JP6016988B1 - 電池外装用ステンレス箔、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷熱衝撃後および電解液浸漬後における樹脂との密着性が優れた電池外装用ステンレス箔を提供する。【解決手段】電池外装用ステンレス箔１は、Ｆｅを４０ｍｏｌ％以上、ＣｒをＦｅより少なく、Ｓｉを４０ｍｏｌ％以下含有し、厚みが２ｎｍ以上の酸化皮膜１ａを有し、圧延方向に直交する方向の算術平均粗さＲａが０．０２μｍ以上０．１μｍ未満である。【選択図】図１
Description
本発明は、例えばリチウムイオン二次電池の容器などに好適な電池外装用ステンレス箔に関する。
ニッケル−カドニウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン二次電池などの二次電池は、携帯電話やノートパソコンなど電子・電気機器に用いられている。特に、リチウムイオン二次電池は、重量エネルギー密度が大きく、小型・軽量化に適しており、携帯電話やモバイル機器に多用されている。さらに近年では、電動工具、電気自動車、ハイブリッド車、小型衛星などの蓄電地にも使われ、幅広い分野で使用されている。
これらの分野では小型・軽量化、重量エネルギー密度向上、安全性およびコストダウンなどが求められている。リチウムイオン二次電池などの電池外装用材料には一般的に片面または両面に樹脂をラミネート被覆した金属箔が用いられており、熱圧着（ヒートシール）にて電池容器を作製している。上記のニーズの高まりにともない電池容器はデッドスペースがなく電池部品を効率よく充填できる形状が要求される。そのため、電池外装用材料には張り出し成形などのプレス加工性に優れた金属箔が求められ、薄肉化かつプレス加工が容易なアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔がよく用いられている。例えば、特許文献１には、Ｆｅを０．６％以上含むアルミニウム合金箔にポリプロピレン（ＰＰ）をラミネート被覆した電池外装用材料が小型・軽量化に有効であることが開示されている。
しかしながら、さらに薄肉化が進むとアルミニウム箔の破断強度が低下し、プレス加工時において材料の破断が起きやすくなる。また電池外装用材料に振動、衝撃、突き刺しなどの外力が加えられた際に材料の変形や破壊が生じ、内部電解液の漏洩が危惧される。
また、現状のリチウムイオン二次電池には炭酸エチレンとジアルキル炭酸エステルの混合溶液にＬｉＰＦ６を溶解させた電解液が用いられており、水と反応することでフッ化水素を生成することが知られている。フッ化水素は腐食性が非常に強いため電解液が漏洩すると、リチウムイオン二次電池を搭載した装置に大きな損害を与える可能性が高い。そのため、安全性の観点から電池外装用材料である金属箔には、破断強度が高い材料が求められている。
そのため、近年、上記の要求特性を満たす電池外装用材料としてステンレス箔を用いる技術が開発されている。ステンレス箔は、一般的に引張強さなどの強度がアルミニウム箔の数倍近い高強度を有しており、従来よりも薄肉化可能かつ安全性の高い電池外装用材料である。
ところで、電池外装用材料には、電解液と接触する面にラミネート被覆した樹脂と金属箔との密着性が重要となる。樹脂と金属箔間の密着性が劣ると、時間経過とともに電解液が樹脂に浸透し金属箔面に到達した際に樹脂と金属箔の剥離が生じ、電解液が漏れ出す危険性がある。ステンレス箔自体の樹脂に対する密着性を向上させる方法として、ステンレス箔を還元雰囲気で熱処理することで密着性に優れる酸化皮膜を形成する技術が特許文献２、３に開示されている。
特許文献２では、ランダムな研磨目またはヘアライン研磨目を付けたステンレス鋼板を８００℃以上で光輝焼鈍することでＳｉを５０ｍｏｌ％以上濃化させた酸化皮膜を形成し、エポキシやポリエステル系樹脂との密着性を向上させている。
特許文献３では、ヘアライン研磨や粗い圧延ロールを用いることで算術平均粗さＲａを０．１μｍ以上としたステンレス箔を６００〜８００℃で焼鈍し、酸素を２０ｍｏｌ％以上６０ｍｏｌ％以下含み、かつＦｅよりもＣｒが多く含まれる酸化皮膜を形成することでポリオレフィン系樹脂との密着性を向上させている。
しかしながら、特許文献２に示されている技術を電池外装用材料のステンレス箔に適用した場合、酸化皮膜中にＳｉが濃化しているため、電解液と水が反応しフッ化水素が生成された際にフッ化水素がＳｉ−Ｏの結合を優先的に開裂し、電解液浸漬後における樹脂との密着性が低下するという問題が生じる。
また、特許文献３に示される技術では、６００〜８００℃で焼鈍することで酸化皮膜中へのＳｉの濃化を抑制し、かつ、算術平均粗さＲａを０．１μｍ以上とすることで加工硬化による原子の拡散係数変化を用いて酸化皮膜中にＦｅよりもＣｒが多く含有させることで樹脂との密着性を向上させているものの、更なる密着性の向上が望まれている。二次電池では充電時に温度が高くなり、冷熱衝撃（温度変化）が繰り返し生じる。このような冷熱衝撃後におけるステンレス箔と樹脂との密着性の向上が望まれる。また、電解液浸漬後におけるステンレス箔と樹脂との密着性の更なる向上も望まれている。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、冷熱衝撃後および電解液浸漬後における樹脂との密着性が優れた電池外装用ステンレス箔を提供することを目的とする。
本発明者らが鋭意検討を行った結果、特許文献３に記載の技術と比較してＦｅの含有率が高くなるように酸化皮膜の元素比率を調整するとともに、酸化皮膜の厚みの下限値を設定し、かつ、酸化皮膜の算術平均粗さを調整することにより、電池外装用ステンレス箔と樹脂との密着性が優れることを見出して、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明に係る電池外装用ステンレス箔は、Ｆｅを４０ｍｏｌ％以上、ＣｒをＦｅより少なく、Ｓｉを４０ｍｏｌ％以下含有し、厚みが２ｎｍ以上の酸化皮膜を有し、圧延方向に直交する方向の算術平均粗さＲａが０．０２μｍ以上０．１μｍ未満である。
さらに、本発明に係る電池外装用ステンレス箔は、前記酸化皮膜の厚みが５ｎｍ以下であることが好ましい。
さらに、本発明に係る電池外装用ステンレス箔は、露点−４０〜−６０℃かつＨ２分圧７５％以上の還元雰囲気下にて９００〜１１８０℃で圧延ステンレス箔を焼鈍してなることが好ましい。
本発明によれば、酸化皮膜中において、酸化物の標準生成エネルギーが相対的に大きく濡れ性の高いＦｅの含有率を４０ｍｏｌ％以上と高くし、ＣｒをＦｅより少なくしているため、樹脂との密着性が向上する。また、酸化皮膜中のＳｉの含有率を４０ｍｏｌ％以下とすることで、電解液浸漬後における樹脂との密着性を向上させることができる。そして、酸化皮膜の厚みを２ｎｍ以上とすることで、樹脂との密着性を向上させる効果を十分に得ることができる。さらに、酸化皮膜を有する電池外装用ステンレス箔における圧延方向と直交する方向の算術平均粗さＲａを０．０２μｍ以上０．１μｍ未満とすることで、酸化皮膜と樹脂との間の空気の巻き込みに起因する、冷熱衝撃後および電解液浸漬後の樹脂との密着性低下を抑制することができる。これにより、冷熱衝撃後および電解液浸漬後における樹脂との密着性が優れた電池外装用ステンレス箔を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る、冷熱衝撃後および電解液浸漬後における樹脂との密着性が優れた電池外装用ステンレス箔について以下に説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本出願において、「Ａ〜Ｂ」とは、Ａ以上、Ｂ以下であることを示している。
図１は、本実施形態に係る電池外装用ステンレス箔を示す断面図である。図示されるように、電池外装用ステンレス箔１の表面に酸化皮膜１ａが形成されている。電池外装用ステンレス箔１は、少なくとも、ステンレス鋼板を圧延ロールを用いて圧延し、所定の厚みの圧延ステンレス箔を作製する圧延工程と、圧延工程により得られた圧延ステンレス箔を焼鈍する焼鈍工程とを経て製造される。また、電池外装用ステンレス箔１の表面を所望の粗度にするために、必要に応じて、圧延工程後に研磨工程を行ってもよい。このようにして得られた電池外装用ステンレス箔１の酸化皮膜１ａの表面に図示しない樹脂がラミネート被覆され、電池容器の形状に加工される。
電池外装用ステンレス箔１を構成するステンレス鋼の鋼種は、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系など特に限定されず、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３１６などが挙げられる。ただし、固溶化熱処理状態において展延性に優れ加工性が高く、かつ加工硬化が大きく成形後の強度が大きいオーステナイト系ステンレスが好ましい。
電池外装用ステンレス箔１の厚みは、例えば５〜１００μｍであり、電池外装用材料として必要な強度および軽量化の観点から５〜３０μｍであることがより好ましい。電池外装用ステンレス箔１は、圧延ロールを用いて製造されるため、圧延ロール間隔を調整することで厚みが制御される。
酸化皮膜１ａは、圧延工程により得られた圧延ステンレス箔を還元雰囲気下で焼鈍することにより、電池外装用ステンレス箔１の表面に形成される。本実施形態の酸化皮膜１ａは、Ｆｅを４０ｍｏｌ％以上、ＣｒをＦｅより少なく、Ｓｉを４０ｍｏｌ％以下含有することを特徴としており、これにより樹脂との密着性を向上させている。
ここで、酸化皮膜１ａにおけるＦｅの含有率は、酸化物または水酸化物として存在するＦｅの含有量の和を、酸化物または水酸化物として存在する、酸化皮膜１ａに多く含有されるＦｅ，Ｃｒ，Ｍｎ、Ｓｉそれぞれの含有量の和で割った値を示している。ＣｒおよびＳｉの含有率についても同様である。
特許文献３には、酸化皮膜中にＦｅよりもＣｒを多く含有させることで樹脂との密着性を向上させることが記載されているが、本発明者らは、酸化皮膜１ａ中のＦｅを４０ｍｏｌ％以上、ＣｒをＦｅよりも少なく含有させることにより、酸化皮膜１ａと樹脂との密着性が向上することを見出した。ＣｒよりもＦｅを多く含有させた酸化皮膜１ａにより、樹脂との密着性が向上する理由について以下に説明する。
ステンレスの成分から、酸化皮膜１ａは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉの酸化物または水酸化物を多く含む。ここで、酸化物の標準生成エネルギーの大きさを比較すると、Ｆｅ酸化物＞Ｃｒ酸化物＞Ｍｎ酸化物＞Ｓｉ酸化物となり、Ｆｅ酸化物の標準生成エネルギーが最も高い。酸化物の標準生成エネルギーが高いことは、熱力学的に不安定な酸化物であることを意味している。熱力学的に不安定な酸化物が他物質と接触すると、より安定になるために他物質とエネルギーの移動（電子などの移動）を行い、より強く他物質を引き付ける傾向になる。つまり、熱力学的に不安定な酸化物であるほど濡れ性が高くなる。このことから、Ｆｅを４０ｍｏｌ％以上、ＣｒをＦｅより少なく含む酸化皮膜１ａにより、樹脂との密着性を向上させることができるものと考えられる。
また、酸化皮膜１ａ中のＳｉが４０ｍｏｌ％以下と少ないため、電池内部の電解液と水が反応することによりフッ化水素が生成されたとしても、フッ化水素による影響を受けにくい。
なお、標準生成エネルギーが最も高い酸化物であるＦｅの含有比率が４０ｍｏｌ％以上となる酸化皮膜１ａは、圧延工程により得られた圧延ステンレス箔を、露点−４０〜−６０℃かつＨ２分圧７５％以上の還元雰囲気下において９００℃〜１１８０℃で焼鈍させることにより得ることができる。９００℃〜１１８０℃の焼鈍温度は、特許文献３の技術と比較して高く、軟化焼鈍域かそれに近い温度域であるため、電池外装用ステンレス箔１の加工性を向上させることができる。なお、フェライト系ステンレスを用いた場合、軟化焼鈍域である９００〜１０００℃で焼鈍することがより好ましく、オーステナイト系ステンレスを用いた場合、溶体化焼鈍域である１０００〜１１００℃で焼鈍することがより好ましい。
酸化皮膜１ａの厚みは２ｎｍ以上である。酸化皮膜１ａの厚みが２ｎｍ未満であると、樹脂との密着性を向上させる効果を十分に得ることができない。また、酸化皮膜１ａの厚みは５ｎｍ以下であることが好ましい。酸化皮膜１ａの厚みが５ｎｍを超えると、テンパーカラー発生の原因となり審美性が低下するためである。
また、電池外装用ステンレス箔１の圧延方向に対して直交する方向における算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）は、０．０２μｍ以上０．１μｍ未満である。
電池外装用ステンレス箔１の表面（つまり、酸化皮膜１ａの表面）に樹脂をラミネート被覆する際に樹脂と酸化皮膜１ａとの間に空気が巻き込まれた場合、電池外装用ステンレス箔１を用いた二次電池の充電時に温度が高くなると、樹脂と酸化皮膜１ａとの間の空気が膨張し、樹脂の剥離が発生する可能性がある。そのため、酸化皮膜１ａと樹脂との間に空気が巻き込まれないように、樹脂をラミネート被覆する際におけるラミネートロールのニップ線圧（樹脂を酸化皮膜１ａに押し付ける圧力）を高める必要がある。ニップ線圧を高める場合には、所望の樹脂厚みよりも薄くなることを防止するために、樹脂量を適宜調整する必要がある。しかしながら、酸化皮膜１ａを有する電池外装用ステンレス箔１の算術平均粗さＲａを０．１μｍ未満にすることにより、樹脂をラミネート被覆する際におけるラミネートロールのニップ線圧が低くても、樹脂と酸化皮膜１ａとの間に空気が巻き込まれにくくなり、当該空気に起因した樹脂の剥離を防止することができる。また、ニップ線圧を高める必要がないため、所望の樹脂厚みを得やすくなる。
また、電池外装用ステンレス箔１の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上であると、樹脂との界面を形成する酸化皮膜１ａの表面の微細な凹部に電解液が浸透して溜まりやすく、電解液浸漬後における樹脂と酸化皮膜１ａとの密着性の低下が生じる可能性がある。しかしながら、電池外装用ステンレス箔１の算術平均粗さＲａを０．１μｍ未満とすることで、電解液浸漬後における樹脂と酸化皮膜１ａとの密着性の低下を抑制できる。
なお、電池外装用ステンレス箔１の算術平均粗さＲａは、圧延工程で用いる圧延ロールの表面粗度、または、圧延後の研磨工程により調整することができる。０．０２μｍ以上の算術平均粗さＲａであれば、圧延後の研磨工程がなくても、圧延工程における圧延ロールの表面粗度を適宜選択することにより容易に実現することができる。
なお、酸化皮膜１ａの厚みは数ｎｍオーダーであり、酸化皮膜１ａを形成する焼鈍工程前のステンレス箔の算術平均粗さＲａがそのまま焼鈍工程後も維持される。
また、電池外装用ステンレス箔１には化成処理が行われていてもよい。化成処理膜を形成することで、樹脂との密着性がより優れた電池外装用ステンレス箔１を得ることができる。化成処理膜の種類および塗布方法は特に限定されるものではない。例えば、化成処理膜の一般的な種類である、クロメート処理によるクロム系化成処理膜や、シランカップリング剤などを用いてもよい。また、塗布方法の一般的な方法である、浸漬法、スプレー法、ロールコート法、バーコート法などを用いてもよい。ただし、塗布量管理の観点から、ロールコート法およびバーコート法がより好ましい。
電池外装用ステンレス箔１の両面または片面には、酸化皮膜１ａの表面上に、ポリオレフィン系やポリエステル系などの樹脂がラミネート被覆される。ラミネート被覆される樹脂は、耐薬品性の高いポリプロピレンやポリエチレンテレフタラートを主成分とした樹脂組成物であり、電解液と接する面に特に用いられる。また、ラミネート被覆される樹脂は、主成分がポリプロピレンやポリエチレンテレフタラートであればよく、官能基を導入または酸変性した変性樹脂などが共重合されていてもよい。共重合組成としては、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタラートが５０質量％以上であることが好ましい。
電池外装用ステンレス箔１に樹脂をラミネート被覆する方法は、特に限定されるものではないが、一般的な方法として、電池外装用ステンレス箔１に接着剤を塗布し、フィルム状の樹脂を熱圧着にて被覆する熱ラミネート法や、電池外装用ステンレス箔１に接着剤を塗布し、Ｔダイ付の押出し機で溶融した樹脂を押出し直後に被覆する押出しラミネート法などがある。
上記のように樹脂を被覆した電池外装用ステンレス箔１をプレス加工することで電池容器の形状に成形することができる。プレス加工方法は特に限定されるものではないが、一般的な方法として、張り出し加工、絞り加工などを用いればよい。電池容器の形状は、直方体の角筒形状や円筒形状など、特に限定されない。
本実施形態の電池外装用ステンレス箔１を用いて二次電池を製造するには、上記のように成形加工して得られた電池容器に、正極や負極、セパレータなどの電池素子、電解液などの電池内容部を収容し、熱融着により接着すればよい。二次電池の種類は、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など、特に限定されない。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上記説明において開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
以下、本発明に係る電池外装用ステンレス箔の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
＜実施例１〜５、比較例１〜４＞
表１に示す成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＳＵＳ３０４のステンレス鋼板を冷間圧延し、厚さ２０μｍのステンレス箔を得た。
表１に示す成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＳＵＳ３０４のステンレス鋼板を冷間圧延し、厚さ２０μｍのステンレス箔を得た。
圧延工程後のステンレス箔の表面における、圧延方向に対して直交する方向の算術表面粗さＲａを触針式表面粗さ測定機を用いて測定したところ、Ｒａ＝０．０５μｍであった。
次に、圧延工程により得られた圧延ステンレス箔を表２に示す複数の条件にて焼鈍することで実施例１〜５および比較例１〜４に係る電池外装用ステンレス箔を製造し、各電池外装用ステンレス箔表面の酸化皮膜の元素比率および厚みを分析した。
酸化皮膜における含有元素であるＦｅ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎの含有率はＸ線光電子分光分析（島津製作所製；ＡＸＩＳ ＮＯＶＡ）を用いてＸ線源ＭｇＫαにて分析した。各元素のスペクトルについて、金属結合および酸化物、水酸化物の結合エネルギーに相当するピークを分離し、それぞれの積分強度を算出した。Ｆｅのスペクトルの一例を図２に示す。Ｆｅ金属結合を除き、Ｆｅの酸化物および水酸化物に対応するピークの積分強度の和をＦｅ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎそれぞれの酸化物および水酸化物に対応するピークの積分強度の和で割った値を酸化皮膜中のＦｅ含有率（ｍｏｌ％）とした。他元素においても同様の方法で含有率を算出した。
酸化皮膜の厚みは、次の手順により測定した。オージェ電子分光分析（ＪＥＯＬ社製；ＪＡＭＰ−９５００Ｆ）を用いて電子線を照射し、Ｆｅ、Ｏのオージェ遷移過程によって発生するオージェ電子の運動エネルギー強度を５０μｍ２の分析範囲にて測定した。各スペクトルの強度値に基づく定量分析とＡｒイオン銃によるエッチングを行い、ＳｉＯ２の標準試料を用いてスパッタリング速度を厚み換算した分析深さとＦｅおよびＯの元素比率との関係を求めた。図３は、分析深さとＦｅおよびＯの元素比率との関係を示すグラフの一例である。得られたＦｅとＯの曲線が交わった位置の分析深さを酸化皮膜の厚みとした。
次に、上記のようにして製造された実施例１〜５および比較例１〜４に係る電池外装用ステンレス箔の温度が１００℃になるようにオーブンで加熱した後、その片面に厚さ３０μｍの酸変性ポリプロピレンフィルム（アドマーＱＥ０６０＃３０、東セロ株式会社製）を６．５Ｎ／ｍｍのニップ線圧で熱ラミネート法にて仮ラミネートし、さらに仮ラミネートした電池外装用ステンレス箔を１６０℃のオーブンで６０秒間加熱して、積層体を作製した。
上記積層体について、張り出し加工を５０×５０ｍｍの面積で行い、以下の基準にて加工性を評価した。
◎：張り出し高さが５ｍｍ以上においても、電池外装用ステンレス箔の割れが生じない。
○：張り出し高さが３ｍｍ以上５ｍｍ未満において、電池外装用ステンレス箔に割れが生じる。
×：張り出し高さが３ｍｍ未満において、電池外装用ステンレス箔に割れが生じる。
◎：張り出し高さが５ｍｍ以上においても、電池外装用ステンレス箔の割れが生じない。
○：張り出し高さが３ｍｍ以上５ｍｍ未満において、電池外装用ステンレス箔に割れが生じる。
×：張り出し高さが３ｍｍ未満において、電池外装用ステンレス箔に割れが生じる。
また、上記積層体について、酸変性ポリプロピレンフィルムと電池外装用ステンレス箔との密着性を、冷熱衝撃試験および電解液浸漬試験にて評価した。
冷熱衝撃試験は、積層体の環境を低温状態と高温状態とに交互に繰り返すことで温度変化を与え、当該温度変化にともなう膨張と収縮により、異種材料の接合部の膨張率の違いから生じる応力にて剥離などを評価する方法である。ここでは、１２０℃×１時間、−４０℃×１時間を１サイクルとし、３００サイクルの冷熱衝撃試験前後で９０°ピール試験（剥離試験）を行い、以下のように酸変性ポリプロピレンフィルムと電池外装用ステンレス箔との密着性を評価した。
◎：冷熱衝撃試験後のピール強度が、試験前の８０％以上。
○：冷熱衝撃試験後のピール強度が、試験前の４０％以上８０％未満。
×：冷熱衝撃試験後のピール強度が、試験前の４０％未満。
◎：冷熱衝撃試験後のピール強度が、試験前の８０％以上。
○：冷熱衝撃試験後のピール強度が、試験前の４０％以上８０％未満。
×：冷熱衝撃試験後のピール強度が、試験前の４０％未満。
電解液浸漬試験は、上記積層体を電解液に浸漬し、電解液が浸透した際の酸変性ポリプロピレンフィルムと電池外装用ステンレス箔との密着性を評価する方法である。酸変性ポリプロピレンフィルムを被覆した電池外装用ステンレス箔に旧ＪＩＳ Ｋ５４００に従った切れ込みを入れて１００個の碁盤目を作製し、エチレンカーボネート（ＥＣ）／ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）／ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）＝１／１／１（体積比）の混合溶媒にＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌ溶解した６０℃の電解液に４８時間浸漬した。浸漬後、テープ剥離試験を行い、以下の基準にて密着性を評価した。
◎：カットの線に沿って剥離した樹脂が２０個以内。
○：カットの線に沿って剥離した樹脂が２０個以上４０個未満。
×：カットの線に沿って剥離した樹脂が４０個以上。
上記の加工性および密着性の評価結果を表３に示す。
◎：カットの線に沿って剥離した樹脂が２０個以内。
○：カットの線に沿って剥離した樹脂が２０個以上４０個未満。
×：カットの線に沿って剥離した樹脂が４０個以上。
上記の加工性および密着性の評価結果を表３に示す。
表３に示されるように、Ｆｅを４０ｍｏｌ％以上、ＣｒをＦｅより少なく、Ｓｉを４０ｍｏｌ％以下含有する酸化皮膜を有するとともに、酸化皮膜の厚みが２ｎｍ以上である実施例１〜５では、加工性および密着性の評価結果が○または◎であった。実施例５では、焼鈍温度が比較的低く、酸化皮膜のＦｅ含有率が下限値４０ｍｏｌ％に近く、かつ、Ｓｉ含有率が上限値４０ｍｏｌ％に近いため、他の実施例１〜４に比べて、加工性および電解液浸漬後の密着性で劣る結果となった。
比較例１では、焼鈍温度が９００℃未満とさらに低く、酸化皮膜のＦｅ含有率が４０ｍｏｌ％を下回り、かつ、Ｓｉ含有率が４０ｍｏｌ％を超えたため、加工性および電解液浸漬後の密着性で×の評価結果となった。また、酸化物の標準生成エネルギーがＦｅよりも低いＣｒをＦｅよりも多く含有するため、冷熱衝撃試験後の密着性が実施例１〜５よりも劣る結果となった。
比較例２，３では、焼鈍温度は９００℃を超えるものの、露点またはＨ２分圧の還元条件が実施例１〜５に比べて低く、酸化皮膜のＳｉ含有率が４０ｍｏｌ％を超えたため、電解液浸漬後の密着性で×の評価結果となった。また、比較例２では、ＣｒをＦｅよりも多く含有するため冷熱衝撃試験後の密着性が実施例１〜５よりも劣る結果となった。
比較例４では、焼鈍における還元条件が実施例１〜５に比べて高いため、酸化皮膜の厚みが１ｎｍと薄く、密着性を確保することができなかった。
＜実施例６，７，比較例５＞
ステンレス鋼板を冷間圧延する際に、仕上げ粗さが異なる圧延ロールを用いる点を除いて上記の実施例１と同様の条件で、実施例６、実施例７および比較例５に係る電池外装用ステンレス箔を得た。圧延工程後の圧延ステンレス箔における、圧延方向に対して直交する方向の算術表面粗さＲａを表４に記す。また、焼鈍工程後の電池外装用ステンレス箔における酸化皮膜の組成および厚みの分析結果も合わせて表４に示す。
ステンレス鋼板を冷間圧延する際に、仕上げ粗さが異なる圧延ロールを用いる点を除いて上記の実施例１と同様の条件で、実施例６、実施例７および比較例５に係る電池外装用ステンレス箔を得た。圧延工程後の圧延ステンレス箔における、圧延方向に対して直交する方向の算術表面粗さＲａを表４に記す。また、焼鈍工程後の電池外装用ステンレス箔における酸化皮膜の組成および厚みの分析結果も合わせて表４に示す。
次に、上記のようにして製造された実施例１、実施例６、実施例７および比較例５に係る電池外装用ステンレス箔の片面に酸変性ポリプロピレンフィルムを熱ラミネート法にて被覆し、上記と同様に、加工性および密着性について評価した。ただし、ラミネートロールのニップ線圧を３．５Ｎ／ｍｍと低い値に設定してラミネート被覆した。表４に、加工性および密着性の評価結果を示す。
表４に示されるように、電池外装用ステンレス箔の算術表面粗さＲａが大きくなるにつれて密着性が低下し、Ｒａが０．１μｍ未満で密着性が○または◎になることがわかった。このことから、電池外装用ステンレス箔の算術表面粗さＲａを０．１μｍ未満とすることで、樹脂をラミネート被覆する際におけるラミネートロールのニップ線圧が比較的低くても、樹脂と酸化皮膜との間に空気が巻き込まれにくくなり、当該空気に起因した樹脂の剥離を防止できることが確認できた。また、電解液が樹脂と酸化皮膜の間に浸透し、電解液浸漬試験後に浸透した電解液が大気中の水分と反応しフッ化水素が生成されることで密着性が低下することを防止できることが確認できた。
なお、算術表面粗さＲａが０．１μｍ以上である比較例５の場合、樹脂のラミネート被覆の際のニップ線圧を９．０Ｎ／ｍｍと高くすることで、空気が巻き込まれにくくなり、冷熱衝撃試験が○となるが、電解液が樹脂とステンレス箔表面の微細な凹部に浸透し、浸透した電解液が大気中の水分と反応しフッ化水素が生成されることで密着性が低下するため電解液浸漬試験は×であった。
本発明は、例えばニッケル−カドニウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン二次電池などの二次電池の容器に利用することができる。
１ 電池外装用ステンレス箔
１ａ 酸化皮膜
１ａ 酸化皮膜
Claims (3)
- Ｆｅを４０ｍｏｌ％以上、ＣｒをＦｅより少なく、Ｓｉを４０ｍｏｌ％以下含有し、厚みが２ｎｍ以上の酸化皮膜を有し、
圧延方向に直交する方向の算術平均粗さＲａが０．０２μｍ以上０．１μｍ未満である電池外装用ステンレス箔。 - 前記酸化皮膜の厚みが５ｎｍ以下である請求項１に記載の電池外装用ステンレス箔。
- 請求項１または２に記載の電池外装用ステンレス箔の製造方法であって、
圧延方向に直交する方向の算術平均粗さＲａが０．０２μｍ以上０．１μｍ未満である圧延ステンレス箔を得る工程と、
露点−４０〜−６０℃かつＨ２分圧７５％以上の還元雰囲気下にて９００〜１１８０℃で前記圧延ステンレス箔を焼鈍して前記酸化皮膜を形成する工程とを含む、電池外装用ステンレス箔の製造方法。
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