JP4225746B2

JP4225746B2 - 電極用ニッケル箔および電極用ニッケル箔の製造方法

Info

Publication number: JP4225746B2
Application number: JP2002216473A
Authority: JP
Inventors: 龍夫友森; 義孝本田; 栄治山根
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP2004063124A; AU2003281718A1; WO2004012285A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極用ニッケル箔、および電極用ニッケル箔の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルカリ蓄電池、リチウム蓄電池、ポリマーリチウム電池などの二次電池に用いられる、電池用活物質または活物質保持材料を付着させてなる電極としては、ニッケル粉末を焼結してなる焼結基板にニッケル塩を含む水溶液を含浸させて乾燥し、次いでアルカリ水溶液中に浸漬してニッケル塩を水酸化ニッケルに転化させる焼結式電極や、パンチングメタルやエキスパンドメタルなどの孔開板、金属網、スポンジ状金属多孔体など、表面に凹凸を有する平板状の金属にペースト状とした電池用活物質または活物質保持材料を塗布したり、粉末状の電池用活物質または活物質保持材料を加圧圧着する非焼結式電極がある。
【０００３】
これらの電極のうち、焼結式電極に用いるニッケル焼結体や非焼結式電極に、用いるスポンジ状金属多孔体は生産性に乏しく、材料コストが高くなる欠点を有している。そのため、電池用活物質または活物質保持材料の支持体として、これらの物質との必要なある程度の密着性を有しており、かつ安価なパンチングメタルやエキスパンドメタルなどの孔開板を用いることが試みられている。しかし、これらの金属板に単に孔を設けただけのパンチングメタルやエキスパンドメタルは電池用活物質または活物質保持材料との密着力が十分ではなく剥離しやすく、支持体として十分な特性を発揮することができない。
【０００４】
特開２０００−４８８２３号公報は、支持体に対する電池用活物質または活物質保持材料との密着力を向上させるために、厚さが１０〜８０μｍの鋼板、ニッケルめっき鋼板、ニッケル板のいずれかに、５０〜３００μｍのピッチで凹凸部を設け、これに電池用活物質または活物質保持材料を塗着または圧着してなる電極とその製造方法を開示している。これらの金属板のうち、ニッケル板は電解液に対する耐食性に優れており電極支持体として好適であるが、厚さが１０〜８０μｍのような箔状であると加工が困難になり、強度が不足する場合は表面に凹凸部を設ける際に破断が生じやすく、一方強度が過大である場合は凹凸部を付与する加工を施した際にスプリングバックして、所定の深さの凹凸部が得られにくい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電池用活物質または活物質保持材料を支持するための凹凸部を形成しやすい電極用ニッケル箔、およびその電極用ニッケル箔の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電極用ニッケル箔は、引張強度が２５０〜４５０Ｎ／ｍｍ^２、伸びが１０％以上、厚さが１０〜１５０μｍであることを特徴とし、また
箔の表面に複数個の凹凸部が設けられてなること、さらに
凹凸部の高さ、すなわち凹部の底と凸部の頂の間隔が箔の厚さの２〜１０倍であることを特徴とする。
また本発明の電極用ニッケル箔の製造方法は、電鋳法を用いて陰極上に析出させたニッケル箔を剥離した後、非酸化性雰囲気中で６００〜７００℃の温度で１〜６０秒加熱処理することを特徴とし、また
上記の製造方法において、加熱処理を施した後、さらに表面に凹凸加工を施すこと、さらに
凹凸部の高さ、すなわち凹部の底と凸部の頂の間隔が箔の厚さの２〜１０倍となるように凹凸加工を施すことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明においては、電鋳法を用いて陰極上に所定の厚さで析出させたニッケル箔を剥離した後、非酸化性雰囲気中で熱処理を施し、所定の引張強度と伸びを生ぜしめることにより、電池用活物質または活物質保持材料を付着させるための凹凸部を安定して適切に形成させ、また十分な付着強度で電池用活物質や活物質保持材料を付着させることが可能になった。
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００８】
まず、本発明の電極用ニッケル箔の製造方法について説明する。ニッケル箔は公知の圧延法または電鋳法のいずれによって作成してもよい。電鋳法を用いて作成する場合は、チタンなどの不溶性の陰極上に所定の厚みでニッケル箔として析出させた後、この箔を剥離する。連続的に長尺帯状の箔を得るためには、チタンドラムを陰極とし、このドラム陰極と球状のニッケルをチタンバスケットに充填した陽極をめっき浴中に浸漬し、チタンドラムを回転させながら直流を印加してチタンドラム上にニッケル箔を析出させ、箔がめっき液から出た部分で剥離し、ニッケル箔としてコイラーなどの巻き取り手段に連続的に巻き取る。めっき浴としてはワット浴などの公知のめっき浴を用いることができるが、析出速度が比較的大きいスルファミン酸浴を用いることが好ましい。
【０００９】
上記のようにして得られるニッケル箔の厚さは、１０〜１５０μｍであることが好ましい。箔の厚さが薄いほど、箔の表面に付着させて電池ケース内に充填する電池用活物質または活物質保持材料の量を増加させることができるが、薄すぎる場合は強度が不足して搬送などの取り扱いや加工が困難となる。一方、厚すぎる場合は凹凸部を形成しにくくなり、また電池ケース内に充填する電池用活物質または活物質保持材料の量が減少する。より好ましい厚さは１５〜８０μｍである。
【００１０】
また上記のようにして得られるニッケル箔は、圧延法による場合は加工により、凹凸部を形成させるための適正な特性に比べて強度が大きく伸びが小さくなっている。また、電鋳法による場合はめっき皮膜中への水素の吸収やめっき応力のために、やはり凹凸部を形成させるための適正な特性に比べて強度が大きく伸びが小さくなっている。そのため、焼鈍処理を施して所定の範囲の強度および伸びとする。焼鈍は真空中や水素と窒素の混合気中などの非酸化性雰囲気中で６００〜７００℃の温度に加熱し、１〜６０秒間保持する。加熱温度が６００℃未満の場合は所定の特性を得るには長時間を要し、生産性に劣る。７００℃を超える場合は軟化しすぎて所定の強度が得られにくい。焼鈍法としては箱形焼鈍法と連続焼鈍法のいずれによってもよいが、箱形焼鈍法による場合はニッケル粒子が粗大に成長しやすく、加工性が低下するので連続焼鈍法で焼鈍することが好ましい。
【００１１】
このように熱処理したニッケル箔は２５０〜４５０Ｎ／ｍｍ^２の引張強度、および１０％以上の伸びを有していることが好ましい。引張強度が２５０Ｎ／ｍｍ^２未満である場合は凹凸部を形成させた後に電池用活物質または活物質保持材料を圧着して付着させる場合に破断しやすい。一方、４５０Ｎ／ｍｍ^２を超える場合、および伸びが１０％未満である場合は、凹凸部を形成させる際にスプリングバックして所定形状の凹凸が得られず、平板部から凹凸部への移行部分がなだらかに成形され、電池用活物質または活物質保持材料を圧着して付着させる場合に脱落しやすくなる。ニッケル箔は、３００〜４００Ｎ／ｍｍ^２の引張強度、および１５〜２５％の伸びを有していることがより好ましい。
【００１２】
次に、上記の所定の厚さ、引張り強度、伸びを有するニッケル箔に凹凸部を形成させる方法について図を参照しながら説明する。図１は本発明の電極用ニッケル箔の一実施態様を示す概略図である。図１に示した実施態様においては、ニッケル箔１の表面に凸部２と凹部３がそれぞれ一列毎に交互に並んだ列状に形成されている。凸部２および凹部３は本実施態様に示すように開口部を有さない半球状であってもよいし、図２に示す他の実施態様の概略におけるように、開口部４を有した凸部２および凹部３であってもよい。これらの凹凸部は、公知のプレス加工により成形することができる。これらの実施態様において、凹凸部の高さ、すなわち、凹部３の底と凸部２の頂の間隔：Ｈは、ニッケル箔１の厚さ：ｔの２〜１０倍であることが好ましい。凹凸部の高さがニッケル箔の厚さの２倍未満であると、電池用活物質または活物質保持材料を十分な付着量で付着させることができず、また付着力も不十分であり、曲げ加工を施した際に電池用活物質または活物質保持材料が剥離脱落してしまう。一方、凹凸部の高さがニッケル箔の厚さの１０倍を超えると、ニッケル箔が裂けてしまうおそれが大きくなる。より好ましい凹凸部の高さは、ニッケル箔の厚さの３〜７倍である。
【００１３】
【実施例】
次に、実施例にて本発明をさらに詳細に説明する。
電鋳法を用いて、下記に示すめっき条件にて、連続的に回転するチタン製のドラムにニッケルを表１に示す厚さで析出させ、次いでドラムから析出したニッケル皮膜を引き剥がしてコイル状に巻き取った。めっき厚さはチタン製のドラムの回転速度により調整した。
[めっき条件]
めっき浴組成スルファミン酸ニッケル：６００ｇ／Ｌ
塩化ニッケル：１０ｇ／Ｌ
ホウ酸：４０ｇ／Ｌ
浴温度６０℃
ｐＨ４．０〜４．６
電流密度４０Ａ／ｄｍ^２
アノード球状ニッケルをチタン製バスケットに充填
チタン製ドラム１ｍ径
【００１４】
次いでコイル状に巻き取られたニッケル箔を巻き解きながら、連続焼鈍法を用い、水素６．５％、残部窒素からなり、露点が−５５℃の保護ガス雰囲気中で表１に示す条件にて焼鈍し、得られた焼鈍材についてテンシロンで引張強度および伸びを測定した。結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
このようにして焼鈍したニッケル箔の表面に、図１に示したのと同様の凸部と凹部を、凸部および凹部の中心のピッチを１ｍｍ、凸部列と凹部列の間隔を０．４mmとし、径が０．５ｍｍである凸部および凹部を、表２に示す条件で凹部の底と凸部の頂の間隔：Ｈを変化させて、凸部と凹部がそれぞれ一列毎に交互に並んだ列状になるように形成させ、形成状態を顕微鏡で観察し、下記の基準で評価した。次いでＬｉＣｏＯ_２と黒鉛とポリフッ化ビニリデンを８８：８：４の重量比で混練して凹凸部を形成させたニッケル箔上に載せ、圧着ロールを用いてニッケル箔に圧着した後、１８０度折り曲げ（１ｍｍ折り曲げ）法により折り曲げ加工を施し、加工後の活物質のニッケル箔に対する付着状態を顕微鏡で観察し、下記の基準で評価した。
【００１７】
[凹凸部の形成状態の評価]
◎：所定形状の凹凸が形成される。
○：平板部から凹凸部への移行がややなだらかだが、ほぼ所定形状の凹凸が形成される。
△：平板部から凹凸部への移行がなだらかであり、所定形状の凹凸が形成されない。
×：箔が裂け、凹凸部を形成させることができない。
上記評価基準のうち◎および○を本発明の対象とした。
【００１８】
[活物質の付着状態の評価]
◎：十分な厚さで活物質が付着され、曲げ加工を施しても活物質が脱落しない。
○：十分な厚さで活物質が付着され、曲げ加工を施した際に活物質が実用上問題とならない程度にわずかに脱落する。
△：活物質が付着するが、曲げ加工を施した際に活物質が実用上問題となる程度に脱落する。
×：曲げ加工により、活物質が脱落する。
上記評価基準のうち◎および○を本発明の対象とした。これらの評価結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】

【００２０】
表２に示すように、本発明の対象とするニッケル箔は十分な量の活物質を付着させることが可能であり、かつ活物質の付着状態に優れている。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の電極用ニッケル箔は、電鋳法を用いて陰極上に所定の厚さで析出させたニッケル皮膜を剥離した後、非酸化性雰囲気中で熱処理を施すことにより製造され、電池用活物質または活物質保持材料を付着させるための凹凸部を安定して適切に形成させることができる所定の引張強度と伸びを有しており、凹凸部を形成させたニッケル箔は、十分な付着強度で電池用活物質や活物質保持材料を付着させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極用ニッケル箔の一実施態様を示す概略図。
【図２】本発明の電極用ニッケル箔の他の一実施態様を示す概略図。
【符号の説明】
１：ニッケル箔
２：凸部
３：凹部
４：開口部
ｔ：ニッケル箔の厚み
Ｈ：凹部の底とそれと隣接する凸部の頂との差

Claims

引張強度が２５０〜４５０Ｎ／ｍｍ^２、伸びが１０％以上、厚さが１０〜１５０μｍであり、箔の表面に複数個の凹凸部が設けられてなり、該凹凸部の高さ（凹部の底と凸部の頂との差）が箔の厚さの２〜１０倍である電極用ニッケル箔。
電鋳法を用いて陰極上に析出させたニッケル皮膜を剥離した後、非酸化性雰囲気中で６００〜７００℃の温度で１〜６０秒加熱処理を施し、次いで表面に凹凸部の高さ（凹部の底と凸部の頂との差）が箔の厚さの２〜１０倍となるように凹凸加工を施すことを特徴とする、電極用ニッケル箔の製造方法。