JP5495649B2 - リチウムイオン二次電池用アルミニウム合金箔及びその製造方法 - Google Patents
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Description
A−1.組成
本発明に係るリチウムイオン二次電池用アルミニウム合金箔の組成はSi0.01〜0.60mass%、Fe0.2〜0.7mass%、Cu0.05〜0.50mass%、Mn0.5〜1.5mass%を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる。以下において、「mass%」を単に「%」と記す。不可避不純物にはCr、Ni、Zn等を0.01%以下、Tiを0.05%以下含む。
本発明に係るリチウムイオン二次電池用アルミニウム合金箔は、240MPa以上の引張強さを有する。240MPa未満では強度が不足し、活物質塗布時に張力が加わるため活材塗布工程において正極材に切れが発生する。
本発明に係るリチウムイオン二次電池用アルミニウム合金箔は、0.1以上のn値を有する。n値とは「加工硬化指数」と呼ばれており、材料の加工硬化特性を示す指標である。n値が高いほど加工硬化性の優れた材料であり、加工を受けたときにより均一に変形することができる。よって、n値の高い材料では活物質塗布工程のプレス加工時に均一に変形し、局所的な変形を生じることなく、活物質との剥離を防止することができる。n値が0.1未満では活物質との剥離を防止するのに十分な加工硬化性が得られず、プレス後に活物質がアルミ箔から剥離する現象が起こり易くなる。なお、n値はJIS Z 2253に準拠して公称歪みによって求めた。
本発明に係るリチウムイオン二次電池用アルミニウム合金箔は、以下の工程で製造される。
アルミニウム合金箔の最終的な厚さは5〜30μmとする。厚さが5μm未満の場合、製造工程中に破断や亀裂が生じる虞があり、30μmを超えると体積及び重量が増加することでリチウムイオン二次電池用として好ましくない。
表1に示す組成の合金を半連続鋳造法により溶解鋳造し、厚さ500mmの鋳塊を作製した。次にこの鋳塊を面削後、表2に示す条件で均質化処理を行い室温まで冷却し、再加熱後に熱間圧延を行い、アルミニウム合金箔の板厚さを2.5mmとした。その後、冷間圧延により板厚0.5mmとして中間焼鈍(バッチ炉370℃で2時間、又は連続炉460℃で30秒)を行い、さらに冷間圧延(条件:上がり温度110℃)及び箔圧延(条件:上がり温度110℃)を行い、板厚15μmのアルミニウム合金箔の試料を得た。
アルミニウム合金箔試料の引張強さを島津製作所製インストロン型引張試験機AG−10kNXを使用して測定した。測定条件は、チャック間距離50mm、クロスヘッド速度10mm/分とした。240MPa以上を合格とし、それ未満を不合格とした。
n値はJIS Z 2253に準拠して、公称歪み0.75から1.0%間で求めた。0.1以上を合格とし、それ未満を不合格とした。
ここで、n値とは加工硬化指数のことであり、引張試験を実施した際の真応力と真ひずみの関係を次式σ=K・εn(σ:真応力、ε:真ひずみ、K:強度定数)で近似させたときのnの値である。この式を対数式に変換するとlnσ=nlnε+lnKとなり、n値は対数座標系では力線の傾きとしてn=tanα(α:lnσ対lnε線図における直線の傾き)と定義される。
導電率は四端子法にて電気比抵抗値を測定し、導電率に換算して求めた。用いたアルミニウム合金系ではMnの固溶析出状態によって導電率が変化するため、導電率はMnの固溶析出状態を表すと考えてよい。導電率が低いほどMnの固溶量は多くなり、加工硬化性が優れる。50%IACS以下を合格とし、それを超える場合を不合格とした。
活材塗布工程において塗布した正極材に、切れが発生したか否かを目視で観察した。切れが発生しなかった場合を合格とし、発生した場合を不合格とした。箔圧延工程においても、同様に切れが発生しなかった場合を合格とし、発生した場合を不合格とした。
活材剥離の有無は、目視で観察を行った。剥離が発生しなかった場合を合格とし、少なくとも一部発生した場合を不合格とした。
比較例15では合金組成が本発明の範囲外であり、Siの添加量が多く、導電率が高い。析出量が多くなることでMnの固溶量が低下するため、加工硬化性が低下し、活物質圧着後に一部で剥離が発生した。
比較例16では、合金組成が本発明の範囲外であり、Mnの添加量が少なく、導電率が高い。Mnそのものの添加量が少ないため、Mnの固溶量が低下し、加工硬化性が低くなり、活物質圧着後に一部で剥離が発生した。更に、引張強さも十分ではなく、活物質塗布時に切れが発生した。
比較例17では、合金組成が本発明の範囲外であり、Cuの添加量が少ない。引張強さが十分ではなく、活物質塗布時に切れが発生した。
比較例18では、合金組成が本発明の範囲外であり、Feの添加量が多い。Feの添加量が多いと引張強さは上昇するが、耐力が高くなり、加工硬化性が低くなることで活物質圧着後に一部で剥離が発生した。
比較例19では、合金組成が本発明の範囲外であり、Feの添加量が少ない。引張強さが十分ではなく、活物質塗布時に切れが発生した。
比較例20では、合金組成が本発明の範囲外であり、Cuの添加量が多い。Cuの添加量が多いと箔圧延中の強度上昇量が大きく、箔圧延性が低下し、箔圧延中に切れが発生した。
比較例21では、合金組成が本発明の範囲外であり、Mnの添加量が多い。Mnの添加量が多いと析出物が多く存在し、箔圧延中の硬化量が大きくなるため箔圧延性が低下し、箔圧延中に切れが発生した。
比較例22では、均質化熱処理温度が低いため、Mnの固溶量が少なく、導電率が高い。そのため、十分な加工硬化性が得られず、活物質圧着後に一部で剥離が発生した。
比較例23では、均質化熱処理の保持時間が短いため、Mnの固溶量が少なく、導電率が高い。そのため、十分な加工硬化性が得られず、活物質圧着後に一部で剥離が発生した。
比較例24では、均質化熱処理後の冷却速度が遅く、Mnの析出が進行し、導電率が高い。そのため、十分な加工硬化性が得られず、活物質圧着後に一部で剥離が発生した。
比較例25では、熱間圧延にかかった時間が長いため、Mnの析出が進行し、導電率が高い。そのため、十分な加工硬化性が得られず、活物質圧着後に一部で剥離が発生した。
Claims (5)
- Si0.01〜0.60mass%、Fe0.2〜1.0mass%、Cu0.05〜0.50mass%、Mn0.5〜1.5mass%を含有し、残部がAlと不可避不純物からなり、引張強さが240MPa以上であり、n値が0.1以上であり、厚さが5〜30μmであることを特徴とするリチウムイオン二次電池用アルミニウム合金箔。
- Mg0.001〜0.500mass%を更に含有する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用アルミニウム合金箔。
- Si0.01〜0.60mass%、Fe0.2〜1.0mass%、Cu0.05〜0.50mass%、Mn0.5〜1.5mass%を含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム鋳塊を500〜620℃で1〜20時間均質化処理する段階と、500℃から400℃にかけて冷却されるアルミニウム鋳塊の冷却速度を35℃/時間以上として室温まで冷却する段階と、熱間圧延段階と、冷間圧延段階と、冷間圧延段階の途中の中間焼鈍段階と、箔圧延段階とを含み、前記熱間圧延段階において、開始温度が400〜620℃であり、終了温度が200〜400℃であり、全圧延時間が30分未満であり、前記冷間圧延段階において、上がり温度が150℃以下であり、中間焼鈍段階後の最終圧延率が45〜75%であり、前記箔圧延段階において一回の圧延での圧下率が50%である、5〜30μmの厚さを有するリチウムイオン二次電池用アルミニウム合金箔の製造方法。
- 前記中間焼鈍段階において、冷間圧延材が300〜550℃で1分〜3時間焼鈍処理される、請求項3に記載のリチウムイオン二次電池用アルミニウム合金箔の製造方法。
- 前記アルミニウム鋳塊がMg0.001〜0.500mass%を更に含有する、請求項3又は4に記載のリチウムイオン二次電池用アルミニウム合金箔の製造方法。
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