JP6232302B2 - リチウムイオン電池用電極タブの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)
CuまたはCu合金の表面にNiめっきを施し、次にNiめっきの表面に厚さ1〜10nmの三価Cr化成処理を形成することを特徴とするリチウム電池用電極タブ材の製造方法。
(2)
Niめっきが光沢剤を添加しない無光沢Niめっきであることを特徴とする(1)に記載のリチウム電池用電極タブ材の製造方法。
(3)
Niめっきの厚さが0.3〜5.0μmであることを特徴とする(1)または(2)に記載のリチウム電池用電極タブ材の製造方法。
(4)
Niめっき断面のめっき組織の大きさが0.05μm以上であることを特徴とする請求項1〜3に記載のリチウム電池用電極タブ材の製造方法。
(11)
CuまたはCu合金からなる基材と、
CuまたはCu合金の表面に設けられたNiめっき層と、
Niめっき層の表面に設けられた三価Cr化成処理層とを含む、リチウム電池用電極タブ材。
(12)
Niめっき層が、光沢剤を添加しない無光沢Niめっきによって設けられたNiめっき層である、(11)に記載のリチウム電池用電極タブ材。
(13)
Niめっき層の厚さが0.3〜5.0μmである、(11)または(12)に記載のリチウム電池用電極タブ材。
(14)
Niめっき層の断面のめっき組織の大きさが0.05μm以上である、(11)〜(13)のいずれかに記載のリチウム電池用電極タブ材。
(15)
三価Cr化成処理層が、三価クロムを含有する溶液中に浸漬されて設けられた層である、(11)〜(14)のいずれかに記載のリチウム電池用電極タブ材。
(16)
三価Cr化成処理層の厚さが1〜10nmである、(11)〜(15)のいずれかに記載のリチウム電池用電極タブ材。
本発明に係るリチウムイオン電池用電極タブ材は、CuおよびCu合金の表面にNiめっきを施し、さらにNiめっき表面に三価クロム化成処理皮膜を形成する製造方法によって、製造することができる。
リチウム電池用電極タブ材の基材として、CuおよびCu合金の条材を使用することができる。CuおよびCu合金を例として、無酸素銅、タフピッチ銅、丹銅、リン青銅、黄銅、コルソン銅などが挙げられる。CuおよびCu合金は導電性に優れまた耐食性も比較的良好であるため、電極タブ材として好都合である。CuおよびCu合金の種類について制限はないが、比較的大電流を流すタイプの電池のタブ材には、無酸素銅やタフピッチ銅などの高導電材料が好ましい。これらの材料は圧延等により厚さ0.1〜0.8mm程度の薄板に加工し、さらにスリット加工し、幅3〜100mm程度の条とする。さらに必要に応じ、連続プレスにより部分的に穴が開いた形状の条に加工する。三価クロム化成処理後の条は切断されるが、プレスで穴を開けている箇所では材料断面にもNiめっきと化成処理が施されているため、耐食性がより向上する。タブ材に部分的に耐食性をアップさせたい箇所がある場合は、上述のように基材をプレスした後にめっきと化成処理を行うとよい。
本発明の製造方法では、CuおよびCu合金の表面にNiめっきを行う。Niめっきを行う理由は、タブ材の耐食性を向上させるためと、タブ材を他の材料と溶接する際の溶接性を向上させるためである。NiめっきはCuまたはCu合金条を用い、連続めっきライン(フープめっきライン)でめっきする。めっきラインでは、前処理として電解脱脂、酸洗を行い、続いて電解Niめっきを行う。Niめっき液は、ウッド浴やスルファミン酸浴など工業的に用いられているめっき液を用いることができる。めっき液にはサッカリン等の光沢剤を添加することができるが、耐食性を重視する場合には光沢剤を添加しながらめっき液を使用して無光沢めっき皮膜を形成するとよい。この理由は、光沢剤の成分である硫黄を含有する有機化合物がめっき皮膜中に取り込まれることにより、Niめっきの耐食性が低下するためである。Niめっき厚みとしては、例えば0.2〜7.0μmとすることができ、0.3〜5.0μmが好ましく、より好ましくは0.5〜3.0μmである。Niめっき厚さが0.2μm未満ではめっき皮膜のピンホールが多くなり耐食性が悪くなる。一方Niめっき厚さが7μmを超えると耐食性の効果が飽和する一方で、めっきの曲げ性が悪くなるという問題が生じる。一方,Niめっき後にめっき皮膜をFIB(Focused Ion Beam)等で切断すると、めっき断面の組織を観察することができる。この断面組織の大小がめっきの耐食性等に影響を及ぼすことが確認されている。具体的にはめっき組織の大きさが0.02μm未満では耐食性が悪くなり、まためっきの曲げ性も悪くなる。めっきの曲げ性評価は、タブ材を曲げた際に曲げ部に発生するクラックの有無、大きさを観察して行う。Niめっき組織が0.02μm以上のタブ材では,曲げ半径を小さくして曲げてもクラックが発生しにくいことが確認された。Niめっき組織の大きさに特に上限はないが、例えば、1.0μm以下、0.5μm以下、0.3μm以下とすることができる。
三価クロム化成処理は、三価クロムを含有する溶液中に、金属材を浸漬し、浸漬された金属材を乾燥することによって、行うことができる。三価クロム化成処理は、このような浸漬の工程、及び乾燥の工程という簡素な工程によって行うことができるために、従来の技術において必要となるような、樹脂についての樹脂硬化工程、端子部についての、部分塗布工程、あるいはマスキング工程、あるいは皮膜剥離工程、あるいは研磨工程などを含む複雑な工程は、本質的に必要がない。
本発明によるリチウムイオン電池用電極タブ材は、化成処理後の適切な形状とすることによって、そのままリチウムイオン電池用電極タブとして、使用することができる。またすでに説明したように、めっき前に適切な形状にプレス加工し、その後Niめっき、三価クロム化成処理を行ってもよい。電極タブとしてリチウムイオン電池に組み込まれる場合には、所望により、適切な形状となった電極タブに対して、接着テープの貼り合わせや、接着剤の塗布を、その表面に対して行うことができ、また、必要に応じて正極又は負極への電気的な接続等を、行うことができる。
〔CuおよびCu合金〕
タブ材の基材となるCuおよびCu合金として、タフピッチ銅(C1100)、リン青銅(C5200)、コルソン銅(C7025)を用いた。これらの銅合金を厚さ0.2mm、幅30mm、長さ100mmの短冊し、これらにNiめっき、三価クロム化成処理を行って評価用試験片とした。
無光沢Niめっきは、めっき液としてスルファミン酸浴(スルファミン酸ニッケルとホウ酸を含有、液温55℃)を使用し、厚さ1μmのめっき皮膜を形成した。半光沢Niめっきは、めっき液として無光沢Niめっき液にサッカリンを1.2g/L添加した液を使用し、厚さ1μmのめっき皮膜を形成した。光沢Niめっきは、めっき液として半光沢Niめっき液に1,4ブチンジオールを0.6g/L添加しためっき液を使用し、厚さ1μmのめっき皮膜を形成した。
三価クロム化成処理は市販の処理液(40℃,pH4.5)を用い、処理液の中にNiめっき後の試料を浸漬させて処理した。三価クロム化成膜の厚さは、浸漬時間を変えることで調整した。
三価クロム化成処理被膜(クロメート層)の厚さは、三価クロム化成処理された試験片の表面に対して、AES(JEOL製JAMP-7800F)による深さ方向分析を行って決定した。
Niめっき皮膜断面観察は、FIB(SII製ナノテクノロジー製SMI−4500)を使用して行った。この観察で得られた断面像(27000倍で撮影)をもとに、めっき組織の大きさを測定した。測定は断面像から30個のめっき組織を任意に選び、組織の短辺と長辺の長さを測定し、これらの平均値をめっき組織の大きさとした。次に30個の組織について同様に大きさを求め、30個の平均値を各試料の組織の大きさ(代表値)とした。
まずリチウム電池の電解液として一般的に使用されているエチレンカーボネート+ジメチルカーボネート+ジエチルカーボネート液(1:1:1)にLiPF6を1mol/L添加し、次に純水を1000ppm添加した腐食液を準備した。次にこの液に各試料を浸漬させ60℃の恒温槽の中に72時間放置した。
上記腐食試験実施後の試料を腐食液から取出して洗浄、乾燥させ、試験片表面の外観を光学顕微鏡(20〜200倍)で観察して評価した。腐食が観察された場合には×(バツ)、腐食が観察されなかった場合には○(マル)と評価した。
上記のように三価クロム化成処理した試験片、及び対照試験用の試験片を用意して、これらの接触抵抗を、測定した。接触抵抗は、JIS C 5402 5.3に準拠し、ロレスタ2端子法APプローブを使用して、直流抵抗として、測定した。
曲げ試験は、W型の金型を用いて三価化成処理後の試料を曲げ半径1.0mmで曲げ、曲げた箇所を光学顕微鏡(500倍)で観察し、めっき割れの有無、割れの大きさを評価した。
本発明の製造方法で作製した実施例1〜13のリチウムイオン電池用電極タブでは、比較的良好な耐食性、低接触抵抗が得られた。一方比較例1〜3では、電極タブの耐食性が劣るか、接触抵抗が高い、という評価結果が得られた。
3 接着層
5 外装体
7 集電体
9 リチウムイオン電池内部
Claims (8)
- CuまたはCu合金の表面にNiめっきを施し、次にNiめっきの表面に厚さ1〜10nmの三価Cr化成処理を形成すること、Niめっき断面のめっき組織の大きさが0.05μm以上であることを特徴とするリチウム電池用電極タブ材の製造方法。
- Niめっきが光沢剤を添加しない無光沢Niめっきであることを特徴とする請求項1に記載のリチウム電池用電極タブ材の製造方法。
- Niめっきの厚さが0.3〜5.0μmであることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウム電池用電極タブ材の製造方法。
- CuまたはCu合金からなる基材と、
CuまたはCu合金の表面に設けられたNiめっき層と、
Niめっき層の表面に設けられた三価Cr化成処理層とを含み、
Niめっき層の断面のめっき組織の大きさが0.05μm以上である、リチウム電池用電極タブ材。 - Niめっき層が、光沢剤を添加しない無光沢Niめっきによって設けられたNiめっき層である、請求項4に記載のリチウム電池用電極タブ材。
- Niめっき層の厚さが0.3〜5.0μmである、請求項4または5に記載のリチウム電池用電極タブ材。
- 三価Cr化成処理層が、三価クロムを含有する溶液中に浸漬されて設けられた層である、請求項4〜6のいずれかに記載のリチウム電池用電極タブ材。
- 三価Cr化成処理層の厚さが1〜10nmである、請求項4〜7のいずれかに記載のリチウム電池用電極タブ材。
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