锂离子电池集电体用轧制铜箔以及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池集电体用轧制铜箔，其具有与负极活性物质良好的粘接性，在超声波焊接时金属粉末的产生少，且具备防锈性。本发明专利技术是一种锂离子电池集电体用轧制铜箔，其铜箔表面的BTA皮膜厚度为0.6nm以上且4.6nm以下，且满足以下的关系：40≤润湿张力[mN/m]+BTA皮膜厚度[nm]×10≤80、0.01≤算术平均粗糙度Ra[μm]≤0.25、以及润湿张力[mN/m]≥35。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子电池集电体用轧制铜箔以及锂离子电池
本专利技术涉及一种锂离子电池集电体用轧制铜箔以及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、能得到比较高的电压的特征，多用于笔记本电脑、摄像机、数码相机以及手机等小型电子设备用。将来，也有望用作电动汽车、普通家庭的分散配置型电源这样的大型设备的电源。图1是锂离子电池的堆叠(stack)结构的示意图。锂离子电池的电极体通常具有正极11、分隔件12以及负极13卷绕或层叠几十次而成的堆叠结构。典型而言，正极由可用铝箔制成的正极集电体和设于其表面的以LiCoO2、LiNiO2以及LiMn2O4这样的锂复合氧化物为材料的正极活性物质构成，负极由可用铜箔制成的负极集电体和设于其表面的以碳等为材料的负极活性物质构成。将正极11彼此和负极13彼此分别通过各极耳14、15焊接。此外，正极11和负极13与铝、镍制的极耳端子连接，但这也通过焊接进行。焊接通常通过超声波焊接进行。作为用作负极的集电体的铜箔所要求的特性，可列举出：与负极活性物质的密接性、以及超声波焊接时的金属粉末产生少。作为用于改善与活性物质层的密接性的一般性方法，可列举出被称为预粗化处理的在铜箔表面形成凹凸的表面处理。作为粗化处理的方法，已知喷砂处理、利用粗面辊的轧制、机械研磨、电解研磨、化学研磨以及电沉积粒的镀敷等方法，其中，特别是大多使用电沉积粒的镀敷。该技术通过如下方式进行：使用硫酸铜酸性镀浴，使大量的铜呈树枝状或小球状电沉积于铜箔表面而形成微细的凹凸，由锚定效应(anchoreffect)带来的密接性的改善、防止在体积变化的大的活性物质的膨胀时使应力集中于活性物质层的凹部而形成龟裂、因应力集中于集电体界面而引起的剥离(例如日本专利第3733067号公报(专利文献1))。此外，就用作锂离子电池的集电体的铜箔而言，在铜箔表面涂布Li的活性物质，这时，有时会为了电池的高容量化而将该活性物质厚涂。然而，若将活性物质厚涂，则恐怕会产生与活性物质剥离这样的铜箔与活性物质之间的密接性相关的问题。此外，作为用于电池的高容量化的另一手段，研究使用Si系的活性物质，但Si系活性物质的膨胀收缩率比现有的活性物质高，因此恐怕密接性会产生问题。此外，用作锂离子电池的集电体的铜箔在超声波焊接时，恐怕会粉状地剥离而产生金属粉末。若这样的金属粉末大量产生并残留于电极体，则恐怕会引起内部短路等，锂离子电池的性能降低。作为抑制产生金属粉末的方法，例如，在日本特开2007－305322号公报(专利文献2)中记载了如下方法：通过退火将负极集电体的内部应变去除，使其软化，由此抑制在超声波焊接时集电体的一部分粉状地剥离，使50μm以上的金属粉末的残留减少。此外，作为决定锂离子二次电池的电池寿命的主要原因，可列举出集电体与活性物质层的界面中的密接性。现在市售的大部分锂离子电池使用通过将活性物质、粘合剂、有机溶剂混合而成的浆料涂布于成为集电体的铜箔上后并进行干燥而制作出的负极。如果，在该浆料不能在集电体表面均匀地润湿铺展的情况下，成为活性物质的剥离等的原因，该情况并不理想，因此电极表面的润湿性(润湿张力)也重要。例如，在日本特开平10－212562号公报(专利文献3)中，作为在将进行冷轧而得到的铜箔卷绕而得的卷绕品(线圈)中层叠重合的铜箔彼此不会粘接的方法，记载了如下铜箔卷绕品的最终退火方法：对卷起前的铜箔表面进行清洗，去除附着于表面的铜的微粉末等，并且使残留于表面的轧制油等的残留油分成为规定值以下后，将铜箔卷起。作为使防锈性提高的方法，已知对铜箔表面进行铬酸盐处理、硅烷偶合处理的方法。硅烷偶合处理也能得到提高密接性的效果。例如，在日本特开2008－184657号公报(专利文献4)中记载了：在铜箔的至少一面，形成选自镍、钴、钨、钼中的至少一种以上的金属或这些金属与类金属的磷或硼之间所形成的障碍层，接着在形成的障碍层上实施以三价铬作为铬源的铬酸盐处理，在得到的三价铬酸盐皮膜上实施硅烷偶合处理，由此密接性和防锈性得以提高。在此，作为硅烷偶合处理的条件，记载了将硅烷偶合剂的浓度设为0.5mL/L以上且10mL/L以下，在液温30℃下浸渍5秒后，立即从处理液中取出并使其干燥。此外，作为一并改善防锈性和活性物质密接性的方法，在日本特开2011－134651号公报(专利文献5)中公开了将三唑化合物溶液涂布于铜箔上的方法。作为三唑化合物之一的苯并三唑(BTA)通过下式所示的反应与一价氧化铜(copper(I)oxide)反应，形成数十左右的三维聚合物皮膜，显现出高耐湿性、防锈性。Cu+1/2O2+2C6H4N2·NH→(C6H4N2)2·Cu+H2O现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第3733067号公报专利文献2：日本特开2007－305322号公报专利文献3：日本特开平10－212562号公报专利文献4：日本特开2008－184657号公报专利文献5：日本特开2011－134651号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题如上所述，虽然进行了用于提高用作锂离子电池的集电体的的铜箔的特性的技术开发，但对于同时实现提高活性物质密接性和抑制超声波焊接时金属粉末的产生，并且使防锈性提高的技术，尚有开发的余地。因此，本专利技术提供一种锂离子电池集电体用轧制铜箔，其具有与负极活性物质良好的粘接性，在超声波焊接时金属粉末的产生少，且具备防锈性。用于解决问题的方案本专利技术人为了解决上述问题，而进行了反复研究，结果发现，通过控制轧制铜箔的苯并三唑皮膜(以下称为“BTA”皮膜)的厚度和润湿张力的关系，进一步控制算术平均粗糙度Ra的数值范围，能提供一种锂离子电池集电体用轧制铜箔，其使与负极活性物质的密接性提高并且也在超声波焊接时金属粉末的产生少，且具备防锈性。在此，BTA皮膜的厚度是指通过如下方式得到的值：在表面的至少一部分由BTA覆盖的锂离子电池负极集电体用轧制铜箔中，一边进行氩溅射一边利用XPS装置对铜箔的深度方向进行元素分析，求出氮浓度变为表面中的最大值与非BTA覆盖部处的值的中间值时的溅射时间，将该时间视为BTA覆盖的溅射所需的时间，并将该时间与溅射速率(SiO2换算)相乘。基于以上见解而完成的本专利技术的实施方式在一个方案中，是一种锂离子电池集电体用轧制铜箔，其中，铜箔表面的BTA皮膜厚度为0.6nm以上且4.6nm以下，且满足以下的关系：40≤润湿张力[mN/m]+BTA皮膜厚度[nm]×10≤80、0.01≤算术平均粗糙度Ra[μm]≤0.25、以及润湿张力[mN/m]≥35。本专利技术的实施方式的锂离子电池集电体用轧制铜箔在一个实施方式中，满足45≤润湿张力[mN/m]+BTA皮膜厚度[nm]×10≤75、以及润湿张力[mN/m]≥39。本专利技术的实施方式的锂离子电池集电体用轧制铜箔在另一实施方式中，满足算术平均粗糙度Ra[μm]≥0.03。本专利技术的实施方式的锂离子电池集电体用轧制铜箔在又一实施方式中，用于锂离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池集电体用轧制铜箔，其中，/n铜箔表面的BTA皮膜厚度为0.6nm以上且4.6nm以下，且满足以下的关系：/n40≤润湿张力[mN/m]+BTA皮膜厚度[nm]×10≤80，/n0.01≤算术平均粗糙度Ra[μm]≤0.25，以及/n润湿张力[mN/m]≥35。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181029 JP 2018-2032311.一种锂离子电池集电体用轧制铜箔，其中，
铜箔表面的BTA皮膜厚度为0.6nm以上且4.6nm以下，且满足以下的关系：
40≤润湿张力[mN/m]+BTA皮膜厚度[nm]×10≤80，
0.01≤算术平均粗糙度Ra[μm]≤0.25，以及
润湿张力[mN/m]≥35。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池集电体用轧制铜箔，其中，
满...

【专利技术属性】
技术研发人员：工藤雄大，
申请(专利权)人：JX金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP