JP2000303128A - 熱的安定性高強度圧延銅箔及び二次電池用集電体 - Google Patents

熱的安定性高強度圧延銅箔及び二次電池用集電体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高い強度を有すると共に、１００〜２００℃の
熱履歴を受けた後も十分な強度を維持することのできる
銅箔と、この銅箔を集電体に用いることにより二次電
池、特にリチウムイオン電池の充放電サイクル寿命を改
善する。 【解決手段】酸素含有量を３０ppm 以下に抑えると共
に、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｒの中の
１種以上を総量で５０ppm 以上含有させた銅材を素材と
し、それを厚さ２０μｍ以下に圧延加工して得られたも
のを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１００〜２００℃
の温度で加熱した後も高強度を維持することが可能な圧
延銅箔に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】携帯電話やノート型パソコン等のポータ
ブル機器の普及によって、小型で高容量の二次電池に対
する要求が強くなってきている。中でもリチウムイオン
電池は、軽量でエネルギー密度が高いことから多くの分
野で使用されるようになってきている。
【０００３】リチウムイオン電池は、通常、リチウムを
含む化合物をアルミニウム箔にコーティングしたものを
正極、リチウムを含まない炭素質材料を銅箔にコーティ
ングしたものを負極として用いており、充電時にはリチ
ウムイオンが正極から負極に移動し、放電時には再びリ
チウムイオンが負極から正極に移動する。このイオンの
移動に伴って負極の炭素質材料が膨張収縮するため、集
電体として用いられる銅箔は充放電によって機械的な繰
り返しストレスを受ける。ここで銅箔の強度が不充分で
あると、このストレスで変形を起こし、コーティングさ
れた炭素質材料が部分的に剥離する。さらに最悪の場合
には、銅箔が破断することもあり、電池の寿命の低下に
つながる。
【０００４】また、リチウムイオン電池の製造工程にお
いては、主に水分を取り除く目的で１００〜２００℃の
温度で加熱する工程があり、銅箔にはこうした熱履歴を
受けた後も十分な強度を維持できる特性が求められる。
【０００５】集電体として用いられる銅箔は、その製造
方法によって大きく二つに分けることできる。一つは鋳
造で製造した素材に圧延加工を施して製造される圧延銅
箔であり、もう一つは硫酸銅を主体とする溶液から銅を
電解析出させて製造される電解銅箔である。
【０００６】上記の銅箔のうち、圧延銅箔は圧延による
加工歪が材料中に蓄えられて硬化するため、高い強度を
得ることができる。しかし、従来の圧延銅箔は銅及び不
可避的不純物からなる純銅が用いられているため、熱的
に不安定であり、電池製造工程で受ける熱履歴によって
再結晶を起こして強度が低下してしまう。また、電解銅
箔は熱的な安定性では圧延銅箔より優れているものの、
初期の強度が不十分であるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い強度を
有すると共に、１００〜２００℃の熱履歴を受けた後も
十分な強度を維持することが可能な銅箔を提供すること
を目的とする。また、この銅箔を集電体に用いることに
より二次電池、特にリチウムイオン電池の充放電サイク
ル寿命を改善することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では上記の目的を
達成するために、微量成分をコントロールすることによ
って、熱的な安定性を高めた銅材を圧延銅箔の素材とし
て用いる方法を採用した。すなわち、酸素含有量を３０
ppm 以下に抑えると共に、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｓ
ｂ、Ｓｎ、Ｚｒの中の１種以上を総量で５０ppm 以上含
有させた銅材を素材として用いる方法である。
【０００９】Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚ
ｒは、銅中に固溶状態で存在させると、熱的な安定性を
効果的に高めることのできる成分である。これらの成分
を含んだ材料を銅箔に圧延加工し、１００〜２００℃の
温度で加熱した後も十分な強度を維持させるためには、
各成分の総量が５０ppm 以上である必要がある。
【００１０】また、上記の各成分は、酸素と共存すると
酸化物を形成して銅中に析出相を作る。この場合、熱的
な安定性を高める効果は失われる。よって、銅中の酸素
含有量は３０ppm 以下に抑える必要がある。
【００１１】圧延銅箔の場合、最終的な厚みが薄くなる
ほど多くの加工歪が蓄積され、熱的な安定性が低下する
傾向がある。しかし、本発明によれば、薄い銅箔に関し
ても容易に十分な熱的安定性を得ることができるため、
特に厚さ２０μｍ以下の薄い銅箔の製造において効果を
発揮することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】一般に銅中に含まれる不純物成分
は、銅の母相中に原子レベルで固溶して存在する場合
と、不純物成分のみの相を作ったり酸化物のような化合
物相を作って析出している場合とがある。これらの不純
物成分の一部は、固溶して存在する場合に材料の熱的な
安定性を効果的に向上させ、加熱時の強度低下を抑える
効果を有する。
【００１３】発明者はこの点に着目して種々の成分を含
む銅材を用いて圧延銅箔を試作し、各成分の含有量と加
熱による強度低下との関係を調査した。その結果、強度
低下の抑制に効果の大きい成分を特定し、それらの成分
の含有量を特定の範囲に規定した材料を用いることによ
り、１００〜２００℃の熱履歴を受けても十分な強度を
保持することができる圧延銅箔を得ることに成功した。
【００１４】
【実施例】本発明について実施例をあげて説明する。
【００１５】酸素含有量が１０ppm の無酸素銅をベース
材とし、これにＣｒ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、
Ｂｉの各成分を夫々１００ppm 添加した試料（No. １〜
７）を夫々溶解鋳造した。得られた各鋳塊を夫々熱間圧
延して夫々厚さ１２mmの素材に加工した後、冷間圧延と
焼鈍を繰り返す方法で加工して厚さ２００μｍの生地材
を製造した。さらに、この各生地材を夫々焼鈍した後、
夫々厚さ１５μｍまで冷間圧延して試料とした。
【００１６】以上のようにして製造した各試料銅箔につ
いて、常温での初期引張強さと２００℃で３０分間加熱
した後の引張強さを測定し、その変化を調査した。結果
を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】試料No. １〜７は何れも４６０Ｎ／mm2 以
上の高い初期引張り強さを示すと共に、２００℃×３０
分の加熱を施した後も４００Ｎ／mm2 以上の高い引張強
さを維持している。これは、リチウムイオン電池の集電
体に求められる強度として十分な値であるといえる。
【００１９】次に、本発明の組成条件の限定条件を、比
較例をあげて説明する.酸素含有量が１０ppm 、３０ppm
、１００ppm の銅材をベース材としてこれにＳｎを夫
々３０ppm 、５０ppm 、１００ppm 添加した材料（試料
No. ８〜１５）を溶解鋳造した。この鋳塊を夫々前記の
実施例と同じ方法で加工し、厚さ１５μｍの試料銅箔を
製造した。製造した各試料銅箔について、常温での初期
引張強さと、２００℃で３０分間加熱した後の引張強さ
とを測定し、その変化を調査した。結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】試料No. ８〜１０は本発明の組成条件を満
たす例である。この場合、２００℃×３０分の加熱を施
した後も４００Ｎ／mm2 以上の高い引張強さが維持され
ている。
【００２２】一方、試料No. １１、１２は含有成分であ
るＳｎの量が本発明の組成条件を下回る例であるが、こ
の場合には２００℃×３０分の加熱を施すと引張強さは
大きく低下する。
【００２３】また、試料No. １３、１４は酸素含有量が
本発明の限定条件を上回る例である。この場合も２００
℃×３０分の加熱を施すと引張強さは大きく低下する。
【００２４】また、試料No. １５はＳｎの量と酸素含有
量が共に本発明の限定条件を外れる例である。当然のこ
とながら、この場合も２００℃×３０分の加熱を施すと
引張強さは大きく低下する。
【００２５】ここでは本発明の含有成分であるＳｎの例
を示したが、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｚｒの各
成分についても同様の傾向があり、含有量が５０ppm 以
上の場合に２００℃×３０分の加熱を施した後も高い引
張強さが維持される。
【００２６】本発明によって得られた圧延銅箔は、上述
した二次電池の集電体としての用途以外にも、強度が重
要な種々の用途に好適な材料である。すなわち、張力が
かかるフレキシブルプリント配線板の導体や、リードフ
レームなどの製品に適用することで効果を発揮すること
ができる。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、常
温において高い初期強度を有すると共に、１００〜２０
０℃の熱履歴を受けた後も十分な強度を維持することが
できる圧延銅箔を提供することができる。また、この銅
箔を集電体に用いることにより二次電池、特にリチウム
イオン電池の充放電サイクル寿命を改善することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６５０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６５０Ａ ６６１ ６６１Ｃ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】酸素含有量が３０ppm 以下でＡｇ、Ｂｉ、
    Ｃｄ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎの中の１種以上を総量で
    ５０ppm 以上を含有する銅材を圧延加工して得られたも
    のであることを特徴とする熱的安定性高強度圧延銅箔。
  2. 【請求項２】厚さが２０μｍ以下である、請求項１に記
    載の熱的安定性高強度圧延銅箔。
  3. 【請求項３】２００℃で３０分加熱した後の引張強さが
    ４００Ｎ／mm2 以上である、請求項1 又は請求項２に記
    載の熱的安定性高強度圧延銅箔。
  4. 【請求項４】酸素含有量が３０ppm 以下でＡｇ、Ｂｉ、
    Ｃｄ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎの中の１種以上を総量で
    ５０ppm 以上を含有する銅材を圧延加工して得られたも
    のであることを特徴とする二次電池用集電体。
  5. 【請求項５】厚さが２０μｍ以下である、請求項４に記
    載の二次電池用集電体。
  6. 【請求項６】２００℃で３０分加熱した後の引張強さが
    ４００Ｎ／mm2 以上である、請求項４又は請求項５に記
    載の二次電池用集電体。
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