溶融アルミニウムめっき鋼板のリチウムイオン二次電池用集電体としての可能性

摘要

For conventional organic electrolytes used in lithium-ion secondary batteries, we evaluated the electrochemical characteristics of hot-dipped aluminum (including 9 mass% silicon) -coated steel sheet, after rolling, as a current collector. Cyclic voltammograms clearly showed coupled redox peaks for potentials of 0-0.25 V(vs. Li/Li~+). The redox peaks were attributed to reduction and oxidation reactions corresponding to insertion and extraction reactions of the Li~+ ion into and from Al and Si. Oxidation current at higher potential was observed from about 3.25 V, indicating an electrochemical window of 3.00 V for potentials of 0.25-3.25 V. Subsequent EDX results revealed that the atomic concentration of Si in the aluminum layer decreased drastically after anodic polarization, suggesting the dissolution of Si. Using hot-dipped aluminum-coated steel sheet, after rolling, as a current collector for a positive electrode was inferred to be difficult. Using Li_4Ti_5O_(12) and a Li_(4.3)Ti_5O_(12) carbon composite for charge-discharge tests, we evaluated the application of a hot-dipped aluminum-coated steel sheet, after rolling, as a current collector for lithium-ion secondary batteries. Results show that the material can be used as a current collector for a Li_(4.3)Ti_5O_(12) carbon composite negative electrode.%リチウムイオン二次電池は高いエネルギー密度を有するため，携帯型電子機器用電源のみならず，車載用および定置用電源としての利用が期待されている。現行のリチウムイオン二次電池の正極用集電体にはアルミニウム笵が，負極用集電体には銅箔が使用されている。銅箔には圧延銅箔や電解鋼箔などの純銅が使用されているのに対し，アルミニウム箔にはアルミニウム合金箔が使用されている。アルミニウムの純度は97%以上で，Fe，Si，Mnなどの微量添加元素を含む。これらの微量添加元素の配合により，電気特性，機械特性，もしくは温度特性などが異なるので，電池要求性能に応じたアルミニウム合金箔が使用されている。近年では，負極活物質がLi_4Ti_5O_(12)の場合。作動電位(約1.5V vs.Li/Li~+)が高電位であることから，負極用集電体には銅箔ではなく，軽量で安価なアルミニウム笵が適用されている。