JP6528814B2 - Clad material and electrode for battery current collector - Google Patents

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Description

この発明は、電池集電体用クラッド材およびその電池集電体用クラッド材を用いた電極に関する。   The present invention relates to a clad material for a battery current collector and an electrode using the clad material for a battery current collector.

従来、Al基合金から構成される層とCu基合金から構成される層とが接合されたクラッド材からなる電池集電体用クラッド材が知られている(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, a clad material for a battery current collector is known which is a clad material in which a layer composed of an Al-based alloy and a layer composed of a Cu-based alloy are joined (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1には、20μmの厚みを有するアルミニウム箔と、10μmの厚みを有する銅箔とを圧延加工したクラッド材からなる電池集電体用クラッド材(バイポーラ型電極)を備えるバイポーラ型のリチウムイオン二次電池が開示されている。なお、アルミニウム箔と銅箔との合計の厚みに対するアルミニウム箔の厚みの比率は、約67%(=(20/(20+10))×100)である。   In Patent Document 1, a lithium battery of a bipolar type provided with a clad material for a battery current collector (bipolar electrode) made of a clad material obtained by rolling an aluminum foil having a thickness of 20 μm and a copper foil having a thickness of 10 μm. An ion secondary battery is disclosed. The ratio of the thickness of the aluminum foil to the total thickness of the aluminum foil and the copper foil is about 67% (= (20 / (20 + 10)) × 100).

しかしながら、上記特許文献1に記載の電池集電体用クラッド材では、アルミニウム箔の厚みの比率が約67%と大きいため、アルミニウム箔と銅箔とを圧延により接合する際に、アルミニウム箔が銅箔よりも塑性変形しやすいことに起因して、アルミニウム箔側が銅箔側よりも延ばされる。この結果、電池集電体用クラッド材のアルミニウム箔側が凸になるように大きく反ってしまうという不都合がある。また、電池集電体用クラッド材に対して熱処理を行って焼鈍した後に室温まで冷却した場合には、アルミニウム箔の熱膨張係数が銅箔の熱膨張係数よりも大きいことに起因して、熱処理後の冷却時において、厚みの大きなアルミニウム箔の熱収縮が大きく影響してしまう。このため、電池集電体用クラッド材のアルミニウム箔側が凹になるように大きく反ってしまうという不都合もある。   However, in the clad material for a battery current collector described in Patent Document 1, since the ratio of the thickness of the aluminum foil is as large as about 67%, when the aluminum foil and the copper foil are joined by rolling, the aluminum foil is copper. The aluminum foil side is extended more than the copper foil side due to plastic deformation being easier than the foil. As a result, there is a disadvantage that the aluminum foil side of the battery current collector clad is largely warped to be convex. In addition, when the battery current collector clad material is heat treated and annealed, and then cooled to room temperature, the thermal expansion coefficient of the aluminum foil is greater than the thermal expansion coefficient of the copper foil, so the heat treatment is performed. At the time of subsequent cooling, the thermal contraction of the thick aluminum foil has a great influence. For this reason, there is also a disadvantage that the aluminum foil side of the battery current collector clad is largely warped to be concave.

従来では、上記のような不都合を解決するために、下記の特許文献2では、表面が粗化された50μm以下の厚みを有するステンレス箔からなる集電体を備えるバイポーラ型のリチウムイオン二次電池が提案されている。この提案された従来のステンレス箔からなる集電体は、クラッド材ではないため、圧延時や熱処理後の冷却時において大きな反りが生じるのを抑制することが可能である。   Conventionally, in order to solve the above-mentioned disadvantages, in Patent Document 2 below, a bipolar lithium ion secondary battery including a current collector made of a stainless steel foil having a surface roughened and having a thickness of 50 μm or less Has been proposed. Since the proposed current collector made of the conventional stainless steel foil is not a clad material, it is possible to suppress the occurrence of large warpage during rolling or cooling after heat treatment.

特開平8−7926号公報JP-A-8-7926 特開2010−33768号公報JP, 2010-33768, A

しかしながら、上記特許文献2に記載のステンレス箔からなる集電体では、大きな反りが生じるのを抑制することが可能である一方で、ステンレスが硬質の金属材料であるため、活物質を含むスラリーを集電体の粗化された表面に塗布して乾燥させた後に、ロールプレス加工により圧力を加える工程を経ることによって、集電体の粗化された表面に活物質を密着させるように固めたとしても、集電体の表面に活物質が十分に食い込まない。このため、活物質を集電体に十分に密着させることができないことにより、集電体と活物質との接触面積を大きくするのは困難であると考えられる。この結果、集電体と活物質との接触抵抗が大きくなってしまうと考えられる。したがって、従来では、大きな反りが生じるのを抑制し、かつ、活物質との接触抵抗が大きくなるのを抑制し得ることは困難であるという問題点がある。   However, in the current collector made of stainless steel foil described in Patent Document 2 described above, it is possible to suppress the occurrence of large warpage, but since stainless steel is a hard metal material, a slurry containing an active material is used. After applying and drying on the roughened surface of the current collector, it was solidified to adhere the active material to the roughened surface of the current collector by going through the process of applying pressure by roll pressing. Also, the active material does not bite into the surface of the current collector sufficiently. For this reason, it is thought that it is difficult to increase the contact area between the current collector and the active material, because the active material can not be sufficiently adhered to the current collector. As a result, it is considered that the contact resistance between the current collector and the active material is increased. Therefore, conventionally, there is a problem that it is difficult to suppress the occurrence of a large warpage and to suppress the increase in the contact resistance with the active material.

そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の1つの目的は、大きな反りが生じるのを抑制し、かつ、活物質との接触抵抗が大きくなるのを抑制することが可能な電池集電体用クラッド材およびその電池集電体用クラッド材を用いた電極を提供することである。   Therefore, the present invention has been made to solve the problems as described above, and one object of the present invention is to suppress the occurrence of large warpage and increase the contact resistance with the active material. It is an object of the present invention to provide a clad material for a battery current collector that can suppress the problem and an electrode using the clad material for the battery current collector.

本願発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、Al基合金から構成される第1層の厚みとCu基合金からなる第2層の厚みとの比率を調整すること、および、ヤング率の高い芯材層を設けることにより、上記課題を解決可能であることを見出した。   The inventors of the present application have intensively studied to solve the above problems, and as a result, adjust the ratio of the thickness of the first layer composed of an Al-based alloy and the thickness of the second layer composed of a Cu-based alloy, It has been found that the above problem can be solved by providing a core material layer having a high Young's modulus.

つまり、本発明の第1の局面による電池集電体用クラッド材は、一方表面に配置され、Al基合金から構成される第1層と、他方表面に配置され、Cu基合金から構成される第2層と、第1層と第2層との間に配置され、150GPa以上のヤング率を有する芯材層とが圧延により接合されたクラッド材からなり、第1層と第2層との合計の厚みに対する第1層の厚みの比率は、50%以下であり、芯材層の厚みは、クラッド材の厚みの3分の1である。なお、「Al基合金」は、Al合金だけでなく99質量%以上のAlを含む純Alも含まれる広い概念である。また、「Cu基合金」は、Cu合金だけでなく99質量%以上のCuを含む純Cuも含まれる広い概念である。また、クラッド材が第1層を含むという規定から、第1層の厚みの比率が0%である場合(第1層が存在しない場合)は含まれない。 That is, the clad material for a battery current collector according to the first aspect of the present invention is disposed on one surface and is disposed on the first surface composed of an Al-based alloy and the other surface and composed of a Cu-based alloy The second layer and the core layer disposed between the first layer and the second layer and having a Young's modulus of 150 GPa or more are made of a clad material joined by rolling, and the first layer and the second layer The ratio of the thickness of the first layer to the total thickness is 50% or less, and the thickness of the core layer is one third of the thickness of the clad material. Note that “Al-based alloy” is a broad concept that includes not only Al alloys but also pure Al containing 99 mass% or more of Al. In addition, “Cu-based alloy” is a broad concept including not only Cu alloys but also pure Cu containing 99 mass% or more of Cu. Further, because the clad material includes the first layer, the case where the thickness ratio of the first layer is 0% (when the first layer does not exist) is not included.

本発明の第1の局面による電池集電体用クラッド材では、上記のように、クラッド材の第1層と第2層との間に、150GPa以上のヤング率を有する芯材層を配置する。これにより、塑性変形しやすいAl基合金からなる第1層の厚み比率が50%以下で、比較的大きい場合であっても、ヤング率が高く、クラッド材の剛性の向上に寄与する芯材層により、圧延時においてAl基合金に起因する反りの影響を小さくすることができる。この結果、電池集電体用クラッド材の第1層側が凸になるように大きく反るのを抑制することができる。また、熱処理後の冷却時においても、ヤング率が高く、クラッド材の剛性の向上に寄与する芯材層により、Al基合金の大きな熱収縮に起因する反りの影響を小さくすることができるので、電池集電体用クラッド材の第1層側が凹になるように大きく反るのを抑制することができる。これらの結果、電池集電体用クラッド材に大きな反りが生じるのを抑制することができる。また、電池集電体用クラッド材の一方表面に柔軟なAl基合金から構成される第1層を配置し、他方表面に柔軟なCu基合金から構成される第2層を配置することによって、一方表面および他方表面に活物質が配置される際に、従来のステンレスよりも柔軟なAl基合金およびCu基合金によって一方表面および他方表面に活物質を十分に密着させることができるので、活物質と電池集電体用クラッド材との接触面積を大きくすることができる。これにより、電池集電体用クラッド材と活物質との接触抵抗が大きくなるのを抑制することができる。さらに、柔軟な第1層および第2層を設けることによって、電池集電体用材が硬質なステンレス単板のみからなる場合と比べて、圧延加工性が低下するのを抑制することができる。これにより、効率的に電池集電体用クラッド材を製造することができるとともに、圧延加工によるコストを低減することができる。 In the clad material for a battery current collector according to the first aspect of the present invention, as described above, the core material layer having a Young's modulus of 150 GPa or more is disposed between the first layer and the second layer of the clad material. . Thereby, even if the thickness ratio of the first layer made of an Al-based alloy which is easily plastically deformed is 50% or less and is relatively large, the Young's modulus is high, and the core layer contributes to the improvement of the rigidity of the clad material Thus, the influence of warpage caused by the Al-based alloy can be reduced during rolling. As a result, it is possible to suppress large warpage so that the first layer side of the battery current collector clad material becomes convex. Further, even at the time of cooling after heat treatment, the core layer that has a high Young's modulus and contributes to the improvement of the rigidity of the clad material can reduce the influence of the warpage caused by the large thermal contraction of the Al-based alloy, It is possible to suppress large warpage so that the first layer side of the battery current collector clad material becomes concave. As a result of these, it is possible to suppress the occurrence of large warpage in the battery current collector clad material. Also, by disposing a first layer composed of a flexible Al-based alloy on one surface of the clad material for battery current collector, and disposing a second layer composed of a flexible Cu-based alloy on the other surface, When the active material is disposed on the one surface and the other surface, the active material can be sufficiently adhered to the one surface and the other surface by the Al-based alloy and the Cu-based alloy that are softer than conventional stainless steel. The contact area between the battery and the clad material for battery current collector can be increased. This can suppress an increase in the contact resistance between the battery current collector clad material and the active material. Furthermore, by providing the flexible first layer and the second layer, reduction in the rolling processability can be suppressed as compared with the case where the battery current collector material is made of only a hard single stainless steel plate. Thus, the can be efficiently manufactured a battery current collector clad material, Ru can reduce costs by rolling.

上記第1の局面による電池集電体用クラッド材において、好ましくは、芯材層は、Ni基合金またはFe基合金から構成されている。このように構成すれば、NiおよびFeのイオン化傾向は共にAlとCuとの間であるため、芯材層を主に構成する金属元素(NiまたはFe)と第1層を主に構成するAlとのイオン化傾向の差と、芯材層を主に構成する金属元素と第2層を主に構成するCuとのイオン化傾向の差とを共に小さくすることができる。これにより、Ni基合金またはFe基合金からなる芯材層と、Al基合金から構成される第1層との間で腐食が生じるのを抑制することができるとともに、芯材層とCu基合金から構成される第2層との間で腐食が生じるのを抑制することができる。また、芯材層としてNi基合金またはFe基合金を用いることによって、ヤング率が150GPa以上で、かつ、安価な芯材層を容易に得ることができる。なお、「Ni基合金」は、Ni合金だけではなく99質量%以上のNiを含む純Niも含まれる広い概念である。また、「Fe基合金」は、Fe合金だけではなく99質量%以上のFeを含む純Feも含まれる広い概念である。   In the clad material for a battery current collector according to the first aspect, preferably, the core layer is made of a Ni-based alloy or an Fe-based alloy. According to this structure, since the ionization tendency of Ni and Fe is both Al and Cu, the metal element (Ni or Fe) mainly constituting the core layer and the Al mainly constituting the first layer Both the difference in ionization tendency and the difference in ionization tendency between the metal element mainly constituting the core layer and Cu mainly constituting the second layer can be reduced. Thus, it is possible to suppress the occurrence of corrosion between the core layer made of Ni-based alloy or Fe-based alloy and the first layer made of Al-based alloy, and also the core layer and the Cu-based alloy It is possible to suppress the occurrence of corrosion with the second layer composed of In addition, by using a Ni-based alloy or an Fe-based alloy as the core layer, an inexpensive core layer having a Young's modulus of 150 GPa or more can be easily obtained. The "Ni-based alloy" is a broad concept including not only Ni alloys but also pure Ni containing 99% by mass or more of Ni. In addition, “Fe-based alloy” is a broad concept including not only Fe alloys but also pure Fe containing at least 99 mass% of Fe.

この場合、好ましくは、芯材層は、純NiまたはNbを含有するNi−Nb合金であるNi基合金から構成されている。このように構成すれば、純NiまたはNbを含有するNi−Nb合金はヤング率が高いので、クラッド材の剛性の向上に十分に寄与することができる。したがって、電池集電体用クラッド材に大きな反りが生じるのをより一層抑制することができる。   In this case, preferably, the core layer is made of a Ni-based alloy which is pure Ni or a Ni-Nb alloy containing Nb. According to this structure, since the Ni-Nb alloy containing pure Ni or Nb has a high Young's modulus, it can sufficiently contribute to the improvement of the rigidity of the clad material. Therefore, the occurrence of large warpage in the battery current collector clad material can be further suppressed.

上記第1の局面による電池集電体用クラッド材において、好ましくは、クラッド材の厚みは、100μm以下である。ここで、100μm以下の小さな厚みを有するクラッド材では一般的に反りが生じやすい。そこで、本発明では、第1層の厚みの比率を35%以下にするか、または、150GPa以上のヤング率を有する芯材層を設けることによって、反りが生じやすい100μm以下の小さな厚みの電池集電体用クラッド材において大きな反りが生じるのを抑制することができる。   In the clad material for a battery current collector according to the first aspect, the thickness of the clad material is preferably 100 μm or less. Here, in a clad material having a small thickness of 100 μm or less, warpage is generally likely to occur. Therefore, in the present invention, by setting the ratio of the thickness of the first layer to 35% or less, or by providing the core material layer having a Young's modulus of 150 GPa or more, a battery collection with a small thickness of 100 μm or less tends to occur. It is possible to suppress the occurrence of large warpage in the cladding material for a current collector.

上記第2の局面による電極は、上記第1の局面による電池集電体用クラッド材の一方表面上に正極活物質層が配置され、他方表面上に負極活物質層が配置されている。これにより、電池集電体用クラッド材を用いて、正極活物質層および負極活物質層がそれぞれ一方表面上および他方表面上に形成された、いわゆるバイポーラ型電極を形成することができる。また、活物質層を電池集電体用クラッド材の表面に形成して電極を形成する際には、活物質を含むスラリーを塗布した後に熱処理を行い、その後冷却する。この場合において、上記第1または第2の局面の構成のように、第1層の厚みの比率を35%以下にするか、または、150GPa以上のヤング率を有する芯材層を設けることによって、活物質層形成時における熱処理後の冷却時において、電池集電体用クラッド材(電極)に大きな反りが生じるのを抑制することができる。   In the electrode according to the second aspect, the positive electrode active material layer is disposed on one surface of the clad material for a battery current collector according to the first aspect, and the negative electrode active material layer is disposed on the other surface. Thus, it is possible to form a so-called bipolar electrode in which the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are formed on one surface and the other surface, respectively, using the battery current collector clad material. Moreover, when forming an active material layer on the surface of the clad material for battery current collectors, and forming an electrode, after apply | coating the slurry containing an active material, heat processing is performed and it cools after that. In this case, as in the configuration of the first or second aspect, by setting the ratio of the thickness of the first layer to 35% or less, or by providing a core layer having a Young's modulus of 150 GPa or more, At the time of cooling after the heat treatment at the time of forming the active material layer, it is possible to suppress the occurrence of large warpage in the battery current collector clad material (electrode).

本発明によれば、上記のように、活物質との接触抵抗が大きくなるのを抑制しつつ、大きな反りが生じるのを抑制することが可能な電池集電体用クラッド材およびその電池集電体用クラッド材を用いた電極を提供することができる。   According to the present invention, as described above, a clad material for a battery current collector capable of suppressing occurrence of a large warpage while suppressing an increase in contact resistance with an active material, and a battery current collector thereof An electrode using a body cladding material can be provided.

本発明の参考例による集電体用クラッド材を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the clad material for collectors by the reference example of this invention. 本発明の参考例による集電体用クラッド材を用いた電池を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the battery using the clad material for collectors by the reference example of this invention. 参考例の効果を確認するために行った幅方向の反り測定を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the curvature measurement of the width direction performed in order to confirm the effect of a reference example. 参考例の効果を確認するために行った長手方向の反り測定を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the curvature measurement of the longitudinal direction performed in order to confirm the effect of a reference example. 参考例の結果を示した表である。It is the table which showed the result of the reference example. 本発明の一実施形態による集電体用クラッド材を示した断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a current-collector clad material according to an embodiment of the present invention. 本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示した表である。It is the table | surface which showed the result of the Example performed in order to confirm the effect of this invention.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

(参考例)
まず、図1および図2を参照して、本発明の参考例による集電体用クラッド材1の構成について説明する。
(Reference example)
First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the clad material 1 for collectors by the reference example of this invention is demonstrated.

図1に示すように、本発明の参考例による集電体用クラッド材1は、二次電池101(図2参照)の集電体としての機能を有している。具体的には、集電体用クラッド材1は、厚み方向(Z方向)の一方側(Z1側)の表面1a上に正極活物質層2が形成されるとともに、他方側(Z2側)の表面1b上に負極活物質層3が形成されるように構成されている。そして、集電体用クラッド材1は、正極活物質層2または負極活物質層3のいずれか一方から発生した電気を他方に流すように構成されている。つまり、この集電体用クラッド材1は、正極活物質層2および負極活物質層3が形成された状態で、バイポーラ型電極100として機能するように構成されている。   As shown in FIG. 1, the clad material 1 for current collectors according to the reference example of the present invention has a function as a current collector of the secondary battery 101 (see FIG. 2). Specifically, the positive electrode active material layer 2 is formed on the surface 1a on one side (Z1 side) in the thickness direction (Z direction) of the current collector clad material 1 and on the other side (Z2 side). The negative electrode active material layer 3 is formed on the surface 1 b. And the clad material 1 for current collectors is comprised so that the electricity which generate | occur | produced from any one of the positive electrode active material layer 2 or the negative electrode active material layer 3 may be sent to the other. That is, the current collector clad material 1 is configured to function as the bipolar electrode 100 in the state where the positive electrode active material layer 2 and the negative electrode active material layer 3 are formed.

このバイポーラ型電極100は、図2に示すような二次電池101の中間電極として用いられるように構成されている。具体的には、二次電池101では、複数のバイポーラ型電極100は、ポリマー、酸化物または硫化物から構成された固体電解質104を介して厚み方向に積層されている。この際、バイポーラ型電極100同士は、固体電解質104を介して、互いに異なる極が厚み方向に対向するように配置されている。そして、最外層に配置された電極105および106から放電時に外部に電気(電力)が取り出されるとともに、充電時に外部から電気(電力)が供給されるように構成されている。これにより、バスバーを用いて電極同士を接続する必要がないので、複数の電池セルをバスバーを介して接続する場合と比べて、電気的損失を小さくすることが可能である。   The bipolar electrode 100 is configured to be used as an intermediate electrode of the secondary battery 101 as shown in FIG. Specifically, in the secondary battery 101, the plurality of bipolar electrodes 100 are stacked in the thickness direction via the solid electrolyte 104 made of a polymer, an oxide, or a sulfide. At this time, the bipolar electrodes 100 are arranged so that mutually different poles face each other in the thickness direction via the solid electrolyte 104. And while electricity (electric power) is taken out outside at the time of discharge from electrodes 105 and 106 arranged at the outermost layer, it is constituted so that electricity (electric power) may be supplied from the exterior at the time of charge. Thereby, since it is not necessary to connect electrodes using a bus-bar, it is possible to make an electrical loss small compared with the case where several battery cells are connected via a bus-bar.

集電体用クラッド材1は、図1に示すように、約100μm以下の厚みt1を有する箔状の部材である。なお、集電体用クラッド材1の厚みt1は、バイポーラ型電極100の厚みおよびそれを用いた二次電池101の厚みを小さくすることができるため、約50μm以下である方がより好ましい。集電体用クラッド材1の厚みt1が小さい場合には反りが生じやすくなるため、より本発明の効果(反りの発生を抑制する効果)が大きくなる。   As shown in FIG. 1, the current collector clad material 1 is a foil-like member having a thickness t1 of about 100 μm or less. The thickness t1 of the current-collector clad material 1 is preferably about 50 μm or less because the thickness of the bipolar electrode 100 and the thickness of the secondary battery 101 using the same can be reduced. When the thickness t1 of the current collector clad material 1 is small, warpage is likely to occur, so that the effect of the present invention (effect of suppressing the occurrence of warpage) is further enhanced.

また、集電体用クラッド材1は、Al基合金から構成されるAl層11と、Cu基合金から構成されるCu層12とが厚み方向に積層された状態で圧延されることによって互いに接合されている。つまり、集電体用クラッド材1は、2層構造のクラッド材からなる。なお、Al層11は、厚み方向の一方側(Z1側、正極活物質層2側)の表面1a側に配置されているとともに、Cu層12は、厚み方向の他方側(Z2側、負極活物質層3側)の表面1b側に配置されている。   In addition, the clad material 1 for current collector is joined to each other by rolling in a state where an Al layer 11 composed of an Al-based alloy and a Cu layer 12 composed of a Cu-based alloy are stacked in the thickness direction. It is done. That is, the current collector clad material 1 is formed of a two-layered clad material. The Al layer 11 is disposed on the surface 1a side on one side in the thickness direction (Z1 side, the positive electrode active material layer 2 side), and the Cu layer 12 is on the other side in the thickness direction (Z2 side, negative electrode active It is disposed on the surface 1 b side of the material layer 3 side).

また、Al層11を構成するAl基合金としては、A1050などの約99質量%以上のAlを含む純Alや、A3003などのAl−Mn合金、A5052などのAl−Mg合金、A6061などのAl−Mg−Si合金などを用いることが可能である。また、Cu層12を構成するCu基合金としては、C1020(無酸素銅)などの約99質量%以上のCuを含む純Cuや、C1940などのCu−Fe合金、Cu−Zr合金などを用いることが可能である。   In addition, as an Al-based alloy constituting the Al layer 11, pure Al containing about 99 mass% or more of Al such as A1050, an Al-Mn alloy such as A3003, an Al-Mg alloy such as A5052, Al such as A6061 It is possible to use an Mg-Si alloy or the like. In addition, as a Cu-based alloy forming the Cu layer 12, pure Cu containing about 99 mass% or more of Cu such as C1020 (oxygen-free copper), a Cu-Fe alloy such as C1940, a Cu-Zr alloy, etc. are used It is possible.

また、Al層11を構成するAl基合金は、Cu層12を構成するCu基合金と比べて、耐力が小さく塑性変形しやすい。また、Al基合金は、Cu基合金と比べて電気抵抗が大きい。具体的には、Al基合金の一例としてのA1050の20℃の電気抵抗率は、約28nΩ・mであり、Cu基合金の一例としてのC1020の20℃の電気抵抗率は、約17nΩ・mである。さらに、Al基合金は、Cu基合金と比べて熱膨張係数が大きい。具体的には、Al基合金の一例としてのA1050の熱膨張係数は、約23×10-6/Kであり、Cu基合金の一例としてのC1020の熱膨張係数は、約17×10-6/Kである。 In addition, the Al-based alloy forming the Al layer 11 has a smaller proof stress and is more likely to be plastically deformed than the Cu-based alloy forming the Cu layer 12. Also, the Al-based alloy has a larger electrical resistance than the Cu-based alloy. Specifically, the electrical resistivity at 20 ° C. of A1050 as an example of an Al-based alloy is about 28 nΩ · m, and the electrical resistivity at 20 ° C. of C1020 as an example of a Cu-based alloy is about 17 nΩ · m It is. Furthermore, the Al-based alloy has a larger thermal expansion coefficient than the Cu-based alloy. Specifically, the thermal expansion coefficient of A1050 as an example of an Al-based alloy is about 23 × 10 -6 / K, and the thermal expansion coefficient of C1020 as an example of a Cu-based alloy is about 17 × 10 -6 It is / K.

ここで、参考例では、Al層11の厚みt2とCu層12の厚みt3との合計の厚み(集電体用クラッド材1の厚みt1)に対するAl層11の厚みt2の比率が、35%以下になるように形成されている。これにより、後述するように集電体用クラッド材1に反りが生じるのを抑制することが可能である。また、電気抵抗の小さなCu基合金から構成されるCu層12の厚みt3を大きくすることができるので、集電体用クラッド材1の電気抵抗を小さくすることも可能である。なお、Al層11の厚みt2の比率は、約25%以下であるのがより好ましい。   Here, in the reference example, the ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 to the total thickness (the thickness t1 of the clad material 1 for current collector) of the thickness t2 of the Al layer 11 and the thickness t3 of the Cu layer 12 is 35% It is formed to be as follows. As a result, as described later, it is possible to suppress the occurrence of warpage in the current collector clad material 1. Further, since the thickness t3 of the Cu layer 12 formed of a Cu-based alloy having a small electric resistance can be increased, the electric resistance of the current collector clad material 1 can also be reduced. The ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 is more preferably about 25% or less.

次に、図1を参照して、参考例における集電体用クラッド材1の製造プロセスについて説明する。   Next, with reference to FIG. 1, a manufacturing process of the current collector clad material 1 in the reference example will be described.

まず、Al基合金から構成される長尺のAl板材(図示せず)と、Cu基合金から構成される長尺のCu板材(図示せず)とを準備する。なお、Al板材およびCu板材は、共に焼鈍されている。この際、圧延後において、Al層11の厚みt2とCu層12の厚みt3との合計の厚み(集電体用クラッド材1の厚みt1)に対するAl層11の厚みt2(図1参照)の比率が、35%以下になるように、Al板材の厚みとCu板材の厚みとを調整する。   First, a long Al plate (not shown) composed of an Al-based alloy and a long Cu plate (not shown) composed of a Cu-based alloy are prepared. The Al plate and the Cu plate are both annealed. Under the present circumstances, after rolling, thickness t2 (refer FIG. 1) of Al layer 11 with respect to total thickness (thickness t 1 of clad material 1 for current collectors) of thickness t 2 of Al layer 11 and thickness t 3 of Cu layer 12 The thickness of the Al plate and the thickness of the Cu plate are adjusted so that the ratio is 35% or less.

そして、長尺のAl板材とCu板材とを厚み方向(Z方向)に積層した状態で、Al板材およびCu板材の延びる方向に沿って所定の圧下率で圧延を行う。その後、圧延材を約500℃で拡散焼鈍する。これにより、Al板材とCu板材との界面に原子拡散や化合物形成などにより強固な接合が形成されて、Al層およびCu層が接合されたクラッド材が形成される。そして、クラッド材を約100μm以下の厚みt1になるように冷間圧延する。これにより、図1に示すように、Al層11とCu層12とが接合された、厚みt1を有する長尺の集電体用クラッド材1が製造される。なお、この冷間圧延の際に、塑性変形による残留応力がAl層11およびCu層12に発生する。   Then, in a state in which the long Al plate material and the Cu plate material are stacked in the thickness direction (Z direction), rolling is performed at a predetermined rolling reduction along the extending direction of the Al plate material and the Cu plate material. Thereafter, the rolled material is diffusion annealed at about 500.degree. As a result, a strong bond is formed at the interface between the Al plate and the Cu plate by atomic diffusion, compound formation, or the like, and a clad material in which an Al layer and a Cu layer are joined is formed. Then, the clad material is cold rolled to a thickness t1 of about 100 μm or less. Thereby, as shown in FIG. 1, the elongate collector material 1 for current collectors which has thickness t1 to which Al layer 11 and Cu layer 12 were joined is manufactured. During the cold rolling, residual stress due to plastic deformation is generated in the Al layer 11 and the Cu layer 12.

ここで、圧延時において、Al基合金はCu基合金よりも塑性変形しやすいため、Al層11はCu層12よりも延ばされる。しかしながら、参考例の集電体用クラッド材1では、圧延後のAl層11の厚み比率が35%以下であることによって、圧延時においてAl基合金に起因する反りの影響が小さくなる。これにより、幅方向(X方向)および長手方向(Y方向)の両方において、集電体用クラッド材1のAl層11側(Z1側)が凸になるように反るのが抑制される。   Here, at the time of rolling, since the Al-based alloy is more easily plastically deformed than the Cu-based alloy, the Al layer 11 is extended than the Cu layer 12. However, in the current collector clad material 1 of the reference example, when the thickness ratio of the Al layer 11 after rolling is 35% or less, the influence of the warpage due to the Al-based alloy is reduced at the time of rolling. Thereby, it is suppressed that the Al layer 11 side (Z1 side) of the clad material 1 for current collectors becomes convex in both the width direction (X direction) and the longitudinal direction (Y direction).

次に、図1および図2を参照して、参考例における二次電池101の製造プロセスについて説明する。   Next, with reference to FIGS. 1 and 2, a manufacturing process of the secondary battery 101 in the reference example will be described.

まず、長尺の集電体用クラッド材1のAl層11側(Z1側、図1参照)の表面1a上に、正極活物質、バインダーおよび溶媒が混合されたスラリーを塗布する。ここで、スラリー塗布時に、長尺の集電体用クラッド材1には長手方向(Y方向)に張力が加えられるため、長手方向の反りがある程度矯正される。したがって、このように長尺の集電体用クラッド材1にスラリーを塗布する場合においては、集電体用クラッド材1の幅方向(X方向)の反りの影響は長手方向の反りの影響よりも大きくなるので、特に、スラリー塗布時に影響の大きい幅方向の反りを十分に小さくするのがよい。一方で、予め切断した集電体用クラッド材1にスラリーを塗布する場合においては、集電体用クラッド材1の幅方向の反りの影響だけでなく、長手方向の反りの影響も大きくなると考えられるので、幅方向および長手方向の双方の反りを十分に小さくする必要がある。なお、参考例の集電体用クラッド材1では、幅方向および長手方向の双方の反りの発生が抑制されているので、集電体用クラッド材1の表面1a上に均一にスラリーを塗布することが可能である。   First, a slurry in which a positive electrode active material, a binder and a solvent are mixed is applied on the surface 1a of the long current collector clad material 1 on the Al layer 11 side (Z1 side, see FIG. 1). Here, since a tension is applied to the long current collector clad material 1 in the longitudinal direction (Y direction) at the time of slurry application, the warp in the longitudinal direction is corrected to some extent. Therefore, when the slurry is applied to the long current collector clad material 1 in this manner, the influence of the warpage in the width direction (X direction) of the current collector clad material 1 is due to the influence of the warpage in the longitudinal direction. In particular, it is preferable to sufficiently reduce the warpage in the width direction, which has a large influence on the slurry application. On the other hand, when the slurry is applied to the current collector clad material 1 cut in advance, it is considered that not only the influence of the warpage in the width direction of the current collector clad material 1 but also the influence of the warp in the longitudinal direction becomes large. Therefore, it is necessary to make the warpage in both the width direction and the longitudinal direction sufficiently small. In addition, in the clad material 1 for current collectors of the reference example, since generation of warpage in both the width direction and the longitudinal direction is suppressed, the slurry is uniformly applied on the surface 1a of the clad material 1 for current collectors. It is possible.

その後、所定の温度(約150℃)で熱処理を行うことによって、スラリーを乾燥させる。この熱処理時に、Al層11を構成するAl基合金が焼鈍されることによって、冷間圧延時に生じた残留応力が除去される。この結果、集電体用クラッド材1のAl層11側が凸の反りが小さくなる。   Thereafter, the slurry is dried by heat treatment at a predetermined temperature (about 150 ° C.). During the heat treatment, the Al-based alloy forming the Al layer 11 is annealed to remove residual stress generated during cold rolling. As a result, the convex warpage on the Al layer 11 side of the collector material for current collector 1 is reduced.

そして、熱処理後、集電体用クラッド材1を室温まで冷却する。これにより、図1に示すように、表面1a上に正極活物質層2が形成される。この冷却時に、Al基合金とCu基合金との熱収縮の差に起因して、Al層11がCu層12よりも収縮する。しかしながら、Al層11の厚み比率が35%以下であることによって、熱処理後の冷却時においてAl基合金の大きな熱収縮に起因する反りの影響が小さくなる。これにより、集電体用クラッド材1のAl層11側(Z1側)が凹になるように反るのが抑制される。   Then, after the heat treatment, the current collector clad material 1 is cooled to room temperature. Thereby, as shown in FIG. 1, the positive electrode active material layer 2 is formed on the surface 1a. During this cooling, the Al layer 11 contracts more than the Cu layer 12 due to the difference in thermal contraction between the Al-based alloy and the Cu-based alloy. However, when the thickness ratio of the Al layer 11 is 35% or less, the influence of the warpage due to the large thermal contraction of the Al-based alloy is reduced at the time of cooling after the heat treatment. Thereby, it is suppressed that the Al layer 11 side (Z1 side) of the clad material 1 for current collectors becomes concave.

また、正極活物質層2と同様に、Cu層12側(Z2側)の表面1b上に、負極活物質、バインダーおよび溶媒が混合されたスラリーを塗布して熱処理および冷却を行うことによって、表面1b上に負極活物質層3が形成される。なお、正極活物質層2および負極活物質層3を、集電体用クラッド材1の異なる表面1aおよび1bに同時に形成してもよい。これにより、長尺のバイポーラ型電極100が製造される。その後、長尺のバイポーラ型電極100を所定の大きさに切断する。なお、長尺のバイポーラ型電極100(集電体用クラッド材1)の切断は、集電体用クラッド材1にスラリーを塗布する前に行ってもよい。   Further, as in the case of the positive electrode active material layer 2, a slurry in which a negative electrode active material, a binder and a solvent are mixed is applied on the surface 1b on the Cu layer 12 side (Z2 side), and heat treatment and cooling are performed. The negative electrode active material layer 3 is formed on 1b. The positive electrode active material layer 2 and the negative electrode active material layer 3 may be simultaneously formed on different surfaces 1 a and 1 b of the current-collector clad material 1. Thus, a long bipolar electrode 100 is manufactured. Thereafter, the long bipolar electrode 100 is cut into a predetermined size. The cutting of the long bipolar electrode 100 (cladding material 1 for current collector) may be performed before applying the slurry to the cladding material 1 for current collector.

最後に、複数のバイポーラ型電極100とポリマー、酸化物または硫化物から構成された固体電解質104とを交互に積層させるとともに、Z1側の最外層に電極105を配置し、Z2側の最外層の電極106を配置する。これにより、図2に示す二次電池101が製造される。   Finally, a plurality of bipolar electrodes 100 and a solid electrolyte 104 composed of a polymer, an oxide, or a sulfide are alternately stacked, and the electrode 105 is disposed on the outermost layer on the Z1 side, and the outermost layer on the Z2 side The electrode 106 is placed. Thereby, the secondary battery 101 shown in FIG. 2 is manufactured.

参考例では、以下のような効果を得ることができる。   In the reference example, the following effects can be obtained.

参考例では、上記のように、圧延により接合された2層構造を有する集電体用クラッド材1において、Al基合金から構成されるAl層11とCu基合金から構成されるCu層12との合計の厚み(t1)に対するAl層11の厚みt2の比率を、35%以下にする。これにより、塑性変形しやすいAl基合金からなるAl層11の厚みt2の比率が35%以下で小さいので、圧延時においてAl基合金に起因する反りの影響を小さくすることができる。この結果、集電体用クラッド材1のAl層11側(Z1側)が凸になるように大きく反るのを抑制することができる。また、熱処理後の冷却時においてもAl基合金の大きな熱収縮に起因する反りの影響を小さくすることができるので、集電体用クラッド材1のAl層11側が凹になるように大きく反るのを抑制することができる。これらの結果、集電体用クラッド材1に大きな反りが生じるのを抑制することができる。   In the reference example, as described above, in the current collector clad material 1 having a two-layer structure joined by rolling, an Al layer 11 composed of an Al-based alloy and a Cu layer 12 composed of a Cu-based alloy The ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 to the total thickness (t1) of the above is 35% or less. Thus, the ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 made of an Al-based alloy which is easily plastically deformed is 35% or less, so that the influence of the warpage caused by the Al-based alloy can be reduced during rolling. As a result, it is possible to suppress large warpage so that the Al layer 11 side (Z1 side) of the collector material for current collector 1 is convex. In addition, since the influence of warpage due to the large thermal contraction of the Al-based alloy can be reduced even at the time of cooling after heat treatment, the side of the Al layer 11 of the clad material 1 for current collector is largely warped. Can be suppressed. As a result of these, it is possible to suppress the occurrence of large warpage in the current collector clad material 1.

また、参考例では、集電体用クラッド材1の表面1aに柔軟なAl基合金から構成されるAl層11を配置し、表面1bに柔軟なCu基合金から構成されるCu層12を配置する。これにより、表面1a上に正極活物質が配置される際に、従来のステンレスよりも柔軟なAl基合金によって表面1aに正極活物質を十分に密着させることができるので、正極活物質と集電体用クラッド材1との接触面積を大きくすることができる。また、表面1b上に負極活物質が配置される際に、従来のステンレスよりも柔軟なCu基合金によって表面1bに負極活物質を十分に密着させることができるので、負極活物質と集電体用クラッド材1との接触面積を大きくすることができる。この結果、集電体用クラッド材がSUSなどの硬質な金属材料からなる場合と比べて、集電体用クラッド材1と活物質(正極活物質および負極活物質)との接触抵抗が大きくなるのを抑制することができる。   In the reference example, an Al layer 11 composed of a flexible Al-based alloy is disposed on the surface 1 a of the collector material for current collector 1, and a Cu layer 12 composed of a flexible Cu-based alloy is disposed on the surface 1 b. Do. As a result, when the positive electrode active material is disposed on the surface 1a, the positive electrode active material can be sufficiently adhered to the surface 1a by an Al-based alloy that is softer than conventional stainless steel. The contact area with the body cladding material 1 can be increased. In addition, when the negative electrode active material is disposed on the surface 1b, the negative electrode active material can be sufficiently adhered to the surface 1b by a Cu-based alloy that is more flexible than conventional stainless steel. The contact area with the cladding material 1 can be increased. As a result, the contact resistance between the current collector clad material 1 and the active material (positive electrode active material and negative electrode active material) is increased compared to the case where the current collector clad material is made of a hard metal material such as SUS. Can be suppressed.

また、参考例では、厚みt1が約100μm以下であり、反りが生じやすい集電体用クラッド材1において、Al層11の厚みt2の比率を35%以下にすることによって、集電体用クラッド材1に大きな反りが生じるのを抑制することができる。   Further, in the reference example, in the current collector clad material 1 having a thickness t1 of about 100 μm or less and being susceptible to warpage, the ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 is 35% or less. It can suppress that a big curvature arises in material 1.

また、参考例では、表面1a上に正極活物質層2が配置され、表面1b上に負極活物質層3が配置されるように集電体用クラッド材1を構成することによって、集電体用クラッド材1を、正極活物質層2および負極活物質層3がそれぞれ異なる表面1aおよび1b上に形成された、バイポーラ型電極100を形成することができる。また、正極活物質層2および負極活物質層3の形成時における熱処理後の冷却時において、集電体用クラッド材1(バイポーラ型電極100)に大きな反りが生じるのを抑制することができる。   Further, in the reference example, the current collector is configured by arranging the current collector clad material 1 such that the positive electrode active material layer 2 is disposed on the surface 1 a and the negative electrode active material layer 3 is disposed on the surface 1 b. The clad material 1 can be formed into a bipolar electrode 100 in which the positive electrode active material layer 2 and the negative electrode active material layer 3 are formed on different surfaces 1a and 1b, respectively. In addition, at the time of cooling after the heat treatment at the time of forming the positive electrode active material layer 2 and the negative electrode active material layer 3, it is possible to suppress the occurrence of large warpage in the current collector clad material 1 (bipolar electrode 100).

次に、図1および図3〜図5を参照して、参考例を説明する。   Next, a reference example will be described with reference to FIGS. 1 and 3 to 5.

参考例では、Al層とCu層との厚み比率を異ならせた2層構造を有する集電体用クラッド材を複数作製した。そして、圧延後における、集電体用クラッド材の幅方向の反りと長手方向の反りとを測定した。また、集電体用クラッド材を熱処理して冷却した後(熱処理後)における、集電体用クラッド材の幅方向の反りを測定した。   In the reference example, a plurality of current collector clad materials having a two-layer structure in which the thickness ratio between the Al layer and the Cu layer is made different are manufactured. And the curvature of the width direction of the clad material for current collectors and the curvature of a longitudinal direction after rolling were measured. Moreover, the curvature of the width direction of the clad material for current collectors after heat treatment and cooling of the clad material for current collectors (after heat treatment) was measured.

ここで、参考例の参考例1の集電体用クラッド材1(図1参照)を、上記参考例における製造プロセスに沿って作製した。具体的には、まず、A1050(純Al)から構成される長尺のAl板材と、C1020(純Cu)から構成される長尺のCu板材とを準備した。なお、Al板材およびCu板材は、共に焼鈍されている。この際、Al板材の厚みとCu板材の厚みとの合計の厚みに対するAl板材の厚みの比率が20%になるように、Al板材の厚みとCu板材の厚みとを調整した。   Here, a clad material 1 for a current collector (see FIG. 1) of Reference Example 1 of the reference example was manufactured along the manufacturing process of the above reference example. Specifically, first, a long Al plate material made of A1050 (pure Al) and a long Cu plate material made of C1020 (pure Cu) were prepared. The Al plate and the Cu plate are both annealed. At this time, the thickness of the Al plate and the thickness of the Cu plate were adjusted such that the ratio of the thickness of the Al plate to the total thickness of the thickness of the Al plate and the thickness of the Cu plate was 20%.

そして、長尺のAl板材とCu板材とを厚み方向(Z方向)に積層した状態で、Al板材およびCu板材の延びる方向に沿って50%の圧下率で圧延を行った。その後、圧延材を500℃で拡散焼鈍した。そして、クラッド材を50μmの厚みt1になるように冷間圧延することによって、長尺の集電体用クラッド材1を作製した。最後に、長尺の集電体用クラッド材1を、幅方向(X方向)に40mmの幅W(図4参照)で、長手方向(Y方向)に100mmの長さL(図4参照)の矩形状に切断した。   Then, in a state in which the long Al plate material and the Cu plate material are stacked in the thickness direction (Z direction), rolling is performed at a reduction ratio of 50% along the extending direction of the Al plate material and the Cu plate material. Thereafter, the rolled material was diffusion annealed at 500 ° C. Then, the clad material was cold-rolled so as to have a thickness t1 of 50 μm, whereby a long clad material 1 for current collector was produced. Finally, the long collector clad material 1 is cut into a width W of 40 mm in the width direction (X direction) (see FIG. 4) and a length L of 100 mm in the longitudinal direction (Y direction) (see FIG. 4) Cut into a rectangular shape.

これにより、Al層11の厚みt2とCu層12の厚みt3との合計の厚み(集電体用クラッド材1の厚みt1)に対するAl層11の厚みt2の比率が20%である、参考例1の集電体用クラッド材1を作製した。   Thus, the ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 to the total thickness of the thickness t2 of the Al layer 11 and the thickness t3 of the Cu layer 12 (the thickness t1 of the clad material 1 for current collector) is 20%. A clad material 1 for a current collector was produced.

また、Al層11の厚みt2の比率が30%である点以外は、参考例1と同様にして、参考例2の集電体用クラッド材1を作製した。また、Al層11の厚みt2の比率が40%である点以外は、参考例1と同様にして、比較例1の集電体用クラッド材を作製した。また、Al層11の厚みt2の比率が50%である点以外は、参考例1と同様にして、比較例2の集電体用クラッド材を作製した。   Further, a collector material 1 for a current collector of Reference Example 2 was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 was 30%. Further, in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 was 40%, a clad material for a current collector of Comparative Example 1 was produced. Further, in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 was 50%, a clad material for a current collector of Comparative Example 2 was produced.

そして、参考例1、2、比較例1および2の集電体用クラッド材において、圧延後における幅方向(X方向)の反りと、長手方向(Y方向)の反りとを測定した。   Then, in the clad materials for current collectors of Reference Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, warpage in the width direction (X direction) after rolling and warpage in the longitudinal direction (Y direction) were measured.

具体的には、幅方向の反り測定においては、図3に示すように、矩形状の集電体用クラッド材を、平面の基準となる水平な定盤7上に配置した。そして、長手方向の反りが矯正されるように、矩形状の集電体用クラッド材の4隅を図示しない冶具を用いて固定(白抜き矢印)した。また、固定は、できる限りピンポイントに近い状態になるように行った。その状態で、一般的なレーザ変位計を用いてレーザ光を幅方向に走査させることによって、幅方向に沿った厚み方向(Z方向)の変位を測定した。そして、長手方向(Y方向)に延びる端辺1cの長手方向の反りを矯正して変位量を0(ゼロ)とした際の最大の変位量を幅方向の反りとして求めた。   Specifically, in the measurement of warpage in the width direction, as shown in FIG. 3, a rectangular collector clad material for a current collector was placed on a horizontal surface plate 7 as a reference of the plane. Then, in order to correct the warp in the longitudinal direction, the four corners of the rectangular collector clad material were fixed (open arrows) using a jig not shown. In addition, fixation was performed as close to pinpoint as possible. In that state, displacement in the thickness direction (Z direction) along the width direction was measured by scanning the laser beam in the width direction using a general laser displacement meter. Then, the warp in the longitudinal direction of the side 1c extending in the longitudinal direction (Y direction) was corrected to obtain the maximum displacement amount when the displacement amount was set to 0 (zero) as the warp in the width direction.

また、長手方向の反り測定においては、図4に示すように、矩形状の集電体用クラッド材を定盤7上に配置した。そして、冶具による固定を行わない状態で、レーザ光を長手方向に走査させることによって、長手方向に沿った厚み方向の変位を測定した。そして、最大の変位量を長手方向の反りとして求めた。   Further, in the measurement of warpage in the longitudinal direction, as shown in FIG. 4, a rectangular collector material for a current collector was disposed on the surface plate 7. And the displacement of the thickness direction along a longitudinal direction was measured by scanning a laser beam to a longitudinal direction in the state which does not fix with a jig. Then, the maximum displacement amount was obtained as the warp in the longitudinal direction.

また、参考例1、2、比較例1および2の集電体用クラッド材を、150℃の温度環境下の乾燥器内に30分保持することによって、熱処理を行った。そして、集電体用クラッド材を室温まで冷却した後に、上記圧延後の幅方向の測定と同様にして、熱処理後における幅方向の反りを測定した。   Further, heat treatment was performed by holding the clad materials for current collectors of Reference Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 in a drier under a temperature environment of 150 ° C. for 30 minutes. And after cooling the clad material for current collectors to room temperature, it carried out similarly to the measurement of the width direction after the said rolling, and measured the curvature of the width direction after heat processing.

なお、反りについては、Al層11側(Z1側、図1参照)が凸になるように反る場合には、正(+)とし、Al層11側が凹になるように反る場合には、負(−)として図5に記載した。つまり、正負に拘わらず、反りが0に近い場合(絶対値が小さい場合)には集電体用クラッド材の反りが小さくなり、反りが0から遠ざかる(絶対値が大きくなる)につれて、集電体用クラッド材の反りが大きくなる。   In addition, about curvature, when it bends so that Al layer 11 side (Z1 side, see FIG. 1) may become convex, it is set as positive (+), and when it warps so that Al layer 11 side may become concave. , Negative (-) described in FIG. That is, regardless of positive or negative, when the warpage is close to 0 (when the absolute value is small), the warpage of the current collector clad material decreases and as the warpage moves away from 0 (the absolute value increases) Warpage of the body cladding material is increased.

図5に示す参考例の結果としては、参考例1および2の集電体用クラッド材1のいずれにおいても、比較例1および2の集電体用クラッド材よりも反りが小さくなった。具体的には、圧延後において、参考例1および2の集電体用クラッド材1の幅方向(X方向)の反りおよび長手方向(Y方向)の反りは、共にAl層11側が凸で、それぞれ、1.2mm以下および7.0mm以下になった。一方、圧延後において、比較例1および2の集電体用クラッド材の幅方向の反りは、Al層11側が凸で、1.2mmより大きくなるとともに、長手方向の反りは、Al層11側が凸で、7.0mmより大きくなった。これにより、圧延後において、参考例1および2の集電体用クラッド材1では、反りの発生を十分に抑制することができることが確認できた。なお、これは、塑性変形しやすいA1050(Al基合金)からなるAl層11の厚みt2がCu層12の厚みt3よりも十分に小さいので、圧延時においてA1050に起因する反りの影響を小さくすることができたからであると考えられる。   As a result of the reference example shown in FIG. 5, in any of the current collector clad materials 1 of Reference Examples 1 and 2, the warpage was smaller than that of the current collector clad materials of Comparative Examples 1 and 2. Specifically, after rolling, the warpage in the width direction (X direction) and the warpage in the longitudinal direction (Y direction) of the clad material 1 for current collectors of Reference Examples 1 and 2 are both convex on the Al layer 11 side, It became 1.2 mm or less and 7.0 mm or less, respectively. On the other hand, after rolling, the warpage in the width direction of the clad material for current collectors of Comparative Examples 1 and 2 is convex on the Al layer 11 side and becomes larger than 1.2 mm, and the warpage in the longitudinal direction is the aluminum layer 11 side It is convex and larger than 7.0 mm. Thereby, in the clad material 1 for current collectors of the reference examples 1 and 2, it was confirmed that generation | occurrence | production of curvature could fully be suppressed after rolling. Since the thickness t2 of the Al layer 11 made of A1050 (Al-based alloy) which is easily plastically deformed is sufficiently smaller than the thickness t3 of the Cu layer 12, this reduces the influence of warpage caused by the A1050 during rolling. It is thought that it is because it was possible.

また、熱処理後においても、参考例1および2の集電体用クラッド材1の幅方向の反りは、Al層11側が凹で、1.4mm以下になった。一方、熱処理後において、比較例1および2の集電体用クラッド材の幅方向の反りは、Al層11側が凹で、1.4mmより大きくなった。これにより、熱処理後においても、参考例1および2の集電体用クラッド材1では、反りの発生を十分に抑制することができることが確認できた。なお、これは、熱処理時に、Al層11を構成するA1050が焼鈍されることによって、冷間圧延時に生じた残留応力が除去される。その残留応力が除去されて集電体用クラッド材1のAl層11側における凸の反りが低減された状態で室温まで冷却されることにより、熱収縮量が大きなAl層11が大きく収縮する。しかしながら、塑性変形しやすいA1050からなるAl層11の厚みt2がCu層12の厚みt3よりも十分に小さいことにより、Al層11側に凹の反りが生じるのを抑制することができたと考えられる。   Further, even after the heat treatment, the warpage in the width direction of the collector material 1 for a current collector of Reference Examples 1 and 2 was concaved to 1.4 mm or less on the Al layer 11 side. On the other hand, after the heat treatment, the warpage in the width direction of the current collector clad materials of Comparative Examples 1 and 2 was concave on the Al layer 11 side and became larger than 1.4 mm. As a result, it was confirmed that the occurrence of warpage can be sufficiently suppressed in the clad material 1 for current collector of Reference Examples 1 and 2 even after the heat treatment. In addition, the residual stress which arose at the time of cold rolling is removed by annealing A1050 which comprises Al layer 11 at the time of heat processing. By cooling to room temperature in a state where the residual stress is removed and the convex warpage on the Al layer 11 side of the current-collector clad material 1 is reduced, the Al layer 11 with a large amount of thermal contraction is greatly shrunk. However, when thickness t2 of Al layer 11 made of A1050 which is easily plastically deformed is sufficiently smaller than thickness t3 of Cu layer 12, it is considered that generation of concave warpage on the side of Al layer 11 could be suppressed. .

これらの結果、参考例1および2のようにAl層11の厚みt2とCu層12の厚みt3との合計の厚み(集電体用クラッド材1の厚みt1)に対するAl層11の厚みt2の比率を35%以下にすることによって、比較例1および2のようにAl層11の厚みt2の比率が35%より大きい場合と比べて、反りを十分に抑制することが可能であることが確認できた。また、反りを効果的に抑制するためには、参考例1のように、Al層11の厚みt2の比率を25%以下(20%)にするのがよりよいことも確認できた。   As a result, as in Reference Examples 1 and 2, the thickness t2 of the Al layer 11 with respect to the total thickness of the thickness t2 of the Al layer 11 and the thickness t3 of the Cu layer 12 (thickness t1 of the clad material 1 for current collector) By setting the ratio to 35% or less, it is confirmed that warpage can be sufficiently suppressed as compared with the case where the ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 is larger than 35% as in Comparative Examples 1 and 2. did it. In addition, in order to effectively suppress the warpage, it was also confirmed that it is better to set the ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 to 25% or less (20%) as in Reference Example 1.

また、幅方向の反りは、参考例2において比較例1よりも約31%(=(0.4/1.3)×100)に小さくなったとともに、長手方向の反りは、約27%(=(1.9/7.1)×100)に小さくなった。したがって、特に、参考例1および2の集電体用クラッド材1では、比較例1および2の集電体用クラッド材よりも、圧延後における幅方向の反りおよび長手方向の反りを顕著に抑制することができることが確認できた。   In addition, the warpage in the width direction is about 31% (= (0.4 / 1.3) x 100) smaller than that in Comparative Example 1 in Reference Example 2, and the warpage in the longitudinal direction is about 27% ( It became small to = (1.9 / 7.1) x 100). Therefore, in particular, in the clad material 1 for current collectors of Reference Examples 1 and 2, the warpage in the width direction and the warpage in the longitudinal direction after rolling are significantly suppressed more than in the clad materials for current collectors of Comparative Examples 1 and 2. I could confirm that I could do it.

また、Al層11の厚みt2の比率を小さくするに従い、圧延後および熱処理後における反りが小さくなることが判明した。これにより、Al層11の厚みt2は可能な限り小さい方が好ましいと考えられる。一方、製造工程においてAl層11に破れが発生する程度までAl層11の厚みを小さくする(たとえば、約1μm以下にする)のは、製造上好ましくないと考えられる。   In addition, it was found that as the ratio of the thickness t2 of the Al layer 11 is reduced, the warpage after rolling and after the heat treatment becomes smaller. Thus, it is considered preferable that the thickness t2 of the Al layer 11 be as small as possible. On the other hand, reducing the thickness of the Al layer 11 (for example, to about 1 μm or less) to the extent that breakage occurs in the Al layer 11 in the manufacturing process is considered to be undesirable for manufacturing.

なお、参考例では、Al層11を構成するAl基合金としてA1050を用い、Cu層12を構成するCu基合金としてC1020を用いたものの、Al基合金としてAl−Mn合金、Al−Mg合金およびAl−Mg−Si合金などのAl合金を用いた場合や、Cu基合金としてCu−Fe合金およびCu−Zr合金などのCu合金を用いた場合にも、Al層11の厚みt2の比率を35%以下にすることによって、参考例1および2と同様に、集電体用クラッド材の反りを抑制することが可能であると考えられる。   In the reference example, although A1050 is used as the Al-based alloy forming the Al layer 11 and C1020 is used as the Cu-based alloy forming the Cu layer 12, the Al-Mn alloy, the Al-Mg alloy and the Al-based alloy are used. Even when using an Al alloy such as an Al-Mg-Si alloy or using a Cu alloy such as a Cu-Fe alloy or a Cu-Zr alloy as the Cu-based alloy, the ratio t of the thickness t2 of the Al layer 11 is 35 It is thought that it is possible to suppress the curvature of the clad material for current collectors similarly to the reference examples 1 and 2 by making it% or less.

(実施形態)
次に、図6を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態では、参考例とは異なり、Al層211とCu層212との間に、ヤング率が150GPa以上の芯材層213を設けた例について説明する。なお、Al層211およびCu層212は、それぞれ、本発明の「第1層」および「第2層」の一例である。
(Embodiment)
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, unlike the reference example, an example in which a core material layer 213 having a Young's modulus of 150 GPa or more is provided between the Al layer 211 and the Cu layer 212 will be described. The Al layer 211 and the Cu layer 212 are examples of the “first layer” and the “second layer” in the present invention respectively.

本実施形態における集電体用クラッド材201は、図6に示すように、正極活物質層2および負極活物質層3が形成された状態で、バイポーラ型電極200として機能するように構成されている。また、集電体用クラッド材201は、約100μm以下の厚みt1aを有する箔状の部材である。なお、集電体用クラッド材201は、本発明の「電池集電体用クラッド材」の一例であり、バイポーラ型電極200は、本発明の「電極」の一例である。   As shown in FIG. 6, the current collector clad material 201 in this embodiment is configured to function as a bipolar electrode 200 in a state in which the positive electrode active material layer 2 and the negative electrode active material layer 3 are formed. There is. Further, the current collector clad material 201 is a foil-like member having a thickness t1a of about 100 μm or less. The current collector clad material 201 is an example of the “battery current collector clad material” in the present invention, and the bipolar electrode 200 is an example of the “electrode” in the present invention.

ここで、本実施形態では、集電体用クラッド材201は、Al基合金から構成されるAl層211と、Cu基合金から構成されるCu層212と、Al層211とCu層212との間に配置された芯材層213とが厚み方向(Z方向)に接合された状態で圧延されることによって互いに接合されている。つまり、集電体用クラッド材201は、3層構造のクラッド材からなる。なお、Al層211はZ1側の表面1a側に露出しているとともに、Cu層212はZ2側の表面1b側に露出している。   Here, in the present embodiment, the current collector clad material 201 includes the Al layer 211 made of an Al-based alloy, the Cu layer 212 made of a Cu-based alloy, and the Al layer 211 and the Cu layer 212. The core layers 213 disposed between the layers are joined together by rolling in a state where they are joined in the thickness direction (Z direction). That is, the current collector clad material 201 is formed of a three-layered clad material. The Al layer 211 is exposed on the surface 1a side on the Z1 side, and the Cu layer 212 is exposed on the surface 1b side on the Z2 side.

また、芯材層213は、ヤング率が150GPa以上のNi基合金またはFe基合金から構成されており、Al層211を構成するAl基合金およびCu層212を構成するCu基合金と比べて、ヤング率が高い。また、芯材層213を構成するNi基合金またはFe基合金は、Al層211を構成するAl基合金およびCu層212を構成するCu基合金と比べて、耐力が大きい。つまり、芯材層213は、Al層211およびCu層212よりも耐力とヤング率とが共に大きいため、塑性変形も弾性変形もしにくい。   The core layer 213 is made of a Ni-based alloy or Fe-based alloy having a Young's modulus of 150 GPa or more, and compared with the Al-based alloy forming the Al layer 211 and the Cu-based alloy forming the Cu layer 212. Young's modulus is high. Further, the Ni-based alloy or the Fe-based alloy constituting the core layer 213 has a larger proof stress than the Al-based alloy constituting the Al layer 211 and the Cu-based alloy constituting the Cu layer 212. That is, since the core material layer 213 has both the proof stress and the Young's modulus larger than that of the Al layer 211 and the Cu layer 212, it is difficult for plastic deformation and elastic deformation.

なお、Ni基合金としては、NW2200(常炭素ニッケル、JISH4551参照)などの約99質量%以上のNiを含む純Ni、および、約3質量%以上約7質量%のNbと、Niと不可避的不純物元素とから構成されたNi−Nb合金などのNi合金を用いることが可能である。また、Fe基合金としては、約99質量%以上のFeを含む低炭素鋼(純Fe)や、SUS340などのステンレスを用いることが可能である。なお、芯材層213は、ヤング率が約150GPa以上の金属材料であればよい。また、Ni基合金の一例としてのNW2200のヤング率は、約195GPaである。   In addition, as Ni base alloys, pure Ni containing about 99 mass% or more Ni, such as NW2200 (normal carbon nickel, refer to JISH4551), and about 3 mass% or more and about 7 mass% of Nb, Ni and unavoidable It is possible to use a Ni alloy such as a Ni-Nb alloy composed of an impurity element. Further, as the Fe-based alloy, it is possible to use a low carbon steel (pure Fe) containing about 99% by mass or more of Fe, or a stainless steel such as SUS340. The core layer 213 may be a metal material having a Young's modulus of about 150 GPa or more. In addition, the Young's modulus of NW 2200 as an example of the Ni-based alloy is about 195 GPa.

また、Ni基合金は、Al基合金およびCu基合金と比べて熱膨張係数が小さい。具体的には、Ni基合金の一例としてのNW2200の熱膨張係数は、約13×10-6/Kである。 Also, the Ni-based alloy has a smaller thermal expansion coefficient than the Al-based alloy and the Cu-based alloy. Specifically, the thermal expansion coefficient of NW 2200 as an example of a Ni-based alloy is about 13 × 10 −6 / K.

また、本実施形態では、Al層211の厚みt2aとCu層212の厚みt3aとの合計の厚み(=t2a+t3a)に対するAl層11の厚みt2aの比率が、60%以下になるように形成されている。なお、Al層11の厚みt2aの比率は、約50%以下であるのがより好ましい。   In the present embodiment, the ratio of the thickness t2a of the Al layer 11 to the total thickness (= t2a + t3a) of the thickness t2a of the Al layer 211 and the thickness t3a of the Cu layer 212 is 60% or less. There is. The ratio of the thickness t2a of the Al layer 11 is more preferably about 50% or less.

また、芯材204の厚みt4は、集電体用クラッド材201の厚みt1a(=t2a+t3a+t4)の約30%以上約80%以下になるように構成されている。なお、本実施形態のその他の構成は、上記参考例と同様である。   The thickness t4 of the core member 204 is configured to be about 30% or more and about 80% or less of the thickness t1a (= t2a + t3a + t4) of the current-collector clad material 201. The remaining structure of the present embodiment is similar to that of the aforementioned reference example.

次に、図6を参照して、本実施形態における集電体用クラッド材201の製造プロセスについて説明する。   Next, with reference to FIG. 6, a manufacturing process of the current collector clad material 201 in the present embodiment will be described.

まず、Al基合金から構成される長尺のAl板材(図示せず)と、Cu基合金から構成される長尺のCu板材(図示せず)と、ヤング率が150GPa以上のNi基合金またはFe基合金から構成される長尺板状の芯材(図示せず)とを準備する。なお、Al板材、Cu板材および芯材は、共に焼鈍されている。この際、圧延後において、Al層211の厚みt2aとCu層212の厚みt3aとの合計の厚み(=t2a+t3a)に対するAl層11の厚みt2aの比率が、60%以下になるとともに、芯材204の厚みt4が、集電体用クラッド材201の厚みt1a(=t2a+t3a+t4)の約30%以上約80%以下になる(図6参照)ように、各々の板材の厚みを調整する。   First, a long Al plate material (not shown) composed of an Al-based alloy, a long Cu plate material (not shown) composed of a Cu-based alloy, a Ni-based alloy having a Young's modulus of 150 GPa or more or A long plate-like core (not shown) composed of an Fe-based alloy is prepared. In addition, Al board material, Cu board material, and a core material are annealed together. At this time, after rolling, the ratio of the thickness t2a of the Al layer 11 to the total thickness (= t2a + t3a) of the thickness t2a of the Al layer 211 and the thickness t3a of the Cu layer 212 becomes 60% or less. The thickness of each plate is adjusted so that the thickness t4 of the plate is about 30% or more and about 80% or less of the thickness t1a (= t2a + t3a + t4) of the current-collector clad material 201 (see FIG. 6).

そして、長尺のAl板材と芯材とCu板材とを厚み方向(Z方向)に積層した状態で、Al板材、芯材およびCu板材の延びる方向に沿って所定の圧下率で圧延を行う。そして、圧延材を所定の温度で拡散焼鈍する。これにより、Al層、芯材層およびCu層が接合されたクラッド材が形成される。その後、クラッド材を約100μm以下の厚みt1aになるように冷間圧延する。これにより、図6に示すように、Al層211と芯材層213とCu層212とが厚み方向(Z方向)にこの順で接合された、厚みt1aを有する集電体用クラッド材201が製造される。ここで、圧延時において、ヤング率が高く、集電体用クラッド材201の剛性の向上に寄与する芯材層213により、圧延時においてAl基合金に起因する反りの影響が小さくなる。これにより、集電体用クラッド材201のAl層211側(Z1側)が凸になるように反るのが抑制される。   Then, in a state in which the long Al plate material, the core material and the Cu plate material are stacked in the thickness direction (Z direction), rolling is performed at a predetermined reduction ratio along the extending direction of the Al plate material, the core material and the Cu plate material. Then, the rolled material is diffusion annealed at a predetermined temperature. Thus, a clad material in which the Al layer, the core layer and the Cu layer are joined is formed. Thereafter, the clad material is cold rolled to a thickness t1a of about 100 μm or less. Thereby, as shown in FIG. 6, the clad material 201 for current collector having a thickness t1a is formed by bonding the Al layer 211, the core layer 213 and the Cu layer 212 in this order in the thickness direction (Z direction). Manufactured. Here, at the time of rolling, the core layer 213 having a high Young's modulus and contributing to the improvement of the rigidity of the current collector clad material 201 reduces the influence of the warpage caused by the Al-based alloy at the time of rolling. Thereby, it is suppressed that the Al layer 211 side (Z1 side) of the clad material 201 for current collectors becomes convex.

なお、本実施形態における電池の製造プロセスは、上記参考例と同様である。つまり、熱処理において冷間圧延時に生じたAl基合金の残留応力が除去されることにより、集電体用クラッド材201のAl層211側における凸の反りが小さくなる。そして、熱処理後の冷却時に、ヤング率が高く、かつ、熱膨張係数も小さな芯材層213により、Al層211が収縮するのが抑制されることによって、集電体用クラッド材201のAl層211側が凹になるように反るのが抑制される。   In addition, the manufacturing process of the battery in this embodiment is the same as that of the said reference example. That is, by removing the residual stress of the Al-based alloy generated at the time of cold rolling in the heat treatment, the convex warpage on the Al layer 211 side of the collector material for current collector 201 is reduced. Then, at the time of cooling after the heat treatment, the core layer 213 having a high Young's modulus and a small thermal expansion coefficient suppresses the contraction of the Al layer 211, whereby the Al layer of the current collector clad material 201 is obtained. Warping is suppressed so that the side 211 becomes concave.

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。   In the present embodiment, the following effects can be obtained.

本実施形態では、上記のように、集電体用クラッド材201のAl層211とCu層212との間に、150GPa以上のヤング率を有する芯材層213を配置する。これにより、塑性変形しやすいAl基合金からなるAl層211の厚み比率が60%以下で比較的大きい場合であっても、ヤング率が高く、集電体用クラッド材201の剛性の向上に寄与する芯材層213により、圧延時においてAl基合金に起因する反りの影響を小さくすることができる。この結果、集電体用クラッド材201のAl層211側(Z1側)が凸になるように大きく反るのを抑制することができる。また、熱処理後の冷却時においても、ヤング率が高く、集電体用クラッド材201の剛性の向上に寄与する芯材層213により、Al基合金の大きな熱収縮に起因する反りの影響を小さくすることができるので、集電体用クラッド材201のAl層211側が凹になるように大きく反るのを抑制することができる。これらの結果、集電体用クラッド材201に大きな反りが生じるのを抑制することができる。   In the present embodiment, as described above, the core layer 213 having a Young's modulus of 150 GPa or more is disposed between the Al layer 211 and the Cu layer 212 of the current-collector clad material 201. Thus, even when the thickness ratio of the Al layer 211 made of an Al-based alloy which is easily plastically deformed is relatively large at 60% or less, the Young's modulus is high, which contributes to the improvement of the rigidity of the current collector clad material 201. Due to the core layer 213, it is possible to reduce the influence of the warpage caused by the Al-based alloy at the time of rolling. As a result, it is possible to suppress large warpage so that the Al layer 211 side (Z1 side) of the collector material for current collector 201 is convex. In addition, even at the time of cooling after heat treatment, the core layer 213 having a high Young's modulus and contributing to the improvement of the rigidity of the current collector clad material 201 reduces the influence of the warpage caused by the large thermal contraction of the Al-based alloy. As a result, it is possible to suppress large warpage so that the Al layer 211 side of the current-collector clad material 201 becomes concave. As a result of these, it is possible to suppress the occurrence of large warpage in the current collector clad material 201.

また、本実施形態では、集電体用クラッド材201の表面1aに従来のステンレスよりも柔軟なAl基合金から構成されるAl層211を配置し、表面1bに従来のステンレスよりも柔軟なCu基合金から構成されるCu層212を配置することによって、上記第1実施形態と同様に、集電体用クラッド材201と活物質(正極活物質および負極活物質)との接触抵抗が大きくなるのを抑制することができる。さらに、柔軟なAl層211およびCu層212を設けることによって、集電体用材が硬質なステンレス単板のみからなる場合と比べて、圧延加工性が低下するのを抑制することができる。これにより、効率的に集電体用クラッド材201を製造することができるとともに、圧延加工によるコストを低減することができる。   Further, in the present embodiment, an Al layer 211 made of an Al-based alloy that is softer than conventional stainless steel is disposed on the surface 1a of the current collector clad material 201, and Cu that is softer than conventional stainless steel on the surface 1b. By arranging the Cu layer 212 composed of the base alloy, the contact resistance between the current collector clad material 201 and the active material (positive electrode active material and negative electrode active material) is increased as in the first embodiment. Can be suppressed. Furthermore, by providing the soft Al layer 211 and the Cu layer 212, it is possible to suppress the reduction of the rolling processability as compared with the case where the current collector material is made of only a hard single stainless steel plate. As a result, the current collector clad material 201 can be manufactured efficiently, and the cost of rolling can be reduced.

また、本実施形態では、集電体用クラッド材201のAl層211とCu層212との間に、ヤング率が高く、集電体用クラッド材201の剛性の向上に寄与する芯材層213を配置することによって、二次電池に使用される場合に、充放電による活物質の膨張収縮が繰り返されることに起因して集電体用クラッド材201にしわなどの変形が生じるのを抑制することができる。これにより、変形した集電体用クラッド材201の表面1aおよび1bから活物質(正極活物質および負極活物質)が脱落することに起因して集電体用クラッド材201と活物質との接触抵抗が大きくなるのを抑制することができる。この結果、集電体用クラッド材201を、充放電による膨張収縮が大きなSi系の活物質などに対してより好適に用いることができる。   Further, in the present embodiment, the core layer 213 having a high Young's modulus between the Al layer 211 and the Cu layer 212 of the current collector clad material 201 and contributing to the improvement of the rigidity of the current collector clad material 201. Is used to suppress the occurrence of deformation such as wrinkles in the current collector clad material 201 due to repeated expansion and contraction of the active material due to charge and discharge when used in a secondary battery. be able to. As a result, the active material (the positive electrode active material and the negative electrode active material) comes off from the surfaces 1a and 1b of the current collector clad material 201, and the contact between the current collector clad material 201 and the active material occurs. An increase in resistance can be suppressed. As a result, the clad material for current collector 201 can be more suitably used for a Si-based active material or the like that has large expansion and contraction due to charge and discharge.

また、本実施形態では、芯材層213をNi基合金またはFe基合金から構成することによって、NiおよびFeのイオン化傾向は共にAlとCuとの間であるため、芯材層213を主に構成する金属元素(NiまたはFe)とAl層211を主に構成するAlとのイオン化傾向の差と、芯材層213を主に構成する金属元素とCu層212を主に構成するCuとのイオン化傾向の差とを共に小さくすることができる。これにより、Ni基合金またはFe基合金からなる芯材層213と、Al基合金から構成されるAl層211との間で腐食が生じるのを抑制することができるとともに、芯材層213とCu基合金から構成されるCu層212との間で腐食が生じるのを抑制することができる。また、芯材層213としてNi基合金またはFe基合金を用いることによって、ヤング率が150GPa以上で、かつ、安価な芯材層213を容易に得ることができる。   Further, in the present embodiment, by forming the core layer 213 from a Ni-based alloy or an Fe-based alloy, the ionization tendency of Ni and Fe is both between Al and Cu, so the core layer 213 is mainly used. The difference in ionization tendency between the constituent metal element (Ni or Fe) and the Al mainly constituting the Al layer 211, and the metal element mainly constituting the core layer 213 and Cu mainly constituting the Cu layer 212 Both the difference in ionization tendency can be reduced. Thus, it is possible to suppress the occurrence of corrosion between the core layer 213 made of a Ni-based alloy or an Fe-based alloy and the Al layer 211 made of an Al-based alloy. The occurrence of corrosion between the base alloy and the Cu layer 212 can be suppressed. In addition, by using a Ni-based alloy or an Fe-based alloy as the core layer 213, it is possible to easily obtain the inexpensive core layer 213 having a Young's modulus of 150 GPa or more.

また、本実施形態では、芯材層213を、純NiまたはNbを含有するNi−Nb合金であるNi基合金から構成すれば、純NiまたはNbを含有するNi−Nb合金はヤング率が高いので、集電体用クラッド材201の剛性の向上に十分に寄与することができる。したがって、集電体用クラッド材201に大きな反りが生じるのをより一層抑制することができる。   In the present embodiment, if the core layer 213 is composed of pure Ni or a Ni-based alloy that is a Ni-Nb alloy containing Nb, the Ni-Nb alloy containing pure Ni or Nb has a high Young's modulus. Therefore, the present invention can sufficiently contribute to the improvement of the rigidity of the current collector clad material 201. Therefore, the occurrence of a large warpage in the current collector clad material 201 can be further suppressed.

また、本実施形態では、芯材層213の厚みt4を、集電体用クラッド材201の厚みt1aの約30%以上にすることによって、芯材層213の厚みt4を十分に確保して、集電体用クラッド材201に大きな反りが生じるのを確実に抑制することができる。また、芯材層213の厚みt4を、集電体用クラッド材201の厚みt1aの約80%以下にすることによって、ヤング率が高い芯材層213の厚みt4が過度に大きくなるのを抑制することができるとともに、Al層211の厚みt2aおよびCu層212の厚みt3aが小さくなるのを抑制することができる。これにより、厚みt4が大きな芯材層213を圧延するために要する圧力が大きくなることに起因して厚みの小さいAl層211およびCu層212に破れが生じるのを抑制することができる。これにより、効率的に集電体用クラッド材201を製造することができる。   Further, in the present embodiment, the thickness t4 of the core layer 213 is sufficiently secured by setting the thickness t4 of the core layer 213 to about 30% or more of the thickness t1a of the clad material 201 for current collector. The occurrence of a large warpage in the current collector clad material 201 can be reliably suppressed. Further, by setting the thickness t4 of the core layer 213 to about 80% or less of the thickness t1a of the clad material 201 for current collector, it is suppressed that the thickness t4 of the core layer 213 having a high Young's modulus becomes excessively large. While being able to do, it can control that thickness t2a of Al layer 211 and thickness t3a of Cu layer 212 become small. Accordingly, it is possible to suppress the occurrence of breakage in the small-thickness Al layer 211 and the Cu layer 212 due to an increase in pressure required to roll the core layer 213 having a large thickness t4. Thereby, the clad material 201 for current collectors can be manufactured efficiently.

また、本実施形態では、厚みt1aが約100μm以下であり一般的に反りが生じやすく、かつ、Al層211の厚みt2aの比率が60%以下の集電体用クラッド材201において、150GPa以上のヤング率を有する芯材層213を設けることによって、集電体用クラッド材201に大きな反りが生じるのを抑制することができる。なお、本実施形態のその他の効果は、上記参考例と同様である。   Further, in the present embodiment, in the clad material 201 for current collector, the thickness t1a is about 100 μm or less and warpage is generally caused and the ratio of the thickness t2a of the Al layer 211 is 60% or less. By providing the core layer 213 having a Young's modulus, it is possible to suppress the occurrence of large warpage in the current collector clad material 201. The remaining effects of the present embodiment are similar to those of the aforementioned reference example.

(実施例)
次に、図4および図6〜図7を参照して、本発明の効果を確認するために行った実施例を説明する。
(Example)
Next, with reference to FIG. 4 and FIG. 6 to FIG. 7, an embodiment carried out to confirm the effect of the present invention will be described.

実施例では、Al層211と芯材層213とCu層212との3層構造を有する実施例11の集電体用クラッド材201を作製した。そして、上記参考例と同様に、圧延時における、集電体用クラッド材201の幅方向の反りと長手方向の反りとを測定するとともに、熱処理後における、集電体用クラッド材201の幅方向の反りを測定した。   In the example, the current collector clad material 201 of Example 11 having a three-layer structure of the Al layer 211, the core layer 213, and the Cu layer 212 was produced. And while measuring the curvature of the width direction of the clad material 201 for current collectors, and the curvature of a longitudinal direction at the time of rolling similarly to the above-mentioned reference example, the width direction of the clad material 201 for current collectors after heat treatment The warpage of was measured.

ここで、実施例の実施例11の集電体用クラッド材201を、上記実施形態における製造プロセスに沿って作製した。具体的には、まず、A1050(純Al)から構成される長尺のAl板材と、C1020(純Cu)から構成される長尺のCu板材と、NW2200(純Ni)から構成される長尺板状の芯材とを準備した。なお、Al板材、Cu板材および芯材は、共に焼鈍されている。この際、Al板材の厚みとCu板材の厚みとの合計の厚みに対するAl板材の厚みの比率が50%になるとともに、Al板材の厚みとCu板材の厚みと芯材の厚みとの合計に対する芯材の厚みが33%になるように各々の板材の厚みを調整した。   Here, the current collector clad material 201 of the example 11 of the example was manufactured along the manufacturing process in the above embodiment. Specifically, first, a long Al plate material made of A1050 (pure Al), a long Cu plate material made of C1020 (pure Cu), and a long device made of NW2200 (pure Ni) A plate-like core material was prepared. In addition, Al board material, Cu board material, and a core material are annealed together. At this time, the ratio of the thickness of the Al plate to the total thickness of the thickness of the Al plate and the thickness of the Cu plate becomes 50%, and the core to the total of the thickness of the Al plate, the thickness of the Cu plate, and the thickness of the core material The thickness of each plate was adjusted so that the thickness of the material was 33%.

そして、長尺のAl板材と芯材とCu板材とを厚み方向(Z方向)に積層した状態で、上記参考例と同様に圧延および拡散焼鈍を行った。そして、クラッド材を50μmの厚みt1aになるように冷間圧延することによって、長尺の集電体用クラッド材201を作製した。最後に、長尺の集電体用クラッド材201を、幅方向(X方向)に40mmの幅Wで、長手方向(Y方向)に100mmの長さLの矩形状(図4参照)に切断した。これにより、Al層211の厚みt2aとCu層212の厚みt3aとの合計の厚み(=t2a+t3a)に対するAl層211の厚みt2aの比率が50%であるとともに、Al層211の厚みt2aとCu層212の厚みt3aと芯材層213の厚みt4との合計(=t1a)に対する芯材層213の厚みt4が33%である実施例11の集電体用クラッド材201を作製した。   Then, rolling and diffusion annealing were performed in the same manner as in the above reference example, in a state in which the long Al plate material, the core material, and the Cu plate material were laminated in the thickness direction (Z direction). Then, the clad material was cold-rolled so as to have a thickness t1a of 50 μm, whereby a long current collector clad material 201 was produced. Finally, the long current collector clad material 201 is cut into a rectangular shape (see FIG. 4) having a width W of 40 mm in the width direction (X direction) and a length L of 100 mm in the longitudinal direction (Y direction). did. Thus, the ratio of the thickness t2a of the Al layer 211 to the total thickness (= t2a + t3a) of the thickness t2a of the Al layer 211 and the thickness t3a of the Cu layer 212 is 50%, and the thickness t2a of the Al layer 211 and the Cu layer The clad material 201 for current collector of Example 11 in which the thickness t4 of the core layer 213 is 33% with respect to the total (= t1a) of the thickness t3a 212 and the thickness t4 of the core layer 213 is produced.

そして、実施例11の集電体用クラッド材201において、上記参考例と同様に、圧延後における幅方向(X方向)の反りと、長手方向(Y方向)の反りとを測定するとともに、熱処理後における幅方向の反りを測定した。なお、反りについては、上記参考例と同様に、Al層211(図6参照)側が凸になるように反る場合には、正(+)とし、Al層211側が凹になるように反る場合には、負(−)として図7に記載した。   And in the clad material 201 for current collectors of Example 11, while measuring the curvature of the width direction (X direction) after rolling and the curvature of a longitudinal direction (Y direction) similarly to the said reference example, heat processing are carried out Warpage in the width direction was measured. As for the warpage, as in the above reference example, when the Al layer 211 (see FIG. 6) is warped so as to be convex, it is positive (+) and the Al layer 211 is warped so as to be concave. In the case, it described in FIG. 7 as negative (-).

図7に示す実施例の結果としては、圧延後において、実施例11の集電体用クラッド材201の幅方向(X方向)の反りおよび長手方向(Y方向)の反りは、共にAl層211側が凸で、それぞれ、1.2mm以下および7.0mm以下になった。これにより、圧延後において、実施例11の集電体用クラッド材201では、反りの発生を十分に抑制することができることが確認できた。なお、これは、塑性変形しやすいA1050(Al基合金)からなるAl層211の厚みt2aの比率が50%で比較的大きいものの、ヤング率が195GPaで高いNW2200から構成される芯材層213により、圧延時においてA1050に起因する反りの影響を小さくすることができたからであると考えられる。   As a result of the embodiment shown in FIG. 7, both the warpage in the width direction (X direction) and the warpage in the longitudinal direction (Y direction) of the clad material 201 for a current collector of Example 11 after the rolling are Al layers 211. The side was convex, and became 1.2 mm or less and 7.0 mm or less, respectively. Thereby, in the clad material 201 for current collectors of Example 11, it was confirmed that generation | occurrence | production of curvature could fully be suppressed after rolling. Although this is relatively large at 50% of the ratio t2a of the thickness t2a of the Al layer 211 made of A1050 (Al-based alloy) which is easily plastically deformed, the core layer 213 made of NW2200 having a high Young's modulus of 195 GPa It is considered that the influence of warpage caused by A1050 could be reduced during rolling.

また、熱処理後においても、実施例11の集電体用クラッド材201の幅方向の反りは、Al層211側が凹で、1.4mm以下になった。これにより、熱処理後においても、実施例11の集電体用クラッド材201では、反りの発生を十分に抑制することができることが確認できた。なお、これは、熱収縮量が大きなAl層211が大きく収縮するのを、ヤング率が高く、集電体用クラッド材201の剛性の向上に寄与する芯材層213により抑制することができたからであると考えられる。   In addition, even after the heat treatment, the warpage in the width direction of the current collector clad material 201 of Example 11 was concaved to 1.4 mm or less on the Al layer 211 side. As a result, it was confirmed that the occurrence of warpage can be sufficiently suppressed in the current collector clad material 201 of Example 11 even after the heat treatment. In addition, since it was able to suppress that the Young's modulus is high and contributes to the improvement of the rigidity of the clad material 201 for current collectors, the large shrinkage of the Al layer 211 having a large amount of thermal contraction can be suppressed. It is considered to be.

これらの結果、実施例11のように、Al層211の厚みt2aとCu層212の厚みt3aとの合計の厚みに対するAl層211の厚みt2aの比率を60%以下にした場合であっても、150GPa以上のヤング率を有する芯材層213を設けることによって、反りを十分に抑制することが可能であることが確認できた。   As a result, even when the ratio of the thickness t2a of the Al layer 211 to the total thickness of the thickness t2a of the Al layer 211 and the thickness t3a of the Cu layer 212 is 60% or less as in Example 11, It has been confirmed that warpage can be sufficiently suppressed by providing the core layer 213 having a Young's modulus of 150 GPa or more.

さらに、Al層の厚みの比率が共に50%である、図5の比較例2と図7の実施例11とを比較しても、圧延後および熱処理後のいずれにおいても、芯材層213が設けられた実施例11において、反りの発生がより抑制されることが確認された。また、特に、圧延後における長手方向の反りは、約5%(=(0.5/10.1)×100)に顕著に小さくなることが判明した。   Furthermore, even if Comparative Example 2 of FIG. 5 and Example 11 of FIG. 7 in which the ratio of the thickness of the Al layer is 50% are compared with each other, the core material layer 213 In Example 11 provided, it was confirmed that the occurrence of warpage is further suppressed. Moreover, it turned out that especially the curvature of the longitudinal direction after rolling becomes small to about 5% (= (0.5 / 10. 1) x 100) notably.

なお、実施例の実施例11では、芯材層213を構成する金属材料としてNW2200を用いたものの、ヤング率が150GPa以上であるNi−Nb合金などのNi合金や、純Fe、ステンレスなどのFe合金などを芯材層213として用いた場合にも、Al層211の厚み比率が60%以下であれば、実施例11と同様に、集電体用クラッド材201の反りを抑制することが可能であると考えられる。   In Example 11 of the embodiment, although NW2200 is used as the metal material for forming the core layer 213, a Ni alloy such as a Ni-Nb alloy having a Young's modulus of 150 GPa or more, Fe such as pure Fe, stainless steel, etc. Even when an alloy or the like is used as the core layer 213, if the thickness ratio of the Al layer 211 is 60% or less, warpage of the current collector clad material 201 can be suppressed as in Example 11. It is considered to be.

また、実施例の実施例11では、Al層211の厚みt2aの比率を50%にしたものの、Al層211の厚みt2aの比率を50%以外で、かつ、60%以下の範囲の大きさにした場合にも、芯材層213のヤング率が150GPa以上であれば、実施例11と同様に、集電体用クラッド材201の反りを抑制することが可能であると考えられる。   In addition, in Example 11 of the example, although the ratio of the thickness t2a of the Al layer 211 is set to 50%, the ratio of the thickness t2a of the Al layer 211 is set to a size other than 50% and 60% or less. Also in this case, if the Young's modulus of the core layer 213 is 150 GPa or more, it is considered that warpage of the current collector clad material 201 can be suppressed as in Example 11.

また、実施例の実施例11では、芯材層213の厚みt4を集電体用クラッド材201の厚みt1aの33%にしたものの、芯材層213の厚みt4を33%以外で、かつ、約30%以上約80%以下の範囲の大きさにした場合にも、Al層211の厚みt2aの比率が60%以下であれば、実施例11と同様に、集電体用クラッド材201の反りを確実に抑制することが可能であると考えられる。   Further, in Example 11 of the example, although the thickness t4 of the core layer 213 is 33% of the thickness t1a of the clad material 201 for current collector, the thickness t4 of the core layer 213 is other than 33% and When the thickness t2a of the Al layer 211 is 60% or less even when the size is in the range of about 30% or more and about 80% or less, as in Example 11, the clad material 201 for current collector is used. It is believed that warpage can be reliably suppressed.

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the description of the embodiments and examples described above but by the claims, and further includes all modifications (variations) within the meaning and scope equivalent to the claims.

たとえば、上記実施形態では、芯材層213が1層からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、芯材層を複数層から構成してもよい。この際、Al基合金から構成される第1層からCu基合金から構成される第2層に向かって、イオン化傾向が小さくなるように順に積層させるのがよい。これにより、集電体用クラッド材に腐食が生じるのを効果的に抑制することが可能である。なお、芯材層を複数層から構成する場合には、芯材層全体においてヤング率が150GPa以上である必要があるとともに、芯材層全体の厚みが集電体用クラッド材の厚みの約30%以上約80%以下であるのが好ましい。   For example, although the example which the core material layer 213 consists of 1 layer was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, the core layer may be composed of a plurality of layers. Under the present circumstances, it is good to laminate in order so that an ionization tendency may become small toward the 2nd layer comprised from Cu base alloy from the 1st layer comprised from Al base alloy. This makes it possible to effectively suppress the occurrence of corrosion in the current collector clad material. When the core layer is formed of a plurality of layers, the Young's modulus needs to be 150 GPa or more in the entire core layer, and the thickness of the entire core layer is about 30 of the thickness of the current collector clad material. % Or more and about 80% or less.

また、上記実施形態では、集電体用クラッド材201を、バイポーラ型電極200として用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、集電体用クラッド材を、正極活物質層または負極活物質層のいずれか1方のみが形成されたモノポーラ型電極として用いてもよい。   Moreover, although the example which used the clad material 201 for collectors as the bipolar type electrode 200 was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, the current collector clad material may be used as a monopolar electrode in which only one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is formed.

また、上記実施形態では、芯材層213を、ヤング率が150GPa以上のNi基合金またはFe基合金から構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、芯材層は、ヤング率が150GPa以上の金属材料であればよく、Ni基合金またはFe基合金以外の金属材料から構成してもよい。   Moreover, although the example which comprises the core material layer 213 from Ni-based alloy or Fe-based alloy whose Young's modulus is 150 GPa or more was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, the core layer may be a metal material having a Young's modulus of 150 GPa or more, and may be made of a metal material other than Ni-based alloy or Fe-based alloy.

また、上記実施形態では、二次電池101において固体電解質104を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、固体電解質の代わりに液体の電解質(電解液)を用いてもよい。この場合、バイポーラ型電極同士の間に電解液を配置するとともに、隣接する電解液同士が短絡しないように仕切る必要がある。   Moreover, although the example which used the solid electrolyte 104 in the secondary battery 101 was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, a liquid electrolyte (electrolyte solution) may be used instead of the solid electrolyte. In this case, it is necessary to dispose the electrolytic solution between the bipolar electrodes and to separate adjacent electrolytic solutions so as not to short circuit each other.

201 集電体用クラッド材(電池集電体用クラッド材)
1a 表面(一方表面)
1b 表面(他方表面)
2 正極活物質層
3 負極活物質層
211 Al層(第1層)
212 Cu層(第2層)
200 バイポーラ型電極(電極)
213 芯材層
201 Cladding material for current collector (cladding material for battery current collector)
1a surface (one surface)
1b surface (other surface)
2 Positive electrode active material layer 3 Negative electrode active material layer 211 Al layer (first layer)
212 Cu layer (second layer)
200 bipolar electrodes (electrodes)
213 core layer

Claims (5)

一方表面に配置され、Al基合金から構成される第1層と、他方表面に配置され、Cu基合金から構成される第2層と、前記第1層と前記第2層との間に配置され、150GPa以上のヤング率を有する芯材層とが圧延により接合されたクラッド材からなり、
前記第1層と前記第2層との合計の厚みに対する前記第1層の厚みの比率は、50%以下であり、前記芯材層の厚みは、前記クラッド材の厚みの3分の1である、電池集電体用クラッド材。
A first layer arranged on one surface and made of an Al-based alloy, and a second layer arranged on the other surface and made of a Cu-based alloy, arranged between the first layer and the second layer And a core material layer having a Young's modulus of 150 GPa or more is made of a clad material joined by rolling,
The ratio of the thickness of the first layer to the total thickness of the first layer and the second layer is 50% or less, and the thickness of the core material layer is one third of the thickness of the cladding material. There is a clad material for battery current collector.
前記芯材層は、Ni基合金またはFe基合金から構成されている、請求項1に記載の電池集電体用クラッド材。   The battery current collector clad material according to claim 1, wherein the core material layer is made of a Ni-based alloy or an Fe-based alloy. 前記芯材層は、純NiまたはNbを含有するNi−Nb合金である前記Ni基合金から構成されている、請求項2に記載の電池集電体用クラッド材。   The clad material for a battery current collector according to claim 2, wherein the core layer is made of the Ni-based alloy which is pure Ni or a Ni-Nb alloy containing Nb. 前記クラッド材の厚みは、100μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池集電体用クラッド材。   The clad material for battery current collectors according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness of the clad material is 100 m or less. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電池集電体用クラッド材の前記一方表面上に正極活物質層が配置され、前記他方表面上に負極活物質層が配置されている、電極。   An electrode, wherein a positive electrode active material layer is disposed on the one surface of the clad material for a battery current collector according to any one of claims 1 to 4, and a negative electrode active material layer is disposed on the other surface. .
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