CN102569817A

CN102569817A - 锂离子电池正极集电体用铝合金箔及其制造方法

Info

Publication number: CN102569817A
Application number: CN2011104174992A
Authority: CN
Inventors: 铃木贵史; 中西茂纪; 崔祺
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: JP2012140702A; JP5898476B2

Abstract

本发明提供了具有优良的抗拉强度和伸长率的锂离子电池正极集电体用铝合金箔及其制造方法。本发明的锂离子电池正极集电体用铝合金箔的特征在于，具有由含有0.003～0.3质量％的Mn、剩余部分为Al和不可避免的杂质构成的组成。在本发明的锂离子电池正极集电体用铝合金箔中，优选抗拉强度为190MPa以上，且伸长率为3.0％以上。

Description

锂离子电池正极集电体用铝合金箔及其制造方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极集电体用铝合金箔及其制造方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度，也不存在称为记忆效应的放电容量的显著降低，因而正被用作手机、笔记本等移动工具用电源，最近也正在推进在汽车上的使用。锂离子电池的正极使用LiCoO₂、LiMn₂O₄等活性物质，负极使用C等，电解质使用LiClO₄、LiPF₆等包含Li离子的有机电解液。

锂离子电池的电极材料由正极板、隔板和负极板构成。正极板经过对厚度约15μm的集电体用铝箔的两面涂布约100μm厚度的上述活性物质的工序、用于除去涂布后的活性物质中的溶剂的干燥工序、以及用于增加活性物质密度的压轧工序等而制造。这样制造的正极板通过负极板和隔板卷绕成旋涡状后，收纳于金属外壳中并密封而成为电池。现在，正极集电体用铝箔通常使用JIS1085或JIS3003铝材。

对作为锂离子电池的正极集电体用铝箔要求的主要性能，可列举电导率、抗拉强度、伸长率。对于抗拉强度和伸长率低的箔，在表面上涂布各种活性物质的工序、将涂布的活性物质压接在箔表面的工序等电极制造工序中，有可能产生断箔现象。因此，为了抑制在干燥工序中的加热引起的铝箔软化、强度降低，防止压轧工序中铝箔变形，公开了锂离子电池的正极集电体使用含有Mn、Cu的铝合金箔的技术(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2010-3705号公报

进而，基于电池的安全性方面，也认为抗拉强度、伸长率高的箔是有利的。这是基于以下理由。例如，锂离子电池受到外来冲击产生变形时，拉伸应力分别作用于构成电池的正极、负极和隔板。而且，到一定量的变形后电池被压坏时，正极、负极和隔板之中拉伸伸长率最低的正极优先容易断裂。正极断裂时，断裂部刺穿隔板，会在电池内引起短路。

由此，抑制由外来冲击引起的短路需要抑制正极优先断裂，从而提高正极的抗拉强度、伸长率很重要。

发明内容

本发明为解决这些问题而作出，目的在于提供抗拉强度和伸长率优异的锂离子电池正极集电体用铝合金箔及其制造方法。

为了解决上述问题，本发明构成如下。

本发明的锂离子电池正极集电体用铝合金箔的特征在于，具有由含有0.003～0.3质量％的Mn、剩余部分为Al和不可避免的杂质构成的组成。

在本发明的锂离子电池正极集电体用铝合金箔中，优选抗拉强度为190MPa以上，且伸长率为3.0％以上。

本发明的锂离子电池正极集电体用铝合金箔的制造方法的特征在于，在使用铝合金制造锂离子电池正极集电体用铝合金箔时，以99.0～99.9％的压下率进行最终冷轧，其中，所述铝合金具有由含有0.003～0.3质量％的Mn、剩余部分为Al和不可避免的杂质构成的组成。

本发明的锂离子电池正极集电体用铝合金箔由于为含有0.003～0.3质量％的Mn的规定组成，所以具有优异的抗拉强度和伸长率。因此，本发明的铝合金箔在制造锂离子电池的正极时，在箔表面涂布活性物质的工序或压轧的工序中，可抑制铝合金箔断裂。此外，本发明的铝合金箔具有优异的抗拉强度和伸长率，因而即使在锂离子电池因外来冲击而变形破损时，也可抑制在电池内引起短路。

根据本发明的锂离子电池正极集电体用铝合金箔的制造方法，使用前述组成的铝合金，进行压下率为99.0～99.9％的最终冷轧，从而可制作具有优异的抗拉强度和伸长率的铝合金箔。

具体实施方式

以下，对本发明中的锂离子电池正极集电体用铝合金箔及其制造方法进行说明。

Mn具有同时提高硬质箔的强度和伸长率的效果。本发明的铝合金箔通过规定Mn的含量为0.003～0.3质量％，Mn可缓解局部变形，提高抗拉强度和伸长率。此外，通过使Mn的含量为上述范围，可抑制铝合金箔的电阻率增加，从而提高电池特性。Mn的含量不到0.003质量％时，得不到抗拉强度和伸长率提高的效果。Mn的含量超出0.3质量％时，铝合金箔的电阻率增加，电池特性降低。

在本发明的铝合金箔中，特别优选Mn的含量为0.005～0.05质量％的范围。通过使Mn的含量为0.005～0.05质量％的范围，可得到伸长率提高的效果而基本上不会增大铝合金箔的电阻率。

本发明的铝合金箔所含有的不可避免的杂质为在铝合金箔的制造工序中混入的杂质，其含量没有特别规定，但优选不可避免的杂质含量为0.15质量％以下，更优选0.10质量％以下。通过使不可避免的杂质含量为0.15质量％以下，在用作正极的基础上可得到所需的导电率和伸长率。

本发明的铝合金箔所含有的不可避免的杂质没有特别限定，可列举例如Fe、Si、Cu、Mg等。

本发明的铝合金箔作为不可避免的杂质含有Fe时，优选Fe的含量为0.1质量％以下。通过使Fe的含量为0.1质量％以下，可抑制电阻率上升。

本发明的铝合金箔作为不可避免的杂质含有Cu时，优选Cu的含量为0.05质量％以下。通过使Cu的含量为0.05质量％以下，除了抑制伸长率和耐腐蚀性降低，还可抑制箔制造时的冷轧性降低，可容易确保99.0％以上的压下率。含有Cu时的Cu含量更优选为0＜Cu≤0.02质量％。

本发明的铝合金箔作为不可避免的杂质含有Mg时，优选Mg的含量为0.05质量％以下。通过使Mg的含量为0.05质量％以下，可抑制导电率降低和伸长率降低。

本发明的铝合金箔作为不可避免的杂质含有Si时，优选Si的含量为0.05质量％以下。通过使Si的含量为0.05质量％以下，可抑制伸长率降低。

本发明的铝合金箔通过含有0.003质量％～0.3质量％的Mn，可实现优异的抗拉强度和伸长率，在本发明的铝合金箔中，优选抗拉强度为190MPa以上，且伸长率为3.0％以上。铝合金箔的抗拉强度不到190MPa时，在对箔表面涂布活性物质的工序或压轧的工序中，铝合金箔有可能会产生断裂。此外，伸长率不到3.0％时，将正极与负极和隔板一起卷绕制造电池时，会容易发生断裂。

在此，本发明的说明书和权利要求中，抗拉强度和伸长率为用以下方法测定的值。

(抗拉强度)

由铝合金箔切成长度180mm、宽度15mm的长方形试验片，固定该试验片在长度方向上的一端，从长度方向上的另一端以5mm/min的速度拉伸对铝合金箔施加负荷。进而，将试验中铝合金箔承受的最大负荷除以试验片平行部的原截面积的值作为抗拉强度(MPa)。

(伸长率)

基于金属材料拉伸试验方法JIS Z 2241的断裂伸长率测定、计算方法求出，基于JIS Z 8401对数值进行修约。由铝合金箔切成长度180mm、宽度15mm的薄长方形试验片，在长度中央沿试验片垂直方向以50mm间隔标记出两根线。固定该试验片在长度方向上的一端，从长度方向上的另一端以5mm/min的速度拉伸对铝合金箔施加负荷。进而，在铝合金箔断裂后对接起来测定标记间距离，由其减去原标点间距离(50mm)得到的伸长量(mm)除以原标点间距离(50mm)求出伸长率(％)。

本发明的铝合金箔厚度没有特别限制，优选为12μm～30μm的范围。铝合金箔的厚度不到12μm时，电阻增加，并会使电池特性降低。此外，很难经轧制来制造厚度不到12μm的铝箔，从而会不得不追加工序。铝合金箔的厚度超出30μm时，导致卷入电池内的正极板的层数减少，电池容量会降低。

接着，对本发明的铝合金箔的制造方法的一例进行说明。

首先，用已知的半连续铸造法或连续铸造轧制法等常规方法熔炼上述规定组成范围的铝合金。

在此，通过半连续铸造得到的铸锭可根据需要进行均匀化处理。均匀化处理可在例如430～565℃、3～7小时的条件下进行。此外，为了进一步提高伸长率，更优选均匀化处理温度为430～500℃。

之后，经热轧得到铝合金板，当通过连续铸造轧制法进行制造时直接得到铝合金板。

接着，根据需要进行中间退火，之后，进行冷轧可得到所期望厚度的铝合金箔。在此，最终冷轧的压下率[{(轧制前板厚-轧制后板厚)÷轧制前板厚}×100]为99.0～99.9％。随着最终冷轧的压下率变大，所制造的铝合金箔的抗拉强度和伸长率倾向于同时增加。以不到99.0％的压下率进行最终冷轧时，所制造的铝合金箔的抗拉强度和伸长率未充分得到提高。此外，最终冷轧的压下率超出99.9％时，所制造的铝合金箔的抗拉强度和伸长率的提高达到饱和，轧制性降低，制造产率恶化。

而且，本发明人等确认，即使最终冷轧的压下率如上述范围一样高，若不加入Mn，即便可实现190MPa强度，也难以实现3.0％以上的伸长率。

此外，最终冷轧后的铝合金箔厚度没有特别限定，如前述一样，优选为12μm～30μm范围的厚度。

通过以上工序，可制造本发明的锂离子电池正极集电体用铝合金箔。

本发明的锂离子电池正极集电体用铝合金箔由于为含有0.003～0.3质量％的Mn的规定组成，所以具有优异的抗拉强度和伸长率。因此，本发明的铝合金箔在制造锂离子电池的正极时，在箔表面涂布活性物质的工序或压轧的工序中，可抑制铝合金箔断裂。此外，本发明的铝合金箔具有优异的抗拉强度和伸长率，因而即使在锂离子电池因受外来冲击而变形时，也可抑制在电池内引起短路。

以上，对本发明中的锂离子电池正极集电体用铝合金箔及其制造方法的实施方式进行了说明，但上述实施方式为一个例子，在不脱离本发明范围的范围内可适当变更。

[实施例]

以下，对本发明的实施例进行说明，但本发明不限于这些实施例。

(实施例1～15、比较例1～4)

通过半连续铸造来铸造由表1所示组成(剩余部分Al和不可避免的杂质)构成的铝合金铸锭。对所得铸锭实施升温速度50℃/hr、保持温度495℃、保持时间4小时的均匀化处理后，切削铸锭表面除去不均匀层。之后，进行热轧，形成7.0mm厚的板材。接着，未进行中间退火而以表1记载的压下率(最终冷轧率)最终冷轧至同一表中记载的厚度，从而制作铝合金箔。此外，为了调节最终冷轧率，实施例8、比较例4的铝合金箔以板厚1.0mm在350℃进行4小时的中间退火，之后，最终冷轧至表1所示的厚度。

对制作的实施例1～15和比较例1～4的铝合金箔测定抗拉强度、伸长率和电阻率。结果汇总于表1。而且，各特性的测定条件如下。

<抗拉强度(MPa)>

由制作的铝合金箔切成长度180mm、宽度15mm的薄长方形试验片，固定该试验片在长度方向上的一端，从长度方向上的另一端以5mm/min的速度拉伸对铝合金箔施加负荷。将铝合金箔试验片在试验中承受的最大负荷(N)除以试验片的原截面积(15mm×厚度mm)求出抗拉强度。

<伸长率(％)>

由制作的铝合金箔切成长度180mm、宽度15mm的薄长方形试验片，固定该试验片在长度方向上的一端，从长度方向上的另一端以5mm/min的速度拉伸对铝合金箔施加负荷。而且，在试验片长度中央沿试验片垂直方向以50mm间隔划出两根线作为原标点间距离，在铝合金箔断裂后对接起来测定两根线的距离，由其减去原标点间距离(50mm)得到的伸长量(mm)除以原标点间距离(50mm)求出伸长率(％)。

<电阻率(μΩcm)>

基于JIS H 0505，在温度294～297K下用直流四探针法测定。而且，电阻率的计算中使用了重量法。而且，将铝合金箔用作锂离子电池的正极集电体时，优选电阻率为3.0μΩcm以下。

[表1]

由表1的结果可确认，本发明中的铝合金箔(实施例1～15)由于含有0.003～0.3质量％的Mn，在12～30μm的厚度具有优异的抗拉强度(190MPa以上)和伸长率(3.0％)以上。

此外，确认了通过进行压下率为99.0～99.9％的最终冷轧制造的铝箔具有优异的抗拉强度和伸长率。

与此相对，Mn的含量低于本发明的规定范围的比较例1、2、4的铝箔的伸长率不到3.0％。此外，Mn的含量超出本发明的规定范围的比较例3的铝箔的电阻率高为3.11μΩcm。

Claims

1.一种锂离子电池正极集电体用铝合金箔，其特征在于，具有由含有0.003～0.3质量％的Mn、剩余部分为Al和不可避免的杂质构成的组成。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极集电体用铝合金箔，其特征在于，抗拉强度为190MPa以上，且伸长率为3.0％以上。

3.一种锂离子电池正极集电体用铝合金箔的制造方法，其特征在于，在使用铝合金制造锂离子电池正极集电体用铝合金箔时，以99.0～99.9％的压下率进行最终冷轧，其中，所述铝合金具有由含有0.003～0.3质量％的Mn、剩余部分为Al和不可避免的杂质构成的组成。