JP2007035379A - 電池用集電基体 - Google Patents
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Abstract
【課題】 各種線材を伸線圧延処理することにより、バリがなく、且つ完全な表面処理が容易であるという、従来では見られない特性を有する電池用集電基体を提供すること。また、熱処理や表面処理することにより、防錆効果や塗装密着性がさらに向上した電池用集電基体を提供せんとする。
【解決手段】 金属の丸線材を、所定の基体幅に伸線圧延してなる電池用集電基体、及び線径０.３〜２.６ｍｍの丸線材を伸線圧延して、幅１．５〜５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍに加工してなる前記電池用集電基体を構成した。
【選択図】 図５
【解決手段】 金属の丸線材を、所定の基体幅に伸線圧延してなる電池用集電基体、及び線径０.３〜２.６ｍｍの丸線材を伸線圧延して、幅１．５〜５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍに加工してなる前記電池用集電基体を構成した。
【選択図】 図５
Description
本発明は、電池用集電基体に関し、さらに詳しくは、バリが原因となる短絡や電解液漏れを引き起こさない電池用集電基体に関する。
近年、ノートブック型パソコン、ビデオカメラ、リモートコントローラ等の携帯可能な電子機器の電源として小型で軽量な二次電池が広く使用されている。この種の二次電池では、図１の二次電池１の横断面図に示されるように、負極用集電基体２と、正極用集電基体３との間に樹脂等の絶縁体４が封入され、集電基体どうし又は集電基体とこれらを封入するアルミニウム製の袋体５の内面とが短絡しないように配置されているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
これら従来の電池用集電基体は、面積の大きな金属帯材を刃物により所定の幅にスリット加工して得られる金属箔が用いられている。
これら従来の電池用集電基体は、面積の大きな金属帯材を刃物により所定の幅にスリット加工して得られる金属箔が用いられている。
ところで、この金属箔には、スリットする際に生じるバリが避けられないが、このバリが、電池内部において集電基体２（３）と電池容器５との抵触・短絡を引き起こしたり、封止用の樹脂４を破壊して電解液の漏れの原因となる。
また、集電基体の表面には、防食や封止樹脂との密着性向上のために表面処理が一般に施されるが、上記のバリの発生部分は、下地処理時に汚れが十分に除去されないことから表面処理も不十分となって、腐食の発生や、樹脂が剥離して電解液が漏れるといった問題が生じる。
また、集電基体の表面には、防食や封止樹脂との密着性向上のために表面処理が一般に施されるが、上記のバリの発生部分は、下地処理時に汚れが十分に除去されないことから表面処理も不十分となって、腐食の発生や、樹脂が剥離して電解液が漏れるといった問題が生じる。
このため、サンドブラスト等によるバリの除去や、スリットする刃の材質検討、スリット時の油や潤滑剤の使用等多くの対策が為されているが、バリの発生を完全に無くすることはできず、また、処理する部材ごとに処理条件を変えるという煩雑な作業は製造コストの増加を招く。近年、電池の小型化、薄型化の傾向がますます進んでおり、上記バリの問題は無視できない状況になりつつある。
そこで本発明は、上記の課題を解決するために完成されたものであり、各種線材を伸線圧延処理することにより、バリがなく、且つ完全な表面処理が容易であるという、従来では見られない特性を有する電池用集電基体を提供することを目的としている。
また、本発明は、熱処理や表面処理することにより、防錆効果や塗装密着性がさらに向上した電池用集電基体を提供することを目的としている。
また、本発明は、熱処理や表面処理することにより、防錆効果や塗装密着性がさらに向上した電池用集電基体を提供することを目的としている。
すなわち、本発明の要旨は、
〔１〕金属の丸線材を、所定の基体幅に伸線圧延してなる電池用集電基体、
〔２〕線径０.３〜２.６ｍｍの丸線材を伸線圧延して、幅１．５〜５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍに加工してなる前記〔１〕記載の電池用集電基体、
〔３〕前記丸線材が、銅線、アルミニウム線、ニッケル線又はニッケルメッキ線である前記〔１〕又は〔２〕記載の電池用集電基体、
〔４〕多段階の圧延により加工してなる前記〔１〕〜〔３〕の何れか１項に記載の電池用集電基体、
〔５〕前記〔１〕〜〔４〕の何れか１項に記載の電池用集電基体に、熱処理を施してなる集電基体、
〔６〕前記〔１〕〜〔５〕の何れか１項に記載の電池用集電基体に、防錆処理又は化成処理を施してなる電池用集電基体
に関する。
〔１〕金属の丸線材を、所定の基体幅に伸線圧延してなる電池用集電基体、
〔２〕線径０.３〜２.６ｍｍの丸線材を伸線圧延して、幅１．５〜５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍに加工してなる前記〔１〕記載の電池用集電基体、
〔３〕前記丸線材が、銅線、アルミニウム線、ニッケル線又はニッケルメッキ線である前記〔１〕又は〔２〕記載の電池用集電基体、
〔４〕多段階の圧延により加工してなる前記〔１〕〜〔３〕の何れか１項に記載の電池用集電基体、
〔５〕前記〔１〕〜〔４〕の何れか１項に記載の電池用集電基体に、熱処理を施してなる集電基体、
〔６〕前記〔１〕〜〔５〕の何れか１項に記載の電池用集電基体に、防錆処理又は化成処理を施してなる電池用集電基体
に関する。
本発明の電池用集電基体は、バリがなく、電池容器との短絡や封止用樹脂の破壊による液漏れを防止できるとともに、完全な表面処理が施せるため、従来のものに比べて、耐腐食性や樹脂との密着性をより向上させることができるという効果が奏される。
また、本発明の電池用集電基体を用いることで、安全性に優れ、且つ、より小型化、薄型化の進んだ電池の製造も可能にできるという効果が奏される。
また、本発明の電池用集電基体は、多段階の圧延により加工されることで、電池の小型化、薄型化が進むことでより小さく、厳しくなった規格巾の金属箔も製造できるという寸法精度向上の効果が奏される。
また、本発明の電池用集電基体は、熱処理を施されることで屈曲等の特性が向上した金属箔が得られるという効果が奏される。
また、本発明の電池用集電基体は、防錆処理又は化成処理を施されることで防錆効果（耐腐食性）や樹脂との密着性（塗装密着性）が向上した金属箔が得られるという効果が奏される。
また、本発明の電池用集電基体を用いることで、安全性に優れ、且つ、より小型化、薄型化の進んだ電池の製造も可能にできるという効果が奏される。
また、本発明の電池用集電基体は、多段階の圧延により加工されることで、電池の小型化、薄型化が進むことでより小さく、厳しくなった規格巾の金属箔も製造できるという寸法精度向上の効果が奏される。
また、本発明の電池用集電基体は、熱処理を施されることで屈曲等の特性が向上した金属箔が得られるという効果が奏される。
また、本発明の電池用集電基体は、防錆処理又は化成処理を施されることで防錆効果（耐腐食性）や樹脂との密着性（塗装密着性）が向上した金属箔が得られるという効果が奏される。
本発明は、金属の丸線材を、所定の基体幅に伸線圧延してなる電池用集電基体に関する。また、本発明においては、上記集電基体及び熱処理されているもの、防錆処理や化成処理等の表面処理されているものも含む。
本発明に用いられる金属の丸線材(以下、丸線材という)としては、銅線、アルミニウム線、ニッケル線、ニッケルメッキ線等の丸線材が挙げられる。
丸線材の線径は、入手の容易さやコスト面の観点から、０.３〜２.６ｍｍであることが好ましい。なお、丸線材の断面形状は、略円形状であればよい。丸線材の長さとしては、特に限定はない。
丸線材の線径は、入手の容易さやコスト面の観点から、０.３〜２.６ｍｍであることが好ましい。なお、丸線材の断面形状は、略円形状であればよい。丸線材の長さとしては、特に限定はない。
本発明の電池用集電基体は、前記の丸線材を所定の基体幅に伸線圧延してなるものである。
伸線圧延は、伸線処理と圧延処理とに分け、伸線処理、ついで圧延処理が行われる。
伸線圧延は、伸線処理と圧延処理とに分け、伸線処理、ついで圧延処理が行われる。
本発明においては、圧延処理は、１段階のみで加工処理してもよく、２段階以上の多段階にわけて加工処理してもよい。
２段階以上の多段階にわけて加工処理すれば、丸線材を所定の基体幅に効率よく伸線圧延することができ、より小型化、薄型化の進んだ電池に使用される箔のように、規格巾が小さく、精度が厳しい製品を製造する場合でも、その規格巾をクリアできる点で好ましい。
２段階以上の多段階にわけて加工処理すれば、丸線材を所定の基体幅に効率よく伸線圧延することができ、より小型化、薄型化の進んだ電池に使用される箔のように、規格巾が小さく、精度が厳しい製品を製造する場合でも、その規格巾をクリアできる点で好ましい。
かかる多段階の圧延処理には、圧延ロールを少なくとも２組具備する二段の伸線圧延機を用いることが好ましい。
本発明において、圧延ロールとは、丸線材を圧延処理できる装置をいう。
圧延ロールの部材、構成、大きさ等については、丸線材の種類により、一概に限定できないが、たとえば、丸線材が銅線である場合、メンテナンス、コスト、品質等の面から、超硬の圧延ロールであることが好ましい。
また、使用される圧延ロールは、すべて同じものでであってもよく、各々異なっていてもよい。
圧延ロールの部材、構成、大きさ等については、丸線材の種類により、一概に限定できないが、たとえば、丸線材が銅線である場合、メンテナンス、コスト、品質等の面から、超硬の圧延ロールであることが好ましい。
また、使用される圧延ロールは、すべて同じものでであってもよく、各々異なっていてもよい。
かかる伸線圧延機としては、たとえば、図２に示される伸線圧延機６が挙げられる。
図２は、伸線圧延機６の主要な構成のみを示した概略図である。丸線材７は、供給装置８から伸線装置９に順次送られる。
図２は、伸線圧延機６の主要な構成のみを示した概略図である。丸線材７は、供給装置８から伸線装置９に順次送られる。
伸線装置９は、丸線材を伸線できる装置であればよい。例えば、図２に示すように、１組のダイスを有するという構成を有する。なお、伸線処理は一段でも多段でもよい。
伸線圧延処理の条件としては、たとえば、伸線時の潤滑液温度が室温〜５０℃であることが好ましい。丸線材の送り速度は、１０〜１００ｍ／秒であることが好ましい。潤滑液としては、特に限定はない。
この伸線処理により得られる丸線材の線径として、たとえば厚み０．１ｍｍ、幅４.０ｍｍの銅箔を作製する場合には１.３〜１.５ｍｍであるのが望ましい。
続いて、伸線処理した丸線材を第１圧延ロール１０、ついで第２圧延ロール１１に送り、２回に分けて圧延処理する。
第１圧延ロール１０、第２圧延ロール１１とも、丸線材に圧延処理を施せる構成を有していればよい。
圧延処理の条件としては、丸線材の種類により一概に限定できないが、たとえば、 銅線を用いる場合、第１圧延ロール１０の加熱温度が４０〜７０℃であることが好ましく、第２圧延ロール１１の加熱温度が４０〜７０℃であることが好ましい。丸線材は、第１圧延ロールにより厚み０.２０〜０.２２ｍｍ、幅３.６〜３.９ｍｍの断面を有するように加工され、ついで、第２圧延ロール１１により所望の大きさに加工されるのが好ましい。
また、丸線材の送り速度は、４０〜６０ｍ／秒であることが好ましい。
なお、圧延処理を１段階のみで行う場合には、第１圧延ロール１０又は第２圧延ロール１１のいずれかを取り除けばよい。また、３段階以上の圧延処理を行う場合には、さらに圧延ロールを具備すればよい。
第１圧延ロール１０、第２圧延ロール１１とも、丸線材に圧延処理を施せる構成を有していればよい。
圧延処理の条件としては、丸線材の種類により一概に限定できないが、たとえば、 銅線を用いる場合、第１圧延ロール１０の加熱温度が４０〜７０℃であることが好ましく、第２圧延ロール１１の加熱温度が４０〜７０℃であることが好ましい。丸線材は、第１圧延ロールにより厚み０.２０〜０.２２ｍｍ、幅３.６〜３.９ｍｍの断面を有するように加工され、ついで、第２圧延ロール１１により所望の大きさに加工されるのが好ましい。
また、丸線材の送り速度は、４０〜６０ｍ／秒であることが好ましい。
なお、圧延処理を１段階のみで行う場合には、第１圧延ロール１０又は第２圧延ロール１１のいずれかを取り除けばよい。また、３段階以上の圧延処理を行う場合には、さらに圧延ロールを具備すればよい。
圧延処理された金属箔は、ついで熱処理装置１２に送られる。
本発明においては、金属箔に熱処理を施すことで屈曲等の特性を向上させるという利点がある。
ここで行う熱処理としては、通電アニール処理、リフロー処理等が挙げられる。なお、熱処理装置１２での熱処理の条件としては、特に限定はない。また、熱処理は、伸線圧延処理前に行ってもよいし、伸線後に行っても（図２の伸線装置９の後）、圧延間に行ってもよい（例えば、図２の第１圧延ロール１０と第２圧延ロール１１の間）。
本発明においては、金属箔に熱処理を施すことで屈曲等の特性を向上させるという利点がある。
ここで行う熱処理としては、通電アニール処理、リフロー処理等が挙げられる。なお、熱処理装置１２での熱処理の条件としては、特に限定はない。また、熱処理は、伸線圧延処理前に行ってもよいし、伸線後に行っても（図２の伸線装置９の後）、圧延間に行ってもよい（例えば、図２の第１圧延ロール１０と第２圧延ロール１１の間）。
熱処理された金属箔は、ついで巻き取り装置１３に送られ、巻き取られる。
なお、上記の伸線装置、各圧延ロール、熱処理装置、巻き取り装置及び各装置間の丸線材の送達手段については、それぞれ公知のものを使用できる。
上記のようにして線材を伸線圧延処理して得られる金属箔は、そのまま電池用集電基体として使用可能なものである。
前記のようにして得られた金属箔は、バリがなく、完全な表面処理が施せるため、さらに防錆処理又は化成処理を施すことで防錆効果（耐腐食性）や樹脂との密着性(塗装密着性)が従来品に比べてさらに向上した電池用集電基体が得られるという利点がある。
防錆処理としては、公知の薬品処理やクロメート処理等が挙げられる。また、化成処理としては、公知の薬品処理やリン酸クロメート系薬品処理等が挙げられる。
なお、防錆処理や化成処理を施す前に、脱脂、酸洗浄等を金属箔に施してもよい。
防錆処理としては、公知の薬品処理やクロメート処理等が挙げられる。また、化成処理としては、公知の薬品処理やリン酸クロメート系薬品処理等が挙げられる。
なお、防錆処理や化成処理を施す前に、脱脂、酸洗浄等を金属箔に施してもよい。
ここで、本発明に用いられる丸線材の構造及び丸線材を伸線圧延処理して得られる本発明の電池用集電基体の構造について、以下に簡単に説明する。
図３は、本発明に用いられる丸線材の断面構造が示される。丸線材Aの材質は銅、アルミニウム、ニッケルで、丸線材Bの材質は、表層にニッケルメッキした銅等である。
図３は、本発明に用いられる丸線材の断面構造が示される。丸線材Aの材質は銅、アルミニウム、ニッケルで、丸線材Bの材質は、表層にニッケルメッキした銅等である。
図４は、上記の丸線材Ａ、Ｂを伸線圧延処理した後の金属箔Cと金属箔Dが示される。
金属箔Cは線線Aを、金属箔Dは線線Bを、それぞれ伸線圧延処理した箔、もしくは、熱処理した後伸線圧延処理した箔である。なお、金属箔Dは、銅素材の集電基体Aを伸線圧延した後、ニッケルメッキした箔も含まれる。
金属箔Cは線線Aを、金属箔Dは線線Bを、それぞれ伸線圧延処理した箔、もしくは、熱処理した後伸線圧延処理した箔である。なお、金属箔Dは、銅素材の集電基体Aを伸線圧延した後、ニッケルメッキした箔も含まれる。
図５は、金属箔CやDを熱処理後に表面処理を施して得られる、防錆効果や化成処理等の樹脂密着性を向上させた金属箔Eや金属箔Fが示される。
前記金属箔Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆに代表される本発明の電池用集電基体は、所定の基体幅、例えば、厚みが０．０５〜０.４mm、好ましくは０．０８〜０.２ｍｍ、かつ幅が１〜５mm、好ましくは２〜４ｍｍの範囲内におさまるように設計され提供される。
以上のような構成を有する本発明の電池用集電基体は、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、燃料電池等に好適に用いることができる。また、電池の部材中、正極又は負極の電極の基材として好適に使用することができる。さらに、本発明の電池用集電基体は、電極周辺のリード線等としても使用することができる。
線径１.３mmの銅線をサイカワ製の伸線圧延機で伸線処理（条件：線速度５０ｍ／分）と多段圧延処理（圧延ロール数：２組）と通電アニール処理を行い、厚み０.１ｍｍ、幅４.０ｍｍの金属箔を作製する。その後、脱脂、酸洗浄等を行った後、化成処理を行い乾燥し、電池用集電基体を作成し、バリの長さをマイクロメーターで確認する。なお、伸線条件、圧延条件、通電アニール条件については、以下の実施例、比較例でも同じ条件で行った。
線径１.３mmのアルミニウム線をサイカワ製の伸線圧延機で伸線と圧延と通電アニール処理を行い、厚み０.１ｍｍ、幅４.０ｍｍの金属箔を作製する。その後、脱脂、酸洗浄等を行った後、化成処理を行い乾燥し、電池用集電基体を作成し、バリの長さをマイクロメーターで確認する。
線径０.５mmのニッケル線をサイカワ製の伸線圧延機で伸線と圧延と通電アニール処理を行い、厚み０.０５ｍｍ、幅１.０ｍｍの金属箔を作製する。その後、脱脂、酸洗浄等を行った後、化成処理を行い乾燥し、電池用集電基体を作成し、バリの長さをマイクロメーターで確認する。
線径１.３mmの銅線をサイカワ製の伸線圧延機で伸線と圧延と通電アニール処理を行い、厚み０.１ｍｍ、幅４.０ｍｍの金属箔を作製する。その後、脱脂、酸洗浄等を行った後、ニッケルメッキ、化成処理を行い乾燥し、電池用集電基体を作成し、バリの長さをマイクロメーターで確認する。
（比較例１）
厚み０.１ｍｍの銅箔をスリットして、幅４.０ｍｍにした後、脱脂、酸洗浄等を行った後、化成処理を行い乾燥し、電池用集電基体を作成し、バリの長さをマイクロメーターで確認する。
厚み０.１ｍｍの銅箔をスリットして、幅４.０ｍｍにした後、脱脂、酸洗浄等を行った後、化成処理を行い乾燥し、電池用集電基体を作成し、バリの長さをマイクロメーターで確認する。
（比較例２）
厚み０.１ｍｍのアルミニウム箔をスリットして幅４.０ｍｍにした後、脱脂、酸洗浄等を行った後、化成処理を行い乾燥し、電池用集電基体を作成し、バリの長さをマイクロメーターで確認する。
厚み０.１ｍｍのアルミニウム箔をスリットして幅４.０ｍｍにした後、脱脂、酸洗浄等を行った後、化成処理を行い乾燥し、電池用集電基体を作成し、バリの長さをマイクロメーターで確認する。
（比較例３）
厚み０.１ｍｍのニッケル箔をスリットして幅４.０ｍｍにした後、脱脂、酸洗浄等を行った後、化成処理を行い乾燥し、電池用集電基体を作成し、バリの長さをマイクロメーターで確認する。
厚み０.１ｍｍのニッケル箔をスリットして幅４.０ｍｍにした後、脱脂、酸洗浄等を行った後、化成処理を行い乾燥し、電池用集電基体を作成し、バリの長さをマイクロメーターで確認する。
各実施例と比較例の評価結果は、表１のとおりである。
なお、表１のバリの長さは「両端のバリ込みの厚さ」−「導体のみの厚さ」としている。
なお、表１のバリの長さは「両端のバリ込みの厚さ」−「導体のみの厚さ」としている。
表１より、実施例１〜５で得られた電池用集電基体は、いずれもバリがないことがわかる。したがって、実施例１〜５で得られた電池用集電基体を用いた場合には、比較例１〜３のものと比べて、バリが原因でおこる短絡や液漏れの問題が生じないことが明らかである。また、実施例１〜５で得られた電池用集電基体はバリがないため、化成処理等の表面処理についても、比較例１〜３のものに比べて完全にかつ容易に行うことができることがわかる。実施例４で得られた電池用集電体は、均一なメッキが施されたものであった。
本発明の電池用集電基体は、安全性に優れた電池、さらにはより小型化、薄型化の進んだリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、燃料電池等の電極や電極周辺のリード線等として好適に使用できる。
１ 二次電池
２ 負極用集電基体
３ 正極用集電基体
４ 絶縁体
５ 袋体
６ 伸線圧延機
７ 丸線材
８ 供給装置
９ 伸線装置
１０ 第１圧延ロール
１１ 第２圧延ロール
１２ 熱処理装置
１３ 巻き取り装置
１４ 銅、ニッケル、又はアルミニウム
１５ 銅
１６ ニッケル
１７ 表面処理又は化成処理皮膜
２ 負極用集電基体
３ 正極用集電基体
４ 絶縁体
５ 袋体
６ 伸線圧延機
７ 丸線材
８ 供給装置
９ 伸線装置
１０ 第１圧延ロール
１１ 第２圧延ロール
１２ 熱処理装置
１３ 巻き取り装置
１４ 銅、ニッケル、又はアルミニウム
１５ 銅
１６ ニッケル
１７ 表面処理又は化成処理皮膜
Claims (6)
- 金属の丸線材を、所定の基体幅に伸線圧延してなる電池用集電基体。
- 線径０.３〜２.６ｍｍの丸線材を伸線圧延して、幅１．５〜５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍに加工してなる請求項１記載の電池用集電基体。
- 前記丸線材が、銅線、アルミニウム線、ニッケル線又はニッケルメッキ線である請求項１又は２記載の電池用集電基体。
- 多段階の圧延により加工してなる請求項１〜３の何れか１項に記載の電池用集電基体。
- 請求項１〜４の何れか１項に記載の電池用集電基体に、熱処理を施してなる電池用集電基体。
- 請求項１〜５の何れか１項に記載の電池用集電基体に、防錆処理または化成処理を施してなる電池用集電基体。
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