム）、ＬｉＢＦ４（四フッ化ホウ酸リチウム）、ＬｉＣｌＯ４（過塩素酸リチウム）、ＬｉＡｓＦ６（六フッ化ヒ酸リチウム）、ＬｉＦＳＩ（ビスフルオロスルホニルイミドリチウム）、ＬｉＴＦＳＩ（ビストリフルオロメタンスルホニルリチウム）、ＬｉＴＦＳ（トリフルオロメタンスルホン酸リチウム）、ＬｉＤＦＯＢ（ジフルオロシュウ酸ホウ酸リチウム）、ＬｉＢＯＢ（ジシュウ酸ホウ酸リチウム）、ＬｉＰＯ２Ｆ２（ジフルオロリン酸リチウム）、ＬｉＤＦＯＰ（ジフルオロビスシュウ酸リン酸リチウム）及びＬｉＴＦＯＰ（テトラフルオロシュウ酸リン酸リチウム）のうちの１種類又は複数の種類であってもよい。
【００８８】
実施例
下記実施例は、本願の開示内容をより具体的に説明し、これら実施例は、ただ説明するためのものであり、本願で開示された内容の範囲内で行われた様な修正及び変更が当業者にとって自明である。特に説明がない限り、以下の実施例において報告された全ての部、百分率及び比率は、重量基準であり、実施例において使用される全ての試薬は、市販されているか又は通常の方法によって合成して得ることができ、更なる処理を必要とせず、直接に使用することができ、実施例で使用される機器は市販されているものである。
【００８９】
実施例１
支持層の製造
支持材料は、ＰＥＴであり、ＰＥＴに一定量の着色剤であるカーボンブラックを添加して、均一に混合し、ＰＥＴ熱溶融状態で、押出キャスト、冷間ロール圧延及び二軸延伸により、支持層を得る。
【００９０】
集電体の製造
支持層を真空蒸着室内に置き、１３００℃〜２０００℃の高温で金属蒸発室内の高純度アルミニウムワイヤを溶融蒸発させ、蒸発された金属は真空蒸着室内の冷却システムを経て、最後に支持層の両面に堆積され、導電層を形成し、両面上の導電層の厚さＤ２は等しい。
【００９１】
実施例２〜１０
実施例１との相違点は、製造中で関連パラメータを調節することであり、具体的なパラメータを以下の表１に示す。
【００９２】
比較例１
実施例４との相違点は、支持層に着色剤が添加されていないことである。
【００９３】
測定部分
（１）支持層の光透過率の測定：
ＬＳ１１７光透過率計を使用して、ＧＢ２４１０−８０規格によって支持層の光透過率を検出する。まず、機器の電源を入れて自己校正を行い、界面にＴ＝１００％、即ち校正ＯＫが表示された後、支持層のサンプルをプローブとレシーバとの間に挟み、界面は、支持層の光透過率の数値を自動的に示す。
【００９４】
（２）支持層のＭＤ方向の引張強度の測定：
引張強度測定計を使用して、ＤＩＮ５３４５５−６−５規格によって支持層のＭＤ方向の引張強度を測定する。日本ＡＬＧＯＬ（１ｋｇ）引張測定ヘッドを用いて、支持層のサンプルを両測定ヘッドの間に設置し、支持層のＭＤ方向の断裂された時に受ける最大引張応力を測定する。支持層のＭＤ方向の断裂された時に受ける最大引張応力と支持層のサンプルの横断面積との比の値は、支持層のＭＤ方向の引張強度である。
【００９５】
（３）集電体の切断性能の測定：
ＩＰＧ社製のロット番号ＹＬＰ−Ｖ２−１−１００−１００−１００の光ファイバーレーザ機器を使用して、出力を１００Ｗ、周波数を１５０ｋＨｚと設置し、集電体をレーザ機器の切断設備上に取り付けて切断を行い、集電体の最大切断可能速度を測定する。集電体の最大切断可能速度とは、レーザが当該集電体を切断する際に接着現象が起こらない時の最大切断速度を意味する。
【００９６】
実施例１〜１０及び比較例１の測定結果は、以下の表１に示す通りである。
【００９７】
【表１】
2020047577.tif 000002
実施例４、５と比較例１とを比較分析すると、支持層の光透過率を低下させることにより、集電体は低出力レーザ切断工程において、接着現象が起こらない切断速度が著しく向上することがわかる。
【００９８】
実施例１〜１０の測定結果より、本願は、支持層の光透過率を低下させることにより、レーザー切断処理における集電体の切断性能及び切断速度を大幅に向上させることができ、特に、低出力レーザ切断処理における集電体の切断性能および切断速度は大幅に向上される。
【００９９】
以上、本願の具体的な実施形態について説明したが、本願の保護範囲はこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本願に開示された技術的範囲内で、様々な等しい修正及び置換を容易に想到でき、これら修正及び置換は、本願の保護範囲内に含まれるべきである。したがって、本願の保護範囲は、特許請求の範囲に基づくものとする。