(57)【要約】【課題】熱処理等の工程を別途必要とせず汎用されている銅箔をそのまま利用でき、充・放電時の膨張収縮による電池のサイクル特性の劣化を防止して寿命を延ばすことができるリチウムイオン電池用銅箔及びリチウムイオン電池の負極を提供する。【解決手段】リチウムイオン電池用の銅箔１０として、薄板１２に、多数の菱形状の孔部１４・・・を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅製の薄板に平面異方性を有する形状の孔部を多数設けたことを特徴とするリチウムイオン電池用銅箔。
【請求項２】
前記平面異方性を有する形状が菱形状であることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン電池用銅箔。
【請求項３】
前記平面異方性を有する形状が楕円状であることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン電池用銅箔。
【請求項４】
前記平面異方性を有する形状が舟形状であることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン電池用銅箔。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のリチウムイオン電池用銅箔の表面に、カーボンからなる負極材を形成してなることを特徴とするリチウムイオン電池の負極。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のリチウムイオン電池用銅箔の表面に、Ｓｎ又はＳｎ−Ｓｉ合金系の負極材を形成してなることを特徴とするリチウムイオン電池の負極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池用銅箔、及びその銅箔を用いたリチウムイオン電池の負極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やノート型パソコン等のポータブル機器の普及によって、小型で高容量の二次電池に対する要求が強くなってきている。中でもリチウムイオン電池は、軽量でエネルギー密度が高いことから多くの分野で使用されるようになってきている。
【０００３】
リチウムイオン電池は、基本的には、正極、負極、正極と負極とを絶縁するセパレーター、及び正極と負極との間でイオンの移動を可能にするための電解液で構成されている。一般的に、正極は帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体の表面にコバルト酸リチウムからなる正極材を形成して構成され、一方、負極は帯状の銅箔からなる負極集電体の表面に、カーボンからなる負極材を形成して構成される。また、近年、携帯機器の小型化、高機能化の観点から、カーボン系負極材より充電容量の大きく取れる、Ｓｎ又はＳｎ−Ｓｉ合金系の負極材が検討されている。
【０００４】
リチウムイオン電池では、充電時にはリチウムイオンが正極から負極に移動し、放電時には再びリチウムイオンが負極から正極に移動する。このイオンの移動に伴って負極材が膨張収縮するため、集電体として用いられる銅箔は充放電によって機械的なストレスを受けることになる。このため、銅箔が変形し、変形時の内部応力により負極材にクラックが発生し、サイクル特性が悪化するなどの問題点があった。また、コーティングされた負極材が部分的に剥離したり、更に、銅箔の強度が不充分である場合には銅箔が破断したりすることもあり、電池の寿命低下につながることがあった。
【０００５】
このような充・放電時の膨張収縮による銅箔の損傷を回避するための手法として、特許文献１に示すものがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２０８１４９号公報
【０００７】
この手法は、負極集電体に用いる銅箔として、圧延方向における破断伸びが２〜１５％である性質を有するものを用いることにより、充放電時に負極集電体に繰り返し応力が負荷されても、それを吸収することにより、破断を防止しようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記手法においても、変形による内部応力を完全には吸収することはできず、電池のサイクル特性や寿命が低下する場合があった。また、銅箔に上記の機械的性質を付与するための熱処理等の工程が別途必要となり、製造工程が煩雑化するおそれがあった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、熱処理等の工程を別途必要とせず汎用されている銅箔をそのまま利用でき、充・放電時の膨張収縮による電池のサイクル特性の劣化を防止して寿命を延ばすことができるリチウムイオン電池用銅箔及びリチウムイオン電池の負極を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のリチウムイオン電池用銅箔は、銅製の薄板に平面異方性を有する形状の孔部を多数設けたことを特徴とする。
【００１１】
上記平面異方性を有する形状としては、菱形状、楕円状、舟形状等を挙げることができる。
【００１２】
上記のリチウムイオン電池用銅箔の表面に、カーボンからなる負極材を形成してリチウムイオン電池の負極を構成することができる。
【００１３】
また、上記のリチウムイオン電池用銅箔の表面に、Ｓｎ又はＳｎ−Ｓｉ合金系の負極材を形成してリチウムイオン電池の負極を構成することもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明のリチウムイオン電池用銅箔の第一の実施形態を示す。
この銅箔１０は、薄板１２に、多数の菱形状の孔部１４・・・を形成したものである。薄板１２としては、無酸素銅あるいはタフピッチ銅を用いることができるが、銅箔の強度を向上させ、高導電率にする点から、Ｚｒ又はＳｎを０．０１〜０．２０ｗｔ％程度を添加することができる。上記範囲の添加量で導電率は８０％ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｎｎｅａｌｅｄ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）以上を確保できる。
【００１５】
薄板１２の厚さは、５〜１００μｍであることが望ましい。５μｍ未満では引張り強度が不充分で破断し易くなり、１００μｍを超えると電池の容量が低下してしまう。また、図１における孔部１４の長辺寸法ａ及び短辺寸法ｂは、ａが１０〜１０００μｍ、ｂが５〜５００μｍとすることが好ましい。ａ，ｂ共に、上記範囲より小さいと応力吸収効果が不充分となり、上記範囲より大きいと負極材の薄板１２上への固着が不充分となる。また、孔部１４は薄板１２の全面に均一に設けるだけでなく、薄板１２の一部分のみに設けたり、不均一に設けたりしても良い。薄板１２の全面積に対する孔部１４全体の面積比は、１０〜９０％とすることが好ましい。１０％未満では引張り強度が不充分で破断し易くなり、９０％を超えると電池の容量が低下してしまう。
【００１６】
孔部１４の形状は、正方形、円形、正六角形状等の平面等方性を有する形状ではなく、菱形状、楕円状、舟形状等の平面異方性を有する形状が望ましい。以下に理由を示す。例えば孔部の形状が正方形状の場合、図２に示すように負極材の膨張時に銅箔２０が等方的に２次元方向に広がろうとする。このため、孔部２２の等方的な膨張作用で負極材に等方的な圧縮応力が発生し、通常の孔部を設けていない銅箔の場合と同様にクラックの発生等の原因となる。一方、図１のように孔部を菱形状にした場合、伸びの方向に異方性を持つようになり、一方向に大きく伸びる変形モードとなる。このため、等方的には圧縮応力が発生せず、負荷が局部的に集中することがない。また、負極電極が捻回型のように巻回するタイプの場合、電極の長手方向に菱形の長辺を合わせることが望ましい。これは充電時の膨張により銅箔１０が長手方向に伸びて放電時に収縮するモードとなるが初期状態より縮むことは無いため破断しない。しかし長手方向に菱形状孔部１４の短辺を合わせると、充電時に幅方向に伸び長手方向に収縮するモードになり、初期状態より縮む方向になるので、適さないものとなるからである。
【００１７】
上記実施の形態の銅箔１０においては、以下のような効果を奏する。
（１）イオンの移動に伴なう負極材の膨張、収縮時の寸法変化を菱形状の孔部１４が形成された銅箔１０で異方的に吸収することにより、負極材でのクラックの発生を防止できる。このため、サイクル特性を良好に維持でき、かつ銅箔の破断を防止できるため、電池の寿命を長く維持することができる。
（２）熱処理等の工程を別途必要とせず汎用されている銅箔をそのまま利用でき、充・放電時の膨張収縮による銅箔の損傷を回避できるリチウムイオン電池用銅箔を提供できる。
（３）Ｓｎ又はＳｎ−Ｓｉ系の負極材をめっきあるいはバインダを用いて塗工することで、安定したサイクル特性の得られる高容量のリチウムイオン電池の負極を提供することができる。
【００１８】
図３に、本発明のリチウムイオン電池用銅箔の第二の実施形態を示す。
この銅箔３０は、図１に示す第一の実施形態の薄板１２に、多数の楕円状の孔部３２・・・を形成したものである。この楕円状の孔部３２の長径寸法ｃ及び短径寸法ｄは、菱形状の孔部１４の長辺寸法ａ及び短辺寸法ｂと同様の寸法に形成することができる。この銅箔３０においても、孔部３２の形状により伸びの方向に異方性を持つため、第一の実施態様と同様の効果を奏することができる。
【００１９】
図４に、本発明のリチウムイオン電池用銅箔の第三の実施形態を示す。
この銅箔４０は、図１に示す第一の実施形態の薄板１２に、扁平な六角形をなす多数の舟形状の孔部４２・・・を形成したものである。この舟形状の孔部４２の長辺寸法ｅ及び短辺寸法ｆは、菱形状の孔部１４の長辺寸法ａ及び短辺寸法ｂと同様の寸法に形成することができる。この銅箔４０においても、孔部４２の形状により伸びの方向に異方性を持つため、第一の実施態様と同様の効果を奏することができる。
【００２０】
なお、上記実施形態の手法に加えて、予めＳｎ負極材などのめっき、または塗工前に銅箔に熱処理を加えておき、伸びを出すことで、膨張収縮時の伸びを吸収する方法を追加することも可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
まず、酸素含有量が１０ｐｐｍの無酸素銅をベース材とし、Ｚｒを０．０１〜０．２０ｗｔ％添加して溶解鋳造した。次に、この鋳塊を熱間圧延して厚さ１２ｍｍの素材に加工した後、冷間圧延と焼鈍を繰り返す方法で加工して、厚さ２００μｍの生地材を製造した。さらにこの生地材を焼鈍した後、厚さ１０μｍまで冷間圧延して試料とした。このようにして得た圧延箔にエッチングにより、図１に示すように、薄板１２に菱形状の孔部１４を設けた。この銅箔１０にめっきによりＳｎを析出させリチウム電池の負極とし、リチウム電池を組み立て、５００回のサイクルテストを実施した。このサイクルテストの結果、放電容量の変化率は２０％程度であった。これは、Ｓｎ負極物質の膨張、収縮時の寸法変化を菱形状の孔部１４が形成された銅箔１０で吸収することにより、負極物質でのクラックの発生を防止でき、サイクル特性が向上したものと考えられる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のリチウムイオン電池用銅箔は、銅製の薄板に平面異方性を有する形状の孔部を多数設けているので、イオンの移動に伴なう負極材の膨張、収縮時の寸法変化を銅箔で異方的に吸収することにより、負極材でのクラックの発生を防止できる。このため、熱処理等の特別の工程を別途要することなく、充・放電時の膨張収縮による電池のサイクル特性の劣化を防止して寿命を延ばすことができるリチウム電池の負極を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリチウムイオン電池用銅箔の第一の実施の形態を示す平面図である。
【図２】比較例となるリチウムイオン電池用銅箔を示す平面図である。
【図３】本発明のリチウムイオン電池用銅箔の第二の実施の形態を示す平面図である。
【図４】本発明のリチウムイオン電池用銅箔の第三の実施の形態を示す平面図である。
【符号の説明】
１０  銅箔
１２  薄板
１４  孔部
２０  銅箔
２２  孔部
３０  銅箔
３２  孔部
４０  銅箔
４２  孔部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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