(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性金属を主体とする基材と、該基材の表面を被覆する膜厚１０ｎｍ以下のＤＬＣ膜とを備える電極集電体と、
前記ＤＬＣ膜の表面に形成された電極合材層と
を備え、
前記ＤＬＣ膜は、親水性官能基が存在する親水性表面を有する、リチウム二次電池用電極。
【請求項２】
前記親水性官能基として、窒素原子を含む極性官能基を有する、請求項１に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項３】
前記窒素原子を含む極性官能基として、アミド基、アミノ基及びイミド基から成る群から選択される少なくとも一つを有する、請求項２に記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項４】
前記導電性金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である、請求項１〜３の何れか一つに記載のリチウム二次電池用電極。
【請求項５】
リチウム二次電池用電極を製造する方法であって、
導電性金属を主体とする基材を用意する工程と、
前記用意した基材の表面に膜厚１０ｎｍ以下のＤＬＣ膜を形成する工程と、
前記形成したＤＬＣ膜の表面を親水化するための表面処理工程と、
電極活物質と分散媒体とを含む電極合材層形成用組成物を用意して、当該組成物を前記ＤＬＣ膜の表面に付与して電極合材層を形成する工程と
を含む、リチウム二次電池用電極の製造方法。
【請求項６】
前記膜形成工程において、前記ＤＬＣ膜は、前記基材にカーボンを物理蒸着または化学蒸着することにより形成される、請求項５に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
【請求項７】
前記表面処理工程において、前記ＤＬＣ膜の表面に、親水性官能基として窒素原子を含む極性官能基を導入する、請求項５または６に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
【請求項８】
前記窒素原子を含む極性官能基として、アミド基、アミノ基及びイミド基から成る群から選択される少なくとも一つを導入する、請求項７に記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
【請求項９】
前記導電性金属として、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いる、請求項５〜８の何れか一つに記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
【請求項１０】
前記電極合材層形成用組成物として、前記分散媒体として水系媒体を含む水系組成物を用意する、請求項５〜９の何れか一つに記載のリチウム二次電池用電極の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜４の何れか一つに記載のリチウム二次電池用電極を用いて構築されたリチウム二次電池。
【請求項１２】
請求項１１に記載のリチウム二次電池を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の構成要素として用いられる電極集電体ならびに該電極集電体を備えた電池用電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。
【０００３】
リチウムイオン電池の一つの典型的な構成では、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出し得る材料（電極活物質）が導電性部材（電極集電体）の上に形成された構成の電極を備える。例えば、正極に用いられる正極活物質としては、リチウムと一種または二種以上の遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物が挙げられる。また、正極に用いられる電極集電体（以下「正極集電体」ともいう。）としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金を主体とするシート状または箔状の部材が挙げられる。かかるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる正極集電体は酸化され易く、大気にさらせば、即酸化するため、常時酸化膜を有する。集電体表面に酸化膜が存在すると、該酸化膜は絶縁膜であるため、正極集電体と正極活物質との間の電気抵抗が増大する虞がある。
【０００４】
ところで、このような性状の集電体の表面が電解液等によって腐食するのを防止する必要がある。例えば、かかる腐食（変質）を防止する技術として、特許文献１に記載されるような耐腐食性（耐食性）を有する被膜層（カーボン膜）を集電体表面に形成することが考えられる。カーボン膜の形成に関する他の従来技術文献として、例えば特許文献２〜特許文献４が挙げられる。
【特許文献１】特開平１１−２５０９００号公報
【特許文献２】特開２００２−３５２７９６号公報
【特許文献３】特開２０００−１１９９１号公報
【特許文献４】特開平１０−１０６５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されるような方法を用いて炭素被膜を形成しようとすると、形成される炭素被膜は、典型的には非晶系無機物であるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）から成る厚膜被膜である。このダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）厚膜は導電性が非常に低く、正極集電体と正極活物質との間の電気抵抗が反って増大する。正極集電体と正極活物質との間の抵抗が増大すると電池の内部抵抗が大きくなるので、かかる厚膜被膜付き正極集電体を用いて構築された電池の電池性能（特にハイレート特性）は当該厚膜が形成されてないものと比較して著しく低下し得る。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、基材表面が保護されるとともに電極合材層に対して優れた集電性能を有する電極集電体を提供することである。また、本発明の他の目的は、かかる性能を有する電極集電体を安定して製造することのできる電極集電体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明により提供される電池用の電極集電体は、導電性金属を主体とする基材と、上記基材の表面を被覆する膜厚１０ｎｍ以下のＤＬＣ膜とを備えている。かかる電極集電体の構成によれば、強固で耐腐食性に優れたＤＬＣ膜を基材の保護被膜として利用することができる。
【０００８】
また、ここに開示される電極集電体の上記ＤＬＣ膜の厚さは１０ｎｍ以下であるため、該ＤＬＣ膜に顕著なトンネル効果が発現する。このため、一般に導電性が低いＤＬＣ質の被膜であっても高い導電性を確保することができる。したがって、本発明によれば、基材表面がＤＬＣ膜によって保護されるとともに、電極合材層（電極活物質を含む層）に対して優れた集電性能を有する電極集電体を提供することができる。
【０００９】
ここに開示される電極集電体では、上記ＤＬＣ膜は、親水性官能基が存在する親水性表面を有する。親水性官能基の存在によって、一般に撥水性を有するＤＬＣ膜の表面に親水性を付与することができる。これにより、電極合材層形成用組成物（典型的には粉末状の電極活物質等を分散媒体に分散させたペースト状電極合材）を電極集電体に付与した際に該電極合材層形成用組成物がＤＬＣ膜に馴染み易くなる。そのため、乾燥後に得られた電極合材層が電極集電体から浮き上がったり、剥落したりする事態を回避することができる。したがって、本発明によれば、電極合材層に対して良好な密着性（接合強度）を有する電極集電体を備えたリチウム二次電池用電極（以下、「電池用電極」ともいう。）を提供することができる。
【００１０】
なお、上記親水性官能基として、窒素原子を含む極性官能基を有することが好ましい。上記窒素原子を含む極性官能基として、アミド基、アミノ基及びイミド基から成る群から選択される少なくとも一つを有することが特に好ましい。窒素原子を含む極性官能基は、ＤＬＣ膜の表面に該ＤＬＣ膜を殆ど削ることなく導入することができる。そのため、上記極性官能基の付与によってＤＬＣ膜の膜厚が減少したり、ひいては消失したりする事態を回避することができる。
【００１１】
ここに開示される電極集電体の好ましい一態様では、上記導電性金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である。アルミニウムまたはアルミニウム合金は、腐食を受けやすい性質がある。したがって、電極集電体の基材がアルミニウムまたはアルミニウム合金製である電極集電体（典型的には正極集電体）においては、基材表面に該基材を保護するＤＬＣ膜を形成するという本発明の構成による効果が特によく発揮され得る。
【００１２】
また、本発明は、電池の電極集電体を製造する方法が提供される。その方法は、導電性金属を主体とする基材を用意する工程と、上記用意した基材の表面に膜厚１０ｎｍ以下のＤＬＣ膜を形成する工程と、上記形成したＤＬＣ膜の表面を親水化するための表面処理工程とを含む。かかる方法によれば、基材表面がＤＬＣ膜によって保護されるとともに、電極合材層（電極活物質を含む層）に対して優れた集電性能を有する電極集電体を効率良く得ることができる。
【００１３】
ここに開示される製造方法の好ましい一態様では、上記膜形成工程において、上記ＤＬＣ膜は、上記基材にカーボンを物理蒸着または化学蒸着することにより形成される。物理蒸着として、例えばスパッタリング法を用いることが好ましい。スパッタリング法による膜形成では、ターゲットに固体カーボンを使用するため、水素含有量が低く高硬度なＤＬＣ膜を得ることができる。加えて、スパッタリングの際に基材表面に付着した圧延油等の不純物を除去できる洗浄効果もある。
【００１４】
ここに開示される製造方法の好ましい一態様では、上記表面処理工程において、上記ＤＬＣ膜の表面に、親水性官能基として窒素原子を含む極性官能基を導入する。窒素原子を含む極性官能基として、アミド基、アミノ基及びイミド基から成る群から選択される少なくとも一つを導入することが好ましい。窒素原子を含む極性官能基の導入は、例えば、窒素を含む化学種（窒素ガス、窒素ラジカル、窒素プラズマ等）をＤＬＣ膜の表面に供給することにより行われる。窒素を含む化学種（窒素ガス、窒素ラジカル、窒素プラズマ等）は、酸素を含む化学種（酸素ガス、酸素ラジカル、酸素プラズマ等）に比べてエッチング効果が小さいため、ＤＬＣ膜を殆ど削ることなく上記窒素原子を含む極性官能基を導入することができる。したがって、ＤＬＣ膜の膜厚が減少したり、ひいては消失したりする事態を回避することができる。その結果、親水化処理がなされたＤＬＣ膜を備えた電極集電体を安定して作製することができる。
【００１５】
また、本発明によって、電極活物質を含む電極合材層が上記電極集電体に保持された構成の電池用電極を製造する方法が提供される。その方法は、上記何れか一つの電極集電体を用意する工程と、上記電極活物質と分散媒体とを含む電極合材層形成用組成物を用意して、当該組成物を上記ＤＬＣ膜の表面に付与して電極合材層を形成する工程とを含む。かかる方法によれば、ＤＬＣ膜を形成した後、そのＤＬＣ膜の表面に親水化表面処理を施すことにより該ＤＬＣ膜の電極合材層形成用組成物に対する「濡れ性」を向上させたうえで、その親水化表面処理されたＤＬＣ膜の親水性表面に電極合材層形成用組成物を付与する。このことによって、電極合材層形成用組成物がＤＬＣ膜に馴染み易くなり、乾燥後に得られた電極合材層が電極集電体から浮き上がったり、剥落したりする事態を回避することができる。したがって、電池性能に優れた電池用電極を安定して（品質安定性よく）製造することが可能となる。
【００１６】
なお、電極合材層形成用組成物は、環境負荷の軽減、材料費の低減、設備の簡略化、廃棄物の減量、取扱性の向上等の種々の観点から、上記分散媒体として水系媒体が使用された水系組成物であることが好ましい。かかる水系組成物がリチウム遷移金属複合酸化物を含む場合、該酸化物を構成するリチウムイオンが水系媒体中に溶出することによりアルカリ性を呈し得るが、本発明の製造方法によれば、上記ＤＬＣ膜が保護被膜としての役割を果たすことにより、該水系組成物と基材の反応（典型的には、アルカリによる腐食反応）を防止することができる。
【００１７】
ここに開示されるいずれかの方法は、上記基材を構成する導電性金属がアルミニウムまたはアルミニウム合金である場合に特に好ましく適用され得る。アルミニウムまたはアルミニウム合金は、リチウム二次電池その他の非水電解質二次電池の電極集電体（特に正極集電体）として好ましい種々の特性を有する一方、電極合材層形成用組成物による腐食や酸化を受けやすい性質がある。したがって、電極集電体の基材がアルミニウムまたはアルミニウム合金製である電極集電体（典型的には正極集電体）の製造においては、基材表面に該基材の腐食を防止するＤＬＣ膜を形成した後に上記電極合材層形成用組成物を付与するという本発明の構成を採用することによる効果が特によく発揮され得る。
【００１８】
本発明によると、また、ここに開示される上記何れかの電極集電体を用いて構築された電池（典型的には二次電池、特にリチウム二次電池）が提供される。かかる電池は、上記電極集電体を少なくとも一方の電極（好ましくは正極）に用いて構築されていることから、優れた電池性能を示すものである。例えば、上記電極集電体を用いて電池を構築することにより、ハイレート特性に優れたリチウム二次電池等の二次電池（大電流で急速に放電させた場合でも放電特性の低下が小さい電池）を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極活物質の製造方法、電極合材層形成用組成物の調製方法、セパレータや電解質の構成および製法、リチウム二次電池その他の電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。
【００２０】
特に限定することを意図したものではないが、以下では主としてアルミニウム製の箔状基材（アルミニウム箔）を有するリチウム二次電池（典型的にはリチウムイオン電池）用の正極集電体および該正極集電体を備えた電池用正極（正極シート）を例として、図１の断面模式図を参照しつつ、本実施形態に係る正極集電体および電池用正極（正極シート）について説明する。
【００２１】
図１に示すように、ここに開示されるリチウム二次電池用正極７０は、正極集電体４０と、該正極集電体４０に保持される正極合材層５２とから構成されている。正極集電体４０は、大まかにいうと、導電性金属を主体とした基材１０と、該基材１０の表面１２を被覆するＤＬＣ膜２０と、該ＤＬＣ膜２０の表面に形成された親水性表面２２とから構成されている。
【００２２】
基材１０は、導電性金属を主体として構成されている。基材１０としては、導電性の良好な金属（例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、鉄等の金属または該金属を主成分とする合金）からなるものを好ましく使用することができる。この実施形態では、厚さ１０μｍ〜３０μｍ程度のアルミニウム箔である。
【００２３】
ＤＬＣ膜（ＤＬＣ層）２０は、上記基材１０の表面１２を被覆している。
【００２４】
なお、本明細書においてＤＬＣ膜とは、ダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ−Ｃａｒｂｏｎ）膜の略称であり、当該技術分野において通常用いられる技術用語の意義であって特別な限定はない。即ち、水素を含むか若しくは水素を含まないで形成される非晶質カーボン膜のことである。ＤＬＣ膜の構造は、ダイヤモンド構造（ｓｐ３結合）とグラファイト構造（ｓｐ２結合）との双方を含むアモルファス構造であればよく、その混在比率および水素含有の有無及び含有量は特に限定されない。両者の混在比率および水素含有量は、電極の構成条件（例えば、所望のＤＬＣ膜の硬度など）に応じて任意に調整することができる。
【００２５】
ＤＬＣ膜２０の厚さ（膜厚）は１０ｎｍ以下であり、好ましくは２ｎｍ以下である。ＤＬＣ膜２０の厚さを１０ｎｍ以下とすることにより、該ＤＬＣ膜２０にトンネル効果が発現する。そのため、一般に導電性が低いＤＬＣ質の被膜であっても高い導電性を確保することができる。なお、ＤＬＣ膜２０の厚さの下限値は、該ＤＬＣ膜２０によって基材表面を隙間なく覆い得る程度であればよく、例えば炭素原子４個分以上の厚さとすることが好ましい。これにより、ＤＬＣ膜２０の保護被膜としての機能を損なうことなく基材表面を被覆することができる。ＤＬＣ膜２０の厚さは、０．８ｎｍ〜１０ｎｍ程度とすることができ、通常は概ね１ｎｍ〜２ｎｍ程度の厚さとすることが好ましい。
【００２６】
かかるＤＬＣ膜２０は、一般に、極性官能基を実質的に有しないため撥水性であり、その表面は水をはじく性質を示す。本実施形態では、このようなＤＬＣ膜２０の表面を改質して親水性を高める親水化処理を施している。すなわち、ＤＬＣ膜２０は、その表面に親水化処理が施された親水性表面２２を有している。かかる親水化処理の典型例として、上記ＤＬＣ膜２０に極性官能基を導入する処理を好ましく採用することができる。この実施形態では、膜表面２２に窒素原子（Ｎ）を含む極性官能基が導入されている。窒素原子（Ｎ）を含む極性官能基としては、例えば、アミド基、アミノ基、イミド基等が挙げられる。
【００２７】
かかる親水性表面２２の上には正極合材層５２が形成されている。正極合材層５２は、正極活物質と、必要に応じて使用される他の正極合材層形成成分（例えば、導電材やバインダ等）とから構成されている。正極活物質としては、リチウムと一種または二種以上の遷移金属元素とを構成金属元素として含むリチウム遷移金属複合酸化物を主成分とするものが好ましく用いられる。かかるリチウム遷移金属複合酸化物の好ましい代表例として、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物およびリチウムマンガン系複合酸化物が挙げられる。
【００２８】
本実施形態の電極集電体４０の構成によれば、強個で耐腐食性（例えば耐酸化性）に優れたＤＬＣ膜２０を基材１０の保護被膜として利用することができる。しかも、ＤＬＣ膜２０の厚さを１０ｎｍ以下とすることにより、該ＤＬＣ膜２０に顕著なトンネル効果が発現するため、一般に導電性が低いＤＬＣ質の被膜であっても高い導電性を確保することができる。したがって、基材１０表面がＤＬＣ膜２０によって強固に保護されるとともに、電極合材層５２（電極活物質を含む層）に対して優れた集電性能を有する電極集電体４０を提供することができる。
【００２９】
また、ＤＬＣ膜２０は、親水性官能基が存在する親水性表面２２を有するので、親水性官能基（極性官能基）の存在によって、一般に撥水性を有するＤＬＣ膜２０の表面に親水性を付与することができる。これにより、電極合材層形成用組成物５０（図３Ｄ）を電極集電体４０に付与した際に該電極合材層形成用組成物５０がＤＬＣ膜２０に馴染み易くなる。そのため、乾燥後に得られた電極合材層５２が電極集電体４０から浮き上がったり、剥落したりする事態を回避することができる。したがって、電極合材層５２に対して良好な密着性（接合強度）を有する電極集電体４０を提供することができる。
【００３０】
次に、図２および図３Ａ〜図３Ｅを参照して、本実施形態の電極集電体（正極集電体）および電池用正極（正極シート）の製造方法について説明する。
【００３１】
大まかに説明すると、図２に示すように、まず、導電性金属を主体とする基材を用意し（ステップＳ１０）、用意した基材の表面に膜厚１０ｎｍ以下のＤＬＣ膜を形成する（ステップＳ２０）。次いで、形成したＤＬＣ膜の表面を親水化するための表面処理を行い（ステップＳ３０）、親水性表面を備える電極集電体を得る（ステップＳ４０）。続いて、電極活物質と分散媒体とを含む電極合材層形成用組成物を用意して、当該組成物をＤＬＣ膜の表面に付与する（ステップＳ５０）。その後、電極合材層形成用組成物中の分散媒体を乾燥して除去し（ステップＳ６０）、電極活物質を含む電極合材層を電極集電体上に形成する（ステップＳ７０）。
【００３２】
以下、図３Ａ〜図３Ｅの工程断面図を用いてさらに説明する。この実施形態では、まず、図３Ａに示すように、導電性金属を主体とする基材（ここではアルミニウム箔）１０を用意（例えば製造、購入等）する（図２に示すステップＳ１０）。
【００３３】
次に、図３Ｂに示すように、用意した基材１０の表面に膜厚１０ｎｍ以下のＤＬＣ膜２０を形成する（図２に示すステップＳ２０）。ＤＬＣ膜２０は、上記基材１０にカーボンを蒸着することにより形成される。
【００３４】
ＤＬＣ膜２０を蒸着する方法としては、公知の蒸着法、例えば物理蒸着法（ＰＶＤ法）や化学蒸着法（ＣＶＤ法）等を好ましく採用することができる。例えば、物理蒸着法の一種であるスパッタリング法を用いてＤＬＣ膜２０を蒸着することができる。スパッタリング法による蒸着では、ターゲットに固体カーボンを使用するため、水素含有量が低く高硬度なＤＬＣ膜を形成することができる。加えて、スパッタリングの際に、基材表面に付着した圧延油等の不純物を除去できる洗浄効果もある。
【００３５】
その他の物理蒸着法としては、ＡＩＰ法、イオンビーム蒸着法、陰極アーク蒸着法、などが挙げられる。また、化学蒸着法としては、原料ガスとして炭化水素ガス（例えばメタン、エチレン、アセチレンなど）を使用する高周波（ＲＦ）プラズマＣＶＤ法を好ましく採用することができる。
【００３６】
ＤＬＣ膜２０の膜厚は、ＤＬＣ膜の蒸着条件を調整することにより任意に制御することができる。例えば、スパッタ蒸着の場合、スパッタ電力と基材１０の送り速度を変えることにより制御可能である。
【００３７】
上記ＤＬＣ膜２０は、基材１０の表面のうち、少なくとも電極合材層５２が形成される範囲を包含するように設けられることが好ましい。例えば、箔状基材１０の片面のみ（該片面の一部であってもよく全範囲であってもよい。）に電極合材層５２が形成される場合には該片面の全範囲に亘ってＤＬＣ膜２０を形成する態様を、また該基材１０の両面に上記電極合材層５２が形成される場合には該片面の全範囲に亘って上記ＤＬＣ膜２０を設ける態様を好ましく採用することができる。
【００３８】
次いで、形成したＤＬＣ膜２０の表面を親水化するための表面処理を行う（図２に示すステップＳ３０）。この実施形態では、上記ＤＬＣ膜２０の表面に、親水性官能基として窒素原子を含む極性官能基（例えば、アミノ基、アミド基、およびイミド基等）を導入する。窒素を含む極性官能基の導入は、例えば、窒素を含む化学種（例えば、窒素ガス（Ｎ２）、窒素ラジカル、窒素プラズマ等）を上記ＤＬＣ膜２０の表面に供給することにより行われる。具体的には、窒素を含む雰囲気下でＤＬＣ膜２０に対してコロナ放電処理、プラズマ放電処理等を実行する。典型例として、Ｎ２とＨ２と炭化水素ガス（例えばメタン)とを体積比（Ｎ２：Ｈ２：炭化水素）９０〜９９：５〜０．５：５〜０．５で含むような混合ガスを供給しつつプラズマ放電処理を行う処理方法が挙げられる。
【００３９】
このような親水化表面処理を行うことにより、図３Ｃに示すように、アルミニウム箔１０の表面（例えば、該アルミニウム箔の両面の全範囲）に親水性表面２２を有するＤＬＣ膜２０が形成された電極集電体４０（典型的には正極集電体）を得ることができる（図２に示すステップＳ４０）。したがって、以上のステップは、電極集電体４０の製造方法あるいは電極集電体を用意（製造）する工程として把握され得る。このようにして、アルミニウム等から成る導電性金属基材の表面がＤＬＣ膜２０によって強固に保護されるとともに、電極合材層（電極活物質を含む層）に対して優れた集電性能を有する電極集電体４０を効率良く得ることができる。
【００４０】
次に、図３Ｄに示すように、上述のようにして得られた正極集電体４０を用意して、電極活物質と分散媒体とを含む電極合材層形成用組成物５０をＤＬＣ膜２０の親水性表面２２に付与する（図２に示すステップＳ５０）。
【００４１】
正極合材層形成用組成物５０は、上述した正極活物質の粉末と、必要に応じて使用される他の正極合材層形成成分（例えば導電材やバインダ等）とを適当な分散媒体に分散（典型的には溶解）させて混練したペースト状電極合材である。正極合材層形成用組成物５０は、環境負荷の軽減、材料費の低減、設備の簡略化、廃棄物の減量、取扱性の向上等の種々の観点から、上記分散媒体として水系媒体が使用された水系組成物（水系ペースト）であることが好ましい。
【００４２】
水系媒体としては、水または水を主体とする混合溶媒が好ましく用いられる。かかる混合溶媒を構成する水以外の溶媒成分としては、水と均一に混合し得る有機溶媒（低級アルコール、低級ケトン等）の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。例えば、該水系溶媒の８０質量％以上（より好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは９５質量％以上）が水である水系溶媒の使用が好ましい。特に好ましい例として、実質的に水からなる水系溶媒が挙げられる。
【００４３】
このような正極合材層形成用組成物５０を正極集電体４０に付与（ここでは塗布）する操作（工程）は、該正極集電体４０として上述のように表面に親水性表面２２のＤＬＣ膜２０が形成されたものを用いる点以外は、従来の一般的なリチウム二次電池用正極を作製する場合と同様にして行うことができる。例えば、適当な塗布装置（スリットコーター、ダイコーター、コンマコーター等）を使用して、上記親水性表面２２の上から上記正極集電体４０に所定量の上記正極合材層形成用組成物５０を均一な厚さにコーティングすることにより製造され得る。
【００４４】
次に、適当な乾燥手段で塗布物を乾燥（典型的には７０〜２００℃）することによって、電極合材層形成用組成物５０中の分散媒体（例えば水、その他の水系溶媒）を除去する（図２に示すステップＳ６０）。電極合材層形成用組成物５０から分散媒体を除去することによって、正極活物質を含む正極合材層５２が形成される。
【００４５】
このようにして、図３Ｅに示すように、正極集電体４０の表面に正極合材層５２が形成されたシート状正極７０を得ることができる（図２に示すステップＳ７０）。なお、乾燥後、必要に応じて適当なプレス処理（例えばロールプレス処理）を施すことによって、正極合材層５２の厚みや密度を適宜調整することができる。
【００４６】
本実施形態の電池用正極（正極シート）の製造方法によれば、上記ＤＬＣ膜２０を形成した後、そのＤＬＣ膜２０の表面に親水化表面処理を施すことにより該ＤＬＣ膜２０の水系組成物５０に対する「濡れ性」を向上させたうえで、その親水化表面処理されたＤＬＣ膜２０の親水性表面２２に水系組成物５０を付与する。このことによって、水系組成物５０がＤＬＣ膜２０に馴染み易くなり、乾燥後に得られた電極合材層５２が電極集電体４０から浮き上がったり、剥離（剥落）したりする事態を回避することができる。したがって、電池性能に優れた電池用電極７０を安定して（品質安定性よく）製造することが可能となる。
【００４７】
また、好ましい実施形態では、上記親水化表面処理において、窒素原子を含む極性官能基の導入は、例えば、窒素を含む化学種（窒素ガス、窒素ラジカル、窒素プラズマ等）をＤＬＣ膜の表面に供給することにより行われる。例えば、窒素ガス、アンモニアガス等の窒素源ガスの他、典型的には水素ガス等の水素源ガス、炭化水素ガス又はその他の高分子ガス（炭素源ガス）、等をＤＬＣ膜表面に導入し、その雰囲気中で紫外線照射処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等の、化学反応を生じさせ得るエネルギーを付与する処理を行い、上記雰囲気ガスに含まれる分子を反応させて親水化表面処理を行うことができる。
【００４８】
窒素を含む化学種（窒素ガス、窒素ラジカル、窒素プラズマ等）は、酸素を含む化学種（酸素ガス、酸素ラジカル、酸素プラズマ等）に比べてエッチング効果が小さいため、ＤＬＣ膜を殆ど削ることなく上記窒素を含む極性官能基を導入することができる。したがって、ＤＬＣ膜の膜厚が減少したり、ひいては消失したりする事態を回避することができる。その結果、親水化表面処理がなされたＤＬＣ膜２０を備えた電極集電体４０ならびに電池用電極７０を安定して作製することができる。
【００４９】
さらに、好ましい実施形態では、水系組成物５０を電極集電体４０に付与するが、リチウム遷移金属複合酸化物を含む水系組成物５０は、該酸化物を構成するリチウムイオンが水系媒体中に溶出することによりアルカリ性を呈するものとなりやすい。そのため、かかる水系組成物をアルミニウム箔等からなる基材１０に付与すると、該組成物５０と基材１０との反応（典型的には、アルカリによる腐食反応）によって基材１０が腐食する虞がある。これに対し、本実施形態の製造方法によれば、上記ＤＬＣ膜２０が保護被膜としての役割を果たすことにより、該組成物５０と基材１０の反応（典型的には、アルカリによる腐食反応）を防止することができる。
【００５０】
なお、正極合材層形成用組成物は、水系組成物に限定されず、非水系組成物であってもよい。この場合、非水系組成物は、分散媒体として非水系媒体が使用され得る。非水系媒体としては、有機系媒体、例えばＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）等が挙げられる。Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）は、極性官能基を有しているため、ＤＬＣ膜２０の親水性表面２２に馴染み易くなる。それゆえ、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を使用する場合でも、乾燥後に得られる正極合材層とＤＬＣ膜との密着性（接合強度）を向上させることができる。
【００５１】
また、ＤＬＣ膜の親水化表面処理において、窒素原子を含む極性官能基に代えて、酸素原子を含む極性官能基（例えば、水酸基、カルボキシル基、アルデヒド基、ケト基等）を導入してもよい。この場合、酸素原子を含む極性官能基の導入は、酸素を含む化学種（例えば、酸素ガス（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、酸化物イオン（Ｏ２−）、酸素ラジカル、酸素プラズマ等）をＤＬＣ膜２０の表面に供給することにより行われる。例えば、酸素源ガス種を含む雰囲気下でＤＬＣ膜に対して紫外線照射処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、オゾン法、ＥＢ法等を行うことによって酸素原子を含む極性官能基をＤＬＣ膜表面に導入することができる。この際、酸素を含む化学種のエッチング効果によって、ＤＬＣ膜の膜厚が減少（例えば、２ｎｍ程度）するので、該エッチングによる膜厚減少分を予め考慮して該ＤＬＣ膜を厚めに（例えば、２ｎｍ程度厚く）形成しておくとよい。
【００５２】
本実施形態の電極集電体（例えば正極集電体）は、上記のように電極合材層に対する集電性能に優れることから、種々の形態の電池の構成要素または該電池に内蔵される電極体の構成要素（例えば正極）として好ましく利用され得る。例えば、ここに開示されるいずれかの正極集電体を備えた正極と、負極（本発明を適用して製造された負極集電体を備えた負極であり得る。）と、該正負極間に配置される電解質と、典型的には正負極間を離隔するセパレータ（固体状またはゲル状の電解質を用いた電池では省略され得る。）と、を備えるリチウム二次電池の構成要素として好ましく使用され得る。かかる電池を構成する外容器の構造（例えば金属製の筐体やラミネートフィルム構造物）やサイズ、あるいは正負極集電体を主構成要素とする電極体の構造（例えば捲回構造や積層構造）等について特に制限はない。
【００５３】
このようにして構築された電池は、基材１０表面がＤＬＣ膜２０によって強固に保護されるとともに、電極合材層５２（電極活物質を含む層）に対して優れた集電性能を有する電極集電体４０を備えているため、優れた電池性能を示すものである。例えば、上記電極集電体を用いて電池を構築することにより、ハイレート特性に優れた電池（大電流で急速に放電させた場合でも放電特性の低下が小さい電池）を提供することができる。
【００５４】
次に、本発明に係る正極集電体を用いて電池を構築することにより、ハイレート特性に優れた電池（例えばリチウム二次電池）を構築できることを確認するため、実施例として以下の実験を行った。
【００５５】
すなわち、基材としてアルミニウム箔を用いて、その表面に所定の厚みのＤＬＣ膜（膜厚５ｎｍ、１０ｎｍ）を形成して正極集電体を作製した。ＤＬＣ膜の形成は、一般的なスパッタリング装置を用いて行った。ＤＬＣ膜の形成条件としては、スパッタ処理時のガス圧力はＡｒガスを導入（Ａｒ流量：３００ｓｃｃｍ）して０．３Ｐａで一定とし、スパッタ電力８．１９ｋＷの条件で固体カーボンをターゲットに用いた。次いで、作製した正極集電体を用いて評価用電池を構築し、電池の放電特性を評価した。なお、比較例として、膜厚０ｎｍの正極集電体（即ちＤＬＣ膜が形成されていない正極集電体）、膜厚１００ｎｍのＤＬＣ膜付き正極集電体を用いて同じ条件で電池を構築し、その放電特性を調べた。なお、正極集電体以外の種々の電池構成材料の作製は、二次電池の製造分野において従来公知の電池構成材料の作製と同様にして行った。
【００５６】
その結果を図４Ａ〜図４Ｄにそれぞれ示す。なお、各図の横軸は容量密度（ｍＡｈ／ｇ）を表し、各図の縦軸は電圧（Ｖ）を表している。
【００５７】
図４Ａ（膜厚５ｎｍ）と図４Ｂ（膜厚１０ｎｍ）にかかる電池は、放電レート１Ｃで約１３０ｍＡｈ／ｇの容量密度を示し、放電レート１０Ｃでも１００〜１３０ｍＡｈ／ｇの容量密度を維持し、さらに放電レート２０Ｃという非常に高い電流密度でも８０〜１００ｍＡｈ／ｇの容量密度を維持でき、大きな容量低下を引き起こさなかった。すなわち、膜厚１０ｎｍ以下のＤＬＣ膜を用いることにより、ハイレート特性に優れた電池を構築できることが確認された。
【００５８】
これに対し、比較例の図４Ｃ（膜厚１００ｎｍ）にかかる電池は、放電レート１Ｃで約１３０ｍＡｈ／ｇの容量密度を示し、図４Ａ（膜厚５ｎｍ）と図４Ｂ（膜厚１０ｎｍ）にかかる電池と殆ど変わらなかったが、放電レート２０Ｃでは放電開始直後に電圧が急激に低下して放電不能となった。かかる結果は、ＤＬＣ膜の厚さが１００ｎｍになるとトンネル効果による導電性向上のメリットが得られず、電池の内部抵抗による電圧ドロップが大きくなったことによる。
【００５９】
また、比較例の図４Ｄ（膜厚０ｎｍ、ＤＬＣ膜なし）にかかる電池は、放電レート１Ｃで約１３０ｍＡｈ／ｇの容量密度を示し、放電レート１０Ｃでも１００ｍＡｈ／ｇの容量密度を維持しているが、さらに放電レート２０Ｃという非常に高い電流密度になると、５０ｍＡｈ／ｇまで容量密度が低下した。かかる結果は、ＤＬＣ膜で被覆されていないアルミニウム箔の表面が腐食又は酸化され、結果として該アルミニウム箔と正極合材層との間の抵抗が増大したためと考えられる。
【００６０】
また、導電性金属（基材１０）表面にＤＬＣ膜を被覆することによって該基材の腐食が防止されることを確認するために、以下の実験を行った。すなわち、基材としての１０ｃｍ×１０ｃｍのアルミニウム箔に、一般的なスパッタリング装置を用いてＤＬＣ膜を形成した。形成条件としては、スパッタ時のガス圧力はＡｒガスを導入して０．３Ｐａ一定とし、スパッタ電力８．１９ｋＷの条件で固体カーボンをターゲットに用いた。また、基材の送り速度を変えることでＤＬＣ膜を５ｎｍの膜厚に調整した。次いで、上記ＤＬＣ膜を被覆したアルミニウム箔を１ｍｏｌ／ｌの水酸化リチウム溶液中に５分間浸漬し、腐食（すなわちアルミニウム箔と水酸化リチウムとの反応）により発生した水素ガスの発生量を測定した。また、比較例として、ＤＬＣ膜を被覆していないアルミニウム箔を用意して同一条件下で実験を行った。
【００６１】
その結果、ＤＬＣ膜で被覆してないアルミニウム箔からは４２８ｍｌの水素ガスが発生したのに対し、ＤＬＣ膜で被覆したアルミニウム箔からは１２ｍｌの水素ガスが発生した。このことから、導電性金属（基材１０）表面にＤＬＣ膜を被覆することによって該基材の腐食が防止されることが確認された。
【００６２】
さらに、親水化処理を行うことによりＤＬＣ膜の濡れ性が改善されることを確認するため、以下の実験を行った。すなわち、基材としてのアルミニウム箔に、一般的なスパッタリング装置を用いて雰囲気圧力０．３Ｐａ、スパッタ電力８．１９ｋＷの条件で固体カーボンをターゲットとしてスパッタリングを行うことにより、該基材の表面にＤＬＣ膜を形成した。次いで、ＤＬＣ膜表面にＮ２とＨ２と炭化水素ガス（例えばメタン)とを体積比（Ｎ２：Ｈ２：炭化水素）９９：０．５：０．５で含む混合ガスを供給しつつ、一般的なコロナ放電処理装置を用いて大気圧コロナ放電処理を行った。コロナ放電処理条件としては、放電出力５０〜２６６６Ｗ・ｍｉｎ／ｍ２、送り速度８．５ｍ／ｍｉｎとした。
【００６３】
スパッタリングにより形成された直後のＤＬＣ膜およびコロナ放電処理後のＤＬＣ膜（親水性表面）にそれぞれ水滴を付着させたところ、スパッタリング直後のＤＬＣ膜に比べて上記親水性表面では水の静止接触角が小さくなった。この実験では、水の接触角が６５．２°から２０°以下に減少した。この結果から上記親水化処理を行うことにより窒素原子を含む親水性（極性）官能基が膜表面に導入され、結果、水に対する濡れ性が明らかに改善されていることが確認された。
【００６４】
以下、本発明の方法を適用して製造されたシート状正極７０（図１および図３Ｅ参照）を用いて構築されるリチウムイオン電池の一実施形態につき、図５および図６に示す模式図を参照しつつ説明する。
【００６５】
図示するように、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００は、金属製（樹脂製又はラミネートフィルム製も好適である。）のケース１１０を備える。このケース（外容器）１１０は、上端が開放された扁平な直方体状のケース本体１２０と、その開口部を塞ぐ蓋体１３０とを備える。ケース１１０の上面（すなわち蓋体１３０）には、捲回電極体９０の正極と電気的に接続する正極端子１７０および該電極体の負極と電気的に接続する負極端子１８０が設けられている。ケース１１０の内部には、例えば長尺シート状の正極（正極シート）７０および長尺シート状の負極（負極シート）８０を計二枚の長尺シート状セパレータ（セパレータシート）６０とともに積層して捲回し、次いで得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製される扁平形状の捲回電極体９０が収容される。
【００６６】
正極シート７０および負極シート８０は、それぞれ、長尺シート状の電極集電体の両面に電極活物質を主成分とする電極合材層が設けられた構成を有する。これらの電極シート７０，８０の幅方向の一端には、いずれの面にも上記電極合材層が設けられていない電極合材層非形成部分が形成されている。上記積層の際には、正極シート７０の正極合材層非形成部分と負極シート８０負極合材層非形成部分とがセパレータシート６０の幅方向の両側からそれぞれはみ出すように、正極シート７０と負極シート８０とを幅方向にややずらして重ね合わせる。その結果、捲回電極体９０の捲回方向に対する横方向において、正極シート７０および負極シート８０の電極合材層非形成部分がそれぞれ捲回コア部分９２（すなわち正極シート７０の正極合材層形成部分と負極シート８０の負極合材層形成部分と二枚のセパレータシート６０とが密に捲回された部分）から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分（すなわち正極合材層の非形成部分）７０Ａおよび負極側はみ出し部分（すなわち負極合材層の非形成部分）８０Ａには、正極リード端子７１および負極リード端子８１がそれぞれ付設されており、上述の正極端子１７０および負極端子１８０とそれぞれ電気的に接続される。
【００６７】
なお、かかる捲回電極体９０を構成する正極シート７０以外の構成要素は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、負極シート８０は、長尺状の負極集電体の上にリチウムイオン電池用負極活物質を主成分とする負極合材層が付与されて形成され得る。負極集電体には銅箔その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属複合酸化物（リチウムチタン複合酸化物等）、リチウム遷移金属複合窒化物等が挙げられる。例えば、集電体としての長尺状銅箔の表面の所定領域に常法によって黒鉛を主体とする負極合材層（例えば黒鉛９８質量％、スチレンブタジエンラバー１質量％、カルボキシメチルセルロース１質量％）を形成することによって好適な負極シート８０が得られる。
【００６８】
また、正負極シート７０，８０間に使用されるセパレータシート６０の好適例としては、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、厚さ５〜３０μｍ（例えば２５μｍ）程度の合成樹脂製（例えばポリエチレン等のポリオレフィン製）多孔質セパレータシートを好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質もしくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合（すなわちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。
【００６９】
そして、ケース本体１２０の上端開口部から該本体１２０内に捲回電極体９０を収容するとともに適当な液状電解質あるいは固体（もしくはゲル状）電解質、ここでは適当な非水系電解液（例えばＬｉＰＦ６等のリチウム塩（支持塩）を適当量含むジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒のような非水電解液）をケース本体１２０内に配置（注液）し、上記開口部を蓋体１３０との溶接等により封止して、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００の構築（組み立て）が完成する。なお、ケース１１０の封止プロセスや電解質の配置（注液）プロセスは、従来のリチウムイオン電池の製造で行われている手法と同様でよく、本発明を特徴付けるものではない。
【００７０】
本発明に係る電池（例えばリチウムイオン電池）は、上記のとおり品質安定性に優れることから、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。したがって本発明は、図７に模式的に示すように、かかる電池（典型的には複数直列接続してなる組電池）１００を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）１を提供する。
【００７１】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本実施形態のリチウム二次電池用正極の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施形態のリチウム二次電池用正極の製造工程を示すフローチャートである。
【図３Ａ】本実施形態のリチウム二次電池用正極の製造工程を示す工程断面図である。
【図３Ｂ】本実施形態のリチウム二次電池用正極の製造工程を示す工程断面図である。
【図３Ｃ】本実施形態のリチウム二次電池用正極の製造工程を示す工程断面図である。
【図３Ｄ】本実施形態のリチウム二次電池用正極の製造工程を示す工程断面図である。
【図３Ｅ】本実施形態のリチウム二次電池用正極の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ａ】膜厚５ｎｍのＤＬＣ膜付き正極集電体を用いた電池の放電特性を示す図である。
【図４Ｂ】膜厚１０ｎｍのＤＬＣ膜付き正極集電体を用いた電池の放電特性を示す図である。
【図４Ｃ】膜厚１００ｎｍのＤＬＣ膜付き正極集電体を用いた電池の放電特性を示す図である。
【図４Ｄ】ＤＬＣ膜が形成されていない正極集電体を用いた電池の放電特性を示す図である。
【図５】捲回電極体の一例を模式的に示す正面図である。
【図６】一実施形態に係る二次電池を模式的に示す斜視図である。
【図７】本実施形態の二次電池を備えた車両（自動車）を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１    車両（自動車）
１０    基材
１２    表面
２０    ＤＬＣ膜
２２    親水性表面
４０    正極集電体
５０    正極合材層形成用組成物
５２    正極合材層
６０    セパレータシート
７０    正極（正極シート）
７１    正極リード端子
８０    負極シート
８１    負極リード端子
９０    捲回電極体
９２    捲回コア部分
１００  リチウムイオン電池
１１０  ケース
１２０  ケース本体
１３０  蓋体
１７０  正極端子
１８０  負極端子
【図１】
0005207026.tif 000002
【図２】
0005207026.tif 000003
【図３Ａ】
0005207026.tif 000004
【図３Ｂ】
0005207026.tif 000005
【図３Ｃ】
0005207026.tif 000006
【図３Ｄ】
0005207026.tif 000007
【図３Ｅ】
0005207026.tif 000008
【図４Ａ】
0005207026.tif 000009
【図４Ｂ】
0005207026.tif 000010
【図４Ｃ】
0005207026.tif 000011
【図４Ｄ】
0005207026.tif 000012
【図５】
0005207026.tif 000013
【図６】
0005207026.tif 000014
【図７】
0005207026.tif 000015