用于电池的电极集电体及其应用制造技术

本发明专利技术提供的用于电池的电极集电体４０为具有主要由诸如铝的导电金属构成的基体１０和覆盖基体１０的表面１２的ＤＬＣ膜２０的电极集电体４０。ＤＬＣ膜２０具有不大于１０ｎｍ的厚度，并且优选具有亲水性表面，在该亲水性表面上存在亲水性官能团。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用作电池的构成要素的电极集电体以及制造采用该电极集电体 的电池电极的方法。本国际申请要求基于在2007年11月30日提交的日本专利申请 2007-310092的优先权，在此通过引用并入其全部内容。
技术介绍
作为车辆的车载电源或者作为个人计算机和便携终端的电源，锂 离子电池、 镍-氢电池以及其他二次电池近期已经变得越来越重要。作为适于用作车载高输出电源的 电池，提供高能量密度的重量轻的锂离子电池特别有前途。一种典型的锂离子电池结构具 有这样的电极，在该电极的结构中，能够可逆地吸收和释放锂离子的材料(电极活性材料) 被形成在导电构件(电极集电体)上。用于正电极的正电极活性材料的实例包括包含锂和 一种或多种过渡金属元素作为构成金属元素的氧化物。用于正电极的电极集电体(以下称 为“正电极集电体”)的实例包括基于铝或铝合金的片或箔形式的构件。这样的由铝或铝合 金制成的正电极集电体在被暴露到大气中时倾向于氧化并具有作为氧化结果的恒定氧化 物膜。当氧化物膜存在于集电体的表面上时，氧化物膜起绝缘膜的作用，导致正电极集电体 与正电极活性材料之间的较大的电阻的风险。因此需要防止具有这样的特性的集电体的表面被电解溶液等等腐蚀。用于防止这 样的腐蚀(劣化)的技术的实例为在集电体的表面上形成抗腐蚀(耐腐蚀)覆盖层(碳 层)，如专利文献1所述。与碳膜的形成有关的其他常规技术包括例如专利文献2到4。专利文献1 日本专利申请公开No. Hl 1-250900专利文献2 日本专利申请公开No. 2002-352796专利文献3 日本专利申请公开No. 2000-11991专利文献4 日本专利申请公开No. H10-10658
技术实现思路
然而，当采用专利文献1中公开的方法试图形成碳膜时，所产生的碳膜为由类金 刚石碳(DLC)构成的厚膜，其典型地是非晶无机材料。这样的类金刚石碳(DLC)膜具有极 低的导电性，相反地会导致正电极集电体与正电极活性材料之间的电阻的增加。当正电极 集电体与正电极活性材料之间的电阻较大时，电池的内阻增加，因此使用具有这样的厚膜 的正电极集电体构建的电池的电池性能(特别地，高速特性)远低于没有形成这种厚膜的 电池的情况。鉴于上述原因，本专利技术的主要目的为提供一种电极集电体，在该电极集电体中 基体(base)表面受到保护，并且该电极集电体具有与电极混合物(mix)层相关的更好 的集电体性能。本专利技术的另一目的为提供一种制造电极集电体的方法，其允许一致地 (consistently)制造具有这样的性能的电极集电体。本专利技术提供的电极集电体具有主要由导电金属构成的基体和覆盖所述基体的表面的厚度不大于lOnm的DLC膜。该电极集电体结构将允许坚固的且具有优良的耐腐蚀性 的DLC膜用作基体上的保护覆盖物。并且，这里公开的电极集电体的DLC膜的厚度不大于lOnm，这提供了 DLC膜的显著 的隧穿效应。因此，即使使用通常具有低导电性的DLC膜，也可以确保高的导电性。本专利技术 因此提供了其中基体表面受到DLC膜保护的电极集电体，并且该电极集电体具有与电极混 合物层(包括电极活性材料的层)相关的更好的集电体性能。在这里公开的电极集电体的优选实施例中，DLC膜具有亲水性表面，在该亲水性表 面上存在亲水性官能团。亲水性官能团的存在允许通常为疏水性的DLC膜的表面具有亲水 性。因此，当用于形成电极混合物层的组合物(composition)(典型地，形式为包括分散在 分散介质中的粉末状电极活性材料等的浆糊的电极混合物)被施加到电极集电体时，用于 形成电极混合物层的组合物呈现出对DLC膜的良好的顺应性(conformability)。因此，可 以防止在干燥后获得的电极混合物层从电极集电体滑移或脱落。本专利技术由此可以提供具有 良好的对电极混合物层的粘合性(粘合强度)的电极集电体。所述亲水性官能团优选为包含氮原子的极性官能团。所述包含氮原子的极性官能 团尤其优选具有选自酰胺基团、氨基基团以及酰亚胺基团的至少一种基团。包含氮原子的 极性官能团可以被引入到DLC膜的表面中，而基本上不会磨损DLC膜。因此，可以防止由添 加上述极性官能团而导致的DLC膜的减薄或损耗。在这里公开的电极集电体的优选实施例中，所述导电金属为铝或铝合金。铝和铝 合金易受腐蚀影响。本专利技术的结构涉及保护基体的DLC膜的形成，因此对于其中电极集电 体基体由铝或铝合金制成的电极集电体(典型地，正电极集电体)特别有效。本专利技术还提供一种制造用于电池的电极集电体的方法。所述方法包括制备主要由 导电金属构成的基体的步骤，在所制备的基体的表面上形成厚度不大于lOnm的DLC膜的步 骤，以及对已经形成的所述DLC膜的表面进行表面处理以使该表面具有亲水性的步骤。该 方法可以有效地提供其中基体表面受到DLC膜保护的电极集电体，并且该电极集电体具有 与电极混合物层(包括电极活性材料的层)相关的更好的集电体性能。在这里公开的制造方法的优选实施例中，在所述膜形成步骤中在所述基体上通过 物理沉积或化学沉积碳而形成所述DLC膜。对于物理沉积，例如，优选使用溅射。当通过溅 射形成膜时作为靶的固体碳的使用将允许获得具有低的氢含量的极其耐久的DLC膜。其还 可以有效地清除例如可能在溅射期间粘附到基体表面的辊轧油的杂质。在这里公开的制造方法的优选实施例中，在所述表面处理步骤中在所述DLC膜的 表面上引入包含氮原子的极性官能团作为所述亲水性官能团。优选地，引入选自酰胺基团、 氨基基团以及酰亚胺基团的至少一种基团作为所述包含氮原子的极性官能团。例如，可以 通过向DLC膜的表面提供包含氮的化学物类(species)(例如，氮气、氮自由基以及氮等离 子体)，引入包含氮原子的极性官能团。因为包含氮的化学物类(例如，氮气、氮自由基以及 氮等离子体)的蚀刻效果低于包含氧的化学物类(例如，氧气、氧自由基以及氧等离子体)， 因此可以引入包含氮原子的极性官能团而基本上不会磨损DLC膜。由此，可以防止由添加 上述极性官能团而导致的DLC膜的减薄或损耗。结果，可以一致地制造具有亲水化的DLC 膜的电极集电体。本专利技术还提供一种制造电池电极的方法，所述电池电极具有其中包含电极活性材料的电极混合物保持(retain)在电极集电体上的结构。该方法包括制备上述任何一种电 极集电体的步骤、以及制备用于形成包含所述电极活性材料和分散介质的电极混合物层的 组合物并将所述组合物施加到所述DLC膜的表面上以形成电极混合物层的步骤。根据该方 法，形成DLC膜，然后对DLC膜的表面进行亲水化表面处理以改善DLC膜对用于形成电极混 合物层的组合物的“润湿性”，然后在经历了亲水化表面处理的DLC膜的亲水性表面上提供 用于形成电极混合物层的组合物。这将导致用于形成电极混合物层的组合物具有更好的对 DLC膜的顺应性，可以防止在干燥后获得的电极混合物层从电极集电体滑移或脱落。因此， 可以一致地制造(具有一致的质量)具有更好的电池性能的电池电极。 从减轻环境负担、减少材料消耗、简化所使用的设备、减少废物、改善处理等等的 角度，用于形成电极混合物层的组合物优选为含水组合物(aqueous composition)，其涉及 使用含水介质作为分散介质。当这样的含水组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电池的电极集电体，包括：主要由导电金属构成的基体；以及厚度不大于１０ｎｍ的ＤＬＣ膜，其覆盖所述基体的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-11-30 310092/2007一种用于电池的电极集电体，包括主要由导电金属构成的基体；以及厚度不大于10nm的DLC膜，其覆盖所述基体的表面。2.根据权利要求1的电极集电体，其中所述DLC膜具有亲水性表面，在该亲水性表面上 存在亲水性官能团。3.根据权利要求2的电极集电体，包括包含氮原子的极性官能团作为所述亲水性官能团。4.根据权利要求3的电极集电体，包括选自酰胺基团、氨基基团以及酰亚胺基团的至 少一种基团作为所述包含氮原子的极性官能团。5.根据权利要求1的电极集电体，其中所述导电金属为铝或铝合金。6.一种用于电池的电极集电体的制造方法，包括以下步骤 制备主要由导电金属构成的基体；在所述制备的基体的表面上形成厚度不大于lOnm的DLC膜；以及 处理已经形成的所述DLC膜的表面，以使该表面具有亲水性。7.根据权利要求6的制造方法，其中在所述膜形成步骤中通过在所述基体上物理沉积 或化学沉积碳而形成所述DLC膜。8.根据权利要求6的...

【专利技术属性】
技术研发人员：内田陽三，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]