[发明专利]电极集电体制造方法和制造设备以及具有所述集电体的电池

说明书

技术领域

本发明涉及制造用作电池构成元件的电极集电体的方法以及用于制造电极集电体的设备。本发明还涉及具有该集电体的电池。

背景技术

对将锂二次电池(例如锂离子电池)——其通过在阴极和阳极之间移动的锂离子进行充电和放电——用作车辆用机载电源以及个人计算机与移动终端用电源的需求可望由于其重量轻、输出高而增大。在这种类型的二次电池的一种典型结构中，提供了具有这样的结构的电极：其中，能够不可逆地存储和释放锂离子的材料(电极活性材料)被保持在导电元件(电极集电体)上。例如，用于阳极的电极活性材料(即阳极活性材料)的典型实例为这样的氧化物：其包含作为构成金属元素的锂和一种、两种或者更多种类型的过渡金属(transition metal)元素(下面，这种氧化物也称为锂过渡金属氧化物)。另外，用于阳极的电极集电体(即阳极集电体)的另一典型实例为主要为铝或铝合金的片状或箔状元件。

用铝或铝合金制造的阳极集电体容易氧化。例如，当暴露于空气时，用铝或铝合金制造的阳极集电体的表面立即氧化，因此，总是具有氧化物膜。当集电体的表面被氧化物膜覆盖时，氧化物膜表现为绝缘膜(例如具有1014Ω×cm的电阻率的绝缘膜)，故阳极集电体和阳极活性材料之间的界面电阻增大。例如，日本特开No.11-250900(JP-A-11-250900)介绍了防止在集电体表面上形成这种氧化物膜的技术。JP-A-11-250900中介绍的技术在通过使用溅射离子束蚀刻设备蚀刻集电体(铝箔)表面来从集电体表面移除氧化物膜的同时，使用电子束蒸发设备在集电体上由例如碳等的高导电性材料形成覆盖层(例如碳覆盖层)。

然而，采用JP-A-11-250900中介绍的技术，当蚀刻集电体(铝箔)表面时，溅射离子束蚀刻使用惰性气体的离子束来进行，这降低了电极集电体的生产能力。也就是说，惰性气体的离子束具有低的蚀刻速率，故蚀刻必须长时间进行，以便可靠地从集电体表面移除氧化物，这从生产能力的观点来看是不希望的。

例如，根据由本申请的发明人进行试验的结果，当铝箔表面上的氧化物膜为大约5nm厚时，当使用常用溅射设备，溅射功率为200W，在0.1Pa的大气压力下以15ml/min的流速供给氩(Ar)气时，花费五分钟来从铝箔表面移除氧化物膜，且此时的蚀刻速率为大约1nm/min。在本申请的发明人的试验中推断为，要连续进行适用于连续生产的流水线(in-line)蚀刻处理，至少20nm/mn到40nm/min的蚀刻速率是必需的。因此，采用根据JP-A-11-250900中介绍的相关技术的电极集电体制造设备，难以连续地流水线式进行前面提到的蚀刻处理和碳处理。

发明内容

因此，本发明提供了一种电极集电体制造方法，通过该方法，可以高效率地制造具有碳膜的电极集电体。本发明还提供了一种优选为用于该制造方法的电极集电体制造设备，该设备能高效率地制造电极集电体。

本发明的第一实施形态涉及制造用碳膜覆盖的电极集电体的方法。此方法包含：在腔中布置导电性基材；降低腔中的压力，在腔中创建氟气和惰性气体的气氛，并在该气氛中进行所布置基材表面的干法蚀刻；在干法蚀刻后的基材的表面上形成碳膜。

根据此结构，首先通过蚀刻移除自然地在导电性基材表面上形成的氧化物膜及类似物，然后，在基材表面上形成高导电性碳膜。结果，可制造具有优越集电性能的电极集电体。另外，在腔中用氟气和惰性气体的混合气氛的蚀刻增大了基材表面蚀刻速率(即蚀刻速度)。结果，在基材表面上形成的氧化物膜及类似物可被迅速移除，由此使得适合用于本发明目的的具有碳膜的电极集电体能够高效率地生产。

在根据第一实施形态的制造方法中，碳膜可实质上用碳来制造，并可在同一腔中对基材表面进行干法蚀刻以及形成碳膜。根据这种结构，碳膜在基材上形成的电极集电体可通过仅仅一次地使基材通过腔来获得。结果，具有碳膜的电极集电体的生产能力可进一步提高。

在根据上面介绍的结构的制造方法中，氟气和惰性气体在腔中的混合比可被调节为：通过形成碳膜获得的碳膜中的氟浓度不大于15at％。

如上面所介绍的，当蚀刻处理和碳膜形成处理在同一腔中进行时，由于碳膜形成处理在氟气和惰性气体的混合气氛中进行，氟混入所获得的碳膜中。

在这种情况下，采用前面的结构，由于氟被混入引起的碳膜电阻的增大可得到抑制，故可在基材表面上形成高导电性碳膜。

在根据上述结构的制造方法中，氟气在腔中的混合气氛中的比率可被调节为位于包含端值的1mol％和15％的范围内。根据这种结构，碳膜中的氟浓度可容易地受到调节，使其不大于15at％。