WO2023210832A1 - ニッケルめっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents

ニッケルめっき鋼板及びその製造方法 Download PDF

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WO2023210832A1
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layer
iron
roughened
plating
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勇人 大島
興 吉岡
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東洋鋼鈑株式会社
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C10/28Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/30Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes using a layer of powder or paste on the surface
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a nickel-plated steel sheet and a method for manufacturing the same.
  • Patent Document 1 discloses a roughened nickel plated plate that maintains the adhesion of the plating layer to the base material and has excellent adhesion to other members.
  • Patent Document 2 discloses a roughened nickel plated plate that has improved liquid penetration resistance when bonded to other members, in addition to the adhesion of the plating layer to the base material and other members. .
  • the present invention has been made in view of solving the above problems, and it provides the adhesion of the plating layer to the base material and the adhesion to other members, and further improves the bending durability (when a load is applied).
  • the purpose of the present invention is to provide a roughened nickel-plated steel sheet that has excellent adhesion between the base material and the roughened nickel layer.
  • the nickel-plated steel sheet of the present embodiment includes (1) a base material made of a steel plate, a roughened nickel layer provided on the base material, and a combination of the base material and the roughened nickel layer. and an iron-nickel alloy layer provided in between.
  • the arithmetic mean height Sa of the three-dimensional surface texture parameters of the surface of the roughened nickel layer is 0.2 ⁇ m to 1.3 ⁇ m, and the lightness L* is 30 to 50. It is preferable.
  • the amount of nickel deposited in the nickel layer is preferably 0.08 g/m 2 to 8.90 g/m 2 .
  • the total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer and the nickel layer is preferably 0.89 g/m 2 to 26.7 g/m 2 .
  • it is preferable that the total amount of nickel deposited in the roughened nickel layer, the iron-nickel alloy layer, and the nickel layer is 4.0 g/m 2 to 88.2 g/m 2 .
  • the method for manufacturing a nickel-plated steel sheet in this embodiment includes (8) an iron-nickel alloy layer forming step of forming an iron-nickel alloy layer on a base material made of a steel sheet, and a step of forming a roughened nickel alloy layer on the formed iron-nickel alloy layer.
  • the present invention is characterized by including a roughening nickel plating step of applying plating to form a roughened nickel layer.
  • the iron-nickel alloy layer forming step includes a nickel layer forming step of forming a nickel layer by applying nickel plating to a base material made of a steel plate, and a heat treatment of the base material on which the nickel layer is formed. It is preferable to include a heat treatment step.
  • (10) strike nickel plating and nickel plating are further performed before the roughening nickel plating step to achieve a coating weight of 0.08 g/m 2 to 8.90 g/m It is preferable to include the base nickel precipitation step of depositing the base nickel of step 2 .
  • (11) it is preferable that the proportion of iron on the surface to be roughened before the roughening nickel plating step is 0 to 65% or less.
  • the present invention it is possible to provide a nickel-plated steel sheet that has a reduced total thickness while providing adhesion of the plating layer to the base material and adhesion to other members.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a nickel-plated steel sheet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a nickel-plated steel sheet according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing how to determine the thickness of an iron-nickel alloy layer included in the iron-nickel alloy foil of the present embodiment.
  • 1 is a SEM photograph showing the surface condition of a nickel-plated steel sheet according to an example of the present invention. It is a SEM photograph showing the surface condition of a nickel-plated steel sheet of a comparative example of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of a nickel-plated steel sheet 10 of the present invention.
  • the nickel-plated steel sheet 10 of this embodiment is applied to current collectors of positive electrodes or negative electrodes of secondary batteries, electronic related equipment, and the like.
  • the nickel-plated steel sheet 10 of this embodiment includes a base material 20 made of a steel plate, an iron-nickel alloy layer 30, A roughened nickel layer 50 provided on the iron-nickel alloy layer is included.
  • the steel plate of the base material 20 used in the nickel-plated steel plate 10 of this embodiment is preferably an iron-based steel plate containing less than 1.0% by weight of Cr and other additive metal elements.
  • low carbon steel represented by low carbon aluminum killed steel (carbon content 0.01 to 0.15% by weight), ultra-low carbon steel with carbon content less than 0.01% by weight, or ultra-low carbon steel A non-aging ultra-low carbon steel made by adding Ti, Nb, etc. to the steel is preferably used.
  • the thickness of the base material 20 used in the nickel-plated steel sheet 10 of this embodiment is preferably in the range of 0.01 to 0.5 mm. When used as a current collector for a battery with emphasis on volume and weight energy density, the thickness is more preferably 0.01 to 0.3 mm, and even more preferably from the viewpoint of strength and desired battery capacity. It is 0.025 to 0.1 mm.
  • the thickness of the base material 20 is suitably measured by cross-sectional observation using an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM). Further, as for thickness measurement before surface treatment, that is, before nickel plating or iron-nickel alloy plating, thickness measurement with a micrometer or the like can be applied.
  • the iron-nickel alloy layer 30 included in the nickel-plated steel sheet 10 of this embodiment is an alloy layer containing iron (Fe) and nickel (Ni), and is an alloy layer consisting of iron and nickel ("iron-nickel alloy", "Fe -Ni alloy).
  • the state of the alloy consisting of iron and nickel may be any of a solid solution, eutectoid/eutectic, and compound (intermetallic compound), or they may coexist.
  • the iron-nickel alloy layer 30 included in the nickel-plated steel sheet 10 of this embodiment may contain other metal elements or unavoidable impurities as long as the problems of the present invention can be solved.
  • the iron-nickel alloy layer 30 may contain metal elements such as cobalt (Co) and molybdenum (Mo), and additive elements such as boron (B).
  • the proportion of metal elements other than iron (Fe) and nickel (Ni) in the iron-nickel alloy layer 30 is preferably 5% by weight or less, more preferably 3% by weight or less, and still more preferably 1% by weight or less. preferable. Since the iron-nickel alloy layer 30 may be a binary alloy consisting essentially only of iron and nickel, the lower limit of the content ratio of other metal elements excluding unavoidable impurities is 0%.
  • the type and amount of other metal elements contained can be measured by known means such as an X-ray fluorescence (XRF) measurement device or GDS (glow discharge emission surface analysis).
  • XRF X-ray fluorescence
  • GDS low discharge emission surface analysis
  • the thickness of the iron-nickel alloy layer 30 included in the nickel-plated steel sheet 10 of this embodiment is preferably 0.4 ⁇ m or more, preferably 0.6 ⁇ m or more, and more preferably 0.7 ⁇ m or more.
  • the thickness is preferably .5 ⁇ m or less, more preferably 6 ⁇ m or less.
  • the thickness is preferably 6 ⁇ m or less, more preferably 3.5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the iron-nickel alloy layer 30 of the present embodiment is calculated by analyzing the cross section of the nickel-plated steel plate 10 using SEM-EDX (energy dispersive Quantitative analysis of nickel and iron can be performed at depths up to If the thickness of the iron-nickel alloy layer exceeds 10 ⁇ m, quantitative analysis is performed to the required depth.
  • SEM-EDX energy dispersive Quantitative analysis of nickel and iron can be performed at depths up to If the thickness of the iron-nickel alloy layer exceeds 10 ⁇ m, quantitative analysis is performed to the required depth.
  • FIG. 3 An example of a method for obtaining the thickness of the iron-nickel alloy layer 30 from a graph obtained by SEM-EDX is shown.
  • the horizontal axis shows the depth direction distance ( ⁇ m) from the surface layer side
  • the vertical axis shows the X-ray intensity of Ni and Fe.
  • the graph of FIG. 3 shows that the shallower portion in the thickness direction has a high nickel content and a low iron content.
  • the iron content increases as the thickness increases.
  • the distance between 2/10 of the respective maximum values of nickel and iron is defined as the iron-nickel alloy layer 30, and its thickness can be read from the graph. It is possible.
  • the reason why the distance between 2/10 of the maximum values of nickel and iron is defined as the thickness of the iron-nickel alloy layer 30 is as follows.
  • the thickness of the iron-nickel alloy layer 30 is a predetermined thickness or more, but when the thickness of the iron-nickel alloy layer 30 is measured by SEM-EDX, it is difficult to measure the thickness of the iron-nickel alloy layer 30 using a sample that has not been heat-treated. It was found that even in samples where there is no iron diffusion, the iron strength at the position where the nickel strength peaks is detected at a value of about 10% to 20% of the nickel strength. Further, after the nickel strength attenuated, that is, in the measurement of the base material 20 portion, the nickel strength continued to be detected at a value of about 3 to 8% of the maximum nickel strength.
  • the nickel strength at this time was also about 2% of the iron strength, and it did not fall below 1% even if measurements were continued over 2 ⁇ m after attenuation. In other words, it was found that nickel strength and iron strength are influenced by each other in a trace amount range in measurements by SEM-EDX. Therefore, in this specification, the thickness of the alloy layer that is more reliably formed into an alloy is defined as a range in which a strength of 2/10 or more of each maximum strength is detected.
  • iron-nickel alloy layer 30 is provided on one side of the base material 20 in FIG. 1, it is not limited to this, and may be provided on both sides of the base material 20, although not shown. Further, when iron-nickel alloy layers 30 are provided on both sides, the thickness of one iron-nickel alloy layer 30 may be the same as that of the other iron-nickel alloy layer 30, or may be different.
  • the method for forming the iron-nickel alloy layer 30 is preferably plating or a method using plating and heat treatment, and examples of the plating include methods such as electroplating, electroless plating, hot-dip plating, and dry plating. Among these methods, electroplating is particularly preferred from the viewpoint of cost, film thickness control, and the like.
  • a Ni plating layer is formed on at least one side of the base material 20 by a method such as electroplating, and then iron (Fe) and nickel (Ni) in the base material 20 are diffused and alloyed by a thermal diffusion treatment or the like.
  • a method of forming an alloy layer by iron-nickel alloy plating, and the like include a method of forming an alloy layer by iron-nickel alloy plating, and the like. Note that details of these manufacturing methods will be described later.
  • the roughened nickel layer 50 may be formed on the outermost surface of one side of the nickel-plated steel sheet 10 as shown in FIG. 1, or may be formed on both sides (not shown).
  • the arithmetic mean height Sa which is a three-dimensional surface property parameter of the roughened nickel layer, is 0.2 ⁇ m to 1.3 ⁇ m, and the lightness L* is 30 to 50. This is preferable from the viewpoint of improving adhesion to other members.
  • the arithmetic mean height Sa described above is 0.4 ⁇ m to 1.3 ⁇ m.
  • the lightness L* of the roughened nickel layer 50 of this embodiment can be measured using a spectrophotometer according to the SCE method (specular reflection light removal method) in accordance with JIS Z8722.
  • the maximum height Sz which is a three-dimensional surface property parameter, of the roughened nickel layer 50 is 3 ⁇ m to 20 ⁇ m, and the 85° glossiness is 1.5 to 60. preferable.
  • the maximum height Sz is more preferably 4 ⁇ m or more, and even more preferably 7 ⁇ m or more. From the viewpoint of improving folding durability, it is more preferable that the maximum height Sz is 18 ⁇ m or less.
  • the above-mentioned 85° glossiness is more preferably 1.5 to 55, and still more preferably the above 85° glossiness is 1.5 to 50.
  • the 85° gloss of the surface of the roughened nickel layer 50 can be determined by measuring the 85° specular gloss using a gloss meter in accordance with JIS Z8741.
  • the roughened nickel layer 50 in this embodiment has a three-dimensional surface property parameter, that is, a substantial volume of protruding peaks Vmp of 0.09 ⁇ m 3 / ⁇ m 2 or less, more preferably 0.08 ⁇ m 3 / ⁇ m 2 or less, more preferably 0.07 ⁇ m 3 / ⁇ m 2 or less.
  • the present inventors have discovered that it is possible to provide a roughened nickel steel sheet with excellent folding resistance (adhesion between the base material and the roughened nickel layer when a load is applied) during roll passing.
  • folding resistance adheresion between the base material and the roughened nickel layer when a load is applied
  • the lower limit is not particularly limited, but from the viewpoint of maintaining a better roughened shape and ensuring adhesion to other members, it is preferable that Vmp is 0.005 ⁇ m 3 / ⁇ m 2 or more, more preferably the above The Vmp is 0.01 ⁇ m 3 / ⁇ m 2 or more.
  • roughened nickel layer 50 may include a coated nickel layer. Note that details of the base nickel layer, roughened nickel layer, and covering nickel layer will be described later.
  • the amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer 30 is preferably 0.89 g/m 2 to 26.7 g/m 2 . More preferably, it is 1.3 to 17.8 g/m 2 . Note that the amount of nickel deposited on the iron-nickel alloy layer 30 can be measured by X-ray fluorescence analysis (XRF) or the like.
  • XRF X-ray fluorescence analysis
  • the total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer 30 and the roughened nickel layer 50 is preferably 4.0 g/m 2 to 79.3 g/m 2 . From the viewpoint of improving the adhesion of the plating layer to the base material and improving the adhesion to other members, it is more preferably 5.0 g/m 2 or more, further preferably 7.7 g/m 2 or more, and 9.0 g /m 2 or more is particularly preferred. From the viewpoint of reducing the overall thickness of the nickel-plated steel sheet 10, the thickness is more preferably 60 g/m 2 or less, and even more preferably 50 g/m 2 or less.
  • the method described in International Publication No. WO2020/017655 and International Publication No. WO2021/020338 can be appropriately adopted. That is, it can be determined by measuring the total nickel amount of the nickel-plated steel sheet 10 using X-ray fluorescence analysis (XRF) or the like.
  • XRF X-ray fluorescence analysis
  • the overall thickness of the nickel-plated steel sheet 10 in this embodiment will be explained. Note that the "thickness of the nickel-plated steel sheet 10" in this embodiment may be measured by cross-sectional observation using a scanning electron microscope (SEM) or by using a micrometer.
  • SEM scanning electron microscope
  • the overall thickness of the nickel-plated steel sheet 10 in this embodiment is preferably in the range of 0.02 to 0.51 mm. Further, from the viewpoint of strength and desired battery capacity, the thickness is more preferably 0.02 to 0.31 mm, and still more preferably 0.035 to 0.11 mm.
  • the thickness exceeds the upper limit of the above thickness range, it is undesirable from the viewpoint of the volume and weight energy density of the battery to be manufactured, and is particularly unfavorable when aiming to make the battery thinner.
  • the thickness is less than the lower limit of the above thickness range, it will not only be difficult to have sufficient strength to withstand the effects of charging and discharging the battery, but also cause the battery to tear, tear, or tear during manufacturing or handling. There is a high possibility that wrinkles etc. will occur.
  • the nickel-plated steel sheet 10 in this embodiment allows the roughened nickel layer 50 to be formed on the iron-nickel alloy layer 30 without forming any other metal layer.
  • the overall thickness can be made thinner than before. Moreover, it becomes possible to provide a roughened nickel-plated steel sheet with excellent bending durability.
  • the nickel-plated steel sheet 10 in this embodiment differs from the first embodiment described above in that it includes a nickel layer 40 formed between the iron-nickel alloy layer 30 and the roughened nickel layer 50, as shown in FIG. differ. Therefore, this difference will be mainly explained, and the other points will be given the same reference numerals and the explanation thereof will be omitted.
  • the nickel layer 40 is provided between the iron-nickel alloy layer 30 and the roughened nickel layer 50.
  • the metal material constituting the nickel layer 40 include nickel and nickel alloys.
  • the nickel layer 40 of this embodiment is a layer of nickel formed on the iron-nickel alloy layer by not diffusing iron to the surface when heat-treating after electronickel plating to form the iron-nickel alloy layer 30. may be used as the nickel layer 40. Furthermore, nickel plating may be applied thereon.
  • the effects of forming the nickel layer 40 on the iron-nickel alloy layer 30 include the following points. That is, by forming the nickel layer 40 in addition to the iron-nickel alloy layer 30, the overall thickness of the nickel-plated steel sheet 10 is reduced while ensuring the adhesion of the roughened nickel layer 50 to the iron-nickel alloy layer 30. becomes possible.
  • the total amount of nickel deposited in the nickel layer 40 is 0.08 g/m 2 to 8.9 g/m 2 , which is important for the adhesion of the plating layer to the base material and the adhesion to other members.
  • This is preferable from the viewpoint of reducing the overall thickness of the nickel-plated steel sheet 10 while ensuring the following. More preferably, it is 0.08 g/m 2 to 7.12 g/m 2 .
  • the thickness is preferably 1.1 g/m 2 or more, particularly preferably 1.33 g/m 2 or more. From the viewpoint of reducing the overall thickness of the nickel-plated steel sheet 10, the thickness is more preferably 6.5 g/m 2 or less.
  • the amount of nickel deposited on the nickel layer 40 can be measured by X-ray fluorescence analysis (XRF) or the like.
  • the thickness of the nickel layer 40 is set to 0.1 ⁇ m to 1.0 ⁇ m from the viewpoint of reducing the overall thickness of the nickel-plated steel sheet 10 while ensuring the adhesion of the plating layer to the base material and other members.
  • the thickness is preferably 0.1 ⁇ m to 0.8 ⁇ m, more preferably 0.1 ⁇ m to 0.8 ⁇ m.
  • the thickness is preferably 0.12 ⁇ m or more, particularly preferably 0.15 ⁇ m or more. From the viewpoint of reducing the overall thickness of the nickel-plated steel sheet 10, the thickness is more preferably 0.73 ⁇ m or less.
  • the thickness ratio of the iron-nickel alloy layer 30 and the nickel layer 40 in the nickel-plated steel sheet 10 is 1:1 to 30:1.
  • thickness measurement can be applied by analyzing the cross section of the nickel-plated steel plate using SEM-EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy).
  • the total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer 30, the nickel layer 40, and the roughened nickel layer 50 is preferably 4.0 g/m 2 to 88.2 g/m 2 .
  • it is more preferably 5.5 g/m 2 or more, even more preferably 7.78 g/m 2 or more, and 9.08 g/m 2 or more.
  • Particularly preferred From the viewpoint of reducing the overall thickness of the nickel-plated steel sheet 10, it is more preferably 78.9 g/m 2 or less, even more preferably 68.9 g/m 2 or less, and particularly preferably 37.0 g/m 2 or less. .
  • XRF X-ray fluorescence analysis
  • the method for manufacturing the nickel-plated steel sheet 10 of the present embodiment includes an iron-nickel alloy layer forming step of forming an iron-nickel alloy layer 30 on at least one side of the base material 20, and a roughening step on the formed iron-nickel alloy layer 30.
  • a nickel plating layer is formed on at least one side of the steel plate as the base material 20 by electroplating, and then heat treatment is performed to form the iron-nickel alloy layer 30 by thermal diffusion.
  • the iron-nickel alloy layer 30 may be formed on at least one side of the steel plate serving as the base material 20 by performing alloy electroplating using an alloy plating bath containing iron ions and nickel ions.
  • the iron-nickel alloy layer forming process includes (i-1) a step of forming a nickel plating layer on at least one side of the steel foil, and (i-2) a step of forming a nickel plating layer on the formed steel foil by heat treatment by thermal diffusion.
  • a step of forming an iron-nickel alloy layer 30 is mentioned.
  • (ii) a step of forming the iron-nickel alloy layer 30 on at least one side of the steel foil using a plating bath containing iron ions and nickel ions can also be mentioned.
  • known conditions can be applied to the plating conditions when forming the nickel plating layer by electroplating or forming the iron-nickel alloy plating layer. Examples of plating conditions are shown below.
  • Nickel plating bath (Watt bath) and plating conditions]
  • ⁇ Bath composition Nickel sulfate hexahydrate: 200-300g/L Nickel chloride hexahydrate: 20-60g/L Boric acid: 10-50g/L Bath temperature: 40-70°C pH: 3.0-5.0
  • Stirring Air stirring or jet stirring Current density: 5 to 30 A/dm 2
  • a known nickel sulfamate bath or citric acid bath may be used.
  • additives such as known brighteners may be added to the plating bath to produce bright nickel plating or semi-bright nickel plating.
  • Nickel sulfate hexahydrate 150-250g/L Iron sulfate heptahydrate: 5-100g/L Nickel chloride hexahydrate: 20-50g/L Boric acid: 20-50g/L Sodium citrate (or trisodium citrate) 1-15g/L Saccharin sodium: 1-10g/L ⁇ Temperature: 25-70°C ⁇ pH: 2-4 ⁇ Agitation: Air agitation or jet agitation ⁇ Current density: 5 to 40 A/dm 2
  • the amount of nickel deposited in the nickel plating layer or iron-nickel alloy plating layer formed on the steel plate is preferably 1.3 g/m 2 to 53.4 g/m 2 per side.
  • the amount of adhesion exceeds 53.4 g/m 2 , the operability of electroplating decreases, resulting in a significant increase in cost.
  • the adhesion amount is less than 1.3 g/m 2 , it is not preferable because shape unevenness may easily occur.
  • the amount of nickel deposited on the steel foil after alloy plating or after the heat treatment described below is 1.3 g/m 2 to 26.7 g/m 2 per one side. It is more preferable that the total adhesion amount is 2.6 g/m 2 to 53.5 g/m 2 .
  • Conditions for the heat treatment step in this embodiment include the following conditions.
  • the heat treatment in this embodiment may be continuous annealing or batch annealing (box annealing). Further, heat treatment performed not after nickel plating but after iron-nickel alloy plating may be performed under similar conditions.
  • Continuous annealing is preferably carried out at a temperature and time of 650° C. to 950° C. and a soaking time of 15 seconds to 150 seconds. If the temperature is lower than this or the time is shorter than this, there is a possibility that a sufficient iron-nickel alloy layer 30 cannot be obtained, which is not preferable. On the other hand, heat treatment at a higher temperature or for a longer time than the above-mentioned range is undesirable from the viewpoint of potentially causing shape irregularities or from a cost perspective.
  • An example of temperature and time for batch annealing is 450°C to 690°C with a soaking time of 1.5 to 20 hours, and a total time of heating, soaking, and cooling times. It is preferable to carry out the treatment within the range of 4 hours to 80 hours. If the temperature is lower than this or the time is shorter than this, there is a possibility that a sufficient iron-nickel alloy layer 30 cannot be obtained, which is not preferable. On the other hand, heat treatment at a higher temperature or for a longer time than the above-mentioned range is undesirable from the viewpoint of potentially causing shape irregularities or from a cost perspective.
  • rolling may be performed after the heat treatment.
  • Rolling ratio is 0-75% is preferred.
  • rolling is performed by 35 to 75%, it is preferable to perform a secondary heat treatment.
  • the manufacturing method of the nickel-plated steel sheet 10 of this embodiment when further forming the roughened nickel layer 50 on the iron-nickel alloy layer 30, or when further forming the nickel layer 40 on the iron-nickel alloy layer 30, can be formed using a known nickel bath such as the above-mentioned Watt bath, nickel sulfamate bath, or citric acid bath. In this case, it is preferable to perform a known strike nickel plating treatment immediately before forming the nickel layer 40. After forming the nickel layer 40, it is preferable not to perform heat treatment from the viewpoint of adhesion with the roughened nickel layer described later.
  • a known nickel bath such as the above-mentioned Watt bath, nickel sulfamate bath, or citric acid bath.
  • After forming the nickel layer 40 it is preferable not to perform heat treatment from the viewpoint of adhesion with the roughened nickel layer described later.
  • the surface to be roughened before roughening nickel plating (for example, the surface of the iron-nickel alloy layer 30 or the surface of the nickel layer 40) must have an iron ratio of at least 0 to 65% on the outermost surface. This is preferable from the viewpoint of adhesion of the roughened nickel layer 50 to the base material and bending durability.
  • the proportion of iron in the surface to be roughened can be measured by GDS (glow discharge luminescent surface analysis).
  • the plating bath for forming the roughened nickel layer 50 has a chloride ion concentration of preferably 3 to 90 g/L, more preferably 3 to 75 g/L, even more preferably 3 to 50 g/L, and
  • the ratio of ions to ammonium ions is the weight ratio of "nickel ions/ammonium ions", preferably 0.05 to 0.75, more preferably 0.05 to 0.60, even more preferably 0.05 to 0. .50, even more preferably 0.05 to 0.30, and the bath conductivity at 50° C. is preferably 5.00 to 30.00 S/m, more preferably 5.00 to 20.00 S/m. m, more preferably 7.00 to 20.00 S/m.
  • the chloride ion concentration is 10 g/L or more, it is easy to obtain a good roughened plating state even if the amount of adhesion in the roughened nickel plating is small.
  • the method of adjusting the chloride ion concentration, the ratio of nickel ions to ammonium ions, and the bath conductivity of the plating bath to the above ranges is not particularly limited, but for example, the plating bath may be adjusted to nickel sulfate hexahydrate, nickel sulfate hexahydrate, chloride chloride, etc.
  • An example of this method is to include nickel hexahydrate and ammonium sulfate, and adjust the amounts of these as appropriate.
  • An example of plating conditions is as follows.
  • the ammonia concentration in the plating bath is preferably 6 to 35 g/L, more preferably 10 to 35 g/L, even more preferably 16 to 35 g/L, and even more preferably 20 to 35 g/L.
  • a basic nickel carbonate compound, hydrochloric acid, sodium chloride, potassium chloride, or the like may be used.
  • a roughened nickel layer may be formed by performing coated nickel plating as a subsequent step of the roughened nickel plating.
  • contents disclosed in International Publication No. WO2020/017655 can be applied to the coating nickel plating conditions, detailed explanation will be omitted here.
  • the amount of nickel deposited in the roughened nickel layer 50 formed by the roughened nickel plating process is preferably 3.11 g/m 2 or more, more preferably 5.0 g/m 2 from the viewpoint of improving adhesion to other members. It is 2 or more. From the viewpoint of reducing the total thickness, it is preferably 47.6 g/m 2 or less, and from the viewpoint of bending durability, it is more preferably 35.0 g/m 2 or less, even more preferably 25.0 g/m 2 or less, and particularly preferably It is 15.8 g/m 2 or less.
  • the total coverage of the layers is between 3.5 g/m 2 and 52.6 g/m 2 .
  • the lower limit of the total amount of the roughened nickel layer deposited is more preferably 5.0 g/m 2 or more.
  • the upper limit of the total adhesion amount of the roughened nickel layer is more preferably 35.0 g/m 2 or less, further preferably 25.0 g/m 2 and 22.0 g/m 2 The following is particularly preferable.
  • the arithmetic mean height Sa is 0.2 ⁇ m to 1.3 ⁇ m, and the lightness L* is 30 to 50, which improves adhesion to other members. It is preferable from the viewpoint of From the viewpoint of further improving adhesion to other members, it is more preferable that the above Sa is 0.4 ⁇ m to 1.3 ⁇ m.
  • the substantial volume Vmp of the protruding peaks is preferably 0.09 ⁇ m 3 / ⁇ m 2 or less, more preferably 0.08 ⁇ m 3 / ⁇ m 2 or less. .
  • the 85° glossiness of the roughened nickel layer surface of the roughened nickel layer 50 is preferably 1.5 to 60 from the viewpoint of improving adhesion to other members, and more preferably the above-mentioned 85° glossiness.
  • the gloss level is 1.5 to 55, more preferably the 85° gloss level is 1.5 to 50.
  • the maximum height Sz is preferably 3 to 20 ⁇ m, more preferably 7 to 18 ⁇ m.
  • the above-mentioned roughened nickel layer 50 it can be obtained by forming a roughened nickel layer on a base material on which an iron-nickel alloy layer has been formed, according to the above-mentioned roughened nickel plating conditions.
  • Example ⁇ The present invention will be described in more detail below with reference to Examples. First, the measurement method in Examples will be described.
  • the three-dimensional surface property parameters on the surface of the roughened nickel layer 50 are measured as follows in accordance with ISO25178-2:2012. did. Using a laser microscope (3D measuring laser microscope LEXT OLS5000, manufactured by Olympus Corporation), an image for analysis with a field of view of 256 ⁇ m ⁇ 256 ⁇ m was obtained under the conditions of a 50x objective lens (lens name: MPLAPON50XLEXT). Next, the obtained analysis image was subjected to automatic correction processing, such as noise removal and tilt correction, using an analysis application.
  • automatic correction processing such as noise removal and tilt correction
  • a nickel-plated steel plate (30 mm x 150 mm) was prepared.
  • a test piece was obtained by heat-sealing a polypropylene film (25 mm x 150 mm) with a thickness of 140 ⁇ m to the roughened nickel layer side using a heat sealer (TP-701-B manufactured by Tester Sangyo).
  • the thermal fusion temperature was 156° C.
  • the heating time was 5 seconds
  • the heating pressure was 0.2 MPa.
  • the resin film was pulled at a speed of 50 mm/min in the 90° direction with respect to the base material using a tensioning device (AGS-X manufactured by Shimadzu, 5 kN) to obtain the peel strength, which was evaluated as follows.
  • the formation unevenness of the roughened nickel layer 50 was determined based on the results of surface observation using a scanning electron microscope (SEM).
  • SEM scanning electron microscope
  • the roughened plating absent area (roughened plating missing) in an area of 100 ⁇ m x 100 ⁇ m was observed with a 1000x visual field and evaluated as follows.
  • the thickness of the iron-nickel alloy layer was calculated using SEM-EDX (energy dispersive Elemental analysis of Ni and Fe in the sample was performed by line analysis. The measurement conditions were as follows: acceleration voltage: 15 kV, observation magnification: 5000 times, measurement step: 0.1 ⁇ m. As shown in Figure 3, the horizontal axis is the depth direction distance ( ⁇ m) from the surface layer, and the vertical axis is the X-ray intensity of Ni and Fe. The distance between 2/10 of the maximum value of iron and iron was defined as the iron-nickel alloy layer 30, and its thickness was read from the graph. If an iron-nickel alloy layer of 0.4 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less was confirmed, it was marked as ⁇ .
  • a cold-rolled foil (thickness: 200 ⁇ m) of low carbon aluminum killed steel having the chemical composition shown below was prepared as the base material 20.
  • the prepared base material was electrolytically degreased and pickled by dipping in sulfuric acid, and then nickel plating was performed on both sides of the steel foil under the following conditions, resulting in nickel plating with a nickel deposition amount of 44.5 g/ m2 . formed a layer.
  • the conditions for nickel plating were as follows. (Ni plating conditions) Bath composition: Nickel sulfate hexahydrate: 250g/L Nickel chloride hexahydrate: 45g/L Boric acid: 30g/L Bath temperature: 60°C pH: 4.0-5.0 Stirring: Air stirring or jet stirring Current density: 10A/dm 2
  • the amount of nickel deposited was measured using a fluorescent X-ray device (device name: ZSX100e manufactured by Rigaku Corporation), and the obtained values are shown in Table 1. Note that the specific measurement method is the same as the method described in International Publication No. WO2020/017655, so detailed explanation will be omitted here. Further, the amount of nickel deposited in both Examples and Comparative Examples is shown per one side.
  • the steel foil having the nickel plating layer formed above was subjected to continuous annealing, cold rolling, box annealing, and cold rolling in this order. Specifically, first, heat treatment was performed by continuous annealing at a heat treatment temperature of 670° C., a soaking time of 40 seconds, and a reducing atmosphere. Next, after performing cold rolling at a rolling reduction of 65 to 75%, box annealing was performed at a heat treatment temperature of 560°C and a soaking time of 6 hours (total of heating time, soaking time, and cooling time: 80°C). heat treatment was performed under reducing atmosphere conditions.
  • the steel foil was subjected to 10 to 20% cold rolling to obtain a surface-treated steel foil having iron-nickel alloy layers on both sides.
  • the thickness of the surface-treated steel foil was 50 ⁇ m.
  • the thickness of the iron-nickel alloy layer was confirmed by GDS and was 3.1 ⁇ m. Further, when the amount of nickel deposited on the surface-treated steel foil was measured using a fluorescent X-ray device, it was found to be 11.1 g/m 2 .
  • a nickel layer located between the iron-nickel alloy layer and the roughened nickel layer is formed on the surface of the surface-treated steel foil under the base nickel plating conditions shown below.
  • Bath composition nickel sulfate hexahydrate 250g/L, nickel chloride hexahydrate 45g/L, boric acid 30g/L pH 4.0-5.0 Bath temperature 60°C Current density 10A/ dm2
  • a "roughened nickel layer” was formed on the base nickel layer on one side under the following conditions. Note that the roughened nickel layer was formed by applying the following roughening nickel plating and covering nickel plating.
  • ⁇ Cover nickel plating conditions Bath composition: nickel sulfate hexahydrate 250g/L, nickel chloride hexahydrate 45g/L, boric acid 30g/L pH: 4.0-5.0 Bath temperature: 60°C Current density: 5A/ dm2 Plating time: 36 seconds
  • the total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer, base nickel layer, and roughened nickel layer of the obtained nickel-plated steel sheet was 39.26 g/ m2 , and from this value, the base nickel formed by base nickel plating
  • the total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer and the roughened nickel layer after subtracting the amount of nickel deposited in each layer was 32.14 g/m 2 .
  • the three-dimensional surface texture parameter Sa of the outermost surface of the nickel-plated steel sheet on which the roughened nickel layer was formed was measured and found to be 0.88 ⁇ m.
  • the three-dimensional surface texture parameters such as the arithmetic mean height Sa, maximum height Sz, and solid volume of the protruding peak portion Vmp, were determined using a laser microscope (3D measurement laser microscope LEXT OLS5000 manufactured by Olympus Corporation) using an objective lens of OLS5000 with a magnification of 50 times. Measured under the following conditions.
  • the lightness L* can be measured using a spectrophotometer according to the SCE method (specular reflection light elimination method) in accordance with JIS Z8722.
  • the 85° glossiness was measured using a glossmeter in accordance with JIS Z8741.
  • the adhesion and peel strength between the base material and the roughened nickel layer were also measured. Shape unevenness was determined by the value of Vmp.
  • the results are shown in the table along with the evaluation results of uneven formation.
  • a SEM photograph of the surface of the obtained nickel-plated steel sheet is shown in FIG. Note that the horizontal black line in the figure is a scale bar of 10 ⁇ m.
  • Example 2 The same procedure as in Example 1 was performed except that a 0.5 ⁇ m thick base nickel layer was formed between the iron-nickel alloy layer and the roughened nickel layer under the same conditions as in Example 1. The total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer, the base nickel layer, and the roughened nickel layer of the obtained nickel-plated steel sheet was 36.6 g/m 2 .
  • Example 3 The same procedure as in Example 1 was performed except that a 0.2 ⁇ m thick base nickel layer was formed between the iron-nickel alloy layer and the roughened nickel layer under the same conditions as in Example 1. The total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer, base nickel layer, and roughened nickel layer of the obtained nickel-plated steel sheet was 33.9 g/m 2 .
  • Example 4 The same procedure as in Example 1 was performed except that a 0.1 ⁇ m thick base nickel layer was formed between the iron-nickel alloy layer and the roughened nickel layer under the same conditions as in Example 1. The total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer, the base nickel layer, and the roughened nickel layer of the obtained nickel-plated steel sheet was 33.0 g/m 2 .
  • Example 5 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the underlying nickel layer was not formed. The total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer and the roughened nickel layer of the obtained nickel-plated steel sheet was 32.1 g/m 2 .
  • the thickness of the iron-nickel alloy layer was confirmed by GDS and was 1.0 ⁇ m.
  • the total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer, base nickel layer, and roughened nickel layer of the obtained nickel-plated steel sheet was 25.8 g/m 2 .
  • Example 7 The same procedure as in Example 6 was carried out except that a 0.15 ⁇ m thick base nickel layer was formed under the same conditions as in Example 1. The total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer, base nickel layer, and roughened nickel layer of the obtained nickel-plated steel sheet was 25.3 g/m 2 .
  • Example 8> In the process of forming the roughened nickel layer, the roughened nickel plating conditions were changed to the conditions below and then hoop plating was performed using multiple tanks, and then the coated nickel plating was also performed using hoop plating with the coated nickel plating conditions changed to the conditions below. The same procedure as in Example 3 was carried out except for the plating. The results are shown in Table 1.
  • Nickel sulfate hexahydrate concentration in plating bath 10g/L
  • Nickel chloride hexahydrate concentration in plating bath 10g/L
  • Chloride ion concentration in plating bath 16.2g/L
  • ⁇ Cover nickel plating conditions Bath composition: nickel sulfate hexahydrate 250g/L, nickel chloride hexahydrate 45g/L, boric acid 30g/L pH: 4.0-5.0 Bath temperature: 60°C Current density: 5A/ dm2 Plating time: 6 seconds
  • the total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer, the base nickel layer, and the roughened nickel layer of the obtained nickel-plated steel sheet was 23.2 g/ m2 , and from this value, the base nickel formed by the base nickel plating
  • the total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer and the roughened nickel layer after subtracting the amount of nickel deposited in each layer was 21.4 g/m 2 .
  • Example 9 The roughening nickel plating was carried out in the same manner as in Example 8 except that the conditions were changed to the following conditions. The results are shown in Table 1.
  • ⁇ Cover nickel plating conditions Bath composition: nickel sulfate hexahydrate 250g/L, nickel chloride hexahydrate 45g/L, boric acid 30g/L pH: 4.0-5.0 Bath temperature: 60°C Current density: 5A/ dm2 Plating time: 6 seconds
  • the total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer, base nickel layer, and roughened nickel layer of the obtained nickel-plated steel sheet was 26.5 g/ m2 , and from this value, the base nickel formed by base nickel plating
  • the total amount of nickel deposited in the iron-nickel alloy layer and the roughened nickel layer after subtracting the amount of nickel deposited in each layer was 24.7 g/m 2 .
  • FIG. 5 shows a surface SEM photograph of the obtained surface-treated steel sheet. Note that the horizontal black line in the figure is a scale bar of 10 ⁇ m. The total amount of nickel deposited was 33.9 g/m 2 .
  • Example 1 The same procedure as in Example 1 was conducted except that the steel foil having the nickel plating layer was not annealed. The total amount of nickel deposited was 39.3 g/m 2 .
  • Example 5 having an iron-nickel alloy layer between them was more effective in suppressing formation unevenness and shape unevenness. Not only that, but it also had folding durability that could withstand practical use.
  • Comparative Example 1 Examples 2 to 4 and 6 to 9, each having a base nickel plating with a similar thickness, suppressed formation unevenness and shape unevenness, and also had durability that could withstand practical use. It also had flexibility.
  • Examples 1 to 9 described above it was possible to obtain a nickel-plated steel sheet that had both good adhesion of the plating layer to the base material and adhesion to other members, and had a reduced total thickness including the roughened layer. can. Furthermore, when comparing Examples 1 to 3 and 6 to 9 with Reference Example 1, Examples 1 to 3 and 6 to 9, in which an iron-nickel alloy layer was formed and a base nickel layer of 0.15 ⁇ m or more, It was found that an effect equal to or better than that of Reference Example 1, in which a 0.8 ⁇ m thick base nickel layer was applied without forming an iron-nickel alloy layer, was obtained. Specifically, in Examples 1 to 3 and 6 to 9, in addition to the formation unevenness and shape unevenness being equal to or higher than that of Reference Example 1, it was also possible to significantly improve folding durability.
  • the nickel-plated steel sheet of the present invention can be applied to current collectors of various types of batteries.
  • Nickel plated steel plate 20 Base material 30: Iron-nickel alloy layer 40: Nickel layer 50: Roughened nickel layer

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Abstract

【課題】基材に対するめっき層の密着性と他の部材に対する密着性を備えつつ、粗化層まで含めた合計厚みを薄くしたニッケルめっき鋼板を提供する。 【解決手段】鋼板からなる基材と、前記基材上に設けられる粗化ニッケル層と、前記基材及び前記粗化ニッケル層との間に設けられる鉄ニッケル合金層と、を有するニッケルめっき鋼板。

Description

ニッケルめっき鋼板及びその製造方法
 本発明は、ニッケルめっき鋼板及びその製造方法に関する。
 近年、金属板や金属箔等の基材上にめっき層を形成させる技術において、当該めっき層を平滑に形成させるにとどまらず、めっき面に凹凸を形成させ、あるいは金属を粒状又は針状に基材上に付着させる、いわゆる粗化めっき層を形成させる技術が知られている。
 例えば特許文献1では、基材に対するめっき層の密着性を保ちつつ他の部材に対して優れた密着性を持たせた粗化ニッケルめっき板が開示されている。また特許文献2では基材に対するめっき層の密着性と他の部材に対する密着性に加えて、他の部材に接合した場合における耐液浸透性を向上させた粗化ニッケルめっき板を開示している。
国際公開2020/017655号公報 国際公開2021/149821号公報
 上記特許文献に開示されている粗化ニッケル鋼板では、基材に対する粗化ニッケル層の密着性を担保するために、基材となる鋼板上に、ニッケル付着量が所定以上の下地ニッケル層を形成させた上に粗化ニッケルめっきを施している。一方で本発明者らが鋭意検討した結果、粗化ニッケルめっきを施す表面の金属種等を特定のものにすることにより、上記下地ニッケル層の厚みを所定値以下としても、基材に対する粗化ニッケル層の密着性を良好なものとすることが出来、下地ニッケルめっきを形成する工程の簡素化や製造スピードの向上が図れることを見いだした。
 本発明は、かような課題を解決することを鑑みてなされたものであり、基材に対するめっき層の密着性と他の部材に対する密着性を備え、さらには耐折性(荷重を付与した際の基材と粗化ニッケル層の密着性)に優れる粗化ニッケルめっき鋼板を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本実施形態のニッケルめっき鋼板は、(1)鋼板からなる基材と、前記基材上に設けられる粗化ニッケル層と、前記基材及び前記粗化ニッケル層との間に設けられる鉄ニッケル合金層と、を有することを特徴とする。
 上記(1)において、(2)前記粗化ニッケル層の表面の三次元表面性状パラメータにおける算術平均高さSaが0.2μm~1.3μmであり、且つ、明度L*が30~50であることが好ましい。
 上記(1)又は(2)において、(3)前記粗化ニッケル層と前記鉄ニッケル合金層との間にさらに設けられるニッケル層を有することが好ましい。
 上記(3)において、(4)前記ニッケル層におけるニッケルの付着量が0.08g/m~8.90g/mであることが好ましい。
 上記(3)において、(5)前記鉄ニッケル合金層及び前記ニッケル層におけるニッケル付着量の合計が0.89g/m~26.7g/mであることが好ましい。
 上記(3)において、(6)前記粗化ニッケル層、前記鉄ニッケル合金層及び前記ニッケル層におけるニッケル付着量の合計が4.0g/m~88.2g/mであることが好ましい。
 上記(3)において、(7)前記粗化ニッケル層の表面の三次元表面性状パラメータにおける突出山部実体体積Vmpが0.09μm/μm以下であることが好ましい。
 また本実施形態におけるニッケルめっき鋼板の製造方法は、(8)鋼板からなる基材に鉄ニッケル合金層を形成する鉄ニッケル合金層形成工程と、形成した前記鉄ニッケル合金層上に、粗化ニッケルめっきを施して粗化ニッケル層を形成する粗化ニッケルめっき工程と、を含むことを特徴とする。
 上記(8)において、(9)鉄ニッケル合金層形成工程が、鋼板からなる基材にニッケルめっきを施してニッケル層を形成するニッケル層形成工程と、前記ニッケル層を形成した基材に熱処理を施す熱処理工程と、を含むことが好ましい。
 上記(8)又は(9)において、(10)前記粗化ニッケルめっき工程の前にさらに、ストライクニッケルめっきおよび、ニッケルめっきを施して、付着量が0.08g/m~8.90g/mの下地ニッケルを析出させる下地ニッケル析出工程を含むことが好ましい。
 上記(8)又は(9)において、(11)前記粗化ニッケルめっき工程前における被粗化面の鉄の割合が0~65%以下であることが好ましい。
 本発明によれば、基材に対するめっき層の密着性と他の部材に対する密着性を備えつつ、合計厚みを薄くしたニッケルめっき鋼板を提供することができる。
本発明の実施形態のニッケルめっき鋼板を模式的に示した図である。 本発明の他の実施形態のニッケルめっき鋼板を模式的に示した図である。 本実施形態の鉄ニッケル合金箔に含まれる鉄ニッケル合金層の厚みの求め方を示す模式図である。 本発明の実施例のニッケルめっき鋼板の表面状態を示すSEM写真である。 本発明の比較例のニッケルめっき鋼板の表面状態を示すSEM写真である。
≪ニッケルめっき鋼板≫
 以下、本発明のニッケルめっき鋼板を実施するための実施形態について説明する。
<第1実施形態>
 図1は、本発明のニッケルめっき鋼板10の一実施形態を模式的に示した図である。なお本実施形態のニッケルめっき鋼板10は、二次電池等の正極又は負極の集電体や、電子関連機器等に適用される。
 本実施形態のニッケルめっき鋼板10は、鋼板からなる基材20、鉄ニッケル合金層30、
鉄ニッケル合金層上に設けられた粗化ニッケル層50、を含む。
<基材20>
 本実施形態のニッケルめっき鋼板10に使用される基材20の鋼板としては、Crおよび他の添加金属元素が1.0重量%未満である鉄を基とする鋼板が好ましい。具体的には、低炭素アルミキルド鋼に代表される低炭素鋼(炭素量0.01~0.15重量%)、炭素量が0.01重量%未満の極低炭素鋼、または極低炭素鋼にTiやNbなどを添加してなる非時効性極低炭素鋼が好適に用いられる。
 本実施形態のニッケルめっき鋼板10に使用される基材20の厚さとしては、0.01~0.5mmの範囲が好適である。体積および重量エネルギー密度の観点を重視した電池の集電体として用いる場合は、強度の観点、及び、望まれる電池容量の観点、等より、より好ましくは0.01~0.3mm、さらに好ましくは0.025~0.1mmである。基材20の厚さは、光学顕微鏡や走査電子顕微鏡(SEM)の断面観察による厚み測定が好適に用いられる。また、表面処理前、つまり、ニッケルめっき前または鉄ニッケル合金めっき前の厚み測定としては、マイクロメーターでの厚み測定等が適用可能である。
<鉄ニッケル合金層30>
 本実施形態のニッケルめっき鋼板10に含まれる鉄ニッケル合金層30は鉄(Fe)とニッケル(Ni)が含まれる合金層であり、鉄とニッケルからなる合金(「鉄-ニッケル合金」、「Fe-Ni合金」とも称する)が含まれる金属層である。なおこの鉄とニッケルからなる合金状態としては、固溶体、共析・共晶、化合物(金属間化合物)のいずれであってもよいし、それらが共存していてもよい。
 本実施形態のニッケルめっき鋼板10に含まれる鉄ニッケル合金層30は、本発明の課題を解決し得る限り、他の金属元素や不可避の不純物を含んでいてもよい。例えば、鉄ニッケル合金層30中には、コバルト(Co)、モリブデン(Mo)等の金属元素やホウ素(B)等の添加元素が含まれていてもよい。なお、鉄ニッケル合金層30中の鉄(Fe)とニッケル(Ni)以外の金属元素の割合は5重量%以下が好ましく、より好ましくは3重量%以下が好ましく、さらに好ましくは1重量%以下が好ましい。鉄ニッケル合金層30は実質的に鉄とニッケルのみから構成される二元合金であってもよいため、不可避不純物を除く他の金属元素の含有割合の下限は0%である。
 含有される他の金属元素の種類及び量は、蛍光X線(XRF)測定装置やGDS(グロー放電発光表面分析法)等の公知の手段により測定することが可能である。
 次に、鉄ニッケル合金層30の厚みについて説明する。本実施形態のニッケルめっき鋼板10に含まれる鉄ニッケル合金層30の厚みとしては、0.4μm以上が好ましくあり、0.6μm以上であることが好ましく、0.7μm以上であることがより好ましい。上限は特にないが、厚くなりすぎるとニッケルめっき鋼板10中に占める硬質な層の割合が多くなりニッケルめっき鋼板10自体が割れやすくなる可能性があり、また、抵抗が高くなるので、片面あたり7.5μm以下が好ましく、より好ましくは6μm以下である。特に、基材20として連続鋼帯を用いる場合、つまり、連続鋼帯へ表面処理を施し本実施形態の鉄ニッケル合金層を有するニッケルめっき鋼板を得る場合は、めっき付着量制御や熱処理における不均一の回避の観点から、好ましくは6μm以下、より好ましくは3.5μm以下である。
 本実施形態において鉄ニッケル合金層30の厚みの算出方法について説明する。本実施形態の鉄ニッケル合金層30の厚み算出方法としては、ニッケルめっき鋼板10の断面におけるSEM-EDX(エネルギー分散型X線分光法)での分析にて、表層側から厚さ方向へ少なくとも10μmまでの深さにおけるニッケルおよび鉄の定量分析を行うことができる。鉄ニッケル合金層厚みが10μmを超える場合には、必要な深さまでの定量分析を行う。
 SEM-EDXにより得られたグラフより鉄ニッケル合金層30の厚みを得る方法の一例を示す。図3のグラフにおいて、横軸は表層側からの深さ方向の距離(μm)、縦軸はNiおよびFeのX線強度を示す。図3のグラフでは厚さ方向に向かって浅い部分はニッケル含有量が多く鉄含有量が少ないことが示される。一方で厚さ方向に進むと共に鉄の含有量が増加していく。
 ニッケルの曲線と鉄の曲線が交差する前後の部分において、本実施形態においてはニッケルと鉄それぞれの最大値の2/10の間の距離を鉄ニッケル合金層30としてグラフよりその厚みを読み取ることが可能である。
 なお、鉄ニッケル合金層30上に後述のニッケル層40が形成されている場合においても、上記方法により鉄ニッケル合金層30の厚みを得ることが可能である。
 なお本実施形態においてニッケルと鉄それぞれの最大値の2/10の間の距離を鉄ニッケル合金層30の厚みとした理由は以下のとおりである。
 すなわち本発明においては、鉄ニッケル合金層30の厚みを所定以上とすることが好ましいところ、SEM-EDXで鉄ニッケル合金層30の厚みを測定した場合、熱処理を施していないサンプル、つまり、ニッケル中に鉄の拡散がないサンプルにおいても、ニッケル強度がピークとなる位置における鉄強度が、ニッケル強度に対し10%~20%程度の数値で検出されることが判明した。また、ニッケル強度が減衰した後、つまり、基材20部分の測定において、ニッケル強度は最大ニッケル強度の3~8%程度の数値を検出し続けた。このときのニッケル強度は鉄強度に対しても2%程度であり、減衰してから2μm以上測定し続けても1%を切ることはなかった。つまり、SEM-EDXでの測定において、ニッケル強度および鉄強度は、微量範囲において互いの影響を受けることがわかった。そこで、本明細書においては、より確実に合金となっている合金層の厚みとして、各最大強度の2/10以上の強度が検出される範囲を規定することとした。
 なお、図1では鉄ニッケル合金層30は基材20の片面に設けられているがこれに限られず、図示はしないが基材20の両面に設けられていてもよい。また両面に鉄ニッケル合金層30が設けられる場合の一方の鉄ニッケル合金層30の厚みは、他方の鉄ニッケル合金層30と同じ厚さでも良いし、異なる厚さでもよい。
 鉄ニッケル合金層30の形成方法としては、めっきまたはめっきおよび熱処理による方法が好ましく、めっきとしては、例えば電気めっき、無電解めっき、溶融めっき、乾式めっき等の方法が挙げられる。このうち、コストや膜厚制御等の観点より特に電気めっきによる方法が好ましい。
 例えば、基材20の少なくとも片面に、電気めっき等の方法によりNiめっき層を形成し、その後熱拡散処理等により基材20中の鉄(Fe)及びニッケル(Ni)を拡散させて合金化する方法や、鉄ニッケル合金めっきにより合金層を形成する方法等が挙げられる。なお、これらの製造方法について詳細は後述する。
<粗化ニッケル層50>
 粗化ニッケル層50は図1に示すようにニッケルめっき鋼板10の片面側の最表面に形成されていてもよいし、図示はしないが両方に形成されていてもよい。なお、粗化ニッケル層については、前記粗化ニッケル層の三次元表面性状パラメータである算術平均高さSaが0.2μm~1.3μmであり、明度L*が30~50であることが、他部材との密着性を向上させる観点からは好ましい。さらにこの粗化ニッケル層については、より他部材との密着性を向上させる観点から、上記した算術平均高さSaが0.4μm~1.3μmであることがより好ましい。本実施形態の粗化ニッケル層50の明度L*は、JIS Z8722に準拠して、SCE方式(正反射光除去方式)にて、分光測色計を用いて測定することができる。さらに、粗化ニッケル層50の三次元表面性状パラメータである最大高さSzが3μm~20μm、85°光沢度が1.5~60であることが、他部材との密着性を向上させる観点から好ましい。他部材との密着性をより向上させる観点から、最大高さSzはより好ましくは4μm以上であり、7μm以上であることがさらに好ましい。耐折性向上の観点から、最大高さSzが18μm以下であることがより好ましい。また、他部材との密着性をより向上させる観点から、より好ましくは上記した85°光沢度が1.5~55であり、さらに好ましくは上記した85°光沢度が1.5~50である。粗化ニッケル層50表面の85°光沢度は、JIS Z8741に準拠して、光沢計を用いて、85°鏡面光沢を測定することにより求めることができる。さらに本実施形態における粗化ニッケル層50は、三次元表面性状パラメータである突出山部実体体積Vmpが0.09μm/μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.08μm/μm以下であり、さらに好ましくは0.07μm/μm以下である。
 粗化ニッケルめっきにおいて、粗化ニッケル層を形成する一つ一つの突起に着目すると、突起は複数の突起が平均的に高さ方向、つまり粗化ニッケル鋼箔の厚み方向にある程度平均的に成長する一方で、突起の高さと大きさには必ずしも全く同じ高さにはならない。その中でも一部の突起の先端が特に成長する場合がある。特に成長したその一部の突起は、圧力により先端が折れやすくなる。本実施形態においては、粗化ニッケル前の鋼板に鉄ニッケル合金層を有することで、粗化ニッケル層の突起の先端成長が一部に偏る状態となること、つまり著しい形状ムラが発生することを抑制し、ロール通板の際などの耐折性(荷重を付与した際の基材と粗化ニッケル層の密着性)に優れる粗化ニッケル鋼板を提供できることを見出したものである。一部の突起の先端のみが成長することを抑制し、突出山部実体体積Vmpが0.09μm/μm以下とすることで、形状ムラの発生を抑制し、耐折性に優れる粗化ニッケル鋼板とすることができる。下限値は特に制限されないが、より良好な粗化形状を保持し他の部材との密着性を確保するという観点からVmpが0.005μm/μm以上であることが好ましく、より好ましくは上記したVmpが0.01μm/μm以上である。
 本明細書における「粗化ニッケル層50」の記載は、被覆ニッケル層を含む場合がある。なお下地ニッケル層、粗化ニッケル層及び被覆ニッケル層の詳細については後述する。
 本実施形態のニッケルめっき鋼板10において、鉄ニッケル合金層30におけるニッケルの付着量は0.89g/m~26.7g/mであることが好ましい。より好ましくは1.3~17.8g/mである。なお、鉄ニッケル合金層30におけるニッケルの付着量は、蛍光X線分析(XRF)等により測定可能である。
 鉄ニッケル合金層30及び前記粗化ニッケル層50におけるニッケル付着量の合計は、4.0g/m~79.3g/mであることが好ましい。基材に対するめっき層の密着性向上および他の部材に対する密着性向上の観点から、より好ましくは5.0g/m以上であり、さらに好ましくは7.7g/m以上であり、9.0g/m以上が特に好ましい。ニッケルめっき鋼板10全体の厚みをより薄くする観点から、より好ましくは60g/m以下であり、さらに好ましくは50g/m以下である。
 本実施形態におけるニッケル付着量測定方法としては、例えばWO2020/017655号国際公開公報や、WO2021/020338号国際公開公報に記載の方法等を適宜採用することができる。すなわち、ニッケルめっき鋼板10について蛍光X線分析(XRF)等を用いて総ニッケル量を測定することで求めることができる。
 本実施形態におけるニッケルめっき鋼板10全体の厚みについて説明する。なお、本実施形態における「ニッケルめっき鋼板10の厚み」とは、走査電子顕微鏡(SEM)の断面観察による厚み測定、またはマイクロメーターでの厚み測定も適用可能である。
 本実施形態におけるニッケルめっき鋼板10の全体の厚みは、0.02~0.51mmの範囲が好適である。また、強度の観点、および望まれる電池容量の観点、等より、より好ましくは0.02~0.31mm、さらに好ましくは0.035~0.11mmである。
 上記厚み範囲の上限を超えた場合、例えば、製造する電池の体積および重量エネルギー密度の観点から好ましくなく、特に電池の薄型化を狙う場合好ましくない。一方で上記厚み範囲の下限未満の厚みでは、電池の充放電に伴う影響に対して充分な強度を有することが困難となるばかりでなく、電池の製造時や取扱い時等に破れや千切れ・シワ等が発生する可能性が高くなってしまう。
 上記のように、本実施形態におけるニッケルめっき鋼板10は、鉄ニッケル合金層30上にほかの金属層を形成せずに粗化ニッケル層50を形成することが可能となるため、ニッケルめっき鋼板10全体の厚みを従来よりも薄くすることが可能となる。また、耐折性に優れた粗化ニッケルめっき鋼板を提供することが可能となる。
<第2実施形態>
 次に、図2により本実施形態のニッケルめっき鋼板10をさらに説明する。本実施形態におけるニッケルめっき鋼板10は、図2に示すように、前記鉄ニッケル合金層30と前記粗化ニッケル層50の間に形成されるニッケル層40を備える点で、上述の実施形態1と相違する。そのため、この相違点について主に説明し、その他の点は同一符号を付してその説明を省略する。
<ニッケル層40>
 ニッケル層40は上述のとおり、鉄ニッケル合金層30と粗化ニッケル層50の間に設けられる。ニッケル層40を構成する金属材料としては、例えば、ニッケル及びニッケル合金が挙げられる。
 本実施形態のニッケル層40は、電気ニッケルめっき後に熱処理を施して鉄ニッケル合金層30を形成する際に、表面まで鉄を拡散させないことにより、鉄ニッケル合金層上にニッケルの層を形成したものをニッケル層40としてもよい。また、さらにその上にニッケルめっきを施してもよい。
 本実施形態のニッケルめっき鋼板10において、前記鉄ニッケル合金層30上に形成されるニッケル層40を形成する効果としては以下の点が挙げられる。すなわち、鉄ニッケル合金層30に加えてさらにニッケル層40を形成することにより、粗化ニッケル層50の鉄ニッケル合金層30に対する密着性を確保しつつ、ニッケルめっき鋼板10全体の厚さを薄くすることが可能となる。
 本実施形態において、ニッケル層40におけるニッケル付着量の合計は、0.08g/m~8.9g/mであることが、基材に対するめっき層の密着性と他の部材に対する密着性等を確保しつつ、ニッケルめっき鋼板10全体の厚みを薄くする観点からは好ましい。より好ましくは、0.08g/m~7.12g/mである。さらに耐折性の観点から1.1g/m以上が好ましく、特に1.33g/m以上が好ましい。ニッケルめっき鋼板10全体の厚みを薄くする観点からは、6.5g/m以下がさらに好ましい。ニッケル層40におけるニッケルの付着量は、蛍光X線分析(XRF)等により測定可能である。
 なお、ニッケル層40の厚みについて、基材に対するめっき層の密着性と他の部材に対する密着性等を確保しつつ、ニッケルめっき鋼板10全体の厚みを薄くする観点から、0.1μm~1.0μmであることが好ましく、0.1μm~0.8μmがより好ましい。さらに耐折性の観点から0.12μm以上が好ましく、特に0.15μm以上が好ましい。ニッケルめっき鋼板10全体の厚みを薄くする観点からは、0.73μm以下がさらに好ましい。
 また、ニッケルめっき鋼板10中における鉄ニッケル合金層30とニッケル層40の厚み比については、基材に対するめっき層の密着性と他の部材に対する密着性等を確保しつつ、ニッケルめっき鋼板10全体の厚みを薄くする観点から、鉄ニッケル合金層30:ニッケル層40=3:10~60:1であることが好ましく、より好ましくは鉄ニッケル合金層30:ニッケル層40=3:10~35:1である。さらに好ましくは鉄ニッケル合金層30:ニッケル層40=1:1~30:1である。
 ニッケル層40の厚みの測定方法についても、鉄ニッケル合金層30と同じく、ニッケルめっき鋼板の断面におけるSEM-EDX(エネルギー分散型X線分光法)での分析にて厚み測定が適用可能である。
 本実施形態において、鉄ニッケル合金層30、ニッケル層40および粗化ニッケル層50におけるニッケル付着量の合計が、4.0g/m~88.2g/mであることが好ましい。耐折性および他の部材に対する密着性向上、の観点から、より好ましくは5.5g/m以上であり、さらに好ましくは7.78g/m以上であり、9.08g/m以上が特に好ましい。ニッケルめっき鋼板10全体の厚みをより薄くする観点から、より好ましくは78.9g/m以下であり、さらに好ましくは68.9g/m以下であり、37.0g/m以下が特に好ましい。
 本実施形態におけるニッケル付着量測定方法としては、上述の第1実施形態と同じく蛍光X線分析(XRF)等を用いることが可能である。
≪ニッケルめっき鋼板の製造方法≫
 ニッケルめっき鋼板10の製造方法について以下に説明する。本実施形態のニッケルめっき鋼板10の製造方法は、基材20の少なくとも一方の面側に鉄ニッケル合金層30を形成する鉄ニッケル合金層形成工程と、形成した鉄ニッケル合金層30上に粗化ニッケルめっきを施して粗化ニッケル層を形成する粗化ニッケルめっき工程と、を含むことを特徴とする。
 鉄ニッケル合金層形成工程は、基材20としての鋼板の少なくとも片面に電気めっきによりニッケルめっき層を形成した後に、熱処理を施して熱拡散による鉄ニッケル合金層30を形成することができる。
 また、基材20としての鋼板の少なくとも片面に、鉄イオン及びニッケルイオンを含む合金めっき浴を用いて合金電解めっきを施すことにより鉄ニッケル合金層30を形成してもよい。
 すなわち、鉄ニッケル合金層形成工程としては、(i-1)鋼箔の少なくとも片面にニッケルめっき層を形成する工程及び(i-2)形成した鋼箔上のニッケルめっき層に対する熱処理により熱拡散による鉄ニッケル合金層30を形成する工程、が挙げられる。
 あるいは、(ii)鋼箔の少なくとも片面に鉄イオン及びニッケルイオンを含むめっき浴を用いて鉄ニッケル合金層30を形成する工程、をも挙げることができる。
 本実施形態の製造方法において、電気めっきによるニッケルめっき層形成や鉄ニッケル合金めっき層形成の際のめっき条件等は、公知の条件を適用することができる。以下に、めっき条件の例を示す。
[ニッケルめっき浴(ワット浴)及びめっき条件の一例]
・浴組成:
 硫酸ニッケル六水和物:200~300g/L
 塩化ニッケル六水和物:20~60g/L
 ほう酸:10~50g/L
 浴温:40~70℃
 pH:3.0~5.0
 撹拌:空気撹拌又は噴流撹拌
 電流密度:5~30A/dm
 なお、浴組成については、上記のワット浴の他、公知のスルファミン酸ニッケル浴やクエン酸浴を用いてもよい。さらに公知の光沢剤などの添加物をめっき浴に添加して、光沢ニッケルめっき又は半光沢ニッケルめっきとしてもよい。
[鉄ニッケル合金めっき浴及びめっき条件の一例]
 ・浴組成
  硫酸ニッケル六水和物:150~250g/L
  硫酸鉄七水和物:5~100g/L
  塩化ニッケル六水和物:20~50g/L
  ホウ酸:20~50g/L
  クエン酸ナトリウム(またはクエン酸三ナトリウム)1~15g/L
  サッカリンナトリウム:1~10g/L
 ・温度:25~70℃
 ・pH:2~4
 ・撹拌:空気撹拌もしくは噴流撹拌
 ・電流密度:5~40A/dm
 本実施形態の製造方法において、鋼板上に形成させるニッケルめっき層又は鉄ニッケル合金めっき層におけるニッケルの付着量は、片面あたり1.3g/m~53.4g/mであることが好ましい。付着量が53.4g/mを超える場合には、電気めっきの操業性が低下するためコストが大幅に増大する。一方で付着量が1.3g/m未満である場合には、形状ムラが発生しやすくなる可能性があるため好ましくない。コスト、耐電解液性の観点で、より好ましくは、合金めっき後または後述の熱処理後の鋼箔上のニッケル付着量として片面あたり1.3g/m~26.7g/mであり、両面の合計付着量としては2.6g/m~53.5g/mであることがさらに好ましい。
 次に、上述した(i-2)の工程における熱処理の条件について説明する。本実施形態における熱処理工程の条件としては、以下のような条件を挙げることができる。なお本実施形態の熱処理は、連続焼鈍でもよいしバッチ焼鈍(箱型焼鈍)であってもよい。また、ニッケルめっき後でなく、鉄ニッケル合金めっき後に施す熱処理も同様の条件でよい。
 連続焼鈍処理の場合の温度と時間の例は650℃~950℃で均熱時間15秒~150秒の範囲内で行うことが好ましい。これより低温又は短時間の場合、充分な鉄ニッケル合金層30を得られない可能性があり好ましくない。一方で、上記熱処理範囲より高温又は長時間の場合、形状ムラが発生しやすくなる可能性があるため、あるいはコスト的な観点から、好ましくない。
 バッチ焼鈍(箱型焼鈍)処理の場合の温度と時間の例は、450℃~690℃で均熱時間が1.5時間~20時間、昇温、均熱および冷却時間を合わせた合計時間が4時間~80時間の範囲内で行うことが好ましい。これより低温又は短時間の場合、充分な鉄ニッケル合金層30を得られない可能性があり好ましくない。一方で、上記熱処理範囲より高温又は長時間の場合、形状ムラが発生しやすくなる可能性があるため、あるいはコスト的な観点から、好ましくない。
 なお、本実施形態においては、上記熱処理後に圧延を施してもよい。圧延率は0~75%
が好ましい。35~75%の圧延を施した場合は、二次熱処理を施すのが好ましい。
 なお本実施形態のニッケルめっき鋼板10の製造方法において、鉄ニッケル合金層30上にさらに粗化ニッケル層50を形成する場合、または、鉄ニッケル合金層30上にさらにニッケル層40を形成する場合には、上述したワット浴、スルファミン酸ニッケル浴、クエン酸浴等の公知のニッケル浴により形成することが可能である。この場合、ニッケル層40を形成する直前に公知のストライクニッケルめっき処理を施すのが好ましい。ニッケル層40の形成後は、熱処理を施さないことが、後述する粗化ニッケル層との密着性の観点からは好ましい。
 粗化ニッケルめっき工程について説明する。なお粗化ニッケルめっき前の被粗化面(例えば、鉄ニッケル合金層30の表面、又は、ニッケル層40の表面)は、少なくとも最表面の鉄の割合が0~65%以下であることが、粗化ニッケル層50の基材への密着性や耐折性の観点からは好ましい。なお、上記被粗化面の鉄の割合は、GDS(グロー放電発光表面分析法)により測定可能である。
 粗化ニッケル層50を形成するためのめっき浴としては、塩化物イオン濃度が、好ましくは3~90g/L、より好ましくは3~75g/L、さらに好ましくは3~50g/Lであり、ニッケルイオンとアンモニウムイオンとの比が、「ニッケルイオン/アンモニウムイオン」の重量比で、好ましくは0.05~0.75、より好ましくは0.05~0.60、さらに好ましくは0.05~0.50、さらにより好ましくは0.05~0.30であり、また、50℃における浴電導度が、好ましくは5.00~30.00S/m、より好ましくは5.00~20.00S/m、さらに好ましくは7.00~20.00S/mである。なお、塩化物イオン濃度が10g/L以上である場合には、粗化ニッケルめっきにおける付着量が少な目であっても良好な粗化めっき状態としやすい。めっき浴の塩化物イオン濃度、ニッケルイオンとアンモニウムイオンとの比、および浴電導度を上記範囲に調整する方法としては、特に限定されないが、たとえば、めっき浴を、硫酸ニッケル六水和物、塩化ニッケル六水和物、および硫酸アンモニウムを含むものとし、これらの配合量を適宜調整する方法が挙げられる。
 めっき条件の一例は以下のとおりである。
[粗化ニッケルめっき条件]
浴組成
硫酸ニッケル六水和物 10~100g/L、塩化ニッケル六水和物 1~90g/L、硫酸アンモニウム 10~130g/L
 pH 4.0~8.0
 浴温 25~70℃
 電流密度 4~40A/dm
 めっき時間 10秒~150秒間
 撹拌の有無:空気撹拌または噴流撹拌
 なお、ニッケルめっき浴へのアンモニアの添加は、硫酸アンモニウムに代えて、アンモニア水や塩化アンモニウムなどを用いて行ってもよい。めっき浴中のアンモニア濃度は、好ましくは6~35g/L、より好ましくは10~35g/L、さらに好ましくは16~35g/L、さらにより好ましくは20~35g/Lである。また、塩素イオン濃度を制御するために、塩基性の炭酸ニッケル化合物、塩酸、塩化ナトリウムまたは塩化カリウムなどを用いてもよい。
 なお、WO2020/017655号国際公開公報に開示されるように、粗化ニッケルめっきの後段階として、被覆ニッケルめっきを施して粗化ニッケル層を形成してもよい。なお、被覆ニッケルめっき条件はWO2020/017655号国際公開公報に開示の内容を適用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
 上記粗化ニッケルめっき工程により形成される粗化ニッケル層50のニッケル付着量は、他の部材に対する密着性向上の観点からは3.11g/m以上が好ましく、より好ましくは5.0g/m以上である。合計厚みをより薄くする観点から47.6g/m以下が好ましく、耐折性の観点からはより好ましくは35.0g/m以下、さらに好ましくは25.0g/m以下、特に好ましくは15.8g/m以下である。また、粗化ニッケルめっきの後段階として被覆ニッケルめっきを施す場合、他の部材に対する密着性向上の観点および合計厚みをより薄くする観点から粗化ニッケルめっきと被覆ニッケルめっきで形成される粗化ニッケル層の合計の付着量が3.5g/m~52.6g/mであることが好ましい。他の部材に対する密着性をより高める観点から、前記粗化ニッケル層の合計の付着量の下限はより好ましくは5.0g/m以上である。耐折性向上の観点から、前記粗化ニッケル層の合計の付着量の上限は35.0g/m以下がより好ましく、さらに好ましくは25.0g/mであり、22.0g/m以下であることが特に好ましい。
 上記粗化ニッケル層50の三次元表面性状パラメータにおいて、算術平均高さSaは0.2μm~1.3μmであり、明度L*が30~50であることが、他部材との密着性を向上させる観点からは好ましい。より他部材との密着性を向上させる観点からは、上記Saが0.4μm~1.3μmであることがさらに好ましい。
 また、上記粗化ニッケル層50の三次元表面性状パラメータにおいて、突出山部実体体積Vmpが0.09μm/μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.08μm/μm以下である。
 上記粗化ニッケル層50の粗化ニッケル層表面の85°光沢度は、1.5~60であることが、他部材との密着性を向上させる観点から好ましく、より好ましくは上記した85°光沢度が1.5~55であり、さらに好ましくは上記した85°光沢度が1.5~50である。
 さらに、上記粗化ニッケル層50の三次元表面性状パラメータにおいて、最大高さSzは3~20μmであることが好ましく、7~18μmであることがより好ましい。
 上記の粗化ニッケル層50を得る為には、上述した粗化ニッケルめっき条件により、鉄ニッケル合金層を形成した基材上に粗化ニッケル層を形成することで得ることができる。
≪実施例≫
 以下に、実施例を挙げて本発明について、より具体的に説明する。まず、実施例における測定方法について記載する。
[三次元表面性状パラメータの測定方法]
 粗化ニッケル層50の表面における三次元表面性状パラメータである、算術平均高さSa、最大高さSz、突出山部実体体積Vmpは、ISO25178-2:2012に準拠して、以下のように測定した。レーザー顕微鏡(オリンパス社製、3D測定レーザー顕微鏡LEXT OLS5000)を使用し、対物レンズ50倍(レンズ名称:MPLAPON50XLEXT)の条件で視野256μm×256μmの解析用画像を得た。次いで、得られた解析用画像について、解析アプリケーションを用い、自動補正処理であるノイズ除去および傾き補正を行った。その後に、面粗さ計測のアイコンをクリックして解析を行い、三次元表面性状パラメータを得た(算術平均高さSa、最大高さSz、突出山部実体体積Vmp)。なお、解析におけるフィルター条件(F演算、Sフィルター、Lフィルター)は設定せずに、無しの条件で解析を行った。
 突出山部実体体積Vmpの値により、形状ムラの評価を行った。
 A:0.07μm/μm以下
 B:0.07μm/μm超0.08μm/μm以下
 C:0.08μm/μm超0.09μm/μm以下
 D:0.09μm/μm超0.10μm/μm以下
 E:0.10μm/μm
 評価C以上が形状ムラについて良好であるといえる。
[基材と粗化ニッケル層との密着性測定方法及び評価]
 ニッケルめっき鋼板の粗化ニッケル層が形成された面に対して、プレス機(NPaシステム製 20kNテーブルプレス N3059-00)により10kNの荷重を付与した。次いで、荷重を付与した部分に対して、セロハン粘着テープ(幅100mm×長さ180mm)をできるだけ均一に貼った後、テープを引きはがし、テープの重量差を計測することにより幅100mm×長さ180mmの面積における、剥がれた粗化ニッケル層の重量を求めた。剥がれた粗化ニッケル層の重量により、以下のように基材と粗化ニッケル層との密着性を評価した。
 A:重量差が1mg以下
 B:重量差が1mg超~2mg以下
 C:重量差が2mg超~10mg以下
 D:重量差が10mg超~15mg以下
 E:重量差が15mg超
 評価C以上が耐折性(荷重を付与した際の基材と粗化ニッケル層の密着性)がより良好であるといえる。
 剥離強度の測定方法について以下に説明する。まず、ニッケルめっき鋼板(30mm×150mm)を用意した。粗化ニッケル層側に厚さ140μmのポリプロピレンフィルム(25mm×150mm)をヒートシーラー(テスター産業製 TP-701-B)で熱融着させて試験片を得た。熱融着の温度は156℃、加熱時間は5秒、加熱圧力は0.2MPaとした。その後、引張装置(島津製 AGS-X 5kN)で、樹脂フィルムを基材に対して90°方向へ50mm/minの速度で引っ張って剥離強度を取得し、以下のように評価した。
 ○:剥離強度が20N/25mm以上
 ×:剥離強度が20N/25mm未満
[粗化ニッケル層の形成ムラ評価]
 粗化ニッケル層50の形成ムラは、走査電子顕微鏡(SEM)による表面観察結果に基づいて行った。1000倍の視野で、100μm×100μmの面積における、粗化めっき不在部(粗化めっき抜け)の観察を行い、以下のように評価した。
 A:4μm×4μm以下の粗化めっき抜けのみ、あるいは抜けが確認されない
 B:4μm×4μm超え10μm×10μm以下の粗化めっき抜けがある
 C:10μm×10μm超え、15μm×15μm未満の粗化めっき抜けがある
 D:15μm×15μm以上の粗化めっき抜けがある
 C以上が実用に供せる(合格)と評価できる。
[明度L*の測定]
 粗化ニッケル層表面の明度L*を、分光測色計(製品名「CM-5」、コニカミノルタ社製)を使用して、JIS Z8722における幾何条件Cに準拠して、SCE方式(正反射光除去方式)にて測定した。
[85°光沢度の測定]
 粗化ニッケル層表面の85°光沢度を、光沢計(製品名「VG 7000」、日本電色工業社製)を使用して、JIS Z8741に準拠して、測定した。
[熱処理後の鉄ニッケル合金層の有無確認、厚み測定方法]
 鉄ニッケル合金層の厚みの算出はSEM-EDX(エネルギー分散型X線分光法)(装置名 日立ハイテクノロジーズ製SU8020およびAMETEK製EDAX)での分析にて、表層から厚さ方向へ15μmまでの深さにおけるNiおよびFeの元素分析を線分析で行った。なお、測定条件としては加速電圧:15kV、観察倍率:5000倍、測定ステップ:0.1μm、とした。図3に示すように、横軸を表層からの深さ方向の距離(μm)、縦軸をNiおよびFeのX線強度とし、ニッケルの曲線と鉄の曲線が交差する前後の部分において、ニッケルと鉄それぞれの最大値の2/10の間の距離を鉄ニッケル合金層30としてグラフよりその厚みを読み取った。0.4μm以上6μm以下の鉄ニッケル合金層が確認された場合○とした。
<実施例1>
 まず基材20として下記に示す化学組成を有する低炭素アルミキルド鋼の冷間圧延箔(厚さ200μm)を準備した。
 C:0.04重量%、Mn:0.32重量%、Si:0.01重量%、P:0.012重量%、S:0.014重量%、残部:Feおよび不可避的不純物
 次に、準備した基材に対して電解脱脂、硫酸浸漬の酸洗を行った後、下記条件にて鋼箔の両面にニッケルめっきを行って、ニッケル付着量44.5g/mのニッケルめっき層を形成した。なお、ニッケルめっきの条件は以下の通りとした。
(Niめっきの条件)
  浴組成:
  硫酸ニッケル六水和物:250g/L
  塩化ニッケル六水和物:45g/L
  ほう酸:30g/L
  浴温:60℃
  pH:4.0~5.0
  撹拌:空気撹拌又は噴流撹拌
  電流密度:10A/dm
 なおニッケル付着量は蛍光X線装置(装置名 リガク社製ZSX100e)を用いて測定し、得られた数値を表1に示した。なお具体的な測定方法については、WO2020/017655号国際公開公報に記載される方法と同様であるため、ここでは詳細は説明を省略する。また、実施例、比較例のいずれのニッケル付着量も片面あたりの数値を示す。
 次いで、上記で形成したニッケルめっき層を有する鋼箔に対して、連続焼鈍、冷間圧延、箱型焼鈍、冷間圧延をこの順に施した。具体的には、まず連続焼鈍により、熱処理温度670℃、均熱時間40秒、還元雰囲気の条件で熱処理を行った。次に、65~75%の圧下率での冷間圧延を行った後、箱形焼鈍により、熱処理温度560℃、均熱時間6時間(昇温時間、均熱時間、冷却時間の合計:80時間)、還元雰囲気の条件で熱処理を行った。さらにその後、10~20%の冷間圧延を施し、両面に鉄ニッケル合金層を有する表面処理鋼箔を得た。表面処理鋼箔の厚みは50μmであった。GDSで鉄ニッケル合金層の厚みを確認したところ3.1μmであった。また蛍光X線装置により前期表面処理鋼箔のニッケル付着量を測定したところ11.1g/mであった。
 前記表面処理鋼箔の表面に、鉄ニッケル合金層と粗化ニッケル層の間に位置するニッケル層(以下、下地ニッケル層と記載する)を、下記に示す下地ニッケルめっき条件で形成し、0.8μm厚みの下地ニッケル層を形成した。なお、下地ニッケルめっきを施す前にストライクニッケルめっきを施し前記表面処理鋼箔の表面の酸化膜を除去した。
<下地ニッケルめっき条件>
浴組成:硫酸ニッケル六水和物 250g/L、塩化ニッケル六水和物 45g/L、ホウ酸30g/L
 pH 4.0~5.0
 浴温 60℃
 電流密度 10A/dm
 次いで、以下の条件で片面側の下地ニッケル層上に「粗化ニッケル層」を形成した。なお、粗化ニッケル層は以下の粗化ニッケルめっきおよび被覆ニッケルめっきを施して形成した。
<粗化ニッケルめっき条件>
 めっき浴中の硫酸ニッケル六水和物濃度:10g/L
 めっき浴中の塩化ニッケル六水和物濃度:10g/L
 めっき浴の塩化物イオン濃度:3g/L
 めっき浴中のニッケルイオンとアンモニウムイオンとの比:ニッケルイオン/アンモニウムイオン(重量比)=0.17
 pH:6
 浴温:50℃
 電流密度:12A/dm
 めっき時間:80秒間
<被覆ニッケルめっき条件>
 浴組成:硫酸ニッケル六水和物250g/L、塩化ニッケル六水和物45g/L、ホウ酸30g/L
 pH:4.0~5.0
 浴温:60℃
 電流密度:5A/dm
 めっき時間:36秒間
 得られたニッケルめっき鋼板の、鉄ニッケル合金層、下地ニッケル層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、39.26g/mであり、この値から下地ニッケルめっきで形成した下地ニッケル層のニッケル付着量を差し引いた鉄ニッケル合金層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、32.14g/mであった。また、ニッケルめっき鋼板の粗化ニッケル層を形成した最表面における三次元表面性状パラメータSaを測定したところ、0.88μmであった。三次元表面性状パラメータである算術平均高さSa、最大高さSz、突出山部実体体積Vmpはレーザー顕微鏡(オリンパス社製、3D測定レーザー顕微鏡 LEXT OLS5000)を用いて、OLS5000の対物レンズ50倍の条件にて測定した。明度L*はJIS Z8722に準拠して、SCE方式(正反射光除去方式)にて、分光測色計を用いて測定することができる。85°光沢度はJISZ8741に準拠して、光沢計を用いて測定した。基材と粗化ニッケル層との密着性、剥離強度も測定した。形状ムラはVmpの値で判断した。形成ムラの評価結果とともに表に示す。得られたニッケルめっき鋼板の表面SEM写真を図4に示す。なお、図中の横黒線は10μmのスケールバーである。
<実施例2>
 鉄ニッケル合金層、および粗化ニッケル層の間に、実施例1と同条件で0.5μm厚みの下地ニッケル層を形成した以外は、実施例1と同様に行った。得られたニッケルめっき鋼板の、鉄ニッケル合金層、下地ニッケル層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、36.6g/mであった。
<実施例3>
 鉄ニッケル合金層、および粗化ニッケル層の間に、実施例1と同条件で0.2μm厚みの下地ニッケル層を形成した以外は、実施例1と同様に行った。得られたニッケルめっき鋼板の、鉄ニッケル合金層、下地ニッケル層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、33.9g/mであった。
<実施例4>
 鉄ニッケル合金層、および粗化ニッケル層の間に、実施例1と同条件で0.1μm厚みの下地ニッケル層を形成した以外は、実施例1と同様に行った。得られたニッケルめっき鋼板の、鉄ニッケル合金層、下地ニッケル層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、33.0g/mであった。
<実施例5>
 下地ニッケル層を形成していない以外は、実施例1と同様に行った。得られたニッケルめっき鋼板の、鉄ニッケル合金層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、32.1g/mであった。
<実施例6>
 基材20として冷間圧延箔の厚さを60μmとした点、基材20上に形成するニッケルめっき層の厚みを0.4μmとし、ニッケルめっき後の表面処理鋼板を得る工程を、箱型焼鈍、冷間圧延をこの順に、これらの工程のみとした点、鉄ニッケル合金層を得るための具体的な箱型焼鈍の熱処理条件を熱処理温度を560℃、熱処理時間を均熱6時間、合計80時間とした点、箱型焼鈍の熱処理後の冷間圧延の圧下率を17.7%の圧下率とした点以外は、実施例3と同様に行った。冷間圧延後にGDSで鉄ニッケル合金層の厚みを確認したところ1.0μmであった。得られたニッケルめっき鋼板の、鉄ニッケル合金層、下地ニッケル層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、25.8g/mであった。
<実施例7>
 実施例1と同条件で0.15μm厚みの下地ニッケル層を形成した以外は実施例6と同様に行った。得られたニッケルめっき鋼板の、鉄ニッケル合金層、下地ニッケル層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、25.3g/mであった。
<実施例8>
 粗化ニッケル層の形成工程において、粗化ニッケルめっき条件を下記条件に変更した上でフープめっきで複数タンクを用いて行い、続いて被覆ニッケルめっきも被覆ニッケルめっき条件を下記条件に変更してフープめっきで行ったこと以外は実施例3と同様にして行った。結果を表1に記す。
<粗化ニッケルめっき条件 >
 めっき浴中の硫酸ニッケル六水和物濃度:10g/L
 めっき浴中の塩化ニッケル六水和物濃度:10g/L
 めっき浴の塩化物イオン濃度:16.2g/L
 めっき浴中のニッケルイオンとアンモニウムイオンとの比:ニッケルイオン/アンモニウムイオン(重量比)=0.23
 pH:6
 浴温:50℃
 電流密度:10A/dm
 めっき時間:30秒間
<被覆ニッケルめっき条件>
 浴組成:硫酸ニッケル六水和物250g/L、塩化ニッケル六水和物45g/L、ホウ酸30g/L
 pH:4.0~5.0
 浴温:60℃
 電流密度:5A/dm
 めっき時間:6秒間
 得られたニッケルめっき鋼板の、鉄ニッケル合金層、下地ニッケル層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、23.2g/mであり、この値から下地ニッケルめっきで形成した下地ニッケル層のニッケル付着量を差し引いた鉄ニッケル合金層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、21.4g/mであった。
<実施例9>
 粗化ニッケルめっき条件を下記条件とした以外は実施例8と同様にして行った。結果を表1に記す。
<粗化ニッケルめっき条件 >
 めっき浴中の硫酸ニッケル六水和物濃度:10g/L
 めっき浴中の塩化ニッケル六水和物濃度:10g/L
 めっき浴の塩化物イオン濃度:16.2g/L
 めっき浴中のニッケルイオンとアンモニウムイオンとの比:ニッケルイオン/アンモニウムイオン(重量比)=0.23
 pH:6
 浴温:50℃
 電流密度:10A/dm
 めっき時間:50秒間
<被覆ニッケルめっき条件>
 浴組成:硫酸ニッケル六水和物250g/L、塩化ニッケル六水和物45g/L、ホウ酸30g/L
 pH:4.0~5.0
 浴温:60℃
 電流密度:5A/dm
 めっき時間:6秒間
 得られたニッケルめっき鋼板の、鉄ニッケル合金層、下地ニッケル層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、26.5g/mであり、この値から下地ニッケルめっきで形成した下地ニッケル層のニッケル付着量を差し引いた鉄ニッケル合金層、および粗化ニッケル層におけるニッケル付着量の合計は、24.7g/mであった。
<比較例1>
 ニッケルめっき層を有する鋼箔に対して焼鈍を行わなかった点以外は、実施例3と同様に行った。得られた表面処理鋼板の表面SEM写真を図5に示す。なお、図中の横黒線は10μmのスケールバーである。ニッケル付着量の合計は、33.9g/mであった。
<比較例2>
 ニッケルめっき層を有する鋼箔に対して焼鈍を行わなかった点以外は、実施例5と同様に行った。ニッケル付着量の合計は、32.1g/mであった。
<参考例1>
 ニッケルめっき層を有する鋼箔に対して焼鈍を行わなかった点以外は、実施例1と同様に行った。ニッケル付着量の合計は、39.3g/mであった。
 実施例1~9については、基材と粗化ニッケル層との間に鉄ニッケル合金層を有することにより、粗化の形成ムラや形状ムラを低減することができた。これに対し、比較例1及び比較例2については、鉄ニッケル合金層を有さないため、下地Ni層が少なくなった場合の形状ムラの発生や形状ムラの発生を抑えることができなかった。
 より具体的には、下地ニッケルめっきのない場合において、鉄ニッケル合金層のない比較例2に対し、鉄ニッケル合金層を間に有する実施例5は、形成ムラや形状ムラの発生を抑制するに留まらず、更には実用に耐えうる耐折性も有していた。また、比較例1に対して、それぞれ同程度の厚みの下地ニッケルめっきを有する実施例2~4及び6~9は、形成ムラや形状ムラの発生を抑制しつつ、更には実用に耐えうる耐折性も有していた。
 このように上記した実施例1~9では、基材に対するめっき層の密着性と他の部材に対する密着性を兼ね備えつつ、粗化層まで含めた合計厚みを薄くしたニッケルめっき鋼板を得られることができる。
 さらに、実施例1~3及び6~9と参考例1とを比較した場合、鉄ニッケル合金層を形成しつつ下地ニッケル層を0.15μm以上施した実施例1~3及び6~9は、鉄ニッケル合金層を形成せずに下地ニッケル層を0.8μm施した参考例1と同等以上の効果が得られることが判明した。具体的に実施例1~3及び6~9は、形成ムラや形状ムラが参考例1と同等以上であることに加えて、さらに耐折性を顕著に向上させることが可能となっている。
 なお上記した実施形態と各実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
 また、上記した実施形態と実施例におけるニッケルめっき鋼板は主として二次電池用集電体に用いられるものとして説明したが、これに限られるものではなく、小型電子機器などにも好適に用いることが可能である。
 以上説明したように、本発明のニッケルめっき鋼板は、種々の種類の電池の集電体に対して適用が可能である。
10:ニッケルめっき鋼板
20:基材
30:鉄ニッケル合金層
40:ニッケル層
50:粗化ニッケル層
 

Claims (11)

  1.  鋼板からなる基材と、前記基材上に設けられる粗化ニッケル層と、前記基材及び前記粗化ニッケル層との間に設けられる鉄ニッケル合金層と、を有することを特徴とする、ニッケルめっき鋼板。
  2.  前記粗化ニッケル層の表面の三次元表面性状パラメータにおける算術平均高さSaが0.2μm~1.3μmであり、且つ、明度L*が30~50である、請求項1に記載のニッケルめっき鋼板。
  3.  前記粗化ニッケル層と前記鉄ニッケル合金層との間にさらに設けられるニッケル層を有する、請求項1又は2に記載のニッケルめっき鋼板。
  4.  前記ニッケル層におけるニッケルの付着量が0.08g/m~8.90g/mである、請求項3に記載のニッケルめっき鋼板。
  5.  前記鉄ニッケル合金層及び前記ニッケル層におけるニッケル付着量の合計が0.89g/m~26.7g/mである、請求項3に記載のニッケルめっき鋼板。
  6.  前記粗化ニッケル層、前記鉄ニッケル合金層及び前記ニッケル層におけるニッケル付着量の合計が4.0g/m~88.2g/mである、請求項3に記載のニッケルめっき鋼板。
  7.  前記粗化ニッケル層の表面の三次元表面性状パラメータにおける突出山部実体体積Vmpが0.09μm/μm以下である、請求項3に記載のニッケルめっき鋼板。
  8.  鋼板からなる基材に鉄ニッケル合金層を形成する鉄ニッケル合金層形成工程と、
     形成した前記鉄ニッケル合金層上に、粗化ニッケルめっきを施して粗化ニッケル層を形成する粗化ニッケルめっき工程と、を含むことを特徴とする、ニッケルめっき鋼板の製造方法。
  9.  鉄ニッケル合金層形成工程が、
     鋼板からなる基材にニッケルめっきを施してニッケル層を形成するニッケル層形成工程と、
     前記ニッケル層を形成した基材に熱処理を施す熱処理工程と、を含む、請求項8に記載のニッケルめっき鋼板の製造方法。
  10.  前記粗化ニッケルめっき工程の前にさらに、
     ストライクニッケルめっきおよび、ニッケルめっきを施して、付着量が0.08~8.90g/mの下地ニッケルを析出させる下地ニッケル析出工程を含む、請求項8又は9に記載のニッケルめっき鋼板の製造方法。
  11.  前記粗化ニッケルめっき工程前における被粗化面の鉄の割合が0~65%以下である、請求項8又は9に記載のニッケルめっき鋼板の製造方法。
     
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