JP2008159297A - アルミニウム箔の脱脂方法およびアルミニウム箔、ならびにそれからなる電池用極板芯材および電池用極板、ならびにそれらを用いたリチウムイオン二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム箔の表面に付着している潤滑剤の残油を、強度を低下させることなく脱脂し、コーティング材の塗工性を向上させることにより、サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】電池用極板芯材等に使われるアルミニウム箔の脱脂方法として、箔圧延後のアルミニウム箔に対して１００〜２００℃で５〜１５分間保持した低温熱処理を施すことにより脱脂する。前記低温熱処理はコイル状の箔を処理炉に連続的に通すことにより処理を施す。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム箔からなる電池用極板芯材および電池用極板ならびにそれらを用いたリチウムイオン二次電池に関し、特にそのアルミニウム箔の好適な脱脂方法に関する。

近年、携帯電話、ノートパソコン等の携帯用電子・通信機器等に用いられる非水電解液二次電池の代表として、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な炭素材料等を負極活物質とし、リチウム選移金属複合酸化物を正極活物質とするリチウムイオン二次電池が実用化されている。

リチウム含有金属酸化物のような正極活物質、導電材、結着剤、及び増粘剤を加え、混練分散し、ペースト化する。このように作製した正極板用ペーストを、例えば図１に示すように芯材としてのアルミニウム箔１の圧延方向６（長手方向）に沿って間欠的に正極板用ペーストを塗布し、塗工面２と未塗工面３とが交互に形成される。これを乾燥後、所定の密度になるように圧延し、必要な幅に裁断する。このようにして正極板を作製する。

このような正極材において、アルミニウム箔１表面に圧延に用いた潤滑油が残留していると、図２に示すように塗工面２の境界部４が両端で湾曲したり、図３に示すように塗工開始縁部５において盛り上がりが生じ、圧延工程での過剰な密度化によるキレや、合材脱落が発生しひいては電池性能を低下させるという問題が生じる。

従って、電極用基材として用いられるアルミニウム箔は、表面の残油量の少ないものが必要とされる。

一般に、アルミニウム箔またはアルミニウム板の脱脂方法に関しては、有機系溶剤、酸、アルカリ等の洗浄液による洗浄がある。（特許文献１から３参照）
さらに、焼鈍による油の焼失等が知られている（特許文献４参照）。
特開平５−２００４０６号公報 特開平１１−８７１８９号公報 特開平１１−２２９１００号公報 特開２００５−２２２９３６号公報

しかしながら、洗浄による脱脂は手間がかかり、箔表面に洗浄液が残留するとペーストの塗布性および密着性を低下させるおそれがある。また、焼鈍による脱脂では、硬箔の軟化やバッチ式のため部位によって脱脂を均一にするためには数時間を要する。このようにリチウムイオン二次電池の正極材として必要な強度および表面状態を高い生産性を有することができないという問題点がある。

本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、簡単な工程で実施でき、強度を低下させることなく、生産性も低減することなく脱脂できるアルミニウム箔の脱脂方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のアルミニウム箔の脱脂方法は、箔圧延後のアルミニウム箔に、１００〜２００℃で５〜１５分間保持する低温熱処理を施すことにより脱脂することを特徴とするものであり、短時間で脱脂処理を行うことが可能であり、この際の低温熱処理は、コイル状の箔を処理炉に連続的に通すことにより処理することにより均一な脱脂を可能とする。

本発明において、アルミニウムは、純粋な単体だけでなくその合金であってもかまわない。

この場合において、前記低温熱処理は、コイル状の箔を処理炉に連続的に通すことにより処理するのが、効率良く低温熱処理を行えるため好ましい。

また、本発明のアルミニウム箔は、上記のいずれかの方法で脱脂されたアルミニウム箔であり、箔圧延によって得た強度を維持しつつ箔表面が脱脂され、コーティング材の塗工性および密着性に優れたものである。

この場合において、箔表面のぬれ張力値は、２５℃における表面張力がＪＩＳ Ｋ６７６８に記載された試験方法によって測定された値で、４０ｍＮ／ｍ以上であると、特に塗工性および密着性に優れている。

さらに、本発明の電池用極板芯材は、上記のいずれかのアルミニウム箔からなるものであり、電極活物質の圧延時に高いロールプレス圧を付与しても伸びにくいものである。

そして、本発明の電池用極板は、上記の極板芯材上に電極活物質を含む電極材料が塗布されているものであり、極板芯材表面が十分に脱脂されているため、電極活物質を含む電極材料の塗工性および密着性が良好である。

この場合において、電極活物質が、リチウムイオン二次電池の正極材料であると、当該正極材料が硬いため本発明の効果が顕著に現れる。

最後に、本発明のリチウムイオン二次電池は、上記のいずれかの電池用極板からなるものであり、極板において芯材への電極材料の塗工性および密着性が達成されるため、高い電池容量が得られるとともに、充放電に対しても高い容量安定性が得られる。

本発明にかかるアルミニウム箔の脱脂方法によれば、箔圧延によって得た強度を低下させることなく高い生産性を保ちながら脱脂を可能とし、コーティング材の塗工性および密着性を向上させることができる。また、連続的な熱処理のみであるから作業が簡単であり、均一な処理を行える。

本発明にかかるアルミニウム箔は、コーティング材の塗工性および密着性に優れているため、塗工面の境界部の両端での湾曲や、塗工開始縁部における盛り上がりが抑制することができる。

本発明は、箔圧延後のアルミニウム箔に低温熱処理を施すことによって箔を軟化させることなく脱脂して箔表面のぬれ性を改善し、電極材料等のコーティング材の塗工性を高め得るものである。

また、洗浄液を用いないため、処理が簡単であり、短時間に行われるために、洗浄液の
残留によって塗工性やコーティング材の密着性を低下させるおそれもない。

低温熱処理は、１００〜２００℃で５〜１５分間保持することにより行う。処理温度が１００℃未満では長時間をかけても脱脂効果に乏しく、２００℃を超えるとこれ以上の時間では箔が軟化し、箔圧延によって得た強度が低下するためである。処理時間は５分未満では箔自体が十分に所定温度に達することが困難となり、脱脂効果に乏しいため５分以上とする。

本発明は低温熱処理であるから長時間保持しても材料強度が低下するおそれはなく、処理時間の上限に制限はない。ただし、１５分を超える長時間処理を施しても脱脂効果が飽和するだけで、生産性の低下を招く。このため、処理時間は処理効率の点で１５分以下が好ましい。

本発明における脱脂とは、油分が蒸発して除去されることのみならず、油分が熱処理によって分解または変化して表面張力が低下した状態をも含むものである。従って、脱脂の度合いは、残油量あるいは油分の分解物または変化物の残留量ではなく、コーティング材の塗工性の良否、即ち箔表面のぬれ性によって判断される。

前記ぬれ性は、ＪＩＳ Ｋ６７６８に記載された試験方法によって測定された値をぬれ張力値として定義する。本発明のアルミニウム箔は、箔用途や前記ぬれ性試験液による接触角を限定するものではないが、電池の極板芯材として用いる場合は、コーティング材の塗工性を確保するために前記ぬれ張力値が４０ｍＮ／ｍ以上となされたものを用いることが好ましく、特に、リチウムイオン二次電池用としては、４５ｍＮ／ｍ以上が好ましい。

また、上述したぬれ性試験液として、エチレングリコールモノエチルエーテルとホルムアミドの混合液を例示できる。本発明は、上述した以外のぬれ性試験やそのようなぬれ性試験で規定されたアルミニウム箔を排除するものではない。

前記低温熱処理は、洗浄液による脱脂のように洗浄液を除去する工程が不要となり、またバッチ処理のように長時間の処理時間や、部位による表面状態のばらつきについても簡単な装置と短時間の処理で脱脂処理を行うことができる。

本発明は、以下の実施例に限定されない。

ＪＩＳ Ａ１０８５を用い、定法により鋳塊に熱間圧延、冷間圧延、箔圧延を経た厚さ１５μｍのアルミニウム箔を用いた。箔圧延によって得られたアルミニウム箔はＨ１８材に相当するものである。

これらのアルミニウム箔に対し、表１の条件に従い、温度および時間の熱処理を施した。

得られた箔アルミニウム箔について、ＪＩＳ Ｋ６７６８に記載された試験方法によって箔表面の脱脂の度合いをＮ＝１０評価し、平均値と最低値、最高値を測定するとともに、常法により引張強度、伸びの機械的性質を同様にＮ＝１０測定し、平均値を測定した。これらの結果をあわせて表１に示す。

表１に示すように、所定条件で低温熱処理することによって、熱処理をしない比較例１と比較して、機械的性質を低下させることなく均一に脱脂することができた。一方、比較例２，３に示すように１００℃未満では十分に脱脂されず、また比較例５に示すように５分未満の加熱処理およびバッチ式処理ではぬれ張力値のばらつきが大きく、ぬれ張力の基準を満たせなかった。また、２００℃を超える温度で熱処理した比較例６、７や１５分より長く熱処理した比較例４では、脱脂されたものの機械的性質が低下した。

さらに、各アルミニウム箔を電極用基材とするリチウムイオン二次電池の正極板を製作した。

まず、正極活物質としてＬｉＣｏＯ_２粉末を９５重量部、導電材としてアセチレンブラック５重量部に結着剤としてＰＴＦＥ５０重量部水溶液を４重量部、増粘剤として、カルボキシメチルセルロース１重量部を水９９重量部に溶解したカルボキシメチルセルロース水溶液３０重量部を配合し、混合分散して正極用ペーストを得た。そして、この正極材料を上記アルミニウム箔の両面に１００μｍの厚みにコーティングした。コーティングは、図１に示すように、箔の圧延方向（長手方向）に沿って塗工部２と未塗工部３とを交互に形成するものとした。

コーティング後、１５０℃×１５分乾燥した。乾燥後、塗工部２を観察したところ、各実施例では図２、３に示すような境界部４の湾曲や塗工開始縁部５の盛り上がりは認められなかった。一方、比較例１〜３および５，８においては脱脂が不十分であることが原因とみられる湾曲や盛り上がりが認められた。

さらに、実施例１〜１０のアルミニウム箔に対し、プレス、スリット、裁断の各工程を実施してリチウムイオン二次電池の正極板を得た。このとき、負極板は、以下の手順にて作成した。コークスを加熱処理して得た炭素粉末１００重量部に、これにＣＭＣ１重量部をイオン交換水に懸濁させてペースト化にした。フッ素樹脂系結着剤ポリテトラフルオロ
エチレン１０重量部を混合し、このペーストを、ダイコートにより、厚さ１０μの銅箔両面に塗布して１３０℃の温風により乾燥させた。その後、所定の厚みに圧延その後リードを溶着して、負極板を完成させた。

セパレータはポリエチレン製不織布を用い、電解液にはエチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）の等容積混合溶媒に、六フッ化燐酸リチウム１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させたものを用い、その所定量を注入した後、電池を密封口し、試験電池とした。

得られた試験電池に対し、充放電サイクル試験を実施した。充電は５００ｍＡの定電流で行い、４．１Ｖになった時点で４．１Ｖの定電圧充電にきりかえ、合計２時間充電を行った。放電は、２０℃７２０ｍＡで行い、放電電位が３．０Ｖになった時点で放電を終了し次の充電を開始した。３０サイクル充放電を繰り返したところ、容量変化は見られず、良好なサイクル特性が確認された。

本発明によると、短時間かつ均一な圧延脂の脱脂が可能となり、結果として塗工むらが激減し、電池性能ならびに電池の生産性が飛躍的に向上するため、本発明のリチウムイオン二次電池は、ポータブル機器用電源等に有用である。

アルミニウム箔にペーストを塗工した状態を示す模式図 脱脂が不十分なアルミニウム箔にペーストを塗工した状態を示す模式図 図２のＡ−Ａ線断面図

符号の説明

１ アルミニウム箔
２ 塗工部
３ 未塗工部
４ 境界部
５ 塗工開始縁部
６ 圧延方向

Claims (8)

1. 箔圧延後のアルミニウム箔に、１００〜２００℃で５〜１５分間保持する低温熱処理を施すことにより脱脂することを特徴とするアルミニウム箔の脱脂方法。
2. 前記低温熱処理は、コイル状の箔を処理炉に連続的に通すことにより処理する請求項１に記載のアルミニウム箔の脱脂方法。
3. 請求項１または２の方法により脱脂されたアルミニウム箔。
4. 箔表面のぬれ張力値は、２５℃における表面張力がＪＩＳ Ｋ６７６８に記載された試験方法によって測定された値で、４０ｍＮ／ｍ以上である請求項３に記載のアルミニウム箔。
5. 請求項３または４に記載のアルミニウム箔からなる電池用極板芯材。
6. 請求項５に記載の電池用極板芯材上に電極活物質を含む電極材料が塗布されている電池用極板。
7. 前記電極材料が、リチウムイオン二次電池の正極材料である請求項６に記載の電池用極板。
8. 請求項６または７に記載の電池用極板を用いたリチウムイオン二次電池。

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