JP6894211B2 - アルミニウム部材、および、アルミニウム部材の製造方法 - Google Patents
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Description
抵抗Rを下げるためには、ρを小さくする、lを小さくする(表面皮膜の厚さを薄くする)、または、Sを大きくする(接触面積を大きくする)しか方法がないと考えられていた。
アルミニウムの表面皮膜の局所的性質を調べるために、2種類のアルミニウム箔について表面皮膜を流れる電流分布の測定を行った。測定にはコンタクティングAFM(原子間力顕微鏡:日本電子製の走査型プローブ顕微鏡JSPM-5200)を用いた。
一般に、アルミニウムの表面皮膜には吸着水および結合水が存在する。吸着水は、表面皮膜の外側(表面)に吸着する水である。結合水は、水酸化アルミニウムの一種であるギブサイトまたはバイヤライト(Al(OH)3またはAl2O3・3H2O)を200℃〜300℃に加熱すると酸化アルミニウムAl2O3と水H2OまたはベーマイトAl2O3・H2Oと水H2Oに分解されて出てくる水である。結合水は、常温では水としては存在しない。
表面皮膜の電流通過点がどのような物質であるかを調べるため、アルミニウム箔A、Bに対して、XPS分析を行った。なお、XPS分析の前に、アルミニウム箔A、Bに対してArスパッタ処理を行い、表面の油分を除去した。ここでは、アルミニウム箔A、Bの表面の直径数mmの範囲についてXPS分析を行った。得られた物質の存在割合は、上記範囲での平均を示すものである。
次に、アルミニウム箔の表面皮膜における水の分散状態を調べた。図6に示すように、水H2Oが占める面積率は水酸化アルミニウムの面積率と関係があるが、酸化アルミニウムの面積率とは関係がないことが分かった。すなわち、XPS分析の結果は、水酸化アルミニウムの占める面積率が高いと、水H2Oの占める面積率も高いことを示している。表面皮膜中において、水酸化アルミニウムが多く存在する部分には、水H2Oも多く存在し、酸化アルミニウムが多く存在する部分には、水H2Oは少ないと言うことができる。表面皮膜の表面における水酸化アルミニウムの分布の測定は、TOF−SIMS(飛行時間型二次イオン質量分析法)を用いて調べることができる。
アルミニウムの表面皮膜に導電性が生じるメカニズムを以下にまとめる。
アルミニウムの表面皮膜の導電性を改善するためには、体積固有抵抗ではなく、単位面積当たりの、電流通過点の数または電流通過点が占める面積に着目することが重要である。
アルミニウム部材の表面を機械的に粗化処理し、アルミニウム部材の表面を微視的に粗く加工する。上記粗化処理としては、例えば、サンドブラスト、液体ホーニング、ショットピーニング、放電加工、レーザダル加工、微粉末溶射等の方法を用いることができる。これ以外の方法として、以下の機械的方法、化学的方法、または物理的方法を採用することもできる。機械的方法として、例えば、アルミニウム部材の表面をエメリー紙等の研磨紙で擦る方法、および、サンドブラスト等のブラスト加工を用いてアルミニウム部材の表面を粗面化する方法を挙げることができる。化学的方法として、アルミニウム部材の表面を酸等によりエッチングする方法等を挙げることができる。物理的方法として、スパッタリング等により、アルミニウム部材の表面にイオンを衝突させて、表面を粗面化する方法等を挙げることができる。これらの方法から、1つの方法を使用してもよいし、複数の方法を併用してもよい。
表面皮膜において金属アルミニウムの(100)結晶方位が細かく分散するように、圧延法でアルミニウム部材を製造する。また、熱間圧延後冷間圧延を繰り返して製造する際に、最終冷間圧延の前に熱処理を行ってもよい。例えば、熱処理は、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で200℃、10時間の条件で行うことができる。金属アルミニウムの結晶方位には、(100)、(110)、(111)等がある。このうち、(100)の仕事関数が最も高く、それゆえ含有水を引きつけやすい。よって、金属アルミニウムの表面(表面被膜との界面)に(100)面を多く露出させることで、電流通過点を増加させることができる。
上述の実施形態で得られるアルミニウム部材では、以下の効果が得られる。
上記の方法で得られた導電性のよいアルミニウム部材は、導電部材として利用することができる。例えば、該アルミニウム部材を、バスバーまたはリチウムイオン電池(二次電池)の集電体(正極または負極)として利用することができる。バスバーは、電気接続に用いられる導体である。
8a 金属アルミニウム
8b 表面皮膜
16 ステージ
17 プローブ
18 カンチレバー
Claims (8)
- アルミニウムまたはアルミニウム合金であるアルミニウム電極であって、
上記アルミニウム電極の表面皮膜は、酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウムのうちの少なくとも一方を含み、
上記表面皮膜中において水が凝集した部分に形成された、p型半導体となっている半導体部が、上記アルミニウム電極の一表面の1.0cm2の面積当たりに100000箇所以上存在し、上記半導体部が上記アルミニウム電極の上記一表面における電流通過点を形成していることを特徴とするアルミニウム電極。 - アルミニウムまたはアルミニウム合金であるアルミニウム電極であって、
上記アルミニウム電極の表面皮膜は、酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウムのうちの少なくとも一方を含み、
上記表面皮膜中において水が凝集した部分に形成された、p型半導体となっている半導体部が、上記アルミニウム電極の一表面において占める面積率が、5ppm以上であり、上記半導体部が上記アルミニウム電極の上記一表面における電流通過点を形成していることを特徴とするアルミニウム電極。 - 請求項1または2に記載のアルミニウム電極を用いたことを特徴とするバスバー。
- 請求項1または2に記載のアルミニウム電極を用いたことを特徴とする二次電池用集電体。
- アルミニウムまたはアルミニウム合金であるアルミニウム電極の製造方法であって、
アルミニウム電極の表面皮膜を粗化処理、熱処理、または圧延処理することにより、上記表面皮膜中における水が凝集した部分に形成された、p型半導体となっている半導体部の存在密度を100000個/cm2以上にし、上記半導体部によって上記アルミニウム電極の一表面における電流通過点を形成する処理工程を含むことを特徴とするアルミニウム電極の製造方法。 - アルミニウムまたはアルミニウム合金であるアルミニウム電極の製造方法であって、
アルミニウム電極の表面皮膜を粗化処理、熱処理、または圧延処理することにより、上記表面皮膜中における水が凝集した部分に形成された、p型半導体となっている半導体部が、上記アルミニウム電極の一表面において占める面積率を5ppm以上にし、上記半導体部によって上記アルミニウム電極の上記一表面における電流通過点を形成する処理工程を含むことを特徴とするアルミニウム電極の製造方法。 - 上記処理工程は、上記表面皮膜中において含有水が凝集している部分が、上記アルミニウム電極の一表面において占める面積率を増加させることを特徴とする請求項5又は6に記載のアルミニウム電極の製造方法。
- 上記処理工程は、上記アルミニウム電極の一表面におけるCube方位の存在率を増加させる熱処理である、最終冷間圧延の前にアルゴンガス中で200℃で10時間行われる熱処理を含むことを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載のアルミニウム電極の製造方法。
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