JP3744369B2 - ニッケル水素二次電池集電体用ニッケル箔およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてニッケルを素材とするニッケル水素二次電池用集電材に適した金属箔およびそれを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンや携帯電話など電子機器の急激な普及に伴い、ニッケル水素二次電池やリチウム・イオン二次電池、さらにはリチウムポリマー二次電池など大量の充放電可能な電池が使用されている。また、最近では、電気自動車などの動力源としてもこれらの電池が使用されている。
【０００３】
この二次電池の基本構造は、▲１▼箔状の金属集電体、▲２▼集電体に可逆的に電気化学反応を起こす物質、いわゆる活物質を塗布した電極、▲３▼正極および負極を分離するセパレーター、▲４▼電解液および電池ケースからなっている。
【０００４】
この様な二次電池において、上記▲１▼にあげる箔状の金属集電体に必要な特性として、活物質の担持性が挙げられる。この活物質の担持性を改善する方法として、金属箔に貫通する孔を多数個設け、金属箔の両面に付着させる活物質を活物質どうしの結合力で担持性を改善しようとする方法（特開平11-323593号公報、参照）が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように二次電池は、いろいろな電子機器で用いられるため、その大きさや形状は多種多様である。特に、小型化が進む携帯用電子機器では、小さなボタン状の二次電池が使用される。この様な場合、金属箔に貫通する孔を多数個設けて活物質の担持性を改善する方法は、集電体としての体積が減少することから集電能力を低下させる。
【０００６】
前記▲２▼にあげた活物質を塗布した電極は、金属箔の両面に活物質を塗布した後、加熱して乾燥および焼結などを行った後、圧着加工の工程を経て製造される。このため、金属箔に貫通する孔を多数個設けることは、強度低下をもたらし、前記の工程中に破断することがある。このような破断を解消するためには、箔の強度低下に合わせて製造設備の改造などが必要となる。
【０００７】
本発明は、多孔にしなくとも活物質と金属との担持性に優れ、上記のような破断などの問題を生じない二次電池集電体用金属箔を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、金属箔と電極となる活物質との担持性に優れる金属箔について鋭意研究した結果、金属箔に付与すべき性能として下記の点を明らかにし、本発明を完成した。
【０００９】
電極は、活物質を金属箔に塗布、乾燥した後、ロールなどで圧着加工を行って製造される。この圧着工程で金属箔は、活物質の粒子に押圧されて塑性変形を起こし、粒子を食い込ませ、密着力を高める。また、圧着工程では、金属箔が複数の粒子で構成される凹凸によって曲げ変形しながら粒子を包み込み、密着力を高める。
【００１０】
すなわち、電極の集電体となる金属箔には、厚さが薄く、軟らかく、ある程度の強度が必要である。本発明は、金属箔の厚さと硬さを最適に規定することによってこれを実現した。
【００１１】
本発明の要旨は、下記に示す二次電池集電体用金属箔およびそれを製造する方法にある。
【００１２】
電解析出法によって形成されたニッケル箔であって、厚さ（Ｔ）が８〜４０μｍ、硬さ（Ｈ）がビッカース硬さで６８以上であり、かつ硬さ（Ｈ）と厚さ（Ｔ）の２倍との和（Ｈ＋２Ｔ）が９０〜２５０であることを特徴とするニッケル水素二次電池集電体用ニッケル箔。
【００１３】
ニッケル箔は軟化焼鈍することによって製造することができる。焼鈍炉は、連続炉であっても、バッチ炉であってもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のニッケル水素二次電池集電体用ニッケル箔は、厚さが薄く、軟らかく、ある程度の強度を有するものである。
【００１５】
本発明のニッケル箔が電池用活物質と十分な密着力を発揮するには、ニッケル箔の厚さ（Ｔ）が８〜４０μｍであり、硬さ（Ｈ）と厚さとの関係（Ｈ＋２Ｔ）が９０〜２５０であればよい。
【００１６】
ニッケル箔の厚さ（Ｔ）が８μｍ未満では、電極としたとき電気抵抗が大きくなり集電体として適さなくなる。また、箔の製造時、または活物質の圧着工程で破断する。厚さが４０μｍを超えると、活物質の担持性が悪くなる。厚さの好ましい範囲は１０〜３０μｍである。
【００１７】
ニッケル箔の硬さ（Ｈ）がビッカース硬さ（Ｈｖ）で６８未満では、活物質の圧着工程で塑性変形が大きくなり過ぎ、逆に活物質の密着力が低下する。
【００１８】
（Ｈ＋２Ｔ）の値を９０〜２５０とする理由：ニッケル箔の曲げ変形によって活物質を包み込むためには、厚さ（Ｔ）が小さいほど良く、また硬さ（Ｈ）が低い程良い。このためには、（Ｈ＋２Ｔ）の値を２５０以下にすれば良い。しかし、９０未満では活物質の圧着工程で形状不安定が発生しやすく、活物質の担持性にも部分的に差が生じる。電池の極板としての不良率が増大する。
【００１９】
ニッケル箔の活物質の担持性は、箔の曲げ変形による活物質の包み込みと活物質の金属箔への食い込みによって定まる。包み込みはニッケル箔が薄いほど、また食い込みはニッケル箔の硬さが低いほど効果的であり、良好な担持性はそれらの和の上限規定で実現される。上限値２５０は、実験値である。
【００２０】
硬さ（Ｈ）が６８未満、厚さ（Ｔ）が８μｍ未満では、箔のハンドリング性が悪く、製造ラインでの通板が非常に困難となる。また、硬さ（Ｈ）が６８以上、厚さ（Ｔ）が８μｍ以上であれば、通板は可能であるが、（Ｈ＋２Ｔ）の値が９０未満では、活物質の圧着工程で不具合が生じる。すなわち、活物質の圧着時にラインの張力によって片伸びなどの形状不安定が発生しやすくなり、活物質の食い込みに部分的な差が生じる。その結果、活物質の担持性にも良好な部分とそうでない部分が生じ、電池の極板として使用する場合に不良率が高くなる。
【００２２】
【実施例】
本例では、回転ドラム式電解析出装置を用い、表１に示す金属箔を製造した。このときの電解液および電解条件は下記のとおりとした。
【００２３】
【表１】

【００２４】

【００２５】
得られた金属箔の焼鈍は、水素還元炉（10％H_２＋N_２）を用い、材料の昇温速度を10℃／分、保持時間を10秒として表１に示す材料温度で加熱した後N_２ガスによる徐冷を施した。これは、連続焼鈍炉の条件を模擬したものである。
【００２６】
活物質の担持性を評価するのに次に示す試験を行った。 幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの長方形の金属箔の両面にニッケル水素二次電池用活物質を塗布し、加熱、圧着して電極とした。活物質の塗布量は、乾燥状態で両面当たり５００μｍとした。この電極を直径が１ｍｍのステンレス鋼製ワイヤに巻き付け、巻き戻しを行った。活物質の脱落量（剥離量）は、電子天秤によって測定した。それらの試験結果を表１に示す。
【００２７】
評価基準は、活物質剥離量が0〜0.5％以下を◎、0.5％を超え〜1.0％以下を○、1.0％を超え〜3.0％以下を△、3.0％超えを×とした。
【００２８】
表１から明らかなように、発明例の番号１から26までの金属箔は、厚さ（T）が8〜38μｍ、硬さ（H）がビッカース硬さ（Hv）で60〜200、かつ硬さと厚さの２倍との和（H＋2T）が91〜246の範囲にあり、活物質の担持性はいずれも良好である。
【００２９】
これに対し、比較例の番号27のNi箔は、厚さ（T）が7μｍと薄く、硬さと厚さの２倍との和（H＋2T）が68と小さいため、活物質の担持性に劣る。
【００３０】
番号28および29のNi箔は、いずれも焼鈍温度が850℃と高いため、硬さと厚さの２倍との和（H＋2T）が70および88と小さい。このため、活物質の担持性に劣る。
【００３１】
番号30および31のNi箔は、焼鈍温度が450℃および490℃と低いため、硬さと厚さの２倍との和（H＋2T）がいずれも255と大きい。このため、活物質の担持性に劣る。
【００３２】
番号32のNi箔は、厚さが50μｍと大きいため、硬さと厚さの２倍との和（H＋2T）が260と大きくなり、活物質の担持性に劣る。
【００３３】
番号33のFe箔は、厚さ（T）が7μｍと薄く、しかも焼鈍温度が850℃と高いため、硬さと厚さの２倍との和（H＋2T）が86と小さいため、活物質の担持性に劣る。
【００３４】
番号34のCu箔は、焼鈍温度が820℃と高いため、硬さ（H）がビッカース硬さ（Hv）で40と低く、かつ硬さと厚さの２倍との和（H＋2T）が80と小さいため、活物質の担持性に劣る。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のニッケル箔は、厚さと硬さとの関係で好ましい範囲に規定されているので、電極の製造過程で破断することなく、しかも活物質の担持性と電気伝導性に優れている。これをニッケル水素二次電池集電材に用いれば、電池性能を高めることができる。

Claims (2)

1. 電解析出法によって形成されたニッケル箔であって、厚さ（Ｔ）が８〜４０μｍ、硬さ（Ｈ）がビッカース硬さで６８以上であり、かつ硬さ（Ｈ）と厚さ（Ｔ）の２倍との和（Ｈ＋２Ｔ）が９０〜２５０であることを特徴とするニッケル水素二次電池集電体用ニッケル箔。
2. 電解析出法によって形成されたニッケル箔を軟化焼鈍することを特徴とする請求項１に記載のニッケル水素二次電池集電体用ニッケル箔の製造方法。