JP2000294249A - 集電体用金属箔とその製造方法および二次電池用集電体 - Google Patents
集電体用金属箔とその製造方法および二次電池用集電体Info
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Abstract
高めることが可能な貫通孔の形状または貫通孔の配置を
備えた集電体用金属箔と集電体を提供する。また、活物
質の密着性を向上させるために開口率を高めることが可
能な貫通孔を簡単に形成することができる集電体用金属
箔の製造方法を提供する。 【解決手段】 最長孔径D1 、D2 が1.55mm以上
の貫通孔1,2を複数有し、開口率が40%以上で厚み
が5μm以上200μm以下の集電体用金属箔におい
て、貫通孔D1 ,D2 を形成する周縁形状が2つの略直
線部分11,12,21,22を有し、それらの2つの
略直線部分11,12,21,22はそれらの延長線上
で交差し、鋭角α,βをなすことによって隅部13,2
3が形成されている。金属箔に所定のパターンを有する
レジスト膜を形成し、そのレジスト膜をマスクとして用
いてエッチングすることにより、複数の貫通孔を形成す
る。
Description
体に関し、特にポリマー電池用の集電体の材料としての
金属箔とその製造方法に関するものである。
してポリマー電池が種々の電子機器の電源として使用さ
れてきている。
や正方形の貫通孔が複数個形成された金属箔の表面上
に、黒鉛層間化合物、導電性高分子化合物、活性炭、フ
ェノール系繊維の炭化物、リチウム系化合物等のペース
ト状の活物質を塗布加工することによって粘着させたも
のが使用されている。貫通孔の孔径は0.5〜1mm程
度であり、開口率は20〜40%程度の金属箔が用いら
れている。また、貫通孔は、打抜き用の金型等を用いて
金属箔の表面に形成されている。
においては、活物質の密着性を向上させるために金属箔
の表面積をできるだけ増大させる1つの手段として金属
箔の表面に複数個の貫通孔が形成される。できるだけ大
きな孔径の貫通孔をできるだけ高い密度で形成すれば、
金属箔の表面積が大きくなり、活物質の金属箔に対する
密着性を高めることができる。
孔を金属箔の表面に形成する場合、1.55mm以上の
孔径で開口率を40%以上に大きくすると、円形や正方
形の中央部において活物質が金属箔から剥離または脱落
する場合があり、密着性が低下するという問題があっ
た。そのため、従来の形状の貫通孔を採用する限り、貫
通孔の孔径の大きさや開口率を高めるのには限度があっ
た。
することによって開口率を大きくする場合、金属箔の強
度が低下するという問題があった。特に、集電体用金属
箔を製造する工程や活物質を塗布加工する工程において
は、破断や変形等の不都合が生ずるという問題があっ
た。
いては、貫通孔は打抜き用の金型等を用いて形成され
る。いわゆるパンチングメタルからなる集電体用金属箔
では、打抜き加工時において金属箔の屑が製品に混入し
たり、打抜き加工時の返り(バリ)が生じ、これが原因
で最終製品としての二次電池の内部で電気的な短絡が生
ずるという問題があった。その結果、最終製品としての
二次電池の品質の低下を招いていた。また、微細な貫通
孔を金属箔の表面に複数個形成するためには、打抜き用
の金型に高い寸法精度が要求されるので、金型等の工具
や設備の保守作業が煩雑となり、製造コストの増加や生
産性の低下を招くという問題もあった。
性を向上させるために最長孔径が1.55mm以上の貫
通孔を複数有し、開口率を40%以上に高めることが可
能な貫通孔の形状を有する集電体用金属箔を提供するこ
とである。
を向上させるために最長孔径が1.55mm以上の貫通
孔を複数有し、開口率が40%以上の集電体用金属箔に
おいて、一定方向に所定の強度を備えた貫通孔の配置を
提供することである。
させ、かつ品質を向上させるために適用することがで
き、開口率を高めることが可能な貫通孔を簡単に形成す
ることができる集電体用金属箔の製造方法を提供するこ
とである。
を高めることが可能な金属箔を備えた集電体を提供する
ことである。
用金属箔は、最長孔径が1.55mm以上の貫通孔を複
数有し、開口率が40%以上で厚みが5μm以上200
μm以下の集電体用金属箔において、貫通孔を形成する
周縁形状が2つの略直線部分を有し、その2つの略直線
部分はそれらの延長線上で交差し、鋭角をなすことによ
って貫通孔の隅部が形成されていることを特徴とする。
ことにより、孔径が大きな貫通孔を形成することによっ
て開口率を向上させることができると同時に、活物質の
密着性を向上させることができる。特に、上記のように
貫通孔の隅部が形成されることにより、従来の円形や正
方形の貫通孔を採用する場合に比べて、活物質の剥離や
脱落が生ずるおそれを効果的に防止することができ、活
物質の金属箔に対する密着性を向上させることができ
る。
複数の隅部を有する。また、この発明に従った集電体用
金属箔は、最長孔径が1.55mm以上の貫通孔を複数
有し、開口率が40%以上で厚みが5μm以上200μ
m以下の集電体用金属箔において、複数の貫通孔の間で
一定方向に幅0.1mm以上2mm以下の連続条部分を
備えることを特徴とする。
り、大きな孔径の貫通孔を多数個形成することによって
開口率を高めた場合においても、集電体用金属箔の強度
を一定の値以上に確保することができる。特に、金属箔
が圧延工程によって帯状に製造される場合、その後工程
で貫通孔を形成するとき、圧延方向において一定の引張
り強度が必要とされる。本発明においては、一定方向に
所定の連続条部分が形成されているので、上記の孔径と
開口率を満足する多数の貫通孔を圧延後に形成する工程
において破断や変形等の発生を防止することができる。
は15mmの幅に対して6N以上である。
って形成されている。好ましくは、本発明の集電体用金
属箔はアルミニウム箔である。
の特徴を有する金属箔を備える。さらに好ましくは、本
発明の集電体用金属箔は、最長孔径が1.55mm以上
の貫通孔を複数有し、開口率が40%以上で厚みが5μ
m以上200μm以下の集電体用金属箔において、貫通
孔を形成する周縁形状が2つの略直線部分を有し、その
2つの略直線部分はそれらの延長線上で交差し、鋭角を
なすことによって貫通孔の隅部が形成されており、複数
の貫通孔の間で一定方向に幅0.1mm以上2mm以下
の連続条部分を備えることを特徴とする。
法は、金属箔に所定のパターンを有するレジスト膜を形
成する工程と、レジスト膜をマスクとして用いてエッチ
ングすることにより、複数の貫通孔を金属箔に形成する
工程と、レジスト膜を除去する工程とを備える。
通孔の形成に伴って屑が生ずることもなく、返りやバリ
等も生じないので、最終製品としての二次電池において
品質に悪影響を与えることはない。また、多数の貫通孔
を形成するための工具や設備において煩雑な保守作業が
必要とされず、製造コストの増加や生産性の低下を招く
こともない。
方法において、エッチングは、酸性またはアルカリ性の
溶液を用いて行なわれる。
5〜200μmの範囲内で選ばれるのが好ましく、さら
に好ましくは20〜100μmの範囲内である。厚みが
5μm未満では、金属箔の強度が極めて弱くなり、集電
体の製造工程中において破断しやすい。また、厚みが2
00μmを超えると、貫通孔を形成する際のエッチング
処理に時間が長くかかる、最終製品としての二次電池の
重量が増加する、必要以上に活物質を塗布する必要があ
る等の理由で好ましくない。
処理によって最長孔径が1.55mm以上の貫通孔が多
数個形成されている。ここで、最長孔径とは、金属箔の
圧延面に対して垂直な方向から見たときの貫通孔の外形
線上の最も離れた2点間を結ぶ距離をいう。最長孔径が
1.55mm未満の場合には、活物質が十分に金属箔の
表面に粘着せず、活物質の塗布加工中や二次電池の使用
中に活物質が剥離したり脱落するおそれがある。最長孔
径の上限は5mm程度であり、これを超えると集電体の
引張り強度が極端に低下するおそれがある。したがっ
て、最長孔径は1.55〜5.0mmの範囲内が好まし
い。本発明の集電体用金属箔においては、貫通孔の形状
は1種類である必要はなく、2種類以上の寸法または形
状の孔が混在して形成されてもよい。この場合、複数の
貫通孔において最長孔径が平均値で1.55mm以上で
あれば本発明の範囲内である。たとえば、任意に20個
程度の貫通孔を選択し、各々の最長孔径を測定し、それ
らの算術平均値が1.55mm以上であればよい。
正方形以外の形状であれば特に限定されることはない。
少なくとも周縁形状を形成する2つの略直線部分がそれ
らの延長線上で交差し、鋭角をなすことによって貫通孔
の隅部が形成されていればよい。したがって、本発明の
貫通孔の周縁形状は、菱形、平行四辺形、5以上の辺を
有する多角形、扇形、三角形、略半円形、略半楕円形、
またはこれらの図形の組合せ等から適宜設計してもよ
い。また、菱形、平行四辺形、辺が5以上の多角形、三
角形等は、正確な直線で構成されていなくてもよく、貫
通孔の周縁形状が内側または外側に曲がった線で構成さ
れていてもよい。実際の金属箔に形成される貫通孔は、
そのレジスト膜の性状やエッチング条件に微妙に左右さ
れ、隅部が丸味を帯びる場合や、過腐食またはエッチン
グ不足によって直線部分がカーブする場合があり、事前
に貫通孔(パターン)の設計寸法を考慮する必要がある
場合もある。
%以上必要である。開口率を40%以上確保することに
よって、活物質を金属箔の表面上に効率よく塗布加工す
ることができる。また、塗布加工した活物質が貫通孔の
内部を通じて金属箔の表面と裏面に強固に粘着すること
ができるので、活物質の剥離や脱落等が生じ難い。
いが、金属箔の強度を確保するために、一定方向に幅
0.1〜2mmの孔のない帯状の連続条部分を備えるの
が好ましい。ここで、一定方向が金属箔の製造時の圧延
方向と一致しているのがさらに好ましい。このようにす
ることにより、貫通孔を形成するためのレジスト膜の形
成やエッチング処理工程において金属箔を巻き取りまた
は巻き戻ししながら連続的に処理を行なう際に一定の強
度を確保することができる。また、活物質の塗布工程に
おいては、圧延方向と垂直な方向の強度も要求されるの
で、両方向の強度のバランスを考慮して貫通孔の配置を
設計すればよい。なお、上記の連続条部分の幅が0.1
mm未満では、一定方向または圧延方向の強度を確保す
ることが困難になる。また、連続条部分の幅が2mmを
超える場合には、所定の開口率を得ることが困難にな
り、活物質の金属箔の表面に対する接着強度が低下する
おそれがある。
方向または圧延方向の引張り強度が15mmの幅に対し
て6N以上であるのが好ましい。一定方向または圧延方
向の強度が上記の値以下では、レジスト膜の形成、エッ
チング処理、活物質の塗布加工等の工程中において金属
箔の破断や変形、皺、むら等が生じやすくなるので好ま
しくない。
アルミニウム合金箔、銅箔、ステンレス鋼箔、ニッケル
箔等の金属箔を用いることができる。また、1種の金属
や合金、同種の金属や合金のクラッド箔を採用すること
もできる。二次電池用の正極活物質を粘着させるための
集電体用金属箔としてはアルミニウム箔またはアルミニ
ウム合金箔が適している。アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金の成分は、電解質の種類に応じて純アルミニウ
ム(JIS 1000系)、アルミニウム−マンガン
(Al−Mn)系合金(JIS 3000系)、アルミ
ニウム−マグネシウム(Al−Mg)系合金(JIS
5000系)、アルミニウム−鉄(Al−Fe)系合金
(JIS 8000系)等から適宜選択することができ
る。
ジスト膜をマスクとしてエッチングすることにより複数
の貫通孔を形成する工程を採用する限り、特に制限され
るものではないが、たとえば、次のような製造方法を採
用するのが好ましい。
するレジスト膜を印刷する。この場合、エッチングされ
ない部分にレジスト膜が形成される。このレジスト膜の
印刷は特に制限されるものではないが、グラビア印刷、
転写印刷等によるのが好ましい。印刷されるレジスト膜
の材料としては、たとえばアクリルや塩化ビニル−酢酸
ビニル共重合体等を使用することができる。レジスト膜
の印刷時においては必要に応じて適当なシンナー等の溶
剤で粘度調整を行なう必要がある。レジスト膜を適度に
乾燥させた後、適当な酸性やアルカリ性の溶液等を用い
てエッチング処理を行なう。エッチング液としては、た
とえば、硫酸、燐酸、クロム酸、硝酸、フッ酸、酢酸、
苛性ソーダ、塩化第二鉄、過塩素酸等の単独の溶液、あ
るいは混合溶液を使用することができる。もちろん、水
等の溶媒を用いて適当に上記の溶液を希釈してエッチン
グ液として使用してもよい。エッチング処理によって金
属箔に所定の貫通孔を形成した後、レジスト膜を除去す
る。レジスト膜の除去には、たとえば、塩化メチレンや
弱アルカリ性水溶液等を使用することができる。レジス
ト膜を除去した後、必要に応じて金属箔を適当に乾燥さ
せることにより、集電体用の原反(コイル状の巻き取り
品)が完成する。この原反を必要に応じて適当な大きさ
に切断し、活物質を塗布加工する工程に供給する。な
お、本発明の集電体用金属箔は、上記の原反、活物質を
塗布加工する工程に供給される金属箔、二次電池に組み
込まれた状態にある集電体または集電体用金属箔を含む
ものである。
れ有する集電体用金属箔の試料A〜Cを作製した。な
お、図中の実線部分がレジスト膜のパターンにおける設
計上の形状であり、破線部分がエッチング後の実形状で
ある。試料の作製は以下のようにして行なわれた。
形成するために所定のパターンを有するレジスト膜をグ
ラビアロールを用いて、厚み40μmのJIS 1N3
0のアルミニウム硬質箔の両面に形成した。レジストイ
ンキの主成分はアクリル系樹脂からなり、少量の顔料が
配合されており、トルエンでレジストインキの粘度を調
整した。次に、塩化第二鉄からなるエッチング液を用い
て温度40℃で約10秒間のエッチング処理を施すこと
により、所定のパターンの貫通孔をアルミニウム硬質箔
の表面に形成した。その後、レジストインキを苛性ソー
ダにより溶解除去した。
のパターンをそれぞれ有する集電体用金属箔の試料E、
Fを作製した。試料E、Fは、上記と同じ厚み40μm
のJIS 1N30のアルミニウム硬質箔に対し、金型
による機械的穿孔(パンチング)を施すことにより、作
製した。
のような貫通孔のパターンが形成された。
2が金属箔の圧延方向Rに沿って互い違いに配置されて
いる。貫通孔1においては2つの直線部分11と12が
それらの延長線上で角度α=60°で交差しており隅部
13が形成されている。貫通孔2においては、2つの直
線部分21と22がそれらの延長線上で交差し、角度β
=60°をなすことによって隅部23が形成されてい
る。貫通孔1の最長孔径D1 は1.6mmであり、貫通
孔2の最長孔径D2 は2.1mmであった。また、圧延
方向Rにおいて幅Wが0.22mmの連続条部分3が形
成されている。
金属箔の圧延方向Rに沿って並んでいる。貫通孔4の2
つの直線部分41と42はそれらの延長線上で交差し、
角度α=60°をなすことによって隅部43が形成され
ている。貫通孔4の最長孔径Dはレジスト膜の設計パタ
ーンにおいて1.9mmである。また、圧延方向Rに延
びるように幅Wが0.22mmの連続条部分5が形成さ
れている。
金属箔の圧延方向Rに沿って並んで形成されている。貫
通孔6の2つの直線部分61と62はそれらの延長線上
で交差し、α=60°の角度をなすことによって隅部6
3が形成されている。貫通孔6の最長孔径Dはレジスト
膜の設計パターンにおいて1.9mmである。圧延方向
Rに延びるように幅Wが0.22mmの連続条部分7が
形成されている。
に、直径Dが2.0mmの円形の貫通孔8が形成されて
いる。圧延方向Rと直角な方向における複数個の貫通孔
8間の間隔W1 は0.2mmである。また、斜め方向で
の間隔W2 は0.2mmである。
に、長軸の孔径Dが1.5mm、短軸の孔径dが0.5
mmの楕円形状の貫通孔9が形成されている。圧延方向
Rと直角な方向における複数の貫通孔9間の間隔W1 は
0.4mmである。斜め方向における間隔W2 は0.2
mmである。
を有する金属箔の各試料を用いて引張り強度を測定し
た。引張り強度の測定は、幅が15mm、チャック間の
距離が50mm、引張り速度が20mm/min.の条
件で行なわれた。引張り強度の測定は各試料の圧延方向
とそれに垂直な方向についてそれぞれ3点ずつ測定し、
それぞれの平均値を圧延方向と垂直方向の引張り強度の
値とした。
に基づいて算出した。上記のように作製された各試料の
金属箔の表面上に、コバルト酸リチウムが50重量%、
アセチレンブラックが10重量%、ポリビニルジフロラ
イド(PVDF)が5重量%、Nメチルピロリドン(N
MP)が35重量%からなる正極活物質を乾燥後におい
て厚みが80μmとなるように塗布加工した。その後、
圧延ロールを用いて約20%の圧下率で正極活物質の塗
膜を金属箔の表面に圧着させた。このようにして活物質
の塗膜の密着性を観察した。密着性の評価は以下のよう
にして行なった。
例の試料A〜Cにおいては、活物質の剥離や亀裂が観察
されず、活物質の密着性が良好であった。また、試料A
〜Cにおいては、圧延方向において所定の引張り強度を
得ることができた。これに対して比較例の試料EとFで
は、活物質の亀裂や剥離が生じ、密着性が悪いことがわ
かる。また、試料Eでは、活物質の密着性が悪いだけで
なく、圧延方向と垂直方向において引張り強度が低下し
ており、円形の貫通孔を採用する限り、最長孔径と開口
率を発明例のように高めることは困難であることがわか
る。試料Fにおいても、活物質の密着性が悪いだけでな
く、圧延方向において極端に引張り強度が低下してお
り、楕円形の貫通孔を採用する限り、最長孔径と開口率
を高めるには限度があることがわかる。
ての点で例示的に示されるものであり、制限的なもので
はないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上
の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によっ
て示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内で
のすべての修正や変形を含むものであると解釈されるべ
きである。
な開口率を備えた集電体用金属箔、一定方向に高い引張
り強度を備えた集電体用金属箔、さらには大きな開口率
と一定方向に高い引張り強度を兼ね備えた集電体用金属
箔を提供することができる。その結果、密着性が良い状
態で活物質を金属箔の表面に安定して塗布加工すること
ができ、また、二次電池の使用状態においても長期間、
クリープや変形等の不具合が生じにくい集電体用金属箔
または集電体を提供することができる。
法によれば、貫通孔は機械的な加工ではなく、エッチン
グ処理によって形成されるので、バリや返り、穿孔屑が
生ずることがないので、最終製品としての二次電池の使
用の際に電気的な短絡等の不良が発生するのを防止する
ことができる。
Aで形成された貫通孔の平面的な配置を示す図である。
Bで形成された貫通孔の平面的な配置を示す図である。
Cで形成された貫通孔の平面的な配置を示す図である。
金属箔の試料Eで形成された貫通孔の平面的な配置を示
す図である。
金属箔の試料Fで形成された貫通孔の平面的な配置を示
す図である。
線部分 13,23,43,63:隅部 D,D1 ,D2 :最長孔径 W:連続条部分の幅 α,β:角度
Claims (10)
- 【請求項1】 最長孔径が1.55mm以上の貫通孔を
複数有し、開口率が40%以上で厚みが5μm以上20
0μm以下の集電体用金属箔において、 前記貫通孔を形成する周縁形状が2つの略直線部分を有
し、前記2つの略直線部分はそれらの延長線上で交差
し、鋭角をなすことによって前記貫通孔の隅部が形成さ
れていることを特徴とする、集電体用金属箔。 - 【請求項2】 前記貫通孔の周縁形状は、複数の隅部を
有する、請求項1に記載の集電体用金属箔。 - 【請求項3】 最長孔径が1.55mm以上の貫通孔を
複数有し、開口率が40%以上で厚みが5μm以上20
0μm以下の集電体用金属箔において、 前記複数の貫通孔の間で一定方向に幅0.1mm以上2
mm以下の連続条部分を備えることを特徴とする、集電
体用金属箔。 - 【請求項4】 前記一定方向の引張り強度が、15mm
の幅に対して6N以上である、請求項3に記載の集電体
用金属箔。 - 【請求項5】 前記貫通孔は、エッチング処理によって
形成されている、請求項1から4までのいずれかに記載
の集電体用金属箔。 - 【請求項6】 該金属箔はアルミニウム箔である、請求
項1から5までのいずれかに記載の集電体用金属箔。 - 【請求項7】 請求項1から6までのいずれかに記載の
金属箔を備えた、二次電池用集電体。 - 【請求項8】 最長孔径が1.55mm以上の貫通孔を
複数有し、開口率が40%以上で厚みが5μm以上20
0μm以下の集電体用金属箔において、 前記貫通孔を形成する周縁形状が2つの略直線部分を有
し、前記2つの略直線部分はそれらの延長線上で交差
し、鋭角をなすことによって前記貫通孔の隅部が形成さ
れており、 前記複数の貫通孔の間で一定方向に幅0.1mm以上2
mm以下の連続条部分を備えることを特徴とする、集電
体用金属箔。 - 【請求項9】 金属箔に所定のパターンを有するレジス
ト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜をマスクとして用いてエッチングするこ
とにより、複数の貫通孔を前記金属箔に形成する工程
と、 前記レジスト膜を除去する工程とを備えた、集電体用金
属箔の製造方法。 - 【請求項10】 前記エッチングは、酸性またはアルカ
リ性の溶液を用いて行なわれる、請求項9に記載の集電
体用金属箔の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09783299A JP3933342B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 二次電池の集電体用金属箔および二次電池用集電体 |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP09783299A JP3933342B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 二次電池の集電体用金属箔および二次電池用集電体 |
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| JP3933342B2 JP3933342B2 (ja) | 2007-06-20 |
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Family Applications (1)
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