JP6354866B1 - 二次電池の負極集電体用クラッド材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一実施形態による電池100は、図1に示すように、いわゆる円筒型のリチウムイオン二次電池である。この電池100は、円筒状の筐体1と、筐体1の開口を封止する蓋材2と、筐体1内に配置される蓄電要素3とを備えている。
ここで、本実施形態では、Ni合金層51を構成するNi合金は、0.005質量%以上0.50質量%以下のCと、Niと、不可避不純物とを含んでいる。この場合、Ni合金は、Cを約0.40質量%以下含むのが好ましい。
次に、図2〜図5を参照して、負極集電体5bとして用いられるクラッド材50の製造工程について説明する。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
次に、図6を参照して、上記実施形態の効果を確認するために行った実験(第1〜第3実施例)について説明する。
第1実施例では、Ni合金を、Cと、Niと、不可避不純物とのみから構成し、Cの組成を異ならせたNi合金板材を作製した。そして、作製したNi合金板材について、機械的強度の指標としての引張強度と、体積抵抗率とを測定した。また、Ni合金から構成されるNi合金層を一対のCu層で挟み込んだ3層構造のクラッド材を作製し、引張強度を測定した。また、クラッド材の体積抵抗率を厚み比率から算出した。
まず、上記実施形態の製造方法に基づいて、下記表1に示す組成(残部はNiと不可避不純物)になるように試験材1〜7のNi合金板材を作製した。具体的には、試験材2〜7に関しては、所定の含有率になるように、溶融炉内の溶融NiにCを添加した後に溶融Niを冷却することによって、試験材のNi合金のインゴットを作製した。一方、試験材1に関しては、Cを添加せずにNi合金のインゴットを作製した。なお、試験材1のNi合金板材におけるCの含有率は、不可避不純物レベルの含有率であり、特許請求の範囲のNi合金の組成条件(0.005質量%以上)を満たしていない。また、試験材7のNi合金板材におけるCの含有率は、特許請求の範囲のNi合金の組成条件(0.50質量%以下)を満たしていない。
表1に示すように、試験材1〜4については、Ni合金板材が作製できた一方、試験材5〜7ではNi合金板材が作製できなかった。具体的には、試験材5〜7では、熱間圧延時において、使用上問題がある程度に割れが生じた。これは、添加された炭素の量が多いため、Ni合金の硬度が向上したものの、延性が低下したため、割れが生じたと考えられる。なお、試験材5および6に関しては、Ni合金内のCの含有率が試験材7と比べて小さいので、熱間圧延の条件の変更などにより、割れの発生を抑制することは可能であると考えられる。この観点から、本発明において、Cが0.50質量%以下であれば、Cと、Niと、不可避不純物とのみから構成されているNi合金の適用が可能であると考えられる。
次に、作製した試験材の内、使用上問題がある程度に割れが生じなかった試験材1〜4を用いて、上記実施形態の製造方法に基づいて、クラッド材を作製した。具体的には、JIS H3100に準拠するC1020(無酸素銅)のCu板材を一対準備した。この際、Cu板材とNi合金板材の厚み比率(Cu板材の厚み:Ni合金板材の厚み:Cu板材の厚み)が1:3:1になるようにCu板材を準備した。
表2に示すように、試験材2〜4をそれぞれ用いた実施例1〜3のクラッド材は、試験材1を用いた比較例1のクラッド材と比べて、引張強度が大きくなった。具体的には、実施例1〜3のクラッド材では、比較例1のクラッド材と比べて、引張強度が2%以上大きくなった。この結果、Ni合金がCを0.005質量%以上含むことによって、クラッド材の機械的強度を向上させることができることが確認できた。
第2実施例では、Ni合金を、Cと、Niと、Nbと、不可避不純物とのみから構成し、Cの組成を異ならせたNi合金板材を作製した。そして、作製したNi合金板材について、第1実施例と同様に、機械的強度の指標としての引張強度と、体積抵抗率とを測定した。また、第1実施例と同様に、Ni合金から構成されるNi合金層を一対のCu層で挟み込んだ3層構造のクラッド材を作製し、引張強度を測定し、クラッド材の体積抵抗率を求めた。
まず、下記表3に示す組成(残部はNiと不可避不純物)になるように試験材8〜15のNi合金板材を作製した。具体的には、試験材9〜15に関しては、所定の含有率になるように、溶融炉内の溶融NiにCとNbとを添加した状態で溶融Niを冷却することによって、試験材のNi合金のインゴットを作製した。なお、試験材8に関しては、Nbを添加する一方Cを添加せずにNi合金のインゴットを作製した。なお、試験材8のNi合金板材におけるCの含有率は、不可避不純物レベルの含有率であり、特許請求の範囲のNi合金の組成条件(0.005質量%以上)を満たしていない。また、試験材8〜15に関しては、Nbの含有率が5.00質量%程度になるように、Ni合金にNbを添加した。
表3に示すように、試験材8〜15においても、表1の試験材1〜4のNi合金板材と同様に、Cの含有率を大きくするに従い、Ni合金板材の引張強度が大きくなった。この結果、試験材8〜15のNi合金板材において、Cの含有率が0.005質量%以上の試験材9〜15のNi合金板材は、Cの含有率が0.005質量%未満の試験材8のNi合金板材よりも、引張強度が大きくなった。また、Cの含有率を大きくするに従い、Ni合金板材の体積抵抗率はほとんど変化しなかったもののCの含有率が0.10質量%程度を超えて大きくなると、逆に、Ni合金板材の体積抵抗率が小さくなった。
次に、作製した試験材8〜15を用いて、第1実施例と同様にして、比較例2および実施例4〜10の3層構造のクラッド材を作製した。なお、試験材8のNi合金板材を用いて比較例2のクラッド材を作製し、試験材9〜15のNi合金板材を用いて実施例4〜10のクラッド材をそれぞれ作製した。
表4に示すように、試験材9〜15をそれぞれ用いた実施例4〜10のクラッド材は、試験材8を用いた比較例2のクラッド材と比べて、引張強度が大きくなった。具体的には、実施例4〜10のクラッド材では、比較例2のクラッド材と比べて、引張強度が1.5%以上大きくなった。この結果、Cと、Niと、Nbと、不可避不純物とのみから構成されたNi合金がCを0.005質量%以上含むことによって、クラッド材の機械的強度を向上させることができることが確認できた。
第3実施例では、上記第1実施例で作製した試験材4のNi合金板材とCu板材とを用いて、Ni合金層の厚み比率の異なる複数の3層構造のクラッド材を作製した。なお、クラッド材の作製方法は、Cu層とNi合金層とCu層との厚み比率(Cu層の厚み:Ni合金層の厚み:Cu層の厚み)を適宜異ならせる点以外は、第1実施例と同様にした。そして、上記第1実施例と同様の方法で、厚み比率を異ならせたクラッド材の引張強度を各々測定した。また、厚み比率を異ならせたクラッド材の体積抵抗率を各々求めた。クラッド材の引張強度および体積抵抗率を図6に示す。なお、図6におけるNi合金層の厚み比率は、Ni合金層の厚みをクラッド材の厚みで除した値であり、Ni合金層の厚みが大きくなるにつれて大きくなる値である。
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
51 Ni合金層
52 Cu層
53 Cu層
151 インゴット(溶製材)
152、153 Cu板材
351 Ni合金板材
Claims (11)
- 0.005質量%以上0.50質量%以下のCと、Niと、不可避不純物とを含むNi合金から構成されるNi合金層と、
前記Ni合金層の両面にそれぞれ接合され、99質量%以上のCuを含む一対のCu層と、を備える、二次電池の負極集電体用クラッド材。 - 前記Ni合金は、Cを0.005質量%以上0.40質量%以下含む、請求項1に記載の二次電池の負極集電体用クラッド材。
- 前記Ni合金は、Cと、Niと、不可避不純物とのみから構成されている、請求項1または2に記載の二次電池の負極集電体用クラッド材。
- 前記Ni合金は、Cを0.005質量%以上0.20質量%以下含む、請求項3に記載の二次電池の負極集電体用クラッド材。
- 前記Ni合金は、Cを0.10質量%以上0.20質量%以下含む、請求項4に記載の二次電池の負極集電体用クラッド材。
- 前記Ni合金は、Cと、Niと、Nbと、不可避不純物とのみから構成されている、請求項1または2に記載の二次電池の負極集電体用クラッド材。
- 前記Ni合金は、Nbを3.0質量%以上10.0質量%以下含む、請求項6に記載の二次電池の負極集電体用クラッド材。
- 前記Ni合金は、Nbを4.7質量%以上5.5質量%以下含む、請求項7に記載の二次電池の負極集電体用クラッド材。
- 前記Ni合金は、Cを0.10質量%以上0.40質量%以下含む、請求項6〜8のいずれか1項に記載の二次電池の負極集電体用クラッド材。
- 前記Ni合金は、Cを0.19質量%以上0.40質量%以下含む、請求項9に記載の二次電池の負極集電体用クラッド材。
- 純NiにCが添加された溶製材を用いて、熱間圧延および冷間圧延を行うことによって、0.005質量%以上0.50質量%以下のCと、Niと、不可避不純物とを含むNi合金から構成されるNi合金板材を作製し、
99質量%以上のCuを含む一対のCu板材により前記Ni合金板材を挟み込んだ状態で、圧延および拡散焼鈍を行うことによって、前記Ni合金から構成されるNi合金層と、前記Ni合金層の両面にそれぞれ接合され、99質量%以上のCuを含む一対のCu層と、を備えるクラッド材を作製する、二次電池の負極集電体用クラッド材の製造方法。
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