JP2012003970A

JP2012003970A - 二次電池用金属箔および二次電池

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Publication number: JP2012003970A
Application number: JP2010138271A
Authority: JP
Inventors: Noboru Matsuda; 登松田; Hiroshi Kojo; 博古城; Hideya Matsunaga; 英也松永
Original assignee: FINECS KK
Current assignee: FINECS KK
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2012-01-05
Also published as: US8426068B2; EP2398100A1; US20110311877A1; KR20110137709A

Abstract

【課題】開口部を形成する際の切り屑の発生が少なく、強度を低下させずに開口率を大きくすることが可能な二次電池用金属箔、および電極屑の発生による短絡を抑制することができる二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池用金属箔１は、金属製の薄板２と、薄板２の第１の主面２ａに塑性加工によって形成された複数の第１の凸部３Ａと、第１の主面２ａと反対側の第２の主面２ｂに塑性加工によって形成された複数の第２の凸部３Ｂとを備え、各凸部３Ａ、３Ｂは、開口面３１ａが主面２ａ、２ｂに直交又はほぼ直交する開口部３１を有する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、二次電池用金属箔および二次電池に関する。

近年、携帯電話やノート型パソコン等のポータブル機器の普及、電気自動車やハイブリッド自動車の開発及び実用化に伴い、小型で高容量の二次電池に対する要求が強くなってきている。中でもリチウムイオン電池は、軽量でエネルギー密度が高いことから多くの分野で使用されるようになってきている。

リチウムイオン電池は、基本的には、正極と、負極と、正極と負極との間を絶縁するセパレータと、正極と負極との間でイオンの移動を可能にするための電解液で構成されている。

一般的に、正極は帯状のアルミニウム箔からなる金属箔の表裏面にコバルト酸リチウム等の活物質を塗布したものが用いられる。一方、負極は帯状の銅箔からなる金属箔の表裏面に炭素材料等の活物質を塗布したものが用いられる。

アルミニウム箔や銅箔の金属箔の表裏面に活物質を塗布した場合、金属箔と活物質とが一体化しにくく、活物質が脱落しやすいという欠点がある。このため、金属箔に貫通孔を形成し、金属箔の表裏面に塗布される活物質を、貫通孔を通して一体化することによって、活物質の脱落を防止する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この金属箔は、円錐状の凸部を形成した一対のローラ間に金属箔を通過させて加工するロール加工によって表面と裏面に複数の円錐状の貫通孔を形成して三次元形状としたものである。

一方、薄板に切り込みを形成し、切り込みの方向と直交する方向に薄板を拡張させて加工するラス加工によって貫通孔を形成する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１９８０５５号公報特開２００２−２１６７７５号公報

しかし、ロール加工によって貫通孔を形成する方法では、切り屑が発生するため、切り屑の回収処理が必要になる。また、ラス加工によって貫通孔を形成する方法では、拡張率を高くすると活物質の塗布の際に発生する張力に対して強度が不足することから、開口率を大きくすることができない。

従って、本発明の課題は、開口部を形成する際の切り屑の発生が少なく、強度を低下させずに開口率を大きくすることが可能な二次電池用金属箔、および電極屑の発生による短絡を抑制することができる二次電池を提供することにある。

本発明の実施の形態に係る二次電池用金属箔は、金属製の薄板と、前記薄板の一主面に塑性加工によって形成され、開口面が前記一主面に直交又はほぼ直交する開口部を有する複数の凸部とを備える。

前記複数の凸部は、前記薄板の前記一主面、及び前記一主面と反対側の主面に形成されていてもよい。

前記凸部は、複数の開口部を有する構成でもよい。

前記凸部は、前記開口部を形成する際の前記塑性加工によってスリットが形成されていてもよい。

本発明の実施の形態に係る二次電池用金属箔は、金属製の薄板と、前記薄板に形成された切り込み線の片側の領域が塑性変形に伴って掘り起こされて形成された開口部を有する複数の凸部とを備える。

本発明の実施の形態に係る二次電池は、上記いずれかの二次電池用金属箔を正極又は負極の電極基体として用いる。

本発明の二次電池用金属箔によれば、開口部を形成する際の切り屑の発生が少なく、強度を低下させずに開口率を大きくすることが可能となる。

本発明の二次電池によれば、電極屑の発生による短絡を抑制することができる。

図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る二次電池用金属箔を示し、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は、要部平面図である。図１Ｂ（ｃ）は、図１Ａ（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図、図１Ｂ（ｄ）は、図１Ａ（ａ）に示すＢ−Ｂ線の断面図、図１Ｂ（ｅ）は図１Ｂ（ｃ）の変形例を示す断面図である。図２Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る二次電池用金属箔を示し、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は、要部平面図である。図２Ｂ（ｃ）は、図２Ａ（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面図、図２Ｂ（ｄ）は、図２Ａ（ａ）に示すＤ−Ｄ線の断面図である。図３は、本発明の第３の実施の形態に係る二次電池用金属箔の要部斜視図である。図４Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る二次電池用金属箔を示し、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は、要部平面図である。図４Ｂ（ｃ）は、図４Ａ（ａ）に示すＥ−Ｅ線の断面図、図４Ｂ（ｄ）は、図４Ａ（ａ）に示すＦ−Ｆ線の断面図である。図５は、凸部の変形例を示し、（ａ）〜（ｅ）は平面図、（ｆ）、（ｇ）は斜視図である。図６は、本発明の第５の実施の形態に係るリチウムイオン電池の一部を破断した斜視図である。

［第１の実施の形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る二次電池用金属箔を示し、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は、要部平面図である。図１Ｂ（ｃ）は、図１Ａ（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図、図１Ｂ（ｄ）は、図１Ａ（ａ）に示すＢ−Ｂ線の断面図、図１Ｂ（ｅ）は図１Ｂ（ｃ）の変形例を示す断面図である。

この二次電池用金属箔１は、金属製の薄板２と、薄板２の第１の主面２ａ及び第１の主面２ａと反対側の第２の主面２ｂにそれぞれ一体的に形成された複数の第１及び第２の凸部３Ａ、３Ｂとを備える。なお、凸部は一方の主面にのみ形成されていてもよい。

薄板２は、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、これらの合金、ニッケルメッキ鋼板等の金属から形成されている。また、薄板２の厚さは、例えば２０〜１００μｍである。薄板２の平面のサイズは、二次電池に応じて帯状又は矩形状のサイズを有する。

薄板２には、直線状の切り込み線３０が形成され、塑性加工によって凸部３Ａ、３Ｂが形成される。切り込み線３０の長さは、例えば０．２〜０．３ｍｍである。なお、切り込み線３０は、直線状に限られない。

第１の凸部３Ａは、第１の主面２ａに形成され、第２の凸部３Ｂは、第２の主面２ｂに形成されている。なお、第１の凸部３Ａは、第２の主面２ｂから見たときは凹部３Ａ’でもあり、第２の凸部３Ｂは、第１の主面２ａから見たときは凹部３Ｂ’でもある。また、凸部３Ａ、３Ｂは、図１Ｂ（ｃ）、（ｄ）に示すように、開口面３１ａが主面２ａ、２ｂに直交する開口部３１を有する。凸部３Ａ、３Ｂの高さは、例えば０．０５〜０．２ｍｍである。１つの凸部が有する開口部は、１つに限られず、２つ又は３つ以上でもよい。また、開口面３１ａは、図１Ｂ（ｅ）に示すように、主面２ａにほぼ直交（例えば傾斜角θが±１５°以内）するものでもよい。

凸部３Ａ及び凸部３Ｂは、第１の凸部３Ａからなる行と第２の凸部３Ｂからなる行が交互に配置され、全体として千鳥状に配列されている。凸部３Ａの開口部３１は、行方向Ｘの一方向Ｘ_１に向いて開口し、凸部３Ｂの開口部３１は、行方向Ｘの他方向Ｘ_２に向いて開口している。

（凸部の形成方法）
凸部３Ａ、３Ｂは、薄板２に形成された切り込み線３０の片側の領域が塑性変形に伴って掘り起こされて形成される。具体的には、凸部３Ａ、３Ｂは、表面に凸部が形成された金属製のロールと、表面がゴム等の弾性部材で形成されたロールとの間に薄板２を通過させて加工するロール加工によって形成することができる。

また、凸部３Ａ、３Ｂは、上面に凸部及び凹部が形成された金属製の下台盤と、下面に下台盤の凸部及び凹部に対応した位置に凹部及び凸部が形成された金属製の上台盤との間に薄板２を挿入し、上台盤を下台盤側に押し付けて加工するプレス加工によっても形成することができる。

なお、薄板２の対向する辺の近傍に薄板２を搬送するための凸部３Ａ、３Ｂが形成されていない幅数ｍｍ程度のつかみ代が形成されていてもよい。

（本実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（ａ）ロール加工やプレス加工によって貫通孔を形成する場合と比べて、開口部３１を形成する際の切り屑がまったく発生しないか、発生したとしても僅かな量とすることできる。このため、切り屑の回収処理がほとんど不要になり、二次電池用金属箔の生産性が高くなる。
（ｂ）二次電池用金属箔の両面に活物質を塗布した際、活物質が開口部３１から凸部３Ａ、３Ｂの内側に入り込み、両主面２ａ、２ｂに塗布された活物質が開口部３１を通して一体化するため、活物質の密着性を向上させることができる。
（ｃ）凸部３Ａ、３Ｂの高さを調整するという比較的容易な調整により開口率を変更することができる。
（ｄ）薄板２の体積および表面積を減少させずに開口部３１を形成することができるので、ラス加工と比べて、強度を低下させずに開口率を大きくすることができる。

［第２の実施の形態］
図２Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る二次電池用金属箔を示し、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は、要部平面図である。図２Ｂ（ｃ）は、図２Ａ（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面図、図２Ｂ（ｄ）は、図２Ａ（ａ）に示すＤ−Ｄ線の断面図である。

本実施の形態は、第２の主面２ｂに形成した第２の凸部３Ｂの開口部３１を第１の主面２ａに形成した第１の凸部３Ａの開口部３１と同じ向きとしたものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に製造することができ、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る二次電池用金属箔の要部斜視図である。本実施の形態は、凸部を行方向Ｘ及び列方向Ｙに格子状（マトリックス状）に配列したものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。

薄板２の第１の主面２ａに複数の第１の凸部３Ａを千鳥状を形成し、第２の主面２ｂに第１の凸部３Ａの間に位置するように複数の凸部３Ｂを千鳥状に形成することにより、凸部３Ａ、３Ｂが行方向Ｘ及び列方向Ｙに格子状（マトリックス状）に配列されている。凸部３Ａの開口部３１は、行方向Ｘの一方向Ｘ_１に向いて開口し、凸部３Ｂの開口部３１は、行方向Ｘの他方向Ｘ_２に向いて開口している。

この第３の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に製造することができ、開口率を第１および第２の実施の形態よりも大きくすることができる。

［第４の実施の形態］
図４Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る二次電池用金属箔を示し、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は、要部平面図である。図４Ｂ（ｃ）は、図４Ａ（ａ）に示すＥ−Ｅ線の断面図、図４Ｂ（ｄ）は、図４Ａ（ａ）に示すＦ−Ｆ線の断面図である。

本実施の形態は、第１の実施の形態に対して凸部の形状を変えたものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。

第１の凸部４Ａは、第１の主面２ａに形成され、第２の凸部４Ｂは、第２の主面２ｂに形成されている。凸部４Ａ、４Ｂは、対向する位置に一対の開口部４１を有する。開口部４１の開口面４１ａは、第１の実施の形態と同様に、主面２ａ、２ｂに直交又はほぼ直交している。

この第４の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に製造することができ、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

（凸部の変形例）
図５は、凸部の変形例を示し、（ａ）〜（ｅ）は平面図、（ｆ）、（ｇ）は斜視図である。

図５（ａ）に示すように、凸部５Ａを形成するための切り込み線３０Ａは、外側に膨らんだ弧状でもよく、図５（ｂ）に示すように、凸部５Ｂを形成するための切り込み線３０Ｂは、内側に膨らんだ弧状でもよい。また、図５（ｃ）に示すように、凸部５Ｃを形成するための切り込み線３０Ｃは、コ字状又はＵ字状でもよい。また、図５（ｄ）に示すように、凸部５Ｄを形成するための切り込み線３０Ｄは、中央に内側に突状部３３を有するものでもよく、図５（ｓ）に示すように、凸部５Ｅを形成するための切り込み線３０Ｅは、中央に外側に突状部３４を有するものでもよい。

図５（ｆ）に示すように、凸部５Ｆに塑性加工による亀裂（又はスリット）３２が形成されていてもよい。この凸部５Ｆによれば、切り屑はまったく発生しないか、発生したとしても僅かな量とすることができる。また、図５（ｇ）に示すように、１つの凸部５Ｅに対して３つの切り込み線３０を形成し、３つの開口部３１を形成してもよい。

［第５の実施の形態］
図６は、本発明の第５の実施の形態に係るリチウムイオン電池の一部を破断した斜視図である。

このリチウムイオン電池１０は、底部１１ａを有する丸型の電池ケース１１と、電池ケース１１に収納され、正極１２と負極１３とをセパレータ１４を介して渦巻き状に巻き付けられた電極群１５と、電池ケース１１内に注入された電解液と、電池ケース１１の開放口をガスケット１６を介して閉じるゴム弁体１８を有する蓋体１７とを備える。

正極１２は、上記第１乃至第４の実施の形態に係る金属箔１を必要なサイズに加工して帯状の電極基体とし、この電極基体の両面に活物質を塗布したものであり、電極基体の上方の端部が正極集電板１９を介して蓋体１７に電気的に接続されている。なお、正極集電板１９を用いずに電極基体の上方の端部が蓋体１７に直接接する構造であってもよい。

負極１３は、上記第１乃至第４の実施の形態に係る金属箔１を必要なサイズに加工して帯状の電極基体とし、この電極基体の両面に活物質を塗布したものであり、電極基体の下方の端部が負極集電板２０を介して電池ケース１１の底部１１ａに電気的に接続されている。なお、負極集電板２０を用いずに電極基体の下方の端部が電池ケース１１の底部１１ａに直接接する構造であってもよい。

活物質は、正極用として例えばコバルト酸リチウムが用いられ、負極用として例えば炭素材料が用いられ、これらに導電助剤や結着剤等を適宜添加したものが用いられる。

セパレータ１４は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔性フィルムを用いることができる。

電解液は、例えばリチウム塩を有機溶媒に溶解したものが用いられる。

本実施に形態に係るリチウムイオン電池によれば、電極基体から電極屑が脱落するのを少なくすることができ、これにより電極間の短絡を抑制することができる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で種々に変形が可能である。例えば、上記第５の実施の形態では、リチウムイオン電池について説明したが、本発明はニッケル・水素蓄電池（Ｎｉ／ＭＨ電池）等の他の二次電池や角型の二次電池にも適用することができる。例えば、本発明を角型の二次電池に適用する場合は、第１乃至第４の実施の形態に係る金属箔１を加工して矩形状の電極基体とし、この電極基体の両面に活物質を塗布して正極と負極を形成し、正極と負極をセパレータを介して積層して電極群を形成し、この電極群を矩形の電池ケース内に収納して製造される。

１…二次電池用金属箔、２…薄板、２ａ…第１の主面、２ｂ…第２の主面、３Ａ、４Ａ…第１の凸部、３Ａ'、３Ｂ'、４Ａ'、４Ｂ'…凹部、３Ｂ、４Ｂ…第２の凸部、５Ａ〜５Ｇ…凸部、１０…リチウムイオン電池、１１…電池ケース、１１ａ…底部、１２…正極、１３…負極、１４…セパレータ、１５…電極群、１６…ガスケット、１７…蓋体、１８…ゴム弁体、１９…正極集電板、２０…負極集電板、３０、３０Ａ〜３０Ｅ…切り込み線、３１…開口部、３１ａ…開口面、３２…亀裂、３３、３４…突状部、４１…開口部、４１ａ…開口面

Claims

金属製の薄板と、
前記薄板の一主面に塑性加工によって形成され、開口面が前記一主面に直交又はほぼ直交する開口部を有する複数の凸部とを備えた二次電池用金属箔。
前記複数の凸部は、前記薄板の前記一主面、及び前記一主面と反対側の主面に形成された請求項１に記載の二次電池用金属箔。
前記凸部は、複数の開口部を有する請求項１、２又は３に記載の二次電池用金属箔。
前記凸部は、前記開口部を形成する際の前記塑性加工によってスリットが形成された請求項１、２、３又は４に記載の二次電池用金属箔。
金属製の薄板と、
前記薄板に形成された切り込み線の片側の領域が塑性変形に伴って掘り起こされて形成された開口部を有する複数の凸部とを備えた二次電池用金属箔。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二次電池用金属箔を正極又は負極の電極基体として用いた二次電池。