(57)【要約】  本発明は、アルミニウム合金を含む電池電極箔であって、アルミニウム合金は、重量％で、以下の組成：Ｓｉ：０．０７〜０．１２重量％、Ｆｅ：０．１８〜０．２４重量％、Ｃｕ：０．０３〜０．０８重量％、Ｍｎ：０．０１５〜０．０２５重量％、Ｚｎ：≦０．０１重量％、Ｔｉ：０．０１５〜０．０２５重量％を有し、アルミニウム合金は、それぞれ最大０．０１％まで、合計で最大０．０３％までの不純物を有してもよく、ただし、アルミニウムの割合は、少なくとも９９．５重量％でなければならず、電池電極箔は、≦９５００粒子／ｍｍ２の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有する、電池電極箔に関する。本発明はまた、電池電極箔を製造するための方法、蓄電池を製造するためのその使用、および電池電極箔を含む蓄電池に関する。
2021504585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金を含む電池電極箔であって、
前記アルミニウム合金は、重量パーセントで、以下の組成：
Ｓｉ：０．０７〜０．１２重量％、
Ｆｅ：０．１８〜０．２４重量％、
Ｃｕ：０．０３〜０．０８重量％、
Ｍｎ：０．０１５〜０．０２５重量％、
Ｚｎ：≦０．０１重量％、
Ｔｉ：０．０１５〜０．０２５重量％
を有し、
前記アルミニウム合金は、それぞれの場合において最大０．０１％まで、合計で最大０．０３％までの不純物を含んでもよく、
残りの重量％はアルミニウムであり、
ただし、アルミニウム含量は少なくとも９９．５重量％でなければならず、
前記電池電極箔は、９５００粒子／ｍｍ２以下の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有する、電池電極箔。
【請求項２】
７０００粒子／ｍｍ２以下の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有する、請求項１に記載の電池電極箔。
【請求項３】
５６％ＩＡＣＳの最小電気伝導率を有する、請求項１または２に記載の電池電極箔。
【請求項４】
２５０ＭＰａより大きい引張強度（圧延方向および圧延方向を横切る方向）Ｒｍを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項５】
両側で０．０７〜０．２２μｍの表面粗度Ｒａを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項６】
電池電極箔の両側の表面粗度Ｒａの差が、最大０．０３μｍである、請求項５に記載の電池電極箔。
【請求項７】
５ｍｇ／ｍ２より小さい炭素被覆率を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項８】
前記電池電極箔の表面張力が、３０ｄｙｎ／ｃｍより大きい、請求項１から７のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項９】
前記電池電極箔の前記表面張力が、３２ｄｙｎ／ｃｍより大きい、請求項８に記載の電池電極箔。
【請求項１０】
８〜２０μｍ、好ましくは１２μｍの厚さを有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項１１】
１２μｍの厚さを特に有する前記電池電極箔が、以下の機械的特性：
Ｒｍ（圧延方向）：≧２５０ＭＰａ、
Ｒｍ（圧延方向を横切る方向）：≧２５０ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向）：≧２００ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向を横切る方向）≧２００ＭＰａ、
Ａ１００（圧延方向）：≧２．０％、
Ａ１００（圧延方向を横切る方向）≧２．０％
を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項１２】
Ｆｅ／Ｓｉ比率が、１．５〜３．５の範囲内であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項１３】
Ｃｕ／Ｔｉ比率が、２〜５の範囲内であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項１４】
電池電極箔（１２、２２）を製造する方法であって、
−  少なくとも２．５ｍｍの熱間圧延厚さを有するアルミニウム熱間圧延ストリップ（８）が、請求項１、１１および１２に記載のアルミニウム合金から提供され、および
−  前記アルミニウム熱間ストリップ（８）が、いくつかの冷間圧延（Ｋ１、Ｋｘ、Ｋｘ＋１、Ｋｙ、Ｋｙ＋１、Ｋｎ）で８〜２０μｍの最終厚さまで冷間圧延され、
−  冷間圧延が、中間焼鈍なしに少なくとも１ｍｍの初期厚さから行われる、方法。
【請求項１５】
熱間ストリップ厚さから最終厚さまでの冷間圧延が、中間焼鈍なしに行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
冷間圧延が、８μｍ〜最大２０μｍ、好ましくは１２μｍの最終厚さまで行われることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
冷間圧延の通過毎の圧延の程度が、少なくとも０．５５ｍｍ、好ましくは少なくとも１．５ｍｍの初期厚さから最大６０％であることを特徴とする、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記アルミニウムストリップが、少なくとも０．１ｍｍ、好ましくは少なくとも０．２ｍｍの厚さから開始して、２回の冷間圧延の通過間で特に最大で５０℃の温度まで冷却されることを特徴とする、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記アルミニウムストリップが、その最終厚さまで単一層として冷間圧延されることを特徴とする、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１４から１９のいずれか一項に記載の方法により生成される、特に請求項１から１３のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項２１】
特に、蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池の製造のための電流コレクター箔としての、請求項１から１３および２０のいずれか一項に記載の電池電極箔の使用。
【請求項２２】
請求項１から１３および２０のいずれか一項に記載の電池電極箔で作製された電流コレクターを有する蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金を含む電池電極箔であって、アルミニウム合金は、重量％で、以下の組成：Ｓｉ：０．０７〜０．１２重量％、Ｆｅ：０．１８〜０．２４重量％、Ｃｕ：０．０３〜０．０８重量％、Ｍｎ：０．０１５〜０．０２５重量％、Ｚｎ：≦０．０１重量％、Ｔｉ：０．０１５〜０．０２５重量％を有し、アルミニウム合金は、それぞれの場合において最大０．０１％まで、合計で最大０．０３％までの不純物を含んでもよく、ただし、アルミニウムの割合は、少なくとも９９．５重量％でなければならず、電池電極箔は、≦９５００粒子／ｍｍ２の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有する、電池電極箔に関する。本発明は、さらに、電池電極箔の製造のための方法、蓄電池の製造のためのその使用、および電池電極箔を含む蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン蓄電池のコアは、上下に配置されてセパレーター層により分離された交互のアノードおよびカソード層からなる。カソード層には、Ｌｉ含有電極ペーストでコーティングされたアルミニウム箔が典型的に使用される。アノード層は、例えばグラファイトコーティング銅箔であってもよく、セパレーター層は、Ｌｉイオンが透過し得るポリマー層であってもよい。
【０００３】
カソード層では、アルミニウム箔は、一方では電極ペーストの担体または基板として機能し、また一方では電流を放散するように、すなわちいわゆる電流コレクターとして機能する。
【０００４】
従来技術において、純アルミニウム材料、例えばＥＮ  ＡＷ１０８５で作製されたアルミニウム箔が、高合金化材料より良好な導電率を有するため、典型的にはリチウムイオン蓄電池用の電流コレクターとして使用される。しかしながら、純アルミニウム材料は本質的に、リチウムイオン蓄電池の加工性および／または耐用年数に悪影響を及ぼし得る望ましくない機械的特性を有する。
【０００５】
カソード層の製造では、電極ペーストがアルミニウム箔に塗布され、次いでカレンダー処理方法で圧延システムを通して圧縮される。さらに、巻回型蓄電池の製造では、アルミニウム箔が蓄電池の他の層と共に比較的小さい曲げ半径できつく巻回される。製造プロセスにおけるこれらのステップの間、アルミニウム箔は高い機械的応力に供され、これらは、現在まで使用されている高純度アルミニウム合金で作製された箔の場合には、箔の皺または破れをもたらすことが多かった。機械的応力はまた、リチウムイオン蓄電池の早期の故障をもたらし得る。
【０００６】
材料に関連する欠点によって、蓄電池のエネルギー密度の増加に望ましい、厚さを低減するための箔のさらなる薄片化がさらに制限される。
【０００７】
ＥＰ２８５７５３５から、より高い強度を有する電流コレクター箔用のアルミニウム材料が公知であるが、これらは、アルミニウム含量が９９．０％未満の高合金化アルミニウム合金である。これは一方でより低い導電率をもたらし、また一方でより高い含量の合金化副生成物のためのより高いコストをもたらす。合金化副生成物は、アルミニウムに加えてアルミニウム合金中に含まれる元素、例えばＳｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ等である。
【０００８】
ＥＰ２７３８８４９およびＥＰ２７３８８５０は、電極コレクター用のアルミニウム合金箔および製造方法を開示している。それらに記載されているアルミニウム箔は、連続鋳造方法により製造されたものであり、高密度の０．１〜１．０μｍの径長を有する金属間相を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この背景に対して、本発明は、これまで使用されている低合金箔のコストおよび導電率の利点を高合金箔のより良好な機械的特性と組み合わせる、電池電極箔および電池電極箔の製造方法を提供する目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
この問題を解決するために、アルミニウム合金を含む電池電極箔であって、
アルミニウム合金は、重量パーセントで、以下の組成：
Ｓｉ：０．０７〜０．１２重量％、
Ｆｅ：０．１８〜０．２４重量％、
Ｃｕ：０．０３〜０．０８重量％、
Ｍｎ：０．０１５〜０．０２５重量％、
Ｚｎ：≦０．０１重量％、
Ｔｉ：０．０１５〜０．０２５重量％
を有し、アルミニウム合金は、それぞれの場合において最大０．０１％まで、合計で最大０．０３％までの不純物を含んでもよく、
残りの重量％はアルミニウムであり、
ただし、アルミニウム含量は少なくとも９９．５重量％でなければならず、
電池電極箔は、≦９５００粒子／ｍｍ２の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有する、電池電極箔が提供される。
【００１１】
本発明者らは、特定の合金組成に適合させた上記アルミニウム合金を加工することにより、低密度の０．１〜１．０μｍの径長の相を特徴とし、高強度および良好な電気伝導率の両方を有するアルミニウム箔が提供され得ることを認識した。
【００１２】
好ましい実施形態は、その金属間相が≦７０００粒子／ｍｍ２の密度の０．１〜１．０μｍの径長を有する電池電極箔に言及する。
【００１３】
したがって、本発明による電池電極箔は、良好な電気伝導率と同時に高い機械的強度を特に特徴とする。電池電極箔は、＞５６％ＩＡＣＳ、特に約５６％ＩＡＣＳの最小電気伝導率を有し得る。電池電極箔は、＞２５０ＭＰａの引張強度（圧延方向および圧延方向を横切る方向）Ｒｍをさらに有し得る。
【００１４】
典型的には、電池電極箔は、両側で０．０７〜０．２２μｍの表面粗度Ｒａを示す。好ましくは、電池電極箔の両側の表面粗度Ｒａの差は、最大０．０３μｍである。
【００１５】
電池電極箔は、＜５ｍｇ／ｍ２の炭素コーティングを特に有する。いくつかの実施形態において、電池電極箔の表面張力は、＞３０ｄｙｎ／ｃｍ、例えば＞３２ｄｙｎ／ｃｍである。
【００１６】
通常、電池電極箔は、８〜２０μｍ、好ましくは１２μｍの厚さを有する。
【００１７】
１２μｍの厚さを特に有する電池電極箔は、以下の機械的特性：
Ｒｍ（圧延方向）：≧２５０ＭＰａ、
Ｒｍ（圧延方向を横切る方向）：≧２５０ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向）：≧２００ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向を横切る方向）：≧２００ＭＰａ、
Ａ１００（圧延方向）：≧２．０％、
Ａ１００（圧延方向を横切る方向）≧２．０％
を示し得る。
【００１８】
電池電極箔は、その特性を達成するために、Ｆｅ／Ｓｉ比率が１．５〜３．５の範囲内であり、Ｃｕ／Ｔｉ比率が２〜５の範囲内であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の別の態様は、電池電極箔（１２、２２）を製造するための方法であって、
−  少なくとも２．５ｍｍの熱間ストリップ厚さを有するアルミニウム熱間ストリップ（８）が、請求項１、１０および１１に記載のアルミニウム合金から提供され、
−  アルミニウム熱間ストリップ（８）が、いくつかの冷間圧延の通過（Ｋ１、Ｋｘ、Ｋｘ＋１、Ｋｙ、Ｋｙ＋１、Ｋｎ）で８〜２０μｍの最終厚さまで冷間圧延され、
冷間圧延は、中間焼鈍なしに少なくとも１ｍｍの初期厚さから行われる、方法に関する。
【００２０】
典型的には、熱間ストリップ厚さから最終厚さまでの冷間圧延は、中間焼鈍なしに行われる。
【００２１】
本発明者らは、連続鋳造方法ではない方法による、特に上記の方法による上記のアルミニウム合金の加工により、高い機械的強度および良好な導電率を有するアルミニウム箔、特に電池電極箔が製造され得ることを認識した。
【００２２】
この方法は、８μｍ〜最大２０μｍ、好ましくは１２μｍの最終厚さまでの冷間圧延を特に含む。
【００２３】
いくつかの実施形態において、少なくとも０．５５ｍｍ、好ましくは少なくとも１．５ｍｍの初期厚さからの冷間圧延の通過毎の圧延の程度は、最大６０％である。
【００２４】
方法の特定の実施形態において、少なくとも０．１ｍｍ、好ましくは少なくとも０．２ｍｍの厚さを有するアルミニウムストリップは、２回の冷間圧延の通過間で特に５０℃以下の温度まで冷却される。
【００２５】
アルミニウムストリップは、その最終厚さまで単一層として冷間圧延され得る。
【００２６】
したがって、本発明のさらなる一態様は、本明細書に記載の方法により製造された電池電極箔に関する。
【００２７】
本発明のさらなる一態様は、特に、蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池の製造のための電流コレクター箔としての、電池電極箔の使用に関する。
【００２８】
本発明の別の態様は、本発明の電池電極箔からなる電流コレクターを有する蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明による方法の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図２は、本発明による方法の第２の実施形態を示す図である。
【図３】図３は、リチウムイオン蓄電池の製造のための方法のセクションを示す図である。
【図４】図４ａ及び図４ｂは、平坦型設計におけるリチウムイオン蓄電池の層構造の概略図である。
【図５】図５ａ及び図５ｂは、円筒型設計におけるリチウムイオン蓄電池の層構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
「含む」は他の要素またはステップを除外しないこと、および「ａ」または「ａｎ」は複数を除外しないことに留意されたい。実施形態の１つに関連して記載される特徴またはステップは、他の記載された実施形態の他の特徴またはステップと組み合わせてまた使用されてもよいことにもまた留意されたい。
【００３１】
このアルミニウム合金によって、合金化副生成物の含量が低いにもかかわらず、以前に使用されていた１０５０型または１０８５型の合金によるよりも高い強度が達成され得ることが判明した。このアルミニウム合金で作製されたアルミニウムストリップは、冷間圧延によって、特に箔圧延、すなわち２００μｍの初期厚さからの冷間圧延によって容易に強化され得、したがって最終厚さでのより高い強度が達成され得ることが特に判明した。一方、以前に使用されていた１０５０合金は、箔圧延によってほとんど強化され得なかった。試験では、以前に使用されていた１０５０合金で作製されたアルミニウムストリップのＲｐ０．２値は、典型的には熱間ストリップにおける５０〜７０ＭＰａから、冷間圧延により約１５０〜１７５ＭＰａに増加され得、約２００μｍの初期厚さからの箔圧延によって達成され得る強度の増加がごくわずかであることが示されている。一方、上記の合金は、箔圧延中に強度の顕著な増加もまた達成し、したがって例えば１２μｍまたは１５μｍの最終厚さで例えば２４０ＭＰａのＲｐ０．２値を有するアルミニウム箔が製造され得る。上記の加工によって、アルミニウム合金からアルミニウム箔が製造され得ることもまた判明した。このアルミニウム箔は、低密度の０．１〜１．０μｍの径長の相を特徴とし、良好な電気伝導率を有する。このため、これらのアルミニウム箔は、蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池の製造のための電池電極箔として特に適している。
【００３２】
アルミニウム合金は、０．０７〜０．１２重量％のケイ素含量、および０．１８〜０．２４重量％の鉄含量を有する。これらの範囲は、アルミニウム合金から作製されたアルミニウム箔の所望の特性に適していることが判明している。示されたＳｉおよびＦｅ含量により、１．５〜３．５の範囲内の有利なＦｅ−Ｓｉ比率もまた達成される。より高いＦｅ−Ｓｉ比率は、箔におけるＡｌＦｅ相のより高い割合をもたらし、これは、箔の機械的特性に不都合である。Ｆｅ−Ｓｉ比率は、重量パーセントでのＳｉ含量に対する重量パーセントでのＦｅ含量の比率である。
【００３３】
Ｆｅ含量を最大０．２４重量％に制限することにより、合金から製造されたアルミニウム箔が良好な腐食安定性を有する、すなわち低い腐食傾向を有することもまた達成される。これは、極めて良好な強度レベルもまた達成するがはるかに高い腐食傾向を有する高合金アルミニウム合金で作製されたアルミニウム箔より、特に有利である。
【００３４】
アルミニウム合金はまた、０．０３〜０．０８重量％の銅含量、０．０１５〜０．０２５重量％のマンガン含量、最大０．０１重量％の亜鉛含量、および０．０１５〜０．０２５重量％のチタン含量を有する。元素Ｃｕ、Ｔｉ、ＭｎおよびＺｎを示された各範囲内で共同的に正確に調節することによって、それでも冷間成形により、特に箔圧延により良好に強化され得る低合金アルミニウム合金が得られることが判明した。
【００３５】
銅、チタンおよびマンガンの選択された含量は、良好な混晶凝固を特にもたらし、したがってこの合金で作製されたアルミニウム箔は、以前に使用されていた１０５０合金で作製された対応するアルミニウム箔と比較して改善された強度を示す。
【００３６】
さらに、それらの固溶限に起因して、ＣｕおよびＭｎ、ただしまたＳｉは、依然として主に固溶状態であり、すなわち、アルミニウムマトリックス中にあり、静的および動的回復に反力を及ぼす。Ｃｕ、ＭｎおよびＳｉの言及された含量では、これにより加工硬化による強度の連続的増加が可能になる。さらに、熱処理中のアルミニウム箔の軟化が溶解元素により阻害されるため、記載された組成は、アルミニウム箔のより良好な熱安定性をもたらす。
【００３７】
ここで記載される合金は、銅含量に依存して１０５０または１１００合金である。１０５０の仕様は、一般に、最大０．０５重量％のＣｕ、ＭｎおよびＺｎ含量を許容するが、これらの元素の実際の不純物含量は、典型的な１０５０合金では一般にこれよりはるかに低い。したがって、ここで記載される合金組成を達成するために、特に元素Ｃｕ、ＭｎおよびＺｎが具体的に添加される。
【００３８】
銅およびチタンの指定された含量により、２〜５の有利なＣｕ−Ｔｉ比率もまた達成される。これによって、合金のより高い導電率が達成され得る。Ｔｉは、Ｃｕより著しく高い元素固有の抵抗係数を有する。少なくとも２のＣｕ−Ｔｉ比率が、Ｃｕによる導電率に対するＴｉのマイナス効果を相殺し得る。同時に、この相殺は、Ｔｉを完全に排除する必要はないことを意味し、したがってＴｉまたはＴｉ含有結晶粒微細化剤、例えばホウ化チタンが添加されてもよい。
【００３９】
本発明によれば、上述の問題は、アルミニウム箔を、特に電池電極箔を製造するための方法によってさらに解決され、少なくとも３ｍｍの熱間ストリップ厚さを有するアルミニウム熱間ストリップが、上記のアルミニウム合金から提供され、アルミニウム熱間ストリップは、いくつかの冷間圧延の通過で、少なくとも８μｍから最大２０μｍの最終厚さまで冷間圧延され、冷間圧延は、中間焼鈍なしに初期厚さから行われる。本発明によれば、課題は、この方法により製造されたアルミニウム箔によりさらに解決される。
【００４０】
本発明による合金の中間焼鈍なしでの箔圧延は、良好な電気伝導率と合わせてより高い強度をもたらす。相分析では、この実施形態が、低密度の０．１〜１．０μｍの径長を有する相を有することが示されている。
【００４１】
相の密度は、走査電子顕微鏡で１０００倍の倍率および１０ｋＶの加速電圧で決定されたが、この調査のための試料は、ＯＰＳ（酸化物研磨懸濁（oxide polishing suspension））により機械的に調製された。
【００４２】
【表１】
2021504585.tif 000003
【００４３】
ここで指定された径長は、粒子の最大径長を指す。粒子は、走査電子顕微鏡画像において二次元粒子として示される。この二次元表示で検出される最長直径が、最大径長を表す。
【００４４】
したがって、本発明の主な一態様は、アルミニウム合金を含む電池電極箔であって、
アルミニウム合金は、重量パーセントで、以下の組成：
Ｓｉ：０．０７〜０．１２重量％、
Ｆｅ：０．１８〜０．２４重量％、
Ｃｕ：０．０３〜０．０８重量％、
Ｍｎ：０．０１５〜０．０２５重量％
Ｚｎ：≦０．０１重量％、
Ｔｉ：０．０１５〜０．０２５重量％
を有し、アルミニウム合金は、それぞれの場合において最大０．０１％まで、合計で最大０．０３％までの不純物を含んでもよく、
残りの重量％はアルミニウムであり、
ただし、アルミニウム含量は少なくとも９９．５重量％でなければならず、
電池電極箔は、≦９５００粒子／ｍｍ２の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有する、電池電極箔を提供することである。
【００４５】
専門家は、金属間相の径長を決定するための方法を熟知している。例えば、径長は、Ｂ２Ｄ４検出器（電界放射型走査電子顕微鏡用の空気圧操作式検出器）を有する電界放射型走査電子顕微鏡（Ｚｅｉｓｓ  Ｍｅｒｌｉｎ）を使用して、１０００倍の倍率および１０ｋＶの加速電圧で測定され得る。
【００４６】
特定の実施形態は、≦１５μｍのストリップ厚さを有する電池電極箔に言及し、これは、≦９５００粒子／ｍｍ２、好ましくは≦７０００粒子／ｍｍ２、例えば≦６０００粒子／ｍｍ２または≦５０００粒子／ｍｍ２、特に好ましくは≦４０００粒子／ｍｍ２の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有する。
【００４７】
特に、≦１５μｍのストリップ厚さを有する電池電極箔であり、これは、１０００倍の倍率および１０ｋＶの加速電圧で測定される、≦４０００粒子／ｍｍ２の０．１〜１．０の径長の金属間相を有する。
【００４８】
特定の実施形態は、≦１２μｍのストリップ厚さを有する電池電極箔に言及し、これは、≦９５００粒子／ｍｍ２、好ましくは≦７０００粒子／ｍｍ２、例えば≦６０００粒子／ｍｍ２、≦５０００粒子／ｍｍ２または≦４０００粒子／ｍｍ２、特に好ましくは≦３０００粒子／ｍｍ２の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有する。特に、≦１２μｍのストリップ厚さを有する電池電極箔であり、これは、１０００倍の倍率および１０ｋＶの加速電圧で測定される、≦３０００粒子／ｍｍ２の０．１〜１．０の径長を有する金属間相を有する。
【００４９】
典型的には、電池電極箔は、少なくとも１００粒子／ｍｍ２、少なくとも１０００粒子／ｍｍ２の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有する。
【００５０】
特定の実施形態において、電池電極箔は、少なくとも２０００粒子／ｍｍ２の密度の≧１．０μｍの径長の金属間相を有する。≦１２μｍのストリップ厚さを有する電池電極箔は、少なくとも３０００粒子／ｍｍ２、好ましくは少なくとも４０００粒子／ｍｍ２の密度の≧１．０μｍの径長を有する金属間相を特に示し得る。≦１２μｍのストリップ厚さを有する電池電極箔は、１０００倍の倍率および１０ｋＶの加速電圧で測定される、少なくとも４０００粒子／ｍｍ２の密度の≧１．０μｍの径長を有する金属間相を特に有し得る。
【００５１】
≦１５μｍのストリップ厚さを有する電池電極箔において、金属間相は、≧１．０μｍの径長および少なくとも３０００粒子／ｍｍ２、好ましくは少なくとも４０００粒子／ｍｍ２の密度を特に有し得る。≦１５μｍのストリップ厚さを有する電池電極箔は、１０００倍の倍率および１０ｋＶの加速電圧で測定される、≧１．０μｍの径長および少なくとも４０００粒子／ｍｍ２の密度を有する金属間相を特に有し得る。
【００５２】
上記の合金で作製されたアルミニウムストリップは、最終厚さで達成される強度値が以前の１０５０合金の強度値を明らかに超えるように、少なくとも３ｍｍの厚さから少なくとも８および最大２０μｍまでの冷間圧延および箔圧延によって強化され得ることが判明した。この方法を特に使用して、以前は高合金された合金を使用する必要があったアルミニウム箔の強度を達成することができる。したがって、この方法により製造されたアルミニウム箔は、増加した強度と併せて、低含量の合金化元素に起因する良好な導電率を示す。高合金化合金と比較して、必要な合金副生成物含量を達成するために添加する必要がある材料がより少ないため、製造コストもまた低く維持され得る。アルミニウム箔は、高合金化アルミニウム箔で作製された箔と比較して改善された腐食安定性をさらに有する。
【００５３】
結果として、アルミニウム箔は、蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池の製造に特に適している。したがって、本発明によれば、上述の問題は、蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池の製造のために上述のアルミニウム合金を使用することによって、および上述のアルミニウム箔を特に蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池の製造のための電流コレクター箔として使用することによってさらに解決される。上述の問題は、上記のアルミニウム箔で作製された電流コレクターを有する蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池によってさらに解決される。
【００５４】
方法は、上述の合金で作製された少なくとも３ｍｍの熱間圧延厚さを有する熱間圧延アルミニウムストリップを提供する。熱間ストリップ厚さは、熱間圧延の最後に到達したアルミニウムストリップの厚さであると理解される。アルミニウム熱間ストリップは、例えば、上述の合金組成を有する溶融物からインゴットを鋳造し、任意選択の均質化処理後に、それを３ｍｍ以上の厚さに熱間圧延することによって製造され得る。熱間ストリップ温度、すなわち最後の熱間ストリップ通過直後の熱間ストリップの温度は、典型的には３００℃〜３５０℃の範囲内であり、例えば３３０℃である。
【００５５】
熱間圧延アルミニウムストリップは、いくつかの冷間圧延の通過で、８〜最大２０μｍの最終厚さまで冷間圧延される。冷間圧延の通過数は、必要に応じて調節され得るが、好ましくは少なくとも７である。
【００５６】
冷間圧延は、中間焼鈍なしに、少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも２ｍｍ、特に少なくとも３ｍｍの初期厚さから行われる。これは、少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも２ｍｍ、特に少なくとも３ｍｍの厚さを有するアルミニウムストリップが、２回の冷間圧延の通過間で（もはや）中間焼鈍に供されないことを意味する。好ましくは、熱間ストリップ厚さ以降では中間焼鈍は行われず、すなわち、好ましくは完全に中間焼鈍なしに冷間圧延が行われる。
【００５７】
初期厚さは、関連する冷間圧延の通過前のアルミニウムストリップの厚さであると理解される。通過は、ストリップの１回の圧延であると理解される。
【００５８】
中間焼鈍は、アルミニウムストリップの少なくとも部分的な再結晶を、または転位の低減をもたらし、材料の硬化に対抗する。ある特定の初期厚さ以降の中間焼鈍を排除することにより、良好な硬化は、アルミニウムストリップまたはアルミニウム箔が最終厚さで良好な強度を有するように、ストリップの強力な成形により達成され得る。
【００５９】
一方、特に通常の１０５０合金ではどうしても箔圧延により著しい強化は達成され得ないため、冷間圧延、または特に箔圧延は、典型的には、通常の１０５０合金で作製されたストリップの場合、中間焼鈍と共に行われる。
【００６０】
以下では、異なる種類のアルミニウム合金、方法、アルミニウム箔、その使用および蓄電池が説明される。個々の実施形態は、アルミニウム合金、方法、アルミニウム箔、その使用および蓄電池に適用可能であり、また互いに組み合わせることができる。
【００６１】
第１の実施形態において、アルミニウム合金のＦｅ−Ｓｉ比率は、１．９〜３．５の範囲内である。このようにして、アルミニウム箔の有利な強度特性が達成され得る。機械的特性に不都合なＡｌＦｅ相は、約０．４％の割合まで特に制限され得る。一方、３．５以上のＦｅ−Ｓｉ比率を有する対応する合金は、約２倍高い（約０．８％）ＡｌＦｅ相の割合を有する。上述の範囲内のＦｅ−Ｓｉ比率は、４００〜５００℃の温度範囲内の相の部分転位およびＡｌＦｅＳｉ分散質の形成にさらに好都合あり、これらは、アルミニウム箔の伸長特性に有利である。
【００６２】
別の設計では、アルミニウム合金のＣｕ−Ｔｉ比率は、２．５〜５の範囲内であり、冷間圧延中に良好な硬化をもたらす。
【００６３】
方法の別の実施形態において、熱間ストリップ厚さは、３〜５ｍｍの範囲内である。４ｍｍの最小熱間ストリップ厚さでは、所望の最終厚さへのその後の冷間圧延中に良好な加工硬化を達成することができた。好ましくは、冷間圧延は、中間焼鈍なしに熱間ストリップ厚さから行われる。５ｍｍ超の熱間ストリップ厚さでは、熱間ストリップは取り扱いが困難であり、特に巻くのが困難である。
【００６４】
別の実施形態において、熱間ストリップ厚さから最終厚さまでの冷間圧延は、中間焼鈍なしに行われる。したがって、この設計では、冷間圧延の通過間の中間焼鈍は、一般に、初期厚さとは無関係に排除される。このようにして、冷間圧延によって、アルミニウムストリップの改善された硬化が達成され得る。
【００６５】
別の実施形態において、冷間圧延は、８〜２０μｍ、好ましくは最大１５μｍ、特に最大１０〜１２μｍの最終厚さまで行われる。アルミニウム箔の対応する一実施形態において、後者は、８〜２０μｍ、好ましくは最大１５μｍ、特に最大１２μｍの厚さを有する。上記の合金は、厚さは薄いが蓄電池に加工された場合に亀裂を生じないような高強度を有するアルミニウム箔を製造するために使用され得る。これにより、材料および重量が削減され、蓄電池のエネルギー密度が増加する。
【００６６】
別の実施形態において、冷間圧延の通過毎の圧延の程度は、少なくとも０．７ｍｍの初期厚さから、好ましくは少なくとも１．５ｍｍの初期厚さから最大６０％である。したがって、冷間圧延の通過毎の圧延の程度は、初期厚さが０．７ｍｍまたは好ましくは１．５ｍｍの値未満に低下する前に最大６０％に制限される。
【００６７】
冷間圧延の通過における圧延の程度Ａは、冷間圧延の通過による厚さの変化、すなわち、初期厚さｄｂｅｆｏｒｅに対する冷間圧延の通過後のストリップ厚さｄａｆｔｅｒと初期厚さｄｂｅｆｏｒｅとの間の差をパーセンテージで表したものである。
Ａ＝（ｄｂｅｆｏｒｅ−ｄａｆｔｅｒ）／ｄｂｅｆｏｒｅ
【００６８】
例えば、ストリップが冷間圧延の通過において２００μｍから１００μｍに圧延される場合、圧延の程度は、Ａ＝（２００μｍ−１００μｍ）／２００μｍ＝０．５＝５０％になる。
【００６９】
冷間圧延によりもたらされる熱入力は、アルミニウムストリップを著しい軟化が生じる程度まで加熱し得ることが判明した。これは、少なくとも０．７ｍｍ、好ましくは少なくとも１．５ｍｍの初期厚さから最大６０％に圧延の程度を制限することにより防止され、したがって最終厚さでのストリップのより良好な強度が達成され得る。
【００７０】
別の実施形態において、アルミニウムストリップは、少なくとも０．１ｍｍの厚さから、好ましくは少なくとも、少なくとも０．２ｍｍの厚さから、２回の冷間圧延の通過間で、特に５０℃以下の温度まで冷却される。このようにして、冷間圧延プロセスによりストリップに導入される熱エネルギーは、個々の冷間圧延の通過間で消散し得、したがって、アルミニウムストリップの温度は、いくつかの冷却圧延の通過にわたり、ストリップの軟化をもたらす過度な上昇を示さない。その結果、最終厚さでのより高い強度が達成され得る。特により薄いストリップ厚さの場合には、冷間圧延の通過毎の熱上昇は重大であるため、プロセスは、初期厚さが０．７ｍｍ未満、好ましくは１．５ｍｍ未満に低下する前に２回の冷間圧延の通過間で冷却ステップを開始することにより行われる。
【００７１】
アルミニウムストリップを冷却するために、アルミニウムストリップは、２回の冷間圧延の通過間で、例えば少なくとも２４時間、好ましくは室温で保存され得る。これにより、ストリップは、典型的には８０℃〜１００℃から、冷間圧延の通過直後に最大で５０℃まで冷却され得る。
【００７２】
別の実施形態において、アルミニウムストリップは、その最終厚さまで単一層として冷間圧延される。これは、アルミニウムストリップが、開始厚さが薄くても、アルミニウム箔の製造において通常行われるように二重にされないことを意味する。最終厚さまでの一重冷間圧延の結果、アルミニウム箔は両側で同様のテクスチャー、特に同等の粗度を有し、これは、アルミニウム箔の均一な被覆性にプラスの効果を有する。
【００７３】
最終厚さまでの単一層圧延は、二重圧延アルミニウム箔と比較して必要な圧延油の量をさらに低減することができるが、これは、二重層圧延には、２つのアルミニウム層の間に、圧延後にそれらを分離するために大量の圧延油を塗布することが必要であるためである。したがって、単層圧延により、ストリップ表面上の有機不純物は、好ましくは１平方メートル当たり５ｍｇ以下の炭素の残留圧延油コーティングまで低減され得、これは、リチウムイオン蓄電池の製造のためにアルミニウム箔を使用した場合有利であることが分かった。
【００７４】
別の実施形態において、特に１５μｍの最大厚さを有するアルミニウム箔は、特に圧延硬化（roll-hardened）状態において、以下の機械的特性を有する：
Ｒｍ（圧延方向）：≧２８０ＭＰａ、
Ｒｍ（圧延方向を横切る方向）：≧２８０ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向）：≧２４０ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向を横切る方向）：≧２２０ＭＰａ、
Ａ１００（圧延方向）：≧２．６％および
Ａ１００（圧延方向を横切る方向）：≧３．３％。
【００７５】
別の実施形態において、アルミニウム箔（初期状態において圧延方向におけるＲｍ≧２８０ＭＰ）は、１５０℃で２分間の熱処理後に、以下の機械的特性を有する（ＤＩＮ５０１５４：１９８０−１２およびＤＩＮ  ＥＮ５４６−２：２００７−０３に従う引張試験で測定される）。
Ｒｍ（圧延方向）：≧２７０ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向）：≧２００ＭＰａ、および
Ａ１００（圧延方向）：≧２％。
【００７６】
別の実施形態において、特に１２μｍの最大厚さを有するアルミニウム箔は、特に圧延硬化（roll-hardened）状態において、以下の機械的特性を有する：
Ｒｍ（圧延方向）：≧２５０ＭＰａ、
Ｒｍ（圧延方向を横切る方向）：≧２５０ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向）：≧２００ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向を横切る方向）：≧２００ＭＰａ、
Ａ１００（圧延方向）：≧２．０％、
Ａ１００（圧延方向を横切る方向）≧２．０％。
【００７７】
Ｒｍは、引張強度であり、Ｒｐ０．２は、０．２％降伏強度であり、Ａ１００は、破断時伸び（試料長さ１００ｍｍ）であり、それぞれＤＩＮ５０１５４：１９８０−１２およびＤＩＮ  ＥＮ５４６−２：２００７−０３に従う引張試験で測定される。
【００７８】
「圧延方向」という付記は、圧延方向に試料長さをそれぞれ有する１つの引張試料が使用されることを意味し、「圧延方向を横切る方向」という付記は、それぞれ圧延方向を横切る方向に試料長さを有する１つの引張試料が使用されることを意味する。
【００７９】
上記の合金および方法を使用することにより、上述の機械的特性を有する箔が製造され得ることが判明した。強度Ｒｍは、これまで使用されている１０５０合金で達成されている強度値より特にはるかに高い。
【００８０】
記載された合金により、アルミニウム箔の≦１５０℃の温度での良好な短期熱安定性が達成され得、したがってアルミニウム箔は、そのような熱処理後にも良好な機械的特性を有することが判明した。アルミニウム箔は、リチウムを含む電極材料でのコーティングに続く乾燥プロセス後であっても良好な強度値を有するため、これは、リチウムイオン蓄電池の製造にアルミニウム箔を使用する場合に特に有利である。
【００８１】
別の実施形態において、アルミニウム箔は、両側において、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ４２８７：２０１０（固定型粗度試験機Ｈｏｍｍｅｌ−Ｔｅｓｔｅｒ  Ｔ８０００ＲＣによる）に従い測定される０．０７〜０．２２μｍの範囲内の粗度値Ｒａを有する。好ましくは、アルミニウム箔の一方側の粗度値Ｒａは、アルミニウム箔の他方側の粗度値Ｒａとは最大０．０３μｍ異なる。これは、１つの層のアルミニウム箔を最終厚さまで圧延することにより特に達成され得る。このようにして、アルミニウム箔は、両側でより均一にコーティングされ得る。
【００８２】
別の実施形態において、アルミニウム箔は、ホイートストンブリッジを使用して抵抗を測定することにより決定される、≧５６％ＩＡＣＳ（国際軟銅規格）の電気伝導率を有する。この良好な導電率は、低含量の合金化副生成物によって特に達成される。このようにして、アルミニウム箔は、電流コレクターに良好に適している。特別な実施形態において、電気伝導率は、５５％〜６３％、好ましくは５６％〜６０％、特に好ましくは５６％〜５８％、例えば５６％である。
【００８３】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して以下の様々な実施形態の記載から分かる。
【００８４】
図１は、本発明による手順の第１の実施形態を示す。
【００８５】
方法において、ステップＢでまず、以下の組成を有するインゴット２が鋳造される：
Ｓｉ：０．０７〜０．１２重量％
Ｆｅ：０．１８〜０．２４重量％
Ｃｕ：０．０３〜０．０８重量％
Ｍｎ：０．０１５〜０．０２５重量％
Ｚｎ：最大０．０１重量％
Ｔｉ：０．０１５〜０．０２５重量％
Ａｌ：残余であるが、少なくとも９９．５重量％、
個別に０．０１重量％以内、合計で０．０３重量％以内の不可避の不純物。
【００８６】
次いで、インゴットは、均質化炉４内での任意選択の均質化処理に供され得る（ステップＨ）。均質化処理後、インゴットは可逆式熱間圧延ミル６内で熱間圧延され（図１中両矢印で示される）、３〜５ｍｍの熱間ストリップ厚さを有するアルミニウム熱間ストリップ８を成形する（ステップＷ）。
【００８７】
熱間圧延後、アルミニウム熱間ストリップ８は、いくつかの冷間圧延の通過で、冷間圧延スタンド１０において例えば１５μｍの最終厚さまで冷間圧延される。図１は、第１の冷間圧延の通過（ステップＫ１）、最後の冷間圧延の通過（ステップＫＮ、「Ｎ」は冷間圧延の通過総数を表す）、および第１の冷間圧延の通過と最後の冷間圧延の通過との間の２つの連続した冷間圧延の通過（ステップＫｘおよびＫｘ＋１）の例を示す。冷間圧延の通過Ｋｘの後、アルミニウムストリップは、少なくとも１ｍｍの厚さを有する。したがって、冷間圧延の通過Ｋｘ＋１の初期厚さは、１ｍｍ以上である。冷間圧延の通過Ｋｘ＋１は、アルミニウムストリップの中間焼鈍なしに冷間圧延の通過Ｋｘに後続する。同様に、すべてのさらなる冷間圧延の通過は、中間焼鈍なしに最後の冷間圧延の通過まで互いに後続する。このようにして、箔の軟化をもたらす冷間圧延の通過間の任意の中間焼鈍なしに、Ｋｘで開始する個々の冷間圧延の通過を介して、製造されたアルミニウム箔１２の高度の固化が達成される。好ましくは、中間焼鈍は、冷間圧延中は完全に排除される。個々の冷間圧延の通過の圧延の程度は、少なくとも１．５ｍｍの初期厚さから最大６０％にさらに制限される。
【００８８】
図２は、本発明による手順の代替の一実施形態を示し、同一の構成要素には同一の参照番号が付されている。図１における方法と同様に、少なくとも１ｍｍの初期厚さからの中間焼鈍はなく、圧延の程度は、少なくとも１．５ｍｍの初期厚さから最大６０％に制限されている。図２に示される実施形態は、冷却ステップＡが０．１ｍｍのストリップ厚さからの個々の冷却圧延の通過間に提供される（図２ではＫｙとＫｙ＋１との間に示されている）点で、図１における実施形態と異なる。
【００８９】
冷間圧延中にアルミニウストリップに導入された成形エネルギーのため、アルミニウムストリップは、典型的には、冷間圧延の通過直後に８０℃〜１００℃の範囲内の温度を有する。冷却ステップＡにおいて、ストリップは、室温で少なくとも２４時間コイルとして保存され、したがって５０℃未満の温度まで徐々に冷却される。これにより、いくつかの連続した冷間圧延の通過にわたるアルミニウムストリップの過度の加熱、およびそれに関連するアルミニウムストリップの軟化が回避される。その結果、最終厚さでのアルミニウム箔１２の強度が増加され得る。
【００９０】
上記の方法で製造されたアルミニウム箔は、リチウムイオン蓄電池の製造における電流コレクターとしての使用に特に適している。
【００９１】
図３は、リチウムイオン蓄電池用のカソード層の製造を示し、これによりアルミニウム箔１２の機械的要件が理解できる。
【００９２】
この方法において、電極材料および導電体用のキャリアとして機能するアルミニウム箔２２がコイル２０から引き出される。アルミニウム箔２２は、例えば、図１または図２に示されるプロセスを使用して製造することができ、例えば箔１２であってもよい。
【００９３】
アルミニウム箔２２は、まずコーティングデバイス２４に供給され、そこで箔の頂部側および底部側が、例えばスロットダイコーティングによりリチウムを含む電極材料でコーティングされる。アルミニウム箔に塗布されたコーティング２６は、最大１５０μｍまでの層厚を有し得るが、これは、アルミニウム箔２２の厚さの何倍にもなる。
【００９４】
次いで、コーティングされた箔２２は、乾燥デバイス２８に供給され、そこで箔はまずフローテーションドライヤー３０内で乾燥され、次いで冷却セクション３２内で、例えば冷却ローラー３４で再び冷却される。乾燥は、典型的には、エアフローテーションドライヤー内で、約１５０℃で２分間行われる。冷却後、アルミニウム箔は、コイル３６に巻き取られる。
【００９５】
大量の電極材料がアルミニウム箔に塗布されるため、特にエアフローテーションドライヤー３０内で破れないように、高強度のアルミニウム箔が望ましい。アルミニウム箔は、乾燥処理後、すなわち１５０℃で２分後でもまだ必要な強度が存在するように、十分な熱安定性をさらに有するべきである。
【００９６】
第２のプロセス段階において、コーティングされたアルミニウム箔２２は、再びコイル３６から引き出されてカレンダー処理デバイス３８を通過し、コーティングされたアルミニウム箔２２がカレンダーロール４０の間で圧縮され、所定の均一な厚さのコーティング２６が得られる。
【００９７】
次いで、コーティングされた箔は、切り込みデバイス４２でより細いストリップ４４に縦方向に切り出され、コイル４６に巻き取られる。このようにして製造されたコーティングされたアルミニウム箔のストリップは、図示されていない以下のステップで所望の形状に切断または打ち抜かれ、それらをアノード層およびその間に配置されたセパレーター層と交互に重ね合わせることにより、リチウムイオン蓄電池にさらに加工される。これは、平坦型設計のリチウムイオン蓄電池の製造においては、個々の層を互いに連続的に重ね合わせることにより行うことができるか、または、円筒型設計のリチウムイオン蓄電池の製造においては、セパレーター層をそれぞれ有する１つのカソード層および１つのアノード層のスタックを巻回することにより行うことができる。
【００９８】
図４ａ〜図４ｂは、平坦型設計におけるリチウムイオン蓄電池５０の層状構造の断面を概略的に示し、図４ｂは図４ａからの拡大された詳細を示している。蓄電池５０は、カソード層５２、アノード層５４、およびその間に配置されたセパレーター層５６のスタックを有する。カソード層５２は、図３に示されるコーティングされたアルミニウムストリップ４４で作製される。
【００９９】
図５ａ〜図５ｂは、円筒型設計におけるリチウムイオン蓄電池６０の層構造の断面を概略的に示し、図５ｂは図５ａからの拡大された詳細を示している。蓄電池６０を製造するために、カソード層６２、アノード層６４および２つのセパレーター層６６からなるスタックが円筒に巻き取られ、したがって、完成した蓄電池６０において、多数のこれらの層が互いに重なり交互に配置されている。
【０１００】
特に個々の層を巻き取る際、それらは高い機械的応力に供されるため、カソード層に使用されるアルミニウム箔の高い強度が望ましい。過去には、１０５０合金で作製された低強度アルミニウム箔の使用は、しばしば巻き取り中に箔への損傷をもたらしており、これは製造プロセスの中断または製造された蓄電池の早期の故障につながっていた。
【０１０１】
ここで記載されるより高強度のアルミニウム箔を使用することにより、そのような製造への障害または操作中の蓄電池の早期の故障が防止される。
【０１０２】
試験が行われ、記載された合金および製造プロセスの利点が示されている。
【０１０３】
この目的のために、４５ｍｍ厚の圧延インゴットを表２に列挙された合金ＡおよびＢから鋳造したが、Ａは、本発明による合金の実施形態の例であり、Ｂは、比較例である。
【０１０４】
【表２】
2021504585.tif 000004
【０１０５】
圧延インゴットをそれぞれ６００〜６１０℃で３時間均質化し、次いで、可逆式熱間圧延スタンドで圧延して、４．５ｍｍの熱間ストリップ厚および約３３０℃の熱間ストリップ温度を有する熱間ストリップを成形する。
【０１０６】
次いで、合金Ａの熱間圧延ストリップを、表３に列挙されるパラメーターで、合計９回の冷間圧延の通過で１５μｍの最終厚さに冷間圧延した（本明細書において以降ストリップＡと呼ばれる）。
【０１０７】
【表３】
2021504585.tif 000005
【０１０８】
０．１０５ｍｍの初期厚さから開始して、個々の冷間圧延の通過間で、すなわち冷間圧延の通過６と通過７との間で初めて、ストリップを室温で２４時間保存した。冷間圧延は、中間焼鈍なしで行った。
【０１０９】
合金Ｂの熱間圧延ストリップを対応する様式で圧延して冷間圧延ストリップを成形したが、最後の冷間圧延の通過で最終厚さは２０μｍであった（本明細書において以降ストリップＢと呼ばれる）。
【０１１０】
圧延硬化（roll-hardened）状態の最終厚さ（Ａの場合１５μｍ、Ｂの場合２０μｍ）のストリップＡおよびＢの両方から、ストリップＡでは１つは圧延方向で１つは圧延方向を横切る方向の、およびストリップＢでは圧延方向の長さ１００ｍｍおよび幅１５ｍｍの試料を切り出した。ストリップＡのいくつかの試料はまた、１５０℃で２分間の熱処理に供したが、これは、リチウムイオン蓄電池の製造プロセスにおける電極材料の塗布後の典型的な乾燥条件に対応する。
【０１１１】
すべての試料に対して、ＤＩＮ５０１５４：１９８０−１２に従う引張試験を行った。結果を表４にまとめる（ストリップＡ：厚さ１５μｍ、ストリップＢ：厚さ２０μｍ）。
【０１１２】
【表４】
2021504585.tif 000006
【０１１３】
試験は、記載された合金および方法により、高強度を有する低合金アルミニウム箔を達成することが確かに可能であることを示している。ストリップＡにおいて達成されるＲｍおよびＲｐ０．２の値は、特に、参照合金からのストリップＢで達成される値を明らかに超えている。ストリップＡは、圧延方向および圧延方向を横切る方向の両方において、特に高い強度をさらに示す。その結果、ストリップは、圧延方向とはより無関係に、したがってより柔軟にさらに加工され得る。
【０１１４】
１５０℃で２分の熱処理後であっても、ストリップＡは、良好な強度値を示す。これは、（例えば図３における乾燥デバイス２８内での）乾燥ステップ後であってもストリップＡが良好な強度値をまだ有し、したがって、アルミニウムストリップが引き続き良好に加工され得、それから作製されたリチウムイオン蓄電池のより長い寿命を可能にすることを意味する。逆に、より高い強度値はまた、強度値を過度に低下させることなくアルミニウムストリップの最終厚さを低減することを可能にし、したがって、リチウムイオン蓄電池の製造においいて材料、重量および空間を削減することができる。
【０１１５】
１５μｍおよび２０μｍの厚さを有するストリップの試料に対して、０．１〜１．０μｍの径長および＞１μｍの径長を有する相の数を決定した。
【０１１６】
試料の合金組成は、以下の通りである：
【０１１７】
【表５】
2021504585.tif 000007
【０１１８】
試料は、酸化物研磨懸濁（oxide polishing suspension）により機械的に調製した。最大径長は、Ｂ２Ｄ４検出器（電界放射型走査電子顕微鏡用の空気圧操作式検出器）を有する電界放射型走査電子顕微鏡（Ｚｅｉｓｓ  Ｍｅｒｌｉｎ）を用いて、１０００倍の倍率および１０ｋＶの加速電圧で決定した。
【０１１９】
０．１〜１．０μｍの最大径長を有する粒子に対する結果を、表６に示す：
【０１２０】
【表６】
2021504585.tif 000008
【０１２１】
＞１．０μｍの径長を有する粒子に対する結果を、表７に示す：
【０１２２】
【表７】
2021504585.tif 000009
【０１２３】
これは、本発明の電池電極箔が、高強度および微細粒子分布の両方を有することを示している。
【符号の説明】
【０１２４】
２  インゴット
４  均質化炉
６  可逆式熱間圧延ミル
８  アルミニウム熱間ストリップ
１０  冷間圧延スタンド
１２  アルミニウム箔、箔
２０  コイル
２２  アルミニウム箔、箔
２４  コーティングデバイス
２６  コーティング
２８  乾燥デバイス
３０  フローテーションドライヤー
３２  冷却セクション
３４  冷却ローラー
３６  コイル
３８  カレンダー処理デバイス
４０  カレンダーロール
４２  切り込みデバイス
４４  より細いストリップ、アルミニウムストリップ
４６  コイル
５０  リチウムイオン蓄電池
５２  カソード層
５４  アノード層
５６  セパレーター層
６０  リチウムイオン蓄電池
６２  カソード層
６４  アノード層
６６  セパレーター層
【図１】
2021504585.tif 000010
【図２】
2021504585.tif 000011
【図３】
2021504585.tif 000012
【図４】
2021504585.tif 000013
【図５】
2021504585.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月15日(2020.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金を含む電池電極箔であって、
前記アルミニウム合金は、重量パーセントで、以下の組成：
Ｓｉ：０．０７〜０．１２重量％、
Ｆｅ：０．１８〜０．２４重量％、
Ｃｕ：０．０３〜０．０８重量％、
Ｍｎ：０．０１５〜０．０２５重量％、
Ｚｎ：≦０．０１重量％、
Ｔｉ：０．０１５〜０．０２５重量％
を有し、
前記アルミニウム合金は、それぞれの場合において最大０．０１％まで、合計で最大０．０３％までの不純物を含んでもよく、
残りの重量％はアルミニウムであり、
ただし、アルミニウム含量は少なくとも９９．５重量％でなければならず、
前記電池電極箔は、９５００粒子／ｍｍ２以下の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有し、かつ、８〜２０μｍの厚さを有する、電池電極箔。
【請求項２】
７０００粒子／ｍｍ２以下の密度の０．１〜１．０μｍの径長の金属間相を有する、請求項１に記載の電池電極箔。
【請求項３】
５６％ＩＡＣＳの最小電気伝導率を有する、請求項１または２に記載の電池電極箔。
【請求項４】
２５０ＭＰａより大きい引張強度（圧延方向および圧延方向を横切る方向）Ｒｍを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項５】
両側で０．０７〜０．２２μｍの表面粗度Ｒａを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項６】
電池電極箔の両側の表面粗度Ｒａの差が、最大０．０３μｍである、請求項５に記載の電池電極箔。
【請求項７】
５ｍｇ／ｍ２より小さい炭素被覆率を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項８】
前記電池電極箔の表面張力が、３０ｄｙｎ／ｃｍより大きい、好ましくは３２ｄｙｎ／ｃｍより大きい、請求項１から７のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項９】
１２μｍの厚さを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項１０】
１２μｍの厚さを特に有する前記電池電極箔が、以下の機械的特性：
Ｒｍ（圧延方向）：≧２５０ＭＰａ、
Ｒｍ（圧延方向を横切る方向）：≧２５０ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向）：≧２００ＭＰａ、
Ｒｐ０．２（圧延方向を横切る方向）≧２００ＭＰａ、
Ａ１００（圧延方向）：≧２．０％、
Ａ１００（圧延方向を横切る方向）≧２．０％
を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項１１】
Ｆｅ／Ｓｉ比率が、１．５〜３．５の範囲内であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項１２】
Ｃｕ／Ｔｉ比率が、２〜５の範囲内であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項１３】
電池電極箔（１２、２２）を製造する方法であって、
−  少なくとも２．５ｍｍの熱間圧延厚さを有するアルミニウム熱間圧延ストリップ（８）が、請求項１、１０および１１に記載のアルミニウム合金から提供され、および
−  前記アルミニウム熱間ストリップ（８）が、いくつかの冷間圧延（Ｋ１、Ｋｘ、Ｋｘ＋１、Ｋｙ、Ｋｙ＋１、Ｋｎ）で８〜２０μｍの最終厚さまで冷間圧延され、
−  冷間圧延が、中間焼鈍なしに少なくとも１ｍｍの初期厚さから行われ、
前記冷間圧延が、８μｍ〜最大２０μｍの最終厚さまで行われる、方法。
【請求項１４】
熱間ストリップ厚さから最終厚さまでの冷間圧延が、中間焼鈍なしに行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
冷間圧延の通過毎の圧延の程度が、少なくとも０．５５ｍｍ、好ましくは少なくとも１．５ｍｍの初期厚さから最大６０％であることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記アルミニウムストリップが、少なくとも０．１ｍｍ、好ましくは少なくとも０．２ｍｍの厚さから開始して、２回の冷間圧延の通過間で特に最大で５０℃の温度まで冷却されることを特徴とする、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記アルミニウムストリップが、その最終厚さまで単一層として冷間圧延されることを特徴とする、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１３から１７のいずれか一項に記載の方法により生成される、特に請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池電極箔。
【請求項１９】
特に、蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池の製造のための電流コレクター箔としての、請求項１から１２および１８のいずれか一項に記載の電池電極箔の使用。
【請求項２０】
請求項１から１２および１８のいずれか一項に記載の電池電極箔で作製された電流コレクターを有する蓄電池、特にリチウムイオン蓄電池。
【国際調査報告】
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