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JP7656572B2 - Steel foil for current collector and all-solid-state secondary battery - Google Patents
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JP7656572B2 - Steel foil for current collector and all-solid-state secondary battery - Google Patents

Steel foil for current collector and all-solid-state secondary battery Download PDF

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Description

本開示は、電池の電極に用いられる集電体用鋼箔、及び、その集電体用鋼箔を用いた全固体二次電池に関する。 This disclosure relates to a steel foil for a current collector used in a battery electrode, and an all-solid-state secondary battery using the steel foil for a current collector.

これまでに、様々な電子機器の電源として、一次電池及び二次電池等の電池が用いられてきた。近年さらに、家庭用ビデオカメラ、ノートパソコン、及び、スマートフォン等の小型電子機器の普及により、リチウムイオン電池に代表される二次電池が急速に普及してきている。 Up until now, batteries such as primary batteries and secondary batteries have been used as power sources for various electronic devices. In recent years, secondary batteries, such as lithium-ion batteries, have become increasingly popular due to the widespread use of small electronic devices such as home video cameras, laptops, and smartphones.

二次電池は、正極及び負極を有する電極と、電解質とを備える。正極及び負極はいずれも、集電体の上に活物質層が形成されている。すなわち、集電体とは電極の基材である。活物質層とは、活物質を含む層である。集電体は、電流を活物質に供給する機能、及び、活物質を保持する機能を有する。 A secondary battery comprises electrodes having a positive electrode and a negative electrode, and an electrolyte. Both the positive electrode and the negative electrode have an active material layer formed on a current collector. In other words, the current collector is the base material of the electrode. The active material layer is a layer that contains an active material. The current collector has the function of supplying current to the active material and the function of retaining the active material.

これまでに、二次電池の集電体の基材として金属箔が用いられてきた。具体的に、たとえばリチウムイオン電池では現在、負極集電体として銅箔が、正極集電体としてアルミニウム箔が用いられている。一方、二次電池には、これまでよりも苛酷な環境での使用が想定される場合がある。そのため、集電体の基材は、銅箔やアルミニウム箔よりも高い強度や、優れた耐熱性が求められてきている。そのため、集電体の基材として、銅箔及びアルミニウム箔よりも強度及び耐熱性に優れる、ステンレス鋼箔が着目されてきている。 Until now, metal foils have been used as the substrate for the current collectors of secondary batteries. Specifically, for example, in lithium-ion batteries, copper foil is currently used as the negative electrode current collector and aluminum foil is used as the positive electrode current collector. On the other hand, secondary batteries may be expected to be used in harsher environments than before. For this reason, the substrate for the current collector is required to have higher strength and better heat resistance than copper foil or aluminum foil. For this reason, stainless steel foil, which has better strength and heat resistance than copper foil and aluminum foil, has been attracting attention as the substrate for the current collector.

特開2003-178753号公報(特許文献1)、及び、特開2016-186881号公報(特許文献2)は、ステンレス鋼箔を集電体へ適用する技術を提案する。 JP 2003-178753 A (Patent Document 1) and JP 2016-186881 A (Patent Document 2) propose a technique for applying stainless steel foil to a current collector.

特許文献1は、リチウム電池を開示しており、その正極の集電体は、厚さ12μm以下のフェライト系ステンレス鋼箔からなる。集電体としてフェライト系ステンレス鋼箔を用いるのは、フェライト系ステンレス鋼がSUS304、SUS316などのオーステナイト系ステンレス鋼に比べて、加工性が良好で薄い箔を作製するのに適していて、生産性を向上できるためである、と特許文献1には開示されている。 Patent Document 1 discloses a lithium battery in which the current collector of the positive electrode is made of ferritic stainless steel foil having a thickness of 12 μm or less. Patent Document 1 discloses that the reason for using ferritic stainless steel foil as the current collector is that ferritic stainless steel has good workability and is suitable for producing thin foil compared to austenitic stainless steels such as SUS304 and SUS316, and this improves productivity.

特許文献2は、リチウムイオン電池負極を開示しており、その負極の集電体は、厚さ15μm以下のステンレス鋼箔又はNiめっき鋼板である。集電体としてステンレス鋼箔及びNiめっき鋼板を用いるのは、高強度で、かつ、300℃程度の熱処理でも強度低下が起こらず、高温下でのイミド化及びイミン化処理後においても初期の強度を保持できるためである、と特許文献2には開示されている。 Patent Document 2 discloses a lithium-ion battery negative electrode, the current collector of which is a stainless steel foil or Ni-plated steel sheet with a thickness of 15 μm or less. Patent Document 2 discloses that stainless steel foil and Ni-plated steel sheet are used as current collectors because they are high in strength, do not lose strength even when heat-treated at about 300°C, and can retain their initial strength even after imidization and iminization treatments at high temperatures.

特開2003-178753号公報JP 2003-178753 A 特開2016-186881号公報JP 2016-186881 A

上記特許文献1及び2に提案されるように、集電体の基材としてステンレス鋼箔を用いることで、高強度な集電体を、高い生産性で得ることができる。ところで、近年さらに、高エネルギー密度化及び安全性の両立を目的に、全固体二次電池の開発が進められている。全固体二次電池とは、従来の二次電池で用いられる電解液の代わりに固体電解質が用いられ、集電体及び活物質層を含む電極、電解質等、全て固体によって構成される二次電池である。 As proposed in the above Patent Documents 1 and 2, by using stainless steel foil as the substrate of the current collector, a high-strength current collector can be obtained with high productivity. Meanwhile, in recent years, the development of all-solid-state secondary batteries has been progressing with the aim of achieving both high energy density and safety. An all-solid-state secondary battery is a secondary battery in which a solid electrolyte is used instead of the electrolytic solution used in conventional secondary batteries, and the current collector, electrodes including the active material layer, electrolyte, etc. are all made of solids.

ここで、全固体二次電池では、集電体の表面上に活物質層を形成した後、良好な電池特性を得るため、活物質を結晶化させる場合がある。この場合、表面に活物質層が形成された集電体に対して、たとえば700℃程度の高温での熱処理を実施する。一方、このような高温での熱処理によって活物質を結晶化させると、活物質層が収縮する。その結果、活物質層と集電体の熱収縮による寸法変化により、集電体が座屈や屈曲をする場合がある。 Here, in all-solid-state secondary batteries, after an active material layer is formed on the surface of a current collector, the active material may be crystallized to obtain good battery characteristics. In this case, the current collector on whose surface an active material layer is formed is subjected to a heat treatment at a high temperature, for example, about 700°C. However, when the active material is crystallized by such a heat treatment at a high temperature, the active material layer shrinks. As a result, the current collector may buckle or bend due to dimensional changes caused by thermal contraction of the active material layer and the current collector.

すなわち、全固体二次電池に適用されることが想定された集電体用鋼箔では、たとえば700℃程度の高温での熱処理によって活物質層が収縮した場合であっても、座屈や屈曲が生じにくい方が好ましい。しかしながら、上記特許文献1及び2では、全固体二次電池のように活物質を結晶化させる場合、座屈や屈曲が生じる可能性について、検討がされていない。 In other words, in a steel foil for a current collector that is expected to be applied to an all-solid-state secondary battery, it is preferable that buckling or bending does not easily occur even if the active material layer shrinks due to heat treatment at a high temperature of, for example, about 700°C. However, the above-mentioned Patent Documents 1 and 2 do not consider the possibility of buckling or bending occurring when the active material is crystallized as in an all-solid-state secondary battery.

全固体二次電池はさらに、複数回の充放電を繰り返して使用される。一方、二次電池では、複数回の充放電を繰り返すことにより、電池の充放電容量が減少する傾向がある。そのため、全固体二次電池では、複数回の充放電を繰り返しても、電池の充放電容量を維持できた方が好ましい。本明細書において、充放電を繰り返しても電池の充放電容量を維持できることを、優れたサイクル特性を有する、ともいう。上記特許文献1及び2では、全固体二次電池のサイクル特性について、検討がされていない。 All-solid-state secondary batteries are further used by repeatedly charging and discharging multiple times. On the other hand, in secondary batteries, the charge and discharge capacity of the battery tends to decrease as a result of repeated charging and discharging multiple times. Therefore, in an all-solid-state secondary battery, it is preferable that the charge and discharge capacity of the battery can be maintained even after repeated charging and discharging multiple times. In this specification, the ability to maintain the charge and discharge capacity of a battery even after repeated charging and discharging is also referred to as having excellent cycle characteristics. The above Patent Documents 1 and 2 do not consider the cycle characteristics of all-solid-state secondary batteries.

本開示の目的は、活物質層を形成した後、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって座屈や屈曲が生じにくく、かつ、優れたサイクル特性を有する全固体二次電池を得られる集電体用鋼箔、及び、当該優れたサイクル特性を有する全固体二次電池を提供することである。 The objective of the present disclosure is to provide a steel foil for a current collector that is resistant to buckling or bending when subjected to a heat treatment at a high temperature sufficient to crystallize the active material after the active material layer is formed, and that can be used to obtain an all-solid-state secondary battery having excellent cycle characteristics, and an all-solid-state secondary battery having such excellent cycle characteristics.

本開示による集電体用鋼箔は、
フェライト系ステンレス鋼箔を備え、
前記フェライト系ステンレス鋼箔は、CoKα線によるX線回折プロファイルにおいて、{110}面のピークの半値幅Fwが0.40~0.52°であり、
前記フェライト系ステンレス鋼箔の表面において、
任意の方向における算術平均粗さをRa1と定義し、
前記任意の方向と垂直な方向における算術平均粗さをRa2と定義したとき、
前記Ra1と前記Ra2とがいずれも0.03~0.30μmである。
The steel foil for a current collector according to the present disclosure is
The device is provided with ferritic stainless steel foil,
In the ferritic stainless steel foil, in an X-ray diffraction profile using CoKα radiation, the half-value width Fw of the peak of the {110} plane is 0.40 to 0.52°,
On the surface of the ferritic stainless steel foil,
The arithmetic mean roughness in any direction is defined as Ra1,
When the arithmetic average roughness in a direction perpendicular to the arbitrary direction is defined as Ra2,
Both the Ra1 and the Ra2 are in the range of 0.03 to 0.30 μm.

本開示による全固体二次電池は、
上記集電体用鋼箔と、
活物質層と、
固体電解質層と、
集電体層と、を備える。
The all-solid-state secondary battery according to the present disclosure is
The current collector steel foil,
An active material layer;
A solid electrolyte layer;
and a current collector layer.

本開示による集電体用鋼箔は、活物質層を形成した後、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって座屈や屈曲が生じにくく、かつ、優れたサイクル特性を有する全固体二次電池を得られる。本開示による全固体二次電池は、優れたサイクル特性を有する。 The steel foil for current collector according to the present disclosure is resistant to buckling or bending when subjected to heat treatment at a high temperature sufficient to crystallize the active material after the active material layer is formed, and an all-solid-state secondary battery having excellent cycle characteristics can be obtained. The all-solid-state secondary battery according to the present disclosure has excellent cycle characteristics.

まず、本発明者らは、集電体用鋼箔の基材として、フェライト系ステンレス鋼箔を用いることを考えた。フェライト系ステンレス鋼箔は、アルミニウム箔等、非鉄金属箔と比較して、高温での安定性が高い。フェライト系ステンレス鋼箔はさらに、オーステナイト系ステンレス鋼箔と比較して、電気抵抗が低く、導電率が高い。このような点から本発明者らは、集電体用鋼箔の基材として、フェライト系ステンレス鋼箔を用いることとした。 First, the inventors considered using ferritic stainless steel foil as the substrate for the steel foil for the current collector. Ferritic stainless steel foil has higher stability at high temperatures than non-ferrous metal foils such as aluminum foil. Furthermore, ferritic stainless steel foil has lower electrical resistance and higher electrical conductivity than austenitic stainless steel foil. For these reasons, the inventors decided to use ferritic stainless steel foil as the substrate for the steel foil for the current collector.

[熱処理による座屈及び屈曲について]
上述のとおり、全固体二次電池に適用されることが想定された集電体用鋼箔では、たとえば700℃程度の高温での熱処理によって活物質層が収縮した場合であっても、座屈や屈曲が生じにくい方が好ましい。そこで本発明者らは、700℃程度の高温での熱処理によって、座屈や屈曲が生じにくい鋼箔について、詳細に検討した。詳細な検討の結果、本発明者らは、活物質の結晶化に伴う活物質層の熱収縮時に、集電体用鋼箔もある程度熱収縮させられれば、集電体用鋼箔の座屈や屈曲の発生を抑制できる可能性があると考えた。
[Buckling and bending due to heat treatment]
As described above, it is preferable that a steel foil for a current collector that is expected to be applied to an all-solid-state secondary battery is less likely to buckle or bend even when the active material layer shrinks due to heat treatment at a high temperature of, for example, about 700° C. The present inventors therefore conducted detailed studies on steel foils that are less likely to buckle or bend due to heat treatment at a high temperature of about 700° C. As a result of detailed studies, the present inventors thought that if the steel foil for a current collector can also be thermally shrunk to a certain extent during the thermal shrinkage of the active material layer accompanying the crystallization of the active material, it may be possible to suppress the occurrence of buckling or bending of the steel foil for a current collector.

具体的に本発明者らは、集電体用鋼箔の基材であるフェライト系ステンレス鋼箔の歪みに着目した。フェライト系ステンレス鋼箔の歪み量を制御できれば、活物質層を形成した後、700℃程度での熱処理時における、集電体用鋼箔の熱収縮を制御できる可能性がある。その結果、活物質層が形成された集電体用鋼箔を700℃程度で熱処理した際、座屈や屈曲の発生を抑制できる可能性がある。 Specifically, the inventors focused on the distortion of the ferritic stainless steel foil, which is the base material of the steel foil for the current collector. If the amount of distortion of the ferritic stainless steel foil can be controlled, it may be possible to control the thermal contraction of the steel foil for the current collector during heat treatment at about 700°C after the active material layer is formed. As a result, it may be possible to suppress the occurrence of buckling or bending when the steel foil for the current collector on which the active material layer has been formed is heat treated at about 700°C.

以上の知見に基づいた本発明者らの詳細な検討の結果、フェライト系ステンレス鋼箔の、CoKα線によるX線回折プロファイルにおける{110}面のピークの半値幅Fwが0.40~0.52°であれば、活物質層が形成された集電体用鋼箔を700℃程度で熱処理した際、座屈や屈曲の発生を抑制できることが明らかになった。 As a result of detailed investigations by the inventors based on the above findings, it was revealed that if the half-width Fw of the {110} plane peak in the X-ray diffraction profile using CoKα radiation for ferritic stainless steel foil is 0.40 to 0.52°, the occurrence of buckling or bending can be suppressed when the steel foil for a current collector on which an active material layer is formed is heat-treated at about 700°C.

フェライト系ステンレス鋼箔の、CoKα線によるX線回折プロファイルにおける{110}面のピークの半値幅Fw(以下、単に「{110}面の半値幅Fw」ともいう)が小さすぎれば、フェライト系ステンレス鋼箔の歪み量が少なすぎる。この場合、700℃程度での熱処理時に歪みの解放が生じず、熱処理時に熱収縮が起こらない。その結果、活物質層の熱収縮に引っ張られ、集電体用鋼箔に屈曲が発生する。一方、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが大きすぎれば、フェライト系ステンレス鋼箔の歪み量が多くなりすぎる。この場合、700℃程度での熱処理時に歪みが解放されすぎ、熱処理時に熱収縮が過剰に発生する。その結果、活物質層の熱収縮を超えて熱収縮することから、集電体用鋼箔に座屈が発生する。 If the half-width Fw of the {110} plane peak in the X-ray diffraction profile of the ferritic stainless steel foil using CoKα radiation (hereinafter simply referred to as "half-width Fw of the {110} plane") is too small, the amount of distortion of the ferritic stainless steel foil is too small. In this case, no release of distortion occurs during heat treatment at about 700°C, and no thermal shrinkage occurs during heat treatment. As a result, the steel foil for the current collector is pulled by the thermal shrinkage of the active material layer and bends. On the other hand, if the half-width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil is too large, the amount of distortion of the ferritic stainless steel foil becomes too large. In this case, too much distortion is released during heat treatment at about 700°C, and excessive thermal shrinkage occurs during heat treatment. As a result, the thermal shrinkage exceeds the thermal shrinkage of the active material layer, causing buckling of the steel foil for the current collector.

したがって、本実施形態による集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面のピークの半値幅Fwを0.40~0.52°とする。その結果、本実施形態による集電体用鋼箔の表面に活物質層を形成した後、700℃程度での熱処理を実施しても、座屈や屈曲が生じにくい。 Therefore, the collector steel foil according to this embodiment has a half-width Fw of the peak of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil of 0.40 to 0.52°. As a result, even if an active material layer is formed on the surface of the collector steel foil according to this embodiment and then heat treatment is performed at about 700°C, buckling or bending is unlikely to occur.

[サイクル特性について]
上述のとおり、全固体二次電池は、優れたサイクル特性を有することが好ましい。そこで本発明者らは、優れたサイクル特性を有する全固体二次電池を得るための集電体用鋼箔について、詳細に検討した。具体的に本発明者らは、{110}面のピークの半値幅Fwが0.40~0.52°のフェライト系ステンレス鋼箔を種々製造し、全固体二次電池の模擬品を作製した。作製された模擬品に複数回の充放電を繰り返して、電池の充放電容量の維持率(容量維持率)を評価した。その結果、本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼箔の表面粗さが、全固体二次電池のサイクル特性に影響を与えることを、新たに知見した。
[Cycle characteristics]
As described above, it is preferable that the all-solid-state secondary battery has excellent cycle characteristics. Therefore, the present inventors have conducted detailed studies on steel foils for current collectors to obtain all-solid-state secondary batteries having excellent cycle characteristics. Specifically, the present inventors manufactured various ferritic stainless steel foils having a half-width Fw of the peak of the {110} plane of 0.40 to 0.52°, and prepared simulated all-solid-state secondary batteries. The prepared simulated batteries were repeatedly charged and discharged multiple times to evaluate the retention rate of the charge and discharge capacity (capacity retention rate) of the battery. As a result, the present inventors have newly discovered that the surface roughness of the ferritic stainless steel foil affects the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery.

まず、本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼箔の表面粗さには、異方性を有する場合があることを考慮して、表面のうち2つの方向の算術平均粗さに着目した。具体的に、本明細書では、フェライト系ステンレス鋼箔の表面のうち、任意の方向の算術平均粗さをRa1と定義し、Ra1の方向と垂直な方向の算術平均粗さをRa2と定義する。たとえば、Ra1がフェライト系ステンレス鋼箔の圧延方向の算術平均粗さの場合、Ra2はフェライト系ステンレス鋼箔の幅方向の算術平均粗さである。 First, the inventors took into consideration that the surface roughness of ferritic stainless steel foil may be anisotropic, and focused on the arithmetic mean roughness in two directions of the surface. Specifically, in this specification, the arithmetic mean roughness in any direction of the surface of the ferritic stainless steel foil is defined as Ra1, and the arithmetic mean roughness in a direction perpendicular to the direction of Ra1 is defined as Ra2. For example, if Ra1 is the arithmetic mean roughness in the rolling direction of the ferritic stainless steel foil, Ra2 is the arithmetic mean roughness in the width direction of the ferritic stainless steel foil.

本発明者らの詳細な検討の結果、Ra1又はRa2が0.03μm未満であると、充放電を繰り返すことにより、電池の容量維持率が徐々に低下すること、及び、Ra1又はRa2が0.30μmを超えると、充放電を繰り返す過程で、急激に容量維持率が低下する場合があることが明らかになった。すなわち、本発明者らの詳細な検討の結果、{110}面のピークの半値幅Fwが0.40~0.52°のフェライト系ステンレス鋼箔を全固体二次電池の集電体用鋼箔の基材として用いる場合、Ra1及びRa2がいずれも0.03~0.30μmを満たせば、座屈や屈曲が起こりにくいだけでなく、優れたサイクル特性を有する全固体二次電池が得られることが明らかになった。この理由について、本発明者らは次のように推察している。 As a result of detailed studies by the present inventors, it was found that if Ra1 or Ra2 is less than 0.03 μm, the capacity retention rate of the battery gradually decreases with repeated charging and discharging, and if Ra1 or Ra2 exceeds 0.30 μm, the capacity retention rate may decrease suddenly during repeated charging and discharging. That is, as a result of detailed studies by the present inventors, when a ferritic stainless steel foil with a half-width Fw of the {110} plane peak of 0.40 to 0.52° is used as a substrate for a steel foil for a current collector of an all-solid-state secondary battery, if both Ra1 and Ra2 satisfy 0.03 to 0.30 μm, not only is buckling and bending unlikely to occur, but an all-solid-state secondary battery with excellent cycle characteristics can be obtained. The present inventors speculate on the reason for this as follows.

まず、フェライト系ステンレス鋼箔を基材とする集電体用鋼箔を用いて、全固体二次電池を製造する場合、鋼箔の表面上に、活物質層に代表される薄膜を積層して形成する。また、薄膜の形成には、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法に代表される真空成膜法が用いられる場合がある。全固体二次電池では、真空成膜法を用いることで、鋼箔の表面上に積層される薄膜が、非常に薄く、かつ、均一に形成される。その結果、全固体二次電池では、基材であるフェライト系ステンレス鋼箔の表面粗さと、活物質層等の薄膜の表面粗さとが、同程度になりやすい。 First, when manufacturing an all-solid-state secondary battery using a steel foil for a current collector having a ferritic stainless steel foil as a base material, a thin film, such as an active material layer, is laminated on the surface of the steel foil. A vacuum film-forming method, such as a sputtering method or an electron beam deposition method, may be used to form the thin film. In an all-solid-state secondary battery, the thin film laminated on the surface of the steel foil is formed very thin and uniformly by using the vacuum film-forming method. As a result, in an all-solid-state secondary battery, the surface roughness of the ferritic stainless steel foil, which is the base material, and the surface roughness of the thin film, such as the active material layer, tend to be about the same.

また、全固体二次電池では、充放電時に金属の酸化還元反応が起こるが、このとき一部の金属が反応する場合がある。この場合、当該反応した金属がデンドライト状に成長することにより、電池の短絡が生じる可能性がある。さらに、フェライト系ステンレス鋼箔の表面粗さが大きすぎれば、鋼箔の表面上に積層された薄膜(活物質層や電解質層等)の表面粗さも大きくなる。この場合、集電体用鋼箔と薄膜との界面、及び、薄膜同士の界面の形状が複雑になり、金属の反応及びデンドライト成長を誘発しやすい傾向がある。すなわち、集電体用基材であるフェライト系ステンレス鋼箔の表面粗さが大きいほど、充放電時に短絡が生じやすくなる可能性がある。このようにして、充放電を繰り返す過程で、急激な容量維持率の低下が生じているのではないかと、本発明者らは推察している。 In addition, in all-solid-state secondary batteries, metal oxidation-reduction reactions occur during charging and discharging, and some metals may react at this time. In this case, the reacted metal may grow into dendrites, which may cause a short circuit in the battery. Furthermore, if the surface roughness of the ferritic stainless steel foil is too large, the surface roughness of the thin film (active material layer, electrolyte layer, etc.) laminated on the surface of the steel foil will also be large. In this case, the shape of the interface between the steel foil for the current collector and the thin film, and the interface between the thin films themselves, will become complex, which tends to induce metal reactions and dendritic growth. In other words, the greater the surface roughness of the ferritic stainless steel foil, which is the current collector substrate, the more likely it is that a short circuit will occur during charging and discharging. The inventors speculate that this is why a sudden decrease in capacity retention occurs during repeated charging and discharging.

一方、フェライト系ステンレス鋼箔の表面粗さが小さすぎれば、鋼箔の表面上に積層された薄膜の表面粗さも小さくなる。この場合、集電体用鋼箔と薄膜との界面、及び、薄膜同士の界面が平滑になりすぎる。その結果、薄膜の密着性が低下して、充放電に伴う活物質層等の体積膨張収縮により、薄膜の剥離が生じやすくなる可能性がある。このようにして、充放電を繰り返すことにより、電池の充放電容量が徐々に低下するのではないかと、本発明者らは推察している。 On the other hand, if the surface roughness of the ferritic stainless steel foil is too small, the surface roughness of the thin film laminated on the surface of the steel foil will also be small. In this case, the interface between the steel foil for the current collector and the thin film, and the interfaces between the thin films themselves, will be too smooth. As a result, the adhesion of the thin film will decrease, and the thin film may become more susceptible to peeling due to the volume expansion and contraction of the active material layer and other layers that accompany charging and discharging. The inventors speculate that repeated charging and discharging in this way gradually reduces the charge and discharge capacity of the battery.

以上のメカニズムによって、{110}面のピークの半値幅Fwが0.40~0.52°のフェライト系ステンレス鋼箔を全固体二次電池の集電体用鋼箔の基材として用いる場合、Ra1及びRa2がいずれも0.03~0.30μmを満たすことで、表面に活物質層を形成した後、700℃程度での熱処理を実施しても、座屈や屈曲が生じにくく、さらに、優れたサイクル特性を有する全固体二次電池が得られると、本発明者らは推察している。なお、上記メカニズムとは異なるメカニズムによって、本実施形態の構成を満たす集電体用鋼箔が、表面に活物質層を形成した後、700℃程度での熱処理を実施しても、座屈や屈曲が生じにくく、さらに、当該集電体用鋼箔を用いた全固体二次電池が、優れたサイクル特性が得られる可能性もある。しかしながら、{110}面のピークの半値幅Fwが0.40~0.52°のフェライト系ステンレス鋼箔を全固体二次電池の集電体用鋼箔の基材として用いる場合、Ra1及びRa2がいずれも0.03~0.30μmを満たすことで、表面に活物質層を形成した後、700℃程度での熱処理を実施しても、座屈や屈曲が生じにくく、さらに優れたサイクル特性を有する全固体二次電池が得られることは、後述の実施例によって証明されている。 The inventors speculate that, due to the above mechanism, when a ferritic stainless steel foil having a peak half-width Fw of 0.40 to 0.52° of the {110} plane is used as a base material for a steel foil for a current collector of an all-solid-state secondary battery, by satisfying both Ra1 and Ra2 of 0.03 to 0.30 μm, buckling and bending are unlikely to occur even when a heat treatment is performed at about 700° C. after an active material layer is formed on the surface, and an all-solid-state secondary battery having excellent cycle characteristics is obtained. Note that, due to a mechanism different from the above mechanism, a steel foil for a current collector satisfying the configuration of this embodiment is unlikely to buckle or bend even when a heat treatment is performed at about 700° C. after an active material layer is formed on the surface, and an all-solid-state secondary battery using the steel foil for a current collector may have excellent cycle characteristics. However, when a ferritic stainless steel foil with a peak half-width Fw of the {110} plane of 0.40 to 0.52° is used as the base material for the steel foil for the current collector of an all-solid-state secondary battery, by satisfying both Ra1 and Ra2 of 0.03 to 0.30 μm, buckling and bending are unlikely to occur even when a heat treatment is performed at about 700° C. after forming an active material layer on the surface, and an all-solid-state secondary battery with excellent cycle characteristics can be obtained, as proven by the examples described below.

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による集電体用鋼箔の要旨は、次のとおりである。 The gist of the current collector steel foil according to this embodiment, which was completed based on the above findings, is as follows:

[1]
集電体用鋼箔であって、
フェライト系ステンレス鋼箔を備え、
前記フェライト系ステンレス鋼箔は、CoKα線によるX線回折プロファイルにおいて、{110}面のピークの半値幅Fwが0.40~0.52°であり、
前記フェライト系ステンレス鋼箔の表面において、
任意の方向における算術平均粗さをRa1と定義し、
前記任意の方向と垂直な方向における算術平均粗さをRa2と定義したとき、
前記Ra1と前記Ra2とがいずれも0.03~0.30μmである、
集電体用鋼箔。
[1]
A steel foil for a current collector,
The device is provided with ferritic stainless steel foil,
In the ferritic stainless steel foil, in an X-ray diffraction profile using CoKα radiation, the half-value width Fw of the peak of the {110} plane is 0.40 to 0.52°,
On the surface of the ferritic stainless steel foil,
The arithmetic mean roughness in any direction is defined as Ra1,
When the arithmetic average roughness in a direction perpendicular to the arbitrary direction is defined as Ra2,
The Ra1 and Ra2 are both 0.03 to 0.30 μm;
Steel foil for current collectors.

[2]
[1]に記載の集電体用鋼箔であって、
前記フェライト系ステンレス鋼箔の厚さは5~60μmである、
集電体用鋼箔。
[2]
The steel foil for a current collector according to [1],
The thickness of the ferritic stainless steel foil is 5 to 60 μm.
Steel foil for current collectors.

[3]
[1]に記載の集電体用鋼箔であって、
前記フェライト系ステンレス鋼箔の表面上に、樹脂被膜が形成されている、
集電体用鋼箔。
[3]
The steel foil for a current collector according to [1],
A resin coating is formed on the surface of the ferritic stainless steel foil.
Steel foil for current collectors.

[4]
[2]に記載の集電体用鋼箔であって、
前記フェライト系ステンレス鋼箔の表面上に、樹脂被膜が形成されている、
集電体用鋼箔。
[4]
The steel foil for a current collector according to [2],
A resin coating is formed on the surface of the ferritic stainless steel foil.
Steel foil for current collectors.

[5]
[1]~[4]のいずれか1項に記載の集電体用鋼箔と、
活物質層と、
固体電解質層と、
集電体層と、を備える、
全固体二次電池。
[5]
[1] to [4], and
An active material layer;
A solid electrolyte layer;
A current collector layer.
All-solid-state secondary battery.

以下、本実施形態による集電体用鋼箔について説明する。 The steel foil for the current collector according to this embodiment is described below.

[集電体用鋼箔]
本実施形態による集電体用鋼箔は、基材であるフェライト系ステンレス鋼箔を備える。なお、本実施形態による集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔以外の構成を含んでいてもよい。
[Steel foil for current collectors]
The current collector steel foil according to this embodiment includes a ferritic stainless steel foil as a substrate. The current collector steel foil according to this embodiment may include a component other than the ferritic stainless steel foil.

[フェライト系ステンレス鋼箔]
本実施形態による集電体用鋼箔の基材は、フェライト系ステンレス鋼箔である。具体的に、フェライト系ステンレス鋼箔とは、Cr含有量が10.5%以上であり、ミクロ組織がフェライトを主体とする鋼箔を意味する。本明細書において、ミクロ組織がフェライトを主体とするとは、ミクロ組織において、フェライトの体積率が95%以上であることを意味する。
[Ferritic stainless steel foil]
The substrate of the steel foil for a current collector according to the present embodiment is a ferritic stainless steel foil. Specifically, the ferritic stainless steel foil means a steel foil having a Cr content of 10.5% or more and a microstructure mainly composed of ferrite. In this specification, the microstructure mainly composed of ferrite means that the volume fraction of ferrite in the microstructure is 95% or more.

本実施形態において、フェライト系ステンレス鋼箔は、周知のフェライト系ステンレス鋼からなる金属箔を用いることができる。本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔は、たとえば、JIS G 4305(2012)に規定されるSUS405であってもよく、SUS410Lであってもよく、SUS429であってもよく、SUS430であってもよく、SUS430LXであってもよく、SUS430J1Lであってもよく、SUS434であってもよく、SUS436Lであってもよく、SUS436J1Lであってもよく、SUS443J1であってもよく、SUS444であってもよく、SUS445J1であってもよく、SUS445J2であってもよく、SUS447J1であってもよく、SUSXM27であってもよい。 In this embodiment, the ferritic stainless steel foil may be a metal foil made of a well-known ferritic stainless steel. The ferritic stainless steel foil according to this embodiment may be, for example, SUS405, SUS410L, SUS429, SUS430, SUS430LX, SUS430J1L, SUS434, SUS436L, SUS436J1L, SUS443J1, SUS444, SUS445J1, SUS445J2, SUS447J1, or SUSXM27 as specified in JIS G 4305 (2012).

本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔は、たとえばさらに、ASTM A 280(2006)に規定される403であってもよく、405であってもよく、409Lであってもよく、410であってもよく、410Lであってもよく、410Sであってもよく、415であってもよく、420J1であってもよく、420J2であってもよく、420であってもよく、429であってもよく、429J1であってもよく、430であってもよく、430J1Lであってもよく、430LXであってもよく、430Tiであってもよく、434であってもよく、436であってもよく、436J1Lであってもよく、439であってもよく、441であってもよく、444であってもよく、445であってもよく、445J1であってもよく、445J2であってもよく、446であってもよく、447であってもよく、448であってもよい。 The ferritic stainless steel foil according to the present embodiment may be, for example, 403, 405, 409L, 410, 410L, 410S, 415, 420J1, 420J2, 420, 429, 429J1, 430, 430J1L, 430LX, 430Ti, 434, 436, 436J1L, 439, 441, 444, 445, 445J1, 445J2, 446, 447, or 448 as specified in ASTM A 280 (2006).

好ましくは、本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔の厚さは、5~60μmである。フェライト系ステンレス鋼箔の厚さが薄いほど、集電体用鋼箔が薄くなる。その結果、当該集電体用鋼箔を用いて製造される電極を用いる電池のエネルギー密度が高まる。しかしながら、フェライト系ステンレス鋼箔が薄すぎれば、集電体用鋼箔の製造が困難になる。したがって、本実施形態では、フェライト系ステンレス鋼箔の厚さは5~60μmとするのが好ましい。 Preferably, the thickness of the ferritic stainless steel foil in this embodiment is 5 to 60 μm. The thinner the ferritic stainless steel foil, the thinner the steel foil for the current collector. As a result, the energy density of a battery using an electrode manufactured using the steel foil for the current collector is increased. However, if the ferritic stainless steel foil is too thin, it becomes difficult to manufacture the steel foil for the current collector. Therefore, in this embodiment, the thickness of the ferritic stainless steel foil is preferably 5 to 60 μm.

[{110}面のピークの半値幅Fw]
本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔は、CoKα線によるX線回折プロファイルにおける{110}面のピークの半値幅Fwが0.40~0.52°である。その結果、本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔を基材とする集電体用鋼箔は、活物質層が形成された後、700℃程度で熱処理した際、座屈や屈曲が生じにくい。
[FWHM of {110} plane peak Fw]
The ferritic stainless steel foil according to this embodiment has a half-value width Fw of the {110} plane peak in an X-ray diffraction profile using CoKα radiation of 0.40 to 0.52°. As a result, the current collector steel foil using the ferritic stainless steel foil according to this embodiment as a base material is less likely to buckle or bend when heat-treated at about 700° C. after an active material layer is formed.

フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが小さすぎれば、フェライト系ステンレス鋼箔の歪み量が少なすぎる。この場合、700℃程度での熱処理時に歪みの解放が生じず、熱処理時に熱収縮が起こらない。その結果、活物質層の熱収縮に引っ張られ、集電体用鋼箔に屈曲が発生する。一方、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが大きすぎれば、フェライト系ステンレス鋼箔の歪み量が多くなりすぎる。この場合、700℃程度での熱処理時に歪みが解放されすぎ、熱処理時に熱収縮が過剰に発生する。その結果、活物質層の熱収縮を超えて熱収縮することから、集電体用鋼箔に座屈が発生する。 If the half-width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil is too small, the amount of distortion of the ferritic stainless steel foil is too small. In this case, the distortion is not released during heat treatment at about 700°C, and no thermal shrinkage occurs during heat treatment. As a result, the collector steel foil is pulled by the thermal shrinkage of the active material layer and bends. On the other hand, if the half-width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil is too large, the amount of distortion of the ferritic stainless steel foil is too large. In this case, the distortion is released too much during heat treatment at about 700°C, and excessive thermal shrinkage occurs during heat treatment. As a result, the thermal shrinkage exceeds the thermal shrinkage of the active material layer, causing buckling of the collector steel foil.

本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwの好ましい下限は0.41であり、さらに好ましくは0.43であり、さらに好ましくは0.45である。{110}面の半値幅Fwが0.45以上であれば、活物質層が形成された後、700℃程度で熱処理した際の屈曲がさらに抑制できる。本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwの好ましい上限は0.51であり、さらに好ましくは0.50であり、さらに好ましくは0.48である。 The preferred lower limit of the half-width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil according to this embodiment is 0.41, more preferably 0.43, and even more preferably 0.45. If the half-width Fw of the {110} plane is 0.45 or more, bending can be further suppressed when the active material layer is formed and then heat-treated at about 700°C. The preferred upper limit of the half-width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil according to this embodiment is 0.51, more preferably 0.50, and even more preferably 0.48.

本実施形態において、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwは、次の方法で測定できる。本実施形態による集電体用鋼箔から、試験片を作製する。試験片の大きさは特に限定されず、試験片の厚さは鋼箔の厚さと同じとする。試験片の観察面に対して、斜入射X線回折法(GIXD:Grazing Incident X-ray Diffraction)により測定を実施する。具体的に、線源をCoKα線、管電圧を40kV、管電流を135mAとする。ミラーでX線束を平行化する。ソーラースリットは、入射側を5°、回折側を2.5°とする。試験片の観察面からの測定深さが0.19~4.60μmの範囲で12点となるように、入射角を1~25°の範囲で12条件とする。各測定点において、{110}面のピークを特定し、半値幅を求める。得られた12個の半値幅の算術平均値を、{110}面の半値幅Fwと定義する。測定深さは、線吸収係数をμとしてμt=1を満たすX線侵入深さtを求め、試験片の観察面からの深さに換算して用いる。また、質量吸収係数は19.11Cr-1.77Mo-78.38Fe(mass%)を用いる。さらに、フェライト系ステンレス鋼箔の密度は7.75g/cm3を用いる。 In this embodiment, the half-width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil can be measured by the following method. A test piece is prepared from the steel foil for current collector according to this embodiment. The size of the test piece is not particularly limited, and the thickness of the test piece is the same as that of the steel foil. Measurement is performed on the observation surface of the test piece by grazing incident X-ray diffraction (GIXD: Grazing Incident X-ray Diffraction). Specifically, the radiation source is CoKα radiation, the tube voltage is 40 kV, and the tube current is 135 mA. The X-ray flux is collimated by a mirror. The solar slit is set to 5° on the entrance side and 2.5° on the diffraction side. The incidence angle is set to 12 conditions in the range of 1 to 25° so that the measurement depth from the observation surface of the test piece is 12 points in the range of 0.19 to 4.60 μm. At each measurement point, the peak of the {110} plane is identified and the half-width is obtained. The arithmetic mean value of the obtained 12 half widths is defined as the half width Fw of the {110} plane. The measurement depth is calculated by finding the X-ray penetration depth t that satisfies μt=1, where μ is the linear absorption coefficient, and converting it into the depth from the observation surface of the test piece. In addition, the mass absorption coefficient is 19.11Cr-1.77Mo-78.38Fe (mass%). Furthermore, the density of the ferritic stainless steel foil is 7.75g/ cm3 .

[算術平均粗さRa1及びRa2]
本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔は、その表面において、任意の方向における算術平均粗さをRa1と定義し、Ra1の方向と垂直な方向における算術平均粗さをRa2と定義したとき、Ra1とRa2とがいずれも0.03~0.30μmである。その結果、本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔を基材とする集電体用鋼箔を全固体二次電池に適用した場合、優れたサイクル特性が得られる。
[Arithmetic mean roughness Ra1 and Ra2]
In the ferritic stainless steel foil according to this embodiment, when the arithmetic mean roughness in an arbitrary direction on the surface is defined as Ra1 and the arithmetic mean roughness in a direction perpendicular to the direction of Ra1 is defined as Ra2, both Ra1 and Ra2 are 0.03 to 0.30 μm. As a result, when the current collector steel foil using the ferritic stainless steel foil according to this embodiment as a base material is applied to an all-solid-state secondary battery, excellent cycle characteristics are obtained.

フェライト系ステンレス鋼箔の表面において、Ra1又はRa2が0.03μm未満の場合、フェライト系ステンレス鋼箔の表面上に積層された薄膜(活物質層や電解質層等)の表面粗さも小さくなる。その結果、薄膜の密着性が低下して、充放電に伴う活物質層等の体積膨張収縮により薄膜の剥離が生じやすくなり、電池の充放電容量が徐々に低下する可能性がある。一方、フェライト系ステンレス鋼箔の表面において、Ra1又はRa2が0.30μmを超える場合、集電体用鋼箔と薄膜との界面、及び、薄膜同士の界面の形状が複雑になり、充放電時に短絡が生じやすくなる。その結果、充放電を繰り返す過程で、急激な充放電容量の低下が生じる可能性がある。したがって、本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔は、その表面においてRa1及びRa2がいずれも0.03~0.30μmである。 When Ra1 or Ra2 is less than 0.03 μm on the surface of the ferritic stainless steel foil, the surface roughness of the thin film (active material layer, electrolyte layer, etc.) laminated on the surface of the ferritic stainless steel foil is also small. As a result, the adhesion of the thin film is reduced, and the thin film is more likely to peel off due to the volume expansion and contraction of the active material layer, etc., accompanying charging and discharging, and the charge and discharge capacity of the battery may gradually decrease. On the other hand, when Ra1 or Ra2 is more than 0.30 μm on the surface of the ferritic stainless steel foil, the shape of the interface between the collector steel foil and the thin film, and the interface between the thin films themselves, becomes complex, making it easier for short circuits to occur during charging and discharging. As a result, a sudden decrease in charge and discharge capacity may occur during the process of repeated charging and discharging. Therefore, the ferritic stainless steel foil according to this embodiment has Ra1 and Ra2 of 0.03 to 0.30 μm on its surface.

なお、Ra1又はRa2が0.30μmを超えるとき、全固体二次電池の充放電時に短絡が生じやすくなるメカニズムが、上述のとおりである場合、鋼箔の表面のうち局所的に凹凸が大きくなっている箇所において、短絡が生じやすくなっていると考えられる。そのため、このメカニズムにおける短絡の生じやすさへの影響では、表面粗さのパラメータのうち、最大粗さRzが支配的である可能性がある。しかしながら、本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔は、算術平均粗さRaと、最大粗さRzとに同様の傾向が確認される。したがって、本実施形態では、密着性と耐短絡性との指標として、垂直な2方向における算術平均粗さRa1及びRa2を用いる。 When Ra1 or Ra2 exceeds 0.30 μm, if the mechanism by which short circuits are likely to occur during charging and discharging of an all-solid-state secondary battery is as described above, it is believed that short circuits are likely to occur in areas of the steel foil surface where the unevenness is locally large. Therefore, among the surface roughness parameters, the maximum roughness Rz may be dominant in the influence on the likelihood of short circuits occurring in this mechanism. However, the ferritic stainless steel foil according to this embodiment has been confirmed to have a similar tendency in the arithmetic mean roughness Ra and the maximum roughness Rz. Therefore, in this embodiment, the arithmetic mean roughness Ra1 and Ra2 in two perpendicular directions are used as indicators of adhesion and short circuit resistance.

本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔の表面において、Ra1及びRa2の好ましい下限は0.04μmであり、さらに好ましくは0.05μmである。本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔の表面において、Ra1及びRa2の好ましい上限は0.29μmであり、さらに好ましくは0.28μmである。 For the surface of the ferritic stainless steel foil according to this embodiment, the preferred lower limit of Ra1 and Ra2 is 0.04 μm, and more preferably 0.05 μm. For the surface of the ferritic stainless steel foil according to this embodiment, the preferred upper limit of Ra1 and Ra2 is 0.29 μm, and more preferably 0.28 μm.

本実施形態では、フェライト系ステンレス鋼箔の表面におけるRa1及びRa2は、次の方法で測定できる。まず、本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔から試験片を切り出し、ガラス基板に固定する。固定された試験片の表面から任意の3箇所を特定し、測定箇所とする。各測定箇所において、任意の方向を「方向1」として特定し、方向1に垂直な方向を「方向2」として特定する。好ましくは、方向1は、フェライト系ステンレス鋼箔の圧延方向と平行な方向とする。しかしながら、当業者であっても、フェライト系ステンレス鋼箔の圧延方向を特定できない場合もあり得る。この場合、算術平均粗さの測定を実施する方向は、圧延方向と平行な方向でなくてもよい。 In this embodiment, Ra1 and Ra2 on the surface of the ferritic stainless steel foil can be measured by the following method. First, a test piece is cut out from the ferritic stainless steel foil according to this embodiment and fixed to a glass substrate. Three arbitrary locations are identified on the surface of the fixed test piece as measurement locations. At each measurement location, an arbitrary direction is identified as "direction 1", and a direction perpendicular to direction 1 is identified as "direction 2". Preferably, direction 1 is parallel to the rolling direction of the ferritic stainless steel foil. However, even a person skilled in the art may not be able to identify the rolling direction of the ferritic stainless steel foil. In this case, the direction in which the arithmetic mean roughness is measured does not have to be parallel to the rolling direction.

各測定箇所において、方向1と方向2それぞれについて、JIS B 0601(2001)に規定された方法に準拠して、算術平均粗さを測定し、Ra1(μm)及びRa2(μm)と定義する。算術平均粗さの測定で用いる粗さ計は、たとえば、接触式の粗さ計である株式会社ミツトヨ製の表面粗さ測定機サーフテストSJ-301(商品名)であってもよい。具体的に、粗さ曲線算出における各条件は、次のとおりとする。
測定力:0.75mN
スタイラス先端形状(接触式の粗さ計を用いる場合):2μmR60°
カットオフ値λc:0.25mm
カットオフ値λs:2.5μm
区間数:5
測定速度:0.25mm/秒
基準長さ:0.25mm
評価長さ:1.25mm
At each measurement point, the arithmetic mean roughness is measured in each of directions 1 and 2 in accordance with the method specified in JIS B 0601 (2001), and is defined as Ra1 (μm) and Ra2 (μm). The roughness meter used to measure the arithmetic mean roughness may be, for example, a contact type roughness meter, a surface roughness tester Surftest SJ-301 (product name) manufactured by Mitutoyo Corporation. Specifically, the conditions for calculating the roughness curve are as follows:
Measuring force: 0.75mN
Stylus tip shape (when using a contact type roughness gauge): 2 μm R60°
Cutoff value λc: 0.25 mm
Cutoff value λs: 2.5 μm
Number of sections: 5
Measurement speed: 0.25 mm/sec. Reference length: 0.25 mm
Evaluation length: 1.25 mm

[樹脂被膜]
本実施形態による集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔の表面上に形成される樹脂被膜を備えてもよい。フェライト系ステンレス鋼箔の表面上に樹脂被膜を形成することにより、集電体用鋼箔の絶縁性、耐熱性、及び、平坦性を高めることができる。なお、本実施形態において、樹脂被膜は、フェライト系ステンレス鋼箔の両面に形成されてもよく、片面に形成されてもよく、形成されなくてもよい。樹脂被膜はさらに、フェライト系ステンレス鋼箔の片面の一部に形成されてもよく、全部に形成されてもよい。
[Resin coating]
The steel foil for a current collector according to this embodiment may include a resin coating formed on the surface of the ferritic stainless steel foil. By forming a resin coating on the surface of the ferritic stainless steel foil, the insulation, heat resistance, and flatness of the steel foil for a current collector can be improved. In this embodiment, the resin coating may be formed on both sides of the ferritic stainless steel foil, on one side, or not at all. Furthermore, the resin coating may be formed on a part of one side of the ferritic stainless steel foil, or on the entirety of the one side.

樹脂被膜は特に限定されないが、たとえば、無機有機ハイブリッド樹脂被膜であってもよい。無機有機ハイブリッド樹脂被膜とは、無機成分と有機成分とが複合して形成される樹脂被膜を意味する。具体的に、無機有機ハイブリッド樹脂被膜とは、三次元網目構造状に発達したシロキサン結合を主骨格とした無機骨格を有し、当該骨格における架橋酸素の少なくとも1個が、有機基及び/又は水素原子で置換されたシロキサン被膜であってもよい。すなわち、本実施形態では樹脂被膜として、被膜中の酸素濃度[O](mol/L)と、ケイ素濃度[Si](mol/L)とが、1<[O]/[Si]<2を満たすシロキサン被膜を用いることができる。 The resin coating is not particularly limited, but may be, for example, an inorganic-organic hybrid resin coating. The inorganic-organic hybrid resin coating refers to a resin coating formed by combining an inorganic component and an organic component. Specifically, the inorganic-organic hybrid resin coating may be a siloxane coating having an inorganic skeleton with a siloxane bond developed in a three-dimensional mesh structure as the main skeleton, in which at least one of the bridging oxygens in the skeleton is replaced with an organic group and/or a hydrogen atom. That is, in this embodiment, a siloxane coating in which the oxygen concentration [O] (mol/L) and the silicon concentration [Si] (mol/L) in the coating satisfy 1<[O]/[Si]<2 can be used as the resin coating.

上述のとおり、集電体用鋼箔が薄いほど、当該集電体用鋼箔を用いて製造される電極を用いる電池のエネルギー密度が高まる。したがって、本実施形態において、樹脂被膜が形成される場合、樹脂被膜の厚さは薄い方が好ましい。一方、樹脂被膜の厚さが薄すぎれば、上述の絶縁性、耐熱性、及び、平坦性が十分に得られない場合がある。したがって、本実施形態では、樹脂被膜が形成される場合、樹脂被膜の厚さは0.3~5.0μmとするのが好ましい。 As described above, the thinner the steel foil for the current collector, the higher the energy density of the battery using an electrode manufactured using that steel foil for the current collector. Therefore, in this embodiment, when a resin coating is formed, it is preferable that the thickness of the resin coating is thin. On the other hand, if the resin coating is too thin, the above-mentioned insulation properties, heat resistance, and flatness may not be sufficiently obtained. Therefore, in this embodiment, when a resin coating is formed, it is preferable that the thickness of the resin coating is 0.3 to 5.0 μm.

[その他の構成]
本実施形態による集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔と、樹脂被膜と以外の構成を含んでいてもよい。たとえば、集電体用鋼箔の表面上に、樹脂被膜以外の層を有していてもよい。この場合、樹脂被膜以外の層は、導電性を有していることが好ましい。
[Other configurations]
The current collector steel foil according to the present embodiment may include a configuration other than the ferritic stainless steel foil and the resin coating. For example, the current collector steel foil may have a layer other than the resin coating on the surface thereof. In this case, it is preferable that the layer other than the resin coating has electrical conductivity.

[電池]
上述のとおり、本実施形態による集電体用鋼箔は、その表面上又は上方に活物質層を形成することで、電池の電極として用いることができる。ここで、本実施形態による集電体用鋼箔は、正極集電体用鋼箔として用いることもでき、負極集電体用鋼箔として用いることもできる。なお、本実施形態による集電体用鋼箔は、用いられる電池が限定されない。本実施形態による集電体用鋼箔は、全固体二次電池の電極として用いることもでき、非水系電解質二次電池の電極として用いることもでき、水系電解質二次電池の電極として用いることもできる
[battery]
As described above, the steel foil for a current collector according to the present embodiment can be used as an electrode of a battery by forming an active material layer on or above the surface thereof. Here, the steel foil for a current collector according to the present embodiment can be used as a steel foil for a positive electrode current collector, and can also be used as a steel foil for a negative electrode current collector. Note that the steel foil for a current collector according to the present embodiment is not limited to a battery. The steel foil for a current collector according to the present embodiment can be used as an electrode of an all-solid-state secondary battery, an electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, or an electrode of an aqueous electrolyte secondary battery.

[全固体二次電池]
好ましくは、本実施形態による電池は、全固体二次電池である。本実施形態による電池が全固体二次電池である場合、当該全固体二次電池は、本実施形態による集電体用鋼箔と、活物質層と、固体電解質層と、集電体層とを備える。
[All-solid-state secondary battery]
Preferably, the battery according to the present embodiment is an all-solid-state secondary battery. When the battery according to the present embodiment is an all-solid-state secondary battery, the all-solid-state secondary battery includes the current collector steel foil according to the present embodiment, an active material layer, a solid electrolyte layer, and a current collector layer.

本実施形態による全固体二次電池は、活物質層を備える。ここで、活物質層は、特に限定されず、周知の活物質を含む薄膜によって得られてもよい。活物質層が正極活物質層の場合、正極活物質はたとえば、コバルト酸リチウムであってもよく、三元系材料であってもよく、マンガン酸リチウムであってもよく、リン酸鉄リチウムであってもよく、ハイニッケルであってもよい。活物質層が負極活物質層の場合、負極活物質はたとえば、黒鉛に代表される炭素系材料であってもよく、CuSn合金やNiTiSi合金に代表される合金材料であってもよく、SiOに代表されるSi系材料であってもよい。また、全固体二次電池では、負極活物質層を形成しない場合もあり得る。この場合、活物質層とは、正極活物質層を意味する。 The all-solid-state secondary battery according to the present embodiment includes an active material layer. Here, the active material layer is not particularly limited and may be obtained by a thin film containing a known active material. When the active material layer is a positive electrode active material layer, the positive electrode active material may be, for example, lithium cobalt oxide, a ternary material, lithium manganate, lithium iron phosphate, or high nickel. When the active material layer is a negative electrode active material layer, the negative electrode active material may be, for example, a carbon-based material represented by graphite, an alloy material represented by a CuSn alloy or a NiTiSi alloy, or a Si-based material represented by SiO. In addition, in the all-solid-state secondary battery, there may be cases where the negative electrode active material layer is not formed. In this case, the active material layer means the positive electrode active material layer.

より具体的に、本実施形態による集電体用鋼箔が全固体リチウムイオン二次電池に用いられる場合、正極活物質として、たとえば、モリブデン酸化物(MoO3)、バナジウム酸化物(V23)、リチウムマンガン酸化物(LiMn24)、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、固溶体酸化物(Li2MnO3-LiMO2(M=Co、Ni等))、リチウム-マンガン-ニッケル酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/32)、オリビン型リチウムリン酸化物(LiFePO4)、タングステン酸化物(WO3)等の複合酸化物を用いることができる。 More specifically, when the steel foil for a current collector according to this embodiment is used in an all-solid-state lithium ion secondary battery, the positive electrode active material can be, for example, a composite oxide such as molybdenum oxide ( MoO3 ), vanadium oxide ( V2O3 ), lithium manganese oxide ( LiMn2O4 ), lithium cobalt oxide ( LiCoO2 ), solid solution oxide ( Li2MnO3 - LiMO2 (M = Co, Ni, etc.)), lithium-manganese-nickel oxide (LiNi1 / 3Mn1/ 3Co1 / 3O2 ), olivine-type lithium phosphate oxide ( LiFePO4 ), or tungsten oxide ( WO3 ).

なお、本実施形態において、上述に例示される活物質を用いて、活物質層を形成する方法は特に限定されない。活物質層を形成する方法として、たとえば、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法に代表される真空成膜法を用いる。さらに、上述のとおり、全固体二次電池では、集電体の表面上に活物質層を形成した後、活物質を結晶化させる場合がある。この場合、活物質層を集電体用鋼箔の上又は上方に形成した後、たとえば700℃程度の高温での熱処理を実施する。本実施形態による集電体用鋼箔は、活物質層を形成した後、700℃程度の熱処理を実施しても、座屈や屈曲が生じにくい。 In this embodiment, the method of forming the active material layer using the active material exemplified above is not particularly limited. For example, a vacuum film formation method such as a sputtering method or an electron beam deposition method is used as a method of forming the active material layer. Furthermore, as described above, in an all-solid-state secondary battery, the active material may be crystallized after the active material layer is formed on the surface of the current collector. In this case, after the active material layer is formed on or above the steel foil for the current collector, a heat treatment is performed at a high temperature of, for example, about 700°C. The steel foil for the current collector according to this embodiment is unlikely to buckle or bend even if a heat treatment of about 700°C is performed after the active material layer is formed.

本実施形態による全固体二次電池はさらに、固体電解質層を備える。固体電解質層は、特に限定されず、周知の固体電解質を含む薄膜によって得られてもよい。具体的に、本実施形態による全固体二次電池が、薄膜系の全固体リチウムイオン二次電池である場合、固体電解質として、たとえば、Li7Al0.1La3Zr212、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43、(Li,La)TiO3、Li5La3Ti212,Li3.09BO2.530.52、Li3PON4を用いることができる。 The all-solid-state secondary battery according to the present embodiment further includes a solid electrolyte layer. The solid electrolyte layer is not particularly limited and may be obtained by a thin film containing a well-known solid electrolyte. Specifically, when the all-solid-state secondary battery according to the present embodiment is a thin-film type all-solid-state lithium ion secondary battery, the solid electrolyte may be, for example, Li 7 Al 0.1 La 3 Zr 2 O 12 , Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , (Li, La) TiO 3 , Li 5 La 3 Ti 2 O 12 , Li 3.09 BO 2.53 N 0.52 , or Li 3 PON 4 .

本実施形態による全固体二次電池はさらに、集電体層を備える。上述のとおり、本実施形態による集電体用鋼箔は、正極集電体用鋼箔として用いることもでき、負極集電体用鋼箔として用いることもできる。本実施形態による集電体用鋼箔が正極集電体用鋼箔として用いられる場合、集電体層は負極集電体として用いられる。本実施形態による集電体用鋼箔が負極集電体用鋼箔として用いられる場合、集電体層は正極集電体として用いられる。 The all-solid-state secondary battery according to this embodiment further includes a current collector layer. As described above, the current collector steel foil according to this embodiment can be used as a positive current collector steel foil or as a negative current collector steel foil. When the current collector steel foil according to this embodiment is used as a positive current collector steel foil, the current collector layer is used as a negative current collector. When the current collector steel foil according to this embodiment is used as a negative current collector steel foil, the current collector layer is used as a positive current collector.

本実施形態において集電体層に用いる材料は、正極・負極の作動電位における電気化学的な耐食性や体積固有抵抗値の観点から選択された、周知の材料を用いることができる。集電体層が正極集電体として用いられる場合、集電体層は、たとえば、白金(Pt)、金(Au)、アルミニウム(Al)、チタンナイトライド(TiN)を用いることができる。集電体層が負極集電体として用いられる場合、集電体層は、たとえば、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、チタンナイトライド(TiN)を用いることができる。 In this embodiment, the material used for the collector layer may be a well-known material selected from the viewpoint of electrochemical corrosion resistance and volume resistivity at the operating potential of the positive and negative electrodes. When the collector layer is used as a positive electrode collector, the collector layer may be made of, for example, platinum (Pt), gold (Au), aluminum (Al), or titanium nitride (TiN). When the collector layer is used as a negative electrode collector, the collector layer may be made of, for example, platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), nickel (Ni), or titanium nitride (TiN).

本実施形態による全固体二次電池は、本実施形態による集電体用鋼箔と、活物質層と、固体電解質層と、集電体層と以外の構成を含んでいてもよい。たとえば、本実施形態による集電体用鋼箔と、活物質層との間に、導電体層を形成してもよい。すなわち、本実施形態による全固体二次電池において、導電体層は任意の構成である。集電体用鋼箔と活物質層との間に導電体層を形成する場合、集電体用鋼箔と活物質層との拡散を抑制することができる。この場合さらに、集電体用鋼箔と活物質層との界面抵抗を抑制することができる。 The all-solid-state secondary battery according to this embodiment may include a configuration other than the steel foil for the current collector according to this embodiment, the active material layer, the solid electrolyte layer, and the current collector layer. For example, a conductor layer may be formed between the steel foil for the current collector according to this embodiment and the active material layer. That is, in the all-solid-state secondary battery according to this embodiment, the conductor layer may have any configuration. When a conductor layer is formed between the steel foil for the current collector and the active material layer, diffusion between the steel foil for the current collector and the active material layer can be suppressed. In this case, the interface resistance between the steel foil for the current collector and the active material layer can be further suppressed.

本実施形態による全固体二次電池において、導電体層を形成する場合、導電体層に用いる材料は、正極・負極の作動電位における電気化学的な耐食性や体積固有抵抗値の観点から選択された、周知の材料を用いることができる。正極側の導電体層として、たとえば、白金(Pt)、金(Au)、アルミニウム(Al)、チタンナイトライド(TiN)を用いることができる。負極側の導電体層として、たとえば、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、チタンナイトライド(TiN)を用いることができる。 When forming a conductive layer in the all-solid-state secondary battery according to this embodiment, the material used for the conductive layer can be a well-known material selected from the viewpoint of electrochemical corrosion resistance and volume resistivity at the operating potential of the positive and negative electrodes. For example, platinum (Pt), gold (Au), aluminum (Al), and titanium nitride (TiN) can be used as the conductive layer on the positive electrode side. For example, platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), nickel (Ni), and titanium nitride (TiN) can be used as the conductive layer on the negative electrode side.

本実施形態による全固体二次電池はさらに、本実施形態による集電体用鋼箔と、導電体層と、活物質層と、固体電解質層と、集電体層と以外の構成を含んでいてもよい。この場合、たとえば、活物質層を保護する保護層を含んでいてもよく、電池全体を覆うケースを含んでいてもよい。なお、保護層やケースを有する場合、保護層やケースは、導電性を有していない方が好ましい。 The all-solid-state secondary battery according to this embodiment may further include components other than the steel foil for the current collector according to this embodiment, the conductive layer, the active material layer, the solid electrolyte layer, and the current collector layer. In this case, for example, it may include a protective layer that protects the active material layer, or it may include a case that covers the entire battery. Note that, if a protective layer or case is included, it is preferable that the protective layer or case is not conductive.

[座屈]
本実施形態による集電体用鋼箔は、活物質層を形成した後、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって、座屈や屈曲が生じにくい。本実施形態において、座屈が生じにくいとは、次の方法で評価できる。
[Buckling]
The steel foil for a current collector according to the present embodiment is resistant to buckling or bending when subjected to a heat treatment at a high temperature sufficient to crystallize the active material after the active material layer is formed. In the present embodiment, the resistance to buckling can be evaluated by the following method.

本実施形態による集電体用鋼箔の表面に、活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)を用いて、活物質層を形成する。なお、集電体用鋼箔の大きさは、たとえば、鋼箔の幅方向に300~600mmとする。活物質を真空成膜法により形成した集電体用鋼箔を、直径70mm以上の搬送ロールを用いて張力を負荷しながら、700℃にて20分間熱処理を実施する。なお、負荷する張力は、たとえば、鋼箔の圧延方向に5~50N/mm2とする。また、熱処理時の搬送速度は0.1~30.0m/分とする。熱処理後の集電体用鋼箔について、座屈の有無を目視で確認する。本明細書において、座屈とは、集電体用鋼箔の表面に形成される凹凸を意味する。目視による確認の結果、集電体用鋼箔に座屈が確認されない場合、座屈が生じにくいと判断する。 An active material layer is formed on the surface of the current collector steel foil according to this embodiment using lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) as the active material. The size of the current collector steel foil is, for example, 300 to 600 mm in the width direction of the steel foil. The current collector steel foil on which the active material is formed by the vacuum film-forming method is subjected to a heat treatment at 700° C. for 20 minutes while applying tension using a conveying roll with a diameter of 70 mm or more. The tension applied is, for example, 5 to 50 N/mm 2 in the rolling direction of the steel foil. The conveying speed during the heat treatment is 0.1 to 30.0 m/min. The current collector steel foil after the heat treatment is visually checked for the presence or absence of buckling. In this specification, buckling means unevenness formed on the surface of the current collector steel foil. If no buckling is confirmed in the current collector steel foil as a result of visual inspection, it is determined that buckling is unlikely to occur.

[屈曲]
本実施形態による集電体用鋼箔は、活物質層を形成した後、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって、座屈や屈曲が生じにくい。本実施形態において、屈曲が生じにくいとは、次の方法で評価できる。
[Bending]
The steel foil for a current collector according to the present embodiment is resistant to buckling or bending when subjected to a heat treatment at a high temperature sufficient to crystallize the active material after the active material layer is formed. In the present embodiment, the resistance to bending can be evaluated by the following method.

本実施形態による集電体用鋼箔から、試験片を作製する。試験片の大きさは、フェライト系ステンレス鋼箔の圧延方向に30mm、幅方向に150mmとする。試験片の表面に活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)を用いて活物質層を形成し、700℃で20分間熱処理を行う。熱処理後の試験片の長手方向の一端を、直角定盤の上端に固定して、試験片を直角定盤に接するように配置する。試験片の長手方向の他端(下端)と、直角定盤との距離を定規で測定し、試験片の「反り量」と定義する。本実施形態では、反り量が5mm以下の場合、屈曲が生じにくいと判断する。本実施形態ではさらに、反り量が3mm以下の場合、非常に屈曲が生じにくいと判断する。 A test piece is prepared from the steel foil for current collector according to this embodiment. The size of the test piece is 30 mm in the rolling direction of the ferritic stainless steel foil and 150 mm in the width direction. An active material layer is formed on the surface of the test piece using lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) as an active material, and heat treated at 700° C. for 20 minutes. One end of the test piece in the longitudinal direction after the heat treatment is fixed to the upper end of a right-angle plate, and the test piece is placed so as to be in contact with the right-angle plate. The distance between the other end (lower end) of the test piece in the longitudinal direction and the right-angle plate is measured with a ruler and defined as the "warping amount" of the test piece. In this embodiment, if the warping amount is 5 mm or less, it is determined that bending is unlikely to occur. Furthermore, in this embodiment, if the warping amount is 3 mm or less, it is determined that bending is very unlikely to occur.

[サイクル特性]
本実施形態による集電体用鋼箔は、優れたサイクル特性を有する全固体二次電池を得られる。本実施形態において、全固体二次電池が優れたサイクル特性を有するとは、次の方法で評価できる。
[Cycle characteristics]
The steel foil for a current collector according to this embodiment can provide an all-solid-state secondary battery having excellent cycle characteristics. In this embodiment, whether the all-solid-state secondary battery has excellent cycle characteristics can be evaluated by the following method.

まず、全固体二次電池を模擬した模擬品を作製する。具体的に、本実施形態による集電体用鋼箔から、試験片を切り出す。切り出した試験片の上に、スパッタリングにより、正極導電体層を形成する。スパッタリングは、たとえば、DC(Direct Current)スパッタ方式の装置を用いて、ターゲット材はPtとし、無加熱、Ar雰囲気下で、膜厚が1.0μmになるように実施する。 First, a mock-up of an all-solid-state secondary battery is prepared. Specifically, a test piece is cut out from the steel foil for a current collector according to this embodiment. A positive electrode conductor layer is formed on the cut-out test piece by sputtering. Sputtering is performed, for example, using a DC (Direct Current) sputtering device, with Pt as the target material, without heating, in an Ar atmosphere, so that the film thickness is 1.0 μm.

形成された正極導電体層の上に、スパッタリングにより正極活物質層を形成する。スパッタリングは、たとえば、RF(Radio Frequency)スパッタ方式の装置を用いて、コバルト酸リチウム(LiCoO2)の膜厚が0.45μmになるように実施する。 A positive electrode active material layer is formed on the positive electrode conductor layer by sputtering, for example, using an RF (Radio Frequency) sputtering device so that a lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) film has a thickness of 0.45 μm.

正極活物質層が形成された試験片に対して、アニール処理を実施する。アニール処理は温度600℃で実施する。アニール処理が実施された試験片の正極活物質層の上に、スパッタリングにより、固体電解質層を形成する。スパッタリングは、たとえば、RFスパッタ方式の装置を用いて、リン酸リチウムオキシナイトライド(Li3PON4)の膜厚が1.4μmになるように実施する。 The test piece on which the positive electrode active material layer is formed is subjected to an annealing treatment. The annealing treatment is performed at a temperature of 600° C. A solid electrolyte layer is formed by sputtering on the positive electrode active material layer of the test piece on which the annealing treatment has been performed. The sputtering is performed, for example, using an RF sputtering device so that the thickness of the lithium oxynitride phosphate (Li 3 PON 4 ) film is 1.4 μm.

形成された固体電解質層の上に、スパッタリングにより、負極集電体層を形成する。スパッタリングは、たとえば、DCスパッタ方式の装置を用いて、銅(Cu)の膜厚が1.0μmになるように実施する。形成された負極集電体層の上に、スパッタリングにより、保護層を形成する。スパッタリングは、たとえば、RFスパッタ方式の装置を用いて、二酸化ケイ素(SiO2)の膜厚が0.05~1.0μmになるように実施する。本実施形態では、以上のとおりに全固体二次電池を模擬した模擬品を作製する。 On the formed solid electrolyte layer, a negative electrode current collector layer is formed by sputtering. Sputtering is performed, for example, using a DC sputtering device so that the thickness of the copper (Cu) film is 1.0 μm. On the formed negative electrode current collector layer, a protective layer is formed by sputtering. Sputtering is performed, for example, using an RF sputtering device so that the thickness of the silicon dioxide (SiO 2 ) film is 0.05 to 1.0 μm. In this embodiment, a mock-up simulating an all-solid-state secondary battery is produced as described above.

作製された模擬品を用いて、サイクル特性を評価する。具体的に、模擬品に対してレストポテンシャルから4.2Vになるまで、Cレートで0.1Cの定電流充電を実施する。その後、4.2Vの定電圧充電を20時間実施する。以上の方法で充電された模擬品に対して、3.0Vになるまで、Cレートで0.1Cの定電流放電を実施する。この定電流放電による放電容量を、初回放電容量Qd1(mAh)と定義する。 The cycle characteristics are evaluated using the simulated product thus produced. Specifically, the simulated product is charged at a constant current of 0.1 C at rate C from the rest potential until the voltage reaches 4.2 V. Then, a constant voltage charge of 4.2 V is performed for 20 hours. The simulated product charged in the above manner is discharged at a constant current of 0.1 C at rate C until the voltage reaches 3.0 V. The discharge capacity from this constant current discharge is defined as the initial discharge capacity Qd1 (mAh).

ここで、4.2Vになるまで実施する0.1Cの定電流充電、20時間実施する4.2Vでの定電圧充電、及び、3.0Vになるまで実施する0.1Cの定電流放電を、1サイクルとする。初回放電容量Qd1(mAh)を測定した模擬品に対して、さらに9サイクルの充放電を実施する。初回放電容量Qd1(mAh)を1サイクル目としたとき、10サイクル目の定電流放電による放電容量を、10サイクル目の放電容量Qd10(mAh)と定義する。本実施形態では、容量維持率を、次の式(1)で定義する。
容量維持率(%)=100×Qd10/Qd1 (1)
Here, one cycle is defined as a constant current charge of 0.1 C until the battery voltage reaches 4.2 V, a constant voltage charge at 4.2 V for 20 hours, and a constant current discharge of 0.1 C until the battery voltage reaches 3.0 V. The simulated battery for which the initial discharge capacity Qd1 (mAh) was measured is further subjected to nine cycles of charge and discharge. When the initial discharge capacity Qd1 (mAh) is defined as the first cycle, the discharge capacity by constant current discharge in the tenth cycle is defined as the discharge capacity Qd10 (mAh) in the tenth cycle. In this embodiment, the capacity retention rate is defined by the following formula (1).
Capacity maintenance rate (%) = 100 x Qd10/Qd1 (1)

[集電体用鋼箔の製造方法]
本実施形態による集電体用鋼箔の製造方法の一例を説明する。以下に説明する製造方法は、本実施形態による集電体用鋼箔を製造するための一例であって、本実施形態による集電体用鋼箔の製造方法は、以下に説明する製造方法以外の製造方法であってもよい。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態による集電体用鋼箔の製造方法の好ましい一例である。本実施形態による集電体用鋼箔の製造方法は、中間鋼材準備工程と、最終冷間圧延工程と、熱処理工程とを備える。
[Method of manufacturing steel foil for current collector]
An example of a method for manufacturing a steel foil for a current collector according to the present embodiment will be described. The manufacturing method described below is one example for manufacturing a steel foil for a current collector according to the present embodiment, and the manufacturing method of the steel foil for a current collector according to the present embodiment may be a manufacturing method other than the manufacturing method described below. However, the manufacturing method described below is a preferred example of a method for manufacturing a steel foil for a current collector according to the present embodiment. The manufacturing method of a steel foil for a current collector according to the present embodiment includes an intermediate steel material preparation step, a final cold rolling step, and a heat treatment step.

[中間鋼材準備工程]
中間鋼材準備工程では、集電体用鋼箔の基材である、フェライト系ステンレス鋼箔と同様の化学組成を有する中間鋼材を準備する。すなわち、中間鋼材とは、本実施形態によるフェライト系ステンレス鋼箔を製造するための中間品であり、厚さ数十~数百μmの鋼板を意味する。中間鋼材は、たとえば、熱間圧延コイルに冷間圧延を実施した冷間圧延コイルである。中間鋼材は製造して準備してもよく、第三者から購入することによって準備してもよい。すなわち、中間鋼材を準備する工程は特に限定されない。
[Intermediate steel preparation process]
In the intermediate steel material preparation step, an intermediate steel material having the same chemical composition as the ferritic stainless steel foil, which is the base material of the steel foil for the current collector, is prepared. That is, the intermediate steel material is an intermediate product for manufacturing the ferritic stainless steel foil according to this embodiment, and means a steel plate having a thickness of several tens to several hundreds of μm. The intermediate steel material is, for example, a cold-rolled coil obtained by cold rolling a hot-rolled coil. The intermediate steel material may be prepared by manufacturing, or may be prepared by purchasing from a third party. That is, the step of preparing the intermediate steel material is not particularly limited.

中間鋼材を製造する場合、たとえば、次の方法で製造する。所望の化学組成を有する溶鋼を製造する。溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片(スラブ、ブルーム、又は、ビレット)を製造する。溶鋼を用いて造塊法により鋼塊(インゴット)を製造してもよい。必要に応じて、スラブ、ブルーム又はインゴットを分塊圧延して、ビレットを製造してもよい。 When intermediate steel is produced, it is produced, for example, by the following method. Molten steel having the desired chemical composition is produced. The molten steel is used to produce a cast piece (slab, bloom, or billet) by continuous casting. The molten steel may also be used to produce a steel ingot by ingot casting. If necessary, the slab, bloom, or ingot may be rolled to produce a billet.

製造された鋳片又は鋼塊(スラブ、ブルーム、ビレット、又は、インゴット)に対して熱間加工、及び、冷間圧延を実施して、厚さ数十~数百μmの鋼板を製造する。熱間加工の方法は特に限定されず、周知の方法を用いればよい。熱間加工はたとえば、熱間圧延である。熱間圧延によって中間鋼材を製造する場合、たとえば、次の方法で製造することができる。 The produced cast or steel ingot (slab, bloom, billet, or ingot) is subjected to hot working and cold rolling to produce a steel plate having a thickness of several tens to several hundreds of μm. There are no particular limitations on the hot working method, and any well-known method may be used. An example of hot working is hot rolling. When producing intermediate steel material by hot rolling, it can be produced, for example, by the following method.

製造された鋳片又は鋼塊を加熱した後、粗圧延と、仕上げ圧延とを実施する。このとき、熱間圧延の条件は特に限定されず、周知の条件を適宜設定すればよい。熱間圧延された中間鋼材に対して、必要に応じて、冷間圧延と焼鈍処理とを繰り返し実施してもよい。熱間圧延された中間鋼材に対してさらに、必要に応じて、スキンパス圧延を実施してもよい。熱間圧延及び/又は冷間圧延された中間鋼材に対してさらに、焼鈍処理を実施する。以上の工程により、本実施形態による中間鋼材が準備される。 After the produced slab or steel ingot is heated, rough rolling and finish rolling are carried out. At this time, the conditions of the hot rolling are not particularly limited, and well-known conditions may be set appropriately. The hot-rolled intermediate steel material may be repeatedly subjected to cold rolling and annealing treatment as necessary. The hot-rolled intermediate steel material may further be subjected to skin pass rolling as necessary. The hot-rolled and/or cold-rolled intermediate steel material is further subjected to annealing treatment. Through the above steps, the intermediate steel material according to this embodiment is prepared.

[最終冷間圧延工程]
最終冷間圧延工程では、中間鋼材準備工程で準備された中間鋼材に対して、冷間圧延を実施する。本実施形態では、冷間圧延は、周知の装置を用いて実施することができ、特に限定されない。たとえば、複数の冷間圧延スタンドを備える連続圧延機を用いてもよい。
[Final cold rolling process]
In the final cold rolling process, cold rolling is performed on the intermediate steel material prepared in the intermediate steel material preparation process. In the present embodiment, the cold rolling can be performed using a known device, and is not particularly limited. For example, a continuous rolling mill equipped with multiple cold rolling stands may be used.

本実施形態による最終冷間圧延工程では、圧延ロール表面の表面粗さについて、算術平均粗さRaで0.03~0.30μmとするのが好ましい。圧延ロール表面の表面粗さが小さすぎれば、製造されたフェライト系ステンレス鋼箔の表面粗さが小さくなりすぎる場合がある。一方、圧延ロール表面の表面粗さが大きすぎれば、製造されたフェライト系ステンレス鋼箔の表面粗さが大きくなりすぎる場合がある。したがって、本実施形態による最終冷間圧延工程では、圧延ロール表面において、算術平均粗さRaを0.03~0.30μmとするのが好ましい。 In the final cold rolling process according to this embodiment, it is preferable that the surface roughness of the rolling roll surface be 0.03 to 0.30 μm in terms of arithmetic mean roughness Ra. If the surface roughness of the rolling roll surface is too small, the surface roughness of the produced ferritic stainless steel foil may be too small. On the other hand, if the surface roughness of the rolling roll surface is too large, the surface roughness of the produced ferritic stainless steel foil may be too large. Therefore, in the final cold rolling process according to this embodiment, it is preferable that the arithmetic mean roughness Ra of the rolling roll surface be 0.03 to 0.30 μm.

本実施形態による最終冷間圧延工程ではさらに、圧下率Rを35~98%とするのが好ましい。ここで、最終冷間圧延工程における圧下率Rとは、最終冷間圧延工程前から、最終冷間圧延工程後における、中間鋼材の厚さの減少率(%)を意味する。すなわち、最終冷間圧延工程における圧下率Rは、次の式(A)で定義される。
R(%)=[{(最終冷間圧延工程前の中間鋼材の厚さ)-(最終冷間圧延工程後の中間鋼材の厚さ)}]/(最終冷間圧延工程前の中間鋼材の厚さ)×100 (A)
In the final cold rolling process according to the present embodiment, the reduction ratio R is preferably set to 35 to 98%. Here, the reduction ratio R in the final cold rolling process means the reduction ratio (%) of the thickness of the intermediate steel material from before the final cold rolling process to after the final cold rolling process. That is, the reduction ratio R in the final cold rolling process is defined by the following formula (A).
R (%) = [(thickness of intermediate steel before final cold rolling process) - (thickness of intermediate steel after final cold rolling process)}] / (thickness of intermediate steel before final cold rolling process) x 100 (A)

最終冷間圧延工程における圧下率Rが低すぎれば、冷間圧延によって中間鋼材中に導入される歪みのエネルギー量が低下する。この場合、後述する熱処理工程において、歪みを解放させるために必要な熱処理温度が高くなる。すなわち、最終冷間圧延工程における圧下率Rが低すぎ、かつ、後述する熱処理工程における熱処理温度が低すぎれば、製造された集電体用鋼箔のフェライト系ステンレス鋼箔において{110}面の半値幅Fwが高くなりすぎる場合がある。その結果、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって、集電体用鋼箔に座屈が生じやすくなる。 If the reduction rate R in the final cold rolling process is too low, the amount of strain energy introduced into the intermediate steel by cold rolling decreases. In this case, a higher heat treatment temperature is required to release the strain in the heat treatment process described below. In other words, if the reduction rate R in the final cold rolling process is too low and the heat treatment temperature in the heat treatment process described below is too low, the half-width Fw of the {110} plane may become too high in the ferritic stainless steel foil of the steel foil for the current collector produced. As a result, buckling is likely to occur in the steel foil for the current collector due to heat treatment at a high temperature that crystallizes the active material.

最終冷間圧延工程ではさらに、圧下に伴い圧延ロールの表面形状に倣って箔帯表面が転写されるため、中間鋼材の表面に形成された凹凸が変化する。そのため、最終冷間圧延工程における圧下率が低すぎれば、箔帯表面の表面粗さの制御ができず、中間鋼材の表面に形成された凹凸が残るため、表面粗さが大きくなりすぎる場合がある。この場合、製造されたフェライト系ステンレス鋼箔の表面において、Ra1及び/又はRa2が0.30μmを超える場合がある。この場合、フェライト系ステンレス鋼箔を基材とする集電体用鋼箔を用いて製造された全固体二次電池のサイクル特性が低下する。 In the final cold rolling process, the surface of the foil strip is transferred to the surface shape of the rolling roll as the roll is reduced, so the irregularities formed on the surface of the intermediate steel material change. Therefore, if the reduction rate in the final cold rolling process is too low, the surface roughness of the foil strip surface cannot be controlled, and the irregularities formed on the surface of the intermediate steel material remain, so the surface roughness may become too large. In this case, Ra1 and/or Ra2 may exceed 0.30 μm on the surface of the manufactured ferritic stainless steel foil. In this case, the cycle characteristics of an all-solid-state secondary battery manufactured using a steel foil for a current collector having a ferritic stainless steel foil as a base material are reduced.

一方、最終冷間圧延工程における圧下率Rが高すぎれば、冷間圧延によって中間鋼材中に導入される歪み量が高くなりすぎる。この場合、中間鋼材の端部において、破断が発生する懸念がある。したがって、本実施形態による最終冷間圧延工程では、好ましい圧下率Rを35~98%とする。最終冷間圧延工程における圧下率Rのさらに好ましい下限は40%であり、さらに好ましくは45%である。最終冷間圧延工程における圧下率Rのさらに好ましい上限は96%であり、さらに好ましくは95%である。 On the other hand, if the reduction ratio R in the final cold rolling process is too high, the amount of strain introduced into the intermediate steel by cold rolling will be too high. In this case, there is a concern that fractures may occur at the ends of the intermediate steel. Therefore, in the final cold rolling process according to this embodiment, the preferred reduction ratio R is 35 to 98%. A more preferred lower limit of the reduction ratio R in the final cold rolling process is 40%, and even more preferably 45%. A more preferred upper limit of the reduction ratio R in the final cold rolling process is 96%, and even more preferably 95%.

本実施形態による最終冷間圧延工程では、冷間圧延以外の工程も実施してもよい。たとえば、中間鋼材に対してスリット加工を実施して、中間鋼材を任意の大きさに加工してもよい。この場合、最終冷間圧延工程では、冷間圧延を実施した後、スリット加工を実施してもよく、スリット加工後に冷間圧延を実施してもよく、冷間圧延と冷間圧延との間にスリット加工を実施してもよい。 In the final cold rolling process according to this embodiment, processes other than cold rolling may also be performed. For example, slitting may be performed on the intermediate steel material to process the intermediate steel material into any size. In this case, in the final cold rolling process, slitting may be performed after cold rolling, cold rolling may be performed after slitting, or slitting may be performed between cold rolling.

[熱処理工程]
熱処理工程では、最終冷間圧延工程後の中間鋼材に対して、熱処理を実施する。本実施形態において熱処理は、周知の熱処理炉を通板させることによって実施することができる。なお、本実施形態において、熱処理工程の雰囲気は、窒素等の不活性ガス雰囲気、又は、水素等の還元性ガス雰囲気とするのが好ましい。
[Heat treatment process]
In the heat treatment step, heat treatment is performed on the intermediate steel material after the final cold rolling step. In this embodiment, the heat treatment can be performed by passing the steel material through a known heat treatment furnace. In this embodiment, the atmosphere in the heat treatment step is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen, or a reducing gas atmosphere such as hydrogen.

熱処理工程における好ましい熱処理温度は350~700℃である。熱処理温度が低すぎれば、中間鋼材から十分に歪みを解放させることができない。その結果、製造された集電体用鋼箔のフェライト系ステンレス鋼箔において{110}面の半値幅Fwが高くなりすぎる場合がある。この場合、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって、集電体用鋼箔に座屈が生じやすくなる。一方、熱処理温度が高すぎれば、中間鋼材から歪みが解放されすぎる。その結果、製造された集電体用鋼箔のフェライト系ステンレス鋼箔において{110}面の半値幅Fwが低くなりすぎる場合がある。この場合、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって、集電体用鋼箔に屈曲が生じやすくなる。 The preferred heat treatment temperature in the heat treatment step is 350 to 700°C. If the heat treatment temperature is too low, the intermediate steel material cannot be sufficiently released from the strain. As a result, the half-width Fw of the {110} plane may become too high in the ferritic stainless steel foil of the current collector steel foil produced. In this case, the steel foil for the current collector is more likely to buckle due to heat treatment at a high temperature that crystallizes the active material. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, the intermediate steel material is released too much strain. As a result, the half-width Fw of the {110} plane may become too low in the ferritic stainless steel foil of the current collector steel foil produced. In this case, the steel foil for the current collector is more likely to bend due to heat treatment at a high temperature that crystallizes the active material.

したがって、本実施形態では、熱処理工程における熱処理温度は350~700℃とするのが好ましい。熱処理温度のさらに好ましい下限は400℃である。熱処理温度のさらに好ましい上限は650℃である。さらに好ましい熱処理温度は350~550℃である。この場合、製造された集電体用鋼箔のフェライト系ステンレス鋼箔において{110}面の半値幅Fwが安定して0.45~0.52°となり、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって、集電体用鋼箔の屈曲がさらに抑制されやすくなる。 Therefore, in this embodiment, the heat treatment temperature in the heat treatment step is preferably 350 to 700°C. A more preferable lower limit of the heat treatment temperature is 400°C. A more preferable upper limit of the heat treatment temperature is 650°C. A more preferable heat treatment temperature is 350 to 550°C. In this case, the half-width Fw of the {110} plane in the ferritic stainless steel foil of the produced current collector steel foil is stably 0.45 to 0.52°, and bending of the current collector steel foil is further suppressed by heat treatment at a high temperature that crystallizes the active material.

熱処理工程における好ましい熱処理時間は、1~400秒である。熱処理時間が短すぎれば、中間鋼材から十分に歪みを解放させることができない。その結果、製造された集電体用鋼箔のフェライト系ステンレス鋼箔において{110}面の半値幅Fwが高くなりすぎる場合がある。この場合、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって、集電体用鋼箔に座屈が生じやすくなる。一方、熱処理時間が長すぎれば、中間鋼材から歪みが解放されすぎる場合がある。その結果、製造された集電体用鋼箔のフェライト系ステンレス鋼箔において{110}面の半値幅Fwが低くなりすぎる場合がある。この場合、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって、集電体用鋼箔に屈曲が生じやすくなる。 The preferred heat treatment time in the heat treatment step is 1 to 400 seconds. If the heat treatment time is too short, the intermediate steel material cannot be sufficiently released from the strain. As a result, the half-width Fw of the {110} plane may be too high in the ferritic stainless steel foil of the current collector steel foil produced. In this case, the steel foil for the current collector is more likely to buckle due to heat treatment at a high temperature that crystallizes the active material. On the other hand, if the heat treatment time is too long, the intermediate steel material may be too released from the strain. As a result, the half-width Fw of the {110} plane may be too low in the ferritic stainless steel foil of the current collector steel foil produced. In this case, the steel foil for the current collector is more likely to bend due to heat treatment at a high temperature that crystallizes the active material.

したがって、本実施形態では、熱処理工程における熱処理時間は1~400秒とするのが好ましい。熱処理時間のさらに好ましい下限は2秒であり、さらに好ましくは3秒である。熱処理時間のさらに好ましい上限は300秒であり、さらに好ましくは250秒である。なお、本明細書において、熱処理工程における熱処理温度とは、熱処理を実施するための熱処理炉の温度(℃)を意味する。なお、本明細書において熱処理工程における熱処理時間とは、焼鈍処理を実施するための熱処理炉の中を中間鋼材が通過するのにかかる時間(秒)を意味する。 Therefore, in this embodiment, the heat treatment time in the heat treatment step is preferably 1 to 400 seconds. A more preferable lower limit of the heat treatment time is 2 seconds, and even more preferably 3 seconds. A more preferable upper limit of the heat treatment time is 300 seconds, and even more preferably 250 seconds. In this specification, the heat treatment temperature in the heat treatment step means the temperature (°C) of the heat treatment furnace for carrying out the heat treatment. In this specification, the heat treatment time in the heat treatment step means the time (seconds) it takes for the intermediate steel material to pass through the heat treatment furnace for carrying out the annealing treatment.

以上の製造工程により、上述の構成を有する本実施形態による集電体用鋼箔を製造することができる。なお、上述の製造工程は、本実施形態による集電体用鋼箔の製造方法の一例であって、本実施形態による集電体用鋼箔の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。また、本実施形態による集電体用鋼箔の製造方法はさらに、以下に説明する任意の工程を実施してもよい。以下に説明する工程は任意であり、実施しなくてもよい。 The above manufacturing process allows the current collector steel foil according to this embodiment to be manufactured, having the above-mentioned configuration. Note that the above manufacturing process is one example of the method for manufacturing the current collector steel foil according to this embodiment, and the method for manufacturing the current collector steel foil according to this embodiment is not limited to the above manufacturing process. In addition, the method for manufacturing the current collector steel foil according to this embodiment may further include any of the steps described below. The steps described below are optional and may not be performed.

[テンションアニーリング工程]
本実施形態による集電体用鋼箔の製造方法はさらに、最終冷間圧延工程後、熱処理工程前に、テンションアニーリング工程を含んでもよい。テンションアニーリングとは、張力を付与しながら、焼鈍処理を実施することを意味する。テンションアニーリングを実施された中間鋼材は、張力により中間鋼材の平坦度を維持できる。
[Tension annealing process]
The method for producing a steel foil for a current collector according to the present embodiment may further include a tension annealing step after the final cold rolling step and before the heat treatment step. Tension annealing means performing an annealing treatment while applying tension. The intermediate steel material that has been subjected to tension annealing can maintain the flatness of the intermediate steel material by the tension.

テンションアニーリング工程が実施される場合、好ましい焼鈍温度は350~450℃である。焼鈍温度が低すぎれば、テンションアニーリングの効果が十分に得られない場合がある。一方、焼鈍温度が高すぎれば、中間鋼材のミクロ組織において、導入された転位密度が低下しすぎる。その結果、製造されたフェライト系ステンレス鋼箔において、CoKα線によるX線回折プロファイルにおける{110}面のピークの半値幅Fwが十分に高められない場合がある。したがって、本実施形態において、テンションアニーリング工程を実施する場合、焼鈍温度は350~450℃とするのが好ましい。 When a tension annealing process is performed, the preferred annealing temperature is 350 to 450°C. If the annealing temperature is too low, the effect of tension annealing may not be fully obtained. On the other hand, if the annealing temperature is too high, the introduced dislocation density in the microstructure of the intermediate steel material may be too low. As a result, in the manufactured ferritic stainless steel foil, the half-width Fw of the {110} plane peak in the X-ray diffraction profile using CoKα radiation may not be sufficiently increased. Therefore, in this embodiment, when a tension annealing process is performed, the annealing temperature is preferably 350 to 450°C.

テンションアニーリング工程を実施する場合、焼鈍時間は特に限定されない。焼鈍時間は、たとえば、1~10秒である。なお、本明細書においてテンションアニーリングの「焼鈍温度」とは、焼鈍処理を実施するための熱処理炉の温度(℃)を意味する。なお、本明細書においてテンションアニーリングの「焼鈍時間」とは、焼鈍処理を実施するための熱処理炉の中を中間鋼材が通過するのにかかる時間(秒)を意味する。また、テンションアニーリング工程を実施する場合、中間鋼材に付与する張力は特に限定されない。 When performing the tension annealing process, the annealing time is not particularly limited. The annealing time is, for example, 1 to 10 seconds. In this specification, the "annealing temperature" of tension annealing means the temperature (°C) of the heat treatment furnace for performing the annealing process. In this specification, the "annealing time" of tension annealing means the time (seconds) it takes for the intermediate steel material to pass through the heat treatment furnace for performing the annealing process. In addition, when performing the tension annealing process, the tension applied to the intermediate steel material is not particularly limited.

[樹脂被膜形成工程]
本実施形態による集電体用鋼箔の製造方法はさらに、最終冷間圧延工程後、熱処理工程前に、樹脂被膜形成工程を含んでもよい。上述のとおり、樹脂被膜を形成することにより、集電体用鋼箔の絶縁性、耐熱性、及び、平坦性を高めることができる。
[Resin film formation process]
The method for producing a steel foil for a current collector according to the present embodiment may further include a resin coating step after the final cold rolling step and before the heat treatment step. As described above, by forming a resin coating, the insulation property, heat resistance, and flatness of the steel foil for a current collector can be improved.

樹脂被膜形成工程を実施する場合、最終冷間圧延工程によって冷間圧延された中間鋼材の表面上に、樹脂被膜を形成する。上述のとおり、本実施形態では、樹脂被膜とは特に限定されないが、たとえば、無機有機ハイブリッド樹脂被膜である。樹脂被膜を形成する方法は特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、樹脂被膜の成分を含有する組成物を塗布して、乾燥させることによって樹脂被膜を形成してもよい。 When the resin coating formation process is carried out, a resin coating is formed on the surface of the intermediate steel material that has been cold rolled in the final cold rolling process. As described above, in this embodiment, the resin coating is not particularly limited, but may be, for example, an inorganic-organic hybrid resin coating. The method for forming the resin coating is not particularly limited, and may be a well-known method. For example, the resin coating may be formed by applying a composition containing the components of the resin coating and drying it.

また、必要に応じて、樹脂被膜を硬化させるための熱処理を実施してもよい。この場合、上述する熱処理工程において、樹脂被膜を硬化させるのが好ましい。熱処理工程の熱処理によって、樹脂被膜を硬化させる場合、熱処理工程によって、フェライト系ステンレス鋼箔の歪みを適切に制御しつつ、同時に樹脂被膜を硬化させることができる。この場合、生産性を高めることができる。 If necessary, a heat treatment may be performed to harden the resin coating. In this case, it is preferable to harden the resin coating in the heat treatment step described above. When the resin coating is hardened by heat treatment in the heat treatment step, the resin coating can be hardened while appropriately controlling the distortion of the ferritic stainless steel foil by the heat treatment step. In this case, productivity can be increased.

[全固体二次電池の製造方法]
全固体二次電池の製造方法は、特に限定されず、周知の方法を用いることができる。上述のとおり、本実施形態による集電体用鋼箔の上又は上方に、活物質層、固体電解質層の薄膜を積層させることで、本実施形態による全固体二次電池を製造することができる。ここで、薄膜を積層させる方法は、たとえば、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法に代表される真空成膜法を用いる。
[Method of manufacturing all-solid-state secondary battery]
The method for producing the all-solid-state secondary battery is not particularly limited, and a well-known method can be used. As described above, the all-solid-state secondary battery according to the present embodiment can be produced by laminating a thin film of an active material layer and a thin film of a solid electrolyte layer on or above the steel foil for a current collector according to the present embodiment. Here, the method for laminating the thin film uses, for example, a vacuum film formation method represented by a sputtering method or an electron beam deposition method.

スパッタリング法を用いる場合、スパッタリング法は特に限定されず、周知のスパッタリング法を適宜選択して用いることができる。たとえば、DCスパッタ方式のスパッタリング法であってもよく、RFスパッタ方式のスパッタリング法であってもよく、イオンビームスパッタ方式のスパッタリング法であってもよい。 When using a sputtering method, the sputtering method is not particularly limited, and any well-known sputtering method can be appropriately selected and used. For example, it may be a DC sputtering method, a RF sputtering method, or an ion beam sputtering method.

以下、実施例によって本実施形態による集電体用鋼箔をさらに具体的に説明する。なお、以下に説明する実施例は、本実施形態による集電体用鋼箔の効果を確認するための一例であり、本発明を限定するものではない。 The steel foil for current collector according to this embodiment will be described in more detail below with reference to examples. Note that the examples described below are examples for confirming the effects of the steel foil for current collector according to this embodiment, and do not limit the present invention.

表1に示す厚さ(μm)の各試験番号の中間鋼材を準備した。なお、各試験番号の中間鋼材はいずれも、JIS G 4305(2012)に規定されるSUS444に相当するフェライト系ステンレス鋼からなる中間鋼材であった。また、中間鋼材はいずれも、840~950℃にて、3~30秒の焼鈍処理を実施されたものを用いた。 Intermediate steel materials were prepared for each test number with the thickness (μm) shown in Table 1. All intermediate steel materials for each test number were intermediate steel materials made of ferritic stainless steel equivalent to SUS444 as specified in JIS G 4305 (2012). All intermediate steel materials were annealed at 840 to 950°C for 3 to 30 seconds.

Figure 0007656572000001
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各試験番号の中間鋼材に対して、圧延ロールを用いて、冷間圧延を実施した。このとき、用いた圧延ロールを表1に記載する。表1中、ロール表面の算術平均粗さRaが0.03μm未満の圧延ロールを「A」と表記する。表1中、ロール表面の算術平均粗さRaが0.03~0.10μm未満の圧延ロールを「B」と表記する。表1中、ロール表面の算術平均粗さRaが0.10~0.30μm未満の圧延ロールを「C」と表記する。表1中、ロール表面の算術平均粗さRaが0.30~0.60μm未満の圧延ロールを「D」と表記する。また、冷間圧延における圧下率(%)は、表1に記載のとおりであった。 Cold rolling was performed on the intermediate steel material of each test number using rolling rolls. The rolling rolls used are listed in Table 1. In Table 1, rolling rolls with an arithmetic mean roughness Ra of the roll surface of less than 0.03 μm are indicated as "A". In Table 1, rolling rolls with an arithmetic mean roughness Ra of the roll surface of 0.03 to less than 0.10 μm are indicated as "B". In Table 1, rolling rolls with an arithmetic mean roughness Ra of the roll surface of 0.10 to less than 0.30 μm are indicated as "C". In Table 1, rolling rolls with an arithmetic mean roughness Ra of the roll surface of 0.30 to less than 0.60 μm are indicated as "D". The reduction ratio (%) in the cold rolling was as listed in Table 1.

このようにして、表1に記載の基材厚さ(μm)の基材(フェライト系ステンレス鋼箔)を得た。得られた基材のうち、一部の試験番号の基材に対して、「焼鈍処理」欄に記載の焼鈍を実施した。試験番号6~8の基材に対して、テンションアニーリングを実施した(表1中「TA(Tension Annealing)」と表記)。本実施例では、テンションアニーリングとして、400℃で、4秒間の熱処理を実施した。また、試験番号16及び17の基材に対して、ブライトアニーリングを実施した(表1中「BA(Bright Annealing)」と表記)。ブライトアニーリングは、フェライト系ステンレス鋼箔表面が窒化されない条件で実施する焼鈍を意味する。本実施例では、ブライトアニーリングとして、雰囲気中の窒素濃度を0.1%以下とし、950℃にて4秒間の熱処理を実施した。 In this way, a substrate (ferritic stainless steel foil) with the substrate thickness (μm) shown in Table 1 was obtained. The annealing described in the "Annealing Treatment" column was performed on some of the obtained substrates with test numbers. Tension annealing was performed on the substrates with test numbers 6 to 8 (represented as "TA (Tension Annealing)" in Table 1). In this example, tension annealing was performed by heat treatment at 400°C for 4 seconds. Bright annealing was performed on the substrates with test numbers 16 and 17 (represented as "BA (Bright Annealing)" in Table 1). Bright annealing refers to annealing performed under conditions that do not nitride the ferritic stainless steel foil surface. In this example, bright annealing was performed by setting the nitrogen concentration in the atmosphere to 0.1% or less and heat treatment at 950°C for 4 seconds.

得られた各試験番号の基材の片面に対して、シロキサン系樹脂被膜を形成するための組成物を塗布した。片面に組成物が塗布された基材に対して、表1に記載の熱処理温度で、20~300秒間、熱処理を実施した。なお、表1の「熱処理温度(℃)」欄の「-」は、熱処理を実施しなかったことを意味する。以上の工程により、本実施形態による集電体用鋼箔を製造した。 A composition for forming a siloxane-based resin coating was applied to one side of the substrate of each test number obtained. The substrate with the composition applied to one side was subjected to heat treatment for 20 to 300 seconds at the heat treatment temperature shown in Table 1. Note that a "-" in the "Heat treatment temperature (°C)" column in Table 1 means that heat treatment was not performed. Through the above steps, a steel foil for a current collector according to this embodiment was manufactured.

[評価試験]
各試験番号の集電体用鋼箔に対して、半値幅Fw測定試験、表面粗さ測定試験、座屈評価試験、屈曲評価試験、及び、サイクル特性評価試験を実施した。
[Evaluation test]
For the steel foil for current collector having each test number, a half-width Fw measurement test, a surface roughness measurement test, a buckling evaluation test, a bending evaluation test, and a cycle characteristic evaluation test were performed.

[半値幅Fw測定試験]
各試験番号の集電体用鋼箔に対して、半値幅Fw測定試験を実施して、{110}面の半値幅Fwを求めた。具体的に、各試験番号の集電体用鋼箔から試験片を作製して、斜入射X線回折法(GIXD)によりX線回折プロファイルを得た。試験片のうち、樹脂被膜が形成されていない面を特定し、観察面とした。斜入射X線回折法(GIXD)では、線源をCoKα線、管電圧を40kV、管電流を135mAとした。また、ミラーでX線束を平行化した。ソーラースリットは、入射側を5°、回折側を2.5°とした。試験片の観察面からの測定深さが0.19~4.60μmの範囲で12点となるように、入射角を1~25°の範囲で12条件とした。
[Half-width Fw measurement test]
A half-width Fw measurement test was carried out on the current collector steel foil of each test number to obtain the half-width Fw of the {110} plane. Specifically, a test piece was prepared from the current collector steel foil of each test number, and an X-ray diffraction profile was obtained by grazing incidence X-ray diffraction (GIXD). Of the test pieces, a surface on which no resin coating was formed was identified and used as the observation surface. In the grazing incidence X-ray diffraction (GIXD) method, the radiation source was CoKα radiation, the tube voltage was 40 kV, and the tube current was 135 mA. In addition, the X-ray flux was collimated by a mirror. The solar slit was set to 5° on the entrance side and 2.5° on the diffraction side. 12 conditions were set for the incidence angle in the range of 1 to 25° so that the measurement depth from the observation surface of the test piece was 12 points in the range of 0.19 to 4.60 μm.

各測定点において、X線プロファイルから{110}面のピークを特定し、半値幅を求めた。得られた12個の半値幅の算術平均値を、{110}面の半値幅Fwと定義した。なお、測定深さは、線吸収係数をμとしてμt=1を満たすX線侵入深さtを求め、試験片の観察面からの深さに換算して用いた。また、質量吸収係数は19.11Cr-1.77Mo-78.38Fe(mass%)を用いた。さらに、フェライト系ステンレス鋼箔の密度は7.75g/cm3を用いた。各試験番号の集電体用鋼箔について、得られた{110}面の半値幅Fw(°)を表1に示す。 At each measurement point, the peak of the {110} plane was identified from the X-ray profile, and the half-width was obtained. The arithmetic average value of the obtained 12 half-widths was defined as the half-width Fw of the {110} plane. The measurement depth was obtained by obtaining the X-ray penetration depth t that satisfies μt=1 with μ as the linear absorption coefficient, and converting it into the depth from the observation surface of the test piece. In addition, 19.11Cr-1.77Mo-78.38Fe (mass%) was used as the mass absorption coefficient. Furthermore, the density of the ferritic stainless steel foil was 7.75 g/cm 3. Table 1 shows the half-width Fw (°) of the {110} plane obtained for the current collector steel foil of each test number.

[表面粗さ測定試験]
各試験番号の集電体用鋼箔に対して、表面粗さ測定試験を実施して、算術平均粗さRa1及びRa2を求めた。具体的に、各試験番号の集電体用鋼箔から試験片を作製して、ガラス基板に固定した。なお、試験片のうち、樹脂皮膜が形成されている面を、ガラス基板に特定した。ガラス基板に固定された試験片から、任意の位置を3箇所特定し、測定箇所とした。本実施例では、任意の方向(方向1)を、フェライト系ステンレス鋼箔の圧延方向と平行な方向とした。方向1と垂直な方向(方向2)は、フェライト系ステンレス鋼箔の幅方向と平行な方向とした。
[Surface roughness measurement test]
A surface roughness measurement test was performed on the collector steel foil of each test number to determine the arithmetic mean roughness Ra1 and Ra2. Specifically, a test piece was prepared from the collector steel foil of each test number and fixed to a glass substrate. The surface of the test piece on which the resin film was formed was specified as the glass substrate. Three arbitrary positions were specified from the test piece fixed to the glass substrate and used as measurement points. In this example, the arbitrary direction (direction 1) was set to a direction parallel to the rolling direction of the ferritic stainless steel foil. The direction perpendicular to direction 1 (direction 2) was set to a direction parallel to the width direction of the ferritic stainless steel foil.

各測定箇所において、方向1と方向2それぞれについて、JIS B 0601(2001)に規定された方法に準拠して、算術平均粗さ(μm)を測定した。算術平均粗さの測定で用いた粗さ計は、接触式の粗さ計である株式会社ミツトヨ製の表面粗さ測定機サーフテストSJ-301(商品名)とした。さらに、粗さ曲線算出における各条件は、次のとおりとした。
測定力:0.75mN
スタイラス先端形状(接触式の粗さ計を用いる場合):2μmR60°
カットオフ値λc:0.25mm
カットオフ値λs:2.5μm
区間数:5
測定速度:0.25mm/秒
基準長さ:0.25mm
評価長さ:1.25mm
At each measurement point, the arithmetic mean roughness (μm) was measured in each of directions 1 and 2 in accordance with the method specified in JIS B 0601 (2001). The roughness meter used in measuring the arithmetic mean roughness was a contact type surface roughness tester, Surftest SJ-301 (product name), manufactured by Mitutoyo Corporation. Furthermore, the conditions for calculating the roughness curve were as follows:
Measuring force: 0.75mN
Stylus tip shape (when using a contact type roughness gauge): 2 μm R60°
Cutoff value λc: 0.25 mm
Cutoff value λs: 2.5 μm
Number of sections: 5
Measurement speed: 0.25 mm/sec. Reference length: 0.25 mm
Evaluation length: 1.25 mm

得られた方向1の算術平均粗さRa1(μm)及び、方向2の算術平均粗さRa2(μm)を、表1に示す。 The obtained arithmetic mean roughness Ra1 (μm) in direction 1 and the arithmetic mean roughness Ra2 (μm) in direction 2 are shown in Table 1.

[座屈評価試験]
各試験番号の集電体用鋼箔に対して、座屈評価試験を実施して、座屈の発生の有無を評価した。具体的に、各試験番号の集電体用鋼箔のうち、シロキサン系樹脂被膜を形成していない表面に、蒸着により活物質層を形成した。本実施例では、活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)を用いた。なお、各試験番号において、集電体用鋼箔の大きさは、鋼箔の幅方向に300~600mmとした。活物質を塗布した集電体用鋼箔を、直径70mmの搬送ロールを用いて張力を負荷しながら、700℃にて20分間熱処理をした。なお、負荷する張力は、鋼箔の圧延方向に5~50N/mm2とした。また、熱処理時の搬送速度は0.1~30.0m/分とした。
[Buckling evaluation test]
A buckling evaluation test was carried out on the current collector steel foil of each test number to evaluate the occurrence of buckling. Specifically, an active material layer was formed by vapor deposition on the surface of the current collector steel foil of each test number on which the siloxane-based resin coating was not formed. In this example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) was used as the active material. In each test number, the size of the current collector steel foil was 300 to 600 mm in the width direction of the steel foil. The current collector steel foil coated with the active material was heat-treated at 700° C. for 20 minutes while applying tension using a conveying roll with a diameter of 70 mm. The tension applied was 5 to 50 N/mm 2 in the rolling direction of the steel foil. The conveying speed during the heat treatment was 0.1 to 30.0 m/min.

熱処理後の各試験番号の集電体用鋼箔について、座屈の有無を目視で確認した。より具体的に、各試験番号の集電体用鋼箔について、鋼箔の圧延方向に延びる筋状の凹凸が確認されなかった場合、座屈が生じにくいと判断した(表1中「E(Excellent)」と表記)。一方、各試験番号の集電体用鋼箔について、鋼箔の圧延方向に延びる筋状の凹凸が、数mm~数十mm間隔で形成されている場合、座屈が生じやすいと判断した(表1中「NA(Not Acceptable)」と表記)。 The current collector steel foil of each test number after heat treatment was visually inspected for buckling. More specifically, for the current collector steel foil of each test number, if no streaky irregularities extending in the rolling direction of the steel foil were observed, it was judged that buckling was unlikely to occur (indicated as "E (Excellent)" in Table 1). On the other hand, for the current collector steel foil of each test number, if streaky irregularities extending in the rolling direction of the steel foil were formed at intervals of several mm to several tens of mm, it was judged that buckling was likely to occur (indicated as "NA (Not Acceptable)" in Table 1).

[屈曲評価試験]
各試験番号の集電体用鋼箔に対して、屈曲評価試験を実施して、屈曲の発生の有無を評価した。なお、本実施例では、座屈評価試験において座屈が生じにくいと判断された試験番号の集電体用鋼箔について、屈曲評価試験を実施した。具体的に、各試験番号の集電体用鋼箔から、屈曲評価用の試験片を作製した。試験片は、鋼箔の圧延方向に30mm、幅方向に150mmとした。試験片の表面に、蒸着により活物質層を形成した。本実施例では、活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)を用いた。活物質層が形成された試験片に対して、700℃で20分間熱処理をした。熱処理後の試験片の長手方向の一端を、直角定盤の上端に固定して、試験片を直角定盤に接するように配置した。
[Flexibility evaluation test]
A bending evaluation test was performed on the current collector steel foil of each test number to evaluate whether bending occurred or not. In this example, the bending evaluation test was performed on the current collector steel foil of the test number that was determined to be unlikely to buckle in the buckling evaluation test. Specifically, a test piece for bending evaluation was prepared from the current collector steel foil of each test number. The test piece was 30 mm in the rolling direction of the steel foil and 150 mm in the width direction. An active material layer was formed on the surface of the test piece by vapor deposition. In this example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) was used as the active material. The test piece on which the active material layer was formed was heat treated at 700° C. for 20 minutes. One end of the longitudinal direction of the heat-treated test piece was fixed to the upper end of a right-angle plate, and the test piece was placed in contact with the right-angle plate.

試験片の長手方向の他端(下端)と、直角定盤との距離を定規で測定し、試験片の「反り量」と定義した。各試験番号の集電体用鋼箔について、反り量が5mm以下の場合、屈曲が生じにくいと判断した(表1中「G(Good)」と表記)。各試験番号の集電体用鋼箔についてさらに、反り量が3mm以下の場合、非常に屈曲が生じにくいと判断した(表1中「E(Excellent)」と表記)。一方、各試験番号の集電体用鋼箔について、反り量が5mmを超える場合、屈曲が生じやすいと判断した(表1中「NA(Not Acceptable)」と表記)。 The distance between the other end (bottom end) of the test piece in the longitudinal direction and the right-angled surface plate was measured with a ruler and defined as the "warping amount" of the test piece. For the current collector steel foil of each test number, if the warping amount was 5 mm or less, it was judged that bending was unlikely to occur (indicated as "G (Good)" in Table 1). Furthermore, for the current collector steel foil of each test number, if the warping amount was 3 mm or less, it was judged that bending was very unlikely to occur (indicated as "E (Excellent)" in Table 1). On the other hand, for the current collector steel foil of each test number, if the warping amount was more than 5 mm, it was judged that bending was likely to occur (indicated as "NA (Not Acceptable)" in Table 1).

[サイクル特性評価試験]
各試験番号の集電体用鋼箔に対して、サイクル特性評価試験を実施して、サイクル特性を評価した。なお、本実施例では、座屈評価試験において座屈が生じにくいと判断され、かつ、屈曲評価試験において屈曲が生じにくいと判断された試験番号の集電体用鋼箔について、サイクル特性評価試験を実施した。具体的に、各試験番号の集電体用鋼箔から、サイクル特性評価用の全固体二次電池の模擬品を作製した。
[Cycle characteristic evaluation test]
A cycle characteristic evaluation test was performed on the current collector steel foil of each test number to evaluate the cycle characteristics. In this example, the cycle characteristic evaluation test was performed on the current collector steel foil of the test number that was judged to be unlikely to buckle in the buckling evaluation test and to be unlikely to bend in the bending evaluation test. Specifically, a simulated all-solid-state secondary battery for cycle characteristic evaluation was produced from the current collector steel foil of each test number.

模擬品は、次の方法で製造した。まず、鋼箔を切り出して、試験片とした。試験片の表面に、DCスパッタ方式の装置を用いたスパッタリングを実施して、正極導電体層を形成した。このとき、ターゲット材はPtとし、無加熱、Ar雰囲気下で、膜厚が1.0μmになるようにスパッタリングを実施した。試験片のうち、形成された正極導電体層の上に、RFスパッタ方式の装置を用いたスパッタリングを実施して、正極活物質層を形成した。正極活物質層の活物質はコバルト酸リチウム(LiCoO2)であり、正極活物質層の膜厚は0.45μmとした。さらに、正極活物質層が形成された試験片を、600℃で熱処理するアニール処理を実施した。 The simulants were manufactured by the following method. First, a steel foil was cut out to prepare a test piece. A positive electrode conductor layer was formed on the surface of the test piece by sputtering using a DC sputtering device. At this time, the target material was Pt, and sputtering was performed without heating under an Ar atmosphere so that the film thickness was 1.0 μm. On the test piece, a positive electrode conductor layer was formed by sputtering using an RF sputtering device to form a positive electrode active material layer. The active material of the positive electrode active material layer was lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), and the film thickness of the positive electrode active material layer was 0.45 μm. Furthermore, the test piece on which the positive electrode active material layer was formed was subjected to an annealing treatment in which the test piece was heat-treated at 600° C.

アニール処理が実施された試験片のうち、正極活物質層の上に、RFスパッタ方式の装置を用いたスパッタリングを実施して、固体電解質層を形成した。固体電解質層の電解質はリン酸リチウムオキシナイトライド(Li3PON4)であり、固体電解質層の膜厚は1.4μmとした。試験片のうち、形成された固体電解質層の上に、DCスパッタ方式の装置を用いたスパッタリングを実施して、負極集電体層を形成した。負極集電体層の導電性物質は銅(Cu)であり、負極集電体層の膜厚は1.0μmとした。試験片のうち、形成された負極集電体層の上に、RFスパッタ方式の装置を用いたスパッタリングを実施して、保護層を形成した。保護層は二酸化ケイ素(SiO2)を主成分とし、保護層の膜厚は0.05~1.0μmとした。以上のとおりに作製された模擬品を用いて、各試験番号のサイクル特性を評価した。 Of the test pieces that had been annealed, a solid electrolyte layer was formed on the positive electrode active material layer by sputtering using an RF sputtering device. The electrolyte of the solid electrolyte layer was lithium oxynitride phosphate (Li 3 PON 4 ), and the thickness of the solid electrolyte layer was 1.4 μm. Of the test pieces, a negative electrode current collector layer was formed on the formed solid electrolyte layer by sputtering using a DC sputtering device. The conductive material of the negative electrode current collector layer was copper (Cu), and the thickness of the negative electrode current collector layer was 1.0 μm. Of the test pieces, a protective layer was formed on the formed negative electrode current collector layer by sputtering using an RF sputtering device. The protective layer was mainly composed of silicon dioxide (SiO 2 ), and the thickness of the protective layer was 0.05 to 1.0 μm. Using the simulants prepared as described above, the cycle characteristics of each test number were evaluated.

具体的に、各試験番号の模擬品に対してレストポテンシャルから4.2Vになるまで、Cレートで0.1Cの定電流充電を実施した。その後、4.2Vの定電圧充電を20時間実施した。以上の方法で充電された模擬品に対して、3.0Vになるまで、Cレートで0.1Cの定電流放電を実施した。なお、本実施例では、この定電流放電による放電容量を、初回放電容量Qd1(mAh)と定義した。 Specifically, the simulated products of each test number were charged at a constant current of 0.1 C at rate C from the rest potential until the voltage reached 4.2 V. Then, a constant voltage charge of 4.2 V was performed for 20 hours. The simulated products charged in the above manner were discharged at a constant current of 0.1 C at rate C until the voltage reached 3.0 V. In this example, the discharge capacity from this constant current discharge was defined as the initial discharge capacity Qd1 (mAh).

ここで、本実施例において、4.2Vになるまで実施する0.1Cの定電流充電、20時間実施する4.2Vでの定電圧充電、及び、3.0Vになるまで実施する0.1Cの定電流放電を、1サイクルとした。初回放電容量Qd1(mAh)を測定した模擬品に対して、さらに9サイクルの充放電を実施した。本実施例では、初回放電容量Qd1(mAh)を1サイクル目としたとき、10サイクル目の定電流放電による放電容量を、10サイクル目の放電容量Qd10(mAh)と定義した。本実施例ではさらに、容量維持率を、次の式(1)で定義した。
容量維持率(%)=100×Qd10/Qd1 (1)
Here, in this embodiment, a constant current charge of 0.1C until the battery voltage reaches 4.2V, a constant voltage charge at 4.2V for 20 hours, and a constant current discharge of 0.1C until the battery voltage reaches 3.0V were defined as one cycle. Nine cycles of charge and discharge were further performed on the simulated product for which the initial discharge capacity Qd1 (mAh) was measured. In this embodiment, when the initial discharge capacity Qd1 (mAh) was defined as the first cycle, the discharge capacity by the constant current discharge in the 10th cycle was defined as the discharge capacity Qd10 (mAh) in the 10th cycle. In this embodiment, the capacity retention rate was further defined by the following formula (1).
Capacity maintenance rate (%) = 100 x Qd10/Qd1 (1)

本実施例ではさらに、得られた各試験番号の容量維持率(%)について、相対値を用いて評価した。具体的に、試験番号14の容量維持率(%)を基準値として、各試験番号の容量維持率(%)を相対評価した。各試験番号の集電体用鋼箔について、容量維持率が基準値より大きい場合、優れたサイクル特性を有すると判断した(表1中「E(Excellent)」と表記)。一方、各試験番号の集電体用鋼箔について、容量維持率が基準値と同程度の場合、優れたサイクル特性を有さないと判断した(表1中「NA1(Not Acceptable 1)」と表記)。さらに、各試験番号の集電体用鋼箔について、容量維持率が基準値より小さい場合も、優れたサイクル特性を有さないと判断した(表1中「NA2(Not Acceptable 2)」と表記)。 In this example, the capacity retention rate (%) of each test number was evaluated using a relative value. Specifically, the capacity retention rate (%) of test number 14 was used as the reference value, and the capacity retention rate (%) of each test number was evaluated relative to it. For the collector steel foil of each test number, if the capacity retention rate was greater than the reference value, it was determined to have excellent cycle characteristics (represented as "E (Excellent)" in Table 1). On the other hand, for the collector steel foil of each test number, if the capacity retention rate was similar to the reference value, it was determined to not have excellent cycle characteristics (represented as "NA1 (Not Acceptable 1)" in Table 1). Furthermore, for the collector steel foil of each test number, if the capacity retention rate was smaller than the reference value, it was determined to not have excellent cycle characteristics (represented as "NA2 (Not Acceptable 2)" in Table 1).

[評価結果]
試験番号1~9の集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが0.40~0.52°を満たしていた。これらの集電体用鋼箔はさらに、圧延方向(方向1)の算術平均粗さRa1と幅方向(方向2)の算術平均粗さRa2とがいずれも、0.03~0.30μmを満たしていた。その結果、座屈評価試験において、座屈が生じにくいと判断された。その結果さらに、屈曲評価試験において、反り量が5mm以下となり、屈曲が生じにくいと判断された。その結果さらに、サイクル特性評価試験において、容量維持率が基準値より大きくなり、優れたサイクル特性を有すると判断された。すなわち、これらの集電体用鋼箔は、活物質層を形成した後、活物質を結晶化させる程度の高温での熱処理によって、座屈や屈曲が生じにくく、さらに、全固体二次電池とした場合に優れたサイクル特性を有していた。
[Evaluation Results]
The current collector steel foils of test numbers 1 to 9 had a half-width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil of 0.40 to 0.52°. Furthermore, the arithmetic mean roughness Ra1 in the rolling direction (direction 1) and the arithmetic mean roughness Ra2 in the width direction (direction 2) of these current collector steel foils both satisfied 0.03 to 0.30 μm. As a result, in the buckling evaluation test, it was determined that buckling was unlikely to occur. As a result, in the bending evaluation test, the warpage was 5 mm or less, and it was determined that bending was unlikely to occur. As a result, in the cycle characteristic evaluation test, the capacity retention rate was greater than the reference value, and it was determined that the current collector steel foils had excellent cycle characteristics. That is, after forming the active material layer, these current collector steel foils were unlikely to buckle or bend when heat-treated at a high temperature to crystallize the active material, and further, when used in an all-solid-state secondary battery, they had excellent cycle characteristics.

試験番号1~8の集電体用鋼箔はさらに、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが0.45~0.52°を満たしていた。その結果、屈曲評価試験において、反り量が3mm以下となり、非常に屈曲が生じにくいと判断された。 The collector steel foils of test numbers 1 to 8 also had a half-width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil of 0.45 to 0.52°. As a result, in the bending evaluation test, the amount of warping was 3 mm or less, and it was determined that bending was very unlikely to occur.

一方、試験番号10及び11の集電体用鋼箔は、圧延ロールの表面粗さが小さすぎた。その結果、これらの集電体用鋼箔は、方向1の算術平均粗さRa1が0.03μm未満であった。その結果、サイクル特性評価試験において、容量維持率が基準値と同程度となり、優れたサイクル特性を有さないと判断された。 On the other hand, the surface roughness of the rolling rolls of the collector steel foils of test numbers 10 and 11 was too small. As a result, the arithmetic mean roughness Ra1 in direction 1 of these collector steel foils was less than 0.03 μm. As a result, in the cycle characteristic evaluation test, the capacity retention rate was about the same as the reference value, and it was determined that the foils did not have excellent cycle characteristics.

試験番号12及び13の集電体用鋼箔は、圧延ロールの表面粗さが大きすぎた。その結果、この集電体用鋼箔は、方向2の算術平均粗さRa2が0.30μmを超えた。その結果、サイクル特性評価試験において、容量維持率が基準値より小さくなり、優れたサイクル特性を有さないと判断された。 The steel foils for current collectors of test numbers 12 and 13 had too large surface roughness of the rolling rolls. As a result, the arithmetic mean roughness Ra2 of these steel foils for current collectors in direction 2 exceeded 0.30 μm. As a result, in the cycle characteristic evaluation test, the capacity retention rate was smaller than the reference value, and it was determined that the foils did not have excellent cycle characteristics.

試験番号14の集電体用鋼箔は、圧延ロールの表面粗さが小さすぎた。その結果、これらの集電体用鋼箔は、方向1の算術平均粗さRa1が0.03μm未満であり、方向2の算術平均粗さRa2が0.03μm未満であった。なお、サイクル特性評価試験において、この集電体用鋼箔は基準値としており、基準値と同程度の容量維持率では、優れたサイクル特性を有さないと判断した。 The surface roughness of the rolling roll of the collector steel foil of test number 14 was too small. As a result, the arithmetic mean roughness Ra1 in direction 1 of these collector steel foils was less than 0.03 μm, and the arithmetic mean roughness Ra2 in direction 2 of these collector steel foils was less than 0.03 μm. In the cycle characteristic evaluation test, this collector steel foil was used as the reference value, and it was determined that a capacity retention rate equivalent to the reference value did not have excellent cycle characteristics.

試験番号15の集電体用鋼箔は、熱処理工程の熱処理温度が高すぎた。その結果、この集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが0.40°未満であった。その結果、屈曲評価試験において、反り量が5mmを超え、屈曲が生じやすいと判断された。 The heat treatment temperature in the heat treatment process for the collector steel foil of test number 15 was too high. As a result, the half-value width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil for this collector steel foil was less than 0.40°. As a result, in the bending evaluation test, the amount of warping exceeded 5 mm, and it was determined that bending was likely to occur.

試験番号16の集電体用鋼箔は、熱処理工程の前に、ブライトアニーリングが実施されていた。さらに、熱処理工程が実施されなかった。その結果、この集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが0.40°未満であった。その結果、屈曲評価試験において、反り量が5mmを超え、屈曲が生じやすいと判断された。 The collector steel foil of test number 16 was bright annealed before the heat treatment process. Furthermore, no heat treatment process was performed. As a result, the half-width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil of this collector steel foil was less than 0.40°. As a result, in the bending evaluation test, the amount of warping exceeded 5 mm, and it was determined that bending was likely to occur.

試験番号17の集電体用鋼箔は、熱処理工程の前に、ブライトアニーリングが実施されていた。その結果、この集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが0.40°未満であった。その結果、屈曲評価試験において、反り量が5mmを超え、屈曲が生じやすいと判断された。 The collector steel foil of test number 17 was bright annealed before the heat treatment process. As a result, the half-value width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil for this collector steel foil was less than 0.40°. As a result, in the bending evaluation test, the amount of warping exceeded 5 mm, and it was determined that bending was likely to occur.

試験番号18及び19の集電体用鋼箔は、熱処理工程が実施されなかった。その結果、これらの集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが0.52°を超えた。その結果、座屈評価試験において、座屈が生じやすいと判断された。 The collector steel foils of test numbers 18 and 19 were not subjected to a heat treatment process. As a result, the half-value width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil of these collector steel foils exceeded 0.52°. As a result, it was determined that buckling was likely to occur in the buckling evaluation test.

試験番号20の集電体用鋼箔は、熱処理工程の熱処理温度が低すぎた。その結果、この集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが0.52°を超えた。その結果、座屈評価試験において、座屈が生じやすいと判断された。 The heat treatment temperature in the heat treatment process for the collector steel foil of test number 20 was too low. As a result, the half-value width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil for this collector steel foil exceeded 0.52°. As a result, it was determined that buckling was likely to occur in the buckling evaluation test.

試験番号21の集電体用鋼箔は、圧延ロールの表面粗さが小さすぎた。さらに、最終冷間圧延工程の圧下率が低すぎた。その結果、この集電体用鋼箔は、フェライト系ステンレス鋼箔の{110}面の半値幅Fwが0.52°を超えた。その結果、座屈評価試験において、座屈が生じやすいと判断された。 The surface roughness of the rolling rolls of the current collector steel foil of test number 21 was too small. Furthermore, the reduction ratio in the final cold rolling process was too low. As a result, the half-width Fw of the {110} plane of the ferritic stainless steel foil of this current collector steel foil exceeded 0.52°. As a result, it was determined in the buckling evaluation test that buckling was likely to occur.

以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
The embodiments of the present disclosure have been described above. However, the above-described embodiments are merely examples for implementing the present disclosure. Therefore, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiments without departing from the spirit of the present disclosure.

Claims (5)

二次電池の電極に用いられる集電体用鋼箔であって、
フェライト系ステンレス鋼箔を備え、
前記フェライト系ステンレス鋼箔は、CoKα線によるX線回折プロファイルにおいて、{110}面のピークの半値幅Fwが0.40~0.52°であり、
前記フェライト系ステンレス鋼箔の表面において、
任意の方向における算術平均粗さをRa1と定義し、
前記任意の方向と垂直な方向における算術平均粗さをRa2と定義したとき、
前記Ra1と前記Ra2とがいずれも0.03~0.30μmである、
集電体用鋼箔。
A steel foil for a collector used in an electrode of a secondary battery ,
The device is provided with ferritic stainless steel foil,
In the ferritic stainless steel foil, in an X-ray diffraction profile using CoKα radiation, the half-value width Fw of the peak of the {110} plane is 0.40 to 0.52°,
On the surface of the ferritic stainless steel foil,
The arithmetic mean roughness in any direction is defined as Ra1,
When the arithmetic average roughness in a direction perpendicular to the arbitrary direction is defined as Ra2,
The Ra1 and Ra2 are both 0.03 to 0.30 μm;
Steel foil for current collectors.
請求項1に記載の集電体用鋼箔であって、
前記フェライト系ステンレス鋼箔の厚さは5~60μmである、
集電体用鋼箔。
The steel foil for a current collector according to claim 1,
The thickness of the ferritic stainless steel foil is 5 to 60 μm.
Steel foil for current collectors.
請求項1に記載の集電体用鋼箔であって、
前記フェライト系ステンレス鋼箔の表面上に、樹脂被膜が形成されている、
集電体用鋼箔。
The steel foil for a current collector according to claim 1,
A resin coating is formed on the surface of the ferritic stainless steel foil.
Steel foil for current collectors.
請求項2に記載の集電体用鋼箔であって、
前記フェライト系ステンレス鋼箔の表面上に、樹脂被膜が形成されている、
集電体用鋼箔。
The steel foil for a current collector according to claim 2,
A resin coating is formed on the surface of the ferritic stainless steel foil.
Steel foil for current collectors.
請求項1~4のいずれか1項に記載の集電体用鋼箔と、
活物質層と、
固体電解質層と、
集電体層と、を備える、
全固体二次電池。
The steel foil for a current collector according to any one of claims 1 to 4,
An active material layer;
A solid electrolyte layer;
A current collector layer.
All-solid-state secondary battery.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003178766A (en) 2001-12-11 2003-06-27 Hitachi Maxell Ltd Non-aqueous electrolyte battery
JP2005126808A (en) 2003-10-03 2005-05-19 Nisshin Steel Co Ltd HIGH Cr STEEL SHEET FOR ENERGIZING COMPONENT HAVING IMPROVED ELECTRICAL CONDUCTIVITY AND SPRING PROPERTY
WO2005101551A1 (en) 2004-04-12 2005-10-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Substrate containing metal oxide and method for production thereof
JP2007138197A (en) 2005-11-15 2007-06-07 Tdk Corp Method for heat-treating soft magnetic metal powder
JP2012138571A (en) 2010-12-10 2012-07-19 Jfe Steel Corp Steel foil for solar cell substrate, method for manufacturing the same, solar cell substrate, solar cell, and method for manufacturing solar cell
JP2014183254A (en) 2013-03-21 2014-09-29 Jfe Steel Corp Ferrite-based stainless foil for solar battery substrate use
JP2021011620A (en) 2019-07-09 2021-02-04 Jfeスチール株式会社 Ferritic stainless steel sheet for collectors of sulfide-based solid-state batteries
JP2021012839A (en) 2019-07-09 2021-02-04 Jfeスチール株式会社 Ferritic stainless steel sheet for current collector of sulfide-based solid-state battery and manufacturing method thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003178766A (en) 2001-12-11 2003-06-27 Hitachi Maxell Ltd Non-aqueous electrolyte battery
JP2005126808A (en) 2003-10-03 2005-05-19 Nisshin Steel Co Ltd HIGH Cr STEEL SHEET FOR ENERGIZING COMPONENT HAVING IMPROVED ELECTRICAL CONDUCTIVITY AND SPRING PROPERTY
WO2005101551A1 (en) 2004-04-12 2005-10-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Substrate containing metal oxide and method for production thereof
JP2007138197A (en) 2005-11-15 2007-06-07 Tdk Corp Method for heat-treating soft magnetic metal powder
JP2012138571A (en) 2010-12-10 2012-07-19 Jfe Steel Corp Steel foil for solar cell substrate, method for manufacturing the same, solar cell substrate, solar cell, and method for manufacturing solar cell
JP2014183254A (en) 2013-03-21 2014-09-29 Jfe Steel Corp Ferrite-based stainless foil for solar battery substrate use
JP2021011620A (en) 2019-07-09 2021-02-04 Jfeスチール株式会社 Ferritic stainless steel sheet for collectors of sulfide-based solid-state batteries
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