JP2000328159A - 銅合金箔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タフピッチ銅よりも高強度でかつ可燒性及び
耐熱性に優れ、Ｌｉイオン二次電池用電極に適する銅合
金箔を得る。 【構成】 Ｐ：０．００１〜０．０５重量％を含有し、
さらにＦｅ：０．００５〜０．３重量％、Ａｇ：０．０
０１〜０．３重量％のうちいずれか１種又は２種を総量
で０．００１〜０．６重量％、残部が不可避不純物及び
Ｃｕからなる銅合金箔。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＬｉイオン二次電池
の電極に使用される銅合金箔に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話、ビデオカメラ等の電子
機器の小型化に伴い、従来の電池、例えばニッカド電池
等の２次電池に代わってより高いエネルギー密度を実現
するＬｉイオン電池等が使用されはじめている。Ｌｉイ
オン電池はその陰極に炭素などを表面にコーティングし
たタフピッチ銅箔が使用され、銅箔はセパレート材、ア
ルミ箔（正極側）とともに巻回加工が施される。Ｌｉイ
オン二次電池電極の製造工程を図１に示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電池の寿命は巻回しの
多いほど長くなり、長寿命化のためには薄箔化が必要と
なる。しかしながら、従来のタフピッチ銅箔を薄箔化し
た材料を用いて図１に示す工程で電極を製造した場合、
次のような問題があった。 ・強度（耐力）が低いため巻回加工時に銅箔が切れてし
まい、電池として成り立たなくなる。 ・活物質（カーボン等）を銅箔に塗装後、密着させるた
めに熱処理・乾燥を行ったとき、耐熱性が低いため銅箔
が鈍り、伸びやすくなるためスリッター時にバリが大き
く発生する。バリが大きいと巻回加工時にショートの原
因となる。なお、銅箔の異方性が大きい場合もバリは大
きくなる。 ・電池として使用中に温度変化による繰り返し応力が巻
回された銅箔に作用するが、銅箔の可撓性が劣るため疲
労破壊し、電池の寿命が短くなる。

【０００４】本発明は、従来のタフピッチ銅のこのよう
な問題点に鑑みてなされたもので、タフピッチ銅よりも
高強度でかつ可燒性及び耐熱性に優れる銅箔材料を得る
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る銅合金箔
は、Ｌｉイオン二次電池用の電極に用いる銅合金箔であ
って、Ｐ：０．００１〜０．０５重量％を含有し、さら
にＦｅ：０．００５〜０．３重量％、Ａｇ：０．００１
〜０．３重量％のうちいずれか１種又は２種を総量で
０．００１〜０．６重量％、残部が不可避不純物及びＣ
ｕからなることを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】Ｌｉイオン二次電池用の電極に用
いる銅合金箔には、次のような特性が要求される。 ［耐力、耐熱性］耐力は巻回加工するために、耐熱性は
活物質と銅箔を密着させるための加熱・乾燥を行うため
に重要となる特性である。耐力が４６０Ｎ／ｍｍ^２未満
の場合は巻回加工時に箔切れが起こり、電池として成り
立たたなくなる。耐熱性（耐熱温度：初期硬さの８０％
を有する温度、詳しくは後述）が３００℃に満たない場
合、銅箔と活物質を密着させる加熱・乾燥により鈍って
しまい、スリッター時にバリが大きく発生するようにな
る。従って、耐力は４６０Ｎ／ｍｍ^２以上、耐熱性は３
００℃以上とする。この条件を満たす銅合金箔であれ
ば、図１の工程に適用したとき巻回加工時に箔切れが起
こらず、スリッター時のバリの発生も抑制できる。

【０００７】［可撓性］可撓性は巻回加工後の耐振動疲
労性を評価するための特性項目である。電池使用時又は
充電時の温度変化により巻回された陰極、陽極が膨張、
収縮し、これにより陰極、陽極に応力が作用する。この
繰り返し応力によって銅箔が疲労破壊することがあり、
これを防止するために優れた可撓性が要求される。可撓
性の指標として後述する可撓性試験による可撓性破断ま
での回数を用いると、これが１００回未満の場合は巻回
加工後の振動疲労による箔切れを起こし、電池として成
り立たなくなる。従って、可撓性破断までの回数は１０
０回以上が必要で、この条件を満たす銅合金箔であれ
ば、巻回加工後（電池としての使用中）の振動疲労によ
る箔切れを起こさずに済む。

【０００８】［導電率］Ｌｉイオン二次電池に使用され
る銅合金箔はアルミニウム箔と巻回されるため、少なく
ともアルミニウムと同程度以上の導電率が必要である。
そのため、銅合金箔の導電率は６０％ＩＡＣＳ以上とす
る。 ［異方性］銅合金箔の異方性はスリッター時のバリ発生
に影響する特性である。圧延方向に対し平行方向と直角
方向の耐力差（異方性）が５０Ｎ／ｍｍ^２を超える場合
はスリッター時のバリが大きく発生するようになり、巻
回加工時に電池をショートさせる。この耐力差（異方
性）が５０Ｎ／ｍｍ^２以下の銅合金箔であれば、スリッ
ター時のバリの発生を抑制できる。

【０００９】［積分強度比］銅合金箔における積分強度
比｛Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）｝は箔の異方性（圧延
方向に対し平行方向と直角方向の耐力差）を表すもの
で、箔製造工程中の圧延率及び焼鈍条件により決定され
る。一般に焼鈍時の熱容量が大きく（焼鈍温度が高く又
は／及び焼鈍時間が長い）、焼鈍回数が多い方が異方性
は小さくなる。この積分強度比が０．０１未満の場合は
異方性が大きくなり、反対に０．４０を超えた場合でも
異方性は大きくなり、さらに材料強度も低下するため、
Ｌｉ電池用銅合金箔として使用できなくなる。従って、
銅合金箔の積分強度比は０．０１〜０．４０の範囲と
し、さらに望ましくは０．０５〜０．２０とする。

【００１０】［耐応力腐食割れ性］巻回加工により銅箔
には引張応力が加わっているため、耐応力腐食割れ性感
受性が強いと、電解液中において銅箔の最も弱い粒界に
亀裂が入り、それが次々と伝播して瞬時に箔切れを起こ
し、電池として成り立たなくなる。Ｐが０．０５重量％
を越えて含有されると、耐応力腐食割れ感受性が強くな
る。

【００１１】次に、この銅合金箔の組成について詳細に
説明する。

【００１２】［Ｐ］Ｐは主として鋳塊の健全性向上（脱
酸・湯流れ等）に寄与する元素である。含有量が０．０
０１重量％未満では溶湯中の脱酸効果が得られない。一
方、０．０５重量％以上添加されると製品中に固溶され
るようになり、導電率の低下や耐応力腐食割れ性の劣化
を招く。従って、Ｐ添加量は０．０５重量％以下が望ま
しく、より望ましい範囲は０．００１〜０．０３重量％
である。

【００１３】［Ｆｅ、Ａｇ］これらの元素は微量添加に
より、材料強度及び耐熱性を著しく向上させる効果を有
するが、Ｆｅ：０．００５重量％未満、Ａｇ：０．００
１重量％未満では効果がなく、一方、Ｆｅ：０．５重量
％、Ａｇ：０．３重量％を越えると導電率が低下し、異
方性が大きくなりやすい。また、総量で０．６重量％を
超えて含有されると導電率の低下を招くだけでなく、箔
圧延時のパス回数が増大するため加工費がアップしコス
ト面で不利である。従って、これらの元素はＦｅ：０．
００５〜０．５重量％、Ａｇ：０．００１〜０．３重量
％のいずれか１種又は２種を総量で０．００１〜０．６
重量％とする。 ［不可避不純物］不可避不純物としては、Ｎｉ、Ｓｎ、
Ｓｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐ
ｄ、Ｓ、Ｂｅ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｈ
ｆ、Ｔａ、Ｂ等が挙げられるが、これらの元素の１種又
は２種以上が総量で０．０５重量％以下であれば、導電
率低下の度合いは少なく、特に電池性能に悪影響を及ぼ
さない。従って、これらの元素は総量で０．０５重量％
以下であれば許容できる。

【００１４】前記特性を満たす銅合金箔は、常法に従
い、上記組成の銅合金鋳塊を熱間圧延した後水冷し、さ
らに冷間圧延と中間焼鈍を繰り返して製造することがで
きる。なお、銅合金箔の厚さは特に限定されないが、Ｌ
ｉイオン電池の電極用として一般に５〜２０μｍ厚の箔
が要求されることが多く、本発明の銅合金箔はそれに十
分対応できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係る銅合金箔の実施例につい
て比較例として比較してその特性を説明する。表１に示
す組成の銅合金を電気炉により大気中で木炭被覆下で溶
解し、５０ｍｍ×８０ｍｍ×１８０ｍｍの鋳塊を溶製
し、これを熱間圧延して厚さ１５ｍｍのスラブとし、さ
らに８２０℃で熱間圧延して厚さ３．３ｍｍに仕上げた
後水冷した。これらの板材について、厚さ１．２ｍｍに
冷間圧延した後炉温７５０℃×２０Ｓの中間焼鈍→厚さ
０．４ｍｍに冷間圧延した後炉温７００℃×２０Ｓの中
間焼鈍→厚さ０．２ｍｍに冷間圧延した後炉温６５０℃
×２０Ｓの中間焼鈍を行い、さらに冷間圧延して厚さ１
０μｍの銅合金箔を製造した。なお、表１の不純物元素
はその作用を調べるためにあえて添加したものである。
これらについて材料特性を下記要領で評価し、比較例と
差異を確認した。ただし、耐応力腐食割れ性試験につい
ては、割れ感受性の差異を明確にするため０．１２５ｍ
ｍにて供試した。その結果を表２に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】耐力；長手方向を圧延方向に対し平行
（Ｌ．Ｄ．）及び直角（Ｔ．Ｄ．）としたＪＩＳ５号試
験片を各２個ずつ切り出し、引張試験を行って耐力を測
定した。平行方向と直角方向の耐力差を異方性とし、全
ての平均を銅合金箔の耐力とした。 導電率；導電率はＪＩＳＨ０５０５に基づいて測定し
た。 耐熱性；試料を所定温度に５分間保持後、水冷した後の
硬さを測定し、初期硬さの８割を有する温度（＝耐熱温
度）を測定した。 耐応力腐食割れ性；０．１２５ｍｍｔ×１２．７ｍｍｗ
×１５０ｍｍｌの試験片を４個切り出し、応力腐食割れ
試験をトンプソンの方法（Materials Research& Standa
rds(1961)1081）に準じて行った。すなわち、試験片を
図２に示すループ状にした後、１４ｗｔ％のアンモニア
水を入れ、４０℃の温度で飽和蒸気を充満させたデシケ
ータ中に暴露し、試験片が破断するまでの時間を測定し
た。

【００１８】可燒性；ＪＩＳ Ｐ ８１１５に準拠し、曲
げ角度１３５゜、曲げ半径０．８ｍｍ、荷重１．５ｋｇ
の条件でＭＩＴ耐揉疲労試験機を使用して破断までの回
数を測定した。 積分強度比；最終製品状態（１０μｍ）の銅合金箔の表
面にＸ線を入射させ、各回折面からの強度を測定した。
その中から（２００）、（２２０）面の回折強度の比
｛Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）｝を求めた。 バリ高さ；金型クリアランスを１５％とし、２５０ｓｐ
ｍの打抜き速度で、長さ３０ｍｍ、幅０．５ｍｍのリー
ドを打抜き、バリ高さをＳＥＭ観察にて測定した。

【００１９】

【表２】

【００２０】表２から明らかなように本発明の規定範囲
内の組成を有するＮｏ．１〜９の銅合金箔は、耐力、耐
熱温度、可撓性等において従来のタフピッチ銅（Ｎｏ．
１９）に比べて優れ、さらに所定範囲内の積分強度比と
なって異方性が小さく、Ｌｉイオン二次電池の電極とし
ての必要特性をすべて兼ね備えている。これに対し、Ｎ
ｏ．１０はＦｅ含有量が規定範囲を下回っているため耐
力が低く、可燒性も劣る。Ｎｏ．１１はＦｅ含有量が規
定範囲を越えているため強度面では向上しているが導電
率が低下し、積分強度比も規定範囲外となって異方性が
大きくバリ高さが高い。さらに圧延時のパス回数が増加
するためコスト的にも不利である。Ｎｏ．１２はＡｇ含
有量が規定範囲を下回っているため耐力が劣り、可燒性
も劣る。Ｎｏ．１３はＡｇ含有量が規定範囲を超えてい
るため、強度面では向上しているが導電率が低下し、積
分強度比も規定範囲外となって異方性が大きくバリ高さ
が高い。Ｎｏ．１４はＰ含有量が規定範囲を下回ってい
るため溶解鋳造時に脱酸不足となり、鋳塊割れが発生し
たため後の試験を断念した。

【００２１】Ｎｏ．１５はＰ含有量が規定範囲を超えて
いるため導電率が低下し、耐応力腐食割れ性も劣る。Ｎ
ｏ．１６はＦｅ及びＡｇの総量が規定範囲を超えている
ため導電率が低く、積分強度比も規定範囲外となって異
方性が大きくバリ高さが高い。Ｎｏ．１７は不可避不純
物の総量が０．０５％を超えて含有されているため、導
電率が低く、積分強度比も規定範囲外となって異方性が
大きくバリ高さが高い。Ｎｏ．１８はりん脱酸銅である
が、耐力及び可燒性が低いため、長寿命化を目指すＬｉ
イオン二次電池電極としては不足である。Ｎｏ．１９は
従来のタフピッチ銅であるが、耐力、耐熱性及び可燒性
が低いため、Ｎｏ．１８と同様に長寿命化を目指すＬｉ
イオン二次電池電極としては不足である。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係わる銅合金箔は、従来のＬｉ
イオン二次電池の電極として用いられているタフピッチ
銅箔に比べて強度、耐熱温度、可燒性等に優れ、また異
方性等はＬｉイオン二次電池の使用範囲内に抑えられて
いる。従って、本発明は長寿命化を計るＬｉイオン二次
電池等に使用される銅合金箔として極めて有望である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ｌｉイオン二次電池電極の製造工程を示す図
である。

【図２】 耐応力腐食割れ性試験に用いたループ状試験
片を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津野 理一 山口県下関市長府港町14番１号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内 Ｆターム(参考） 5H017 AA03 CC01 EE01 EE08 HH01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｌｉイオン二次電池用電極に用いる銅合
   金箔であって、Ｐ：０．００１〜０．０５重量％を含有
   し、さらにＦｅ：０．００５〜０．３重量％、Ａｇ：
   ０．００１〜０．３重量％のうちいずれか１種又は２種
   を総量で０．００１〜０．６重量％、残部が不可避不純
   物及びＣｕからなることを特徴とする銅合金箔。
2. 【請求項２】 積分強度比：Ｉ（２００）／Ｉ（２２
   ０）が、０．０１〜０．４０の範囲であることを特徴と
   する請求項１に記載された銅合金箔。