JPWO2013128685A1 - 集電体用アルミニウム箔及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
アルミニウム箔の少なくとも一方の箔表面が粗面化されており、該粗面化された表面のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される算術平均粗さＲａは、箔圧延時の圧延方向と直角方向に測定された算術平均粗さＲａであるＡと、圧延方向と平行方向に測定された算術平均粗さＲａであるＢとが、０．１５μｍ≰Ａ≰２．０μｍ、０．１５μｍ≰Ｂ≰２．０μｍ、０．５≰Ｂ／Ａ≰１．５の関係を満足する。粗面化された箔表面には、５０〜１０００μｇ／ｍ２の油分が付着していることが好ましい。油分は圧延油であることが好ましい。
Description
本発明は、集電体用アルミニウム箔及びその製造方法に関する。
リチウムイオン電池等の二次電池や電気二重層コンデンサなどの集電体として、アルミニウム箔が用いられている。例えばリチウムイオン電池の場合には、アルミニウム箔表面に正極活物質を固定することにより正極が構成される。
上記正極は、例えば、以下のようにして製造される。すなわち、コバルト酸リチウム等の正極活物質粉末、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤、カーボンブラック等の導電助剤などをＮ−メチルピロリドン等の有機溶媒に分散、混合して調製したペーストを、厚み１５μｍ程度のアルミニウム箔の両面に塗工して塗工層を形成する。次いで、この塗工層を乾燥させることにより、塗工層中の有機溶媒を蒸発させて除去する。上記乾燥後、必要に応じて、層内密度を増大させるために圧着工程を行う。このようにして、集電体としてのアルミニウム箔の表面に正極活物質含有層を有する正極が製造される。
上述のように、集電体表面に電極活物質を固定して電極を構成する場合、集電体と電極活物質含有層との間が十分に密着していることが重要になる。電極製造工程で集電体から電極活物質含有層が剥離すると歩留りの低下を招き、また、二次電池や電気二重層コンデンサに組み込んだ後に剥離するとこれらデバイスの寿命等の特性が劣化してしまうからである。
集電体と電極活物質含有層との間の密着性を改善する方法として、アルミニウム箔の表面を粗面化する方法が知られている。例えば、特許文献１には、少なくとも一方の表面の粗さとしてＪＩＳ Ｂ ０６０１：１９９４による平均粗さＲａが０．３μｍ以上１．５μｍ以下で最大高さＲｙが０．５μｍ以上５．０μｍ以下である、集電体用アルミニウム箔が開示されている。
また、粗面化以外の方法により集電体と電極活物質含有層との間の密着性を改善する技術がある。例えば、特許文献２には、箔圧延後のアルミニウム箔表面に付着した圧延油を十分に脱脂することにより、ペーストの塗工性を向上させ、電極活物質含有層の密着性を向上させる点が開示されている。
しかしながら、従来技術により製造されるアルミニウム箔は、電極活物質含有層の密着性が未だ十分でなく、さらなる改良が求められているのが現状である。とりわけ、粉体状の電極活物質を用いる場合には、集電体と電極活物質含有層との間の密着性が低下しやすい。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、電極活物質含有層の剥離が生じ難い集電体用アルミニウム箔を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、少なくとも一方の箔表面が粗面化されており、
該粗面化された表面のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される算術平均粗さＲａは、箔圧延時の圧延方向と直角方向に測定された算術平均粗さＲａであるＡと、圧延方向と平行方向に測定された算術平均粗さＲａであるＢとが、
０．１５μｍ≦Ａ≦２．０μｍ、
０．１５μｍ≦Ｂ≦２．０μｍ、
０．５≦Ｂ／Ａ≦１．５
の関係を満足することを特徴とする集電体用アルミニウム箔にある。
該粗面化された表面のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される算術平均粗さＲａは、箔圧延時の圧延方向と直角方向に測定された算術平均粗さＲａであるＡと、圧延方向と平行方向に測定された算術平均粗さＲａであるＢとが、
０．１５μｍ≦Ａ≦２．０μｍ、
０．１５μｍ≦Ｂ≦２．０μｍ、
０．５≦Ｂ／Ａ≦１．５
の関係を満足することを特徴とする集電体用アルミニウム箔にある。
また、本発明の他の態様は、アルミニウム板を圧延してアルミニウム箔を形成する箔形成工程と、
該箔形成工程により形成されたアルミニウム箔の表面を粗面化する粗面化工程とを有し、
該粗面化工程により、上記箔形成工程における圧延方向と直角方向に測定された算術平均粗さＲａであるＡと、圧延方向と平行方向に測定された算術平均粗さＲａであるＢとが、
０．１５μｍ≦Ａ≦２．０μｍ、
０．１５μｍ≦Ｂ≦２．０μｍ、
０．５≦Ｂ／Ａ≦１．５
の関係を満足するように、上記アルミニウム箔の少なくとも一方の表面を粗面化することを特徴とする集電体用アルミニウム箔の製造方法にある。
該箔形成工程により形成されたアルミニウム箔の表面を粗面化する粗面化工程とを有し、
該粗面化工程により、上記箔形成工程における圧延方向と直角方向に測定された算術平均粗さＲａであるＡと、圧延方向と平行方向に測定された算術平均粗さＲａであるＢとが、
０．１５μｍ≦Ａ≦２．０μｍ、
０．１５μｍ≦Ｂ≦２．０μｍ、
０．５≦Ｂ／Ａ≦１．５
の関係を満足するように、上記アルミニウム箔の少なくとも一方の表面を粗面化することを特徴とする集電体用アルミニウム箔の製造方法にある。
なお、上記「アルミニウム」は、アルミニウムを主体とする金属および合金の総称であり、純アルミニウムおよびアルミニウム合金を含む概念である。
従来のアルミニウム箔は、一般にアルミニウムを一方向に圧延することにより箔状に形成されるため、圧延方向に対して平行方向に筋状模様が形成されている。それ故、圧延方向に対して平行方向の算術平均粗さＲａが直角方向の算術平均粗さＲａに対して極めて小さい。ところが、従来のアルミニウム箔における表面粗さの指標としては、圧延方向に対して直角方向の算術平均粗さＲａの値を測定することが一般的であり、表面粗さの方向性は考慮されてこなかった。
これに対し、表面粗さの方向性を考慮して、アルミニウム箔の表面を圧延方向に直角方向のみならず平行方向にも粗面化することにより、電極活物質含有層との密着性をより向上できることが本発明により初めて見出されたのである。
すなわち、上記集電体用アルミニウム箔は、該アルミニウム箔の粗面化された箔表面において測定した圧延方向と直角方向及び平行方向の算術平均粗さＲａの値が、上記特定の関係を満足するように形成されている。これにより、上記アルミニウム箔における粗面化された表面は、圧延方向と直角方向及び平行方向の両方向において同程度の算術平均粗さＲａを有する表面となる。その結果、上記アルミニウム箔の表面と電極活物質含有層とのアンカー効果により電極活物質含有層の密着性をより向上させることができる。
また、上記アルミニウム箔は、電極活物質が粉体状であっても電極活物質含有層の剥離が生じ難い。そのため、電極活物質含有層の剥離が生じ難い集電体用アルミニウム箔を提供することができる。その結果、例えば上記アルミニウム箔を二次電池や電気二重層コンデンサの集電体として用いれば、電極製造工程において集電体から電極活物質含有層が剥離して歩留りが低下するのを抑制することができる。また、二次電池や電気二重層コンデンサ等に組み込んだ後の剥離も抑制できるので、これらデバイスの寿命等の特性を向上させることが可能となる。
上記集電体用アルミニウム箔は、箔表面の一方面が粗面化されていてもよいし、両面が粗面化されていてもよい。粗面化された箔表面の表面粗さを表す算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠して測定される値である。なお、両面が粗面化されている場合には、少なくとも電極活物質含有層を形成する側の箔表面の算術平均粗さＲａが上記特定の範囲内にあればよい。
上記集電体用アルミニウム箔において、圧延方向に直角方向及び平行方向の算術平均粗さＲａである上記Ａ及び上記Ｂの下限値は、それぞれ０．１５μｍ以上である。上記Ａ及び上記Ｂの下限値がそれぞれ０．１５μｍ以上であれば、表面の粗面化によるアンカー効果を十分に得ることができ、電極活物質含有層と上記アルミニウム箔との密着性を良好なものにすることができる。上記Ａ及び上記Ｂの下限値が０．１５μｍ未満になると、表面が十分に粗面化されなくなるため、アンカー効果が十分に得られず、電極活物質含有層の密着性が低下する。そのため、上記Ａ及びＢの値の下限値は０．１５μｍ以上とし、好ましくは０．２０μｍ以上がよい。
他方、上記Ａ及び上記Ｂの上限値は、２．０μｍ以下である。上記Ａ及び上記Ｂの上限値が２．０μｍ以下の場合には、電極活物質含有層の塗工性が良好となる。そのため、上記アルミニウム箔を集電体として使用することにより、電極を歩留まり良く製造することができる。上記Ａ及び上記Ｂの上限値が２．０μｍを超える場合には、粗面化された表面における凹部と凸部との高さの差が過度に大きくなるため、電極活物質含有層の連続的な塗工性が低下したり、塗工形成時や塗工後の圧着時に箔が破断して亀裂が発生したりするおそれがある。また、表面における凹部の底まで電極活物質含有層が充填されにくくなり、電気伝導性が低下するおそれがある。そのため、上記Ａ及び上記Ｂの上限値は２．０μｍ以下とし、好ましくは１．５μｍ以下がよい。
また、上記Ａの値と上記Ｂの値との比であるＢ／Ａの値は、０．５以上１．５以下である。上記Ｂ／Ａの値が上記特定の範囲内にあれば、圧延方向に垂直方向の算術平均粗さＲａと平行方向の算術平均粗さＲａとの差が比較的小さくなる。これにより、等方的に粗面化された表面を得ることができるため、充分なアンカー効果を得ることができる。その結果、電極活物質含有層と上記アルミニウム箔との密着性を良好なものにすることができる。
上記Ｂ／Ａの下限値が０．５未満となる場合には、圧延方向に垂直方向の算術平均粗さＲａに対して平行方向の算術平均粗さＲａが過度に小さくなるため、凹凸によるアンカー効果が十分に得られず、電極活物質含有層の密着性が低下する。また、上記Ｂ／Ａの上限値が１．５を超える場合には、圧延方向に垂直方向の算術平均粗さＲａに対して平行方向の算術平均粗さＲａが過度に大きくなるため、凹凸によるアンカー効果が十分に得られず、電極活物質含有層の密着性が低下する。そのため、上記Ｂ／Ａの値は、０．５以上１．５以下とし、好ましくは０．８以上１．３以下がよい。
また、上記の粗面化された箔表面には５０〜１０００μｇ／ｍ２の油分が付着していてもよい。
上記特定の量の油分が上記アルミニウム箔に付着している場合には、電極活物質含有層と上記アルミニウム箔との密着性をより向上させることができる。
上記特定の量の油分が上記アルミニウム箔に付着している場合には、電極活物質含有層と上記アルミニウム箔との密着性をより向上させることができる。
上記油分の付着量が５０μｇ／ｍ２未満の場合、電極活物質含有層と集電体との密着性が低下し、十分な剥離強度が得にくくなる。これは、電極活物質含有層を形成する際のペーストとの親和性が低下することが主な原因であると推察される。そのため、上記油分の付着量は５０μｇ／ｍ２以上が好ましく、１００μｇ／ｍ２以上がより好ましく、１５０μｇ／ｍ２以上がさらに好ましい。
他方、上記油分の付着量が１０００μｇ／ｍ２を超えると、箔表面にペーストを塗工し乾燥した後に、電極活物質含有層と集電体との間に油分が過剰に残留する。これにより、電極活物質含有層と集電体との密着性が低下し、十分な剥離強度が得にくくなる。そのため、上記油分の付着量は１０００μｇ／ｍ２以下が好ましく、９００μｇ／ｍ２以下がより好ましく、８００μｇ／ｍ２以下がさらに好ましい。
なお、上記油分の量（μｇ／ｍ２）は、アルミニウム箔の表裏面に付着している油分の合計量（μｇ）を、アルミニウム箔の表裏面の合計表面積（ｍ２）で割ることで求めることができる。上記油分の量は、例えば、該油分を溶解可能な有機溶剤や酸などを用いてアルミニウム箔を洗浄し、この洗浄液をガスクロマトグラフィーにより分析することで測定することができる。
また、上記油分は圧延油であってもよい。
この場合には、アルミニウム箔の粗面化の後に、上記圧延油が上記アルミニウム箔の表面に付着した状態となる。つまり、電極活物質を塗工する前に、上記アルミニウム箔の表面に別途油分を付着させる必要がなくなる。そのため、上記アルミニウム箔の製造工程を簡略化することができるとともに、生産性を向上させることができる。なお、この場合、上記特定の量の上記油分が付着していれば、粗面化を行った上記アルミニウム箔そのままの状態で電極活物質を塗工することができる。上記油分の付着量が上記特定の範囲内にない場合には、例えば粗面化の後に油分を追加して供給したり、もしくは箔表面をアルカリあるいは有機溶媒等の洗浄剤を用いて洗浄したりする等の方法によって、上記油分の付着量を上記特定の範囲内に調整することもできる。上記油分を追加して供給する方法としては、例えばバーコート法、ロールコート法、静電塗油等の方法を用いることができる。
この場合には、アルミニウム箔の粗面化の後に、上記圧延油が上記アルミニウム箔の表面に付着した状態となる。つまり、電極活物質を塗工する前に、上記アルミニウム箔の表面に別途油分を付着させる必要がなくなる。そのため、上記アルミニウム箔の製造工程を簡略化することができるとともに、生産性を向上させることができる。なお、この場合、上記特定の量の上記油分が付着していれば、粗面化を行った上記アルミニウム箔そのままの状態で電極活物質を塗工することができる。上記油分の付着量が上記特定の範囲内にない場合には、例えば粗面化の後に油分を追加して供給したり、もしくは箔表面をアルカリあるいは有機溶媒等の洗浄剤を用いて洗浄したりする等の方法によって、上記油分の付着量を上記特定の範囲内に調整することもできる。上記油分を追加して供給する方法としては、例えばバーコート法、ロールコート法、静電塗油等の方法を用いることができる。
上記圧延油は、基油としての鉱油と、一価または多価高級アルコール、脂肪酸、脂肪酸エステル、および、アミンから選択される１種または２種以上からなる油性剤とを含有し、上記油性剤を合計で上記圧延油全体に対して０．１〜５質量％含有することが好ましい。この場合には、箔圧延時の潤滑性に優れるとともに圧延摩耗粉の発生を抑制することができる。そのため、圧延後におけるピットやピンホール等の欠陥を低減することができ、アルミニウム箔の表面品質を向上させることができる。
また、上記油性剤の含有量は、好ましくは、０．３質量％以上、より好ましくは、０．５質量％以上、さらに好ましくは、１．０質量％以上であるとよい。この場合には、箔圧延時の潤滑性に優れる。そのため、箔圧延時における潤滑不足によってシワが発生したり、摩耗粉により箔表面にコンタミネーションが発生したりすることを効果的に抑制することができ、表面品質に優れたアルミニウム箔を容易に製造することができる。一方、油性剤の含有量は、好ましくは、４．５質量％以下、より好ましくは、４質量％以下、さらに好ましくは、３質量％以下であるとよい。この場合には、箔の表面品質の向上効果、基油への均一溶解性、冷間加工性に優れ、また、低コスト化にも寄与できる。このように、上記圧延油及び上記油性剤の量を上記特定の範囲に制御することにより、表面品質に優れたアルミニウム箔を用いて上記集電体用アルミニウム箔を製造することができる。その結果、電極活物質含有層の剥離強度を向上させるのに一層有利となる。
上記圧延油を構成する基油には、ナフテン系、パラフィン系等の鉱油を用いることができる。上記一価または多価高級アルコールとしては、例えば、炭素数９〜１９の一価または多価アルキルアルコールなどが挙げられる。上記脂肪酸としては、例えば、炭素数９〜１９の飽和あるいは不飽和脂肪酸などが挙げられる。上記脂肪酸エステルとしては、例えば、炭素数９〜１９の飽和あるいは不飽和脂肪酸エステルなどが挙げられる。上記アミンとしては、例えば、フェニル−α−ナフチルアミン等の芳香族アミンなどが挙げられる。これらは１種または２種以上併用することができる。とりわけ、上記高級アルコールとしてはラウリルアルコール、上記脂肪酸としてはオレイン酸、上記脂肪酸エステルとしてはオレイン酸エステル、上記アミンとしてはフェニル−α−ナフチルアミンを選択することができる。この場合には、上述の効果が得られやすく、上記アルミニウム箔の電極活物質含有層の剥離強度を向上させるのに一層有利である。
また、上記圧延油中には、多価アルコールの部分脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物などを添加することができる。この場合には、箔圧延時の潤滑性に優れ、かつ、圧延磨耗粉の発生を抑制して箔の表面品質を向上させるのに有利である。また、他にも上記圧延油中には、必要に応じて、酸化防止剤、粘度調整向上剤、防錆剤、腐食防止剤、消泡剤、乳化剤、帯電防止剤などの各種添加剤を１種または２種以上添加することができる。
上記集電体用アルミニウム箔の厚みは、１０〜１００μｍが好ましい。上記厚みが１０μｍ以上である場合には、箔表面を粗面化する際に、箔の破断や亀裂が生じ難くなり、剥離強度の向上に寄与しやすくなる。また、上記厚みが１００μｍ以下である場合には、箔の体積や重量が集電体として適度であるため、集電体を組み込む二次電池や電気二重層コンデンサ等の小型化、軽量化に寄与しやすく、低コスト化の面でも有利である。そのため、上記集電体用アルミニウム箔の厚みは、１０〜１００μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好ましく、１０〜３０μｍがさらに好ましい。
上記集電体用アルミニウム箔の組成は、箔圧延が可能であれば、特に限定されるものではない。上記集電体用アルミニウム箔の組成としては、例えば、ＪＩＳ １０８５、１０７０、１０５０、１Ｎ３０、１１００、３００３、３００４、８０２１、８０７９などが挙げられる。
上記集電体用アルミニウム箔は、硬質材（Ｈ材）であることが好ましい。この場合には、アルミニウム箔の粗面化後に焼鈍されないので、油分として残留圧延油を用いることができる。
上記集電体用アルミニウム箔は、例えば、リチウムイオン電池、リチウムポリマ電池等の二次電池の電極の集電体、電気二重層コンデンサの電極の集電体などとして用いることができる。
また、上記集電体用アルミニウム箔は、集電体として使用される際に、粗面化された箔表面に電極活物質含有層が形成される。上記電極活物質含有層は、電極活物質と、結着剤と、有機溶媒とを少なくとも含むペーストを塗工する工程を経て形成することが好ましい。また、上記アルミニウム箔は、電極活物質が粉体状であっても優れた密着性を発揮することができるため、電極活物質として粉体状のものを好適に用いることができる。
また、上記有機溶媒としては、例えば、Ｎ−メチルピロリドンなどを例示することができる。Ｎ−メチルピロリドンは、入手容易性、取扱い性、コストなどの観点から上記有機溶媒として好適である。
なお、上記ペーストは、他にも導電助剤等を含んでいてもよい。また、ペースト塗工後、必要に応じて、上記塗工層の形成後、さらに、乾燥工程、熱処理工程、圧着工程等の工程を追加することも可能である。
次に、上記集電体用アルミニウム箔の製造方法を説明する。上記集電体用アルミニウム箔の製造方法としては、上述したごとく、上記箔形成工程と、上記粗面化工程とを有する方法を採用することができる。そして、上記粗面化工程により、上記箔形成工程における圧延方向と直角方向に測定された算術平均粗さＲａであるＡと、圧延方向と平行方向に測定された算術平均粗さＲａであるＢとが、上述した特定の関係を満足するように、上記アルミニウム箔の少なくとも一方の表面を粗面化する。
上記箔形成工程においては、得ようとするアルミニウム箔よりも厚みが大きいアルミニウム板を準備し、これに対して少なくとも冷間圧延を施す。冷間圧延の方法としては、公知の方法を採用することができる。
上記粗面化工程においては、少なくとも一方のロール表面が粗面化された一対の粗面化ロールの間にアルミニウム箔を通して上記ロール表面の表面形状をアルミニウム箔の表面に転写することにより、該アルミニウム箔の表面の粗面化を行うことが好ましい。
粗面化工程において上述の方法を採用することにより、粗面化の度合いや、形態を管理することが容易となる。すなわち、転写という手法を用いるので、上記ロール表面の表面形状を管理さえすれば、アルミニウム箔の全長において粗面化度合い及び形態を均一化させることができる。その結果、上記アルミニウム箔の品質を安定化することが容易となる。
また、上述のごとく転写という手法を用いる場合には、上記箔形成工程と上記粗面化工程とを別々に行ってもよいし、連続して行ってもよい。上記箔形成工程と上記粗面化工程とを連続して行う場合には、例えば、上記の転写用の粗面化ロール設備を圧延機に組み込む方法を採用することができる。この場合には、上記アルミニウム箔の製造方法を簡略化することができるとともに、生産性を向上させることができる。
上記粗面化ロールのロール表面を粗面化する方法としては、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、微粉末溶射などが挙げられる。さらに、粗面化したロール表面をクロムメッキ処理してもよい。これらは１または２以上併用することができる。
なお、上記粗面化工程では、上述の方法以外の方法として、例えば下記の各種の機械的方法、化学的方法、物理的方法を採用することができる。機械的方法としては、箔表面をエメリー紙等の研磨紙で擦ったり、サンドブラスト等のブラスト加工を用いて箔表面を粗面化する方法などが挙げられる。また、化学的方法としては、酸等によりエッチングする方法などが挙げられる。なお、アルミニウムは、表面に酸化膜（アルマイト）を形成しやすいため、エッチャントやエッチング条件を適宜選択することが好ましい。また、物理的方法としては、スパッタリング等、イオンを衝突させて表面を粗面化する方法などが挙げられる。これらの方法は、１種または２種以上併用してもよい。
また、上記箔形成工程と上記粗面化工程とを連続して行い、該粗面化工程においては、上記箔形成工程後にアルミニウム箔に付着している圧延油を上記粗面化工程の潤滑油として用い、新たな潤滑油を供給しなくてもよい。
この場合には、上記箔形成工程に使用する圧延油やその残留分である残留圧延油を上記粗面化工程において潤滑油として利用することができる。そのため、上記アルミニウム箔の製造工程を簡略化できるとともに、生産性を向上させることができる。
この場合には、上記箔形成工程に使用する圧延油やその残留分である残留圧延油を上記粗面化工程において潤滑油として利用することができる。そのため、上記アルミニウム箔の製造工程を簡略化できるとともに、生産性を向上させることができる。
上記集電体用アルミニウム箔の実施例について、以下に説明する。
（実施例１）
＜箔形成工程＞
ＪＩＳ１０８５材よりなるアルミニウム板を準備し、これを冷間圧延することにより、ＪＩＳ１０８５−Ｈ１８材よりなる厚さ２０μｍのアルミニウム箔を得た。上記冷間圧延時には、ナフテン系の基油に含まれる油性剤（ラウリルアルコール、オレイン酸、オレイン酸エステルを含有）を含有した圧延油を潤滑油として用いた。
＜箔形成工程＞
ＪＩＳ１０８５材よりなるアルミニウム板を準備し、これを冷間圧延することにより、ＪＩＳ１０８５−Ｈ１８材よりなる厚さ２０μｍのアルミニウム箔を得た。上記冷間圧延時には、ナフテン系の基油に含まれる油性剤（ラウリルアルコール、オレイン酸、オレイン酸エステルを含有）を含有した圧延油を潤滑油として用いた。
＜粗面化工程＞
一対の粗面化ロールにおける両方のロール表面に対してショットブラストを行った後にクロムメッキを施し、ロール表面の面粗度を種々の値に調整した粗面化ロールを作製した。この粗面化ロールの間に上記アルミニウム箔を通し、上記ロール表面の表面形状をアルミニウム箔の表面に転写した。これにより、表１に示す種々の算術平均粗さＲａを有する、一方の表面が粗面化されたアルミニウム箔（試料１〜試料７）を得た。
一対の粗面化ロールにおける両方のロール表面に対してショットブラストを行った後にクロムメッキを施し、ロール表面の面粗度を種々の値に調整した粗面化ロールを作製した。この粗面化ロールの間に上記アルミニウム箔を通し、上記ロール表面の表面形状をアルミニウム箔の表面に転写した。これにより、表１に示す種々の算術平均粗さＲａを有する、一方の表面が粗面化されたアルミニウム箔（試料１〜試料７）を得た。
上述の方法により得られた各試料について、算術平均粗さＲａの測定、残留圧延油の量の測定及び電極活物質含有層との密着性の評価を、以下の方法により実施した。
＜算術平均粗さＲａの測定＞
上記アルミニウム箔の算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠の方法により測定した。つまり、走査型共焦点レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製；製品名ＯＬＹＭＰＵＳ−ＯＬＳ３０００）を用いて、上記箔形成工程における圧延方向と直角方向及び平行方向の算術平均粗さＲａを各々６箇所について測定し、これらの平均値を表１に示した。
上記アルミニウム箔の算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠の方法により測定した。つまり、走査型共焦点レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製；製品名ＯＬＹＭＰＵＳ−ＯＬＳ３０００）を用いて、上記箔形成工程における圧延方向と直角方向及び平行方向の算術平均粗さＲａを各々６箇所について測定し、これらの平均値を表１に示した。
＜残留圧延油量の測定＞
上述の各試料から表裏面の総表面積が８００ｃｍ２となるように試験片を採取した。この採取した試験片を短冊状に切断し、得られた短冊状サンプルの全てを２５０ｍｌのメスフラスコに入れた。上記メスフラスコにヘキサン７０ｍｌを加え、メスフラスコを撹拌し、７０℃のホットプレート上で２０分間加熱した。その後、このメスフラスコをよく撹拌し、該メスフラスコ中の溶液を抽出液Ａとして採取した。
上述の各試料から表裏面の総表面積が８００ｃｍ２となるように試験片を採取した。この採取した試験片を短冊状に切断し、得られた短冊状サンプルの全てを２５０ｍｌのメスフラスコに入れた。上記メスフラスコにヘキサン７０ｍｌを加え、メスフラスコを撹拌し、７０℃のホットプレート上で２０分間加熱した。その後、このメスフラスコをよく撹拌し、該メスフラスコ中の溶液を抽出液Ａとして採取した。
次いで、上記抽出液Ａを抽出した後の上記短冊状サンプルの全てに蒸留水９０ｍｌ、ヘキサン３０ｍｌおよび６Ｎ塩酸３０ｍｌを加え、アルミニウムの分解反応がおさまるまで放置した。その後、さらに６Ｎ塩酸１０ｍｌを加え、短冊状サンプルの表面が完全に分解するまで放置し、メスフラスコを撹拌することで、ヘキサン中に残留油を抽出した。その後、ガラス製のスポイトで表層に分離しているヘキサン抽出液を１００ｍｌビーカーに移し入れた。次いで、この抽出液が約２０ｍｌになるまで加熱蒸発させ、さらに、室温で約５ｍｌまで蒸発させた。その後、吸引デシケーターで減圧濃縮し、ヘキサンを完全に蒸発させた溶液を抽出液Ｂとして採取した。
次いで、上記抽出液Ａおよび上記抽出液Ｂをヘキサン１００μｌで溶解し、そのうちの４μｌをガスクロマトグラフに注入して分析した。このガスクロマトグラフ分析により得られた残留圧延油の濃度より上記ヘキサン１００μｌに含まれる残留圧延油の総量を算出した。そして、この残留圧延油の総量を総表面積で割ることにより算出した、単位面積当たりの残留圧延油の量（μｇ／ｍ２）を表１に示した。
なお、上記ガスクロマトグラフ分析は、以下の通りであった。
・分析装備：（株）島津製作所製、ＧＣ−１４Ｂ
・カラム：Ｇカラム Ｇ−２０５ ４０ｍ
・検出器：ＦＩＤ
・検出器温度：３２０℃
・キャリヤガス：窒素ガス３０ｍｌ／ｍｉｎ
・分析装備：（株）島津製作所製、ＧＣ−１４Ｂ
・カラム：Ｇカラム Ｇ−２０５ ４０ｍ
・検出器：ＦＩＤ
・検出器温度：３２０℃
・キャリヤガス：窒素ガス３０ｍｌ／ｍｉｎ
＜集電体用アルミニウム箔の密着性評価＞
集電体用アルミニウム箔の密着性評価は、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−２：１９９９に準拠して集電体用アルミニウム箔と電極活物質含有層との１８０度剥離強度を測定することにより行った。なお、ここでは、作製した集電体用アルミニウム箔をリチウムイオン電池の集電体に適用することを想定した。
集電体用アルミニウム箔の密着性評価は、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−２：１９９９に準拠して集電体用アルミニウム箔と電極活物質含有層との１８０度剥離強度を測定することにより行った。なお、ここでは、作製した集電体用アルミニウム箔をリチウムイオン電池の集電体に適用することを想定した。
具体的には、正極活物質として汎用のＬｉＣｏＯ２粉末：６０質量部と、導電助剤としてのアセチレンブラック：５質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン：５質量部と、有機溶媒としてのＮ−メチルピロリドン：３０質量部とを混合し、ペーストを調製した。ロールコータを用いて、各試験片の片面（粗面化された面）に厚さ２０μｍで上記調製したペーストを塗布し、９０℃×５分の条件で乾燥させた。これにより、各アルミニウム箔における粗面化された表面に正極活物質含有層を形成した各試料を作製した。
次いで、得られた各試料を用いてＪＩＳ Ｋ ６８５４−２：１９９９ 「第２部：１８０度はく離」に準拠して１８０度剥離強度を測定した。この際、上記規格中の剛性被着材には厚み３ｍｍの硬質塩化ビニル板を用いた。また、上記アルミニウム板材の表面に各試料の正極活物質含有層の表面を接着するための接着剤として両面テープ（ニチバン社製、「ＮＷ−２５」）を用いた。また、上記規格中のつかみによる試料の引張速度は１００ｍｍ／分とした。なお、表１に示す各試料の剥離強度（Ｎ／２５ｍｍ）は、各試料につき５回測定を行い、得られた５回の測定値の平均値とした。剥離強度は、２．０Ｎ／２５ｍｍ以上を合格とした。
表１に、作製した各集電体用アルミニウム箔の構成と評価結果を示す。
表１より知られるごとく、それぞれ圧延方向に直角方向及び平行方向の算術平均粗さＲａである上記Ａ及び上記Ｂの値が上記特定の範囲内にある試料は、いずれも上記アルミニウム箔と正極活物質含有層とが十分に密着している。そのため、正極活物質含有層の剥離が生じ難いことが確認された。
このように、正極活物質含有層と充分な密着性を示すアルミニウム箔の代表例として、図１に試料３の顕微鏡像を示す。図１より知られるごとく、上記Ａ及び上記Ｂの値が上記特定の範囲内にある上記アルミニウム箔は、上記ロール表面の表面形状が転写され、等方的に粗面化されている。なお、図１においては、長さ３０μｍを示すスケールを記載している。
このような集電体用アルミニウム箔を、例えばリチウムイオン電池の集電体として用いた場合には、電池の充放電サイクルにおけるリチウムのドープ、脱ドープによって生じる正極活物質の体積変化に起因する正極活物質含有層の剥離や、電極製造工程での剥離を抑制しやすくなり、電池のサイクル特性の向上に寄与することが可能となる。
これに対し、上記Ａ及び上記Ｂの値が上記特定の範囲の下限値を下回る試料は、正極活物質含有層の剥離強度が不十分となり、アルミニウム箔との密着性に劣る結果となった。これは、表面凹凸によるアンカー効果が十分に得られなかったためと考えられる。
正極活物質含有層との密着性が不十分なアルミニウム箔の代表例として、図２に試料６の顕微鏡像を示す。図２より知られるごとく、上記Ａ及び上記Ｂの値が上記特定の範囲外にあるアルミニウム箔は、圧延方向と平行方向に形成された筋状模様が観察された。なお、図２においては、長さ３０μｍを示すスケールを記載している。
また、表１には記載しないが、上記Ａ及び上記Ｂの値が上記特定の範囲の上限値を上回ったものは、正極活物質含有層の塗工形成時に箔が破断して亀裂が発生し、正極活物質含有層を塗工することができなかった。なお、仮に箔が破断することなく正極活物質含有層を塗布できたとしても、表面凹凸の凹部の底に正極活物質含有層が接触し難くなるので、リチウムイオン電池の正極に適用した場合には、電気伝導性が低下するものと推察される。
（実施例２）
本例は、粗面化されたアルミニウム箔の表面に付着している残留圧延油の量について検討を行ったものである。本例では、上記実施例１における試料３と同様の手順により一方の表面が粗面化されたアルミニウム箔を作製した。その後、このアルミニウム箔に対して、強弱を種々変更したアルカリ洗浄を行うことにより、粗面化された箔表面に付着している残留圧延油の量を表２に示す値に調整した試料（試料１１〜試料１２）を作製した。なお、その他は実施例１と同様である。
本例は、粗面化されたアルミニウム箔の表面に付着している残留圧延油の量について検討を行ったものである。本例では、上記実施例１における試料３と同様の手順により一方の表面が粗面化されたアルミニウム箔を作製した。その後、このアルミニウム箔に対して、強弱を種々変更したアルカリ洗浄を行うことにより、粗面化された箔表面に付着している残留圧延油の量を表２に示す値に調整した試料（試料１１〜試料１２）を作製した。なお、その他は実施例１と同様である。
表２に、作製した各集電体用アルミニウム箔の構成と評価結果を示す。
表２より知られるごとく、作製した試料は、いずれも上記Ａ及び上記Ｂの値が上記特定の範囲内にあり、いずれも上記アルミニウム箔と正極活物質含有層とが十分に密着している。ただし、残留圧延油の量が上記特定の範囲の下限を下回る試料は、正極活物質含有層の剥離が生じ難い水準にあるものの、上記特定の範囲内にある試料と比較して密着性が若干劣ることが確認された。
以上、実施例について説明したが、本発明は、上記実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変形を行うことができる。
例えば、上記実施例においては、作製した集電体用アルミニウム箔にリチウムイオン電池の正極に適した材料による正極活物質含有層を形成したが、他にも、作製した集電体用アルミニウム箔に電気二重層コンデンサの電極に適した材料による電極活物質含有層を形成することが可能なものであり、この場合にも、上記と同様に剥離強度の向上効果を得ることができる。
Claims (6)
- 少なくとも一方の箔表面が粗面化されており、
該粗面化された表面のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される算術平均粗さＲａは、箔圧延時の圧延方向と直角方向に測定された算術平均粗さＲａであるＡと、圧延方向と平行方向に測定された算術平均粗さＲａであるＢとが、
０．１５μｍ≦Ａ≦２．０μｍ、
０．１５μｍ≦Ｂ≦２．０μｍ、
０．５≦Ｂ／Ａ≦１．５
の関係を満足することを特徴とする集電体用アルミニウム箔。 - 請求項１に記載の集電体用アルミニウム箔において、上記の粗面化された箔表面には、５０〜１０００μｇ／ｍ２の油分が付着していることを特徴とする集電体用アルミニウ箔。
- 請求項２に記載の集電体用アルミニウム箔において、上記油分は圧延油であることを特徴とする集電体用アルミニウム箔。
- アルミニウム板を圧延してアルミニウム箔を形成する箔形成工程と、
該箔形成工程により形成されたアルミニウム箔の表面を粗面化する粗面化工程とを有し、
該粗面化工程により、上記箔形成工程における圧延方向と直角方向に測定された算術平均粗さＲａであるＡと、圧延方向と平行方向に測定された算術平均粗さＲａであるＢとが、
０．１５μｍ≦Ａ≦２．０μｍ、
０．１５μｍ≦Ｂ≦２．０μｍ、
０．５≦Ｂ／Ａ≦１．５
の関係を満足するように、上記アルミニウム箔の少なくとも一方の表面を粗面化することを特徴とする集電体用アルミニウム箔の製造方法。 - 請求項４に記載の集電体用アルミニウム箔の製造方法において、上記粗面化工程は、少なくとも一方のロール表面が粗面化された一対の粗面化ロールの間にアルミニウム箔を通して上記ロール表面の表面形状をアルミニウム箔の表面に転写することにより、該アルミニウム箔の表面の粗面化を行うことを特徴とする集電体用アルミニウム箔の製造方法。
- 請求項５に記載の集電体用アルミニウム箔の製造方法において、上記箔形成工程と上記粗面化工程とを連続して行い、該粗面化工程においては、上記箔形成工程後にアルミニウム箔に付着している圧延油を上記粗面化工程の潤滑油として用い、新たな潤滑油を供給しないことを特徴とする集電体用アルミニウム箔の製造方法。
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| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
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| R371 | Transfer withdrawn |
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| S531 | Written request for registration of change of domicile |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
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