JP2002216775A - 二次電池の電極用集電体箔の成形方法および成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集電体箔の開口率を大きくすると共に、薄い
集電体箔に多数の小孔を形成することができる二次電池
の電極用集電体箔の成形方法および成形装置を提供す
る。 【解決手段】 多数の凸部を有するエンボスロール４と
凹凸を有しない平ロール５との間に、無孔の集電体箔１
１を弾性材（ベルト１０）と重ね合わせて通過させ、凸
部によって押圧される集電体箔１１の箇所に貫通孔を形
成すると共に貫通孔の形成時に発生する抜きカスを弾性
材（ベルト１０）に埋め込む。弾性材（ベルト１０）に
埋め込まれた抜きカスは、ロール通過後に弾性材（ベル
ト１０）から除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、二次電池に用いる電
極用集電体箔の成形方法、及びその方法に用いられる成
形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムポリマー電池は、例えば、図７
に示されるように、アルミニウム集電体箔に正極活物質
として作用するリチウム系の材料に導電助剤等を混合し
て構成された正極剤を塗布し、これを熱硬化させて正電
極を形成し、また、銅集電体箔に負極活物質として作用
する黒鉛系の材料に導電助剤等を混合して構成された負
極剤を塗布し、これを熱硬化させて負電極を形成し、こ
れら正電極と負電極とを電解質セパレータ、即ち、不織
布にモノマー、可塑剤、リチウム塩の混合材料を塗布し
てポリマー化することで形成されたポリマーフィルムを
挟むように接合して構成され、その後、所定の形状に切
断してフィルム状の外装材（アルミニウムラミネートフ
ィルム）で包装するようにしている。

【０００３】ここで用いられる集電体箔（アルミニウム
集電体箔、銅集電体箔）には、活物質の密着性の向上や
塗布量を多くして充電量を多くするなどの目的から、多
数の貫通孔が形成されるのが一般的であり、従来におい
ては、この貫通孔をプレス加工やラス加工によって形成
するようにしていた。

【０００４】プレス加工は、無孔の集電体箔を上下の台
盤の間に挿入し、加圧成形して孔を形成するものであ
り、ラス加工は、集電体箔に所定方向の切込み（スリッ
ト）を多数形成し、この切込み方向と直交する方向に箔
自体を拡張させることによって切り込み部分をラス状に
形成するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プレス
加工においては、隣接する孔との間に所定の間隔が必要
となり、この間隔を保持しないと孔抜きを行うことがで
きなくなり、また、ラス加工においては、拡張率を高く
すれば、集電体箔自体の強度が不足することから、いず
れの場合においても開口率（貫通孔が穿たれている面積
の全面積に対する比率）を大きくすることができない不
都合があった。

【０００６】また、プレス加工においては、パンチとダ
イのクリアランスを集電体箔の厚さが薄くなれば小さく
しなければならないので、連続高速生産では、パンチの
摩耗などでこのクリアランスを保持することができなく
なる不都合がある。また、ラス加工によれば、集電体箔
が薄くなれば拡張に耐えられなくなる不都合がある。こ
のため、プレス加工やラス加工では、薄い集電体箔を生
産しにくいものであった。

【０００７】さらに、プレス加工では、プレス型を成形
する都合上、孔径を小さくすることができず、また、ラ
ス加工においても、スリットを形成しなければならない
ため小孔の形成に向かないデメリットがある。

【０００８】そこで、この発明においては、集電体箔の
開口率を大きくすると共に、薄い集電体箔に多数の小孔
を形成することができる二次電池の電極用集電体箔の成
形方法および成形装置を提供することを課題としてい
る。

【０００９】

【課題を達成するための手段】上記課題を達成するため
に、この発明においては、多数の貫通孔が形成されてい
る二次電池の電極用集電体箔の成形方法において、多数
の凸部を有するエンボスロールと凹凸を有しない平ロー
ルとの間に、無孔の集電体箔を弾性材と重ね合わせて通
過させ、前記凸部によって押圧される前記無孔の集電体
箔の箇所に貫通孔を形成すると共に前記貫通孔の形成時
に発生する抜きカスを前記弾性材に埋め込むようにした
ことを特徴としている（請求項１）。

【００１０】したがって、無孔の集電体箔を弾性材と重
ね合わせてエンボスロールと平ロールとの間を通過させ
れば、エンボスロールに形成された多数の凸部によって
弾性材との間に介在される無孔の集電体箔が押圧され、
この押圧された箇所が弾性材に埋め込まれるように塑性
変形して破壊され、無孔の集電体箔の表面に多数の貫通
孔を形成することができるようになる。このエンボスロ
ールに形成される凸部は、集電体箔を弾性材上で押圧し
て破壊すればよいことから、プレス加工やラス加工に比
べて孔径、又は、孔の面積を小さくすることができ、集
電体箔に小孔を多数形成して開口率を高めることが可能
となる。また、エンボスロールと平ロールとの間を通過
させて集電体箔を凸部で押圧して貫通孔を形成すること
から、厚さの薄い集電体箔に適したものとなる。

【００１１】弾性材に埋め込まれた抜きカスを、ロール
通過後に弾性材から除去する工程を付加するようにして
もよい（請求項２）。このような工程を付加することに
より、貫通孔を形成する際に弾性材に埋め込まれた抜き
カスを回収することが可能となり、弾性材の再利用が可
能となる。ここで、弾性材としては、ウレタンゴムを用
いることが好ましい（請求項３）。

【００１２】また、多数の貫通孔を有する二次電池用集
電体箔を製造する成形装置は、表面に多数の凸部を有す
るエンボスロールと、エンボスロールと対峙するように
設けられた表面に凹凸を有しない平ロールと、これらエ
ンボスロール及び平ロールとの間を移動すると共に無孔
の集電体箔をエンボスロールとの間に載置可能とする帯
状の弾性材と、エンボスロールと平ロールとを回転駆動
させるロール駆動手段とを具備したものとするとよい
（請求項４）。

【００１３】このような成形装置によれば、無孔の集電
体箔を弾性材上に載置させてロール駆動手段によってエ
ンボスロールと平ロールとを回転駆動させれば、これら
ロール間に無孔の集電体箔が弾性材と共に通過すること
となり、エンボスロールに形成された多数の凸部によっ
て無孔の集電体箔が押圧され、この押圧された箇所が弾
性材に埋め込まれるように塑性変形して破壊され、無孔
の集電体箔の表面に多数の貫通孔を形成することができ
るようになる。

【００１４】そして、弾性材に埋め込まれた抜きカスを
除去する除去機構を具備することが好ましい（請求項
５）。このような機構を備えることで、貫通孔を形成す
る際に弾性材に埋め込まれた抜きカスを回収することが
可能となり、弾性材の再利用が可能となる。ここで、弾
性材としては、ウレタンゴムを用いるようにするとよい
（請求項６）。

【００１５】

【実施の形態】以下、この発明の実施に形態を図面に基
づいて説明する。図１及び図２において、二次電池の電
極用集電体箔を成形するための成形装置が示され、この
成形装置は、台座１に固定された対をなす支持部材２
に、多数の凸部３が表面に形成されたエンボスロール４
と、このエンボスロール４と対峙して設けられると共に
表面に凹凸が形成されていない平ロール５とが回転自在
に支持されている。ここで、エンボスロール４は、金属
製のものであり、平ロール５は、ゴム製の弾性ロールで
あっても、金属製であってもよい。また、凸部３は、数
十μｍから数百μｍの直径に形成されている。

【００１６】エンボスロール４の軸の一端には原動歯車
６が設けられ、平ロール５の軸の一体に設けられた従動
歯車７と噛み合い、エンボスロール４と平ロール５とを
同期して回転させるようになっている。このエンボスロ
ール４には、動力源から回転動力が伝達されるようにな
っており、この例では、例えば、手動でハンドル８を回
転させることによりエンボスロール４を回転し、前記原
動歯車６と従動歯車７を介して平ロール５を従動させる
ようにしている。ここで、動力源は、ハンドル８の代わ
りに電動機を減速機と共に取り付けるものを用いるよう
にしてもよい。

【００１７】また、平ロール５の下方には、図示しない
油圧による圧力調整機構が設けられ、この圧力調整機構
によって平ロール５の上方への付勢力、即ち、平ロール
５とエンボスロール４との位置関係を相対的に調整でき
るようになっている。

【００１８】台座１には、対をなす調車９が図示しない
支持体に回転自在に支持され、この対をなす調車９に前
記ロール（エンボスロール４及び平ロール５）と同程度
の幅に形成された帯状のベルト１０が台座１の内部、及
び、エンボスロール４と平ロール５との間を通すように
架設されている。このベルト１０は、ウレタンゴムなど
によって構成された弾性材からなるもので、一方の調車
９からエンボスロール４と平ロール５との間を通って他
方の調車９に至る部分をほぼ水平とし、この部分に帯状
に形成された無孔の集電体箔１１を載置できるようにし
ている。

【００１９】また、ベルト１０がロール間を通過した部
分、例えば、ロール間を通過したベルト１０が調車９を
曲がって台座１の内部に入った部分には、例えば、図３
に示されるように、ベルト表面に所定のテンションで当
接するスクレーパ１２と、このスクレーパ１２よりもベ
ルト１０の進行方向後方に配置されてベルト表面を擦る
回転ブラシ１３とが設けられている。これらスクレーパ
１２や回転ブラシ１３は、ベルト１０の幅と同程度の幅
に形成されている。

【００２０】このような成形機を用いて、二次電池の電
極用集電体箔を成形するには、無孔の集電体箔１１をベ
ルト１０に載置させ、この集電体箔１１とベルト１０と
を重ね合わせた状態でエンボスロール４と平ロール５と
の間に導き、圧力調整機構によってエンボスロール４が
集電体箔１１と接触する圧力を適正に調節し、ハンドル
８を回して集電体箔１１をベルト１０と一緒に移動させ
る。すると、図４に示されるように、エンボスロール４
に形成された凸部３によって無孔の集電体箔１１が押圧
され、この凸部３で押圧された箇所がベルト１０に埋め
込まれるように塑性変形して破壊され、集電体箔１１の
表面に多数の貫通孔１４が形成されることとなる。

【００２１】この際、集電体箔１１から抜き離された抜
きカス１５は、ベルト１０に埋め込まれることから、ベ
ルト１０に捕捉されて散乱することがなくなり、その
後、集電体箔１１と離れた後に、図５に示されるよう
に、スクレーパ１２によって掻き出されると共に回転ブ
ラシ１３によって完全に除去されることとなる。したが
って、貫通孔１４の成形時にベルト１０に埋め込まれた
抜きカス１５をスクレーパ１２や回転ブラシ１３が設け
られた台座１の内部で回収することができ、ベルト１０
の表面部分の再利用を可能としている。

【００２２】よって、上述のようにエンボスロール４と
平ロール５との間に集電体箔１１をベルトと重ね合わせ
て通過させ、凸部３によって集電体箔１１をベルト上で
押圧して貫通孔１４を形成するようにすれば、プレス加
工やラス加工に比べて貫通孔１４の孔径（孔の直径）ま
たは孔の面積を小さくすることができ、集電体箔１１に
小孔を多数形成して開口率（貫通孔が穿たれている面積
の全面積に対する比率）を高めることが可能となる。ま
た、厚さの薄い集電体箔１１に対しても、貫通孔１４を
形成することが可能となる。

【００２３】より具体的に従来の加工品と比較すると、
図６に示されるように、開口率は、従来のプレス加工で
あれば、３０％程度にまでしか高めることができず、ま
た、ラス加工においても、２０％程度までしか高めるこ
とができなかったが、上述した加工方法（ロール加工と
いう）を用いれば、開口率を３５〜５０％にまで高める
ことが可能となる。

【００２４】また、集電体箔１１の厚みに関しても、プ
レス加工では、パンチとダイのクリアランスを集電体箔
の厚さが薄くなれば小さくする必要があるので、連続高
速生産時におけるパンチの摩耗などを考慮すると、４０
μｍよりも薄い集電体箔を形成することは難しく、ま
た、ラス加工においても、集電体箔が薄くなれば拡張に
耐えられなくなることから、６０μｍよりも薄い集電体
箔を形成することは困難であった。これに対し、本ロー
ル加工によれば、クリアランスや集電体箔の強度に関す
る上述した不都合がなくなることから、１５〜４０μｍ
の厚みの集電体箔１１を成形することが可能となる。

【００２５】さらに、集電体箔１１の孔径に関しても、
プレス加工では、プレス型を成形する都合上、５００μ
ｍよりも小さい孔径（孔の直径）を有する貫通孔を形成
することは困難であり、また、ラス加工においても、ス
リットを形成して拡張することから、孔径を２００μｍ
よりも小さくすることは困難であった。これに対して、
本ロール加工によれば、従来の成形技術の問題点はな
く、凸部３の大きさによって自由に設定することが可能
となるので、孔径を１５〜５００μｍとすることが可能
となり、小孔の形成に適している。

【００２６】尚、以上のようにして、成形された貫通孔
１４が形成された集電体箔１１は、ベルト１０から離れ
た後に図示しないリールに巻き取られ、前述した図７で
示される電池製造工程へリールごと持ち込まれる。即
ち、アルミニウム集電体箔と銅集電体箔とを上述した方
法によって多数の貫通孔を形成し、それぞれを別々のリ
ールに巻き取って予め用意しておく。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る二次電
池用集電体箔の成形方法及び成形装置によれば、無孔の
集電体箔を弾性材と重ね合わせてエンボスロールと平ロ
ールとの間に通過させることにより、エンボスロールに
形成された多数の凸部によって無孔の集電体箔が押圧さ
れ、この押圧された箇所に多数の貫通孔を形成すること
ができるので、プレス加工やラス加工に比べて小孔を多
数形成して開口率を大きくすることができ、集電体箔の
厚みを薄くすることが可能となる。また、貫通孔の形成
時に発生する抜きカスを弾性材に埋め込むようにしたの
で、抜きカスを弾性材に捕捉させることができ、抜きカ
スの散乱を防止することができる等の利点もある。

【００２８】また、弾性材に埋め込まれた抜きカスを除
去する工程又は除去機構を具備すれば、弾性材に埋め込
まれた抜きカスを回収することが可能となり、弾性材を
再利用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかる二次電池の電極用集電
体箔の成形装置を示す全体斜視図である。

【図２】図２は、図１に示す成形装置のエンボスロール
と平ロールとの関係を示す図である。

【図３】図３は、図１に係る成形装置の抜きカスを除去
する除去機構を示す図である。

【図４】図４は、エンボスロールの凸部で無孔の集電体
箔に貫通孔を形成する状態を示す図である。

【図５】図５は、除去機構によりベルトに埋め込まれた
抜きカスを除去する状態を示す図である。

【図６】図６は、リチウムポリマー二次電池の従来の集
電体箔と本技術を用いた集電体箔とを比較した表を示
す。

【図７】図７は、リチウムポリマー二次電池の製造工程
を示す図である。

【符号の説明】

３ 凸部 ４ エンボスロール ５ 平ロール １０ ベルト １１ 集電体箔 １２ スクルーパ １３ 回転ブラシ １４ 貫通孔 １５ 抜きカス

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の貫通孔が形成されている二次電池
   の電極用集電体箔の成形方法において、多数の凸部を有
   するエンボスロールと凹凸を有しない平ロールとの間
   に、無孔の集電体箔を弾性材と重ね合わせて通過させ、
   前記凸部によって押圧される前記無孔の集電体箔の箇所
   に貫通孔を形成すると共に前記貫通孔の形成時に発生す
   る抜きカスを前記弾性材に埋め込むようにしたことを特
   徴とする二次電池の電極用集電体箔の成形方法。
2. 【請求項２】 前記弾性材に埋め込まれた抜きカスを、
   前記ロールの通過後に前記弾性材から除去する工程を付
   加したことを特徴とする請求項１記載の二次電池の電極
   用集電体箔の成形方法。
3. 【請求項３】 前記弾性材は、ウレタンゴムからなる請
   求項１又は２記載の二次電池の電極用集電体箔の成形方
   法。
4. 【請求項４】 表面に多数の凸部を有するエンボスロー
   ルと、 前記エンボスロールと対峙するように設けられた表面に
   凹凸を有しない平ロールと、 これらエンボスロール及び平ロールとの間を移動すると
   共に無孔の集電体箔を前記エンボスロールとの間に載置
   可能とする帯状の弾性材と、 前記エンボスロールと前記平ロールとを回転駆動させる
   ロール駆動手段と、を具備することを特徴とする二次電
   池の電極用集電体箔の成形装置。
5. 【請求項５】 前記弾性材に埋め込まれた抜きカスを除
   去する除去機構を具備することを特徴とする二次電池の
   電極用集電体箔の成形装置。
6. 【請求項６】 前記弾性材は、ウレタンゴムからなる請
   求項１又は２記載の二次電池の電極用集電体箔の成形装
   置。