(57)【要約】【課題】薄い電極用集電体を提供すること。【解決手段】電極用集電体の製造方法は、（Ａ）化学繊維を備える布を準備すること、（Ｂ）スパッタリングによって布の両面に第１金属を堆積させること、および（Ｃ）第１金属を堆積させた布の両面に、スパッタリングによって第２金属を堆積させることにより、電極用集電体を製造することを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学繊維を備える布を準備すること、
スパッタリングによって前記布の両面に第１金属を堆積させること、および
前記第１金属を堆積させた前記布の前記両面に、スパッタリングによって第２金属を堆積させることにより、電極用集電体を製造すること
を含む、電極用集電体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電極用集電体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１５−１１５１６６号公報（特許文献１）は、１５μｍの厚さを有するアルミニウム（Ａｌ）箔に正極活物質が塗着された電極、および１０μｍの厚さを有する銅（Ｃｕ）箔に負極活物質が塗着された電極を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１５１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、電極用集電体として、Ａｌ箔およびＣｕ箔等の金属箔が利用されている。電極用金属箔には、強度が必要とされる。そのため金属箔は一定以上の厚さを有する必要がある。
【０００５】
電池の体積エネルギー密度（単位体積あたりのエネルギー）は、電池内に詰め込むことができる電極活物質の量により決まる。金属箔が一定以上の厚さを有する、すなわち金属箔が一定以上の体積を有するため、電池内に詰め込むことができる電極活物質の量が制限されている。すなわち金属箔の厚さが、電池の高エネルギー密度化の妨げとなっている。
【０００６】
そこで本開示は、薄い電極用集電体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし、本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により、本開示の発明の範囲が限定されるべきではない。
【０００８】
本開示の電極用集電体の製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）を含む。
（Ａ）化学繊維を備える布を準備する。
（Ｂ）スパッタリングによって布の両面に第１金属を堆積させる。
（Ｃ）第１金属を堆積させた布の両面に、スパッタリングによって第２金属を堆積させることにより、電極用集電体を製造する。
【０００９】
本開示の電極用集電体は、化学繊維を備える布を基材とする。布は数μｍの厚さを有することができる。布の表面には、２種の金属が順次堆積される。まず、第１金属が布に堆積される。第１金属は化学繊維との接着性に優れる金属とされる。次いで、第１金属の上に第２金属が堆積される。第２金属は導電性に優れ、腐食し難い金属とされる。
【００１０】
スパッタリングにより第１金属および第２金属が堆積されるため、第１金属および第２金属の厚さの合計は、ｎｍオーダーになり得る。接着性に優れる第１金属により、第１金属および第２金属が基材（布）から剥離することが抑制される。化学繊維、第１金属および第２金属の複合化により、本開示の電極用集電体は、薄くても電極用途に十分な強度を有することができる。本開示の電極用集電体は、たとえば、１０μｍ以下の薄さ、十分な強度および十分な導電性を両立するように製造され得る。本開示の電極用集電体を備える電池では、体積エネルギー密度の向上が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示の実施形態に係る電極用集電体の構成の一例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、本開示の実施形態に係る電極用集電体の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】図３は、第１シミュレーションの結果である。
【図４】図４は、図３の最低電圧を示す図である。
【図５】図５は、第２シミュレーションの結果である。
【図６】図６は、図５の最低電圧を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の実施形態（以下「本実施形態」と記される）が説明される。ただし、以下の説明は、本開示の発明の範囲を限定するものではない。
【００１３】
＜電極用集電体＞
まず、本実施形態の製造方法により製造される電極用集電体の概略が説明される。
図１は、本実施形態に係る電極用集電体の構成の一例を示す概略断面図である。電極用集電体１００は、布１０を備える。布１０は、化学繊維を備える。布１０の両面には、第１金属１１が膜状に堆積されている。第１金属１１の表面には、第２金属１２が膜状に堆積されている。
【００１４】
電極用集電体１００は、たとえば、リチウムイオン二次電池の正極および負極に適用できる。たとえば、電極用集電体１００の表面に、正極活物質を備える正極合材が塗着されることにより、正極が製造される。あるいは、電極用集電体１００の表面に、負極活物質を備える負極合材が塗着されることにより、負極が製造される。電極用集電体１００は、たとえば、１０μｍ以下の薄膜であり得る。集電体が薄くなった分の体積は、電極活物質に割り当てることができる。これにより、電池の体積エネルギー密度の向上が期待される。
【００１５】
布１０は、化学繊維同士の隙間に空隙を有する。すなわち布１０は多孔質である。したがって電極用集電体１００も多孔質となり得る。電極用集電体１００は、たとえば１０％以上８７．５％以下の空隙率を有し得る。空隙率は、下記計算式：
空隙率（％）＝｛１−（ｂ／ａ×ｃ）｝×１００
（式中、「ａ」は電極用集電体を構成する素材の真密度を示し、「ｂ」は電極用集電体の目付を示し、「ｃ」は電極用集電体の厚さを示す。）
により求められる。目付は、単位面積あたりの質量を示す。
【００１６】
電極用集電体１００を備える電池では、電極用集電体１００が多孔質であるため、電解液が電池全体に行き渡りやすい。これにより、たとえば、電池の出力特性の向上が期待される。さらに電極用集電体１００は多孔質であるため、軽量である。電極用集電体１００は、たとえば、１ｇ／ｍ2以上５ｇ／ｍ2以下の目付を有し得る。これにより、電池の質量エネルギー密度（単位質量あたりのエネルギー）の向上が期待される。以下、電極用集電体１００の製造方法が説明される。
【００１７】
＜電極用集電体の製造方法＞
図２は、本実施形態に係る電極用集電体の製造方法の概略を示すフローチャートである。本実施形態の製造方法は、（Ａ）布の準備、（Ｂ）第１金属の堆積、および（Ｃ）第２金属の堆積を含む。
【００１８】
《（Ａ）布の準備》
本実施形態の製造方法は、（Ａ）化学繊維を備える布１０を準備することを含む。本明細書の布は、繊維の集合体が平面状に加工されたものを示す。
【００１９】
布１０は、不織布であってもよいし、織布であってもよい。布は従来公知の方法で準備される。たとえば、不織布はスパンボンド法等により製造され得る。布１０は、たとえば１〜１２μｍ程度の厚さを有してもよい。布１０は、好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有し、より好ましくは１μｍ以上８μｍ以下の厚さを有し、よりいっそう好ましくは１μｍ以上６μｍ以下の厚さを有する。布１０は、たとえば、０．１〜３ｇ／ｍ2の目付を有してもよい。
【００２０】
布１０は化学繊維を備える。化学繊維としては、たとえば、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリウレタン繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維等が挙げられる。化学繊維は、１種単独で使用されてもよいし、２種以上が組み合わされて使用されてもよい。化学繊維は、たとえば、１０ｎｍ〜３μｍ程度の繊維径を有してもよい。
【００２１】
《（Ｂ）第１金属の堆積》
本実施形態の製造方法は、（Ｂ）スパッタリングによって布１０の両面に第１金属１１を堆積させることを含む。
【００２２】
スパッタリングには、一般的なスパッタリング装置が使用される。第１金属１１は、化学繊維との接着性に優れる金属とされる。第１金属１１としては、たとえば、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等が挙げられる。第１金属１１は、単一の金属元素を備える純金属であってもよいし、２種以上の金属元素を備える合金であってもよい。第１金属１１の堆積量は、たとえば、１０ｎｍ以上１μｍ以下であってもよいし、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよいし、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよい。
【００２３】
《（Ｃ）第２金属の堆積》
本実施形態の製造方法は、（Ｃ）第１金属１１を堆積させた布１０の両面に、スパッタリングによって第２金属１２を堆積させることにより、電極用集電体１００を製造することを含む。
【００２４】
第２金属１２は、第１金属１１と異なる金属である。第２金属１２は、導電性に優れ、腐食し難い金属とされる。第２金属１２は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）であってもよい。この場合、電極用集電体１００は、リチウムイオン二次電池の正極用集電体に好適である。第２金属１２は、たとえば、銅（Ｃｕ）であってもよい。この場合、電極用集電体１００は、リチウムイオン二次電池の負極用集電体に好適である。
【００２５】
第２金属１２は、単一の金属元素を備える純金属であってもよいし、２種以上の金属元素を備える合金であってもよい。第１金属１１および第２金属１２が共通の金属元素を備える合金である場合、合金の組成比が異なる限り、それらは異なる金属とみなされる。第２金属１２の堆積量は、たとえば、１０ｎｍ以上１μｍ以下であってもよいし、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよいし、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよい。
【００２６】
《第１シミュレーション》
第１シミュレーションでは、電極用集電体が正極集電体である場合において、電極用集電体の厚さが、リチウムイオン二次電池の出力に与える影響が評価される。出力は大型電池で評価される。この大型電池は、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）および電気自動車（ＥＶ）等の動力電源として使用されることが想定されている。正極活物質はリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物とされ、負極活物質は黒鉛とされる。
【００２７】
出力条件は、温度環境＝−１０℃、ＳＯＣ（Ｓａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）＝６０％、電流レート＝３０Ｃ、放電時間＝１０秒である。「１Ｃ」は、１時間の充電により０％のＳＯＣが１００％のＳＯＣに達する電流レートを示す。正極および負極の電極用集電体の仕様は下記Ｔａｂｌｅ １に示される。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
図３は、第１シミュレーションの結果である。図３に示されるように、サンプル１〜３は、サンプル４に比して、放電による電圧降下量が小さい。すなわち本実施形態の電極用集電体を備えるリチウムイオン二次電池（サンプル１〜３）は、従来のＡｌ箔を備えるリチウムイオン二次電池（サンプル４）に比して、出力が向上している。
【００３０】
サンプル１〜３の電極用集電体は、サンプル４のＡｌ箔に比して導電率が約１／９に低下している。にもかかわらず、出力が向上している理由は、サンプル１〜３の電極用集電体では、屈曲度（空隙構造によるイオン伝導の阻害度）が、サンプル４のＡｌ箔の約１／３に抑えられているためと考えられる。すなわち、電極用集電体が多孔質であるため、電解液が電池全体に行き渡りやすくなり、出力が向上していると考えられる。
【００３１】
図４は、図３の最低電圧を示す図である。最低電圧（放電１０秒後の到達電圧）が高い程、リチウムイオン二次電池の出力が高いことを意味する。図４に示されるように、サンプル１〜３では、電極用集電体が薄くなる程、出力が向上している。電極用集電体が薄くなる程、導電率は低下する。にもかかわらず、出力が向上している理由は、電極用集電体が薄くなる程、電池内に詰め込むことができる電極活物質の量が増大するためと考えられる。すなわち、電極活物質の詰め込み量が増大することによる出力向上効果が、集電体の導電率が低下することによる出力低下効果を上回っている。サンプル３（厚さ８μｍの電極用集電体）は、サンプル４（厚さ１２μｍのＡｌ箔）に比して、出力が約２％向上している。
【００３２】
《第２シミュレーション》
第２シミュレーションでは、電極用集電体が負極集電体である場合において、電極用集電体の厚さが、リチウムイオン二次電池の出力に与える影響が評価される。第２シミュレーションの出力条件は、第１シミュレーションの出力条件と同一である。第２シミュレーションに使用される電池仕様は、正極および負極の電極用集電体の仕様を除き、第１シミュレーションと同一である。正極および負極の電極用集電体の仕様は下記Ｔａｂｌｅ ２に示される。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
図５は、第２シミュレーションの結果である。図５に示されるように、サンプル５〜７は、サンプル８に比して、放電による電圧降下量が小さい。すなわち本実施形態の電極用集電体を備えるリチウムイオン二次電池（サンプル５〜７）は、従来のＣｕ箔を備えるリチウムイオン二次電池（サンプル８）に比して、出力が向上している。
【００３５】
サンプル５〜７の電極用集電体は、サンプル８のＣｕ箔に比して導電率が約１／９に低下している。にもかかわらず、出力が向上している理由は、サンプル５〜７の電極用集電体では、屈曲度がサンプル８のＣｕ箔の約１／３に抑えられているためと考えられる。すなわち、電極用集電体が多孔質であるため、電解液が電池全体に行き渡りやすくなり、出力が向上していると考えられる。
【００３６】
図６は、図５の最低電圧を示す図である。最低電圧（放電１０秒後の到達電圧）が高い程、リチウムイオン二次電池の出力が高いことを意味する。図６に示されるように、サンプル５〜７では、電極用集電体が薄くなる程、出力が向上している。電極用集電体が薄くなる程、導電率は低下する。にもかかわらず、出力が向上している理由は、電極用集電体が薄くなる程、電池内に詰め込むことができる電極活物質の量が増大するためと考えられる。すなわち、電極活物質の詰め込み量が増大することによる出力向上効果が、集電体の導電率が低下することによる出力低下効果を上回っている。サンプル７（厚さ６μｍの電極用集電体）は、サンプル８（厚さ８μｍのＣｕ箔）に比して、出力が約１．５％向上している。
【００３７】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の発明の範囲は、上記の説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３８】
１０  布、１１  第１金属、１２  第２金属、１００  電極用集電体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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