(57)【要約】【目的】高い強度と低い電気抵抗を示すリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔を提供する。【構成】Ｍｎ：０．４％以上０．８％未満、Ｍｇ：０．３％以上０．８％以下、Ｓｉ：０．４％以下、Ｆｅ：０．８％以下、Ｔｉ：０．０５％以下を含有し、ＭｎとＭｇの含有量についてＭｎ％＋４×Ｍｇ％≦３．２％の関係を満足し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、引張強さが３００ＭＰａ以上、室温での比抵抗値が３．７μΩｃｍ以下であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ：０．４％（質量％、以下同じ）以上０．８％未満、Ｍｇ：０．３％以上０．８％以下、Ｓｉ：０．４％以下（０％を含まず、以下同じ）、Ｆｅ：０．８％以下、Ｔｉ：０．０５％以下を含有し、ＭｎとＭｇの含有量についてＭｎ％＋４×Ｍｇ％≦３．２％の関係を満足し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、引張強さが３００ＭＰａ以上、室温での比抵抗値が３．７μΩｃｍ以下であることを特徴とするリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔。
【請求項２】
前記アルミニウム合金箔が、さらに、Ｃｕ：０．０２％以上０．３％以下を含有することを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のアルミニウム合金箔を製造する方法であって、請求項１または請求項２記載の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を常法に従って均質化処理した後、熱間圧延および冷間圧延を施し、冷間圧延において再結晶を伴う中間熱処理を行った後の最終冷間圧延率が８５％以上であることを特徴とするリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は携帯電話やノート型パーソナルコンピューター等に利用されるリチウムイオン二次電池（以下、単にリチウムイオン電池）の電極集電体用として好適に使用される高強度で導電性に優れたリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池電極集電体は、正極と負極がセパレータを介して捲回された極板群からなり、これを電池ケース内へ挿入する。電池ケースの形状としては円筒型と角型があり、ケースの形状にあわせて集電体を調製する。集電体を挿入後、非水電解液を注入して封口する。
【０００３】
正極活物質にはコバルト酸リチウム、リチウムニッケル複合化合物などが用いられ、負極活物質としてはコークスや黒鉛等のリチウムイオンを吸脱着できる炭素材料が用いられている。これらの正極活物質または負極活物質はポリフッ化ビニリデン等を使用したバインダーと撹拌・混合し、正極のアルミ箔や負極の銅箔に塗布して乾燥後圧延を行い、圧延中もしくは圧延前後で熱処理を行って吸着力を向上させ、所定寸法に裁断してシート状に成形し、リチウムイオン二次電池の電極とする（特許文献１）。
【０００４】
正極集電体用アルミニウム箔に関しては、正極活物質塗布後の乾燥工程での加熱によるアルミニウム箔の軟化、強度低下を抑制し、圧延工程におけるアルミニウム箔の変形を防止するために、ＭｎやＣｕを含有したアルミニウム合金箔が用いられている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３４２７７号公報
【特許文献２】特開平１１−６７２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、リチウムイオン電池の一層の高密度高エネルギー化が要求されており、従来から正極集電体として用いられているアルミニウム合金箔では、その電気抵抗による発熱でゲージダウンができないという問題が生じ、電気効率等の電池特性に影響を及ぼすようになってきている。また、ゲージダウンを図るためには強度向上も必要となり、リチウムイオン電池の高容量化を可能とするため、高強度で且つ導電性に優れたアルミニウム箔が望まれている。
【０００７】
本発明は、リチウムイオン電池の正極集電体用アルミニウム箔における上記従来の問題を解決するために、成分組成、強度および電気抵抗値と電池特性との関係について試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、従来材よりも高い強度と低い電気抵抗を示すリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための請求項１によるリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔は、Ｍｎ：０．４％（質量％、以下同じ）以上０．８％未満、Ｍｇ：０．３％以上０．８％以下、Ｓｉ：０．４％以下（０％を含まず、以下同じ）、Ｆｅ：０．８％以下、Ｔｉ：０．０５％以下を含有し、ＭｎとＭｇの含有量についてＭｎ％＋４×Ｍｇ％≦３．２％の関係を満足し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、引張強さが３００ＭＰａ以上、室温での比抵抗値が３．７μΩｃｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２によるリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔は、請求項１において、アルミニウム合金箔が、さらに、Ｃｕ：０．０２％以上０．３％以下を含有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３によるリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔の製造方法は、請求項１または請求項２記載のアルミニウム合金箔を製造する方法であって、請求項１または請求項２記載の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を常法に従って均質化処理した後、熱間圧延および冷間圧延を施し、冷間圧延において再結晶を伴う中間熱処理を行った後の最終冷間圧延率が８５％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特に正極材用として好適なリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔が提供される。当該アルミニウム合金箔は、正極板製造時の乾燥工程で加熱されても強度低下を生じることがなく、また圧延工程でも変形しない十分な強度を備えると共に、電気抵抗も十分に低く、リチウムイオン電池の高密度高エネルギー化が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のアルミニウム合金箔における合金成分の意義およびその限定理由について説明する。
Ｍｎ：
固溶したＭｎは箔の強度を向上させるよう機能する。また、正極板製造時の乾燥工程での強度低下を抑制するが、固溶したＭｎは比抵抗を上昇させるので、導電性の観点からは含有量が少ないことが望ましい。Ｍｎの好ましい含有量は０．４％以上０．８％未満の範囲であり、０．４％未満では十分な強度を得ることができず、０．８％以上含有すると、室温での比抵抗値が３．７μΩｃｍを超えてしまうため好ましくない。Ｍｎのより好ましい含有範囲は０．５％以上０．７％以下である。
【００１３】
Ｍｇ：
ＭｇはＭｎと共に強度を向上させるよう機能し、また、Ｍｇの添加により比抵抗が上昇する。Ｍｇの好ましい含有量は０．３％以上０．８％以下の範囲であり、０．３％未満では強度が不足する。Ｍｇのより好ましい含有範囲は０．４％以上０．７％以下である。
【００１４】
リチウムイオン電池電極集電体の導電性を考慮すると、アルミニウム合金箔の比抵抗を３．７μΩｃｍ以下とすることが必要である。Ｍｇの比抵抗への影響はＭｎほど顕著ではないが、上記の観点から、Ｍｇ含有量とＭｎ含有量との関係は下記の式を満足しなければならない。
Ｍｎ％＋４×Ｍｇ％≦３．２％
【００１５】
Ｓｉ：
Ｓｉは均質化処理や熱間圧延時にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物を形成し、Ｍｎの固溶量を低下させる。Ｍｎ固溶量の低下が大きいと、冷間圧延時の加工硬化が抑制され、目標とする強度が得られなくなる。Ｓｉの好ましい含有量は０．４％以下の範囲である。Ｓｉ量をさらに低く抑えるには高純地金を使う必要があり、コストアップとなる。コスト、性能の両面を考慮したＳｉのより好ましい含有範囲は０．１５％以上０．３５％以下である。
【００１６】
Ｆｅ：
Ｆｅは鋳造時にＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物を形成し、Ｍｎの固溶量を低減させる。Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物は１〜１０μｍ程度のサイズで、強度には寄与しない。Ｆｅの含有量が０．８％を超えるとＭｎの固溶量が減少し、所定の強度が得られなくなる。また、鋳造時に粗大なＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系晶出物が形成し易くなり、箔圧延時にピンホール発生の原因となる。粗大晶出物形成を防ぐためには、Ｍｇの添加を考慮して、（Ｆｅ％＋Ｍｎ％）が１．４％以下となるよう配合量を調整することが必要である。Ｆｅ量を低く抑えるには高純地金を使う必要があり、コストアップとなるから、コスト、性能の両面を考慮したＦｅのより好ましい含有範囲は０．４％以上０．７％以下である。
【００１７】
Ｔｉ：
Ｔｉは鋳塊組織の微細化のために添加される。Ｔｉは少量でも比抵抗を上昇させるが、０．０５％を超えて含有すると箔圧延時のピンホール発生の原因となることがある。ＢはＴｉと共に添加することにより同様な効果を得ることができる。アルミニウム合金箔中のＢの含有量は同様の理由で０．０１％以下とするのが好ましい。
【００１８】
Ｃｕ：
Ｃｕは強度を向上させるよう機能する。Ｃｕの好ましい含有量は０．０２％以上０．３％以下の範囲であり、０．０２％未満では強度向上効果が十分でない。ＣｕはＭｎよりも比抵抗増加への影響は少ないが、０．３％を超えて含有すると、強度は上昇するが比抵抗も増加して好ましくない。また、鋳造時に割れが発生し易くなり、量産規模の製造が難しくなる。Ｃｕのより好ましい含有範囲は０．０３％以上０．１５％以下である。
【００１９】
不可避的不純物としては、Ｚｎ：０．１％以下、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｖ、その他の元素は個々に０．０５％以下、合計で０．１５％以下であれば本発明の特性に影響することはない。
【００２０】
本発明のリチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔においては、圧延工程で変形を生じないために、引張強さが３００ＭＰａ以上の十分な強度を有することが必要である。
【００２１】
本発明のアルミニウム合金箔の製造工程について説明する。
前記の組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造して、所定のスラブに造塊し、得られたスラブ（鋳塊）を常法に従って均質化処理した後、熱間圧延を行う。リチウムイオン電池電極集電体用としては厚さ２０μｍ以下の箔材に仕上げる必要があり、熱間圧延板から中間熱処理を行うことなく、このような薄箔まで冷間圧延することは加工硬化による強度上昇のため量産上困難である。従って、圧延途中で再結晶を伴う中間熱処理を施して冷間圧延を行う。この場合、所定の強度を得るためには、冷間圧延において再結晶を伴う中間熱処理を行った後の最終冷間圧延率を８５％以上とすることが必要である。 
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を実証する。なお、これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。
【００２３】
実施例１
表１に示す組成を有するアルミニウム合金（Ａ〜Ｋ）を溶解、半連続鋳造法により造塊し、得られた鋳塊を４８０℃の温度で５ｈ均質化処理した後、４５０〜２６０℃の温度範囲で熱間圧延を行い、厚さ３ｍｍの熱間圧延板を得た。熱間圧延板を厚さ０．５ｍｍまで冷間圧延した後、急速加熱炉を用いて４００℃の温度で１分間保持し、２０℃／ｓの冷却速度で冷却する中間熱処理を実施し、中間熱処理以後は、冷間圧延を繰り返して１５μｍのアルミニウム合金箔（試験材１〜１１）を得た。この時の冷間圧延率は９７％であった。なお、従来材（試験材１１）（合金：３００３合金）については、均質化処理を６００℃の温度で５ｈ行った以外は、同じ工程で箔材を作成した。
【００２４】
試験材（アルミニウム合金箔）について、引張特性および室温（２５℃）の比抵抗値を測定した。結果を表２に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２に示すように、本発明に従う試験材１〜５は、引張強さが３００ＭＰａ以上で、室温での比抵抗は３．７μΩｃｍ以下となり、従来材（試験材１１）の３００３合金箔よりも強度が高く、比抵抗が低減されている。
【００２８】
これに対して本発明の条件を外れた試験材６〜１０は、引張強さ、比抵抗のいずれかにおいて劣っていた。すなわち、試験材６はＭｎ量が多いため比抵抗が高くなった。試験材７は、（Ｍｎ％＋４×Ｍｇ％）が３．２％より大きいため比抵抗値が高くなった。
【００２９】
試験材８はＭｎ量が少ないため引張強さが３００ＭＰａ未満となった。試験材９はＦｅ量が多く、鋳造時にＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物が生成してＭｎの固溶量が減少したため、引張強さが３００ＭＰａ未満となった。試験材１０はＳｉ量が多くＭｎ固溶量が減少したため、また、Ｍｇ量が少ないため、引張強さが３００ＭＰａ未満となった。試験材１１は従来材の３００３合金箔の特性を示し、引張強さは３００ＭＰａ未満であり、比抵抗は３．７μΩｃｍを超えている。
【００３０】
実施例２
実施例１で造塊した合金Ｅを用い、実施例１における試験材１〜１０の製造と同じ条件で、均質化処置、熱間圧延、冷間圧延を行い、最終冷間圧延率のみを変えて厚さ１５μｍのアルミニウム合金箔を製造し、得られた合金箔（試験材）について、実施例１と同様に引張特性と室温（２５℃）の比抵抗を測定した。結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
表３に示すように、本発明に従う試験材１２〜１４は、引張強さ３００ＭＰａ以上、室温での比抵抗３．７μΩｃｍ以下の特性を示した。
【００３３】
これに対して、試験材１５〜１７はいずれも、最終冷間圧延率が８５％より少ないため、引張強さが３００ＭＰａより低いものとなった。