JP2010182523A - リチウムイオン電池用集電体の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な光源を必要としない安価なモニタリングが可能なリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法を提供すること。
【解決手段】 集電体基材２の表面に、表面皮膜３を成膜するリチウムイオン電池用集電体１の表面処理方法において、成膜をするときに発生する放電光１７を光源として使うこと、放電光１７が照射された成膜状態を状態モニタ１５で撮像し、撮像された成膜状態に基づいて、成膜異常、ターゲット不良、集電体基材２のしわ、集電体基材２の搬送蛇行の異常を検出することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、集電体基材の表面に、真空容器内で表面皮膜を成膜するリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法に関するものである。

集電体基材（例えば、アルミ箔）は、剥き出しのままでは、腐食するため表面に表面皮膜を成膜している。そして、その後、表面皮膜の上に合材（活性物質、導伝体、バインダ等）を塗布している。
集電基材の表面に表面皮膜を成膜する方法としては、例えば、スパッタリング処理法等が用いられている。表面皮膜の品質を管理するために、成膜状態を監視することが、従来行われている。従来例を以下に示す。

特許文献１には、投光ヘッドと受光ヘッドを用いた透過型モニタで膜厚を監視すること、そして、設計膜厚の９０％まで成膜した時点で、マグネトロンへの電力の供給を止め、通常のマグネトロンのみで成膜を行うことが開示されている。
特許文献２には、スパッタリング時におけるＩｎ、Ｇａ、及びＺｎの放電の発光波長と発光強度をモニタによりモニタリングすることにより、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎのスパッタ量を把握することが開示されている。
特許文献３には、ロールツーロール(Roll to Roll)方式成膜装置において、フィルム残量を、撮像カメラと画像処理部とからなる画像処理装置の撮像カメラを用いて、フィルムの外側からコアロールの回転軸に向けてモニタすることが開示されている。

特開２００６−２６５７３９号公報 段落(００８２)、(００８３)、(００９８) 特開２００６−２９９４１２号公報 段落（００５１) 特開２００２−１６７０９１号公報 段落（００１２）、（００１４）、（図４）

しかしながら、特許文献１乃至３に開示された発明では、次のような問題があった。
特許文献１では、投光ヘッド、特許文献３では、撮像カメラ用の光源を必要とする。そのため、光源自体の設備費用の他、取り付けスペース等を確保しなればならない問題があった。
特許文献２では、放電光自体をモニタリングしているが、集電体基材をモニタリングしていないため、成膜異常、ターゲット不良、集電体基材のしわ、集電体基材の搬送蛇行等を検出することができない問題があった。

この発明は上記問題点を解決するためのものであって、特別な光源を必要としない安価なモニタリングが可能なリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法は、次の構成を有している。
（１）集電体基材の表面に、表面皮膜を成膜するリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法において、成膜をするときに発生する放電光を光源として使うこと、放電光が照射された成膜状態を撮像すること、撮像された成膜状態に基づいて、成膜異常、ターゲット不良、集電体基材のしわ、集電体基材の搬送蛇行の異常を検出すること、を特徴とする。
（２）（１）に記載するリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法において、前記成膜が、スパッタリング処理法、イオンプレーティング法、マグネトロン放電法のいずれか１つを用いることを特徴とする。

次に、上記構成を有する本発明のリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法の作用・効果について説明する。
本発明のリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法は、集電体基材の表面に、表面皮膜を成膜するリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法において、成膜をするときに発生する放電光を光源として使うこと、放電光が照射された成膜状態を撮像すること、撮像された成膜状態に基づいて、成膜異常、ターゲット不良、集電体基材のしわ、集電体基材の搬送蛇行の異常を検出すること、を特徴とするので、特別な光源を必要としないため、光源の設備投資に対するコストダウンが図れると共に、光源の取り付けスペースを不要とすることができる。
また、本発明のリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法は、前記成膜が、スパッタリング処理法、イオンプレーティング法、マグネトロン放電法のいずれか１つを用いることを特徴とするので、それらの成膜方法から必然的に生じる放電光により照射された成膜状態を撮像すること、撮像された成膜状態に基づいて、成膜異常、ターゲット不良、集電体基材のしわ、集電体基材の搬送蛇行の異常を検出することができる。
また、集電体基材の異常・不良検出を行い、集電体基材の進行方向に対する位置と関係付けて異常・不良があった箇所を記憶しておくことにより、異常・不良が検出された集電体基材の箇所を巻き取られた集電体基材の状態で把握することができる。したがって、最終製品において、異常・不良箇所を把握することができるため品質の確保・品質の安定を図ることができる。

本発明における真空成膜装置１０（放電光１７を表したもの）の概略図を示す。 本発明における真空成膜装置１０（ターゲット粒子１３ａ及びＡｒイオンガス１６を表したもの）の概略図を示す。 本発明における状態モニタ１５がモニタリングしたものを示す。

以下、本発明におけるリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法を具体化した一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
＜真空成膜装置１０の全体構成＞
リチウムイオン電池用集電体の表面処理方法に用いられる真空成膜装置１０を図１に簡略化して示し、図１を用いて真空成膜装置１０の説明を行う。図１はターゲット１３から放電光１７が放電している図を示し、図２は、Ａｒイオンガス１６がターゲット１３にぶつかりターゲット粒子１３ａが飛び出した図を示す。図１及び図２は、前記部分以外で、構成の違いはない。
図１に示すように、真空成膜装置１０は、ロールツーロール(Roll to Roll)方式成膜装置である。真空成膜装置１０の真空容器内１０Ａに薄板シート状のアルミ材である集電体基材２、ターゲット１３（成膜させる物質Ｃｒ・Ｔｉ等）が配置されている。集電体基材２の一端は、集電体基材２を巻き出す巻出しローラ３１に巻きつけられ、他端は集電体基材２を巻き取る巻取りローラ３２に巻きつけられている。巻出しローラ３１と巻取りローラ３２の間には、集電体基材２を移動可能に支持するための回転ローラ３０が配置されている。図示はされていないが、上記ローラ３０、３１、３２の軸は真空容器内１０Ａに固定されている。本実施例では、巻出しローラ３１の制動力と巻取りローラ３２の回転駆動力によって、集電体基材２の張力を付与している。

真空容器内１０Ａの集電体基材２の外側から、回転ローラ３０の回転軸に向けて状態モニタ１５が設置されている。状態モニタ１５は、成膜異常、ターゲット１３の不良、集電体基材２のしわ、集電体基材２の搬送蛇行等の異常を検出するためのものであり、ＣＣＤカメラが用いられている。
真空成膜装置１０の外部には、電圧を加える電圧装置１４が配置されている。電圧装置１４から、集電体基材２を陽極、ターゲット１３を陰極として電圧を加える構成とされている。集電体基材２を陽極とするため、回転ロータ３０と電圧装置１４は配設されている。真空成膜装置１０には、ガス送入口１０Ｂ及び排気口１０Ｃが形成されている。ガス排気口１０Ｃから、真空度調整弁２０へと連通し、真空度調整弁２０から、真空ポンプ４０へ連通している。

真空成膜装置１０による集電体基材２へ表面処理を行う方法の作用・効果を説明する。
図１に示す真空成膜装置１０に、集電体基材２及びターゲット１３をセットし、真空成膜装置１０の真空容器内１０Ａを真空状態にするため、真空容器内１０Ａの大気を真空ポンプ４０により吸引する。真空容器内１０Ａの真空度が１０^−５ＰＡ程度になるように真空制御装置２０を用いて調整する。
次に、巻出しローラ３１及び巻取りローラ３２を時計回りに回転させ、巻取りローラ３２に集電体基材２を巻き取らせる。その際に、回転ローラ３０が時計反対回りに一定速度で回転するため、集電体基材２をスムーズに一定速度で巻出しローラ３１から巻取りローラ３２へと移すことができる。それにより、集電体基材２に一様・均一な成膜を行うことができる。

図２に示すように、真空容器内１０Ａにイオン化させた希ガス又は窒素等を送入する。第１実施形態においては、具体的にＡｒイオンガス１６をガス送入口１０Ｂより所定量送入する。真空容器内１０ＡをＡｒイオンガス１６で所定量送入させた状態で、電圧装置１４から、集電体基材２を陽極、ターゲット１３を陰極として電圧装置１４から電圧を加える。電圧が加わることにより、陽極であるＡｒイオンガス１６のＡｒイオンガス粒子１６ａが、陰極であるターゲット１３に引き寄せられターゲット１３の表面に叩き付けられる。
ターゲット１３にＡｒイオンガス粒子１６ａが、叩き付けられる衝撃により、ターゲット１３からターゲット粒子１３ａが飛び出す。ターゲット粒子１３ａは陰極であるため、陽極である集電体基材２方向へ飛び出す。

上記、真空中でＡｒイオンガス１６を導入し、集電体基材２を陽極、ターゲット１３に陰極として電圧装置１４から電圧を加えることにより、図１に示すように、ターゲット１３でグロー放電が発生しプラズマが起こる。グロー放電とは、密閉された空気圧の低い管の中に一対の電極を置き、直流電圧を流し込んでいくと、一定の電圧を超えたところで放電現象が発生するという性質・現象のことである。
グロー放電によりプラズマが発生することで、ターゲット１３から放電光１７が得られる。放電光１７により、ターゲット１３と向かい合う集電体基材２は、照射される。そのため、状態モニタ１５により集電体基板２を撮像するときに、真空成膜装置１０に光源が必要ない。したがって、本実施例によれば、光源を設置する設備費用の他、光源の取り付けスペース等を確保する必要がない。

真空容器内１０Ａの真空度が１０^−５ＰＡ程度と高く、真空容器内１０Ａに余分な気体分子は、いわゆる「不純物」が浮遊していないため、不純物に邪魔されることなく、ターゲット粒子１３ａが一様・均一に集電体基材２に堆積される。よって、集電体基材２上に、欠陥のない成膜層を成膜することができる。
ターゲット粒子１３ａが集電体基材２に堆積するところ及び堆積後の成膜状態を、状態モニタ１５を用いて観察をする。状態モニタ１５により、撮像された成膜状態に基づいて、成膜異常、ターゲット１３の不良、集電体基材２のしわ、集電体基材２の搬送蛇行の異常を検出することができる。

具体的には、状態モニタ１５により放電光１７による集電体基材２の成膜された成膜部Ｚからの反射光の強度を撮像し記録していく。それにより、撮像された成膜部Ｚからの反射光強度のばらつきが確認できる部分からは、成膜が一様・均一ではないことを認識することができるため、集電体基材２に対する成膜が異常であると判断することができる。
また、反射光強度のばらつきが、一定の筋のように現れている場合には、ターゲット１３側の不良があることが判断することができる。なぜならば、反射光強度のばらつきが一定の筋のように現れている時には、ターゲット１３に亀裂などが生じていると判断できるからである。
以上の集電体基材２に対する成膜の異常・不良検出及び確認を行い、集電体基材２の進行方向に対する位置と関係付けて異常・不良があった箇所を記憶しておく。それにより、異常・不良が検出された集電体基材２の箇所のみを成膜後、切断し排除することができるため、最終製品の品質の確保・品質の安定を図ることができる。また、ターゲット１３の異常・不良があると判断された場合には、ターゲット１３を交換することで、集電体基材２の異常・不良の数を抑えることができる。

また、図３に示す部分について状態モニタ１５により撮像する。具体的には、横は回転ローラ３０の左端部から右端部までの、幅Ｖ、Ｘ、Ｙを足した距離、縦は集電体基材２にターゲット粒子１３ａが成膜された箇所を撮像する。次に、回転ローラ３０の左端から集電体基材２の左端までの幅Ｘ、及び、回転ローラ３０の右端から集電体基材２の右端までの幅Ｙの距離を算出する。幅Ｘ、Ｙの両方の距離が所定値より長くなった場合、すなわち、集電体基材２の幅Ｖの長さが所定値より短くなった場合には、集電体基材２にしわができたと判断し、しわができた集電体基材２における所定値より短くなった箇所を記憶しておく。
さらに、幅Ｘ、Ｙのいずれか一方の距離が所定値よりも短くなり、他方の距離が所定値よりも長くなった場合には、集電体基材２が回転ローラ３０の一方に寄り搬送蛇行していると判断し、搬送蛇行した集電体基材２における箇所を記憶しておく。搬送蛇行によりスパッタリングした成膜層の領域にずれが生じ、製品にしたときに一部スパッタされていない領域の部分が製品となる恐れがあるため問題となる。
以上、しわ及び搬送蛇行による集電体基材２の異常・不良検出及び確認を行い、集電体基材２の進行方向に対する位置と関係付けて異常・不良があった箇所を記憶しておく。それにより、異常・不良が検出された集電体基材２の箇所のみを成膜後、切断し排除することができるため、最終製品の品質の確保・品質の安定を図ることができる。

以上、詳細に説明したように、上記真空成膜装置１０によれば、
集電体基材２の表面に、表面皮膜を成膜するリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法において、成膜をするときにターゲット粒子１３ａが発生する放電光１７を光源として使うため、照射された成膜状態を撮像することができるため、特別な光源を必要としない。そのため、光源の設備投資に対するコストダウンを図ることができる。また、光源の取り付けスペースを不要とすることができるため真空成膜装置１０自体をコンパクトにすることができる。
また、集電体基材２の異常・不良検出及び確認を行い、集電体基材２の進行方向に対する位置と関係付けて異常・不良があった箇所を記憶しておくことにより、異常・不良が検出された集電体基材２の箇所のみを成膜後、切断し排除することができる。したがって、最終製品の品質の確保・品質の安定を図ることができる。

なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
例えば、本実施例では、スパッタリング処理法により成膜を行っているが、イオンプレーティング法、マグネトロン放電法のいずれか１つを用いることによってもリチウムイオン電池用集電体の表面処理を行うことができる。それにより、それらの成膜方法から必然的に生じる放電光１７により照射された成膜状態を撮像すること、撮像された成膜状態に基づいて、成膜異常、ターゲット不良、集電体基材のしわ、集電体基材の搬送蛇行の異常を検出することができる。
また、本実施例によれば、基材の酸化膜除却を目的としたイオンボード処理における酸化膜除去度合い、しわ・荒れの有無・度合いを検出することもできる。

２ 集電体基材
１０ 真空成膜装置
１０Ａ 真空容器内
１３ ターゲット
１５ 状態モニタ
１６ Ａｒイオンガス
１７ 放電光

Claims (2)

1. 集電体基材の表面に、表面皮膜を成膜するリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法において、
   前記成膜をするときに発生する放電光を光源として使うこと、
   前記放電光が照射された成膜状態を撮像すること、
   前記撮像された成膜状態に基づいて、成膜異常、ターゲット不良、集電体基材のしわ、集電体基材の搬送蛇行の異常を検出すること、
   を特徴とするリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法。
2. 請求項１に記載するリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法において、
   前記成膜が、スパッタリング処理法、イオンプレーティング法、マグネトロン放電法のいずれか１つを用いることを特徴とするリチウムイオン電池用集電体の表面処理方法。

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