JP7526800B2 - Aluminum member for current collector, and lithium ion capacitor, electric double layer capacitor, semi-solid battery, solid battery, and secondary battery using non-aqueous electrolyte - Google Patents
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Description
本発明は、集電体用アルミニウム部材、ならびに、この集電体用アルミニウム部材を有するリチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、半固体電池、固体電池、および、非水電解液を使用する二次電池に関する。The present invention relates to an aluminum collector member, and a lithium ion capacitor, an electric double layer capacitor, a semi-solid battery, a solid battery, and a secondary battery using a non-aqueous electrolyte, each of which has the aluminum collector member.
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等のポータブル機器、ハイブリッド自動車、および、電気自動車等の開発に伴い、その電源としての蓄電デバイス、特に、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池、および、電気二重層キャパシタ等の需要が増大している。In recent years, with the development of portable devices such as personal computers and mobile phones, hybrid vehicles, and electric vehicles, there has been an increasing demand for power storage devices as their power sources, in particular lithium ion capacitors, lithium ion secondary batteries, and electric double layer capacitors.
このような蓄電デバイスの正極および/または負極に用いられる電極用集電体(以下、単に「集電体」という。)としては、アルミニウム板を用いることができることが知られている。また、このアルミニウム板からなる集電体の表面に、電極材料として活物質や活性炭などを塗布し、正極または負極の電極として用いることができることも知られている。It is known that an aluminum plate can be used as an electrode current collector (hereinafter simply referred to as "current collector") used in the positive and/or negative electrodes of such an electricity storage device. It is also known that the surface of this aluminum plate current collector can be coated with an active material, activated carbon, or the like as an electrode material and used as a positive or negative electrode.
例えば、特許文献1には、厚み方向に複数の貫通孔を有するアルミニウム基材を有するアルミニウム板の製造方法であって、厚さ5~1000μmのアルミニウム基材の表面に酸化膜形成処理を施し、酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、酸化膜形成工程の後に、電気化学的溶解処理を施し、貫通孔を形成する貫通孔形成工程を有する、アルミニウム板の製造方法が記載されている。For example,
特許文献2には、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有するアルミニウム板において、
貫通孔の平均開口径が1μm~100μmであり、貫通孔の密度が50個/mm2~2000個/mm2であり、隣接する貫通孔の孔間距離が300μm以下であるアルミニウム板が記載されている。
Patent Document 2 describes an aluminum plate having a plurality of through holes penetrating in the thickness direction,
An aluminum plate is described in which the average opening diameter of the through holes is 1 μm to 100 μm, the density of the through holes is 50 pcs/mm 2 to 2000 pcs/mm 2 , and the distance between adjacent through holes is 300 μm or less.
特許文献3には、表面に平均ピット径:0.05~0.10μmの範囲内のピットが平均密度:100~500個/μm2で形成されているリチウムイオン二次電池の集電体膜用アルミニウム箔が記載されている。 Patent Document 3 describes an aluminum foil for a current collector film of a lithium ion secondary battery, on whose surface pits having an average pit diameter of 0.05 to 0.10 μm are formed at an average density of 100 to 500 pits/ μm2 .
特許文献4には、表面に厚さ5~1000nmのバリア型の陽極酸化皮膜が形成されているリチウムイオン電池の集電体用アルミニウム箔が記載されている。Patent document 4 describes an aluminum foil for use as a current collector in lithium-ion batteries, on whose surface a barrier-type anodized film having a thickness of 5 to 1,000 nm is formed.
集電体は、電極材料との密着性が高いこと、および、電極材料との接触抵抗が小さいことが望ましい。電極材料との密着性を向上させるため、特許文献1~3には、アルミニウム板を粗面化することが記載されている。しかしながら、十分な密着効果と接触抵抗の低減とを両立することは困難であった。また、粗面化処理のコストに対して十分な効果が得られず、実用化されることはほとんどなかった。It is desirable for the current collector to have high adhesion to the electrode material and low contact resistance with the electrode material.
また、特許文献4では、アルミニウム箔の表面に、微細なポアを有する陽極酸化皮膜を形成することで、密着性が向上することが記載されている。しかしながら、陽極酸化皮膜は導電性が劣るため、表面に陽極酸化皮膜を有すると電極材料との接触抵抗が大きくなってしまうという問題があった。 Patent Document 4 also describes that the adhesion is improved by forming an anodized film having fine pores on the surface of the aluminum foil. However, since the anodized film has poor electrical conductivity, there is a problem that the presence of an anodized film on the surface increases the contact resistance with the electrode material.
そこで、本発明は、電極材料との密着性が高く、かつ、電極材料との接触抵抗が小さい集電体用アルミニウム部材、ならびに、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、半固体電池、固体電池、および、非水電解液を使用する二次電池を提供することを課題とする。Therefore, the present invention aims to provide an aluminum member for a current collector that has high adhesion to an electrode material and low contact resistance with the electrode material, as well as a lithium ion capacitor, an electric double layer capacitor, a semi-solid battery, a solid battery, and a secondary battery that uses a non-aqueous electrolyte.
本発明は、以下の構成によって課題を解決する。 The present invention solves the problem by the following configuration.
[1] アルミニウム基材およびアルミニウム基材上の陽極酸化皮膜を有する集電体用アルミニウム部材であって、
陽極酸化皮膜は、多数の微細孔を有し、
アルミニウム基材の少なくとも一方の表面における、陽極酸化皮膜の被覆率が1~80%であり、
陽極酸化皮膜が有する微細孔の数密度が600個/μm2以上である集電体用アルミニウム部材。
[2] 陽極酸化皮膜は、アルミニウム基材上に島状に存在する、[1]に記載の集電体用アルミニウム部材。
[3] 微細孔の平均径が1nm~100nmである、[1]または[2]に記載の集電体用アルミニウム部材。
[4] 陽極酸化皮膜の厚みが1nm~30nmである、[1]~[3]のいずれかに記載の集電体用アルミニウム部材。
[5] アルミニウム基材が、表面に粒状の金属間化合物を有する、[1]~[4]のいずれかに記載の集電体用アルミニウム部材。
[6] 粒状の金属間化合物をアルミニウム基材の表面が、500個/mm2以上有する、[5]に記載の集電体用アルミニウム部材。
[7] アルミニウム基材の厚さが、5μm~100μmである、[1]~[6]のいずれかに記載の集電体用アルミニウム部材。
[8] 集電体用アルミニウム部材が板状である、[1]~[7]のいずれかに記載の集電体用アルミニウム部材。
[9] [1]~[8]のいずれかに記載の集電体用アルミニウム部材を有するリチウムイオンキャパシタ。
[10] [1]~[8]のいずれかに記載の集電体用アルミニウム部材を有する電気二重層キャパシタ。
[11] [1]~[8]のいずれかに記載の集電体用アルミニウム部材を有する半固体電池。
[12] [1]~[8]のいずれかに記載の集電体用アルミニウム部材を有する固体電池。
[13] [1]~[8]のいずれかに記載の集電体用アルミニウム部材を有する、非水電解液を使用する二次電池。
[1] An aluminum member for a current collector having an aluminum substrate and an anodized coating film on the aluminum substrate,
The anodized film has many micropores.
The coverage of the anodized film on at least one surface of the aluminum base material is 1 to 80%;
An aluminum member for a current collector, wherein the anodized film has a number density of micropores of 600 pores/ μm2 or more.
[2] The aluminum member for a current collector according to [1], wherein the anodized film is present in an island shape on the aluminum base material.
[3] The aluminum member for a current collector according to [1] or [2], wherein the average diameter of the micropores is 1 nm to 100 nm.
[4] The aluminum member for a current collector according to any one of [1] to [3], wherein the anodized coating has a thickness of 1 nm to 30 nm.
[5] The aluminum member for a current collector according to any one of [1] to [4], wherein the aluminum base has a granular intermetallic compound on a surface thereof.
[6] The aluminum member for a current collector according to [5], wherein the surface of the aluminum base has 500 granular intermetallic compounds/ mm2 or more.
[7] The aluminum member for a current collector according to any one of [1] to [6], wherein the aluminum base has a thickness of 5 μm to 100 μm.
[8] The aluminum member for a current collector according to any one of [1] to [7], which is in a plate shape.
[9] A lithium ion capacitor having the aluminum member for a current collector according to any one of [1] to [8].
[10] An electric double layer capacitor comprising the aluminum member for a current collector according to any one of [1] to [8].
[11] A semi-solid battery comprising the aluminum member for a current collector according to any one of [1] to [8].
[12] A solid-state battery comprising the aluminum member for a current collector according to any one of [1] to [8].
[13] A secondary battery using a non-aqueous electrolyte, comprising the aluminum member for a current collector according to any one of [1] to [8].
本発明によれば、電極材料との密着性が高く、かつ、電極材料との接触抵抗が小さい集電体用アルミニウム部材、ならびに、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、半固体電池、固体電池、および、非水電解液を使用する二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an aluminum member for a current collector that has high adhesion to an electrode material and low contact resistance with the electrode material, as well as a lithium ion capacitor, an electric double layer capacitor, a semi-solid battery, a solid battery, and a secondary battery that uses a non-aqueous electrolyte.
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
The present invention will be described in detail below.
The following description of the components may be based on representative embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
[集電体用アルミニウム部材]
本発明の集電体用アルミニウム部材は、
アルミニウム基板およびアルミニウム基板上の陽極酸化皮膜を有する集電体用アルミニウム部材であって、
陽極酸化皮膜は、多数の微細孔を有し、
アルミニウム基材の少なくとも一方の表面における、陽極酸化皮膜の被覆率が1~80%であり、
陽極酸化皮膜が有する微細孔の数密度が600個/μm2以上である集電体用アルミニウム部材である。
[Aluminum member for current collector]
The aluminum member for a current collector of the present invention is
An aluminum member for a current collector having an aluminum substrate and an anodized film on the aluminum substrate,
The anodized film has many micropores.
The coverage of the anodized film on at least one surface of the aluminum base material is 1 to 80%;
The aluminum member for a current collector has an anodized film having a number density of micropores of 600 pores/μm 2 or more.
本発明の集電体用アルミニウム部材の構成について、図1および図2を用いて説明する。The configuration of the aluminum member for the current collector of the present invention is explained using Figures 1 and 2.
図1は、本発明の集電体用アルミニウム部材の好適な実施態様の一例を示す模式的な断面図である。図2は、図1に示す集電体用アルミニウム部材の上面図である。なお、図2は、後述する実施例における集電体用アルミニウム部材の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した画像において、アルミニウム基材と陽極酸化皮膜との輪郭線を描いた図である。
図1および図2に示すように、集電体用アルミニウム部材10は、アルミニウム基材1の両主面それぞれに島状に存在する陽極酸化皮膜(以下、島状の陽極酸化皮膜ともいう)14が形成されている。なお、主面とは、板状(シート状)の部材における最大面である。
Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing one example of a preferred embodiment of the aluminum current collector member of the present invention. Fig. 2 is a top view of the aluminum current collector member shown in Fig. 1. Fig. 2 is a diagram showing the contours of the aluminum base material and the anodized film in an image obtained by observing the surface of the aluminum current collector member in the examples described later with a scanning electron microscope (SEM).
1 and 2, in the aluminum member 10 for a current collector, anodized films (hereinafter also referred to as island-shaped anodized films) 14 are formed in an island shape on each of the two main surfaces of the
島状の陽極酸化皮膜14は、陽極酸化処理によって形成された、酸化アルミニウム(Al2O3)等のアルミニウム酸化物を含有するアルミニウム酸化皮膜である。
The island-shaped
本発明において、島状の陽極酸化皮膜14は、後述する図11に示す実施例のSEM(走査型電子顕微鏡)画像に示すように、多数の微細孔(ポア)を有している。この微細孔の数密度は600個/μm2以上である。また、陽極酸化皮膜14は、アルミニウム基材1上に島状に存在している。ここで、島状に存在するとは、一様な層ではなく、図2に示すように無数に分割された不定形な構造をいう。陽極酸化皮膜の被覆率が高い場合は、陽極酸化皮膜が無い部分が無数に分割された不定形な構造となる。また、アルミニウム基材1の表面における、島状の陽極酸化皮膜14による被覆率は、1~80%である。
In the present invention, the island-shaped
本発明の集電体用アルミニウム部材は、集電体として用いられ、表面に活物質(電極材料)を塗布されて蓄電デバイスの正極または負極として用いられる。The aluminum member for a current collector of the present invention is used as a current collector, and an active material (electrode material) is applied to the surface to be used as a positive or negative electrode of an electricity storage device.
前述のとおり、集電体は、電極材料との密着性が高いこと、および、電極材料との接触抵抗が小さいことが望まれる。しかしながら、電極材料との密着性を向上させるため、アルミニウム基材の表面を粗面化しても、十分な密着効果が得られず、密着性と低抵抗とを両立することができなかった。
また、アルミニウム基材の表面に、微細なポアを有する陽極酸化皮膜を形成することで、密着性を向上することが提案されているが、陽極酸化皮膜は導電性が劣るため、表面に陽極酸化皮膜を有すると電極材料との接触抵抗が大きくなってしまい、密着性と低抵抗とを両立することができなかった。
As described above, it is desirable for the current collector to have high adhesion to the electrode material and low contact resistance with the electrode material. However, even if the surface of the aluminum base material is roughened in order to improve adhesion with the electrode material, a sufficient adhesion effect cannot be obtained, and it has not been possible to achieve both adhesion and low resistance at the same time.
It has also been proposed to improve adhesion by forming an anodized film having fine pores on the surface of an aluminum base material. However, since anodized films have poor electrical conductivity, having an anodized film on the surface increases the contact resistance with the electrode material, making it impossible to achieve both adhesion and low resistance.
これに対して、本発明の集電体用アルミニウム部材は、アルミニウム基材1上に陽極酸化皮膜14を島状に有する。アルミニウム基材1が、数密度が600個/μm2以上の微細孔を有する陽極酸化皮膜14で覆われた部分では、電極材料との密着性を向上できる。一方、アルミニウム基材1が陽極酸化皮膜14で覆われていない部分では、電極材料との接触抵抗を小さくすることができる。アルミニウム基材1の表面における、島状の陽極酸化皮膜14による被覆率を1~80%とすることで、電極材料との密着性と低抵抗とを両立することができる。
In contrast, the aluminum member for current collector of the present invention has an anodized
ここで、電極材料との密着性および低抵抗の両立の観点から、アルミニウム基材1の表面における、島状の陽極酸化皮膜14による被覆率は、1~65%が好ましく、3~50%がより好ましく、3~30%がさらに好ましい。Here, from the viewpoint of achieving both adhesion to the electrode material and low resistance, the coverage rate of the island-shaped
なお、アルミニウム基材1の表面における、島状の陽極酸化皮膜14による被覆率は、以下のようにして測定される。
集電体用アルミニウム部材の表面を、SEMを用いて10000倍で撮影し、画像解析ソフトで陽極酸化皮膜の部分とアルミニウム基材の部分とを二値化し、陽極酸化皮膜の面積率を求める。画像解析ソフトは一般的なものが使用でき、例えば、ImageJ、イメージファクトリーなどが使用できる。後述する図2は実施例で作製した集電体用アルミニウム部材のSEM写真であり、図2は、ImageJを使用して求めた輪郭線図である。
The coverage of the island-like
The surface of the aluminum member for current collector is photographed at 10,000 times magnification using an SEM, and the anodized film portion and the aluminum base material portion are binarized using image analysis software to determine the area ratio of the anodized film. A general image analysis software such as ImageJ or Image Factory can be used. Figure 2, which will be described later, is an SEM photograph of the aluminum member for current collector prepared in the examples, and Figure 2 is a contour diagram obtained using ImageJ.
なお、集電体用アルミニウム部材が貫通孔を有する場合には、貫通孔を除いた、アルミニウム基材の表面における陽極酸化皮膜の面積率を被覆率とする。In addition, when the aluminum member for the current collector has through holes, the coverage rate is the area ratio of the anodized film on the surface of the aluminum base material excluding the through holes.
また、電極材料との密着性の観点から、陽極酸化皮膜14が有する微細孔の数密度は600~1100個/μm2が好ましく、800~1100個/μm2がより好ましく、900~1100個/μm2がさらに好ましい。
From the viewpoint of adhesion to the electrode material, the number density of the micropores in the anodized
また、電極材料との密着性の観点から、陽極酸化皮膜14が有する微細孔の平均径は、1nm~100nmが好ましく、10nm~30nmがより好ましく、20nm~30nmがさらに好ましい。In addition, from the viewpoint of adhesion to the electrode material, the average diameter of the micropores in the anodized
なお、陽極酸化皮膜14が有する微細孔の数密度および平均径は、以下のようにして測定される。
集電体用アルミニウム部材の表面を、SEMを用いて50000倍で撮影することで、微細孔の有無を判断できる。微細孔がある場合には、陽極酸化皮膜の面積内に、微細孔が何個あるかを画像解析ソフトで測定し、陽極酸化皮膜の単位面積あたりの個数、つまり陽極酸化皮膜の面積1μm2あたりの微細孔の個数を求めることができる。また、平均径は、陽極酸化皮膜の面積内に存在する微細孔の径を測定して平均して求めることができる。
The number density and average diameter of the micropores in the
The presence or absence of micropores can be determined by photographing the surface of the aluminum member for current collector at 50,000 times magnification using an SEM. If micropores are present, the number of micropores within the area of the anodized film can be measured using image analysis software to determine the number per unit area of the anodized film, i.e., the number of micropores per 1 μm2 of the area of the anodized film. The average diameter can be determined by measuring and averaging the diameters of the micropores present within the area of the anodized film.
また、電極材料との接触抵抗を低減する観点から、陽極酸化皮膜14の厚みは、1nm~30nmが好ましく、5nm~30nmがより好ましく、10nm~30nmがさらに好ましい。
In addition, from the viewpoint of reducing contact resistance with the electrode material, the thickness of the anodized
なお、陽極酸化皮膜14の厚みは、以下のようにして測定される。
SEMで観察試料を75度傾斜させて取り付け可能な試料台を使い、集電体用アルミニウム部材の表面を50000倍で撮影した写真の、陽極酸化皮膜の部分とアルミニウム基材の部分の境界から、陽極酸化皮膜の厚みを求めることができる。
The thickness of the
Using a sample stage that can be used to mount an observation sample at a 75 degree incline with an SEM, the thickness of the anodized film can be determined from the boundary between the anodized film and the aluminum base material in a photograph taken at 50,000 times the surface of the aluminum member for the current collector.
ここで、図1に示す例においては、陽極酸化皮膜14は、アルミニウム基材1の両主面に形成される構成としたが、これに限定はされず、一方の主面のみに形成される構成であってもよい。Here, in the example shown in Figure 1, the anodized
また、本発明の集電体用アルミニウム部材において、アルミニウム基材の、陽極酸化皮膜で覆われていない部分は、自然酸化皮膜で覆われていてもよい。自然酸化皮膜は、陽極酸化皮膜に比べて、電極材料との接触抵抗が小さい。そのため、アルミニウム基材の、陽極酸化皮膜で覆われていない部分が自然酸化皮膜で覆われた構成でも電極材料との密着性および低抵抗を両立することが可能である。
なお、自然酸化皮膜は、基本的に多数の微細孔を有さない。そのため、SEMを用いて微細孔の有無を観察することで、陽極酸化皮膜か自然酸化皮膜かを判断できる。
In the aluminum member for current collector of the present invention, the portion of the aluminum base material that is not covered with the anodized film may be covered with a natural oxide film. The natural oxide film has a lower contact resistance with the electrode material than the anodized film. Therefore, even if the portion of the aluminum base material that is not covered with the anodized film is covered with the natural oxide film, it is possible to achieve both adhesion with the electrode material and low resistance.
Natural oxide films do not generally have many micropores, so whether a film is an anodic oxide film or a natural oxide film can be determined by observing the presence or absence of micropores using an SEM.
また、電極材料との接触抵抗を低減する観点から、自然酸化皮膜の厚みは、10nm以下が好ましく、1nm~5nmがより好ましく、1nm~3nmがさらに好ましい。 In addition, from the viewpoint of reducing the contact resistance with the electrode material, the thickness of the natural oxide film is preferably 10 nm or less, more preferably 1 nm to 5 nm, and even more preferably 1 nm to 3 nm.
本発明の集電体用アルミニウム部材は、貫通孔を有していてもよい。
図3に本発明の集電体用アルミニウム部材の他の一例を模式的に示す断面図を示す。
図3に示す集電体用アルミニウム部材10bは、貫通孔5を有するアルミニウム基材3の両主面それぞれに島状に存在する陽極酸化皮膜14が形成されている。
The aluminum member for a current collector of the present invention may have through holes.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of another example of the aluminum member for a current collector of the present invention.
The aluminum current-collector member 10b shown in FIG. 3 has an anodized
貫通孔5は、アルミニウム基材3ならびに陽極酸化皮膜14を厚さ方向に貫通する貫通孔である。The through hole 5 is a through hole that penetrates the aluminum base material 3 and the
集電体用アルミニウム部材が、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有することで、集電体として用いる場合に、リチウムイオンの移動を容易にすることができる。また、多数の貫通孔を有することで、活物質との密着性を向上することができる。 The aluminum member for the current collector has multiple through holes penetrating in the thickness direction, which facilitates the movement of lithium ions when used as a current collector. In addition, the presence of a large number of through holes improves adhesion to the active material.
貫通孔の平均開口径は、0.1μm以上100μm未満であることが好ましく、1μm超80μm以下がより好ましく、3μm超40μm以下がさらに好ましく、5μm以上30μm以下が特に好ましい。
貫通孔の平均開口径を上記範囲とすることで、集電体用アルミニウム部材に活物質等を塗布する際に抜け等が発生するのを防止でき、また、塗布した活物質との密着性を向上できる。また、集電体用アルミニウム部材が多数の貫通孔を有するものとした場合でも、十分な引張強度を有するものとすることができる。
The average opening diameter of the through holes is preferably 0.1 μm or more and less than 100 μm, more preferably more than 1 μm and 80 μm or less, even more preferably more than 3 μm and 40 μm or less, and particularly preferably 5 μm or more and 30 μm or less.
By setting the average opening diameter of the through holes within the above range, it is possible to prevent the occurrence of voids when applying an active material or the like to the aluminum collector member, and to improve the adhesion of the applied active material. Furthermore, even if the aluminum collector member has a large number of through holes, it is possible to ensure that the aluminum collector member has sufficient tensile strength.
なお、貫通孔の平均開口径は、以下のようにして測定される。
集電体用アルミニウム部材の一方の面から、平行光を照射し、透過式の光学顕微鏡で貫通孔を倍率200倍で撮影する。得られたデータを画像解析ソフトで2値化し、貫通孔部の円相当径の平均値を平均開口径とする。
The average opening diameter of the through holes is measured as follows.
Parallel light is irradiated from one side of the aluminum member for current collector, and the through-holes are photographed with a transmission optical microscope at a magnification of 200. The obtained data is binarized with image analysis software, and the average value of the circle equivalent diameters of the through-holes is defined as the average opening diameter.
また、貫通孔の平均開口率は、0.5%~30%であるのが好ましく、1%~30%がより好ましく、2%~20%がさらに好ましく、3%~10%が特に好ましい。
貫通孔の平均開口率を上記範囲とすることで、集電体用アルミニウム部材に活物質を塗布する際に抜け等が発生するのを防止でき、また、塗布した活物質との密着性を向上できる。また、集電体用アルミニウム部材が多数の貫通孔を有するものとした場合でも、十分な引張強度を有するものとすることができる。
The average opening ratio of the through holes is preferably 0.5% to 30%, more preferably 1% to 30%, further preferably 2% to 20%, and particularly preferably 3% to 10%.
By setting the average aperture ratio of the through holes within the above range, it is possible to prevent the occurrence of voids when applying an active material to the aluminum collector member, improve adhesion to the applied active material, and even if the aluminum collector member has a large number of through holes, it is possible to ensure sufficient tensile strength.
なお、貫通孔の平均開口率は、以下のようにして測定される。
集電体用アルミニウム部材の一方の面から、平行光を照射し、透過式の光学顕微鏡で貫通孔を倍率200倍で撮影する。得られたデータを画像解析ソフトで2値化し、開口部面積の総和/観察面積×100(%)として算出する。
The average aperture ratio of the through holes is measured as follows.
Parallel light is irradiated from one side of the aluminum member for current collector, and the through-holes are photographed with a transmission optical microscope at a magnification of 200. The obtained data is binarized with image analysis software, and the ratio is calculated as the sum of the opening areas/the observed area×100 (%).
また、集電体用アルミニウム部材は、表面に粗面化を行ってもよい。粗面を有することにより、アルミニウム基材、陽極酸化皮膜部共に、表面積が増加し、活物質層と密着する面積が増加することで、密着性がより向上する。The surface of the aluminum member for the current collector may be roughened. By providing a rough surface, the surface area of both the aluminum base material and the anodized coating increases, and the area in contact with the active material layer increases, further improving adhesion.
ここで、本発明において、アルミニウム基材は、その表面に、膜中に分散された粒状の金属間化合物を多数有することが好ましい。なお、以下の説明では、粒状の金属間化合物を単に「金属間化合物」ともいう。
陽極酸化皮膜は、アルミニウム基材に比べて絶縁性が高い。また、自然酸化皮膜は陽極酸化皮膜に比べ絶縁性は低いものの、アルミニウム金属単体に比べると抵抗が大きい。なお、以下の説明では、陽極酸化皮膜と自然酸化皮膜とをまとめて酸化膜ともいう。これに対して、アルミニウム基材が金属間化合物を有すると、その表面に形成される酸化膜にも金属間化合物が含有される。金属間化合物は、酸化膜において絶縁性を低下させる起点となることがわかった。絶縁性を低下させる起点となる金属間化合物を有することで、酸化膜の絶縁性を低下させて、酸化膜の接触抵抗を低下させることができる。
In the present invention, the aluminum base preferably has a large number of granular intermetallic compounds dispersed in a film on its surface. In the following description, the granular intermetallic compounds are also simply referred to as "intermetallic compounds."
Anodized films have higher insulating properties than aluminum substrates. Although natural oxide films have lower insulating properties than anodized films, they have higher resistance than aluminum metal alone. In the following description, anodized films and natural oxide films are collectively referred to as oxide films. In contrast, when an aluminum substrate has an intermetallic compound, the oxide film formed on its surface also contains the intermetallic compound. It has been found that intermetallic compounds are the starting point for reducing the insulating properties of the oxide film. By having an intermetallic compound that is the starting point for reducing the insulating properties, the insulating properties of the oxide film can be reduced, and the contact resistance of the oxide film can be reduced.
酸化膜の金属間化合物はアルミニウムに対する酸素の元素比率O/Alが2以上4以下であることが好ましい。また、粒状の金属間化合物の数密度は500個/mm2以上であることが好ましい。 The intermetallic compound of the oxide film preferably has an element ratio of oxygen to aluminum, O/Al, of 2 to 4. The number density of the granular intermetallic compound is preferably 500 pieces/mm 2 or more.
ここで、本発明における金属間化合物とは、アルミニウム元素(Al)と、Fe、Si、Mn、Mg、Ti、B等から選択される少なくとも1種とを含む化合物である。具体的には、金属間化合物としては、Al3Fe、Al6Fe、αAlFeSi、AlFeMnSi、Mg2Si、TiB2が挙げられる。このうち、Alを含む金属間化合物は、Alを含むので、表面にアルミニウムの酸化皮膜が形成される。そのため、Alを含む金属間化合物の表層は酸素元素(O)を含む。 Here, the intermetallic compound in the present invention is a compound containing aluminum element (Al) and at least one selected from Fe, Si, Mn, Mg, Ti, B, etc. Specific examples of intermetallic compounds include Al3Fe , Al6Fe , αAlFeSi, AlFeMnSi, Mg2Si , and TiB2 . Among these, the intermetallic compounds containing Al contain Al, so that an aluminum oxide film is formed on the surface. Therefore, the surface layer of the intermetallic compound containing Al contains oxygen element (O).
なお、本発明の集電体用アルミニウム部材は、金属間化合物表面の酸化膜が、元素比率O/Alが2以上4以下である酸化膜を有する粒状の金属間化合物を500個/mm2以上の密度で有していれば、最表層の酸化膜が元素比率O/Alが2以上4以下以外の粒状の金属間化合物を有していてもよい。すなわち、最表層の酸化膜が元素比率O/Alが2未満、あるいは4超の粒状の金属間化合物を有していてもよい。 In the aluminum member for current collector of the present invention, so long as the oxide film on the surface of the intermetallic compound has granular intermetallic compounds having an oxide film with an element ratio O/Al of 2 or more and 4 or less at a density of 500 pieces/mm2 or more, the oxide film in the outermost layer may have granular intermetallic compounds with an element ratio O/Al other than 2 or more and 4 or less. In other words, the oxide film in the outermost layer may have granular intermetallic compounds with an element ratio O/Al of less than 2 or more than 4.
また、酸化膜が酸化アルミニウム(Al2O3)を主成分とし、水和物を含有しない場合は、酸化膜の金属間化合物以外の部分における元素比率O/Alは2未満であり、1.3~1.5程度である。 Furthermore, when the oxide film is mainly composed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and does not contain hydrates, the element ratio O/Al in the portion of the oxide film other than the intermetallic compounds is less than 2, and is about 1.3 to 1.5.
集電体用アルミニウム部材の電気抵抗をより低くできる等の観点から、金属間化合物の表層の酸化膜の元素比率O/Alの平均値は、2以上4以下であるのが好ましく、2.5以上3.5以下であるのがさらに好ましい。From the viewpoint of lowering the electrical resistance of the aluminum component for the current collector, the average element ratio O/Al of the oxide film on the surface of the intermetallic compound is preferably 2 or more and 4 or less, and more preferably 2.5 or more and 3.5 or less.
なお、金属間化合物の最表層の元素比率O/Alは、以下のようにして測定する。
金属間化合物は、酸化膜の表面を高分解能走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)で観察した際に、酸化膜の金属間化合物以外の部分と区別して視認することができる。
したがって、まず、高分解能走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を用いて酸化膜の表面を倍率5000倍で撮影し、得られたSEM写真において、金属間化合物を少なくとも20個抽出する。
次に、抽出した金属間化合物の位置で、最表面から深さ方向に、電界放射型オージェ電子分光分析(FE-AES)を用いて元素分析を行う。深さ方向の分析は、測定とスパッタリングによる表面削除を繰り返すことで行う。FE-AESによる深さ方向の元素分布の結果から、最表層における元素比率O/Alを求める。
The element ratio O/Al in the outermost layer of the intermetallic compound is measured as follows.
When the surface of the oxide film is observed with a high-resolution scanning electron microscope (SEM), the intermetallic compounds can be visually recognized as being distinct from the other portions of the oxide film that are not intermetallic compounds.
First, the surface of the oxide film is photographed at a magnification of 5000 times using a high-resolution scanning electron microscope (SEM), and at least 20 intermetallic compounds are extracted from the obtained SEM photograph.
Next, elemental analysis is performed from the outermost surface to the depth direction at the position of the extracted intermetallic compound using field emission Auger electron spectroscopy (FE-AES). The analysis in the depth direction is performed by repeating measurement and surface removal by sputtering. The elemental ratio O/Al in the outermost surface layer is obtained from the elemental distribution in the depth direction by FE-AES.
集電体用アルミニウム部材の電気抵抗をより低くできる等の観点から、粒状の金属間化合物の密度は、1000個/mm2~300000個/mm2が好ましく、5000個/mm2~200000個/mm2がより好ましい。 From the viewpoint of lowering the electrical resistance of the aluminum member for current collector, the density of the granular intermetallic compound is preferably 1,000 pcs/mm 2 to 300,000 pcs/mm 2 , and more preferably 5,000 pcs/mm 2 to 200,000 pcs/mm 2 .
なお、粒状の金属間化合物の密度は、以下のようにして測定する。
まず、高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて集電体用アルミニウム部材の表面を真上から倍率5000倍で撮影し、得られたSEM写真の1.2mm×1.2mmの視野(5箇所)について、粒状の金属間化合物を抽出する。
次に、FE-AESを用いた元素分析によって抽出した各金属間化合物の元素比率O/Alを求める。元素比率O/Alが2以上4以下の粒状の金属間化合物の数を計数して、視野内の粒状の金属間化合物の数と、視野の面積(幾何学的面積)とから数密度を算出して、5箇所の視野の平均値を密度として算出する。
The density of the granular intermetallic compound is measured as follows.
First, the surface of the aluminum member for a current collector is photographed from directly above at a magnification of 5000 times using a high-resolution scanning electron microscope (SEM), and granular intermetallic compounds are extracted from a field of view (five locations) of 1.2 mm × 1.2 mm in the obtained SEM photograph.
Next, the element ratio O/Al of each intermetallic compound extracted by elemental analysis using FE-AES is determined. The number of granular intermetallic compounds having an element ratio O/Al of 2 to 4 is counted, and the number density is calculated from the number of granular intermetallic compounds in the visual field and the area of the visual field (geometric area), and the average value of the five visual fields is calculated as the density.
ここで、粒状の金属間化合物の円相当直径は1μm以下とするのが好ましい。円相当直径が1μm以下の金属間化合物は、集電体用アルミニウム部材の表面に表出しやすい。小さい金属間化合物が集電体用アルミニウム部材の表面に表出すると、金属間化合物の体積に対する表面積が大きくなる。その結果、局所的に水分子が吸着しやすくなると考えられ、酸化された金属間化合物の元素比率O/Alが2以上になりやすい。Here, it is preferable that the granular intermetallic compound has an equivalent circle diameter of 1 μm or less. Intermetallic compounds with an equivalent circle diameter of 1 μm or less are easily exposed on the surface of the aluminum member for the current collector. When small intermetallic compounds are exposed on the surface of the aluminum member for the current collector, the surface area relative to the volume of the intermetallic compound becomes large. As a result, it is believed that water molecules are more likely to be adsorbed locally, and the element ratio O/Al of the oxidized intermetallic compound is likely to be 2 or more.
なお、粒状の金属間化合物の円相当直径は、上述のようにして元素比率O/Alを測定した金属間化合物を少なくとも20個抽出し、画像解析ソフト等で金属間化合物の酸化膜表面における面積を求め、この面積から円相当直径を求めて、これらの平均値を円相当直径として算出する。The circle equivalent diameter of the granular intermetallic compound is calculated by extracting at least 20 intermetallic compounds whose element ratio O/Al has been measured as described above, determining the area of the oxide film surface of the intermetallic compound using image analysis software or the like, determining the circle equivalent diameter from this area, and averaging these values to obtain the circle equivalent diameter.
最表層の酸化膜は、酸化アルミニウム(Al2O3)を70質量%以上含むことが好ましく、80質量%~100質量%含むことがより好ましく、90質量%~100質量%含むことがさらに好ましい。
酸化膜中の非水和物の酸化アルミニウム(Al2O3)の含有量を70質量%以上とすることで、酸化膜の密度を高くすることができるため、経時によって酸化膜が厚くなることを抑制できる。従って、酸化膜が厚くなって電気抵抗が増加することを抑制できる点で好ましい。
The outermost oxide film preferably contains aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in an amount of 70% by mass or more, more preferably 80% to 100% by mass, and even more preferably 90% to 100% by mass.
By making the content of non-hydrated aluminum oxide ( Al2O3 ) in the oxide film 70 mass% or more, the density of the oxide film can be increased, and therefore the oxide film can be prevented from thickening over time, which is preferable in that the oxide film can be prevented from becoming thick and increasing the electrical resistance.
なお、酸化膜中の酸化アルミニウム(Al2O3)の割合は、以下のように酸化膜の膜密度を測定して算出することができる。
酸化膜の膜密度は、株式会社神戸製鋼所製、高分解能RBS分析装置 HRBS500(High Resolution Rutherford Backscattering Spectrometry;HR-RBS)を使用して測定する。エネルギー450keVのHe+イオンを試料面(電極用アルミニウム部材の酸化膜の表面)の法線に対し62.5度で試料に入射させ、散乱されたHe+イオンを散乱角55度の位置で偏向磁場型エネルギー分析器により検出して面密度を得る。得られた面密度(atoms/cm2)から質量面密度(g/cm2)に換算し、この値と透過型電子顕微鏡(TEM)により測定した膜厚から酸化膜の密度(g/cm3)を算出する。
アルミニウムの酸化膜は、非水和物の酸化アルミニウム、及び水和物の酸化アルミニウム(1水和物と3水和物が存在)し、それぞれ密度が異なることから、水和物の密度を便宜的に1水和物と3水和物の平均とし、非水和物の密度との加重平均が、上記で求めた密度と考え、そこから非水和物酸化アルミニウムの割合を求める。
The proportion of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in the oxide film can be calculated by measuring the film density of the oxide film as follows.
The film density of the oxide film is measured using a high resolution RBS analyzer HRBS500 (High Resolution Rutherford Backscattering Spectrometry; HR-RBS) manufactured by Kobe Steel, Ltd. He+ ions with energy of 450 keV are incident on the sample at 62.5 degrees to the normal of the sample surface (surface of the oxide film of the aluminum electrode member), and the scattered He+ ions are detected at a scattering angle of 55 degrees by a deflection magnetic field type energy analyzer to obtain the surface density. The obtained surface density (atoms/ cm2 ) is converted to mass surface density (g/ cm2 ), and the density (g/ cm3 ) of the oxide film is calculated from this value and the film thickness measured by a transmission electron microscope (TEM).
Aluminum oxide films consist of non-hydrated aluminum oxide and hydrated aluminum oxide (there are monohydrate and trihydrate), each of which has a different density. For convenience, the density of the hydrate is taken as the average of the monohydrate and trihydrate, and the weighted average of this with the density of the non-hydrate is considered to be the density calculated above, from which the proportion of non-hydrated aluminum oxide is calculated.
集電体用アルミニウム部材の形状は、集電体として用いることができれば、特に制限はないが、板状であることが好ましい。There are no particular restrictions on the shape of the aluminum member for the current collector as long as it can be used as a current collector, but it is preferable for it to be plate-shaped.
<アルミニウム基材>
集電体用アルミニウム部材の母材となるアルミニウム基材は、特に限定はされず、例えば、JIS規格H4000に記載されている合金番号1N30、3003、1085等の公知のアルミニウム基材を用いることができる。金属間化合物を多く含むアルミニウムを使用すると前述の電気抵抗低減の効果が期待できる。但し、本願はアルミニウム材に限定されない。なお、アルミニウム基材は、アルミニウムを主成分とし、微量の異元素を含む合金板である。
<Aluminum substrate>
The aluminum base material that is the base material of the aluminum member for the current collector is not particularly limited, and may be, for example, a known aluminum base material such as alloy numbers 1N30, 3003, and 1085 described in JIS standard H4000. If aluminum containing a large amount of intermetallic compounds is used, the above-mentioned effect of reducing electrical resistance can be expected. However, the present application is not limited to aluminum materials. The aluminum base material is an alloy plate containing aluminum as the main component and trace amounts of other elements.
[集電体用アルミニウム部材の製造方法]
次に、本発明の集電体用アルミニウム部材の製造方法について説明する。
本発明の集電体用アルミニウム部材を作製する集電体用アルミニウム部材の製造方法の一例は、
アルミニウム基材の表面に陽極酸化皮膜を形成する電解工程と、
陽極酸化皮膜を部分除去して陽極酸化皮膜を島状にする部分除去工程と、
を有する集電体用アルミニウム部材の製造方法である。
[Method of manufacturing aluminum member for current collector]
Next, the method for producing the aluminum member for current collector of the present invention will be described.
An example of a method for producing an aluminum member for a current collector of the present invention includes the following steps:
an electrolysis step of forming an anodized film on the surface of the aluminum base material;
a partial removal process of partially removing the anodized film to form the anodized film in an island shape;
The present invention relates to a method for producing an aluminum member for a current collector having the above structure.
また、集電体用アルミニウム部材の製造方法は、アルミニウム基材および陽極酸化皮膜を貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程を有していてもよい。
また、集電体用アルミニウム部材の製造方法は、アルミニウム基材の表面を粗面化する粗面化工程を有していてもよい。
貫通孔形成工程および/または粗面化工程は、陽極酸化皮膜を形成する電解工程と同時に実施してもよい。
The method for producing an aluminum member for a current collector may also include a through-hole forming step of forming through-holes that penetrate the aluminum base material and the anodized film.
The method for producing an aluminum member for a current collector may also include a surface roughening step of roughening the surface of the aluminum base.
The through-hole forming step and/or the surface roughening step may be carried out simultaneously with the electrolysis step of forming the anodized film.
また、部分除去工程の後には、集電体用アルミニウム部材の洗浄および乾燥を行う洗浄乾燥工程を実施するのが好ましい。 After the partial removal process, it is preferable to carry out a cleaning and drying process in which the aluminum member for the current collector is cleaned and dried.
また、各工程終了後には水洗処理を行う水洗工程および乾燥処理を行う乾燥工程を有するのが好ましい。 It is also preferable to have a washing process in which a washing treatment is performed and a drying process in which a drying treatment is performed after each process is completed.
以下、図1に示す集電体用アルミニウム部材、および、図3に示す貫通孔を有する集電体用アルミニウム部材を例にして、集電体用アルミニウム部材の製造方法の各工程を図4~図8を用いて説明し、集電体用アルミニウム部材の製造方法の各工程を説明した後に、各工程について詳述する。Below, using the aluminum collector member shown in Figure 1 and the aluminum collector member having a through hole shown in Figure 3 as examples, each step of the manufacturing method for the aluminum collector member will be explained using Figures 4 to 8. After explaining each step of the manufacturing method for the aluminum collector member, each step will be described in detail.
図4~図6は、図1に示す集電体用アルミニウム部材の製造方法の好適な実施態様の一例を示す模式的な断面図である。
集電体用アルミニウム部材の製造方法の一例は、図4~図6に示すように、アルミニウム基材1の両方の主面に対して電解処理を施し、一様な陽極酸化皮膜2を形成する電解工程(図4および図5)と、電解工程の後に陽極酸化皮膜を部分除去して島状の陽極酸化皮膜14を形成する部分除去工程(図5および図6)と、を有する製造方法である。
4 to 6 are schematic cross-sectional views showing an example of a preferred embodiment of the method for producing the aluminum member for current collector shown in FIG.
As shown in FIGS. 4 to 6 , one example of a method for producing an aluminum member for a current collector is a production method including an electrolysis step ( FIGS. 4 and 5 ) in which both main surfaces of an
図4~図5および図7~図8は、図3に示す集電体用アルミニウム部材の製造方法の好適な実施態様の一例を示す模式的な断面図である。
集電体用アルミニウム部材の製造方法の一例は、図4~図5および図7~図8に示すように、アルミニウム基材1の両方の主面に対して電解処理を施し、一様な陽極酸化皮膜2を形成する電解工程(図4および図5)と、陽極酸化皮膜2およびアルミニウム基材1を貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程(図5および図7)と、陽極酸化皮膜を部分除去して島状の陽極酸化皮膜14を形成する部分除去工程(図7および図8)と、を有する製造方法である。
4 and 5 and 7 and 8 are schematic cross-sectional views showing an example of a preferred embodiment of the method for producing the aluminum member for current collector shown in FIG.
As shown in FIGS. 4 to 5 and 7 to 8 , one example of a method for producing an aluminum member for a current collector is a production method including an electrolysis step ( FIGS. 4 and 5 ) of subjecting both main surfaces of an
〔電解工程〕
電解工程は、アルミニウム基材の表面に一様な陽極酸化皮膜を形成する工程である。
本発明において、陽極酸化皮膜が有する微細孔の数密度が600個/μm2以上である陽極酸化皮膜を形成するために、硝酸と硫酸とを含有する水溶液を用いて陽極酸化処理を行うことが好ましい。
[Electrolysis process]
The electrolysis process is a process for forming a uniform anodic oxide film on the surface of the aluminum base material.
In the present invention, in order to form an anodic oxide film having a number density of micropores of 600 pores/μm 2 or more, it is preferable to carry out the anodizing treatment using an aqueous solution containing nitric acid and sulfuric acid.
陽極酸化処理の処理方法としては、硝酸と硫酸とを含有する水溶液を用いる以外は、従来公知の陽極酸化処理と同様の処理を施すことができる。陽極酸化処理としては、例えば、特開2012-216513号公報の[0063]~[0073]段落に記載された条件や装置を適宜採用することができる。The anodizing treatment method can be the same as the conventionally known anodizing treatment, except that an aqueous solution containing nitric acid and sulfuric acid is used. For the anodizing treatment, the conditions and apparatus described in paragraphs [0063] to [0073] of JP 2012-216513 A can be appropriately adopted.
本発明においては、陽極酸化処理の条件は、使用される電解液によって種々変化するので一概に決定され得ないが、一般的には電解液濃度0.2~80質量%、液温5~70℃、電流密度0.5~60A/dm2、電圧1~100V、電解時間1秒~20分であるのが適当であり、所望の酸化膜量となるように調整される。 In the present invention, the conditions for the anodizing treatment vary depending on the electrolyte used and cannot be determined in general, but generally, an electrolyte concentration of 0.2 to 80 mass %, a solution temperature of 5 to 70° C., a current density of 0.5 to 60 A/ dm2 , a voltage of 1 to 100 V, and an electrolysis time of 1 second to 20 minutes are appropriate, and are adjusted so as to obtain the desired amount of oxide film.
また、陽極酸化処理において、アルミニウム基材と対極との間に直流を印加してもよく、交流を印加してもよい。アルミニウム基材に直流を印加する場合においては、電流密度は、0.5~60A/dm2であるのが好ましく、1~40A/dm2であるのがより好ましい。連続的に陽極酸化処理を行う場合には、アルミニウム基材に、電解液を介して給電する液給電方式により行うのが好ましい。 In addition, in the anodizing treatment, a direct current or an alternating current may be applied between the aluminum substrate and the counter electrode. When a direct current is applied to the aluminum substrate, the current density is preferably 0.5 to 60 A/ dm2 , and more preferably 1 to 40 A/ dm2 . When the anodizing treatment is performed continuously, it is preferable to use a liquid power supply system in which power is supplied to the aluminum substrate via an electrolytic solution.
〔貫通孔形成工程〕
貫通孔形成工程は、アルミニウム基材に貫通孔を形成する工程である。
貫通孔形成工程における貫通孔の形成方法には特に制限はなく、パンチング加工等の機械的な方法、あるいは、電解溶解処理等の電気化学的な方法が利用可能である。平均開口径が0.1μm以上100μm未満の貫通孔を容易に形成できる点で、電解溶解処理による貫通孔の形成方法が好適である。
また、電解溶解処理による貫通孔の形成は、上記電解工程において、陽極酸化処理と同時あるいは順次に実施することができる。
[Through hole forming process]
The through hole forming step is a step of forming through holes in the aluminum base material.
The method for forming the through holes in the through hole forming step is not particularly limited, and a mechanical method such as punching or an electrochemical method such as electrolytic dissolution can be used. The method for forming the through holes by electrolytic dissolution is preferable because it can easily form through holes having an average opening diameter of 0.1 μm or more and less than 100 μm.
Furthermore, the formation of the through holes by electrolytic dissolution treatment can be carried out simultaneously with or successively to the anodizing treatment in the electrolysis step.
<電解溶解処理>
電解溶解処理は特に限定されず、直流または交流を用い、酸性溶液を電解液に用いることができる。中でも、硝酸を主体とする電解液を用いるのが好ましく、これらの酸に加えて硫酸、燐酸、シュウ酸の少なくとも1以上の混酸を用いて電気化学的処理を行うのが更に好ましい。
<Electrolytic dissolution treatment>
The electrolytic dissolution treatment is not particularly limited, and may use direct or alternating current and an acidic solution as the electrolyte. Among them, it is preferable to use an electrolyte mainly containing nitric acid, and it is more preferable to carry out the electrochemical treatment using at least one mixed acid selected from sulfuric acid, phosphoric acid, and oxalic acid in addition to these acids.
本発明においては、電解液である酸性溶液としては、上記酸のほかに、米国特許第4,671,859号、同第4,661,219号、同第4,618,405号、同第4,600,482号、同第4,566,960号、同第4,566,958号、同第4,566,959号、同第4,416,972号、同第4,374,710号、同第4,336,113号、同第4,184,932号の各明細書等に記載されている電解液を用いることもできる。In the present invention, in addition to the above acids, the acidic solution serving as the electrolyte may be any of the electrolytes described in the specifications of U.S. Patent Nos. 4,671,859, 4,661,219, 4,618,405, 4,600,482, 4,566,960, 4,566,958, 4,566,959, 4,416,972, 4,374,710, 4,336,113, and 4,184,932.
酸性溶液の濃度は0.1~2.5質量%であるのが好ましく、0.2~2.0質量%であるのが特に好ましい。また、酸性溶液の液温は20~80℃であるのが好ましく、30~60℃であるのがより好ましい。The concentration of the acidic solution is preferably 0.1 to 2.5% by mass, and more preferably 0.2 to 2.0% by mass. The temperature of the acidic solution is preferably 20 to 80°C, and more preferably 30 to 60°C.
また、上記酸を主体とする水溶液は、濃度1~100g/Lの酸の水溶液に、硝酸アルミニウム、硝酸ナトリウム、硝酸アンモニウム等の硝酸イオンを有する硝酸化合物または塩化アルミニウム、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム等の塩酸イオンを有する塩酸化合物、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム等の硫酸イオンを有する硫酸化合物の少なくとも一つを1g/Lから飽和するまでの範囲で添加して使用することができる。
また、上記酸を主体とする水溶液には、鉄、銅、マンガン、ニッケル、チタン、マグネシウム、シリカ等のアルミニウム合金中に含まれる金属が溶解していてもよい。好ましくは、酸の濃度0.1~2質量%の水溶液にアルミニウムイオンが1~100g/Lとなるように、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム等を添加した液を用いることが好ましい。
The aqueous solution mainly containing the above-mentioned acid can be used by adding at least one of a nitric acid compound having a nitrate ion, such as aluminum nitrate, sodium nitrate, or ammonium nitrate, a hydrochloric acid compound having a hydrochloric acid ion, such as aluminum chloride, sodium chloride, or ammonium chloride, or a sulfate compound having a sulfate ion, such as aluminum sulfate, sodium sulfate, or ammonium sulfate, in an amount ranging from 1 g/L to saturation to an aqueous solution of the acid having a concentration of 1 to 100 g/L.
The acid-based aqueous solution may also contain dissolved metals contained in aluminum alloys, such as iron, copper, manganese, nickel, titanium, magnesium, silica, etc. It is preferable to use a solution in which aluminum chloride, aluminum nitrate, aluminum sulfate, or the like has been added to an aqueous solution having an acid concentration of 0.1 to 2 mass % so that the aluminum ion concentration is 1 to 100 g/L.
電気化学的溶解処理には、主に直流電流が用いられるが、交流電流を使用する場合にはその交流電源波は特に限定されず、サイン波、矩形波、台形波、三角波等が用いられ、中でも、矩形波または台形波が好ましく、台形波が特に好ましい。 DC current is mainly used for electrochemical dissolution treatment, but when AC current is used, the AC power wave is not particularly limited, and sine waves, square waves, trapezoidal waves, triangular waves, etc. can be used, of which square waves or trapezoidal waves are preferred, and trapezoidal waves are particularly preferred.
(硝酸電解)
本発明においては、硝酸を主体とする電解液を用いた電気化学的溶解処理(以下、「硝酸溶解処理」とも略す。)により、容易に、平均開口径が0.1μm以上100μm未満であり、平均開口率が0.5%~30%となる貫通孔を形成することができる。
ここで、硝酸溶解処理は、貫通孔形成の溶解ポイントを制御しやすい理由から、直流電流を用い、平均電流密度を1A/dm2以上とし、かつ、電気量を50C/dm2以上とする条件で施す電解処理であるのが好ましい。なお、平均電流密度は100A/dm2以下であるのが好ましく、電気量は10000C/dm2以下であるのが好ましい。
また、硝酸電解における電解液の濃度や温度は特に限定されず、高濃度、例えば、硝酸濃度15~35質量%の硝酸電解液を用いて30~60℃で電解を行ったり、硝酸濃度0.7~2質量%の硝酸電解液を用いて高温、例えば、80℃以上で電解を行ったりすることできる。
また、上記硝酸電解液に濃度0.1~50質量%の硫酸、シュウ酸、燐酸の少なくとも1つを混ぜた電解液を用いて電解を行うことができる。
(Nitric acid electrolysis)
In the present invention, by electrochemical dissolution treatment using an electrolyte containing nitric acid as a main component (hereinafter also referred to as "nitric acid dissolution treatment"), it is possible to easily form through holes having an average opening diameter of 0.1 μm or more and less than 100 μm and an average opening ratio of 0.5% to 30%.
Here, the nitric acid dissolution treatment is preferably an electrolytic treatment using a direct current under conditions of an average current density of 1 A/ dm2 or more and an amount of electricity of 50 C/ dm2 or more, because this makes it easier to control the dissolution point for forming through holes. The average current density is preferably 100 A/ dm2 or less, and the amount of electricity is preferably 10,000 C/ dm2 or less.
In addition, the concentration and temperature of the electrolyte in nitric acid electrolysis are not particularly limited. Electrolysis can be performed at 30 to 60° C. using a nitric acid electrolyte having a high concentration, for example, a nitric acid concentration of 15 to 35% by mass, or at a high temperature, for example, 80° C. or higher, using a nitric acid electrolyte having a nitric acid concentration of 0.7 to 2% by mass.
Furthermore, electrolysis can be performed using an electrolyte obtained by mixing the above-mentioned nitric acid electrolyte with at least one of sulfuric acid, oxalic acid, and phosphoric acid at a concentration of 0.1 to 50 mass %.
〔粗面化工程〕
粗面化工程は、アルミニウム基材に対して電気化学的粗面化処理(以下、「電解粗面化処理」とも略す。)を施し、アルミニウム基材の表面ないし裏面を粗面化する工程である。
電解粗面化処理を施し、アルミニウム基材の表面を粗面化することにより、活物質を含む層との密着性が向上するとともに、表面積が増えることによって接触面積が増えるため、集電体用アルミニウム部材を用いた蓄電デバイスの容量維持率が高くなる。
上記電解粗面化処理としては、例えば、特開2012-216513号公報の[0041]~[0050]段落に記載された条件や装置を適宜採用することができる。
[Surface roughening process]
The surface roughening step is a step of subjecting the aluminum base material to electrochemical surface roughening treatment (hereinafter also abbreviated as "electrolytic surface roughening treatment") to roughening the front and back surfaces of the aluminum base material.
By roughening the surface of the aluminum base material through electrolytic roughening treatment, adhesion to the layer containing the active material is improved, and the increased surface area also increases the contact area, thereby increasing the capacity retention rate of an electricity storage device using the aluminum current collector member.
For the electrolytic roughening treatment, for example, the conditions and apparatus described in paragraphs [0041] to [0050] of JP-A-2012-216513 can be appropriately adopted.
<硝酸電解>
本発明においては、硝酸を主体とする電解液を用いた電気化学的粗面化処理(以下、「硝酸電解」とも略す。)により、容易に平均開口径0.5μm~100μmの凹部を面積率1%以上で形成することができる。
ここで、硝酸電解は、均一で密度の高い凹部形成が可能となる理由から、交流電流を用い、ピーク電流密度を30A/dm2以上とし、平均電流密度を13A/dm2以上とし、かつ、電気量を150C/dm2以上とする条件で施す電解処理であるのが好ましい。なお、ピーク電流密度は100A/dm2以下であるのが好ましく、平均電流密度は40A/dm2以下であるのが好ましく、電気量は400C/dm2以下であるのが好ましい。
また、硝酸電解における電解液の濃度や温度は特に限定されず、高濃度、例えば、硝酸濃度15~35質量%の硝酸電解液を用いて30~60℃で電解を行ったり、硝酸濃度0.7~2質量%の硝酸電解液を用いて高温、例えば、80℃以上で電解を行ったりすることができる。
<Nitric acid electrolysis>
In the present invention, by electrochemical roughening treatment using an electrolytic solution mainly containing nitric acid (hereinafter also referred to as "nitric acid electrolysis"), recesses having an average opening diameter of 0.5 μm to 100 μm can be easily formed at an area ratio of 1% or more.
Here, since the nitric acid electrolysis enables the formation of uniform and dense recesses, it is preferable that the electrolysis is performed using an alternating current under conditions of a peak current density of 30 A/ dm2 or more, an average current density of 13 A/ dm2 or more, and an amount of electricity of 150 C/ dm2 or more. Note that the peak current density is preferably 100 A/ dm2 or less, the average current density is preferably 40 A/ dm2 or less, and the amount of electricity is preferably 400 C/ dm2 or less.
In addition, the concentration and temperature of the electrolyte in nitric acid electrolysis are not particularly limited. Electrolysis can be performed at 30 to 60° C. using a high-concentration nitric acid electrolyte having a nitric acid concentration of, for example, 15 to 35% by mass, or at a high temperature of, for example, 80° C. or higher using a nitric acid electrolyte having a nitric acid concentration of 0.7 to 2% by mass.
<塩酸電解>
本発明においては、塩酸を主体とする電解液を用いた電気化学的粗面化処理(以下、「塩酸電解」とも略す。)によっても、平均開口径0.05μm~100μmの凹部を面積率1%以上で形成することができる。
ここで、塩酸電解においては、均一で密度の高い凹部形成が可能となる理由から、交流電流を用い、ピーク電流密度を30A/dm2以上とし、平均電流密度を13A/dm2以上とし、かつ、電気量を30C/dm2以上とする条件で施す電解処理であるのが好ましい。なお、ピーク電流密度は100A/dm2以下であるのが好ましく、平均電流密度は40A/dm2以下であるのが好ましく、電気量は400C/dm2以下であるのが好ましい。
<Hydrochloric acid electrolysis>
In the present invention, even by electrochemical graining treatment using an electrolytic solution mainly containing hydrochloric acid (hereinafter also abbreviated as "hydrochloric acid electrolysis"), it is possible to form recesses having an average opening diameter of 0.05 μm to 100 μm at an area ratio of 1% or more.
Here, in the hydrochloric acid electrolysis, because uniform and dense recesses can be formed, it is preferable to use an alternating current, set the peak current density to 30 A/ dm2 or more, set the average current density to 13 A/ dm2 or more, and set the quantity of electricity to 30 C/ dm2 or more. The peak current density is preferably 100 A/ dm2 or less, the average current density is preferably 40 A/ dm2 or less, and the quantity of electricity is preferably 400 C/ dm2 or less.
〔部分除去工程〕
部分除去工程は、アルミニウム基材の表面に形成された陽極酸化皮膜を部分除去して陽極酸化皮膜の被覆率を1~80%にする工程である。
陽極酸化皮膜を部分除去する方法としては特に制限はないが、アルカリ性水溶液を用いた化学的溶解処理(以下、「アルカリエッチング処理」ともいう)によって陽極酸化皮膜を部分除去する方法、陽極酸化皮膜を有するアルミニウム基材を金属ロールに通過させた後、表面をブラシロールでこすること(以下、「機械的部分除去処理」ともいう)によって陽極酸化皮膜を部分除去する方法、が例示される。
[Partial Removal Process]
The partial removal step is a step in which the anodized film formed on the surface of the aluminum base material is partially removed to set the coverage rate of the anodized film to 1 to 80%.
The method for partially removing the anodized film is not particularly limited, but examples include a method for partially removing the anodized film by a chemical dissolution treatment using an alkaline aqueous solution (hereinafter also referred to as an "alkaline etching treatment"), and a method for partially removing the anodized film by passing an aluminum base material having an anodized film through a metal roll and then rubbing the surface with a brush roll (hereinafter also referred to as a "mechanical partial removal treatment").
<アルカリエッチング処理>
アルカリエッチング処理は、陽極酸化皮膜をアルカリ性水溶液に接触させることにより、陽極酸化皮膜を部分除去する処理である。
陽極酸化皮膜にアルカリ性水溶液を接触させると、アルカリ性水溶液が陽極酸化皮膜に浸み込んでアルミニウム金属を溶解することで、陽極酸化皮膜を部分的に剥離させることができる。また、陽極酸化皮膜自体も溶解することができる。これにより、島状の陽極酸化皮膜が形成される。また、アルカリエッチング処理は陽極酸化皮膜の微細孔を拡大することもできる。
<Alkaline Etching Treatment>
The alkaline etching treatment is a treatment in which the anodized film is brought into contact with an alkaline aqueous solution to partially remove the anodized film.
When an anodized film is brought into contact with an alkaline aqueous solution, the alkaline aqueous solution penetrates the anodized film and dissolves the aluminum metal, allowing the anodized film to be partially peeled off. The anodized film itself can also be dissolved. This results in the formation of island-shaped anodized film. The alkaline etching treatment can also enlarge the micropores in the anodized film.
アルカリ性水溶液に用いられるアルカリとしては、例えば、苛性アルカリ、アルカリ金属塩が挙げられる。具体的には、苛性アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム(苛性ソーダ)、苛性カリが挙げられる。また、アルカリ金属塩としては、例えば、メタケイ酸ソーダ、ケイ酸ソーダ、メタケイ酸カリ、ケイ酸カリ等のアルカリ金属ケイ酸塩;炭酸ソーダ、炭酸カリ等のアルカリ金属炭酸塩;アルミン酸ソーダ、アルミン酸カリ等のアルカリ金属アルミン酸塩;グルコン酸ソーダ、グルコン酸カリ等のアルカリ金属アルドン酸塩;第二リン酸ソーダ、第二リン酸カリ、第三リン酸ソーダ、第三リン酸カリ等のアルカリ金属リン酸水素塩が挙げられる。中でも、エッチング速度が速い点および安価である点から、苛性アルカリの溶液、および、苛性アルカリとアルカリ金属アルミン酸塩との両者を含有する溶液が好ましい。特に、水酸化ナトリウムの水溶液が好ましい。Examples of the alkali used in the alkaline aqueous solution include caustic alkali and alkali metal salts. Specifically, examples of caustic alkali include sodium hydroxide (caustic soda) and caustic potassium. Examples of the alkali metal salt include alkali metal silicates such as sodium metasilicate, sodium silicate, potassium metasilicate, and potassium silicate; alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate; alkali metal aluminates such as sodium aluminate and potassium aluminate; alkali metal aldonic acid salts such as sodium gluconate and potassium gluconate; and alkali metal hydrogen phosphates such as sodium diphosphate, potassium diphosphate, sodium triphosphate, and potassium triphosphate. Among these, solutions of caustic alkali and solutions containing both caustic alkali and alkali metal aluminates are preferred because of their fast etching rate and low cost. In particular, an aqueous solution of sodium hydroxide is preferred.
アルカリ性水溶液の濃度は、0.1~50質量%であるのが好ましく、0.2~10質量%であるのがより好ましい。アルカリ性水溶液中にアルミニウムイオンが溶解している場合には、アルミニウムイオンの濃度は、0.01~10質量%であるのが好ましく、0.1~3質量%であるのがより好ましい。アルカリ溶液の温度は10~90℃であるのが好ましい。処理時間は0.5~30秒であるのが好ましい。The concentration of the alkaline aqueous solution is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 0.2 to 10% by mass. When aluminum ions are dissolved in the alkaline aqueous solution, the concentration of the aluminum ions is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.1 to 3% by mass. The temperature of the alkaline solution is preferably 10 to 90°C. The treatment time is preferably 0.5 to 30 seconds.
陽極酸化皮膜をアルカリ溶液に接触させる方法としては、例えば、陽極酸化皮膜を有するアルミニウム基材をアルカリ溶液を入れた槽の中を通過させる方法、陽極酸化皮膜を有するアルミニウム基材をアルカリ溶液を入れた槽の中に浸せきさせる方法、アルカリ溶液を陽極酸化皮膜の表面に噴きかける方法が挙げられる。 Methods for bringing the anodized film into contact with an alkaline solution include, for example, passing the aluminum substrate having the anodized film through a tank containing an alkaline solution, immersing the aluminum substrate having the anodized film in a tank containing an alkaline solution, and spraying the alkaline solution onto the surface of the anodized film.
<機械的部分除去処理>
機械的部分除去処理は、機械的に陽極酸化皮膜を部分除去する処理である。
機械的部分除去処理としては、例えば、陽極酸化皮膜を押圧して陽極酸化皮膜に亀裂を生じさせた後、亀裂を起点として、陽極酸化皮膜を部分的に除去する方法が挙げられる。
<Mechanical Partial Removal Treatment>
The mechanical partial removal process is a process for mechanically removing a portion of the anodized film.
An example of the mechanical partial removal treatment is a method in which pressure is applied to the anodized film to generate cracks in the anodized film, and then the anodized film is partially removed from the cracks as initiation points.
陽極酸化皮膜を押圧する方法としては、ロール対の間に陽極酸化皮膜を有するアルミニウム基材を通過させる方法等が挙げられる。その際、複数のロール対を通過させてもよい。また、ロール対としては金属ロールが好ましい。 Methods for pressing the anodized film include passing the aluminum substrate having the anodized film between a pair of rolls. In this case, multiple pairs of rolls may be used. Metal rolls are preferred as the pair of rolls.
亀裂が生じた陽極酸化皮膜を部分的に除去する方法としては、回転するブラシロールで表面をこする方法等が挙げられる。 One method for partially removing a cracked anodized coating is to rub the surface with a rotating brush roll.
〔洗浄乾燥工程〕
洗浄乾燥工程は、陽極酸化皮膜を部分除去したアルミニウム基材の表面を洗浄し、乾燥する工程である。
洗浄乾燥工程においては、水洗、酸洗、水洗の順に洗浄を行うことが好ましい。また、洗浄が終わった後には乾燥工程を行う。
[Washing and drying process]
The cleaning and drying step is a step of cleaning and drying the surface of the aluminum base material from which the anodized film has been partially removed.
In the washing and drying process, it is preferable to wash the substrate in the order of water washing, acid washing, and water washing. After washing, a drying process is performed.
(水洗工程)
水洗には、純水、井水、水道水等を用いることができる。処理液の次工程への持ち込みを防ぐためにニップ装置を用いてもよい。
(Water washing process)
For washing, pure water, well water, tap water, etc. may be used. A nip device may be used to prevent the processing solution from being carried over to the next process.
(酸洗工程)
酸洗には、硝酸、硫酸等を用いることができる。処理液の次工程への持ち込みを防ぐためにニップ装置を用いてもよい。硝酸、硫酸による酸洗は、酸洗後に形成される自然酸化皮膜を不働態化しやすいため好ましい。
(Pickling process)
Nitric acid, sulfuric acid, etc. can be used for pickling. A nip device may be used to prevent the treatment liquid from being carried over to the next process. Pickling with nitric acid or sulfuric acid is preferred because it is easy to passivate the natural oxide film formed after pickling.
(乾燥工程)
乾燥の方法には限定はなく、エアナイフ等により水分を吹き飛ばす方法、加熱による方法等の公知の乾燥方法が適宜利用可能である。また、複数の乾燥方法を行なってもよい。
(Drying process)
There is no limitation on the drying method, and any known drying method such as a method of blowing off moisture with an air knife or the like, a method of heating, etc. Also, a plurality of drying methods may be used.
このような製造方法を実施する製造装置の一例の模式図を図9に示す。
図9に示す製造装置50は、長尺なアルミニウム基材1を巻き回してなる基材ロール70から、アルミニウム基材1を送り出して、アルミニウム基材1を長手方向に搬送しつつ各工程を実施して集電体用アルミニウム部材を作製する製造装置である。すなわち、製造装置50は、ロールツーロール(RtoR)で各工程を実施して集電体用アルミニウム部材を作製する製造装置である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a manufacturing apparatus for carrying out such a manufacturing method.
9 is a manufacturing apparatus that produces an aluminum member for a current collector by feeding the
製造装置50は、基材ロール70を装填される回転軸52と、電解工程を実施する電解工程部56と、部分除去工程を実施する部分除去工程部58と、洗浄乾燥工程を実施する洗浄乾燥工程部60と、各処理を施されて作製された集電体用アルミニウム部材10をロール72状に巻き取る巻取り軸54とを有する。電解工程部56、部分除去工程部58および洗浄乾燥工程部60は、アルミニウム基材1が回転軸52から巻取り軸54に搬送される経路上に配置される。The manufacturing apparatus 50 has a rotating shaft 52 on which a substrate roll 70 is loaded, an electrolysis process section 56 which performs an electrolysis process, a partial removal process section 58 which performs a partial removal process, a cleaning and drying process section 60 which performs a cleaning and drying process, and a winding shaft 54 which winds up the aluminum member 10 for current collector produced by each process into a roll 72. The electrolysis process section 56, the partial removal process section 58 and the cleaning and drying process section 60 are arranged on the path along which the
製造装置50においては、基材ロール70からのアルミニウム基材1の送り出しと、巻取り軸54における集電体用アルミニウム部材10の巻き取りとを同期して行なって、長尺なアルミニウム基材1を所定の搬送経路で長手方向に搬送しつつ、各工程部において、アルミニウム基材1に上述した各処理を行なう。In the manufacturing apparatus 50, the
なお、電解工程部56の上流側または下流側に、貫通孔形成工程を行う貫通孔形成工程部、および/または、粗面化工程を行う粗面化工程部を有していてもよい。また、電解工程部56は、電解工程に加えて、貫通孔形成工程、および/または、粗面化工程を実施してもよい。In addition, a through hole forming process section that performs a through hole forming process and/or a roughening process section that performs a roughening process may be provided upstream or downstream of the electrolysis process section 56. Furthermore, the electrolysis process section 56 may perform a through hole forming process and/or a roughening process in addition to the electrolysis process.
また、製造装置50においては、長尺なアルミニウム基材1を用いて各工程をRtoRで実施するものとしたが、これに限定されず、枚葉状のアルミニウム基材1を用いて各工程を実施してもよい。また、各工程を別の装置で実施してもよい。In addition, in the manufacturing apparatus 50, each process is performed in a roll-to-roll manner using a long
[集電体]
上述のとおり、本発明の集電体用アルミニウム部材は、蓄電デバイス用集電体(以下、「集電体」ともいう)として利用可能である。
集電体は、島状の陽極酸化皮膜を有することにより、電極材料との密着向上と低抵抗を両立可能になるため、内部抵抗の削減に寄与するとともに、長期間、多くの回数の充放電を行った場合でも、電極材料(活物質)と集電体との部分的な剥離を抑制できる。
[Current collector]
As described above, the aluminum member for a current collector of the present invention can be used as a current collector for an electricity storage device (hereinafter also referred to as a "current collector").
The current collector has an island-shaped anodized coating, which enables it to achieve both improved adhesion to the electrode material and low resistance. This contributes to reducing internal resistance and also suppresses partial peeling between the electrode material (active material) and the current collector, even after a long period of time and many repeated charge and discharge cycles.
<電極材料(活物質)>
活物質としては特に限定はなく、従来の蓄電デバイスにおいて用いられる公知の活物質が利用可能である。
具体的には、集電体用アルミニウム部材を正極の集電体として用いる場合の、活物質および活物質層に含有していてもよい導電材、結着剤、溶媒等については、特開2012-216513号公報の[0077]~[0088]段落に記載された材料を適宜採用することができ、その内容は本明細書に参照として取り込まれる。
また、集電体用アルミニウム部材を負極の集電体として用いる場合の、活物質については、特開2012-216513号公報の[0089]段落に記載された材料を適宜採用することができ、その内容は本明細書に参照として取り込まれる。
<Electrode material (active material)>
The active material is not particularly limited, and any known active material used in conventional electricity storage devices can be used.
Specifically, when the aluminum member for a current collector is used as a current collector for a positive electrode, the active material and the conductive material, the binder, the solvent, and the like that may be contained in the active material layer are described in JP-A-2012-231262. Materials described in paragraphs [0077] to [0088] of Japanese Patent Publication No. 216513 can be appropriately employed, the contents of which are incorporated herein by reference.
In addition, when the aluminum member for a current collector is used as a current collector for a negative electrode, the active material may be appropriately selected from the materials described in paragraph [0089] of JP-A-2012-216513. The contents are incorporated herein by reference.
[正極]
本発明の集電体用アルミニウム部材を集電体として用いた正極は、集電体用アルミニウム部材を正極に用いた正極集電体と、正極集電体の表面に形成される正極活物質を含む層(正極活物質層)とを有する正極である。
ここで、上記正極活物質や、上記正極活物質層に含有していてもよい導電材、結着剤、溶媒等については、特開2012-216513号公報の[0077]~[0088]段落に記載された材料を適宜採用することができ、その内容は本明細書に参照として取り込まれる。
[Positive electrode]
A positive electrode using the aluminum member for current collector of the present invention as a current collector is a positive electrode having a positive electrode current collector using the aluminum member for current collector as the positive electrode, and a layer containing a positive electrode active material (positive electrode active material layer) formed on the surface of the positive electrode current collector.
Here, for the positive electrode active material, and the conductive material, binder, solvent, and the like that may be contained in the positive electrode active material layer, the materials described in paragraphs [0077] to [0088] of JP2012-216513A can be appropriately adopted, the contents of which are incorporated herein by reference.
[負極]
本発明の集電体用アルミニウム部材を集電体として用いた負極は、集電体用アルミニウム部材を負極に用いた負極集電体と、負極集電体の表面に形成される負極活物質を含む層とを有する負極である。
ここで、上記負極活物質については、特開2012-216513号公報の[0089]段落に記載された材料を適宜採用することができ、その内容は本明細書に参照として取り込まれる。
[Negative electrode]
A negative electrode using the aluminum member for a current collector of the present invention as a current collector is a negative electrode having a negative electrode current collector using the aluminum member for a current collector as a negative electrode, and a layer containing a negative electrode active material formed on the surface of the negative electrode current collector.
Here, for the negative electrode active material, materials described in paragraph [0089] of JP2012-216513A can be appropriately adopted, the contents of which are incorporated herein by reference.
[蓄電デバイス]
本発明の集電体用アルミニウム部材を集電体として利用する電極は、リチウムイオンバッテリー、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、半固体電池、固体電池、および、非水電解液を使用する二次電池等の蓄電デバイスの正極あるいは負極として用いることができる。
ここで、蓄電デバイス(特に、二次電池)の具体的な構成や適用される用途については、特開2012-216513号公報の[0090]~[0123]段落に記載された材料や用途を適宜採用することができ、その内容は本明細書に参照として取り込まれる。
[Electricity storage device]
An electrode that utilizes the aluminum member for a current collector of the present invention as a current collector can be used as a positive electrode or a negative electrode of an electricity storage device such as a lithium ion battery, a lithium ion capacitor, an electric double layer capacitor, a semi-solid battery, a solid battery, or a secondary battery that uses a non-aqueous electrolyte.
Here, with regard to the specific configuration and application of the electricity storage device (particularly, the secondary battery), the materials and applications described in paragraphs [0090] to [0123] of JP 2012-216513 A can be appropriately adopted, and the contents thereof are incorporated by reference into this specification.
〔電気二重層キャパシタ〕
電気二重層キャパシタは、電気二重層を誘電体とした、対面電極のコンデンサ構造をしたキャパシタである。電気二重層は、固体と液体との間で自発的に生じ、充電によって、電子またはホールが互いに引き合って整列している状態である。電気二重層キャパシタの具体的な構成については、例えば、特開2020-064971号公報等に記載されている。
電気二重層キャパシタの正極および/または負極の集電体として本発明の集電体用アルミニウム部材を用いることができる。
[Electric double layer capacitor]
An electric double layer capacitor is a capacitor having a capacitor structure of facing electrodes with an electric double layer as a dielectric. An electric double layer occurs spontaneously between a solid and a liquid, and is a state in which electrons or holes attract each other and are aligned by charging. The specific configuration of an electric double layer capacitor is described, for example, in JP 2020-064971 A.
The aluminum member for current collectors of the present invention can be used as current collectors for the positive and/or negative electrodes of an electric double layer capacitor.
〔リチウムイオンキャパシタ〕
リチウムイオンキャパシタは、一般的な電気二重層キャパシタの原理を使いながら負極にリチウムイオンをドープしたものである。リチウムイオンキャパシタの具体的な構成については、例えば、国際公開第2016/084704号等に記載されている。
リチウムイオンキャパシタの正極および/または負極の集電体として本発明の集電体用アルミニウム部材を用いることができる。
[Lithium-ion capacitor]
A lithium ion capacitor is a capacitor in which lithium ions are doped into a negative electrode while using the principle of a general electric double layer capacitor. A specific configuration of a lithium ion capacitor is described in, for example, International Publication No. WO 2016/084704.
The aluminum member for current collectors of the present invention can be used as current collectors for positive and/or negative electrodes of lithium ion capacitors.
〔固体電池〕
固体電池は、陽極と陰極間のイオンの伝導を固体の電解質が担う電池である。固体電池の具体的な構成については、例えば、特開2020-123538号公報等に記載されている。
固体電池の正極および/または負極の集電体として本発明の集電体用アルミニウム部材を用いることができる。
[Solid-state battery]
A solid-state battery is a battery in which a solid electrolyte is responsible for the conduction of ions between an anode and a cathode. A specific configuration of a solid-state battery is described in, for example, JP 2020-123538 A.
The aluminum member for current collectors of the present invention can be used as current collectors for positive and/or negative electrodes of solid-state batteries.
〔半固体電池〕
半固体電池は、陽極と陰極間のイオンの伝導を半固体(ゲル状、粘土状)の電解質が担う電池である。半固体電池の具体的な構成については、米国特許第9484569号等に記載されている。
半固体電池の正極および/または負極の集電体として本発明の集電体用アルミニウム部材を用いることができる。
[Semi-solid battery]
A semi-solid battery is a battery in which a semi-solid (gel-like, clay-like) electrolyte is responsible for the conduction of ions between the anode and cathode. A specific configuration of a semi-solid battery is described in U.S. Pat. No. 9,484,569 and the like.
The aluminum member for a current collector of the present invention can be used as a current collector for the positive electrode and/or the negative electrode of a semi-solid battery.
〔非水電解液を使用する二次電池〕
非水電解液を使用する二次電池は、陽極と陰極間の電解液として非水形の電解液を使用する二次電池である。非水電解液を使用する二次電池の具体的な構成については、特開2017-068978号公報等に記載されている。
非水電解液を使用する二次電池の正極および/または負極の集電体として本発明の集電体用アルミニウム部材を用いることができる。
[Secondary battery using non-aqueous electrolyte]
A secondary battery using a non-aqueous electrolyte is a secondary battery that uses a non-aqueous electrolyte as an electrolyte between an anode and a cathode. A specific configuration of a secondary battery using a non-aqueous electrolyte is described in JP 2017-068978 A and the like.
The aluminum member for current collectors of the present invention can be used as current collectors for positive and/or negative electrodes of secondary batteries that use non-aqueous electrolytes.
以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。The present invention will be described in more detail below based on examples. The materials, amounts used, ratios, processing contents, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the examples shown below.
[集電体用アルミニウム部材の作製]
アルミニウム基材として厚み20μmの合金番号1085または1N30のアルミニウム基材を用いて、以下に示す電解処理ならびに部分除去処理または皮膜除去処理のいずれかを実施して集電体用アルミニウム部材である集電体A~集電体Sを作製した。集電体F~集電体Oが本発明の実施例に相当するものである。
[Preparation of Aluminum Member for Current Collector]
An aluminum substrate having an alloy number of 1085 or 1N30 and a thickness of 20 μm was used as the aluminum substrate, and the aluminum members for current collectors, current collectors A to S, were fabricated by carrying out the electrolytic treatment and the partial removal treatment or the coating removal treatment described below. Current collectors F to O correspond to examples of the present invention.
<電解処理A>
硝酸20g/l、硫酸20g/l含有の水溶液(液温50℃)を用いて、アルミニウム基材を陽極として電解処理を施し、アルミニウム基材の表面に陽極酸化皮膜を形成した。なお、電解処理は直流電源で行った。また、電解処理の条件は、直流電流密度5A/dm2、直流電圧8V、印加時間30秒とした。この電解処理により形成される陽極酸化皮膜は直径1~30nmの微細孔を有する。
<Electrolytic Treatment A>
An anodized film was formed on the surface of the aluminum substrate by electrolytic treatment using an aqueous solution (liquid temperature: 50° C.) containing 20 g/l nitric acid and 20 g/l sulfuric acid, with the aluminum substrate as the anode. The electrolytic treatment was performed using a DC power source. The conditions for the electrolytic treatment were a DC current density of 5 A/dm 2 , a DC voltage of 8 V, and an application time of 30 seconds. The anodized film formed by this electrolytic treatment has micropores with diameters of 1 to 30 nm.
<電解処理B>
塩酸10g/l含有の水溶液(液温35℃)中で交流電解を行い、表面に粗面を形成した。水洗後、硝酸20g/l、硫酸20g/l含有の水溶液(液温50℃)を用いて、アルミニウム基材を陽極として電解処理を施し、アルミニウム基材の表面に陽極酸化皮膜を形成した。なお、電解処理は直流電源で行った。また、電解処理の条件は、直流電流密度5A/dm2、直流電圧8V、印加時間120秒とした。この電解処理により形成される陽極酸化皮膜は直径1~30nmの微細孔を有する。
<Electrolytic Treatment B>
AC electrolysis was performed in an aqueous solution containing 10 g/l of hydrochloric acid (liquid temperature 35° C.) to form a rough surface on the surface. After rinsing with water, an aqueous solution containing 20 g/l of nitric acid and 20 g/l of sulfuric acid (liquid temperature 50° C.) was used as the anode to perform electrolysis, and an anodized film was formed on the surface of the aluminum substrate. The electrolysis was performed using a DC power source. The electrolysis conditions were a DC current density of 5 A/dm 2 , a DC voltage of 8 V, and an application time of 120 seconds. The anodized film formed by this electrolysis has micropores with a diameter of 1 to 30 nm.
<電解処理C>
硝酸20g/l、硫酸20g/l含有の水溶液(液温50℃)を用いて、アルミニウム基材を陽極として電解処理を施し、アルミニウム基材の表面に陽極酸化皮膜を形成し、アルミニウム基材を貫通する貫通孔を形成した。なお、電解処理は直流電源で行った。また、電解処理の条件は、直流電流密度5A/dm2、直流電圧8V、印加時間120秒とした。この電解処理により形成される陽極酸化皮膜は直径1~30nmの微細孔を有する。
<Electrolytic Treatment C>
An aqueous solution (liquid temperature: 50° C.) containing 20 g/l of nitric acid and 20 g/l of sulfuric acid was used to perform electrolytic treatment with the aluminum substrate as the anode, forming an anodized film on the surface of the aluminum substrate and forming through-holes penetrating the aluminum substrate. The electrolytic treatment was performed using a DC power source. The conditions for the electrolytic treatment were a DC current density of 5 A/dm 2 , a DC voltage of 8 V, and an application time of 120 seconds. The anodized film formed by this electrolytic treatment has micropores with diameters of 1 to 30 nm.
<電解処理D>
硫酸170g/l、Alイオン濃度5%の溶液(液温50℃)を用いて、アルミニウム基材を陽極として電解処理を施し、アルミニウム基材の表面に陽極酸化皮膜を形成した。なお、電解処理は直流電源で行った。また、電解処理の条件は、直流電流密度25A/dm2、直流電圧15V、印加時間16秒とした。
<Electrolytic Treatment D>
An anodized film was formed on the surface of the aluminum substrate by electrolysis using a solution (liquid temperature 50°C) with 170 g/l sulfuric acid and 5% Al ion concentration, with the aluminum substrate as the anode. The electrolysis was performed using a DC power source. The conditions for the electrolysis were a DC current density of 25 A/ dm2 , a DC voltage of 15 V, and an application time of 16 seconds.
<電解処理E>
硫酸170g/l、Alイオン濃度5%の溶液(液温50℃)を用いて、アルミニウム基材を陽極として電解処理を施し、アルミニウム基材の表面に陽極酸化皮膜を形成した。なお、電解処理は直流電源で行った。また、電解処理の条件は、直流電流密度5A/dm2、直流電圧3V、印加時間27秒とした。なお、電解処理後、部分除去処理を行わない場合は、水洗および乾燥を行った。
<Electrolytic Treatment E>
An anodized film was formed on the surface of the aluminum substrate by electrolytic treatment using a solution (liquid temperature 50°C) with 170 g/l sulfuric acid and 5% Al ion concentration, with the aluminum substrate as the anode. The electrolytic treatment was performed using a DC power source. The conditions of the electrolytic treatment were DC current density 5 A/ dm2 , DC voltage 3 V, and application time 27 seconds. After the electrolytic treatment, if partial removal treatment was not performed, the substrate was washed with water and dried.
<電解処理F>
硫酸濃度30%の溶液(液温0℃)を用いて、アルミニウム基材を陽極として電解処理を施し、アルミニウム基材の表面に陽極酸化皮膜を形成した。なお、電解処理は直流電源で行った。また、電解処理の条件は、直流電流密度3A/dm2、直流電圧50V、印加時間30分を2回とした。なお、電解処理後、水洗および乾燥を行った。
<Electrolytic Treatment F>
An electrolytic treatment was performed using a solution with a sulfuric acid concentration of 30% (liquid temperature: 0°C) with the aluminum substrate as the anode, to form an anodized film on the surface of the aluminum substrate. The electrolytic treatment was performed using a DC power source. The electrolytic treatment conditions were a DC current density of 3 A/ dm2 , a DC voltage of 50 V, and an application time of 30 minutes, twice. After the electrolytic treatment, the aluminum substrate was washed with water and dried.
<部分除去処理A>
NaOHを75g/l含有する水溶液(液温35℃)で表面を5秒間洗浄した。その後、水洗、酸洗および水洗を行って乾燥した。
<Partial Removal Process A>
The surface was washed for 5 seconds with an aqueous solution containing 75 g/l of NaOH (liquid temperature: 35° C.), followed by water washing, acid washing and water washing, and drying.
<部分除去処理B>
NaOHを75g/l含有する水溶液(液温35℃)で表面を10秒間洗浄した。その後、水洗、酸洗および水洗を行って乾燥した。
<Partial Removal Process B>
The surface was washed for 10 seconds with an aqueous solution containing 75 g/l of NaOH (liquid temperature: 35° C.), followed by water washing, acid washing and water washing, and drying.
<部分除去処理C>
NaOHを75g/l含有する水溶液(液温25℃)で表面を5秒間洗浄した。その後、水洗、酸洗および水洗を行って乾燥した。
<Partial Removal Process C>
The surface was washed for 5 seconds with an aqueous solution containing 75 g/l of NaOH (liquid temperature: 25° C.), followed by water washing, acid washing and water washing, and drying.
<部分除去処理D>
1組の金属ロール(ハードクロムメッキ仕上げ、直径50mm、通過速度10m/s)を通過させた後、表面を回転するブラシロールでこすって陽極酸化皮膜を部分除去した。その後、酸洗、水洗を行って乾燥した。
<Partial Removal Process D>
After passing through a pair of metal rolls (hard chrome plated, diameter 50 mm, passing speed 10 m/s), the surface was rubbed with a rotating brush roll to partially remove the anodized film, followed by pickling, rinsing with water, and drying.
<皮膜除去処理A>
30℃のリン酸に30分間浸漬して陽極酸化皮膜を除去した。その後、水洗および乾燥した。
<Film Removal Treatment A>
The anodized film was removed by immersing the plate in phosphoric acid at 30° C. for 30 minutes, followed by rinsing with water and drying.
<皮膜除去処理B>
NaOH5%(50g/l),アルミニウムイオン濃度0.5%(5g/l)の溶液(液温35℃)中に3秒間浸漬して陽極酸化皮膜を除去した。その後、水洗および乾燥した。
<Film Removal Treatment B>
The anodized film was removed by immersing the plate in a solution (liquid temperature 35° C.) containing 5% (50 g/l) NaOH and 0.5% (5 g/l) aluminum ion concentration for 3 seconds, followed by rinsing with water and drying.
各集電体用アルミニウム部材の作製後、上述の方法で陽極酸化皮膜の被覆率、微細孔の数密度、平均径、および、陽極酸化皮膜の厚さを測定した。
各集電体用アルミニウム部材における処理、ならびに、陽極酸化皮膜の被覆率、厚さ、微細孔の数密度および平均径を表1に示す。
また、集電体FのSEM画像を図11に示し、集電体SのSEM画像を図12に示す。比較例である集電体Sの陽極酸化皮膜214は実施例である集電体Fの陽極酸化皮膜14に比べて微細孔が不均質であることがわかる。
After each aluminum member for current collector was produced, the coverage of the anodized film, the number density and average diameter of the micropores, and the thickness of the anodized film were measured by the methods described above.
Table 1 shows the treatment of each aluminum member for the current collector, as well as the coverage, thickness, number density and average diameter of the anodized film.
11 shows an SEM image of current collector F, and Fig. 12 shows an SEM image of current collector S. It can be seen that the anodized film 214 of current collector S, which is a comparative example, has non-uniform micropores compared to the anodized
[実施例1~10、比較例1~9]
作製した集電体用アルミニウム部材(集電体A~集電体S)に下記正極用スラリーを塗布して活物質層を形成し、密着性および抵抗を評価した。
[Examples 1 to 10, Comparative Examples 1 to 9]
The positive electrode slurry described below was applied to the prepared aluminum members for current collectors (current collectors A to S) to form active material layers, and the adhesion and resistance were evaluated.
<正極用スラリーの作製>
正極用スラリーとして下記材料を準備した。
・正極活物質:やし殻原料の粉末状活性炭(YP:(株)クラレ製)
88質量%
・バインダ:アクリル系樹脂(AZ-9129:日本ゼオン(株)製)
3質量%
・導電助剤:アセチレンブラック
(デンカブラック:電気化学工業(株)製) 15質量%
・増粘剤:CMC(ダイセルファインケム(株)製) 1質量%
・水 220質量%
<Preparation of Positive Electrode Slurry>
The following materials were prepared as the positive electrode slurry.
Positive electrode active material: Powdered activated carbon made from coconut shells (YP: manufactured by Kuraray Co., Ltd.)
88% by mass
Binder: Acrylic resin (AZ-9129: manufactured by Zeon Corporation)
3% by mass
Conductive additive: acetylene black (Denka Black: manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) 15% by mass
Thickener: CMC (manufactured by Daicel FineChem Co., Ltd.) 1% by mass
Water 220% by mass
バインダ以外の材料と水を、自公転可変式撹拌機(マゼルスター:クラボウ(株)製)で攪拌した。次に、高速ホモジナイザーで攪拌した。最後にバインダーを添加し、再び自公転可変式撹拌機で攪拌し、正極用スラリーを得た。The materials other than the binder and water were mixed using a variable-rotation mixer (Mazerustar, manufactured by Kurabo Industries, Ltd.). Next, they were mixed using a high-speed homogenizer. Finally, the binder was added and mixed again using the variable-rotation mixer to obtain the slurry for the positive electrode.
<正極用スラリーの塗布>
正極用スラリーを集電体用アルミニウム部材の片面に、乾燥後の活性炭質量が3mg/cm2になるように塗布した。塗布乾燥後にカレンダーロールを通すことで表面を平滑化した。以上により、集電体用アルミニウム部材の片面に活物質層を形成した。
<Application of Positive Electrode Slurry>
The positive electrode slurry was applied to one side of an aluminum member for a current collector so that the mass of activated carbon after drying was 3 mg/ cm2 . After application and drying, the surface was smoothed by passing through a calendar roll. In this manner, an active material layer was formed on one side of the aluminum member for a current collector.
なお、比較例2については、正極用スラリーを塗布する前に、以下のようにして導電性材料の下塗り層を形成した。In addition, for Comparative Example 2, before applying the positive electrode slurry, an undercoat layer of conductive material was formed as follows.
<下塗り層の形成>
黒鉛材料(バニーハイト:日本黒鉛工業(株)製)をアプリケータで厚み3μmになるよう塗布を行い、乾燥温度100℃で10分間乾燥し、下塗り層を形成した。
<Formation of Undercoat Layer>
A graphite material (Bunny Height, manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd.) was applied with an applicator to a thickness of 3 μm and dried at a drying temperature of 100° C. for 10 minutes to form an undercoat layer.
[評価]
<密着性>
活物質層を形成した集電体用アルミニウム部材について、集電体用アルミニウム部材と活物質層の密着性評価を目的に、剥離試験を実施した。
剥離試験は(株)イマダ製の剥離試験機を使用した。剥離試験は、デジタルフォースゲージ162を縦型試験台に取り付け、90度剥離試験用スライドテーブル152上の貼り付け台154に、活物質層側を上にして試料Sを両面テープ156で固定し、活物質層に張り付けた粘着テープ158を引きはがす際の荷重を測定する方法で行った。集電体用アルミニウム部材と活物質層との界面の密着性を評価するため、十分な粘着力を有する幅25mmの粘着テープを使用した。評価は、引きはがし中のデジタルフォースゲージ162で測定される荷重の平均値で行った。図13に剥離試験評価装置の模式図を示す。
[evaluation]
<Adhesion>
A peel test was carried out on the aluminum current collector member on which the active material layer was formed, in order to evaluate the adhesion between the aluminum current collector member and the active material layer.
The peel test was performed using a peel tester manufactured by Imada Co., Ltd. The peel test was performed by attaching a digital force gauge 162 to a vertical test stand, fixing the sample S with the active material layer side facing up on an attachment stand 154 on a slide table 152 for 90-degree peel test with double-sided tape 156, and measuring the load when peeling off the adhesive tape 158 attached to the active material layer. In order to evaluate the adhesion of the interface between the aluminum member for the current collector and the active material layer, an adhesive tape with a width of 25 mm having sufficient adhesive strength was used. The evaluation was performed based on the average value of the load measured by the digital force gauge 162 during peeling. A schematic diagram of the peel test evaluation device is shown in FIG. 13.
<抵抗>
抵抗評価は、図14に示すように、活物質層106を形成した各集電体用アルミニウム部材10を、加圧式導電専用端子102および加圧式絶縁端子104で挟んで、抵抗測定機100(日置株式会社製 HIOKI3541)で抵抗を1サンプルN=7で測定した。
初期抵抗評価は、評価前に、DRYBOXで24時間以上保管してから評価を行った。
次に強制経時抵抗評価を行った。各集電体用アルミニウム部材を、温度30℃湿度80%環境で保管し、2週間後に前述の方法で電極用スラリーの塗布、乾燥を行い抵抗評価を行った。同様に温度30℃湿度80%環境で4週間保管後の抵抗評価を行った。
結果を表2に示す。
<RESISTANCE>
For the resistance evaluation, as shown in FIG. 14 , each current-collector aluminum member 10 having an active material layer 106 formed thereon was sandwiched between a pressure-type conductive terminal 102 and a pressure-type insulating terminal 104, and the resistance was measured for one sample, N=7, using a resistance measuring device 100 (HIOKI3541 manufactured by Hioki Corporation).
The initial resistance was evaluated after storing the sample in a dry box for 24 hours or more before the evaluation.
Next, a forced resistance evaluation over time was performed. Each aluminum member for a current collector was stored in an environment at a temperature of 30° C. and a humidity of 80%, and after two weeks, the electrode slurry was applied and dried by the above-mentioned method, and the resistance was evaluated. Similarly, the resistance was evaluated after storing the aluminum member for four weeks in an environment at a temperature of 30° C. and a humidity of 80%.
The results are shown in Table 2.
表2から本発明の実施例1~10は、比較例1~9に比べて高い密着性と低い抵抗とを両立できることがわかる。 From Table 2, it can be seen that Examples 1 to 10 of the present invention are able to achieve both high adhesion and low resistance compared to Comparative Examples 1 to 9.
比較例1、2、6は表面処理を行っていないため、集電箔の表面が平滑で、活物質層との密着が弱く、剥離強度が小さい。比較例2はカーボン下塗りを行ったことで、活物質層との密着が若干改善しているが十分ではない。比較例7は表面に凹凸が形成されているが、密着を向上できるレベルにはなかった。比較例7は、特許文献3に準じる方法で作製したものであるが、この方法で作製した集電体用アルミニウム部材は表面に凹凸が形成されるが、密着性に関しては陽極酸化皮膜の微細孔の効果には及ばないことを示している。 Comparative Examples 1, 2, and 6 did not undergo surface treatment, so the surface of the current collector foil was smooth, adhesion to the active material layer was weak, and peel strength was low. Comparative Example 2 was subjected to a carbon undercoat, which improved adhesion to the active material layer slightly but not sufficiently. Comparative Example 7 had unevenness on the surface, but not to a level that could improve adhesion. Comparative Example 7 was produced by a method conforming to Patent Document 3, and although the aluminum member for current collector produced by this method had unevenness on the surface, this shows that the effect of the micropores in the anodized film does not match the adhesion.
比較例3、4、5は表面全面に陽極酸化皮膜が残っている構成である。その表面にはマイクロポア構造があるため、密着性は、表面が平滑な集電箔に比べて優れるが、抵抗が非常に悪くなった。これは特許文献4が示す陽極酸化皮膜を設けた集電体用アルミニウム部材の抵抗が本発明の集電体用アルミニウム部材に及ばないことを意味する。 Comparative Examples 3, 4, and 5 have a configuration in which the anodized film remains on the entire surface. Because the surface has a micropore structure, the adhesion is superior to that of a current collector foil with a smooth surface, but the resistance is very poor. This means that the resistance of the aluminum current collector member provided with the anodized film shown in Patent Document 4 is not as good as that of the aluminum current collector member of the present invention.
比較例8は、SEM観察の結果、微細孔を持つ陽極酸化皮膜が全面に残っているため、剥離強度は高いが比較例3,4,5同様、抵抗が極端に悪い結果であった。比較例9はSEM観察の結果、微細孔を持たない陽極酸化皮膜が表面の約30%を覆っていた。微細孔を持たないため、密着性が低く、抵抗も劣ることが分かった。抵抗が劣る理由は自然酸化皮膜が厚いためと考えられる。 SEM observation of Comparative Example 8 showed that the anodized film with micropores remained over the entire surface, resulting in high peel strength but extremely poor resistance, just like Comparative Examples 3, 4, and 5. SEM observation of Comparative Example 9 showed that the anodized film without micropores covered approximately 30% of the surface. As it had no micropores, it was found to have low adhesion and poor resistance. The reason for the poor resistance is thought to be the thickness of the natural oxide film.
本発明の実施例は、各電解処理で形成した表面の陽極酸化皮膜を部分的に除去したことで、アルミニウム基材が露出するため、抵抗を低くすることができることがわかる。これらは表面処理無しの比較例1、6に比べても抵抗が小さく良好である。これは表面処理無しのアルミニウム基材の表面にはアルミニウム基材の圧延工程で形成された自然酸化皮膜が存在するため、抵抗が大きくなるものと考えられるが、本発明の実施例では、陽極酸化皮膜を部分除去した後に露出するアルミニウム基材の表面に形成される自然酸化皮膜が非常に薄いため、抵抗を低くできると考えられる。 In the examples of the present invention, the anodized surface film formed by each electrolytic treatment is partially removed, exposing the aluminum base material, and it can be seen that the resistance can be reduced. These have lower resistance and are better than Comparative Examples 1 and 6, which do not have a surface treatment. This is thought to be because the surface of an aluminum base material without a surface treatment has a natural oxide film formed during the rolling process of the aluminum base material, which is present, causing the resistance to be high. However, in the examples of the present invention, the natural oxide film formed on the surface of the aluminum base material exposed after partial removal of the anodized film is very thin, which is thought to be why the resistance can be reduced.
実施例の抵抗は、一般的に活物質層と集電体用アルミニウム部材の間の抵抗を低減する目的で行われる導電性カーボンの下塗りを行った集電箔(比較例2)と同等のレベルであった。
集電体用アルミニウム部材は高湿保管を行うことで、アルミニウム基材の最表面の自然酸化皮膜が成長し、抵抗が悪化する傾向があるが、本発明の実施例は比較例に比べ高湿保管による抵抗悪化は、同等からそれ以下に抑制できていた。
なお、実施例7および10は貫通孔を形成しているため、活物質層の一部が孔に入り込み、実施例1に対して密着性がやや向上していると考えられる。
The resistance of the example was at the same level as that of a current collecting foil (Comparative Example 2) that had been undercoated with conductive carbon, which is generally performed for the purpose of reducing the resistance between the active material layer and the aluminum member for the current collector.
When an aluminum member for a current collector is stored at high humidity, a natural oxide film grows on the outermost surface of the aluminum base material, which tends to deteriorate the resistance. However, in the examples of the present invention, the deterioration of resistance due to high humidity storage was suppressed to the same level or less than that in the comparative examples.
In addition, since through holes are formed in Examples 7 and 10, it is considered that a part of the active material layer enters the holes, and the adhesion is slightly improved compared to Example 1.
[実施例11~16、比較例10]
実施例11~16および比較例10は、活物質層として半固体電池の正極活物質を使ったものである。実施例11~16にはそれぞれ、集電体F~集電体Kを用い、比較例10には、集電体Aを用いた。
集電体用アルミニウム部材に下記正極用材料を塗布して活物質層を形成し、密着性および抵抗を評価した。
[Examples 11 to 16, Comparative Example 10]
A positive electrode active material of a semi-solid battery was used as the active material layer in Examples 11 to 16 and Comparative Example 10. Current collectors F to K were used in Examples 11 to 16, respectively, and current collector A was used in Comparative Example 10.
The positive electrode material described below was applied to an aluminum member for a current collector to form an active material layer, and the adhesion and resistance were evaluated.
<正極用材料の作製>
正極用材料として下記材料を準備した。
・正極活物質:コバルト酸リチウム(LiCoO2) 99質量%
・導電助剤:アセチレンブラック
(デンカブラック:電気化学工業(株)製) 1質量%
電解液としては、エチレンカーボネートに電解質塩LiPF6を1.5mol/kg添加した電解液を用いた。
<Preparation of positive electrode material>
The following materials were prepared as the positive electrode materials.
Positive electrode active material: Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) 99% by mass
Conductive additive: acetylene black (Denka Black: manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) 1% by mass
The electrolyte used was ethylene carbonate to which 1.5 mol/kg of electrolyte salt LiPF6 was added.
正極活物質と導電助剤とを混錬し、電解液を加え、更に混錬することで粘土状の正極用材料を用意した。The positive electrode active material and conductive additive were mixed, electrolyte was added, and the mixture was further mixed to prepare a clay-like positive electrode material.
<正極用材料の塗布>
正極用材料を集電体用アルミニウム部材の片面に塗布した。塗布は、長さ150mm、幅70mmに切った各集電体用アルミニウム部材の上に、長さ75m、幅50mmの四角い開口を設けた厚さ2mmのステンレス板を載置し、このステンレス板の開口部に活物質を入れ、スキージを使用し、塗布厚が約2mmになるようして行った。
<Application of positive electrode material>
The positive electrode material was applied to one side of an aluminum member for a current collector by placing a 2 mm thick stainless steel plate with a square opening of 75 mm in length and 50 mm in width on each aluminum member for a current collector cut to a length of 150 mm and a width of 70 mm, placing the active material in the opening of the stainless steel plate, and applying the active material to a thickness of about 2 mm using a squeegee.
[評価]
<密着性>
正極用材料を塗布した集電体用アルミニウム部材を、直径50mmのステンレス製の丸棒に、活物質層が外側になるよう巻き付け、巻き戻し、活物質層と集電体用アルミニウム部材との剥離の状況を目視で観察した。
目視上、活物質層と集電体用アルミニウム部材の界面で剥離が起こらなかった場合をA、剥離が起こった場合をBと評価した。
結果を表3に示す。
[evaluation]
<Adhesion>
The aluminum current collector member coated with the positive electrode material was wound around a stainless steel round bar having a diameter of 50 mm with the active material layer facing outward, and then unwound, and the state of peeling between the active material layer and the aluminum current collector member was visually observed.
When no peeling occurred at the interface between the active material layer and the aluminum member for current collector, the sample was rated as A, and when peeling occurred, the sample was rated as B.
The results are shown in Table 3.
表3の結果から、実施例は剥離が発生せず、密着性が高いことがわかる。 The results in Table 3 show that the examples did not experience peeling and had high adhesion.
[実施例17~19、比較例11]
実施例17~19および比較例11は、半固体電池のセルを作製したものである。実施例17~19には、正極として、実施例11~13で作製した正極を用い、比較例11には、正極として、比較例10で作製した正極を用いた。また、負極は以下のようにして作製した。
[Examples 17 to 19, Comparative Example 11]
Semi-solid battery cells were prepared in Examples 17 to 19 and Comparative Example 11. In Examples 17 to 19, the positive electrodes prepared in Examples 11 to 13 were used as the positive electrodes, and in Comparative Example 11, the positive electrode prepared in Comparative Example 10 was used as the positive electrode. The negative electrode was prepared as follows.
<負極の作製>
負極用材料として下記材料を準備した。
・負極活物質:グラファイト 99質量%
・導電助剤:アセチレンブラック
(デンカブラック 電気化学工業(株)製) 1質量%
電解液としては、エチレンカーボネートに電解質塩LiPF6を1.5mol/kg添加した電解液を用いた。
<Preparation of negative electrode>
The following materials were prepared as negative electrode materials.
Negative electrode active material: Graphite 99% by mass
Conductive assistant: acetylene black (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) 1% by mass
The electrolyte used was ethylene carbonate to which 1.5 mol/kg of electrolyte salt LiPF6 was added.
負極活物質と導電助剤とを混錬し、電解液を加え、更に混錬することで粘土状の負極用材料を用意した。The negative electrode active material and conductive additive were mixed, electrolyte was added, and the mixture was further mixed to prepare a clay-like negative electrode material.
負極用集電体として厚さ10μmの銅箔(電解銅箔を使用)を準備し、この銅箔の片面にスキージで負極用材料を塗布し厚さ約2mmの活物質層を形成して負極を作製した。A 10 μm thick copper foil (electrolytic copper foil) was prepared as a negative electrode current collector, and the negative electrode material was applied to one side of this copper foil with a squeegee to form an active material layer approximately 2 mm thick to produce the negative electrode.
<半固体電池セルの作製>
タブを溶接したうえで正極と負極を組み合わせパウチに封入し、半固体電池のセルを作製した。
<Preparation of semi-solid battery cells>
After welding the tabs, the positive and negative electrodes were combined and sealed in a pouch to create a semi-solid battery cell.
[評価]
<内部抵抗増加率および容量維持率>
作製した半固体電池セルを用いて、20℃で1mAの定電流で4.2Vまで充電し、次に3Vまで放電した。この充放電を110回繰り返し、10回目と110回目の時の容量と内部抵抗を記録し、10回目の容量と抵抗をそれぞれ100%としたときの、110回目の内部抵抗増加率、容量維持率を評価した。
結果を表4に示す。
[evaluation]
<Internal resistance increase rate and capacity retention rate>
The prepared semi-solid battery cell was charged at 20° C. with a constant current of 1 mA up to 4.2 V, and then discharged to 3 V. This charge/discharge cycle was repeated 110 times, and the capacity and internal resistance at the 10th and 110th cycles were recorded. The internal resistance increase rate and capacity retention rate at the 110th cycle were evaluated, with the capacity and resistance at the 10th cycle being set to 100%, respectively.
The results are shown in Table 4.
表4から、本発明の実施例は、比較例に比べて、同等以上の容量維持率と内部抵抗増加率であることがわかる。
以上より本発明の効果は明らかである。
From Table 4, it can be seen that the examples of the present invention have capacity retention rates and internal resistance increase rates equal to or higher than those of the comparative examples.
From the above, the effects of the present invention are clear.
1 アルミニウム基材
2 陽極酸化皮膜
3 貫通孔を有するアルミニウム基材
4 貫通孔を有する陽極酸化皮膜
5 貫通孔
10、10b 集電体用アルミニウム部材
14 島状の陽極酸化皮膜
50 製造装置
52 回転軸
54 巻取り軸
56 電界工程部
58 部分除去工程部
60 洗浄乾燥工程部
70 基材ロール
72 ロール
100 抵抗測定器
102 加圧式導電専用端子
104 加圧式絶縁端子
106 活物質層
150 スライドレール
152 スライドテーブル
154 貼り付け台
156 両面テープ
158 粘着テープ
160 クランプ
162 デジタルフォースゲージ
164 引張装置
201 アルミニウム基材
214 陽極酸化皮膜
S 評価用サンプル
REFERENCE SIGNS
Claims (13)
前記陽極酸化皮膜は、多数の微細孔を有し、
前記アルミニウム基材の少なくとも一方の表面における、前記陽極酸化皮膜の被覆率が1~80%であり、
前記陽極酸化皮膜が有する前記微細孔の数密度が600個/μm2以上であり、
前記陽極酸化皮膜は、前記アルミニウム基材上に複数に分割された島状に存在する集電体用アルミニウム部材。 An aluminum member for a current collector having an aluminum substrate and an anodized coating film on the aluminum substrate,
The anodic oxide coating has a large number of micropores,
a coverage of the anodized coating on at least one surface of the aluminum base is 1 to 80%;
The anodized coating has a number density of the micropores of 600 pores/ μm2 or more ,
The anodized film is present on the aluminum base material in the form of a plurality of divided islands .
前記陽極酸化皮膜は、多数の微細孔を有し、The anodic oxide coating has a large number of micropores,
前記アルミニウム基材の少なくとも一方の表面における、前記陽極酸化皮膜の被覆率が3~28%であり、a coverage of the anodized coating on at least one surface of the aluminum base is 3 to 28%;
前記陽極酸化皮膜が有する前記微細孔の数密度が600個/μmThe number density of the micropores in the anodized film is 600/μm 22 以上である集電体用アルミニウム部材。The aluminum member for a current collector is as described above.
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