(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024140020
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】電極の製造方法
(51)【国際特許分類】
B32B 9/00 20060101AFI20241003BHJP
B32B 7/025 20190101ALI20241003BHJP
【FI】
B32B9/00 A
B32B7/025
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023051005
(22)【出願日】2023-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】000003964
【氏名又は名称】日東電工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003812
【氏名又は名称】弁理士法人いくみ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】上田 恵梨
(72)【発明者】
【氏名】渡部 結奈
【テーマコード(参考)】
4F100
【Fターム(参考)】
4F100AA37D
4F100AB01C
4F100AB12C
4F100AT00A
4F100BA04
4F100BA07
4F100BA10A
4F100BA10D
4F100CC00B
4F100EH46B
4F100EH66C
4F100EH66D
4F100EJ42
4F100EJ65C
4F100JG01D
4F100JL00
4F100JL04
(57)【要約】
【課題】基材層の加熱時の寸法安定性に優れながら、耐久性にも優れる電極の製造方法を提供すること。
【解決手段】基材層2と、コート層3と、金属下地層4と、導電性カーボン層5とを厚み方向の一方側に向かって順に備える電極1の製造方法である。製造方法は、厚み方向における一方面にコート層3が配置された基材層2を110℃以上に加熱する工程(1)と、厚み方向におけるコート層3の一方面に金属下地層4を形成する工程(2)と、厚み方向における金属下地層4の一方面に導電性カーボン層5を形成する工程(3)と、を備える。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材層と、コート層と、金属下地層と、導電性カーボン層とを厚み方向の一方側に向かって順に備える電極の製造方法であり、
厚み方向における一方面に前記コート層が配置された基材層を110℃以上に加熱する工程(1)と、
厚み方向における前記コート層の一方面に前記金属下地層を形成する工程(2)と、
厚み方向における前記金属下地層の一方面に前記導電性カーボン層を形成する工程(3)と、を備える、電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
フィルム基材と、コート層と、金属下地層と、導電性カーボン層とを厚み方向の一方側に向かって順に備える電極の製造方法が知られている(例えば、下記特許文献1参照。)。
【0003】
特許文献1に記載の製造方法では、厚み方向のフィルム基材の一方側に、コート層、金属下地層および導電性カーボン層を順に形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
電極の用途および目的に応じて、フィルム基材の加熱時の寸法安定性が求められる。
【0006】
また、電極には、優れた耐久性が求められる。耐久性は、電極を繰り返し使用したときに、基材層に対する金属下地層の剥離のし難さを含む。
【0007】
本発明は、基材層の加熱時の寸法安定性に優れながら、耐久性にも優れる電極の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明[1]は、厚み方向における一方面に前記コート層が配置された基材層を110℃以上に加熱する工程(1)と、厚み方向における前記コート層の一方面に前記金属下地層を形成する工程(2)と、厚み方向における前記金属下地層の一方面に前記導電性カーボン層を形成する工程(3)と、を備える、電極の製造方法を含む。
【発明の効果】
【0009】
本発明の電極の製造方法は、基材層の加熱時の寸法安定性に優れながら、耐久性にも優れる電極を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明の電極の製造方法の一実施形態の説明図である。
図1Aは、第1工程である。
図1Bは、第2工程である。
図1Cは、第3工程である。
【
図2】実施例1の光学顕微鏡観察の画像処理図である。
【
図3】比較例1の光学顕微鏡観察の画像処理図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
1. 電極の製造方法の一実施形態
図1Aから
図1Cを参照して、本発明の電極の製造方法の一実施形態を説明する。
【0012】
1.1 電極1の層構成
図1Cに示すように、この製造方法により製造される電極1は、基材層2と、コート層3と、金属下地層4と、導電性カーボン層5とを厚み方向の一方側に向かって順に備える。本実施形態では、電極1は、好ましくは、基材層2と、コート層3と、金属下地層4と、導電性カーボン層5とのみを備える。
【0013】
1.2 基材層2
基材層2は、厚み方向において、電極1の他端部に配置される。基材層2は、厚み方向における電極1の他方面を形成する。基材層2は、面方向に延びる。面方向は、厚み方向に直交する。基材層2は、フィルム形状を有する。基材層2の材料としては、例えば、有機材料が挙げられる。有機材料としては、高分子材料が挙げられる。高分子材料としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、アクリル、および、ポリカーボネートが挙げられる。ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、および、ポリエチレンナフタレートが挙げられる。基材層2の材料として、好ましくは、ポリエステルが挙げられ、さらに好ましくは、PETが挙げられる。基材層2は、可撓性を有する。基材層2の厚みは、例えば、2μm以上、好ましくは、20μm以上であり、また、例えば、1000μm以下、好ましくは、500μm以下である。
【0014】
1.3 コート層3
コート層3は、厚み方向における基材層2の一方面に配置されている。具体的には、コート層3は、厚み方向における基材層2の一方面に接触している。コート層3は、面方向に延びる。コート層3は、バリア層である。バリア層は、厚み方向の基材層2の一方面で生じる後述するオリゴマーの一方側への移動をバリアする。また、コート層3は、易接着層、および/または、耐擦傷抑制層としても機能できる。
【0015】
コート層3の材料は、後述するコーティング組成物の固形分(塗膜成分)である。
【0016】
コート層3の厚みは、例えば、0.5μm以上、好ましくは、1μm以上であり、また、例えば、20μm以下、好ましくは、10μm以下である。
【0017】
1.4 金属下地層4
金属下地層4は、厚み方向におけるコート層3の一方面に配置されている。具体的には、金属下地層4は、厚み方向におけるコート層3の一方面に接触している。金属下地層4は、面方向に延びる。金属下地層4は、導電層である。金属下地層4の材料は、金属材料である。
【0018】
金属材料としては、例えば、チタン、クロム、タングステン、アルミニウム、シリコン、ニオブ、モリブデン、タンタル、および、銅が挙げられる。金属材料は、例えば、上記の合金であってもよい。つまり、金属材料は、チタン、クロム、タングステン、アルミニウム、シリコン、ニオブ、モリブデン、タンタル、および、銅からなる群から選択される少なくとも1つの金属を含む。金属材料として、密着性の観点から、好ましくは、チタンが挙げられる。
【0019】
金属下地層4の厚みは、例えば、1nm以上、好ましくは、5nm以上、より好ましくは、10nm以上、さらに好ましくは、12nm以上であり、また、例えば、50nm以下、好ましくは、30nm以下、より好ましくは、20nm以下である。
【0020】
1.5 導電性カーボン層5
導電性カーボン層5は、厚み方向における電極1の一端部に配置されている。導電性カーボン層5は、厚み方向における電極1の一方面を形成する。導電性カーボン層5は、厚み方向における金属下地層4の一方面に配置されている。導電性カーボン層5は、厚み方向における金属下地層4の一方面に接触している。導電性カーボン層5は、面方向に延びる。
【0021】
導電性カーボン層5の厚みは、例えば、2nm以上、好ましくは、10nm以上、より好ましくは、20nm以上であり、また、例えば、100nm以下、好ましくは、50nm以下、より好ましくは、40nm以下である。
【0022】
1.6 電極1の製造方法
電極1の製造方法は、工程(1)と、工程(2)と、工程(3)と、を備える。本実施形態では、工程(1)と、工程(2)と、工程(3)とが、順に実施される。
【0023】
1.6.2 工程(1)
本実施形態では、工程(1)では、厚み方向における一方面にコート層3が配置された基材層2を加熱する。
【0024】
例えば、まず、厚み方向における基材層2の一方面にコート層3を形成する。厚み方向における基材層2の一方面にコート層3を形成するには、例えば、厚み方向における基材層2の一方面に、コーティング組成物を塗布する。コーティング組成物は、例えば、塗膜成分および溶媒を含む。塗膜成分としては、例えば、アクリレート系樹脂が挙げられる。溶媒としては、例えば、MEKおよび水が挙げられる。その後、コーティング組成物を乾燥させて、溶媒を除去する。これによって、基材層2とコート層3とを備えるコート層付き基材20が準備される。コート層付き基材20は、厚み方向の一方面にコート層3が配置された基材層2に相当する。
【0025】
あるいは、市販のコート層付き基材20をそのまま準備することもできる。
【0026】
工程(1)では、次いで、コート層3が厚み方向の一方面に配置された基材層2を加熱する。具体的には、基材層2とともに、コート層3を加熱する。つまり、コート層付き基材20を加熱する。工程(1)の加熱によって、基材層2を含むコート層付き基材20の加熱時の寸法安定性を向上させる。
【0027】
工程(1)における上記した基材層2の加熱では、例えば、厚み方向の一方面にコート層3が配置された基材層2(コート層付き基材20)を、加熱炉に投入する。
【0028】
加熱温度は、好ましくは、110℃以上、より好ましくは、120℃以上、さらに好ましくは、130℃以上、とりわけ好ましくは、140℃以上である。加熱温度の上限は、例えば、200℃である。加熱温度が上記した下限以上であれば、基材層2(コート層付き基材20)の加熱時の寸法安定性を向上できる。
【0029】
加熱時間は、好ましくは、10分以上、より好ましくは、30分以上であり、また、例えば、3時間以下、好ましくは、1.5時間以下である。加熱時間が上記した下限以上であれば、基材層2(コート層付き基材20)の加熱時の寸法安定性を向上できる。加熱時間が上記した上限以下であれば、製造効率を高め、タクトタイムを短縮できる。
【0030】
加熱を、例えば、大気雰囲気下、および、不活性雰囲気下、のいずれでも実施できる。不活性雰囲気としては、窒素雰囲気が挙げられる。加熱を、例えば、大気圧下、および、減圧下、のいずれでも実施できる。工程を簡便に実施する観点から、加熱を、大気雰囲気下、かつ、大気圧下で、実施する。
【0031】
工程(1)の上記した加熱によって、基材層2に含まれるオリゴマーが、厚み方向における基材層2の一方面に析出する(偏在する)。しかし、本実施形態では、上記したオリゴマーは、厚み方向においてコート層3を貫通して、厚み方向におけるコート層3の一方面に析出することが抑制される。
【0032】
工程(1)の後において、厚み方向におけるコート層3(コート層付き基材20)の一方面におけるオリゴマーの比率は、例えば、1.5×10-2以下、好ましくは、1.0×10-2以下、より好ましくは、5×10-3以下、とりわけ好ましくは、4×10-3以下であり、また、例えば、1×10-4以上、好ましくは、5×10-4以上である。オリゴマーの比率は、厚み方向におけるコート層3の一方面をTOF-SIMS測定したとき、m/z=104の強度に対するm/z=577の強度の比率である。m/z=104は、基材層3の材料がPETである場合には、PETのモノマー原料であるテレフタル酸由来のC7H4O+のフラグメントピークである。m/z=577は、基材層3の材料がPETである場合には、テレフタル酸のオリゴマー(具体的には、環状3量体)由来のC30H25O12
+のフラグメントピークである。上記したオリゴマーの比率が低いことは、コート層3の一方面におけるオリゴマー量が少ないことを意味する。
【0033】
コート層3の一方面におけるオリゴマー比率が上記した上限以下であれば、電極1を長期間したときの、金属下地層4のコート層3(コート層付き基材20)からの剥離を抑制できる。
【0034】
TOF-SIMS測定の条件は、後の実施例で記載される。
【0035】
1.6.3 工程(2)
工程(2)では、厚み方向におけるコート層3の一方面に金属下地層4を形成する。本実施形態では、例えば、スパッタリングによって、金属下地層4を形成する。
【0036】
1.6.4 工程(3)
工程(3)では、厚み方向における金属下地層4の一方面に導電性カーボン層5を形成する。本実施形態では、例えば、スパッタリングによって、導電性カーボン層5を形成する。
【0037】
これによって、電極1が製造される。
【0038】
1.7 電極1の用途
電極1の用途としては、例えば、電気化学測定用の電極、および、電池用の電極が挙げられ、好ましくは、電気化学測定用の電極が挙げられる。
【0039】
2. 一実施形態の作用効果
本発明の電極の製造方法では、工程(1)において、基材層2を110℃以上に加熱するので、基材層2の加熱時の寸法安定性に優れる。
【0040】
一方、基材層2を110℃以上に加熱すれば、基材層2の材料に起因するオリゴマーが、厚み方向の基材層2の一方面に析出し、続いて、厚み方向における基材層2の一方側、すわなち、厚み方向における金属下地層4の他方面に移動しようとする。オリゴマーが金属下地層4の他方面に移動すれば、金属下地層4は、基材層2側から剥離し易い。
【0041】
しかし、本実施形態では、厚み方向における基材層2の一方面にコート層3が配置されているので、コート層3によって、基材層2のオリゴマーの金属下地層4の他方面への移動を抑制できる。
【0042】
そのため、長期間、電極1を使用しても、金属下地層4が剥離することを抑制し、ひいては、電極1の耐久性を向上できる。
【実施例0043】
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。また、以下の記載において用いられる配合割111合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。
【0044】
実施例1
工程(1):コート層付き基材20を市販として(型番A4160、東洋紡社社製)準備した。コート層付き基材20は、基材層2とコート層3とを厚み方向の一方側に向かって順に備える。コート層付き基材20の厚みは、188μmであった。基材層2の材料は、PETであった。基材層2の厚みは、187μmであった。コート層3の厚みは、1μmであった。
【0045】
次いで、コート層付き基材20を、150℃で、1時間、加熱した。コート層付き基材20の加熱を、大気雰囲気下、かつ、大気圧下で、実施した。
【0046】
工程(2):スパッタリングによって、厚み方向におけるコート層3の一方面に、金属下地層4を形成した。スパッタリングの条件は、以下の通りである。
【0047】
ターゲット:チタン
出力:3.3W/cm2
スパッタリングガス:アルゴン
スパッタリング室の圧力:0.2Pa
【0048】
金属下地層4の材料は、チタンであった。金属下地層4の厚みは15nmであった。
【0049】
工程(3):スパッタリングによって、、厚み方向における金属下地層4の一方面に、導電性カーボン層5を形成した。スパッタリングの条件は、以下の通りである。
【0050】
ターゲット:焼結カーボン
出力:3.3 W/cm2
スパッタリングガス:アルゴン
スパッタリング室の圧力:0.4 Pa
【0051】
導電性カーボン層の厚みは、30nmであった。
【0052】
これによって、基材層2と、コート層3と、金属下地層4と、導電性カーボン層5とを厚み方向の一方側に向かって順に備える電極1を製造した。
【0053】
比較例1
実施例1と同様に処理して、電極1を製造した。但し、この電極1は、コート層3を備えない。具体的には、コート層付き基材20を加熱せず、基材層2を加熱した。
【0054】
比較例2
実施例1と同様に処理して、電極1を製造した。但し、工程(1)の加熱条件を、80℃、1分間、に変更した。
【0055】
評価
以下の事項を評価した。結果を表1に示す。
【0056】
<オリゴマーの比率>
製造途中であって、工程(1)の後で、工程(2)の前の、厚み方向におけるコート層付き基材20(コート層3)の一方面を、TOF-SIMS測定した。そして、m/z=104の強度に対するm/z=577の強度の比率を求めた。TOF-SIMS測定の条件を、下記に記載する。
【0057】
TOF-SIMS IONTOFジャパン社製
一次イオン Bi3
2+
一次イオン加速電圧 25kV
測定面積 300μm角
【0058】
なお、比較例1については、工程(2)の直前の基材層2の一方面を、TOF-SIMS測定した。
【0059】
<耐久性(劣化度)>
直径1mmの丸穴を有する絶縁テープを厚み方向における導電性カーボン層5の一方面に貼り付け、サンプル電極を作製した。このサンプル電極を作用極とした。
【0060】
その後、サンプル電極を硝酸溶液に浸漬させ、電極活性物質として硝酸鉛を水溶液に加え、電気化学測定を実施した。電気化学測定では、アンペロメトリーにて-1.4V、240秒間電圧を印加した後、矩形波ボルタンメトリー(SWV)を実施した。SWVの条件は、以下の通りである。
【0061】
溶液:0.1M KCl+1mM HNO3+Pb 10ppb水溶液
セル:BAS社製 ラジアルフローセル
対極:白金電極
参照極:Ag/AgCl電極
【0062】
上記の電気化学測定を60回実施した。
【0063】
その後、丸穴内の導電性カーボン層5を光学顕微鏡で観察し、劣化部を二値化法に準拠して、劣化部の面積比率を算出した。なお、劣化部は、金属下地層4の剥離に基づく変色部分である。
図3に示すように、、劣化部は、筋状部分である。
【0064】
劣化度=劣化部の面積/丸穴内の導電性カーボン層5の面積
【0065】
下記基準に基づいて、電極1の耐久性を評価した。
【0066】
○:劣化度が0.2以下であった。
×:劣化度が0.2超過であった。
【0067】
実施例1の光学顕微鏡観察の画像処理図を
図2に示す。比較例1の光学顕微鏡観察の画像処理図を
図3に示す。
【0068】
<加熱時の寸法安定性>
工程(2)の直前のコート層付き基材20を30mmの正方形にカットしてサンプルを作製した。続いて、サンプルを、150℃の加熱オーブン内で1時間加熱した。加熱前後のサンプルの寸法を画像寸法測定器(キーエンス製、IM-6020)で計測し、以下の式より熱収縮率を求めた。
【0069】
熱収縮率[%]=(加熱後のサンプルの一辺の長さ-加熱前のサンプルの一辺の長さ)/加熱前のサンプルの一辺の長さ×100
下記基準に基づいて、コート層付き基材20の加熱時の寸法安定性を評価した。
【0070】
○:熱収縮率が、0.3%以下であった。
×:熱収縮率が、0.3%超過であった。
【0071】
なお、比較例1については、工程(2)の直前の基材層2を、加熱時の寸法安定性の評価に供した。
【0072】