(57)【要約】【課題】リチウムイオン二次電池に要望されている、単位質量当たりに取り出せる質量エネルギー密度の増大を図るために必要とされる軽量なリチウムイオン二次電池用負極の集電体１を提供する。【解決手段】リチウムイオン二次電池用負極の集電体１は、耐熱性樹脂フィルム２の表面又は表裏両面にニッケル含有の第１合金膜３が成膜され、第１合金膜３の表面に銅膜４が成膜され、銅膜４の表面にニッケル含有の第２合金膜５が成膜されたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅膜を有するリチウムイオン二次電池用負極の集電体において、
耐熱性樹脂フィルムの表面又は表裏両面にニッケル含有の第１合金膜が成膜され、第１合金膜表面に銅膜が成膜され、銅膜表面にニッケル含有の第２合金膜が成膜されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極の集電体。
【請求項２】
前記第２合金膜が一部不動態となっていることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン二次電池用負極の集電体。
【請求項３】
前記第１合金膜及び前記第２合金膜はニッケル合金から形成され、当該ニッケル合金は、ニッケルと、クロム、チタン又はアルミニウムのいずれか一種との２元系合金であることを特徴とする請求項１又は２記載のリチウムイオン二次電池用負極の集電体。
【請求項４】
前記ニッケル合金は、モリブデン又はマンガンのいずれか一種も含む３元系合金であることを特徴とする請求項３記載のリチウムイオン二次電池用負極の集電体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅膜を有するリチウムイオン二次電池用負極の集電体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のリチウムイオン二次電池用負極の集電体として、銅箔の表面又は表裏両面に亜鉛−クロム層がめっきにより形成されると共に、亜鉛−クロム層の表面に有機疎水層が積層され、更に、当該有機疎水層の表面に負極活物質層が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、リチウムイオン二次電池については、単位質量当たりに取り出せる質量エネルギー密度を増大することが要望されている。この要望に応えるためには、リチウムイオン二次電池の質量を軽減する必要があり、リチウムイオン二次電池用負極の軽量化が急務である。従って、特許文献１に記載された集電体よりも軽量な集電体の実現が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１８６６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑み、リチウムイオン二次電池の質量エネルギー密度の増大を図るために必要とされる軽量なリチウムイオン二次電池用負極の集電体を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、銅膜を有するリチウムイオン二次電池用負極の集電体において、耐熱性樹脂フィルムの表面又は表裏両面にニッケル含有の第１合金膜が成膜され、第１合金膜表面に銅膜が成膜され、銅膜表面にニッケル含有の第２合金膜が成膜されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、銅膜を形成する基材に軽量の耐熱性樹脂フィルムを採用するため、集電体は軽量なものになる。また、耐熱性樹脂フィルムと銅膜との間にニッケル含有の第１合金膜を介在させるため、第１合金膜は、電気抵抗の上昇を抑えつつ、バインダーとして機能して銅膜の剥離を防止できる。更に、銅膜を構成する銅原子は、ニッケル含有の第２合金膜や負極の形成時等の熱負荷に起因して拡散しやすいが、第１合金膜の介在によって、拡散する銅原子が、耐熱性樹脂フィルムまで到達するのを抑制でき、耐熱性樹脂フィルムの変質を抑制できる。そして、銅膜を挟んで両側に形成される第１合金膜及び第２合金膜の主成分であるニッケルは耐食性が高く、リチウムイオン二次電池に封入されるアルカリ性の強い電解液への負極の浸漬に伴う銅膜の溶損を防止でき、集電体の耐食性が向上する。
【０００８】
本発明においては、前記第２合金膜が一部不動態となっていることが望ましい。これによれば、前記第２合金膜は、大気開放時に、大気に晒される表面に、空気中の酸素又は水分と反応して酸化物又は水酸化物等が生成し、不動態になる。この不動態も、ニッケルと同様に集電体の耐食性向上に寄与する。尚、不動態部分は不導体になるが、当該不導体の厚さは、第２合金膜表面の数原子程度であり、集電体の電気的特性が損なわれることはない。
【０００９】
また、本発明において、前記第１合金膜及び前記第２合金膜はニッケル合金から形成され、当該ニッケル合金は、ニッケルと、クロム、チタン又はアルミニウムのいずれか一種との２元系合金であることが望ましい。これによれば、クロム、チタン及びアルミニウムは、不動態になりやすい金属であり、ニッケルと相俟って電気的特性を損なうことなく、集電体の耐食性を向上させることができる。尚、第１合金膜は、大気に晒されることがないため、第１合金膜の銅膜との界面側が部分的にも不動態になることはない。
【００１０】
更に、本発明において、前記ニッケル合金は、モリブデン又はマンガンのいずれか一種も含む３元系合金であることが望ましい。これによれば、モリブデン及びマンガンは、孔食を抑制する金属であり、銅膜にピンホールが形成されるのを抑制でき、集電体の電気的特性を安定に保つのに有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のリチウムイオン二次電池用負極の集電体の一実施形態を示す要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照して、本実施形態のリチウムイオン二次電池用負極の集電体１は、耐熱性樹脂フィルム２の表裏両面にニッケル含有の第１合金膜３が成膜され、第１合金膜３の表面に銅膜４が成膜され、銅膜４の表面にニッケル含有の第２合金膜５が成膜されている。耐熱性樹脂フィルム２の材質及び厚さは特に限定的ではなく、材質としては、ＰＥＴ、ポリイミド等が例示され、厚さは、１μｍ〜５０μｍの範囲内が例示される。銅膜４の膜厚も特に限定的ではなく、１μｍ〜１５μｍの範囲内が例示される。
【００１３】
ニッケル含有の第１合金膜３及び第２合金膜５は、例えば、ニッケル合金から形成することができる。ニッケル合金としては、ニッケルと、クロム、チタン又はアルミニウムのいずれか一種との２元系合金が例示される。ニッケルは耐食性を有する金属である。このため、リチウムイオン二次電池に封入されるアルカリ性の強い電解液への負極の浸漬に伴う銅膜４の溶損を防止でき、集電体１の耐食性が向上する。また、クロム、チタン及びアルミニウムは、空気中の酸素又は水分と反応して酸化物又は水酸化物を生成して不動態となりやすい金属である。第１合金膜３は、大気に晒されることがないため、部分的にも不動態にはならないが、第２合金膜５は、大気に晒されるため、部分的に不動態になる。当該不動態部分は、主成分であるニッケルの耐食性と相俟って、銅膜４の上記溶損を防止でき、集電体１の耐食性向上に寄与する。尚、ニッケルクロム合金は、上記２元系合金の中でも電気抵抗が低く、第１合金膜３及び第２合金膜５を形成するニッケル合金として好適である。
【００１４】
また、第１合金膜３及び第２合金膜５を形成するニッケル合金としては、クロム、チタン又はアルミニウムのいずれか一種に加え、モリブデン又はマンガンのいずれか一種を含む３元系合金も例示される。モリブデン及びマンガンは、孔食を抑制する金属であり、銅膜４にピンホールが形成されるのを抑制でき、集電体１の電気的特性を安定に保つのに有利になる。尚、第１合金膜３と第２合金膜５とを形成するニッケル合金は、同種又は異種のいずれであってもよい。また、ニッケルに対する他の金属成分の組成比については特に制限はなく、ニッケルが主成分であるニッケル合金である限りにおいて適宜である。
【００１５】
銅膜４と耐熱性樹脂フィルム２との間に介在する第１合金膜３は、電気抵抗の上昇を抑えつつ、バインダーとして機能して銅膜４の剥離を防止する。第１合金膜３の膜厚は、集電体１の軽量化を踏まえた上で、第２合金膜５や負極の形成時等の熱負荷に起因する、銅膜４を形成する銅原子の拡散、また、リチウムイオン二次電池に封入される電解液に負極を浸漬したときの銅膜４の溶損防止等を考慮して適宜決めることができる。具体的には、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲が例示される。第１合金膜３の膜厚が上記範囲内にあれば、銅原子が上記熱負荷に起因して拡散しても、第１合金膜３の介在によって、銅原子が耐熱性樹脂フィルム２まで到達するのを防止でき、耐熱性樹脂フィルム２の変質を防止できる。また、リチウムイオン二次電池に封入される電解液に負極を浸漬したときの銅膜４の溶損防止に寄与する。
【００１６】
第２合金膜５は、上記ニッケル合金から形成される場合、大気開放時に、大気に晒されて、空気中の酸素又は水分と反応して酸化物又は水酸化物が生成して一部が不動態になる。この不動態も、ニッケルと同様に集電体１の耐食性向上に寄与する。尚、不動態部分は不導体になるが、当該不導体の厚さは、第２合金膜５の表面の数原子程度であり、不導体の形成によって集電体１の電気的特性が損なわれることはない。第２合金膜５の膜厚は、例えば、第１合金膜２の膜厚と同等とすることができる。
【００１７】
そして、第１合金膜３、銅膜４及び第２合金膜５の成膜は、ＰＶＤ法によって行うことができる。この場合、各膜３，４，５の成膜を単一の真空チャンバ内で連続的に行うのが好適である。真空チャンバ内の雰囲気制御、集電体１の生産効率等の面で有利である。また、ニッケル合金は、予め鋳造して合金化したものを原料とするのが、均一な組成の膜が得られるため、好適である。尚、銅膜４の成膜前に、第１合金膜３は大気と接触させない。これは、第１合金膜３の表面が大気に晒されて部分的にでも不動態になるのを防止し、銅膜４を成膜した後の第１合金膜３との界面側に不導体が形成されないようにするためである。不導体が形成されると、電気抵抗が上昇し、集電体１の電気的特性が低下する。
【００１８】
上記の如く、本実施形態のリチウムイオン二次電池用負極の集電体１は、銅膜４を形成する基材に軽量の耐熱性樹脂フィルム２を採用するため、集電体１は軽量なものになる。耐熱性樹脂フィルム２、第１合金膜３及び第２合金膜５の膜厚の調節によって集電体１を更に軽量なものとすることができる。
【００１９】
以上、本発明を一実施形態に関して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、第１合金膜３、銅膜４及び第２合金膜５が耐熱性樹脂フィルム２の表裏両面に順に成膜されているが、第１合金膜３、銅膜４及び第２合金膜５は、耐熱性樹脂フィルム２の表面にのみ順に成膜することもできる。
【符号の説明】
【００２０】
１…リチウムイオン二次電池用負極の集電体、２…耐熱性樹脂フィルム、３…第１合金膜、４…銅膜、５…第２合金膜。
【図１】
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