CN114846655B - 树脂集电体 - Google Patents

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Abstract

树脂集电体是锂离子电池的正极用的集电体。该树脂集电体包含聚烯烃树脂和导电性碳填充物。在该树脂集电体中，TD(TraverseDirection：横向)的屈服点强度除以MD(Machine Direction：纵向)的屈服点强度得到的值为0.75以上且1.10以下，且TD的十点平均粗糙度Rz小于4μm。

Description

树脂集电体
技术领域
本发明涉及树脂集电体，尤其涉及锂离子电池的正极用的树脂集电体。
背景技术
日本特开2019-75300号公报(专利文献1)公开了树脂制的集电体(树脂集电体)。该集电体是锂离子电池用的集电体，包含聚烯烃树脂和导电性碳填充物。在该集电体中，集电体1g所含的导电性碳填充物的总表面积为7.0～10.5m2，较小。由此，在导电性碳填充物的表面难以发生副反应，伴随分解反应产生的分解电流变小。其结果是，根据该集电体，能够改善循环特性(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-75300号公报。
发明内容
发明要解决的问题
上述专利文献1公开的那样的树脂制的集电体，在制造工序中存在意料外地撕裂的情况。
本发明就是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种改善了撕裂强度的树脂集电体。
用于解决问题的技术手段
本发明的树脂集电体是锂离子电池的正极用的树脂集电体。该树脂集电体包含聚烯烃树脂和导电性碳填充物。在该树脂集电体中，TD(Traverse Direction：横向)的屈服点强度除以MD(Machine Direction：纵向)的屈服点强度得到的值为0.75以上且1.10以下，并且TD的十点平均粗糙度Rz小于4μm。
在上述树脂集电体中，贯通电阻值可以为30Ω·cm2以下。
在上述树脂集电体中，MD的撕裂强度可以为60kN/m以上。
在上述树脂集电体中，导电性碳填充物可以为碳黑，厚度为20μm以上且100μm以下，TD的十点平均粗糙度Rz为0.5μm以上且3.7μm以下，TD的屈服点强度为25MPa以上，MD的屈服点强度为29MPa以上，TD的屈服点强度除以MD的屈服点强度得到的值为0.90以上且1.05以下，MD的撕裂强度为70kN/m以上。
在上述树脂集电体中，TD的十点平均粗糙度Rz可以为0.7μm以上且2.5μm以下，TD的屈服点强度为29MPa以上。
发明的效果
根据本发明，能够提供改善了撕裂强度的树脂集电体。
附图说明
图1是表示用于测量撕裂强度的试验片的形状的图。
图2是表示制造集电体的T型模的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。其中，对附图中的相同或相当部分赋予相同的附图标记，不重复进行其说明。
[1.集电体的结构]
本实施方式的集电体100是所谓的树脂集电体，例如，用于锂离子电池的正极用集电体。集电体100例如由单层构成，包含聚烯烃树脂、导电性碳填充物和导电材料用分散剂。
作为聚烯烃树脂，优选聚烯烃[聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚甲基戊烯(PMP)和聚环烯烃(PCO)等]。作为聚烯烃树脂，更优选PE、PP和PMP。
作为PE，例如，能够在市场上得到日本聚丙烯株式会社制的“NOVATEC LL UE320”和“NOVATEC LL UJ960”。
作为PP，例如，能够在市场上得到SUN ALLOMER株式会社制的“Sun AllomerPM854X”、“Sun Allomer PC684S”、“Sun Allomer PL500A”、“Sun Allomer PC630S”、“SunAllomer PC630A”和“Sun Allomer PB522M”、PRIME POLYMER株式会社制的“Prime PolymerJ-2000GP”、以及日本聚丙烯株式会社制的“WINTEC WFX4T”。
作为PMP，例如能够在市场上得到三井化学株式会社制的“TPX”。
作为导电性碳填充物，例如，能够列举石墨(Graphite)、碳黑(乙炔黑、科琴黑、炉黑、槽黑和热灯黑等)和它们的混合物等。其中，导电性碳填充物并不一定限定于这些材料。
作为导电材料用分散剂，例如，能够列举变性聚烯烃和界面活性剂等。
集电体100这样的树脂制的集电体，例如将通过挤压成型制造的集电体膜截断而制造。在这样的集电体膜中，在MD(Machine Direction：纵向)和TD(Traverse Direction：横向)上会产生物性的各向异性。当MD和TD上的物性的各向异性较大时，集电体膜变得容易裂开。尤其是，集电体膜多容易在MD裂开。当集电体膜容易裂开时，在集电体的制造工序中，存在集电体膜意料外地撕裂的情况。
本发明的发明者们发现，仅抑制MD和TD的物性的各向异性，不能充分地改善集电体的撕裂强度。不仅如此，发明者们还发现，通过抑制TD的表面粗糙度能够充分地改善集电体的撕裂强度。通过抑制MD和TD的物性的各向异性并且抑制TD的表面粗糙度，本实施方式的集电体100，与现有技术相比改善了撕裂强度。下面，对集电体100的各种参数进行详细说明。
[2.各种参数]
(2-1.厚度)
集电体100的厚度优选为20μm以上且100μm以下。当厚度为100μm以下时，能够说集电体100的厚度足够薄。另一方面，当厚度为20μm以上时，能够充分地确保集电体100的强度。
(2-2.贯通电阻)
集电体100的厚度方向上的电阻值(贯通电阻值)优选为30Ω·cm2以下。即，集电体100通过包含足够的量的导电性碳填充物，而具有低至能够作为锂离子电池的正极用的集电体发挥作用的程度的贯通电阻值。贯通电阻值例如能够通过以下的方法测量。
从集电体100截取7cm见方的试样，使用电阻测量器[IMC-0240型，井元制作所(株式会社)制]和电阻计[RM3548 HIOKI制]，测量集电体100的厚度方向(贯通方向)上的电阻值。在对电阻测量器施加了2.16kg的负荷的状态下测量集电体100的电阻值，将从施加负荷起60秒后的值作为该集电体100的电阻值。如下式所示，将乘以电阻测量时的夹具的接触表面的面积(3.14cm2)而得到的值作为贯通电阻值(Ω·cm2)。贯通电阻值(Ω·cm2)＝电阻值(Ω)×3.14(cm2)
(2-3.MD的屈服点强度)
在集电体100中，MD的屈服点强度优选为29MPa以上，更优选为32MPa以上。MD的屈服点强度的测量，例如通过依照JIS-K-6732的方法进行。
用于测量屈服点强度的试样的尺寸是宽度为10mm，长度为110mm以上(试样中的标记线的长度为40mm±0-2)。试样的厚度是在长度方向上隔开相同间隔的5点进行测量，基于测量得到的5点的厚度来计算平均厚度。具体的测量使用AUTOGRAPH(岛津精密万能试验机，AUTOGRAPH AG-X 500N)进行。此时的拉伸速度为200mm/min，图表记录速度为200mm/min，抓取间隔为40mm。基于所输出的图表计算最高强度(屈服点强度)。
(2-4.TD的屈服点强度)
在集电体100中，TD的屈服点强度优选为25MPa以上，更优选为29MPa以上。TD的屈服点强度的测量例如通过依照JIS-K-6732的方法进行。测量时使用的试样的尺寸等和具体的测量方法，与上述的MD的屈服点强度的测量方法相同。
(2-5.屈服点强度的比)
在集电体100中，TD的屈服点强度除以MD的屈服点强度得到的值为0.75以上且1.10以下，优选为0.90以上且1.05以下。即，在集电体100中，抑制了TD和MD的屈服点强度之差。换言之，在集电体100中，TD和MD的物性的各向异性得到了抑制。
(2-6.TD的十点平均粗糙度Rz)
在集电体100中，TD的十点平均粗糙度Rz小于4μm，优选为0.5μm以上且3.7μm以下，更优选为0.7μm以上且2.5μm以下。即，在集电体100中，能够抑制TD的表面粗糙度。其中，十点平均粗糙度Rz依照JISB601-1982的条件。为了抑制TD的十点平均粗糙度Rz，例如有效的是：使导电性碳填充物的比表面积较小、采用纵横比小的导电性碳填充物、以及使导电性碳填充物的粒度分布狭窄。
(2-7.MD的撕裂强度)
在集电体100中，MD的撕裂强度为60kN/m以上，优选为70kN/m以上。即，在集电体100中，在MD实现了高的撕裂强度。撕裂强度的测量，例如通过依照JIS-K-6732的方法进行。
图1是表示用于测量撕裂强度的试验片50的形状的图。在撕裂强度的测量中，测量直角型撕裂强度。具体而言，将如图1所示的那样切取的试验片，以使试验片的轴向与试验机的抓取具方向一致的方式正确地安装在拉伸试验机。作为测量器，使用AUTOGRAPH(岛津精密万能试验机，AUTOGRAPH AG-X 500N)。试验速度为200mm/min，测量切断试验片时的强度。
[3.制造方法]
图2是表示制造集电体100的T型模200的图。如图2所示，集电体100例如使用T型模200而被制造。下面，对集电体100的制造方法进行详细说明。
首先，通过将聚烯烃树脂、导电性碳填充物和导电材料用分散剂混合，能够得到树脂集电体用材料。通过将得到的树脂集电体用材料投入至T型模200，进行挤压成型，能够制造用于形成集电体100的集电体膜。通过将集电体膜切断能够制造集电体100。
设定使用T型模200制造集电体100时的各种条件，以使得集电体100的各种参数处于上述的范围内。
例如，抑制T型模200排出树脂集电体用材料的排出速度，或将T型模200的温度设定得较高，或使T型模200的嘴部开度较小，或减小MD的延伸倍率，由此能够抑制集电体100的MD和TD的各向异性。
此外，例如，通过将T型模200的温度设定得较高，或使T型模200的嘴部的表面粗糙度较小，或使接收集电体膜时使用的辊的表面粗糙度较小，或用表面粗糙度小的带夹住集电体膜来实施带压，由此能够抑制集电体100的TD的十点平均粗糙度Rz。
[4.特征]
如上所述，本发明的发明者们发现了，通过抑制MD和TD的物性的各向异性并且抑制TD的表面粗糙度，能够改善集电体100的撕裂强度。在本实施方式的集电体100中，TD的屈服点强度除以MD的屈服点强度得到的值为0.75以上且1.10以下，TD的十点平均粗糙度Rz小于4μm。即，在集电体100中，能够抑制MD和TD的物性的各向异性，并且抑制TD的表面粗糙度。因此，根据集电体100，能够改善集电体的撕裂强度。
[5.变形例]
上面，对实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其趣旨的范围内进行各种改变。下面，对变形例进行说明。
(5-1)
在上述实施方式中，集电体100包含导电材料用分散剂。但是，集电体100并不一定需要包含导电材料用分散剂。集电体100至少包含聚烯烃树脂和导电性碳填充物即可。
(5-2)
在上述实施方式中，集电体100由单层构成。但是，集电体100并不一定需要由单层构成。例如，集电体100各自也可以由包含聚烯烃树脂和导电性碳填充物的多个层构成。
[6.实施例等]
下面表示将实施例和比较例汇总得到的表1。
[表1]
在表1中，“PP”表示聚丙烯。此外，“CB”表示碳黑，“CNT”表示碳纳米管。实施例1-10和比较例1-7的各个例是锂离子电池的正极用的集电体。如表1所示，在实施例1-10的各个例中，作为聚烯烃树脂使用了聚丙烯，作为导电性碳填充物使用了碳黑。此外，在比较例1-6的各个例中，作为聚烯烃树脂使用了聚丙烯，作为导电性碳填充物使用了碳纳米管。此外，在比较例7中，作为聚烯烃树脂使用了聚丙烯，作为导电性碳填充物使用了碳黑。
在实施例1-10和比较例1-7的各个例中，通过适当地设定上述的制造条件，调节了集电体的各种参数(厚度、TD的十点平均粗糙度Rz、MD的屈服点强度、TD的屈服点强度和MD的撕裂强度)。
如表1所示，在TD的十点平均粗糙度Rz小于4.0μm，并且TD的屈服点强度除以MD的屈服点强度得到的值为0.75以上且1.10以下的情况(实施例1-10)下，MD的撕裂强度为67.5kN/m以上。即，实施例1-10的MD的撕裂强度高于比较例1-7的MD的撕裂强度。
附图标记的说明
50试验片，100集电体，200T型模。

Claims (5)

1.一种锂离子电池的正极用的树脂集电体，其特征在于：
包含聚烯烃树脂和导电性碳填充物，
TD(Traverse Direction：横向)的屈服点强度除以MD(Machine Direction：纵向)的屈服点强度得到的值为0.90以上且1.05以下，
TD的屈服点强度为25MPa以上，
MD的屈服点强度为29MPa以上，
TD的十点平均粗糙度Rz为0.5μm以上且3.7μm以下，
MD的撕裂强度为60kN/m以上。
2.如权利要求1所述的树脂集电体，其特征在于：
贯通电阻值为30Ω·cm2以下。
3.如权利要求1或2所述的树脂集电体，其特征在于：
还包含导电材料用分散剂，
所述导电材料用分散剂为变性聚烯烃或界面活性剂。
4.如权利要求1或2所述的树脂集电体，其特征在于：
所述导电性碳填充物是碳黑，
所述树脂集电体的厚度为20μm以上且100μm以下，
MD的撕裂强度为70kN/m以上。
5.如权利要求1或2所述的树脂集电体，其特征在于：
TD的十点平均粗糙度Rz为0.7μm以上且2.5μm以下，
TD的屈服点强度为29MPa以上。
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