JP7813740B2 - Nickel powder manufacturing method and its use - Google Patents
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Description
ここに開示される技術は、ニッケル粉末の製造方法およびその利用に関する。 The technology disclosed herein relates to a method for producing nickel powder and its use.
積層セラミックコンデンサ(MLCC)などの電子部品の電極は、例えば、ニッケル粉末を含む電極ペーストを焼成することで形成される。このニッケル粉末中のNi粒子の表面には、ニッケル単体(Ni)以外に、酸化ニッケル(NiO)や水酸化ニッケル(Ni(OH)2)などが存在している。このNi粒子の表面状態は、電極ペーストを焼成する際の収縮量や、電極ペースト内の分散性などに影響を与える要素である。このため、近年では、ニッケル粉末中のNi粒子の表面状態を制御する技術が提案されている。 Electrodes for electronic components such as multilayer ceramic capacitors (MLCCs) are formed, for example, by firing an electrode paste containing nickel powder. In addition to elemental nickel (Ni), nickel oxide (NiO) and nickel hydroxide (Ni(OH) 2 ) are present on the surfaces of Ni particles in this nickel powder. The surface condition of these Ni particles is a factor that affects the amount of shrinkage during firing of the electrode paste and the dispersibility within the electrode paste. For this reason, techniques for controlling the surface condition of Ni particles in nickel powder have been proposed in recent years.
例えば、特許文献1には、ニッケル粉体を窒素含有化合物(一級アルキルアミン、脂肪族アミド)で処理する技術が開示されている。これによって、粒子表面のNi含有成分(Ni単体、Ni(OH)2、NiO)に対するNi単体の比率が50%以上に増加する。このようなNi単体の割合が高いニッケル粉体は、焼成中の熱収縮量が少なくなる。この結果、基材と電極との熱収縮量の差に起因する構造的欠陥(クラック等)を抑制できるとされている。また、特許文献2に記載のNi粒子は、粒子表面の組成が、Ni:3~22mol%、Ni(OH)2:64~85mol%、NiO:0~14mol%に制御されている。特許文献2には、上記構成のNi粒子によると、Ni粉末と共材との分散状態を改善できると記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique for treating nickel powder with a nitrogen-containing compound (primary alkylamine, aliphatic amide). This increases the ratio of elemental Ni to Ni-containing components (elemental Ni, Ni(OH) 2 , NiO) on the particle surface to 50% or more. Nickel powder with a high ratio of elemental Ni exhibits a reduced amount of thermal shrinkage during firing. As a result, it is believed that structural defects (cracks, etc.) caused by the difference in the amount of thermal shrinkage between the substrate and the electrode can be suppressed. Furthermore, Patent Document 2 discloses Ni particles in which the particle surface composition is controlled to Ni: 3-22 mol%, Ni(OH) 2 : 64-85 mol%, and NiO: 0-14 mol%. Patent Document 2 also discloses that Ni particles with the above configuration can improve the dispersion state of the Ni powder and the co-material.
ところで、近年では、電極形成用のニッケル粉末の微小化が試みられている。例えば、平均粒子径が100nm以下のNi粒子を含む電極ペーストを用いると、焼成後の電極の膜厚が大幅に薄くなるため、電子部品の小型化に大きく貢献できる。しかしながら、平均粒子径が100nm以下のNi粒子は、表面積が大きいため、電極ペースト内での分散性が低くなる傾向がある。そして、凝集によって粗大な二次粒子が生じると、焼成後の電極の表面平滑性が低下する可能性がある。ここに開示される技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、平均粒子径が100nm以下のNi粒子を含むニッケル粉末の分散性を向上することを目的とする。 In recent years, attempts have been made to miniaturize nickel powder used to form electrodes. For example, using an electrode paste containing Ni particles with an average particle size of 100 nm or less significantly reduces the thickness of the electrode after firing, which can greatly contribute to the miniaturization of electronic components. However, Ni particles with an average particle size of 100 nm or less have a large surface area, which tends to result in poor dispersibility within the electrode paste. Furthermore, if coarse secondary particles are generated by aggregation, the surface smoothness of the electrode after firing may be reduced. The technology disclosed herein was developed in light of these circumstances, and aims to improve the dispersibility of nickel powder containing Ni particles with an average particle size of 100 nm or less.
上記課題を解決するために、ここに開示される技術によって、以下の構成のニッケル粉末の製造方法(以下、単に「製造方法」ともいう。)が提供される。 To solve the above problems, the technology disclosed herein provides a method for producing nickel powder (hereinafter simply referred to as the "production method") having the following configuration.
ここに開示される製造方法は、FE-SEM観察に基づいた平均粒子径が100nm以下であるNi粒子が有機溶媒に分散したNiスラリーを準備する準備工程と、酸化ガスまたは還元ガスをNiスラリーに供給しながら加熱するバブリング処理を実施することによって、Ni粒子の表面におけるNi(OH)2を低減する水酸化Ni低減工程とを含む。 The manufacturing method disclosed herein includes a preparation step of preparing a Ni slurry in which Ni particles having an average particle size of 100 nm or less based on FE-SEM observation are dispersed in an organic solvent, and a Ni hydroxide reduction step of reducing Ni(OH) 2 on the surfaces of the Ni particles by carrying out a bubbling treatment in which an oxidizing gas or a reducing gas is supplied to the Ni slurry while heating it.
本発明者は、上述の課題を解決するための検討を重ね、粒子表面のNi(OH)2量が多いNi粒子は、多くの親水基(OH基)を有しているため、分散媒やバインダなどの有機成分を多く含む電極ペーストに分散しにくいと考えた。そして、本発明者は、上記知見に基づいてNi粒子表面のNi(OH)2量を低減させる手段を検討した結果、酸化ガスまたは還元ガスを供給しながら加熱するバブリング処理を発見するに至った。具体的には、酸化ガスを用いたバブリング処理を実施すると、粒子表面のNi(OH)2が酸化されてNiOが生成される。一方、還元ガスを用いたバブリング処理を実施すると、粒子表面のNi(OH)2が還元されてNiが生成される。これらのバブリング処理によって、Ni粒子表面のNi(OH)2量を低減すれば、電極ペーストに対するNi粒子の分散性を向上できる。 The present inventors conducted extensive research to solve the above-mentioned problems and concluded that Ni particles with a high amount of Ni(OH) 2 on their particle surfaces have many hydrophilic groups (OH groups) and are therefore difficult to disperse in electrode pastes containing large amounts of organic components such as dispersion media and binders. Based on this knowledge, the present inventors investigated means for reducing the amount of Ni(OH) 2 on Ni particle surfaces and discovered a bubbling treatment in which heating is performed while supplying an oxidizing or reducing gas. Specifically, when a bubbling treatment is performed using an oxidizing gas, the Ni(OH) 2 on the particle surfaces is oxidized to produce NiO. On the other hand, when a bubbling treatment is performed using a reducing gas, the Ni(OH) 2 on the particle surfaces is reduced to produce Ni. Reducing the amount of Ni(OH) 2 on Ni particle surfaces through these bubbling treatments can improve the dispersibility of Ni particles in electrode pastes.
ここに開示される製造方法の一態様では、準備工程において、CV値が0.2以下のNi粒子を用いる。粒子径のCV値が少ないNi粒子を用いることによって、膜厚が薄く、かつ、表面が平滑な電極の形成に貢献できる。 In one aspect of the manufacturing method disclosed herein, Ni particles with a CV value of 0.2 or less are used in the preparation process. Using Ni particles with a small CV value of particle size contributes to the formation of an electrode with a thin film thickness and a smooth surface.
ここに開示される製造方法の一態様では、水酸化Ni低減工程におけるバブリング時間が5分以上である。これによって、Ni粒子の表面のNi(OH)2量をより好適に低減できる。 In one embodiment of the production method disclosed herein, the bubbling time in the Ni hydroxide reduction step is 5 minutes or longer, which allows the amount of Ni(OH) 2 on the surfaces of the Ni particles to be more suitably reduced.
ここに開示される製造方法の一態様では、酸化ガスは、酸素、オゾンから選択される一種を含む。これらを含む酸化ガスを用いることによって、粒子表面のNi(OH)2量をより好適に低減できる。 In one embodiment of the production method disclosed herein, the oxidizing gas contains one selected from oxygen and ozone. By using an oxidizing gas containing these, the amount of Ni(OH) 2 on the particle surface can be more suitably reduced.
ここに開示される製造方法の一態様では、還元ガスは、水素、一酸化炭素から選択される一種を含む。これらを含む還元ガスを用いることによって、粒子表面のNi(OH)2量をより好適に低減できる。 In one embodiment of the production method disclosed herein, the reducing gas contains one selected from hydrogen and carbon monoxide. By using a reducing gas containing these, the amount of Ni(OH) 2 on the particle surface can be more suitably reduced.
ここに開示される製造方法の一態様では、Ni粒子は、コア粒子と、当該コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆するシェルとを備えたコアシェル粒子であり、シェルにニッケル元素が含まれている。これによって、粒子径を小さい状態に維持しつつ、多量の粒子を生成できる。 In one aspect of the manufacturing method disclosed herein, the Ni particles are core-shell particles comprising a core particle and a shell that covers at least a portion of the surface of the core particle, and the shell contains elemental nickel. This allows for the production of a large amount of particles while maintaining a small particle diameter.
また、ここに開示される技術の他の側面として、Ni粒子を主体とするニッケル粉末が提供される。かかるニッケル粉末のNi粒子は、FE-SEM観察に基づいた平均粒子径が100nm以下であり、X線光電子分光法により測定されるNi粒子の光電子スペクトルにおいて、Ni2p軌道を示す領域におけるNiとNiOとNi(OH)2の合計ピーク面積に対する、Ni(OH)2のピーク面積の比率が60%以下である。 Another aspect of the technology disclosed herein provides a nickel powder primarily composed of Ni particles, wherein the Ni particles of the nickel powder have an average particle size of 100 nm or less based on FE-SEM observation, and in a photoelectron spectrum of the Ni particles measured by X-ray photoelectron spectroscopy, the ratio of the peak area of Ni(OH) 2 to the total peak area of Ni, NiO, and Ni(OH) 2 in the region showing the Ni 2p orbital is 60% or less.
上述の通り、ここに開示される製造方法によると、粒子表面のNi(OH)2量が低減したNi粒子を生成できる。このNi粒子は、粒子表面に対するXPS解析において、ニッケル含有物(Ni、NiO、Ni(OH)2)の合計ピーク面積に対するNi(OH)2のピーク面積の比率が60%以下に低下する。かかるNi粒子は、電極ペースト内での分散性に優れている。 As described above, the manufacturing method disclosed herein can produce Ni particles with a reduced amount of Ni(OH) 2 on the particle surface. In XPS analysis of the particle surface of these Ni particles, the ratio of the Ni(OH) 2 peak area to the total peak area of nickel-containing substances (Ni, NiO, Ni(OH) 2 ) is reduced to 60% or less. These Ni particles have excellent dispersibility in electrode paste.
ここに開示されるニッケル粉末の一態様では、Ni粒子は、合計ピーク面積に対するNiのピーク面積の比率が10%以上40%以下であり、かつ、合計ピーク面積に対するNiOのピーク面積の比率が10%以上50%以下である。上述のように、水酸化Ni低減工程においてNi粒子表面のNi(OH)2を酸化すると、粒子表面のNiO量が増大したNi粒子が生成される。 In one embodiment of the nickel powder disclosed herein, the Ni particles have a Ni peak area ratio of 10% to 40% relative to the total peak area, and a NiO peak area ratio of 10% to 50% relative to the total peak area. As described above, when Ni(OH) 2 on the Ni particle surface is oxidized in the Ni hydroxide reduction step, Ni particles with an increased amount of NiO on the particle surface are produced.
ここに開示されるニッケル粉末の一態様では、Ni粒子は、合計ピーク面積に対するNiのピーク面積の比率が40%以上70%以下であり、かつ、合計ピーク面積に対するNiOのピーク面積の比率が1%以上10%以下である。上述のように、水酸化Ni低減工程においてNi粒子表面のNi(OH)2を還元すると、粒子表面のNi量が増大したNi粒子が生成される。 In one embodiment of the nickel powder disclosed herein, the Ni particles have a Ni peak area ratio of 40% to 70% of the total peak area, and a NiO peak area ratio of 1% to 10% of the total peak area. As described above, when Ni(OH) 2 on the Ni particle surface is reduced in the Ni hydroxide reduction step, Ni particles with an increased amount of Ni on the particle surface are produced.
また、ここに開示される技術の他の側面として、電極ペーストが提供される。ここに開示される電極ペーストは、上記構成のニッケル粉末と、ニッケル粉末を分散させる分散媒とを含む。この電極ペーストには、Ni粒子表面のNi(OH)2量が低減されたNi粒子が含まれている。かかるNi粒子は、電極ペースト中で好適に分散する。これによって、膜厚が薄く、かつ、表面平滑性に優れた電極を容易に形成できる。 Another aspect of the technology disclosed herein provides an electrode paste. The electrode paste disclosed herein includes the nickel powder having the above-described configuration and a dispersion medium for dispersing the nickel powder. This electrode paste contains Ni particles with a reduced amount of Ni(OH) 2 on the Ni particle surface. These Ni particles are suitably dispersed in the electrode paste. This allows for the easy formation of an electrode with a thin film thickness and excellent surface smoothness.
以下、ここに開示される技術の好適な実施形態について説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、ここに開示される技術の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。ここに開示される技術は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の説明は、ここで開示される技術を特定の実施形態に限定することを意図したものではない。なお、本明細書および特許請求の範囲において、所定の数値範囲をA~B(A、Bは任意の数値)と記すときは、「A以上B以下」の意味である。したがって、「A超B未満」を包含する。 The following describes preferred embodiments of the technology disclosed herein. Matters other than those specifically mentioned in this specification that are necessary for implementing the technology disclosed herein can be understood as design matters for a person skilled in the art based on the prior art in the relevant field. The technology disclosed herein can be implemented based on the content disclosed in this specification and common technical knowledge in the relevant field. The following explanation is not intended to limit the technology disclosed herein to specific embodiments. In this specification and claims, when a specific numerical range is expressed as A to B (A and B are arbitrary numbers), this means "greater than A and less than B." Therefore, it also encompasses "greater than A but less than B."
1.ニッケル粒子の製造方法
以下、本実施形態に係るニッケル粒子の製造方法について説明する。図1は、本実施形態に係るニッケル粒子の製造方法を示すフロー図である。図1に示すように、本実施形態に係る製造方法は、準備工程S10と、水酸化Ni低減工程S20とを含む。さらに、本実施形態に係る製造方法では、水酸化Ni低減工程S20を実施した後に分離工程S30を実施する。以下、各工程について説明する。
1. Method for Producing Nickel Particles Hereinafter, a method for producing nickel particles according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a flow diagram showing a method for producing nickel particles according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the production method according to this embodiment includes a preparation step S10 and a Ni hydroxide reduction step S20. Furthermore, in the production method according to this embodiment, a separation step S30 is carried out after the Ni hydroxide reduction step S20 is carried out. Each step will be described below.
(1)準備工程S10
準備工程S10では、有機溶媒にNi粒子が分散したNiスラリーを準備する。例えば、Niスラリーは、有機溶媒にNi粒子を添加して分散処理を行うことで調製できる。また、Ni粒子は、例えば、有機溶媒にNi塩を添加してNi錯体を生成した後に、加熱処理でNi粒子を析出させる熱分解法で生成される。この熱分解法を行うと、有機溶媒中にNi粒子が分散された状態となるため、そのままNiスラリーとして使用することもできる。なお、ここに開示される技術における準備工程S10は、Niスラリーを自ら調製することを必須とするものではなく、市販のNiスラリーを購入等してもよい。すなわち、準備工程S10の詳細な手順は、ここに開示される技術を限定するものではなく、従来公知の手段を特に制限なく採用できる。
(1) Preparation step S10
In the preparation step S10, a Ni slurry in which Ni particles are dispersed in an organic solvent is prepared. For example, the Ni slurry can be prepared by adding Ni particles to an organic solvent and performing a dispersion process. Alternatively, the Ni particles can be generated by, for example, a thermal decomposition method in which a Ni salt is added to an organic solvent to generate a Ni complex, followed by a heat treatment to precipitate the Ni particles. This thermal decomposition method results in Ni particles dispersed in the organic solvent, which can then be used as a Ni slurry as is. Note that the preparation step S10 in the technology disclosed herein does not necessarily require the Ni slurry to be prepared by hand; a commercially available Ni slurry may be purchased, for example. In other words, the detailed procedure of the preparation step S10 does not limit the technology disclosed herein, and conventionally known means can be employed without particular limitation.
次に、本実施形態に係る製造方法で用いられ得るNiスラリーの原料を説明する。 Next, we will explain the raw materials for the Ni slurry that can be used in the manufacturing method of this embodiment.
(a)Ni粒子
ニッケル粒子(Ni粒子)は、焼成後の電極の主成分を構成する材料である。かかるNi粒子を焼成することによって高性能(低抵抗)の導電部材を安価に形成できる。このため、Ni粒子は、MLCC等の電子部品の電極材料として好適である。なお、本明細書における「Ni粒子」は、粒子表層の主要元素がNiである粒子のことをいう。すなわち、本明細書における「Ni粒子」は、粒子全体がNiで構成された粒子(Ni単体粒子)だけでなく、Ni合金粒子、コアシェル粒子などを包含する概念である。なお、上述した「粒子表層の主要元素がNiである」とは、XPSを用いた元素分析において、粒子表層(粒子表面から10nmの厚みの領域)で最も多く確認される金属元素がNiであることを意味する。具体的には、本明細書における「Ni粒子」は、粒子表層を構成する金属元素の総数を100モル%としたとき、50モル%以上(好適には60モル%以上、より好適には70モル%以上、さらに好適には80モル%以上、特に好適には90モル%以上)がNi元素である粒子のことをいう。なお、Ni粒子に含まれ得るNi以外の金属元素としては、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、パラジウム(pd)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)などが挙げられる。
(a) Ni Particles Nickel particles (Ni particles) are a material that constitutes the main component of electrodes after firing. By firing these Ni particles, high-performance (low-resistance) conductive materials can be formed inexpensively. For this reason, Ni particles are suitable as an electrode material for electronic components such as MLCCs. In this specification, "Ni particles" refers to particles in which Ni is the main element in the particle surface layer. That is, the term "Ni particles" in this specification encompasses not only particles composed entirely of Ni (single Ni particles), but also Ni alloy particles, core-shell particles, and the like. The above-mentioned phrase "Ni is the main element in the particle surface layer" means that Ni is the metal element most commonly identified in the particle surface layer (a region 10 nm thick from the particle surface) in elemental analysis using XPS. Specifically, the term "Ni particles" as used herein refers to particles in which, when the total number of metal elements constituting the particle surface layer is taken as 100 mol%, 50 mol% or more (preferably 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, even more preferably 80 mol% or more, and particularly preferably 90 mol% or more) is Ni element. Metal elements other than Ni that can be contained in Ni particles include gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), palladium (pd), copper (Cu), aluminum (Al), zinc (Zn), lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), magnesium (Mg), calcium (Ca), and barium (Ba).
上述した「コアシェル粒子」とは、コア粒子と、当該コア粒子の表面を被覆するシェルとを備えた多層構造の粒子である。Ni粒子としてコアシェル粒子を用いる場合には、Ni元素を含むシェルを形成する。一方、コア粒子の一例として、Cu粒子、Au粒子、Pt粒子、Ag粒子、Pd粒子などが挙げられる。これらのコア粒子の表面にNiシェルを形成することによって、Ni粒子を生成する際の粒径制御が安定化する。従って、この種のコアシェル粒子の生成では、粒子径を小さい状態に維持しつつ、多量の粒子を生成できるため、生産性を向上させることもできる。なお、導電性の低下を抑制しつつ、材料コストが低いNi粒子を得るという観点では、上記コア粒子の中でもCu粒子が好適である。なお、シェルは、コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆していればよく、コア粒子の全体を完全に被覆していなくてもよい。例えば、SEM観察に基づいたNiシェルの平均被覆率が50%以上(より好適には70%以上、さらに好適には80%以上、特に好適には90%以上)であれば、十分な導電性を有するコアシェル粒子(Ni粒子)を得ることができる。なお、Niシェルの平均被覆率の上限値は、100%以下でもよく、99%以下でもよく、95%以下でもよい。 The "core-shell particles" mentioned above are multilayer particles comprising a core particle and a shell covering the surface of the core particle. When core-shell particles are used as Ni particles, a shell containing Ni element is formed. Examples of core particles include Cu particles, Au particles, Pt particles, Ag particles, and Pd particles. Forming a Ni shell on the surface of these core particles stabilizes particle size control during Ni particle production. Therefore, the production of this type of core-shell particle allows for the production of large quantities of particles while maintaining a small particle size, thereby improving productivity. Among the above core particles, Cu particles are preferred from the perspective of obtaining Ni particles with low material costs while suppressing a decrease in conductivity. The shell need not completely cover the entire core particle; it is sufficient that at least a portion of the core particle's surface is covered with the shell. For example, if the average coverage of the Ni shell based on SEM observation is 50% or more (more preferably 70% or more, even more preferably 80% or more, and particularly preferably 90% or more), core-shell particles (Ni particles) with sufficient conductivity can be obtained. The upper limit of the average coverage rate of the Ni shell may be 100% or less, 99% or less, or 95% or less.
ここで、本実施形態では、FE-SEM観察に基づいた平均粒子径が100nm以下のNi粒子を使用する。このような微小なNi粒子を含む電極ペーストは、焼成後の電極の膜厚を薄くできるため、電子部品の小型化に貢献できる。一方で、微小化されたNi粒子は、表面積が増大するため、電極ペースト中で凝集しやすくなる。この結果、粗大な二次粒子が生成されると、薄膜化した電極の表面から粗大粒子が突出して表面平滑性が低下するおそれがある。しかし、本実施形態に係る製造方法によると、電極ペーストに対するNi粒子の分散性を向上できるため、当該Ni粒子の平均粒子径を100nm以下にした場合でも凝集を防止することができる。なお、Ni粒子の平均粒子径は、80nm以下が好ましく、70nm以下がより好ましく、60nm以下が特に好ましい。これによって、さらに膜厚が薄い電極を容易に形成できる。なお、Ni粒子の平均粒子径の下限値は、特に限定されず、1nm以上でもよく、5nm以上でもよく、10nm以上でもよい。なお、本明細書における「FE-SEM観察に基づいた平均粒子径」とは、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM:Field Emmition Scanning Electron Microscope)を用いて撮像したニッケル粉末の画像から抽出した1000個のNi粒子の粒度分布における個数基準の積算50%粒径(D50)である。 In this embodiment, Ni particles with an average particle diameter of 100 nm or less based on FE-SEM observation are used. An electrode paste containing such fine Ni particles can reduce the thickness of the electrode after firing, contributing to the miniaturization of electronic components. On the other hand, the surface area of the fine Ni particles increases, making them more likely to aggregate in the electrode paste. As a result, if coarse secondary particles are generated, the coarse particles may protrude from the surface of the thin electrode, reducing surface smoothness. However, the manufacturing method according to this embodiment can improve the dispersibility of Ni particles in the electrode paste, thereby preventing aggregation even when the average particle diameter of the Ni particles is 100 nm or less. The average particle diameter of the Ni particles is preferably 80 nm or less, more preferably 70 nm or less, and particularly preferably 60 nm or less. This facilitates the formation of thinner electrodes. The lower limit of the average particle diameter of the Ni particles is not particularly limited and may be 1 nm or more, 5 nm or more, or 10 nm or more. In this specification, the term "average particle size based on FE-SEM observation" refers to the cumulative 50% particle size (D 50 ) based on the number in the particle size distribution of 1,000 Ni particles extracted from an image of nickel powder taken using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM).
なお、Ni粒子の形状は、特に限定されず、球形でもよく、非球形でもよい。非球形のNi粒子の一例としては、板状、鱗片状、フレーク状、不定形状等の粒子が挙げられる。なお、球形のNi粒子を使用する場合、当該Ni粒子のアスペクト比は、1.2以下が好ましく、1.15以下がより好ましく、1.1以下が特に好ましい。これによって、電極ペースト中のNi粒子の充填密度が向上しやすくなる。なお、このような球形のNi粒子のアスペクト比の下限値は、1以上である。一方、非球形のNi粒子を使用する場合、Ni粒子のアスペクト比は、1.3以上が好ましく、1.5以上がより好ましく、1.7以上がさらに好ましく、2以上が特に好ましい。このような高アスペクト比のNi粒子を使用すると、電極ペースト内でNi粒子が所定の方向に沿って配向するため、焼成後の電極内で好適な導電経路が形成されやすくなる。一方、粒子生成の容易さなどを考慮すると、非球形の、Ni粒子のアスペクト比の上限値は、5以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下が特に好ましい。また、本実施形態におけるニッケル粉末は、球形粒子と非球形粒子とを混合した混合粉体でもよい。 The shape of the Ni particles is not particularly limited and may be spherical or non-spherical. Examples of non-spherical Ni particles include plate-shaped, scale-shaped, flake-shaped, and irregularly shaped particles. When spherical Ni particles are used, the aspect ratio of the Ni particles is preferably 1.2 or less, more preferably 1.15 or less, and particularly preferably 1.1 or less. This facilitates improving the packing density of the Ni particles in the electrode paste. The lower limit of the aspect ratio of such spherical Ni particles is 1 or more. On the other hand, when non-spherical Ni particles are used, the aspect ratio of the Ni particles is preferably 1.3 or more, more preferably 1.5 or more, even more preferably 1.7 or more, and particularly preferably 2 or more. When Ni particles with such a high aspect ratio are used, the Ni particles are oriented along a predetermined direction in the electrode paste, making it easier to form suitable conductive paths in the fired electrode. On the other hand, taking into consideration the ease of particle production, the upper limit of the aspect ratio of non-spherical Ni particles is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, and particularly preferably 3 or less. Furthermore, the nickel powder in this embodiment may be a mixed powder of spherical particles and non-spherical particles.
また、本工程において熱分解法でNi粒子を生成する場合、Ni供給源としてニッケル塩が用いられる。このニッケル塩としては、ギ酸ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、炭酸ニッケル、カルボン酸ニッケル、水酸化ニッケル、塩化ニッケル等が挙げられる。これらのニッケル塩を有機溶媒に添加すると、ニッケル錯体が生成される。このニッケル錯体を加熱することによってNi粒子を生成できる。また、Niシェルを有するコアシェル粒子を熱分解法で生成する場合、上記ニッケル塩と共に、コア粒子となる金属元素の塩を有機溶媒に添加するとよい。このとき、添加した金属元素の標準電位がNiよりも高いと、当該金属元素が優先的に析出する。これによって、所望の金属元素を含むコア粒子が生成された後に、当該コア粒子の表面にNiシェルを形成できる。このようなコア粒子を生成し得る金属元素の塩としては、ギ酸銅、酢酸銅、塩化銅、硫酸銅、硝酸銅、酢酸銀、硝酸銀、塩化銀、シュウ酸銀、塩化パラジウム、塩化白金酸、塩化金酸などが挙げられる。 Furthermore, when generating Ni particles by thermal decomposition in this process, a nickel salt is used as the Ni source. Examples of nickel salts include nickel formate, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel carbonate, nickel carboxylate, nickel hydroxide, and nickel chloride. Adding these nickel salts to an organic solvent generates a nickel complex. Heating this nickel complex produces Ni particles. When generating core-shell particles with a Ni shell by thermal decomposition, a salt of the metal element that will form the core particles can be added to the organic solvent along with the nickel salt. If the standard potential of the added metal element is higher than that of Ni, the metal element will precipitate preferentially. This allows for the formation of a Ni shell on the surface of the core particles after the core particles containing the desired metal element are generated. Examples of salts of metal elements that can generate such core particles include copper formate, copper acetate, copper chloride, copper sulfate, copper nitrate, silver acetate, silver nitrate, silver chloride, silver oxalate, palladium chloride, chloroplatinic acid, and chloroauric acid.
(b)有機溶媒
本実施形態に係る製造方法では、Ni粒子を分散させる分散媒として有機溶媒を使用する。これによって、Ni粒子の表面に水分が接触し、Ni(OH)2量が増加することを防止できる。なお、有機溶媒は、Ni粒子を分散できるものであれば特に限定されない。この有機溶媒の一例として、エチレングリコール、アルコール類、アミン系化合物、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン等の低極性溶媒が挙げられる。なお、熱分解法でNi粒子を生成する場合には、ニッケル塩を溶解した際にニッケル錯体を生成する有機溶媒を使用することが好ましい。このような有機溶媒としては、n-オクチルアミン、2-エチルヘキシルアミン、n-デシルアミン、n-ドデシルアミン、n-テトラデシルアミン、n-ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミンなどのアミン系化合物が挙げられる。
(b) Organic Solvent In the production method according to this embodiment, an organic solvent is used as a dispersion medium for dispersing Ni particles. This prevents moisture from coming into contact with the surface of the Ni particles, which would otherwise increase the amount of Ni(OH) 2 . The organic solvent is not particularly limited as long as it can disperse Ni particles. Examples of such organic solvents include low-polarity solvents such as ethylene glycol, alcohols, amine compounds, N,N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, and acetone. When producing Ni particles by a thermal decomposition method, it is preferable to use an organic solvent that forms a nickel complex when a nickel salt is dissolved in it. Examples of such organic solvents include amine compounds such as n-octylamine, 2-ethylhexylamine, n-decylamine, n-dodecylamine, n-tetradecylamine, n-hexadecylamine, stearylamine, and oleylamine.
また、本実施形態におけるNiスラリーは、有機溶媒に対するNi粒子の含有量が所定の範囲に調整されていることが好ましい。具体的には、有機溶媒に一定量以上のNi粒子を分散させることによって、後述の水酸化Ni低減工程S20を効率よく実施できる。かかる観点から、有機溶媒の重量(g)を100%としたときのNi粒子の含有量は、0.5%以上が好ましく、1%以上がより好ましく、5%以上が特に好ましい。一方で、Ni粒子の含有量が多くなりすぎると、有機溶媒中でNi粒子が適切に分散されず、水酸化Ni低減工程S20におけるNi(OH)2低減作用が不均一になるおそれがある。かかる観点から、上記Ni粒子の含有量の上限は、30%以下が好ましく、25%以下がより好ましく、20%以下が特に好ましい。 In addition, the Ni slurry in this embodiment preferably has a Ni particle content relative to the organic solvent adjusted to a predetermined range. Specifically, by dispersing a certain amount or more of Ni particles in the organic solvent, the Ni hydroxide reduction step S20, described below, can be carried out efficiently. From this perspective, the Ni particle content, when the weight (g) of the organic solvent is taken as 100%, is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, and particularly preferably 5% or more. On the other hand, if the Ni particle content is too high, the Ni particles may not be properly dispersed in the organic solvent, which may result in non-uniform Ni(OH) 2 reduction in the Ni hydroxide reduction step S20. From this perspective, the upper limit of the Ni particle content is preferably 30% or less, more preferably 25% or less, and particularly preferably 20% or less.
(2)水酸化Ni低減工程S20
本工程では、酸化ガスまたは還元ガスをNiスラリーに供給しながら加熱するバブリング処理を実施する。これによって、Ni粒子の表面のNi(OH)2量を低減できる。これによって、Ni粒子表面における親水基(OH基)が減少するため、有機溶媒やバインダを含む電極ペーストに対する分散性が向上する。この結果、電極ペースト中で凝集し難いNi粒子を含むニッケル粉末を製造することができる。
(2) Ni hydroxide reduction step S20
In this process, a bubbling process is performed in which an oxidizing gas or a reducing gas is supplied to the Ni slurry while heating it. This reduces the amount of Ni(OH) 2 on the surface of the Ni particles. This reduces the hydrophilic groups (OH groups) on the Ni particle surface, improving dispersibility in electrode pastes containing organic solvents and binders. As a result, nickel powder containing Ni particles that are less likely to agglomerate in electrode pastes can be produced.
例えば、本工程で酸化ガスをバブリングすると、Ni粒子表面のNi(OH)2が酸化されてNiOが生成される。これによって、Ni粒子表面における親水基(OH基)が減少する。また、生成されたNiOは、Ni粒子の表面を被覆される。これによって、NiスラリーからNi粒子を分離した後に、大気中の水分によって粒子表面のNi(OH)2量が増加することも抑制できる。なお、酸化ガスは、Ni(OH)2に対する酸化作用を有する従来公知の気体を特に制限なく使用できる。例えば、酸化ガスは、酸素、オゾン等の酸化成分を含んでいるとよい。また、酸化ガスは、副成分として、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性成分を含んでいてもよい。このような不活性成分を含む混合ガスを使用する場合には、上述の酸化成分を20%以上(より好適には50%以上、特に好適には70%以上)含むことが好ましい。すなわち、本実施形態における酸化ガスは、酸素と窒素との混合気体である大気であってもよい。この場合でも、Ni粒子表面を好適に酸化できる。一方、混合ガス中の酸化成分の含有率の上限は、特に限定されず、100%でもよく、90%以下でもよい。 For example, when an oxidizing gas is bubbled in this process, Ni(OH) 2 on the Ni particle surface is oxidized to generate NiO. This reduces the number of hydrophilic groups (OH groups) on the Ni particle surface. Furthermore, the generated NiO coats the Ni particle surface. This also prevents the amount of Ni(OH) 2 on the particle surface from increasing due to moisture in the air after the Ni particles are separated from the Ni slurry. The oxidizing gas can be any conventional gas that has an oxidizing effect on Ni(OH) 2 and is not particularly limited. For example, the oxidizing gas may contain an oxidizing component such as oxygen or ozone. The oxidizing gas may also contain an inert component such as nitrogen, helium, or argon as a secondary component. When using a mixed gas containing such an inert component, it is preferable that the mixed gas contains 20% or more of the above-mentioned oxidizing component (more preferably 50% or more, particularly preferably 70% or more). That is, the oxidizing gas in this embodiment may be air, which is a mixed gas of oxygen and nitrogen. Even in this case, the Ni particle surface can be suitably oxidized. On the other hand, the upper limit of the content of the oxidizing component in the mixed gas is not particularly limited, and may be 100% or 90% or less.
一方、本工程において還元ガスをバブリングすると、Ni粒子表面のNi(OH)2が還元されてNiが生成される。この場合も、Ni粒子表面における親水基(OH基)が減少するため、電極ペーストに対する分散性が向上する。なお、還元ガスは、Ni(OH)2に対する還元作用を有する従来公知の気体を特に制限なく使用できる。例えば、還元ガスは、水素、一酸化炭素等の還元成分を含んでいるとよい。また、上記酸化ガスと同様に、還元ガスも、副成分として、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性成分を含んでいてもよい。このような不活性成分を含む混合ガスを使用する場合には、上述の還元成分を1%以上(より好適には3%以上、特に好適には5%以上)含むことが好ましい。これによって、Ni粒子表面を好適に還元できる。一方、混合ガス中の還元成分の含有率の上限は、特に限定されず、100%でもよく、90%以下でもよい。 On the other hand, when a reducing gas is bubbled in this process, Ni(OH) 2 on the Ni particle surface is reduced to produce Ni. In this case, the hydrophilic groups (OH groups) on the Ni particle surface are reduced, improving dispersibility in the electrode paste. The reducing gas can be any conventional gas that has a reducing effect on Ni(OH) 2 and is not particularly limited. For example, the reducing gas may contain a reducing component such as hydrogen or carbon monoxide. Similarly to the oxidizing gas, the reducing gas may also contain an inert component such as nitrogen, helium, or argon as a secondary component. When using a mixed gas containing such an inert component, it is preferable that the mixed gas contains 1% or more of the above-mentioned reducing component (more preferably 3% or more, particularly preferably 5% or more). This allows for favorable reduction of the Ni particle surface. On the other hand, the upper limit of the content of the reducing component in the mixed gas is not particularly limited and may be 100% or less.
なお、バブリング処理で使用するガス(酸化ガスまたは還元ガス)に水分が含まれていると、Ni粒子表面のNi(OH)2量が却って増加するおそれがある。このため、バブリング処理用のガスは、乾燥ガスであることが好ましい。具体的には、バブリング処理用のガスの水分含有量は、500ppm以下が好ましく、100ppm以下がより好ましく、10ppm以下が特に好ましく、例えば1ppmに制御される。これによって、Ni粒子表面のNi(OH)2量を好適に低減できる。 If the gas (oxidizing gas or reducing gas) used in the bubbling treatment contains moisture, the amount of Ni(OH) 2 on the Ni particle surface may actually increase. Therefore, the gas used for the bubbling treatment is preferably a dry gas. Specifically, the moisture content of the gas used for the bubbling treatment is preferably 500 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and particularly preferably 10 ppm or less, and is controlled to, for example, 1 ppm. This allows the amount of Ni(OH) 2 on the Ni particle surface to be suitably reduced.
また、バブリング処理におけるガス供給量は、Niスラリー1Lに対して、100cm3/min以上が好ましく、200cm3/min以上がより好ましく、300cm3/min以上が特に好ましい。これによって、Ni粒子表面のNi(OH)2量を効率よく低減させることができる。一方、ガス供給量の上限は、特に限定されず、7000cm3/min以下でもよく、5000cm3/min以下でもよく、2000cm3/min以下でもよい。 The gas supply rate in the bubbling treatment is preferably 100 cm 3 /min or more, more preferably 200 cm 3 /min or more, and particularly preferably 300 cm 3 /min or more, per 1 L of Ni slurry. This allows the amount of Ni(OH) 2 on the Ni particle surface to be efficiently reduced. On the other hand, the upper limit of the gas supply rate is not particularly limited, and may be 7000 cm 3 /min or less, 5000 cm 3 /min or less, or 2000 cm 3 /min or less.
なお、本工程における加熱温度は、80℃以上が好ましく、100℃以上がより好ましく、150℃以上が特に好ましい。これによって、Ni(OH)2低減反応を好適に促進できる。一方、本工程における加熱温度は、350℃以下が好ましく、300℃以下がより好ましく、200℃以下が特に好ましい。これによって、有機溶媒が熱分解して炭化ニッケルが生成されることを防止できる。 The heating temperature in this step is preferably 80°C or higher, more preferably 100°C or higher, and particularly preferably 150°C or higher. This allows the Ni(OH) 2 reduction reaction to be favorably promoted. On the other hand, the heating temperature in this step is preferably 350°C or lower, more preferably 300°C or lower, and particularly preferably 200°C or lower. This prevents the organic solvent from thermally decomposing and generating nickel carbide.
また、バブリング処理の時間は、1分以上が好ましく、5分以上がより好ましく、15分以上がさらに好ましく、30分以上が特に好ましい。これによって、Ni粒子表面のNi(OH)2量を十分に低減できる。一方、バブリング処理の時間は、150分以下が好ましく、120分以下がより好ましく、90分以下がより好ましく、60分以下が特に好ましい。これによって、加熱を伴うバブリング処理の長期化を抑制し、有機溶媒の分解による炭化ニッケルの生成を防止できる。 The bubbling time is preferably 1 minute or more, more preferably 5 minutes or more, even more preferably 15 minutes or more, and particularly preferably 30 minutes or more. This allows the amount of Ni(OH) 2 on the Ni particle surface to be sufficiently reduced. On the other hand, the bubbling time is preferably 150 minutes or less, more preferably 120 minutes or less, more preferably 90 minutes or less, and particularly preferably 60 minutes or less. This prevents the bubbling process, which involves heating, from being prolonged, and prevents the generation of nickel carbide due to decomposition of the organic solvent.
また、本工程では、バブリング処理を実施する前に、非水溶性のチオ尿素化合物をNiスラリーに添加してもよい。このチオ尿素化合物は、加熱処理によって容易に分解し、Ni粒子の表面に硫化ニッケルを主成分とする硫化Ni層を形成する。この硫化Ni層を有するNi粒子は、優れた焼結抑制効果を有しているため、焼成処理中のクラックの発生を好適に抑制できる。なお、上記チオ尿素化合物の一例として、下記の式(1)で示される化合物が挙げられる。この式(1)で示す構成のチオ尿素化合物は、硫化Ni層の形成を好適に促進できる。なお、この式(1)中のR1およびR2は、炭素数6以上の鎖状アルキル基又は環状アルキル基である。また、ここでの鎖状アルキル基は、直鎖構造でもよいし、分岐鎖構造でもよい。
R1-HNCSNH-R2 (1)
Furthermore, in this process, a water-insoluble thiourea compound may be added to the Ni slurry before the bubbling treatment. This thiourea compound easily decomposes by heat treatment and forms a Ni sulfide layer, mainly composed of nickel sulfide, on the surface of the Ni particles. Ni particles having this Ni sulfide layer have an excellent sintering suppression effect, and therefore can effectively suppress the occurrence of cracks during the firing treatment. An example of the thiourea compound is a compound represented by the following formula (1). The thiourea compound represented by formula (1) can effectively promote the formation of the Ni sulfide layer. In formula (1), R1 and R2 are linear or cyclic alkyl groups having 6 or more carbon atoms. The linear alkyl group here may have a linear or branched chain structure.
R 1 -HNCSNH-R 2 (1)
なお、上記式(1)に示すチオ尿素化合物の一例として、N,N’-ジフェニルチオ尿素、N,N’-ジヘキシルチオ尿素、1,3-ジシクロヘキシルチオ尿素などが挙げられる。これらのチオ尿素化合物は、有機溶媒に容易に溶解し、かつ、加熱処理によって容易に分解される。このため、上述のチオ尿素化合物を用いることによって、硫化Ni層の形成をさらに促進できる。また、これらのチオ尿素化合物は、他の硫黄化合物(アルキルチオール等)と比べて酸素との反応性が低いため、Niスラリーのゲル化を抑制できる。このため、上述のチオ尿素化合物によると、Niスラリーのゲル化による反応の不均一化を抑制できる。 Note that examples of thiourea compounds represented by the above formula (1) include N,N'-diphenylthiourea, N,N'-dihexylthiourea, and 1,3-dicyclohexylthiourea. These thiourea compounds are readily soluble in organic solvents and readily decompose upon heat treatment. Therefore, using the above-mentioned thiourea compounds can further promote the formation of a Ni sulfide layer. Furthermore, these thiourea compounds have lower reactivity with oxygen than other sulfur compounds (such as alkylthiols), and can therefore suppress gelation of the Ni slurry. Therefore, the above-mentioned thiourea compounds can suppress non-uniform reactions caused by gelation of the Ni slurry.
また、チオ尿素化合物の添加量は、Niスラリー中でNi重量とS重量とが所定の比率を満たすように設定することが好ましい。例えば、Niスラリー中のNi重量(100%)に対するS重量の比率が0.01%以上(より好適には0.05%以上、さらに好適には0.1%以上、特に好適には0.5%以上)となるように、チオ尿素化合物の添加量を設定することが好ましい。これによって、Ni粒子の表面に十分なS元素を供給し、硫化Ni層を好適に形成できる。一方で、チオ尿素化合物の添加量が一定以上を超えると、焼結抑制効果が飽和するだけでなく、加熱炉の硫黄汚染が生じて設備コストが増大するおそれがある。かかる観点から、チオ尿素化合物の添加量は、Ni元素量に対するS元素量の比率が3.0%以下(より好適には2.5%以下、さらに好適には2.0%以下、特に好適には1.5%以下)となるように設定されていることが好ましい。 Furthermore, it is preferable to set the amount of thiourea compound added so that the Ni weight and S weight in the Ni slurry satisfy a predetermined ratio. For example, it is preferable to set the amount of thiourea compound added so that the ratio of S weight to Ni weight (100%) in the Ni slurry is 0.01% or more (more preferably 0.05% or more, even more preferably 0.1% or more, and particularly preferably 0.5% or more). This allows sufficient S element to be supplied to the surface of the Ni particles, allowing for the favorable formation of a Ni sulfide layer. On the other hand, if the amount of thiourea compound added exceeds a certain level, not only will the sintering suppression effect saturate, but sulfur contamination of the heating furnace may occur, resulting in increased equipment costs. From this perspective, it is preferable to set the amount of thiourea compound added so that the ratio of S element content to Ni element content is 3.0% or less (more preferably 2.5% or less, even more preferably 2.0% or less, and particularly preferably 1.5% or less).
(3)分離工程S30
図1に示すように、本実施形態に係る製造方法では、水酸化Ni低減工程S20を実施した後に分離工程S30を実施する。この分離工程S30では、NiスラリーからNi粒子を分離する。なお、本工程は、スラリーから粉体を分離する際に使用される従来公知の分離手段を特に制限なく使用することができる。このような分離手段の一例として、静置分離、遠心分離、フィルタ濾過などが挙げられる。そして、Niスラリーから分離されたNi粒子は、所定の有機溶媒で洗浄した後に乾燥することが好ましい。これによって、不純物が除去された乾燥ニッケル粉末を得ることができる。
(3) Separation step S30
As shown in FIG. 1 , in the manufacturing method according to this embodiment, the separation step S30 is carried out after the Ni hydroxide reduction step S20. In this separation step S30, Ni particles are separated from the Ni slurry. This step can be carried out using any conventionally known separation means used to separate powder from a slurry, without any particular restrictions. Examples of such separation means include static separation, centrifugation, and filter filtration. The Ni particles separated from the Ni slurry are then preferably washed with a predetermined organic solvent and then dried. This allows for the production of dried nickel powder from which impurities have been removed.
なお、分離工程S30は、ここに開示される製造方法における必須の工程ではない。例えば、Niスラリーの調製で使用した有機溶媒の種類によっては、水酸化Ni低減工程S20を実施した後のNiスラリーをそのまま電極ペーストとして使用することもできる。 Note that the separation step S30 is not an essential step in the manufacturing method disclosed herein. For example, depending on the type of organic solvent used in preparing the Ni slurry, the Ni slurry after the Ni hydroxide reduction step S20 has been performed can be used as an electrode paste as is.
(4)まとめ
以上の通り、本実施形態に係る製造方法では、バブリング処理によってNi粒子表面のNi(OH)2を低減させる水酸化Ni低減工程S20を実施する。これによって、Ni粒子の表面の親水基が減少するため、電極ペーストに対する分散性を向上できる。この結果、電極ペースト中で凝集し難いNi粒子を含むニッケル粉末を製造することができる。
(4) Summary As described above, the manufacturing method according to this embodiment includes a Ni hydroxide reduction step S20 in which Ni(OH) 2 on the surface of Ni particles is reduced by bubbling. This reduces the hydrophilic groups on the surface of the Ni particles, improving their dispersibility in the electrode paste. As a result, a nickel powder containing Ni particles that are less likely to aggregate in the electrode paste can be manufactured.
また、本実施形態に係る製造方法は、ペースト焼成後の電極にクラック等の構造的欠陥が生じることも抑制できる。具体的には、多くのNi(OH)2を含むNi粒子は、焼成中に多量の水(H2O)が脱離するため、熱収縮量が大きくなる傾向がある。これによって、電極ペーストと基材との熱収縮量に大きな差が生じると、焼成後の電極にクラック等の構造的欠陥が生じる。これに対して、本実施形態に係る製造方法は、Ni粒子のNi(OH)2量を低減できるため、焼成後の電極の構造的欠陥の抑制にも貢献できる。 Furthermore, the manufacturing method according to this embodiment can also suppress the occurrence of structural defects such as cracks in the electrode after the paste is fired. Specifically, Ni particles containing a large amount of Ni(OH) 2 tend to have a large amount of thermal shrinkage due to the release of a large amount of water ( H2O ) during firing. This results in a large difference in the amount of thermal shrinkage between the electrode paste and the base material, which can cause structural defects such as cracks in the electrode after firing. In contrast, the manufacturing method according to this embodiment can reduce the amount of Ni(OH) 2 in the Ni particles, thereby contributing to the suppression of structural defects in the electrode after firing.
2.ニッケル粉末
次に、上記構成の製造方法によって製造されたニッケル粉末について説明する。本実施形態に係るニッケル粉末に含まれるNi粒子は、粒子表面のNi(OH)2量が低減されている。以下、かかる構成のニッケル粉末について具体的に説明する。
2. Nickel Powder Next, the nickel powder produced by the manufacturing method described above will be described. The Ni particles contained in the nickel powder according to this embodiment have a reduced amount of Ni(OH) 2 on the particle surface. The nickel powder having such a configuration will be specifically described below.
まず、本明細書における「ニッケル粉末」とは、Ni粒子を主体とする粉体材料(微粒子の集団(particles))である。ここでの「Ni粒子を主体とする」とは、粉体材料に含まれる無機微粒子のうち、重量基準で最も多く含まれる無機微粒子が、Ni(OH)2量が低減されたNi粒子であることを意味する。より具体的には、本明細書における「ニッケル粉末」は、後述するNi(OH)2量を満たすNi粒子を50重量%以上(好適には60重量%以上、より好適には70重量%以上、さらに好適には80重量%以上、特に好適には90重量%以上)含む粉体材料である。換言すると、ここに開示されるニッケル粉末は、ここに開示される技術による焼結抑制効果を著しく損なわない限りにおいて、上記構成のNi粒子以外の無機微粒子を含んでいてもよい。このような副成分としては、後述するNi(OH)2量を満たさないNi粒子や、他の金属元素を主成分とした無機微粒子(Cu粒子、Au粒子、Ag粒子、Pd粒子、Pt粒子など)が挙げられる。 First, the term "nickel powder" in this specification refers to a powder material (a group of fine particles) primarily composed of Ni particles. Here, "primarily composed of Ni particles" means that, among the inorganic fine particles contained in the powder material, the inorganic fine particles contained in the largest amount by weight are Ni particles with a reduced amount of Ni(OH) 2 . More specifically, the term "nickel powder" in this specification refers to a powder material containing 50% by weight or more (preferably 60% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, even more preferably 80% by weight or more, and particularly preferably 90% by weight or more) of Ni particles satisfying the Ni(OH)2 amount described below. In other words, the nickel powder disclosed herein may contain inorganic fine particles other than the Ni particles having the above-described configuration, as long as the sintering-inhibiting effect of the technology disclosed herein is not significantly impaired. Examples of such subcomponents include Ni particles that do not satisfy the Ni(OH) 2 content described below, and inorganic fine particles containing other metal elements as the main component (Cu particles, Au particles, Ag particles, Pd particles, Pt particles, etc.).
上述の通り、本実施形態に係る製造方法を経て生成されたNi粒子は、粒子表面のNi(OH)2量が低減されている。ここでの「粒子表面のNi(OH)2量が低減されている」とは、X線光電子分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)を用いてNi粒子の表面を解析した際に、Ni含有成分(Ni単体、NiO、Ni(OH)2)の総量に対するNi(OH)2の割合が60%以下であることをいう。具体的には、XPSを用いてNi粒子の光電子スペクトルを取得すると、Ni2p軌道を示す845~870eVの領域に、Ni含有成分に由来する複数のピークが確認される。この複数のピークの中で、Ni単体に由来するピークは、852.2eV付近に確認される。また、NiOに由来するピークは、854.3eV付近に確認される。そして、Ni(OH)2に由来するピークは、855.6eV付近に確認される。このため、NiとNiOとNi(OH)2の合計ピーク面積PAallに対するNi(OH)2のピーク面積PANi(OH)2の比率(PANi(OH)2/PAall)を算出することによって、Ni含有成分の総量に対するNi(OH)2の割合を得ることができる。そして、一般的なNi粒子は、大気中の水分によって粒子表面に多くのNi(OH)2が生成されるため、上記ピーク面積比(PANi(OH)2/PAall)が60%を超える。これに対して、本実施形態に係る製造方法を経て生成Ni粒子は、粒子表面のNi(OH)2量が低減されているため、上記ピーク面積の比率(PANi(OH)2/PAall)が60%以下(好適には57%以下、より好適には56%以下、特に好適には55%以下)に低下する。かかるNi粒子は、粒子表面の親水基が少ないため、電極ペーストに対して優れた分散性を発揮できる。なお、上記ピーク面積比(PANi(OH)2/PAall)の下限値は、特に限定されず、25%以上でもよく、30%以上でもよい。 As described above, the Ni particles produced by the manufacturing method according to this embodiment have a reduced amount of Ni(OH) 2 on the particle surface. Here, "the amount of Ni(OH) 2 on the particle surface is reduced" means that when the surface of the Ni particles is analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the proportion of Ni(OH) 2 relative to the total amount of Ni-containing components (simple Ni, NiO, and Ni(OH) 2 ) is 60% or less. Specifically, when a photoelectron spectrum of the Ni particles is obtained using XPS, multiple peaks derived from the Ni-containing components are observed in the 845-870 eV region, which indicates the Ni 2p orbital. Among these multiple peaks, a peak derived from simple Ni is observed near 852.2 eV. Furthermore, a peak derived from NiO is observed near 854.3 eV. The peak derived from Ni(OH) 2 is observed near 855.6 eV. Therefore, by calculating the ratio (PA Ni(OH) 2 /PA all ) of the peak area of Ni(OH) 2 to the total peak area PA all of Ni, NiO, and Ni( OH)2, the proportion of Ni(OH) 2 relative to the total amount of Ni-containing components can be obtained. In general, Ni particles have a large amount of Ni(OH) 2 generated on the particle surface by moisture in the air, so the peak area ratio (PA Ni(OH)2 /PA all ) exceeds 60%. In contrast, Ni particles produced through the production method according to this embodiment have a reduced amount of Ni(OH) 2 on the particle surface, so the peak area ratio (PA Ni(OH)2 /PA all ) is reduced to 60% or less (preferably 57% or less, more preferably 56% or less, and particularly preferably 55% or less). Such Ni particles have few hydrophilic groups on the particle surface, and therefore can exhibit excellent dispersibility in electrode paste. The lower limit of the peak area ratio (PA Ni(OH) /PA all ) is not particularly limited, and may be 25% or more, or 30% or more.
また、上述した通り、水酸化Ni低減工程S20で酸化ガスを使用した場合には、粒子表面のNi(OH)2が酸化されてNiOとなる。この場合には、粒子表面にNiOが多く存在するNi粒子が生成される。具体的には、酸化ガスによるバブリング処理を実施した場合には、上記XPS解析における合計ピーク面積PAallに対するNiOのピーク面積PANiOの比率(PANiO/PAall)が12%以上(好適には13%以上、特に好適には20%以上)に増大する。このようなNi粒子は、粒子表面がNiOに被覆されているため、水分の吸収によるNi(OH)2の生成をより好適に防止できる。一方、NiOの存在割合を示すピーク面積比(PANiO/PAall)の上限値は、特に限定されず、60%以下でもよく、55%以下でもよく、50%以下でもよい。また、酸化ガスによるバブリング処理を実施すると、粒子表面のNiも酸化されてNiOになる。このため、酸化ガスによるバブリング処理が行われたNi粒子では、上記合計ピーク面積PAallに対するNiのピーク面積PANiの比率(PANi/PAall)が45%以下(好適には40%以下、特に好適には35%以下)に低減されている。なお、上記Niの存在割合を示すピーク面積比(PANi/PAall)の下限値は、特に限定されず、10%以上でもよく、15%以上でもよい。 Furthermore, as described above, when an oxidizing gas is used in the Ni hydroxide reduction step S20, Ni(OH) 2 on the particle surface is oxidized to NiO. In this case, Ni particles with a large amount of NiO present on the particle surface are generated. Specifically, when bubbling treatment with an oxidizing gas is performed, the ratio of the NiO peak area PANiO to the total peak area PAall in the XPS analysis ( PANiO / PAall ) increases to 12% or more (preferably 13% or more, particularly preferably 20% or more). Since the particle surfaces of such Ni particles are coated with NiO, the generation of Ni(OH) 2 due to moisture absorption can be more effectively prevented. On the other hand, the upper limit of the peak area ratio ( PANiO / PAall ), which indicates the proportion of NiO present, is not particularly limited and may be 60% or less, 55% or less, or 50% or less. Furthermore, when bubbling treatment with an oxidizing gas is performed, Ni on the particle surface is also oxidized to NiO. Therefore, in Ni particles that have been bubbling treatment with an oxidizing gas, the ratio of the Ni peak area PA Ni to the total peak area PA all (PA Ni /PA all ) is reduced to 45% or less (preferably 40% or less, particularly preferably 35% or less). The lower limit of the peak area ratio (PA Ni /PA all ) indicating the abundance ratio of Ni is not particularly limited and may be 10% or more, or may be 15% or more.
一方、水酸化Ni低減工程S20で還元ガスを使用した場合には、Ni(OH)2が還元されてNiとなる。この場合には、粒子表面にNiが多く存在するNi粒子が生成される。すなわち、上記ピーク面積比(PANi/PAall)が40%以上(好適には42%以上、特に好適には45%以上)に増大したNi粒子が生成される。このNi粒子も、粒子表面の親水基が低減しているため、電極ペーストに対する分散性が向上する。なお、上記Niの存在割合を示すピーク面積比(PANi/PAall)の上限値は、特に限定されず、70%以下でもよく、65%以下でもよく、60%以下でもよい。なお、還元ガスによるバブリング処理を実施すると、粒子表面のNiOも還元されてNiとなる。このため、還元ガスによるバブリング処理が行われたNi粒子では、上記NiOの存在割合を示すピーク面積比(PANiO/PAall)が10%以下(典型的には9%以下、例えば8%以下)に低下する。なお、上記NiOの存在割合を示すピーク面積比(PANiO/PAall)の下限値は、1%以上が好ましく、2.5%以上がより好ましく、5%以上が特に好ましい。このようにNi粒子の表面にNiOをある程度存在させることによって、水分の吸収によるNi(OH)2の生成を抑制できる。 On the other hand, when a reducing gas is used in the Ni hydroxide reduction step S20, Ni(OH) 2 is reduced to Ni. In this case, Ni particles are generated in which Ni is abundantly present on the particle surface. That is, Ni particles are generated in which the peak area ratio (PA Ni /PA all ) is increased to 40% or more (preferably 42% or more, particularly preferably 45% or more). These Ni particles also have reduced hydrophilic groups on the particle surface, improving their dispersibility in the electrode paste. The upper limit of the peak area ratio (PA Ni /PA all ), which indicates the proportion of Ni present, is not particularly limited and may be 70% or less, 65% or less, or 60% or less. When bubbling with a reducing gas is performed, NiO on the particle surface is also reduced to Ni. Therefore, in Ni particles subjected to a bubbling treatment with a reducing gas, the peak area ratio (PA NiO /PA all ) indicating the abundance ratio of the NiO decreases to 10% or less (typically 9% or less, for example 8% or less). The lower limit of the peak area ratio (PA NiO /PA all ) indicating the abundance ratio of the NiO is preferably 1% or more, more preferably 2.5% or more, and particularly preferably 5% or more. By having a certain amount of NiO present on the surface of the Ni particles in this way, the generation of Ni(OH) 2 due to moisture absorption can be suppressed.
なお、水酸化Ni低減工程S20でチオ尿素化合物を添加した場合、Ni粒子の表面に硫化ニッケルを含む硫化Ni層が形成される。この硫化Ni層は、優れた焼結抑制効果を有しているため、焼成後の電極にクラックが生じることを抑制できる。なお、この場合には、上記XPSを用いた粒子の表面の解析において硫化ニッケルが確認される。具体的には、XPSを用いてNi粒子の光電子スペクトルを取得すると、S2p軌道を示す158~170eVの領域に、Ni粒子の表面を構成する成分に由来するピークが確認される。また、これらの中で、硫化Niに由来するピークは、162±0.5eVの領域に確認される。このため、S2p軌道を示す領域で確認されたピークの合計面積PA158~170に対する、硫化Niに由来するピークの面積PANiSの割合(PANiS/PA158~170)を算出することによって、Ni粒子の表面における硫化Niの存在割合を解析することができる。このとき、上記チオ尿素化合物の添加による硫化Ni層の形成を行っていた場合、上記ピーク面積の比率(PANiS/PA158~170)が80%以上になる。なお、このピーク面積の比率(PANiS/PA158~170)は、85%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上が特に好ましい。これによって、より優れた耐焼結性を有するニッケル粉末を得ることができる。なお、上記ピーク面積の比率(PANiS/PA158~170)の上限値は、特に限定されず、100%以下でもよく、99%以下でもよい。 When a thiourea compound is added in the Ni hydroxide reduction step S20, a Ni sulfide layer containing nickel sulfide is formed on the surface of the Ni particles. This Ni sulfide layer has an excellent sintering suppression effect, thereby preventing cracks from occurring in the electrode after firing. In this case, nickel sulfide is confirmed in the particle surface analysis using the above-mentioned XPS. Specifically, when a photoelectron spectrum of Ni particles is obtained using XPS, peaks derived from components constituting the Ni particle surface are confirmed in the 158-170 eV region, which indicates the S2p orbital. Among these, the peak derived from Ni sulfide is confirmed in the 162±0.5 eV region. Therefore, the proportion of Ni sulfide present on the surface of the Ni particles can be analyzed by calculating the ratio (PA NiS /PA 158-170 ) of the area of the peak derived from Ni sulfide to the total area PA 158-170 of the peaks confirmed in the region indicating the S2p orbital. In this case, if a Ni sulfide layer is formed by adding the thiourea compound, the peak area ratio (PA NiS /PA 158-170 ) will be 80% or more. This peak area ratio (PA NiS /PA 158-170 ) is preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. This makes it possible to obtain nickel powder with better sintering resistance. The upper limit of the peak area ratio (PA NiS /PA 158-170 ) is not particularly limited, and may be 100% or less or 99% or less.
3.電極ペースト
本実施形態に係るニッケル粉末は、適当な分散媒に分散させることによって、電極形成用のペースト(電極ペースト)を調製できる。かかる電極ペーストは、分散性に優れたニッケル粉末を含んでいるため、膜厚が薄い電極を容易に形成できる。
3. Electrode Paste The nickel powder according to this embodiment can be dispersed in an appropriate dispersion medium to prepare a paste for forming an electrode (electrode paste). Because this electrode paste contains nickel powder with excellent dispersibility, it is possible to easily form an electrode with a thin film thickness.
なお、分散媒は、ニッケル粉末を良好に分散できるものであればよく、電極ペーストに使用され得る従来公知の分散媒を特に制限なく使用できる。上述の通り、本実施形態に係るニッケル粉末に含まれるNi粒子は、粒子表面の親水基が減少しているため、有機系(非水系)の成分に対して好適な分散性を発揮する。このため、電極ペーストの分散媒は、機系(非水系)の分散媒であることが好ましい。このような分散媒の一例として、ミネラルスピリット等の石油系炭化水素(特に脂肪族炭化水素)、エチレングリコールやジエチレングリコール誘導体、トルエン、キシレン、ブチルカルビトール(BC)、イソボルニルアセテート、ターピネオール、ジヒドロターピネオール等の高沸点有機溶媒などが挙げられる。なお、このような有機系(非水系)の分散媒は、水分の吸収によるNi(OH)2の生成を抑制することもできる。 The dispersion medium may be any suitable one capable of dispersing nickel powder well, and any conventionally known dispersion medium for use in electrode pastes can be used without particular limitation. As described above, the Ni particles contained in the nickel powder according to this embodiment have reduced hydrophilic groups on their surfaces, which allows them to exhibit favorable dispersibility in organic (non-aqueous) components. For this reason, the dispersion medium for the electrode paste is preferably an organic (non-aqueous) dispersion medium. Examples of such dispersion mediums include petroleum hydrocarbons (especially aliphatic hydrocarbons) such as mineral spirits, ethylene glycol and diethylene glycol derivatives, and high-boiling organic solvents such as toluene, xylene, butyl carbitol (BC), isobornyl acetate, terpineol, and dihydroterpineol. Such organic (non-aqueous) dispersion mediums can also suppress the generation of Ni(OH) 2 due to moisture absorption.
また、ここに開示される技術を限定することを意図するものではないが、電極ペーストの総重量に対するニッケル粒子の含有量は、30%~70%程度(例えば、40%~60%)が好ましい。また、電極ペーストの粘度は、概ね10mPa・s~100mPa・s程度(例えば、20mPa・s~50mPa・s程度)であることが好ましい。これによって、精密な電極パターンを形成しやすい電極ペーストを容易に得ることができる。なお、電極ペーストの粘度は、E型粘度計を用いて測定できる。 While not intending to limit the technology disclosed herein, the content of nickel particles relative to the total weight of the electrode paste is preferably approximately 30% to 70% (e.g., 40% to 60%). Furthermore, the viscosity of the electrode paste is preferably approximately 10 mPa·s to 100 mPa·s (e.g., approximately 20 mPa·s to 50 mPa·s). This makes it easy to obtain an electrode paste that facilitates the formation of precise electrode patterns. The viscosity of the electrode paste can be measured using an E-type viscometer.
なお、電極ペーストは、ニッケル粒子以外の添加剤を含んでいてもよい。かかる添加剤としては、バインダ、導電材、分散剤、粘度調整剤等が挙げられる。これらの添加剤は、ここに開示される技術の効果(Ni粒子の分散性)を著しく阻害しない限り、電極ペーストに添加され得る従来公知の添加剤を特に制限なく使用できる。 The electrode paste may contain additives other than nickel particles. Such additives include binders, conductive materials, dispersants, viscosity adjusters, etc. As long as these additives do not significantly impair the effects of the technology disclosed herein (dispersibility of Ni particles), any conventional additives that can be added to electrode pastes can be used without particular restrictions.
以上、ここに開示される技術の一実施形態について説明した。但し、上述の実施形態は、ここに開示される技術を限定することを意図したものではない。すなわち、ここに開示される技術は、上述した実施形態に対して種々の変更を行ったものを包含し得る。 The above describes one embodiment of the technology disclosed herein. However, the above-described embodiment is not intended to limit the technology disclosed herein. In other words, the technology disclosed herein may include various modifications of the above-described embodiment.
[試験例]
以下、ここで開示される技術に関する試験例について説明する。なお、ここに開示される技術は、以下の試験例に限定されるものではない。
[Test Example]
Test examples relating to the technology disclosed herein will be described below, but the technology disclosed herein is not limited to the following test examples.
1.サンプルの準備
本試験例では、製造方法が異なる6種類のニッケル粉末(サンプル1~6)を準備した。以下、各サンプルを製造した手順について説明する。
1. Sample Preparation In this test example, six types of nickel powder (samples 1 to 6) were prepared using different manufacturing methods. The manufacturing procedures for each sample are described below.
(1)サンプル1
サンプル1では、次の手順に従って、Ni粒子(Cu/Niコアシェル粒子)が有機溶媒(オレイルアミン)に分散したNiスラリーを準備した。具体的には、957.7gのオレイルアミンに、5.1gのギ酸ニッケル・二水和物(Ni量:1.62g)を添加した。そして、120℃の加熱処理を120分間実施した。これによって、溶液中にギ酸ニッケル-オレイルアミン錯体を生成した。次に、この溶液に0.69gのギ酸銅・四水和物(Cu量:0.19g)を添加した。そして、60℃の加熱処理を30分間実施した。これによって、溶液中にギ酸銅-オレイルアミン錯体を生成した。この2種類の錯体を含む溶液を190℃の窒素雰囲気下で10分間加熱した。このように2種類の錯体が存在した溶液を加熱すると、標準電位が高いCuが優先的に析出するため、Cuコア粒子が形成される。そして、加熱処理を継続すると、Cuコア粒子の表面にNiシェルが生成する。これによって、Cu/Niコアシェル粒子が生成される。さらに、本試験では、生成後のCu/Niコアシェル粒子を種粒子とし、当該種粒子表面のNiシェルをさらに成長させた。具体的には、上記種粒子を含む種粒子スラリーに、341.9gの酢酸ニッケル・四水和物(Ni量:74.27g)を添加した。次に、135℃の加熱処理を120分間実施した。これによって、スラリー中に酢酸ニッケル-オレイルアミン錯体を生成した。そして、この錯体を含む種粒子スラリーを、200℃の窒素雰囲気下で30分間加熱した。これによって、種粒子の表面に付着するようにNiが析出する。この結果、十分な厚みのNiシェルを有するCu/Niコアシェル粒子がオレイルアミンに分散したNiスラリーが調製される。
(1) Sample 1
For Sample 1, a Ni slurry in which Ni particles (Cu/Ni core-shell particles) were dispersed in an organic solvent (oleylamine) was prepared according to the following procedure. Specifically, 5.1 g of nickel formate dihydrate (Ni amount: 1.62 g) was added to 957.7 g of oleylamine. Heat treatment at 120°C was then performed for 120 minutes. This resulted in the formation of a nickel formate-oleylamine complex in the solution. Next, 0.69 g of copper formate tetrahydrate (Cu amount: 0.19 g) was added to this solution. Heat treatment at 60°C was then performed for 30 minutes. This resulted in the formation of a copper formate-oleylamine complex in the solution. The solution containing these two complexes was heated at 190°C in a nitrogen atmosphere for 10 minutes. When the solution containing these two complexes was heated in this manner, Cu, which has a higher standard potential, preferentially precipitated, resulting in the formation of Cu core particles. Further heating resulted in the formation of Ni shells on the surfaces of the Cu core particles. This produces Cu/Ni core-shell particles. Furthermore, in this test, the produced Cu/Ni core-shell particles were used as seed particles, and the Ni shells on the surfaces of the seed particles were further grown. Specifically, 341.9 g of nickel acetate tetrahydrate (Ni amount: 74.27 g) was added to a seed particle slurry containing the above-mentioned seed particles. Next, a heat treatment at 135°C was carried out for 120 minutes. This produced a nickel acetate-oleylamine complex in the slurry. The seed particle slurry containing this complex was then heated at 200°C in a nitrogen atmosphere for 30 minutes. This caused Ni to precipitate so as to adhere to the surfaces of the seed particles. As a result, a Ni slurry was prepared in which Cu/Ni core-shell particles having Ni shells of sufficient thickness were dispersed in oleylamine.
次に、本試験のサンプル1では、Ni粒子(Cu/Niコアシェル粒子)の表面のNi(OH)2を減少させる処理(水酸化Ni低減工程)を実施した。具体的には、Niスラリー中に酸素ガスをバブリングしながら200℃の加熱処理を5分間実施した。これによって、Ni粒子の表面を酸化し、粒子表面のNi(OH)2をNiOに変化させた。 Next, in Sample 1 of this test, a process was carried out to reduce Ni(OH) 2 on the surfaces of the Ni particles (Cu/Ni core-shell particles) (Ni hydroxide reduction process). Specifically, a heat treatment was carried out at 200°C for 5 minutes while bubbling oxygen gas into the Ni slurry. This oxidized the surfaces of the Ni particles, converting the Ni(OH) 2 on the particle surfaces to NiO.
次に、サンプル1では、NiスラリーからNi粒子を分離した。具体的には、静置沈降によって、Niスラリー中にNi粒子を沈降させた。そして、上澄み液を除去することによってNi粒子を分離した。このNi粒子をイソボルニルアセテートで洗浄した後に乾燥処理を行うことによって、Cu/Niコアシェル粒子を主体とする乾燥粉末状のニッケル粉末(サンプル1)を得た。 Next, for Sample 1, Ni particles were separated from the Ni slurry. Specifically, the Ni particles were allowed to settle in the Ni slurry by static settling. The supernatant liquid was then removed to separate the Ni particles. These Ni particles were washed with isobornyl acetate and then dried to obtain a dry nickel powder (Sample 1) composed primarily of Cu/Ni core-shell particles.
(2)サンプル2
本サンプルでは、バブリング処理の時間を10分間に変更した点を除いて、サンプル1と同様の手順に従ってニッケル粉末を製造した。
(2) Sample 2
In this sample, nickel powder was produced following the same procedure as in Sample 1, except that the bubbling treatment time was changed to 10 minutes.
(3)サンプル3
本サンプルでは、チオ尿素化合物(1.17gのジフェニルチオ尿素)を添加した状態でバブリング処理を行った点を除いて、サンプル1と同様の手順に従ってニッケル粉末を製造した。
(3) Sample 3
In this sample, nickel powder was produced following the same procedure as in Sample 1, except that the bubbling treatment was carried out in the presence of a thiourea compound (1.17 g of diphenylthiourea).
(4)サンプル4
本サンプルでは、バブリング処理の時間を30分間に変更した点を除いて、サンプル1と同様の手順に従ってニッケル粉末を製造した。
(4) Sample 4
In this sample, nickel powder was produced following the same procedure as in Sample 1, except that the bubbling treatment time was changed to 30 minutes.
(5)サンプル5
本サンプルでは、バブリング処理に使用するガスを還元ガス(1%水素含有窒素ガス)に変更した点を除いて、サンプル2と同様の手順に従ってニッケル粉末を製造した。
(5) Sample 5
In this sample, nickel powder was produced following the same procedure as in Sample 2, except that the gas used in the bubbling treatment was changed to a reducing gas (nitrogen gas containing 1% hydrogen).
(6)サンプル6
サンプル6では、バブリング処理を行わないことを除いて、サンプル1と同様の手順に従ってニッケル粉末を製造した。
(6) Sample 6
For Sample 6, nickel powder was produced according to the same procedure as for Sample 1, except that the bubbling treatment was not performed.
2.評価試験
(1)粒度分布の分析
各サンプルのニッケル粉末FE-SEM(日立ハイテク社製、型式:SU8230)を用いて観察した。そして、SEM画像から粒子の外周全体が確認できるものを無作為に1000個抽出し、Heywood径を測定して粒度分布を測定した。そして、当該粒度分布に基づいて、サンプル1~6の平均粒子径(D50粒子径)と変動係数(CV値)を測定した。測定結果を表1に示す。
2. Evaluation Test (1) Analysis of Particle Size Distribution Each sample of nickel powder was observed using an FE-SEM (Hitachi High-Tech Corporation, Model: SU8230). Then, 1,000 particles whose entire peripheries could be seen from the SEM images were randomly selected, and the Heywood diameter was measured to determine the particle size distribution. Then, based on the particle size distribution, the average particle diameter ( D50 particle diameter) and coefficient of variation (CV value) of Samples 1 to 6 were measured. The measurement results are shown in Table 1.
(2)Ni粒子の表面分析
まず、アルミ箔上にインジウム線をプレスし、各サンプルのニッケル粉末をインジウム上にふりかけ再度プレスするという処理を行ってXPS分析用サンプルを作成した。そして、当該分析用サンプルに対して、光電子分光分析装置(アルバックファイ社製、型式:XPS PHI5000 VersaProbe)を用いて、845~870eVのナロースキャンにおける光電子スペクトルを取得した。このときの測定条件を以下に示す。
(2) Surface analysis of Ni particles First, an indium wire was pressed onto aluminum foil, and nickel powder from each sample was sprinkled onto the indium and pressed again to prepare a sample for XPS analysis. Then, a photoelectron spectrum was obtained for each sample in a narrow scan range of 845 to 870 eV using a photoelectron spectrometer (manufactured by ULVAC-PHI, Model: XPS PHI5000 VersaProbe). The measurement conditions are as follows:
X線源:モノクロ化Al-Kα
管電圧:15kV
出力:200W
中和銃:不使用
パスエネルギー:11.75eV
ステップ:0.1eV
取り込み時間:200ms
積算回数:30回
X-ray source: Monochromated Al-Kα
Tube voltage: 15 kV
Output: 200W
Neutralization gun: Not used Pass energy: 11.75 eV
Step: 0.1 eV
Acquisition time: 200 ms
Accumulation count: 30 times
次に、この光電子スペクトルから、Ni2p軌道に由来する光電子エネルギー(845~870eV)の領域を分離した。そして、この領域におけるNi由来のピーク(85.2eV)と、NiO由来のピーク(854.3eV)と、Ni(OH)2由来のピーク(855.6eV)の各々のピーク面積を測定した。そして、これらのNi含有成分の合計ピーク面積PAallを算出した。次に、この合計ピーク面積PAallに対するNiのピーク面積PANiの比率(PANi/PAall)を算出した。同様に、合計ピーク面積PAallに対するNiOのピーク面積PANiOの比率(PANiO/PAall)を算出した。そして、合計ピーク面積PAallに対するNi(OH)2のピーク面積PANi(OH)2の比率(PANi(OH)2/PAall)を算出した。各々の算出結果を表1に示す。 Next, the region of photoelectron energy (845-870 eV) derived from the Ni 2p orbital was separated from this photoelectron spectrum. Then, the peak areas of the Ni-derived peak (85.2 eV), NiO-derived peak (854.3 eV), and Ni(OH) 2- derived peak (855.6 eV) in this region were measured. The total peak area PA all of these Ni-containing components was then calculated. Next, the ratio of the Ni peak area PA Ni to this total peak area PA all (PA Ni /PA all ) was calculated. Similarly, the ratio of the NiO peak area PA NiO to the total peak area PA all (PA NiO /PA all ) was calculated. Then, the ratio of the Ni(OH) 2 peak area PA Ni(OH)2 to the total peak area PA all (PA Ni(OH)2 /PA all ) was calculated. The calculation results are shown in Table 1.
(3)焼成特性の評価
本試験では、示差熱・熱重量同時測定(TG-DTA:Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)を実施して、各サンプルの焼成特性を評価した。具体的には、20mgのニッケル粉末を示差熱天秤装置(リガク社製、型式:TG-DTA8122)に収容し、0.5L/minの流量で窒素ガスを供給しながら、10℃/minの昇温速度で室温から400℃まで加熱した。そして、加熱時の重量減少率(%)を測定した。
(3) Evaluation of Sintering Characteristics In this test, simultaneous differential thermal and thermogravimetry (TG-DTA) was performed to evaluate the sintering characteristics of each sample. Specifically, 20 mg of nickel powder was placed in a differential thermobalance (manufactured by Rigaku Corporation, model: TG-DTA8122) and heated from room temperature to 400°C at a heating rate of 10°C/min while supplying nitrogen gas at a flow rate of 0.5 L/min. The weight loss rate (%) during heating was then measured.
(4)分散性の評価
サンプル1~6のニッケル粉末を用いて電極ペーストを調製し、当該電極ペーストにおけるNi粒子の分散性を評価した。具体的には、ニッケル粉末(45wt%)と、チタン酸バリウム粉末(4.5wt%)と、エチルセルロース樹脂(2wt%)と、カルボン酸系分散剤(2.0wt%)と、イソボルニルアセテート(残部)とを混合して、3本ロールを用いて分散した。次に、調整後の電極ペーストをスライドガラスに2μmの膜厚で塗布した。そして、塗膜に対して120℃で5分間の乾燥処理を行った後、光学顕微鏡(倍率200倍)で塗膜の表面を観察した。そして、粒子径が1μm以上の二次粒子を「凝集粒子」とみなし、1視野あたりの凝集粒子が15個以下であったものを「良」、16~25個であったものを「可」、25個超であったものを「不可」と評価した。評価結果を表1に示す。
(4) Evaluation of Dispersibility Electrode pastes were prepared using the nickel powders of Samples 1 to 6, and the dispersibility of Ni particles in the electrode pastes was evaluated. Specifically, nickel powder (45 wt%), barium titanate powder (4.5 wt%), ethyl cellulose resin (2 wt%), carboxylic acid dispersant (2.0 wt%), and isobornyl acetate (the remainder) were mixed and dispersed using a three-roll mill. The prepared electrode paste was then applied to a glass slide to a thickness of 2 μm. The coating was then dried at 120°C for 5 minutes, and the surface of the coating was observed using an optical microscope (magnification: 200x). Secondary particles with a particle diameter of 1 μm or greater were considered "agglomerated particles." Samples with 15 or fewer agglomerated particles per field of view were evaluated as "good," samples with 16 to 25 agglomerated particles per field of view were evaluated as "fair," and samples with more than 25 agglomerated particles per field of view were evaluated as "poor." The evaluation results are shown in Table 1.
上記表1に示すように、サンプル1~5では、何れも、粒子表面のNi(OH)2の存在割合がサンプル6よりも低減していた。このことから、酸素ガスまたは還元ガスをバブリングしながらNiスラリーを加熱することによって、Ni(OH)2の存在量を低減できることが分かった。例えば、酸素ガスをバブリングしたサンプル1~4では、Ni(OH)2が低減し、NiOが増加する傾向が確認された。これは、酸素ガスによってNi(OH)2が酸化されてNiOとなったためと解される。一方、還元ガスをバブリングしたサンプル5では、Ni(OH)2が低減し、Niが増加する傾向が確認された。これは、還元ガスによってNi(OH)2が還元されてNiとなったためと解される。そして、分散性評価の結果、サンプル1~5は、サンプル6と比べて、分散性に優れていることが確認された。このことから、バブリング処理によって粒子表面のNi(OH)2を低減させることによって、平均粒子径が100nm以下を微小粒子を用いた場合でも、電極ペーストにNi粒子を好適に分散できることが分かった。 As shown in Table 1 above, in Samples 1 to 5, the proportion of Ni(OH) 2 present on the particle surface was lower than in Sample 6. This indicates that the amount of Ni(OH) 2 present can be reduced by heating the Ni slurry while bubbling oxygen gas or reducing gas. For example, in Samples 1 to 4, which were bubbled with oxygen gas, a tendency was observed in which Ni(OH) 2 decreased and NiO increased. This is believed to be due to the Ni(OH) 2 being oxidized by the oxygen gas to form NiO. On the other hand, in Sample 5, which was bubbled with reducing gas, a tendency was observed in which Ni(OH) 2 decreased and Ni increased. This is believed to be due to the Ni(OH) 2 being reduced by the reducing gas to form Ni. Furthermore, as a result of the dispersibility evaluation, Samples 1 to 5 were confirmed to have superior dispersibility compared to Sample 6. This indicates that by reducing Ni(OH) 2 on the particle surface by bubbling treatment, Ni particles can be suitably dispersed in the electrode paste even when fine particles with an average particle diameter of 100 nm or less are used.
また、サンプル1~6の重量減少量を比較したところ、サンプル1~5は、サンプル6よりも加熱中の重量減少量が少なくなっていた。これは、粒子表面のNi(OH)2量を低減させた結果、焼成中のNi粒子からの水分脱離量が減少したためと解される。すなわち、バブリング処理によってNi(OH)2量を低減させると、焼成中のNi粒子の収縮量が小さくなるため、焼成後の電極にクラック等の構造的欠陥が生じることを防止できると予想される。 Furthermore, when the weight loss amounts of Samples 1 to 6 were compared, Samples 1 to 5 lost less weight during heating than Sample 6. This is thought to be because the amount of water desorbed from the Ni particles during firing was reduced as a result of reducing the amount of Ni(OH) 2 on the particle surface. In other words, reducing the amount of Ni(OH) 2 by bubbling treatment reduces the amount of shrinkage of the Ni particles during firing, which is expected to prevent structural defects such as cracks from occurring in the electrode after firing.
以上、ここに開示される技術を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。すなわち、ここに開示される技術は、以下の項目1~項目12に記載の形態を包含する。 The technology disclosed herein has been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples given above. In other words, the technology disclosed herein encompasses the aspects described in items 1 to 12 below.
<項目1>
FE-SEM観察に基づいた平均粒子径が100nm以下であるNi粒子が有機溶媒に分散したNiスラリーを準備する準備工程と、
酸化ガスまたは還元ガスを前記Niスラリーに供給しながら加熱するバブリング処理を実施することによって、前記Ni粒子の表面におけるNi(OH)2を低減する水酸化Ni低減工程と
を含む、ニッケル粉末の製造方法。
<Item 1>
a preparation step of preparing a Ni slurry in which Ni particles having an average particle size of 100 nm or less based on FE-SEM observation are dispersed in an organic solvent;
and a nickel hydroxide reduction step of reducing Ni(OH) 2 on the surface of the nickel particles by carrying out a bubbling treatment in which an oxidizing gas or a reducing gas is supplied to the nickel slurry while heating it.
<項目2>
前記準備工程において、CV値が0.2以下のNi粒子を用いる、項目1に記載のニッケル粉末の製造方法。
<Item 2>
Item 2. The method for producing nickel powder according to item 1, wherein Ni particles having a CV value of 0.2 or less are used in the preparation step.
<項目3>
前記バブリング処理を実施する時間が5分以上である、項目1または2に記載のニッケル粉末の製造方法。
<Item 3>
3. The method for producing nickel powder according to item 1 or 2, wherein the bubbling treatment is carried out for 5 minutes or more.
<項目4>
前記酸化ガスは、酸素、オゾンから選択される一種を含む、項目1~3のいずれか一項に記載のニッケル粉末の製造方法。
<Item 4>
4. The method for producing nickel powder according to any one of items 1 to 3, wherein the oxidizing gas contains one selected from oxygen and ozone.
<項目5>
前記還元ガスは、水素、一酸化炭素から選択される一種を含む、項目1~3のいずれか一項に記載のニッケル粉末の製造方法。
<Item 5>
4. The method for producing nickel powder according to any one of items 1 to 3, wherein the reducing gas contains one selected from hydrogen and carbon monoxide.
<項目6>
前記Ni粒子は、コア粒子と、当該コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆するシェルとを備えたコアシェル粒子であり、前記シェルにニッケル元素が含まれている、項目1~5のいずれか一項に記載のニッケル粉末の製造方法。
<Item 6>
6. The method for producing nickel powder according to any one of items 1 to 5, wherein the Ni particles are core-shell particles having a core particle and a shell covering at least a part of the surface of the core particle, and the shell contains nickel element.
<項目7>
Ni粒子を主体とするニッケル粉末であって、
前記Ni粒子は、
FE-SEM観察に基づいた平均粒子径が100nm以下であり、
X線光電子分光法により測定される前記Ni粒子の光電子スペクトルにおいて、Ni2p軌道を示す領域におけるNiとNiOとNi(OH)2の合計ピーク面積に対する、前記Ni(OH)2のピーク面積の比率が60%以下である、ニッケル粉末。
<Item 7>
A nickel powder mainly composed of Ni particles,
The Ni particles are
The average particle size based on FE-SEM observation is 100 nm or less,
In a photoelectron spectrum of the Ni particles measured by X-ray photoelectron spectroscopy, the ratio of the peak area of the Ni(OH) 2 to the total peak area of Ni, NiO, and Ni(OH) 2 in a region showing the Ni 2p orbital is 60% or less. Nickel powder.
<項目8>
前記Ni粒子は、
前記合計ピーク面積に対する前記Niのピーク面積の比率が12%以上40%以下であり、かつ、
前記合計ピーク面積に対する前記NiOのピーク面積の比率が10%以上50%以下である、項目7に記載のニッケル粉末。
<Item 8>
The Ni particles are
The ratio of the Ni peak area to the total peak area is 12% or more and 40% or less, and
8. The nickel powder according to item 7, wherein a ratio of the NiO peak area to the total peak area is 10% or more and 50% or less.
<項目9>
前記Ni粒子は、
前記合計ピーク面積に対する前記Niのピーク面積の比率が40%以上70%以下であり、かつ、
前記合計ピーク面積に対する前記NiOのピーク面積の比率が1%以上10%以下である、項目7に記載のニッケル粉末。
<Item 9>
The Ni particles are
The ratio of the Ni peak area to the total peak area is 40% or more and 70% or less, and
8. The nickel powder according to item 7, wherein a ratio of the NiO peak area to the total peak area is 1% or more and 10% or less.
<項目10>
項目7~9のいずれか一項に記載のニッケル粉末と、
前記ニッケル粉末を分散させる分散媒と、
を含む、電極ペースト。
<Item 10>
The nickel powder according to any one of items 7 to 9,
a dispersion medium for dispersing the nickel powder;
Electrode paste comprising:
Claims (10)
FE-SEM観察に基づいた平均粒子径が100nm以下であるNi粒子が有機溶媒に分散したNiスラリーを準備する準備工程と、
酸化ガスまたは還元ガスを前記Niスラリーに供給しながら加熱するバブリング処理を実施することによって、前記Ni粒子の表面におけるNi(OH)2を低減する水酸化Ni低減工程と
を含み、
前記Ni粒子は、コア粒子と、当該コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆するシェルとを備えたコアシェル粒子であり、前記シェルにニッケル元素が含まれている、ニッケル粉末の製造方法。 A method for producing nickel powder containing 50 mass% or more of surface-treated Ni particles, in which a ratio of a peak area of a peak derived from nickel sulfide to a total peak area in a region showing an S2p orbital in a photoelectron spectrum of the particles measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 80% or more,
a preparation step of preparing a Ni slurry in which Ni particles having an average particle size of 100 nm or less based on FE-SEM observation are dispersed in an organic solvent;
A nickel hydroxide reduction step of reducing Ni(OH) 2 on the surface of the nickel particles by carrying out a bubbling treatment in which an oxidation gas or a reduction gas is supplied to the nickel slurry while heating it ;
A method for producing nickel powder , wherein the Ni particles are core-shell particles having a core particle and a shell covering at least a portion of the surface of the core particle, and the shell contains nickel element .
前記表面処理済みNi粒子は、
FE-SEM観察に基づいた平均粒子径が100nm以下であり、
X線光電子分光法により測定される前記表面処理済みNi粒子の光電子スペクトルにおいて、Ni2p軌道を示す領域におけるNiとNiOとNi(OH)2の合計ピーク面積に対する、前記Ni(OH)2のピーク面積の比率が60%以下であり、
前記表面処理済みNi粒子は、コア粒子と、当該コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆するシェルとを備えたコアシェル粒子であり、前記シェルにニッケル元素が含まれている、ニッケル粉末。 A nickel powder containing 50 mass% or more of surface-treated Ni particles,
The surface-treated Ni particles are
The average particle size based on FE-SEM observation is 100 nm or less,
In a photoelectron spectrum of the surface-treated Ni particles measured by X-ray photoelectron spectroscopy, the ratio of the peak area of Ni(OH) 2 to the total peak area of Ni, NiO, and Ni(OH) 2 in a region showing Ni 2p orbitals is 60% or less;
The surface-treated Ni particles are core-shell particles having a core particle and a shell covering at least a portion of the surface of the core particle, and the shell contains nickel element .
前記合計ピーク面積に対する前記Niのピーク面積の比率が12%以上40%以下であり、かつ、
前記合計ピーク面積に対する前記NiOのピーク面積の比率が10%以上50%以下である、請求項7に記載のニッケル粉末。 The surface-treated Ni particles are
The ratio of the Ni peak area to the total peak area is 12% or more and 40% or less, and
The nickel powder according to claim 7, wherein a ratio of the peak area of the NiO to the total peak area is 10% or more and 50% or less.
前記合計ピーク面積に対する前記Niのピーク面積の比率が40%以上70%以下であり、かつ、
前記合計ピーク面積に対する前記NiOのピーク面積の比率が1%以上10%以下である、請求項7に記載のニッケル粉末。 The surface-treated Ni particles are
The ratio of the Ni peak area to the total peak area is 40% or more and 70% or less, and
The nickel powder according to claim 7, wherein a ratio of the NiO peak area to the total peak area is 1% or more and 10% or less.
前記ニッケル粉末を分散させる分散媒と、
を含む、電極ペースト。 The nickel powder according to claim 7,
a dispersion medium for dispersing the nickel powder;
Electrode paste comprising:
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