JP2011040568A - 蓄電デバイスの電極集電体の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属箔からなり、多数の貫通孔を設けた貫通孔領域と貫通孔を設けていない非貫通孔領域を有する蓄電デバイスの電極集電体を効率よく製造する。
【解決手段】金属箔１に一方の面から他方の面に向かって貫通体１２を貫通させ引き抜くことにより多数の貫通孔を設けた貫通孔領域２を形成し、貫通孔を設けない非貫通孔領域３には前記一方の面から他方の面に向かって突出する多数の非貫通突出を形成する。そして、前記金属箔をプレス加工することにより、貫通孔領域２に貫通孔を設けるときに生成した金属箔かえりによる突出と非貫通孔領域３の非貫通突出を平らにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオンキャパシタやリチウムイオン電池等の蓄電デバイスに適用される電極集電体の製造方法と製造装置に関する。

近年、環境問題がクローズアップされる中、太陽光、風力発電等によるクリーンエネルギの蓄電システムや、自動車、ハイブリッド電気自動車等の移動体用の主電源ないし補助電源として蓄電デバイスが着目されている。蓄電デバイスとしては、従来、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池が知られており、とりわけ、近時、リチウムイオン蓄電池の研究開発が盛んに行われている。また、最近では、リチウムイオン蓄電池の利点と電気二重層キャパシタの利点とを組合せた大容量（例えば、５００Ｆ以上）のリチウムイオンキャパシタないしハイブリッドキャパシタの研究開発も行なわれている。

リチウムイオンキャパシタは、一般に、正極活物質に活性炭、負極活物質にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材が用いられており、正負極を、セパレータを介して配置し、リチウム塩を含む非水電解液で浸潤した構成が採られている。また、リチウムイオン蓄電池は、一般に、正極活物質にリチウム複合酸化物、負極活物質にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材が用いられており、正負極を、セパレータを介して配置し、リチウム塩を含む非水電解液で浸潤した構成が採られている。

これら正負極は、アルミニウム箔、銅箔等の金属箔からなる電極集電体に活物質を塗布し保持させたものである。リチウムイオンや電解液の拡散がスムーズに行なわれるように、金属箔からなる電極集電体には、多数の貫通孔が設けられている。このような貫通孔の形成には、プレス金型による打ち抜き加工のほか、電解エッチング処理、レーザー処理などが好ましい手段として採用されている（特許文献１参照）。
また、ロール装置と弾性体を組み合せたロール加圧による貫通孔の形成方法が提案されている。加工ロールと平坦ロールを対向させたロール装置を用いるものであり、加工ロールの表面には、４角形の凸部と溝部が配列・形成されている。金属箔がシート状の弾性体と重ね合せられて、ロール装置４に導入される。金属箔は、弾性体とともにロール装置で挟圧されることによって変形させられ、この変形のなかで凸部のエッジ部と変形した弾性体により剪断力を加えられ、これによって金属箔に貫通孔が形成される（特許文献２参照）。

特開２００７−１４１８９７号公報 特開２００２−１１３５３５号公報

上記の特許文献１における金属箔に多数の貫通孔を設ける技術は量産性が十分でなく、コスト高となる。エッチング処理には、廃液の処理工程も必要となる。
特許文献２における金属箔に多数の貫通孔を設ける技術は量産性の改善はされるものの、貫通孔の周縁にはかえりが生成するので、プレス加工によりかえりを潰して平坦加工をすることになる。前記貫通孔は金属箔の幅方向全体に亘って形成されており、このような貫通孔を有する金属箔の側縁を一定間隔毎に切り欠いて短冊状のタブを形成する場合は、貫通孔の存在によりタブの強度が弱くなる。貫通孔を形成する際に前記タブ形成予定領域には貫通孔を形成しないことも考えられる。然るに、貫通孔を形成した領域と貫通孔を形成しない領域を有する金属箔をプレス加工して、貫通孔周縁のかえりを潰そうとすると、円滑な平坦化をできない心配がある。

本発明は上記に鑑み、金属箔からなり、多数の貫通孔を設けた貫通孔領域と貫通孔を設けていない非貫通孔領域を有する蓄電デバイスの電極集電体を効率よく製造できる製造方法を提供することを課題とする。また、製造装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る蓄電デバイスの電極集電体の製造法は、金属箔からなり、多数の貫通孔を設けた貫通孔領域と貫通孔を設けていない非貫通孔領域を有する電極集電体を次のように製造する。すなわち、金属箔に一方の面から他方の面に向かって貫通体を貫通させ引き抜くことにより多数の貫通孔を設けた貫通孔領域を形成し、貫通孔を設けない非貫通孔領域には前記一方の面から他方の面に向かって突出する多数の非貫通突出を形成する。そして、前記金属箔をプレス加工することにより、貫通孔領域に貫通孔を設けるときに生成した金属箔かえりによる突出と非貫通孔領域の非貫通突出を平らにすることを特徴とする（請求項１）。非貫通突出を形成する手段は、エンボス加工（請求項２）やブラスト加工（請求項３）である。

また、本発明に係る製造装置は、所定幅で送られてくる金属箔に圧接する回転ロールと回転ロールに圧接した金属箔を反対側から支える支持部材を備え、これを、金属箔に貫通孔領域と非貫通孔領域を形成する第１ステーションとし、第１ステーションに続き、貫通孔領域と非貫通孔領域を形成した金属箔をプレス加工する第２ステーションを備えた製造装置である。その特徴とするところは、第１ステーションにおける回転ロールは、その周面に、圧接した金属箔を貫通して金属箔に貫通孔を設けるための貫通体を植設した一定幅の領域と、圧接した金属箔にエンボス加工を施すための凹凸を付した一定幅の領域を有している点である。そして、支持部材は、その表面が自己復元性と自己修復性を有する弾力性のある材料で構成されている点である（請求項４）。

本発明によれば、機械的な操作で貫通孔を設け、貫通孔を設けるときに生成した金属箔のかえりをプレス加工により平らにするので、量産性に優れた効率の良い製造をすることができる。プレス加工では、非貫通孔領域に非貫通突出を形成しておくことにより、これが貫通孔領域の金属箔のかえりによる突出をプレスする際に一緒にプレスされる。貫通孔領域と非貫通孔領域が一様にプレスされるので、プレス加工により平らにした金属箔の変形が抑制される。
非貫通孔領域に非貫通突出を形成しておかないと、プレス加工では、金属箔のかえりによる突出で厚みが増している貫通孔領域だけが主としてプレスされることになり、金属箔は貫通孔領域で非貫通孔領域より延びが大きくなり変形してしまう。非貫通孔領域に非貫通突出を形成しておくことが、金属箔の均一なプレスに重要である。

非貫通孔領域は、貫通孔を有しないことからプレス加工後も十分な引張り強度を有している。

本発明の実施形態において、金属箔に貫通孔領域と非貫通孔領域を設ける様子を説明する斜視図である。 本発明の実施形態において、貫通孔領域と非貫通孔領域を説明する要部断面図である。 本発明を適用して製造した電極集電体の例を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図３は、本発明の実施の形態を適用して製造した電極集電体である。金属箔の貫通孔領域２は活物質が保持される領域であり、非貫通孔領域３は、長さ方向に所定間隔で切り欠いて切り欠き残部をリード片４としたものである。

このような電極集電体の製造の実施の形態を図１に基づいて説明する。
所定幅で送られてくる長尺の金属箔１に、一方の面から他方の面に向かって貫通体を貫通させ引き抜くことにより多数の貫通孔を設けた貫通孔領域２を形成する。貫通孔を設けない非貫通孔領域３には前記一方の面から他方の面に向かって突出する多数の非貫通突出を形成する。具体的には、送られてくる金属箔１に圧接する回転ロール１０と回転ロール１０に圧接する金属箔１を反対側から支える支持部材１１を備え、これを、金属箔１に貫通孔領域２と非貫通孔領域３を形成する第１ステーションとする。

回転ロール１０の周面には、圧接した金属箔１を貫通して金属箔１に貫通孔を設けるための貫通体１２を多数植設した一定幅の領域と、圧接した金属箔１にエンボス加工を施すための多数の凹凸１３を付した一定幅の領域を有している。支持部材１１は、回転ロール１０と対をなすバックアップロールであり、表面は自己復元性、自己修復性を有する天然ゴム、合成ゴム等の弾力性のある材質からなっている。回転ロール１０と支持部材１１の間に金属箔を送り込むと、貫通体１２が金属箔２を貫通した後引き抜かれ、順次、貫通孔領域２が金属箔の長さ方向に帯状に形成される。貫通体１２が金属箔１を貫通したとき、その先端は、支持部材１１に一定深さまで侵入する。貫通体１２が引き抜かれると、支持部材１１にできた孔は自己修復性により塞がれる。また、凹凸１３が金属箔１を介して支持部材１１の表面を押圧して変形させ、このエンボス加工により、金属箔の長さ方向の帯状の非貫通孔領域３に多数の非貫通突出が形成される。

図２に、上記により形成された貫通孔領域２と非貫通孔領域３を有する金属箔の断面図を示す。
貫通孔領域２の貫通孔５の周囲には、貫通体１２の侵入により生成した金属箔のかえり６ができている。また、非貫通孔領域３には凹凸１３の嵌入によりできた非貫通突出７ができている。

上記において、非貫通孔領域３を形成するために、回転ロール１０における凹凸１３を付した一定幅領域に対向した支持部材１１の領域は、貫通体１２を多数植設した一定幅の領域に対向した支持部材１１の領域より弾力性を大きくし、あるいは、硬度を小さくして軟らかくすることが好ましい。これによって、凹凸１３が、金属箔１の上から支持部材１１に容易に押し込まれ、良好なエンボス加工を施すことができる。

このように貫通孔領域２と非貫通孔領域３を形成した金属箔をプレス加工して、金属箔のかえり６と非貫通突出７を潰し、表面を平らにする。プレス加工は、一対の加圧ロールの間隙に金属箔を通すことで行なう。製造装置における第２ステーションの具体的な構成は、前記一対の加圧ロールである。
貫通孔領域２と非貫通孔領域３の両方を均等にプレスできるので、両領域のプレスによる延びも均等になり、プレス後の金属箔の変形が抑制される。貫通孔領域２には活物質が保持され、活物質保持後の適宜の工程で、非貫通孔領域３は、長さ方向に所定間隔で切り欠いて切り欠き残部をリード片４とする。リード片４にはその基部から先端に亘って貫通孔がないので、十分な強度を有する。尚、リード片４は、非貫通孔領域３に溶接により一体化しても良い。この場合も、溶接箇所に貫通孔がないので、信頼性ある溶接をすることができる。

上記の実施の形態では、非貫孔通領域にエンボス加工により非貫通突出を形成したが、非貫通孔領域に硬い粒子を吹き付けるブラスト処理により非貫通突出を形成してもよい。

上記実施の形態による方法と装置により、負極集電体用として、厚さ１６μｍの銅箔に貫通孔領域と非貫通孔領域を形成した。貫通孔領域は幅方向の長さを９２ｍｍ、非貫通孔領域は幅方向の長さを３０ｍｍとした。
貫通孔領域に設けた貫通孔は直径が０．２ｍｍの円形で、開口率は２０％であり、貫通孔が略均等に配置されている。プレス加工前の貫通孔周縁には、おおよそ高さ０．１mmの金属箔のかえりができている。
また、非貫通孔領域の非貫通突出は高さが０．１mmで、基部の径が０．１５mmである。

上記の貫通孔領域と非貫通孔領域を有する金属箔を、線圧２００ｋｇ／ｃｍで一対の加圧ロールの間隙に通して、金属箔のかえりと非貫通突出を潰して平らにした。このプレス加工後の貫通孔径は、平均で０．１mmであった。

この一連の工程は、銅箔の送り速度を１０ｍ／分に設定して実施することができた。

銅箔送り速度は、従来の打ち抜き加工で貫通孔を形成する手法では０．０５〜０．５ｍ／分が適正範囲であるのに対し、本実施例では１ｍ／分〜１０ｍ／分の高速で対応が可能となった。

プレス加工後に金属箔の変形は認められなかった。尚、非貫通孔領域に非貫通突出を設けずプレス加工を実施した後の金属箔は、貫通孔領域の側縁に変形が認められ、その後の活物質の塗工工程に供することができなかった。

１ 金属箔
２ 貫通孔領域
３ 非貫通孔領域
４ リード片
５ 貫通孔
６ 金属箔のかえり
７ 非貫通突出
１０ 回転ロール
１１ 支持部材（バックアップロール）
１２ 貫通体
１３ 凹凸

Claims (4)

1. 金属箔からなり、多数の貫通孔を設けた貫通孔領域と貫通孔を設けていない非貫通孔領域を有する蓄電デバイスの電極集電体の製造方法であって、
   金属箔に一方の面から他方の面に向かって貫通体を貫通させ引き抜くことにより多数の貫通孔を設けた貫通孔領域を形成し、貫通孔を設けない非貫通孔領域には前記一方の面から他方の面に向かって突出する多数の非貫通突出を形成し、
   前記金属箔をプレス加工することにより、貫通孔領域に貫通孔を設けるときに生成した金属箔かえりによる突出と非貫通孔領域の非貫通突出を平らにすることを特徴とする蓄電デバイスの電極集電体の製造方法。
2. 非貫通突出を形成する手段がエンボス加工である請求項１記載の蓄電デバイスの電極集電体の製造方法。
3. 非貫通突出を形成する手段がブラスト加工である請求項１記載の蓄電デバイスの電極集電体の製造方法。
4. 所定幅で送られてくる金属箔に圧接する回転ロールと回転ロールに圧接した金属箔を反対側から支える支持部材を備え、当該回転ロールの周面には、前記圧接した金属箔を貫通して金属箔に貫通孔を設けるための貫通体を植設した一定幅の領域と、圧接した金属箔にエンボス加工を施すための凹凸を付した一定幅の領域を有し、支持部材は、その表面が自己復元性と自己修復性を有する弾力性のある材料で構成され、これを金属箔に貫通孔領域と非貫通孔領域を形成する第１ステーションとし、第１ステーションに続き、貫通孔領域と非貫通孔領域を形成した金属箔をプレス加工する第２ステーションを備えたことを特徴とする蓄電デバイスの電極集電体の製造装置。

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