JP2016141833A - Method and apparatus for producing metal foil, and method and apparatus for producing battery and battery element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属箔の製造装置及び金属箔の製造方法に関し、より詳しくは、厚さの異なる金属箔や特定の積層構造を有する金属箔を製造するに際しても、生産量の低下やその物性変動を生じさせることなく製造することができる金属箔の製造装置及びその装置を用いた金属箔の製造方法に関する。 The present invention relates to a metal foil manufacturing apparatus and a metal foil manufacturing method, and more specifically, when manufacturing metal foils having different thicknesses or metal foils having a specific laminated structure, the production amount is decreased or the physical properties thereof are changed. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal foil manufacturing apparatus that can be manufactured without causing erosion and a metal foil manufacturing method using the apparatus.
金属箔とは、展延性のよい金属を薄く延ばしたものである。例えば、銅箔には圧延銅箔と電解銅箔があり、このうち圧延銅箔は通常、電気銅を圧延・焼鈍を繰り返して製造される。また、電解銅箔は、例えば回転するドラムに銅を電着させこれを巻き取ることにより製造され、結晶構造が緻密で均一である利点がある。これらは、例えば、フレキシブルプリント配線板等に使用される。 The metal foil is obtained by thinly extending a metal having good spreadability. For example, the copper foil includes a rolled copper foil and an electrolytic copper foil. Of these, the rolled copper foil is usually produced by repeatedly rolling and annealing electrolytic copper. Moreover, the electrolytic copper foil is produced, for example, by electrodepositing copper on a rotating drum and winding it, and has an advantage that the crystal structure is dense and uniform. These are used, for example, for flexible printed wiring boards.
鉄、銅、クロム、ニッケル等の電解箔(電解金属箔)を得るには、先ず、不溶性のカソード体と不溶性のアノード体との間に、これら金属のイオンを含む所定の電解液を供給しながら電解反応を行うことにより、目的とする金属をカソード体の表面に所望の厚みだけ電析させて金属薄層を形成する。次いで、形成された金属薄層をカソード体の表面から剥離することによって製造される。 To obtain an electrolytic foil (electrolytic metal foil) of iron, copper, chromium, nickel, etc., first, a predetermined electrolytic solution containing these metal ions is supplied between the insoluble cathode body and the insoluble anode body. By carrying out an electrolytic reaction, the desired metal is electrodeposited on the surface of the cathode body by a desired thickness to form a thin metal layer. Next, the thin metal layer thus formed is manufactured by peeling from the surface of the cathode body.
より具体的には、例えば電解銅箔は、従来、図6のようなドラム式製箔装置101により製造され、このドラム式製箔装置101では、めっき槽(図示しない)の内部にアノード体102とカソード体(ドラム型陰極)103が配置され、めっき槽内は硫酸銅めっき液等が充填される。この状態で、カソード体(ドラム型陰極)103を回転させながら、整流器(直流電源)を用いてアノード体102からドラム型陰極103に電流を流すと、いわゆる電解金属めっき法により、チタン製のドラム105上に銅等の金属104が析出して金属箔が形成されるというものである。
More specifically, for example, electrolytic copper foil is conventionally manufactured by a drum-type
このようにして析出した銅104をドラム型陰極103から剥ぎ取り、これを所定の後処理装置において防錆処理等を行った後、ロール状に巻き取り、又は、スリッターで所定の寸法に裁断して金属箔を得ていた(特許文献1)。
The
前述のようにして製造される銅箔等の金属箔に関しては、例えば、プリント配線板の材料等に使用する場合、回路の高密度化、軽量化、又は多層化等の要請から、その厚みが5μmを下回るような極薄のものが求められるようになり、近年では、極薄銅箔製品等の需要が増えている。 For metal foils such as copper foils manufactured as described above, for example, when used as a material for printed wiring boards, the thickness is reduced due to demands for higher circuit density, weight reduction, or multilayering. An ultra-thin product having a thickness of less than 5 μm has been demanded, and in recent years, demand for ultra-thin copper foil products and the like has increased.
しかしながら、前述したようなドラム式製箔装置では、剥離ポイントで金属薄層がドラム型陰極から剥がされた時点でそれ自身搬送手段を持たないため、機械的強度の極めて弱い厚み5μm以下の極薄金属箔を製品としてドラムから取り出すことは困難となる。 However, in the drum type foil making apparatus as described above, since the metal thin layer does not have a conveying means when it is peeled off from the drum-type cathode at the peeling point, it has an extremely thin thickness of 5 μm or less with extremely weak mechanical strength. It is difficult to remove the metal foil from the drum as a product.
また、従来のドラム式製箔装置においては、ドラム型陰極に析出した金属薄層が円形のドラムの中心に向かう方向に応力を持つようになるため、製品である金属箔をそのドラム型陰極から剥がして取り出すには、その応力に逆らう方向の力が必要となる。そのとき、ドラムの中心に向かう方向の応力が強いとドラムから金属薄層を剥がす際に破れるといった事象が発生し、所望とする製品としての金属箔が薄ければ薄いほどドラムからの剥離は困難となり、製品の歩留まりは低下することになる。 Further, in the conventional drum type foil making apparatus, the metal thin layer deposited on the drum type cathode has a stress in the direction toward the center of the circular drum, so that the metal foil as a product is removed from the drum type cathode. In order to peel and take out, a force in a direction against the stress is required. At that time, if the stress in the direction toward the center of the drum is strong, an event such as tearing occurs when the thin metal layer is peeled off from the drum, and the thinner the metal foil as the desired product, the harder it is to peel off from the drum As a result, the yield of the product decreases.
そこで、本願発明者は、コンベア等の移動手段を用いて、平板状のカソード体をアノード体に沿って移動させることによってカソード体の表面に金属を析出させ、その後、析出した金属が付着した状態で水洗処理や防錆処理を行うことを可能とする金属箔の製造装置を提案している(特許文献2)。また、この製造装置では、平板状のカソード体の表面に金属箔が形成されるようにしているため、重力以外の応力の極力少ない形で金属薄層が形成され、例えばニップロールのような吸着性のある剥離手段で剥離可能としている。このような製造装置によれば、機械的強度の極めて弱い極薄金属箔であっても、歩留まりの低下を抑えて効果的に製品としての金属箔を生産することが可能となる。 Therefore, the present inventor uses a moving means such as a conveyor to move the flat cathode body along the anode body to deposit metal on the surface of the cathode body, and then the deposited metal is attached. Has proposed a metal foil manufacturing apparatus that can perform water washing treatment and rust prevention treatment (Patent Document 2). In addition, in this manufacturing apparatus, a metal foil is formed on the surface of the flat cathode body, so that a thin metal layer is formed in a form with as little stress as possible other than gravity. It can be peeled off by some peeling means. According to such a manufacturing apparatus, it is possible to produce a metal foil as a product effectively while suppressing a decrease in yield even with an extremely thin metal foil having extremely low mechanical strength.
ところで、前述したように、例えばプリント配線板の材料として用いられる金属箔においては、回路の高密度化、軽量化、又は多層化等の要請から極薄のものも求められており、したがって、製品として要求される金属箔の厚みとしては、厚いものから極薄のものまで、その範囲は拡大している。 By the way, as described above, for example, a metal foil used as a material for a printed wiring board is required to be extremely thin due to demands for high density, light weight, or multi-layered circuit. As the thickness of the metal foil required, the range is widened from thick to extremely thin.
例えば、3μmから9μmといった厚さの大きく異なる金属箔をそれぞれ製造しようとした場合、前述した特許文献2に開示される製造装置を用いて製造するに際しては、金属の析出量(所望とする金属箔の厚み)に応じて、カソード体の移動速度を1〜3倍の範囲で変えるといった操作や、カソード体の電流密度を1〜3倍の範囲で変えるといった操作等が必要となり、製造条件を適宜変更することが必要となる。しかしながら、このように製造条件を変えると、その金属箔の生産量が1〜3倍の範囲で変動してしまい、また析出した金属の結晶の大きさが変化して金属箔の物性が大きく変わってしまい、例えばピンホール等の欠陥等が生じやすくなってしまうといった問題がある。 For example, when metal foils having greatly different thicknesses of 3 μm to 9 μm are to be manufactured, when the metal foil is manufactured using the manufacturing apparatus disclosed in Patent Document 2 described above, the amount of deposited metal (desired metal foil) The operation of changing the moving speed of the cathode body in the range of 1 to 3 times, the operation of changing the current density of the cathode body in the range of 1 to 3 times, and the like are necessary depending on the thickness of the It is necessary to change. However, when the manufacturing conditions are changed in this way, the production amount of the metal foil varies within a range of 1 to 3 times, and the size of the deposited metal crystals changes, so that the physical properties of the metal foil change greatly. For example, defects such as pinholes are likely to occur.
また、近年では、金属箔として特定の積層構造を有するものも求められており、所望とする構成の金属箔を高い製造効率でもって製造することが要求されている。 In recent years, a metal foil having a specific laminated structure is also demanded, and it is required to produce a metal foil having a desired configuration with high production efficiency.
本発明は、前述したような実情に鑑みて提案されたものであり、厚さの異なる金属箔や特定の積層構造を有する金属箔を製造するに際しても、生産量の低下やその物性変動を生じさせにくい金属箔の製造装置及びその装置を用いた金属箔の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and when producing metal foils having different thicknesses or metal foils having a specific laminated structure, a decrease in production amount or a change in physical properties thereof is caused. It is an object of the present invention to provide a metal foil manufacturing apparatus that is difficult to cause and a metal foil manufacturing method using the apparatus.
本発明は、前述した課題を解決するために、以下のように構成される。 In order to solve the above-described problems, the present invention is configured as follows.
(1)本発明の第1の発明は、電解液を収容する電解槽と、前記電解液に浸漬されるアノード体と、前記アノード体に対向し、該アノード体に沿って移動可能な無端ベルト又は板状体であるカソード体と、を備え、前記電解槽は、無端ベルト又は板状体である前記カソード体の上流側から下流側にかけて複数設けられており、前記カソード体の移動に伴って、それぞれの電解槽内の前記アノード体と該カソード体との間の通電によって該カソード体の表面に順次金属が析出し金属薄層が形成される金属箔の製造装置である。 (1) The first invention of the present invention is an electrolyzer containing an electrolytic solution, an anode body immersed in the electrolytic solution, an endless belt that faces the anode body and is movable along the anode body. Or a cathode body that is a plate-like body, and a plurality of the electrolytic cells are provided from the upstream side to the downstream side of the cathode body that is an endless belt or a plate-like body, and with the movement of the cathode body This is a metal foil manufacturing apparatus in which a thin metal layer is formed by sequentially depositing metal on the surface of the cathode body by energization between the anode body and the cathode body in each electrolytic cell.
(2)本発明の第2の発明は、第1の発明において、複数の前記電解槽のそれぞれには、整流器が独立して接続されており、該整流器の電源のON/OFFによりそれぞれの電解槽における通電が制御される金属箔の製造装置である。 (2) According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a rectifier is independently connected to each of the plurality of electrolytic cells, and each electrolysis is performed by turning on / off the power supply of the rectifier. It is a manufacturing apparatus of the metal foil in which electricity supply in a tank is controlled.
(3)本発明の第3の発明は、少なくとも、第1又は第2の発明に記載の金属箔の製造装置により構成され、前記金属箔を含む長尺状の負極集電体予備体を製造する負極集電体製造部と、前記負極集電体製造部における前記カソード体に沿って該負極集電体製造部よりも下流側に設けられ、移動体としての該カソード体に付着された状態で移送された前記負極集電体予備体の表面に負極活物質を塗工する負極活物質塗工部と、を備える電池又は電池要素の製造装置である。 (3) According to a third aspect of the present invention, at least a metal foil manufacturing apparatus according to the first or second aspect of the invention is used to manufacture a long negative electrode current collector preliminary body including the metal foil. A negative electrode current collector manufacturing unit, and a state where the negative electrode current collector manufacturing unit is provided downstream of the negative electrode current collector manufacturing unit along the cathode body in the negative electrode current collector manufacturing unit, and is attached to the cathode body as a moving body And a negative electrode active material application unit that applies a negative electrode active material to the surface of the negative electrode current collector preliminary body transferred in step B.
(4)本発明の第4の発明は、電解液を収容する電解槽と、前記電解液に浸漬されるアノード体と、前記アノード体に対向し、該アノード体に沿って移動可能な無端ベルト又は板状体であるカソード体と、を備えた装置を用いた金属箔の製造方法であって、無端ベルト又は板状体である前記カソード体の移動に伴い、該カソード体に対して前記電解槽内の電解液を複数回接触させ、前記複数回の各々における前記電解槽内の前記アノード体と前記カソード体との間の通電によって該カソード体の表面に順次金属を析出させ金属薄層を形成する金属箔の製造方法である。 (4) A fourth invention of the present invention is an electrolyzer containing an electrolytic solution, an anode body immersed in the electrolytic solution, an endless belt that faces the anode body and is movable along the anode body. Or a cathode body that is a plate-like body, and a method for producing a metal foil using an apparatus comprising: an endless belt or a plate-like body; Electrolytic solution in the tank is contacted a plurality of times, and a metal thin layer is formed by sequentially depositing metal on the surface of the cathode body by energization between the anode body and the cathode body in the electrolytic tank in each of the plurality of times. It is a manufacturing method of the metal foil to form.
(5)本発明の第5の発明は、第4の発明において、前記カソード体に対する前記電解液の複数回の接触は、同一の電解液により連続して行う工程を含む金属箔の製造方法である。 (5) According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the invention, there is provided a method for producing a metal foil, comprising the step of continuously performing the contact of the electrolytic solution with the cathode body by the same electrolytic solution. is there.
(6)本発明の第6の発明は、第4の発明において、前記カソード体に対する前記電解液の複数回の接触は、ある電解液による接触と、この電解液とは異なる他の電解液による接触と、を含む金属箔の製造方法である。 (6) According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the contact of the electrolyte solution with the cathode body a plurality of times is due to contact with a certain electrolyte solution and another electrolyte solution different from the electrolyte solution. A method for producing a metal foil including contact.
(7)本発明の第7の発明は、第4から第6のいずれかの発明において、前記カソード体に対する前記電解液の複数回の接触は、該カソード体の上流側から下流側にかけて位置する複数の電解槽内の電解液を順次接触させることにより行う金属箔の製造方法である。 (7) According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the fourth to sixth aspects, the plurality of times of contact of the electrolytic solution with the cathode body is located from the upstream side to the downstream side of the cathode body. It is the manufacturing method of the metal foil performed by making the electrolyte solution in a some electrolytic vessel contact sequentially.
(8)本発明の第8の発明は、第4から第7のいずれかの発明において、前記カソード体の移動を、一定の速度で行う金属箔の製造方法である。 (8) An eighth invention of the present invention is the metal foil manufacturing method according to any one of the fourth to seventh inventions, wherein the cathode body is moved at a constant speed.
(9)本発明の第9の発明は、第4から第8のいずれかの発明において、前記通電を、前記電解槽の各々における電流密度が一定である条件下で行う金属箔の製造方法である。 (9) A ninth invention of the present invention is the method for producing a metal foil according to any one of the fourth to eighth inventions, wherein the energization is performed under a condition that a current density in each of the electrolytic cells is constant. is there.
(10)本発明の第10の発明は、第4から第9のいずれかの発明に記載の金属箔の製造方法で、前記金属箔を含む長尺状の負極集電体予備体を製造し、前記カソード体に付着された状態で前記負極集電体予備体を移送させながら、その表面に負極活物質を塗工し、その後、切断して電池又は電池要素を形成する電池又は電池要素の製造方法である。 (10) A tenth aspect of the present invention is a method for manufacturing a metal foil according to any one of the fourth to ninth aspects, wherein a long negative electrode current collector preliminary body including the metal foil is manufactured. While the negative electrode current collector preliminary body is transferred while being attached to the cathode body, a negative electrode active material is applied to the surface, and then cut to form a battery or battery element. It is a manufacturing method.
本発明によれば、厚さの異なる金属箔や特定の積層構造を有する金属箔を製造するに際して、生産量の低下やその物性変動を生じさせることなく製造することができる。 According to the present invention, when manufacturing metal foils having different thicknesses or metal foils having a specific laminated structure, the metal foils can be manufactured without causing a decrease in production amount and variations in their physical properties.
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能である。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, A various change is possible in the range which does not change the summary of this invention.
≪1.第1の実施形態≫
図1は、第1の実施の形態に係る金属箔の製造装置1A(単に、「製造装置1A」ともいう)の全体構成を示す構成図である。図1に示すように、金属箔の製造装置1Aは、電解液を収容する電解槽11と、電解槽11内の電解液10(10a)に浸漬されるアノード体12と、アノード体12に対向してそのアノード体12に沿って移動可能な無端ベルト又は板状体であるカソード体13とを備えている。
<< 1. First Embodiment >>
FIG. 1 is a configuration diagram showing an overall configuration of a metal
本実施の形態においては、このような構成の製造装置1Aを用い、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の移動に伴って、そのカソード体13に対して電解槽11内の電解液10を複数回接触させ、その複数回の各々における電解槽11内のアノード体12とカソード体13との間の通電によって、カソード体13の表面に順次金属を析出させ金属薄層20を形成する。
In the present embodiment, the
ここで、金属箔の製造装置1Aにおいては、図1に示すように、電解液10を収容する電解槽11が、無端ベルト又は板状体であるカソード体13に沿って上流側(図1左側)から下流側(図1右側)にかけて複数(n)設けられている。なお、図1では、3つの電解槽111〜113(n=3)が設けられた製造装置1Aの態様を示すが、本明細書では、複数の電解槽11について「電解槽111〜11n」として説明する。
Here, in the metal
このような金属箔の製造装置1Aでは、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の移動に伴って、カソード体13の上流側から下流側にかけて位置する複数の電解槽111〜11n内の電解液10を順次カソード体13に接触させ、アノード体12との間で通電させことによって、そのカソード体13表面に順次金属を析出させ金属薄層20を形成させるようにすることができる。
In such a metal
また、図1に示すように、複数設けられた電解槽111〜11nの2つ以上の電解槽11において同一の電解液10aを収容し、カソード体13を一定の速度で移動させ、また各アノード体12とカソード体13との間で通電させることで、複数設けられた各電解槽111〜11nにてそれぞれ一定の金属薄層201〜20nを形成させるようにすることができる。このような製造装置1Aによれば、生産量の変動や析出金属の物性の変動を抑制しながら、所望とする厚みの金属箔を簡易に製造することができる。
Further, as shown in FIG. 1, the same
図1に示す例では、電解槽111〜113の全ての電解槽において同一の電解液10aが収容される態様と示しているが、複数設けられる電解槽11のうちの2つ以上の電解槽11で同一の電解液10が収容されればよい。
In the example shown in FIG. 1, two or more electrolysis of the electrolytic cell 11 1 to 11 3 are shown the embodiment where the
なお、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の移動に伴って、そのカソード体13に対して電解槽11内の電解液10を複数回接触させる態様として、上述のように複数の電解槽111〜11nを用いて行うようにすることに限られず、単一の電解槽11を用い、カソード体13を移動させて繰り返し接触させるような態様であってもよい。
As described above, as the aspect in which the
<装置の構成について>
(電解槽)
電解槽11は、アノード体12とカソード体13との間の電解反応の場となる。電解槽11は、使用する電解液(電解金属めっき液)10に対して耐食性を有する材料、例えばFRP(繊維強化プラスチック)等からなり、上面が解放されて水平断面が長方形のタンクである。
<About the device configuration>
(Electrolysis tank)
The electrolytic cell 11 serves as an electrolytic reaction field between the
電解槽11の中には、電解液10が収容される。具体的に、この電解槽11には、例えば電解反応によりカソード体13の表面に銅を析出させるための硫酸銅めっき液などの電解銅めっき液や、ニッケルを析出するための硫酸ニッケルめっき液やスルファミン酸ニッケルめっき液などの電解ニッケルめっき液等の、所定の種類と濃度の電解液10が収容される。
An
例えば、電解銅めっき液として硫酸銅めっき液を用いる場合、公知のものを用いることができ、特に硫酸銅塩として10〜300g/l、硫酸を10〜300g/lの濃度で含むものが好適に用いられる。さらに、その硫酸銅めっき液としては、塩素イオン(Cl−)を5〜200ppmの濃度で含むものであることが好ましい。なお、硫酸銅めっき液のpHは、通常2以下(0〜2)に調整される。また、電解ニッケルめっき液として硫酸ニッケルめっき液についても、公知のものを用いることができ、特に硫酸ニッケル塩として10〜300g/l、硫酸を10〜300g/lの濃度で含むものが好適に用いられる。 For example, when a copper sulfate plating solution is used as the electrolytic copper plating solution, a known one can be used, and in particular, a copper sulfate salt containing 10 to 300 g / l and sulfuric acid at a concentration of 10 to 300 g / l is preferable. Used. Furthermore, the copper sulfate plating solution preferably contains chlorine ions (Cl − ) at a concentration of 5 to 200 ppm. The pH of the copper sulfate plating solution is usually adjusted to 2 or less (0 to 2). Also, as the nickel sulfate plating solution, a known nickel sulfate plating solution can be used. Particularly, a nickel sulfate salt containing 10 to 300 g / l and sulfuric acid at a concentration of 10 to 300 g / l is preferably used. It is done.
電解槽11内の電解液10aにおいて、銅イオン、ニッケルイオン等の析出させる金属以外の各成分については、連続してめっきすることで減少した成分を、必要に応じて補給液の添加等の従来公知の方法で補給することにより、めっきを継続させることができる。
In the
電解槽11においては、アノード体12とカソード体13との間の通電を制御する整流器30が接続されており、その整流器30の電源のON/OFF操作によって通電が「ON」状態、又は、「OFF」状態に制御される。
In the electrolytic cell 11, a rectifier 30 that controls energization between the
また、電解槽11においては、図2に示す製造装置1Aの電解槽11の箇所における拡大図に示すように、ポンプPを近接して設けることができる。ポンプPには、その吸入口に吸入管31を、吐出口に吐出管32をそれぞれ接続させ、ポンプPの駆動により電解槽11内の電解液10aがアノード体12の側部から噴射されるようにすることができる。すなわち、ポンプPの吐出口に接続させた吐出管32の先端が、アノード体12の側方に接するディストリビュータ(電解液流出口)33となるように構成することができる。このディストリビュータ33により、アノード体12と無端ベルト又は板状体であるカソード体13との間隙34に電解液10aを供給しながら、カソード体13を所定の速度で移動させ、アノード体12とカソード体13との間の通電により電解反応を生じさせる。
Moreover, in the electrolytic cell 11, as shown in the enlarged view in the location of the electrolytic cell 11 of 1 A of manufacturing apparatuses shown in FIG. 2, the pump P can be provided closely. A
詳しくは後述するが、本実施の形態に係る金属箔の製造装置1Aでは、この電解液10aを収容する電解槽11が複数(n)設けられており、各電解槽111〜11n内のアノード体12と、一定の速度で移動するカソード体13との間での電解反応により、各電解槽111〜11nの上方にてカソード体13の表面に金属薄層201〜20nが順次形成されるようになっている。なお、複数設けられた各電解槽111〜11nには、それぞれ近接して前述したようなポンプP(P1〜Pn)を設けることができる。
As will be described in detail later, in the metal
(アノード体)
アノード体12は、例えば平板状の形状をなし、電解槽11の中の電解液10aに浸漬される状態で配置されている(図2参照)。このアノード体12としては、通電することで不動態化することなく酸素が発生する不溶性の材質からなるものであれば特に限定されず、例えば酸化イリジウムや鉛等からなるものが用いられる。また、アノード体12としては、一般的に酸素発生電位が低いことが求められ、例えばチタンの表面に白金や酸化イリジウムなどをコーティングしたもの等も用いられる。
(Anode body)
The
(カソード体)
カソード体13は、アノード体12と対向するように配置されるものであり、アノード体12に沿って移動可能な無端ベルト又は板状体である。前述したように、電解槽11の中には、所定の種類と濃度の電解液10aが満たされた状態で収容されており、一定の速度で移動するカソード体13は、電解槽11内の電解液10aに接触する。
(Cathode body)
The
無端ベルト又は板状体であるカソード体13は、白金、チタン、ステンレス鋼(SUS)又はクロムを被覆させたステンレス鋼等の材質からなる不溶性のものであり、電解液10a中の例えば硫酸などの強酸性成分等に対して耐性を有する材質からなるものが好ましく、SUSがより好ましい。カソード体13の大きさとしては、特に限定されないが、その幅が、400〜2000mmであることが好ましく、600〜1200mmであることがより好ましい。また、その厚みは、0.1〜1.0mmであることが好ましく、0.2〜0.5mmであることがより好ましい。
The
無端ベルト又は板状体であるカソード体13は、アノード体12に沿って一定の速度で移動させることが好ましい。カソード体13の移動速度としては、特に限定されないが、その表面に効率的に金属を析出させる観点から、1〜7m/min.の範囲で一定であることが好ましく、2〜5m/min.の範囲で一定であることがより好ましい。
The
カソード体13において、アノード体12との極間距離としては、所定の距離で一定であることが好ましい。具体的には、電流密度を高くする観点から、1〜50mmであることが好ましく、2〜30mmであることがより好ましく、3〜10mmであることがさらに好ましい。無端ベルト又は板状体であるカソード体13は、電解槽11内に配置されたアノード体12との関係で、前述した範囲で一定の極間距離で配置されてそのアノード体12に沿って平行に移動する。
In the
アノード体12とカソード体13との間の通電は、複数設けられた電解槽111〜11nのそれぞれにおいて、電流密度が一定である条件下で行うことが好ましい。具体的に、その電流密度としては、特に限定されないが、50〜600A/dm2の範囲であることが好ましい。
The energization between the
<電解槽の配置について>
本実施の形態に係る金属箔の製造装置1Aにおいては、電解液10aを収容する電解槽11が、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の上流側から下流側にかけて所定の間隔をあけて複数(n)設けられている。例えば、図1に示すように、電解槽11がカソード体13の上流側から下流側にかけて3つ(電解槽111〜113)設けられている。
<About the placement of the electrolytic cell>
In 1 A of metal foil manufacturing apparatuses which concern on this Embodiment, the electrolytic cell 11 which accommodates the
そして、各電解槽111〜113においては、2つ以上の電解槽11に同一の電解液10(10a)が収容される。このような製造装置1Aでは、無端ベルト又は板状体であるカソード体13を一定の速度での移動に伴い、各電解槽111〜113内の電解液10(10a)に接触させアノード体12とカソード体13との間を通電させることによって電解反応が生じ、カソード体13の表面に所望の厚みの金属が順次析出する。
In each of the electrolytic cells 11 1 to 11 3 , the same electrolytic solution 10 (10 a) is accommodated in two or more electrolytic cells 11. In such a
ここで、電解反応によるめっき金属の析出量はファラデーの法則により規定されていることから、従来の金属箔の製造装置において、例えば3〜9μmの範囲で厚さの異なる金属箔を製造するに際しては、(i)カソードの移動速度を1〜3倍の範囲で変える操作や、(ii)カソードの電流密度を1〜3倍の範囲で変える操作のように、製造条件をその都度変更する必要があった。しかしながら、そのような製造条件を変更すると、例えば(i)カソードの移動速度を変化させた場合には、その金属箔の生産量が1〜3倍の範囲で変動してしまい、また(ii)カソードの電流密度を変化させた場合には、析出した金属の結晶の大きさが変化することからその金属箔の物性に変化を生じさせてしまい、例えばピンホール等の欠陥が生じやすくなってしまう。 Here, since the deposition amount of the plating metal due to the electrolytic reaction is defined by Faraday's law, when manufacturing metal foils having different thicknesses in the range of 3 to 9 μm, for example, in a conventional metal foil manufacturing apparatus. It is necessary to change the manufacturing conditions each time, such as (i) an operation for changing the moving speed of the cathode within a range of 1 to 3 times, or (ii) an operation for changing the current density of the cathode within a range of 1 to 3 times. there were. However, when such manufacturing conditions are changed, for example, (i) when the moving speed of the cathode is changed, the production amount of the metal foil varies within a range of 1 to 3 times, and (ii) When the current density of the cathode is changed, the size of the deposited metal crystal changes, causing a change in the physical properties of the metal foil, and defects such as pinholes are likely to occur. .
これに対して、本実施の形態に係る金属箔の製造装置1Aによれば、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の上流側から下流側にかけて複数(n)の電解槽111〜11nが設けられている。そして、複数設けられた電解槽111〜11nにおいて、2つ以上の電解槽11に同一の電解液10(10a)が収容される。この製造装置1Aでは、カソード体13の移動に伴い、そのカソード体13と各電解槽111〜11n内の電解液とが接触してアノード体12とカソード体13との間の通電により電解反応が生じることから、一定の速度でカソード体13を移動させて通電させることで、カソード体13の表面に一定量の金属が順次析出し、一定の厚みの金属薄層201〜20nが形成される。
On the other hand, according to the metal
つまり、例えば図1に示すように、無端ベルト又は板状体であるカソード体13に並列に3つの電解槽111〜113(なお、各電解槽11は3μmの金属薄層が形成される条件に設定された電解槽とする)を設け、その3つの電解槽111〜113に同一の電解液10aを収容する。そして、一定の速度でカソード体13を移動させ、また一定の電流密度で通電させると、先ず、第1の電解槽である電解槽111にて3μmの金属薄層201がカソード体13の表面に形成され、次に、その3μmの金属薄層201上に、第2の電解槽である電解槽112にてさらに3μm(同じ厚み)の金属薄層202が形成される。そして、例えば9μmの厚みの金属薄層20を形成させようとした場合には、さらに第3の電解槽である電解槽113を下流側に設けて、電解槽112を経て合計6μmの金属薄層20(201及び202)が形成されたカソード体13に対して電解反応により金属を析出させることで、所望とする9μmの厚みの金属薄層20(201〜203)を形成させることができる。
That is, for example, as shown in FIG. 1, three electrolytic cells 11 1 to 11 3 (each electrolytic cell 11 is formed with a 3 μm thin metal layer in parallel with an endless belt or a plate-
前述したように、本実施の形態に係る金属箔の製造装置1Aにおいては、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の上流側から下流側に複数の電解槽111〜11nを設けるようにし、各電解槽111〜11nの電解条件を同一とし、一定の速度でカソード体13を移動させることによって、その表面に電解槽11の設置数に応じた所望の厚みの金属薄層20を簡易に形成させることができる。このような製造装置1Aによれば、一定の速度でカソード体13を移動させて所望とする厚みの金属薄層20を形成できることから、金属箔の生産量を変動させることなく、安定した生産を行うことができる。また、一定の速度でカソード体13を移動させ、且つ、一定の電解条件(電流密度等)に設定してアノード体12とカソード体13との間で通電させることができるため、析出する金属の結晶の大きさも一定となり、金属箔の物性変動も効果的に抑制することができ、例えばピンホール等の欠陥が生じ難いものとなる。
As described above, in the metal
また、このような構成の製造装置1Aにおいては、複数の電解槽111〜11nのそれぞれに整流器301〜30nが独立して接続されており、その各整流器301〜30nの電源のON/OFF操作によってアノード体12とカソード体13との間の通電が制御される。例えば、1つの電解槽111において3μmの金属薄層201がカソード体13の表面に形成される条件(すなわち、カソード体の移動速度(搬送速度)、カソード体の電流密度の条件)を決定し、そして同様の電解条件を設定した他の電解槽112〜11nを設置し、それぞれの電解槽111〜11nに対して通電のON/OFF制御が可能な整流器301〜30nを接続させる。これによれば、それぞれの電解槽111〜11nに独立して接続された各整流器301〜30nの電源のON/OFF操作によって、3(μm)の倍数の任意な厚みの金属薄層20を簡易に製造することができる。
Further, in the
つまり、電解槽111〜電解槽115の5つの電解槽(3μmの金属薄層が形成される条件に設定)が連続して設けられた構成の製造装置1Aとしたとき、例えば、電解槽111〜電解槽113の3つの電解槽に独立して接続された整流器301〜303のそれぞれの電源をONにし、電解槽114〜電解槽115の2つの電解槽に独立して接続された整流器304〜305のそれぞれの電源をOFFにすることで、電解槽111〜電解槽113におけるアノード体12とカソード体13との間の通電が「ON」状態となり電解反応が生じて金属薄層201〜203が形成されるようになり、結果として9μm(3μm×3)の金属薄層20が形成される。このように、それぞれの電解槽11に独立して接続された整流器30の電源のON/OFF操作のみによって、所望とする厚みを有する金属薄層20を簡易に製造することができる。
That is, when five of the electrolytic
なお、図1の示す例では、3つ設けられた電解槽111〜113のすべてに同一の電解液10aを収容する態様を示しているが、これに限られるものではなく、上述したように複数設けられた電解槽111〜11nのうちの2つ以上の電解槽11に同一の電解液10を収容すればよい。
In the example indicated by FIG. 1, although all three provided with the electrolytic cell 11 1 to 11 3 illustrates an embodiment in which housing the same
また、複数の電解槽111〜11nを設けた金属箔の製造装置1Aにおいては、当然に、そのうちの1つの電解槽11(例えば、電解槽111)のみを通電させ、その電解槽11のみにおいて金属薄層20を形成させるようにしてもよい。
Moreover, in the metal
金属箔の製造装置1Aにおいて、電解槽11の設置数としては特に限定されず、例えば、前述したようにカソード体13の表面に形成させる金属薄層20の所望とする厚みに応じて適宜設定することができる。一例として、電解液10aを収容させた1つの電解槽11において、一定の移動速度で移動するカソード体13に対して所定の電流密度で通電させることで3μmの金属薄層20が形成されるような場合、12μmの金属薄層20を形成しようとするときには、少なくとも、同じ種類及び濃度の電解液10aが収容される電解槽11を4つ設けた製造装置1Aとすることができる。
In the metal
なお、図1に示すように、金属箔の製造装置1Aにおいては、複数設けられた電解槽111〜113のそれぞれの間に、水洗処理を行うための水洗処理槽40を設けることができる。この水洗処理槽40においても、例えば図2に示したようなポンプPを近接して設け、ポンプPの吸入口に水を供給し、吐出口には複数の吐出管を接続させて、ポンプPの駆動によって、供給される水がカソード体13の表面に析出した金属に向けて噴射されるようにし、析出金属に対する水洗処理が行われるようにすることができる。
As shown in FIG. 1, in the metal foil manufacturing apparatus 1 </ b> A, a water
<金属箔の剥離>
前述のようにして所望とする厚みの金属薄層20が、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の表面に形成されると、カソード体13に付着した金属薄層20は剥離され、金属箔Xが製造される。
<Metal foil peeling>
When the metal
金属薄層20の剥離は、例えば図3に示すような剥離装置50を使用して行うことができる。金属薄層20を剥離する際には、予め無端ベルト又は板状体であるカソード体13の表面を鏡面状になるように磨いておくことが好ましく、これにより、カソード体13とそれに付着した金属薄層20との接触面積をできるだけ少なくすることができ、金属薄層20を剥がれ易くすることができる。
Peeling of the
図3に示す剥離装置50は、カソード体13の進行路に第1のニップロール51を備え、この上ロール51aと下ロール51bとの間に、金属薄層20が付着したカソード体13を通過させ、加圧しながらカソード体13を金属薄層20から離れる方向に誘導することによって、カソード体13から金属薄層20を剥離する。剥離した金属薄層20は、表面が例えばフッ素樹脂でコートされた第2のニップロール53の上下ロールの間を通過してエアー抜きがされた後、巻取機52で巻き取られる。カソード体13は、例えば巻取機54で巻き取ることもでき、生産性を向上させる観点からそのままカソード体13として再度使用することもできる。なお、この剥離装置50は、カソード体13に形成した金属薄層20を剥離するための装置の一例であって、特に限定されるものではなく、金属薄層20の剥離方法としては他の構成を備えた装置を用いてもよい。
The peeling
≪2.第2の実施形態≫
図4は、第2の実施の形態に係る金属箔の製造装置1B(単に、「製造装置1B」ともいう)の全体構成を示す構成図である。図4に示すように、金属箔の製造装置1Bは、電解液を収容する電解槽11と、電解槽11内の電解液10(10a,10b)に浸漬されるアノード体12と、アノード体12に対向してそのアノード体12に沿って移動可能な無端ベルト又は板状体であるカソード体13とを備えている。
≪2. Second Embodiment >>
FIG. 4 is a configuration diagram showing an overall configuration of a metal
本実施の形態においては、このような構成の製造装置1Bを用い、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の移動に伴って、そのカソード体13に対して電解槽11内の電解液10を複数回接触させ、その複数回の各々における電解槽11内のアノード体12とカソード体13との間の通電によって、カソード体13の表面に順次金属を析出させ金属薄層20を形成する。
In the present embodiment, using the
ここで、金属箔の製造装置1Bにおいては、図4に示すように、電解液10を収容する電解槽11が、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の上流側(図4左側)から下流側(図4右側)にかけて複数(n)設けられている。なお、図4では、3つの電解槽111〜113(n=3)が設けられた製造装置1Bの態様を示すが、本明細書では、複数の電解槽11について「電解槽111〜11n」として説明する。
Here, in the metal
このような金属箔の製造装置1Bでは、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の移動に伴って、カソード体13の上流側から下流側にかけて位置する複数の電解槽111〜11n内の電解液10を順次カソード体13に接触させ、アノード体12との間で通電させことによって、そのカソード体13表面に順次金属を析出させ金属薄層20を形成させるようにすることができる。
In such a metal
また、第2の実施形態においては、複数設けられた電解槽111〜11nにおいて、少なくとも一の電解槽11内に、他の電解槽11内の電解液とは異なる電解液10(10a,10b)を収容し、カソード体13に対して、ある電解液10aによる接触と、その電解液10aとは異なる他の電解液10bによる接触とにより、複数回の電解液10の接触を行い、カソード体13の表面に順次金属を析出させるようにすることができる。
Further, in the second embodiment, in the plurality of electrolytic cells 11 1 to 11 n , the electrolytic solution 10 (10a, 10a, 10a, 10a, 11n) is different from the electrolytic solution in the other electrolytic cell 11 in at least one electrolytic cell 11. 10b), the
具体的には、例えば図4に示すように、第1の電解槽である電解槽111及び第3の電解槽である電解槽113には、電解液として硫酸銅めっき液等の電解銅めっき液(電解液10a)を収容し、第2の電解槽である電解槽112には、電解液として硫酸ニッケルめっき液等の電解ニッケルめっき液(電解液10b)を収容する。第2の実施形態に係る製造装置1Bでは、このようにして、ある電解液10aによる接触と、その電解液10aとは異なる他の電解液10bによる接触とにより、複数回の電解液10の接触を行い、カソード体13の表面に順次金属を析出させる。
More specifically, as shown in FIG. 4, in the first electrolytic cell at which the electrolytic cell 11 1 and the third electrolytic bath a is electrolyzer 11 3, electrolytic copper such as copper sulfate plating solution as an electrolyte solution containing a plating solution (
第2の実施形態では、前述した第1の実施形態と共通する部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 In the second embodiment, portions common to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
なお、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の移動に伴って、そのカソード体13に対して電解槽11内の電解液10を複数回接触させる態様として、上述のように複数の電解槽111〜11nを用いて行うようにすることに限られず、単一の電解槽11を用い、カソード体13を移動させて繰り返し接触させるような態様であってもよい。
As described above, as the aspect in which the
<装置の構成について>
(電解槽)
電解槽11は、アノード体12とカソード体13との間の電解反応の場となるものであり、電解液10に対して耐食性を有する材料により構成され、上面が解放されて水平断面が長方形のタンクである。この電解槽11の中には、電解液10が収容される。
<About the device configuration>
(Electrolysis tank)
The electrolytic cell 11 is a place for an electrolytic reaction between the
本実施の形態に係る金属箔の製造装置1Bにおいては、この電解液10を収容する電解槽11が複数(n)設けられており、各電解槽111〜11n内のアノード体12と、所定の速度で移動するカソード体13との間で通電による電解反応によって、各電解槽111〜11nの上方にてカソード体13の表面に金属薄層が順次形成されるようになっている。そして、この製造装置1Bでは、複数設けられた電解槽111〜11nにおいて、少なくとも一の電解槽11内に、他の電解槽11内の電解液10(10a)とは異なる電解液10(10b)が収容される。
In the metal
なお、電解槽11においては、アノード体12とカソード体13との間の通電を制御する整流器30が接続されており、その整流器30の電源のON/OFF操作によって通電が「ON」状態、又は、「OFF」状態に制御される。
In the electrolytic cell 11, a rectifier 30 that controls energization between the
(アノード体)
アノード体12は、例えば平板状の形状をなし、電解槽11の中に電解液10に浸漬される状態で配置される。
(Anode body)
The
(カソード体)
カソード体13は、アノード体12と対向するように配置されるものであり、アノード体12に沿って平行に移動可能な無端ベルト又は板状体である。前述したように、電解槽11の中には、所定の種類と濃度の電解液10が満たされた状態で収容されており、所定の速度で移動するカソード体13は、その電解槽11内の電解液10に接触する。
(Cathode body)
The
無端ベルト又は板状体であるカソード体13は、アノード体12に沿って所定の速度で移動し、対向するアノード体12との間の通電によってその表面に金属が析出され、金属薄層20が形成されていく。
The
<電解槽の配置について>
本実施の形態に係る金属箔の製造装置1Bにおいては、電解液10を収容する電解槽11が、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の上流側から下流側にかけて所定の間隔をあけて複数(n)設けられている。そして、複数設けられた電解槽111〜11nにおいては、図4に示すように、少なくとも一の電解槽11内に、他の電解槽11内の電解液10(10a)とは異なる電解液10(10b)が収容される。
<About the placement of the electrolytic cell>
In the metal
ここで、例えばリチウムイオン電池の負極集電体には、電解銅めっきにより製造される電解銅箔が使用されているが、近年では、充電量の増加と、軽量化、電池の小型化を目的として、その電解銅箔の厚みを薄くすることが求められている。具体的には、これまでの8μm程度の厚みから、4〜5μm程度に薄くした銅箔が求められている。ところが、この電解銅箔においては、厚みが薄くなるにつれて耐久性や抗張力が低下することから、例えば5μm程度の銅箔とする際には、2μmの銅箔、1μmのニッケル箔、2μmの銅箔が順に積層された積層金属箔として、電気的特性は銅箔と同等に維持したまま耐久性を向上させることが必要となる。 Here, for example, an electrolytic copper foil produced by electrolytic copper plating is used for the negative electrode current collector of a lithium ion battery. In recent years, the purpose is to increase the amount of charge, reduce the weight, and reduce the size of the battery. Therefore, it is required to reduce the thickness of the electrolytic copper foil. Specifically, a copper foil thinned to about 4 to 5 μm from the conventional thickness of about 8 μm is required. However, in this electrolytic copper foil, durability and tensile strength decrease as the thickness is reduced. Therefore, for example, when a copper foil of about 5 μm is formed, a 2 μm copper foil, a 1 μm nickel foil, and a 2 μm copper foil are used. However, it is necessary to improve the durability while keeping the electrical characteristics equal to those of the copper foil.
この点において、本実施の形態に係る金属箔の製造装置1Bによれば、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の上流側から下流側にかけて複数(n)の電解槽111〜11nが設けられており、そして、少なくとも一の電解槽11内に、他の電解槽11内の電解液10(10a)とは異なる電解液10(10b)が収容される。具体的には、図4に示すように、例えば、カソード体13の上流側から、第1の電解槽である電解槽111と第3の電解槽である電解槽113には、電解液10aとして硫酸銅めっき液等の電解銅めっき液が収容され、第2の電解槽である電解槽112には、電解液10bとして硫酸ニッケルめっき液等の電解ニッケルめっき液が収容される。この製造装置1Bでは、それぞれの電解槽11内に配置されたアノード体12とカソード体13との間の通電により電解反応が生じるため、所定の速度でカソード体13を移動させることで、各電解槽111〜11nの上方にてそのカソード体13の表面に一定量の金属が順次析出し、一定の厚みの金属薄層201〜20nが形成されることになる。
In this regard, according to the metal
つまり、例えば図4に示すように、カソード体13に並列に3つの電解槽111〜113を設けて、所定の速度でカソード体13を移動させてアノード体12とそのカソード体13との間を通電させることで、先ず、第1の電解槽である電解槽111にて例えば2μmの電解銅層(201)がカソード体13の表面に形成され、次に、その2μmの電解銅層(201)上に、第2の電解槽である電解槽112にて1μmの電解ニッケル層(202)が形成される。そして最後に、第3の電解槽である電解槽113において、形成された電解ニッケル層(202)上に、2μmの電解銅層(203)が形成される。このように、異なる電解液10a,10bを収容する電解槽111〜11nを並べて配置し、移動するカソード体13との間で順次電解反応を生じさせて各電解槽111〜11nにて金属薄層201〜20nを形成させることで、例えば「2μmの銅箔/1μmのニッケル箔/2μmの銅箔」(積層順を示す)の積層構造の積層金属箔を簡易に製造することができる。
That is, for example, as shown in FIG. 4, three electrolytic cells 11 1 to 11 3 are provided in parallel to the
また、このような構成の製造装置1Bにおいては、複数の電解槽111〜11nのそれぞれに整流器301〜30nが独立して接続されており、その各整流器301〜30nの電源のON/OFF操作によってアノード体12とカソード体13との間の通電が制御される。例えば、無端ベルト又は板状体であるカソード体13に沿って5つの電解槽111〜115を設けた製造装置1Bにおいて、カソード体13の上流側から、第1の電解槽である電解槽111と、第3の電解槽である電解槽113と、第5の電解槽である電解槽115には所定の厚みの電解銅層(201,203,205)が形成される条件の電解液10aを収容させ、また第2の電解槽である電解槽112と、第4の電解槽である電解槽114においては所定の厚みの電解ニッケル層(202,204)が形成される条件の電解液10bを収容させ、それぞれの電解槽111〜115に対して通電のON/OFF制御が可能な整流器301〜305を独立して接続させる。これによれば、それぞれの電解槽111〜115に独立して接続された各整流器301〜305の電源のON/OFF操作によって、任意の積層構造からなる積層金属箔を簡易に製造することができる。
Moreover, in the
つまり、例えば、電解槽111〜電解槽113の3つの電解槽に独立して接続された整流器301〜303のそれぞれの電源をONにし、電解槽114〜電解槽115の2つの電解槽に独立して接続された整流器304〜305のそれぞれの電源をOFFにすることで、電解槽111〜電解槽113におけるアノード体12とカソード体13との間の通電が「ON」状態となり電解反応が生じて金属薄層201〜203が形成されるようになり、結果として、「銅箔/ニッケル箔/銅箔」(積層順を示す)の積層構造の積層金属箔を製造することができる。一方で、電解槽111〜電解槽115の5つのすべて電解槽に独立して接続された整流器301〜305のそれぞれの電源をONにすることで、電解槽111〜電解槽115のすべてのアノード体12とカソード体13との間の通電が「ON」状態となり電解反応が生じて金属薄層201〜205が形成されるようになり、結果として、「銅箔/ニッケル箔/銅箔/ニッケル箔/銅箔」(積層順を示す)の積層構造の積層金属箔を製造することができる。このように、それぞれの電解槽11に独立して接続された整流器30の電源のON/OFF操作のみによって、所望とする積層構造の積層金属箔を簡易に製造することができる。
That is, for example, the power of each of the rectifiers 30 1 to 30 3 connected independently to the three electrolytic cells of the electrolytic cell 11 1 to the electrolytic cell 11 3 is turned on, and the electrolytic cell 11 4 to the electrolytic cell 1 15 2 By turning off the respective power supplies of the rectifiers 30 4 to 30 5 independently connected to the two electrolytic cells, the energization between the
金属箔の製造装置1Bにおいて、電解槽11の設置数としては特に限定されず、前述したようにカソード体13の表面に順次形成させる金属薄層20の所望とする積層構造に応じて適宜設定することができる。一例として、「銅箔/ニッケル箔/銅箔」(積層順を示す)の積層構造の積層金属箔を製造する場合においては、カソード体13の上流側から順に、電解銅めっき液を収容させた電解槽111、電解ニッケルめっき液を収容させた電解槽112、電解銅めっき液を収容させた電解槽113、の合計3つの電解槽11を設けた製造装置1Bとすることができる。
In the metal
なお、図4に示すように、金属箔の製造装置1Bにおいては、複数設けられた電解槽111〜113のそれぞれの間に、水洗処理を行うための水洗処理槽40を設けるようにし、カソード体13の表面に析出した金属に向けて水を噴射して水洗処理が行われるようにすることができる。
As shown in FIG. 4, in the metal foil manufacturing apparatus 1 </ b> B, a water
<金属箔の剥離>
前述のようにして所望とする厚みの金属薄層20が、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の表面に形成されると、カソード体13に付着した金属薄層20は剥離され、金属箔Xが製造される。金属薄層20の剥離は、例えば図3に示すような剥離装置50を使用して行うことができる。
<Metal foil peeling>
When the metal
≪3.電池を構成する負極体の一貫製造≫
第1の実施形態に係る製造方法にて得られる単独金属箔、又は、第2の実施形態に係る製造方法にて得られる複数の金属からなる積層金属箔は、リチウムイオン二次電池等の電池を構成する負極の集電体(負極集電体)として好適に用いることができる。
≪3. Integrated production of negative electrodes constituting batteries >>
A single metal foil obtained by the production method according to the first embodiment or a laminated metal foil made of a plurality of metals obtained by the production method according to the second embodiment is a battery such as a lithium ion secondary battery. Can be suitably used as a negative electrode current collector (negative electrode current collector).
ここで、蓄電池の中でもリチウムイオン二次電池においては、負極集電体として使用される銅箔(金属箔)を薄箔化することが求められている。このことは、同じ電池ケースの容量と質量の中で、負極集電体を薄くする一方で面積を拡大させることによって、電池の充電量を増やすことを目的としている。 Here, in a lithium ion secondary battery among storage batteries, it is required to thin a copper foil (metal foil) used as a negative electrode current collector. This is intended to increase the amount of charge of the battery by increasing the area while reducing the thickness of the negative electrode current collector in the capacity and mass of the same battery case.
上述したように、従来法のドラム方式による電解金属箔では、応力の問題により、薄箔の効率的な製造や歩留まりの向上が難しい。このことから、例えば、先ず18μm程度のキャリアと呼ばれる搬送用の銅箔を製造し、そのキャリアの上に再度銅めっきを施すことによって2〜5μmといった薄箔の製造を行ってきた。この方法によれば技術的には何ら問題なく薄箔の製造を行うことはできるものの、18μm程度のキャリア箔に2〜5μmの薄箔が仮接着された態様でユーザに提供され、ユーザはそのキャリア箔を薄箔から分離して薄箔のみを使用し、一方でそのキャリア箔は廃棄するようにしていた。したがって、仮にキャリア箔をスクラップして再利用した場合であっても、コストが高くなるという問題があった。 As described above, in the conventional electrolysis metal foil using the drum method, it is difficult to efficiently manufacture a thin foil and improve the yield due to the problem of stress. From this, for example, a copper foil for transportation called a carrier of about 18 μm is first manufactured, and a thin foil of 2 to 5 μm has been manufactured by performing copper plating on the carrier again. According to this method, although it is possible to manufacture a thin foil without any technical problem, the thin foil of 2 to 5 μm is temporarily attached to the carrier foil of about 18 μm, and the user provides the thin foil. The carrier foil was separated from the thin foil and only the thin foil was used while the carrier foil was discarded. Therefore, even if the carrier foil is scrapped and reused, there is a problem that the cost increases.
なお、従来、このようなキャリア付き薄箔は、プリント配線基板の材料用途としてのみ使用され、価格は1m2あたり900〜2000円程度であった。現在、リチウムイオン電池の負極集電体として使用されている電解銅箔は、箔厚が8μm程度のものであって1m2あたり300円程度であり、キャリア付き薄箔を同等の価格で提供するのは実質的に不可能であった。 Conventionally, such a thin foil with a carrier is used only as a material for a printed wiring board, and the price is about 900 to 2000 yen per 1 m 2 . Currently, the electrolytic copper foil used as the negative electrode current collector of the lithium ion battery has a foil thickness of about 8 μm and about 300 yen per 1 m 2 , and provides a thin foil with a carrier at an equivalent price. It was virtually impossible.
これに対して、上述したように本実施の形態においては、アノード体12と、そのアノード体12に沿って移動可能な無端ベルト又は板状体であるカソード体13と、を備えた装置1A,1Bを用いて、無端ベルト又は板状体であるカソード体13の移動に伴い、そのカソード体13に対して電解槽11内の電解液10を複数回接触させて、カソード体13の表面に順次金属を析出させて金属薄層20を形成させる。このような方法によれば、キャリア箔等を用いることなく、効率的に且つ歩留まり良く、薄い金属箔を形成することができる。
On the other hand, as described above, in the present embodiment, the
そして、このような方法によれば、製造される銅箔等の金属箔を負極集電体として、リチウムイオン電池等の電池の構成材料である負極体を、一貫して製造することができる。なお、「負極体」とは、電池を構成する負極構造体を意味し、金属箔からなる負極集電体と、その負極集電体の表面に塗布される負極活物質とを含む構造体をいう。 And according to such a method, the negative electrode body which is a constituent material of batteries, such as a lithium ion battery, can be manufactured consistently by using metal foils, such as copper foil manufactured, as a negative electrode collector. The “negative electrode body” means a negative electrode structure constituting a battery, and a structure including a negative electrode current collector made of a metal foil and a negative electrode active material applied to the surface of the negative electrode current collector. Say.
また、上述したように、電池を構成する負極集電体の構造や性能についての要請は幅広く、金属箔の製造装置1A,1Bにて製造された金属箔を負極集電体として用いることによって、負極集電体の厚みや構造を簡易に制御することができ、種々の要請に応えたバリエーションのある負極体、延いては電池を一貫して製造することができる。
In addition, as described above, there is a wide demand for the structure and performance of the negative electrode current collector constituting the battery, and by using the metal foil manufactured by the metal
<装置の構成について>
図5は、電池又は電池要素である負極体を一貫製造するための装置の全体構成を示す構成図である。ここでは、複数の金属からなる積層金属箔を製造し(第2の実施形態を参照)、それを負極集電体として用いて電池又は電池要素である負極体を一貫製造する装置(以下、「電池又は電池要素の製造装置」という)1Cの構成を一例に挙げて説明する。なお、この電池又は電池要素の製造装置1Cにおいて、積層金属箔を製造するための装置構成は上述した第2の実施形態に係る金属箔の製造装置1Bの構成と同様であり、その箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
<About the device configuration>
FIG. 5 is a configuration diagram showing an overall configuration of an apparatus for consistently manufacturing a negative electrode body that is a battery or a battery element. Here, a laminated metal foil made of a plurality of metals is manufactured (see the second embodiment), and an apparatus (hereinafter referred to as “a negative electrode body”) that consistently manufactures a battery or a battery element using the negative electrode current collector as a negative electrode current collector. The configuration of 1C) (referred to as “battery or battery element manufacturing apparatus”) will be described as an example. In addition, in this battery or battery
図5の構成図に示すように、電池又は電池要素の製造装置1Cは、負極集電体製造部61と、負極活物質塗工部62とを備える。電池又は電池要素の製造装置1Cでは、白金、チタン、SUS又はクロムを被覆したSUS等の不溶性の材質からなる無端ベルト又は板状体である移動体70が備えられており、その移動体70に沿って負極集電体製造部61と、負極活物質塗工部62とが設けられている。つまり、移動体70を介して一体となっている。なお、図5に示すように、移動体70の上流側に負極集電体製造部61が設けられ、その負極集電体製造部61よりも下流側に負極活物質塗工部62が設けられている。
As illustrated in the configuration diagram of FIG. 5, the battery or battery element manufacturing apparatus 1 </ b> C includes a negative electrode current
(負極集電体製造部)
負極集電体製造部61は、金属箔からなる負極集電体の予備体を製造する。負極集電体としては、例えば、銅箔や、銅箔/ニッケル箔/銅箔の構成からなる積層金属箔を用いることができる。図5に示す負極集電体製造部61は、銅箔/ニッケル箔/銅箔がこの順で積層された積層金属箔からなる負極集電体予備体21を製造する構成を一例として示すものであり、このような負極集電体製造部61としては、上述した第2の実施形態に係る金属箔の製造装置1Bを適用することができる。
(Negative electrode current collector manufacturing department)
The negative electrode current
なお、負極集電体予備体とは、負極集電体製造部61において移動体70上に金属が析出して形成された状態のままの長尺状の金属箔を意味する。詳しくは後述するが、その長尺状の金属箔である負極集電体予備体21の表面に負極活物質22を塗工して負極体予備体23を形成し、その後、切断して電池又は電池要素(例えば負極体)を製造する。
In addition, the negative electrode current collector preliminary body means a long metal foil in a state where a metal is deposited and formed on the moving
負極集電体製造部61では、SUS等の不溶性の材質からなる無端ベルト又は板状体である移動体70がカソード体(13)となり、そのカソード体としての移動体70と、移動体70に沿って設けられた電解槽11内の電解液10に浸漬されるアノード体12との間の通電により、その移動体70の表面に金属が析出して金属薄層20が形成される。
In the negative electrode current
負極集電体製造部61では、電解液10を収容する電解槽11が、カソード体としての移動体70に沿って複数設けられている。なお、図5の構成例では、銅めっき液(電解液10a)を収容する電解槽111,113と、ニッケルめっき液(電解液10b)を収容する電解槽112の計3つが移動体70に沿って設けられている。このような負極集電体製造部61においては、カソード体としての移動体70の移動に伴い、その移動体70に対して電解槽111〜113内の電解液10a,10bが接触し、移動体70の表面に順次金属(銅、ニッケル)が析出され金属薄層201〜203が形成される。具体的に、図5に示す負極集電体製造部61によれば、銅箔(金属薄層201)、ニッケル箔(金属薄層202)、銅箔(金属薄層203)が形成され、これらの積層構造からなる積層金属箔が形成される。つまり、長尺状の負極集電体予備体21が形成される。このような負極集電体予備体21となる金属箔の製造方法によれば、キャリア箔等を用いることなく、効率的に且つ歩留まり良く、薄い金属箔、すなわち負極集電体予備体21を形成することができる。
In the negative electrode current
負極集電体製造部61にて製造された長尺状の負極集電体予備体21は、移動体70上に付着した状態で、その移動体70の移動に伴って下流側(図5中の矢印Fの方向)に移送される。なお、図5に示すように、負極集電体製造部61に続いて、移動体70であるカソード体の表面に製造された負極集電体予備体21としての金属箔を乾燥させる乾燥設備80を設けるようにしてもよい。
The long negative electrode current collector
(負極活物質塗工部)
負極活物質塗工部62は、移動体70に沿って上述した負極集電体製造部61よりも下流側に設けられており、負極集電体製造部61にて製造され移送されてきた長尺状の負極集電体予備体21(金属箔)の表面に負極活物質22を塗工する。このようにして負極集電体21の表面に負極活物質22を塗工することによって長尺状の負極体予備体23が得られる。なお、この長尺状の負極体予備体23は、移動体70に付着した状態で得られ、その後適宜、所定の大きさに切断されて電池要素である負極体となる。
(Negative electrode active material coating)
The negative electrode active
負極活物質塗工部62における負極活物質22の塗工方法としては、特に限定されるものではなく、例えば負極活物質22を含むスラリーを移動体70に付着している長尺状の負極集電体予備体21の表面に塗工することによって行うことができる。なお、スラリーは、負極活物質22と、樹脂等のバインダと、また必要に応じて導電助剤等の物質を混練して形成することができる。また、塗工の具体的方法としては、例えばドクターブレード法等を用いた周知の方法により塗工することができ、負極集電体予備体21が付着している移動体70の移動に伴って連続的に塗工することができる。
The coating method of the negative electrode
負極活物質22としては、特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池等の電池の負極体に用いられている周知のものを使用できる。例えば、グラファイトやハードカーボン等の炭素(C)系物質、Sn含有物質、Si含有物質、金属複合酸化物、リチウムニトリド金属化合物等の粒子を用いることができる。
The negative electrode
なお、図5に示すように、負極活物質塗工部62に続いて、負極集電体予備体21の表面に負極活物質22を塗工して得られた負極体予備体23を乾燥させる乾燥設備81を設けるようにしてもよい。
In addition, as shown in FIG. 5, following the negative electrode active
このように、本実施の形態においては、移動体70の移動に伴って、その移動体70に付着した状態の長尺状の負極集電体予備体21に対して負極活物質22を塗工するため、一定速度での移動体70の搬送により負極活物質22を塗工することができ、負極集電体予備体21に対してより均一に負極活物質22を塗工することができ、電池性能の向上に寄与する。また、一定速度で移動体70を搬送して負極体予備体23を構成していることにより、高い生産性でもって製造することができる。なお、以下に説明するセパレーターコーティング部でのセパレーター24の貼付や、正極体予備体25の貼合についても、一定の速度での作業が可能となり、高い生産性でもって電池を一貫製造することができる。
As described above, in the present embodiment, as the moving
(セパレーターコーティング部)
また、電池又は電池要素の製造装置1Cにおいては、負極活物質塗工部62よりも下流側に、セパレーターコーティング部63を設けることができる。
(Separator coating part)
In the battery or battery element manufacturing apparatus 1 </ b> C, the
セパレーターコーティング部63は、負極活物質塗工部62にて負極集電体予備体21の表面に負極活物質22を塗工して得られた長尺状の負極体予備体23に対し、正極体と負極体とを分離して両極の短絡を抑制するためのセパレーター24を貼付する。セパレーターコーティング部63では、移動体70に付着した長尺状の負極体予備体23に対し、その移動体70の移動に伴ってセパレーター24を貼付する。なお、セパレーター24としては、特に限定されるものではなく、例えば多孔質の樹脂フィルム等で構成されたものを用いることができる。
The
(ラミネーター装置)
電池又は電池要素の製造装置1Cにおいては、セパレーターコーティング部63よりも下流側に、図5に示すように、ラミネーター装置64を設けるようにしてもよい。ラミネーター装置64では、移動体70に付着した長尺状の負極体予備体23に対して、セパレーター24を介し、正極集電体の表面に正極活物質を塗工して得られた正極体予備体25を貼り合せる。このようにして、電池又は電池要素の製造装置1Cにおける下流側に、製造された負極体予備体23に正極体予備体25を貼り合せるラミネーター装置64を設けることで、装置全体として、リチウムイオン二次電池等の電池26を一貫製造することができる。
(Laminator device)
In the battery or battery element manufacturing apparatus 1 </ b> C, a
なお、電池又は電池要素の製造装置1Cでは、上述したセパレーターコーティング部63やラミネーター装置64を設けずに、負極活物質塗工部62を経て長尺状の負極体予備体23を形成したのちに所定の大きさに切断して、長尺状の負極体予備体23から電池要素である負極体23’を形成するようにしてもよい。また、上述のように、電池又は電池要素の製造装置1Cにおいて、セパレーターコーティング部63やラミネーター装置64を設け、そのラミネーター装置64にて負極体予備体23と正極体予備体25とをラミネーター24を介して貼合したのちに所定の大きさに切断することによって、電池(筐体等を除く電極構成)を形成することができる。
In addition, in the battery or battery
1A,1B 金属箔の製造装置
1C 負極体製造装置
10,10a,10b 電解液
11,111〜11n 電解槽
12 アノード体
13 カソード体
20,201〜20n 金属薄層
X 金属箔
21 負極集電体予備体
22 負極活物質
23 負極体予備体
23’ 負極体
24 セパレーター
25 正極体予備体
26 電池
30,301〜30n 整流器
40 水洗処理槽
50 剥離装置
61 負極集電体製造部
62 負極活物質塗工部
63 セパレーターコーティング部
64 ラミネーター装置
70 移動体
80,81 乾燥設備
1A, the
Claims (10)
前記電解液に浸漬されるアノード体と、
前記アノード体に対向し、該アノード体に沿って移動可能な無端ベルト又は板状体であるカソード体と、を備え、
前記電解槽は、無端ベルト又は板状体である前記カソード体に上流側から下流側にかけて複数設けられており、
前記カソード体の移動に伴って、それぞれの電解槽内の前記アノード体と該カソード体との間の通電によって該カソード体の表面に順次金属が析出し金属薄層が形成される
金属箔の製造装置。 An electrolytic cell containing an electrolytic solution;
An anode body immersed in the electrolytic solution;
A cathode body that is an endless belt or a plate-like body that faces the anode body and is movable along the anode body,
A plurality of the electrolytic cells are provided from the upstream side to the downstream side of the cathode body which is an endless belt or a plate-like body,
As the cathode body moves, metal is deposited on the surface of the cathode body sequentially by energization between the anode body and the cathode body in each electrolytic cell, and a metal foil is formed. apparatus.
請求項1に記載の金属箔の製造装置。 2. The metal foil manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a rectifier is independently connected to each of the plurality of electrolytic cells, and energization in each of the electrolytic cells is controlled by ON / OFF of a power source of the rectifier. .
請求項1又は2に記載の金属箔の製造装置により構成され、前記金属箔を含む長尺状の負極集電体予備体を製造する負極集電体製造部と、
前記負極集電体製造部における前記カソード体に沿って該負極集電体製造部よりも下流側に設けられ、移動体としての該カソード体に付着された状態で移送された前記負極集電体予備体の表面に負極活物質を塗工する負極活物質塗工部と、
を備える電池又は電池要素の製造装置。 at least,
A negative electrode current collector manufacturing unit that is configured by the metal foil manufacturing apparatus according to claim 1 or 2 and that manufactures a long negative electrode current collector preliminary body including the metal foil,
The negative electrode current collector, which is provided downstream of the negative electrode current collector manufacturing unit along the cathode body in the negative electrode current collector manufacturing unit, and is transferred while attached to the cathode body as a moving body A negative electrode active material coating part for coating a negative electrode active material on the surface of the preliminary body,
A battery or battery element manufacturing apparatus comprising:
前記電解液に浸漬されるアノード体と、
前記アノード体に対向し、該アノード体に沿って移動可能な無端ベルト又は板状体であるカソード体と、を備えた装置を用いた金属箔の製造方法であって、
無端ベルト又は板状体である前記カソード体の移動に伴い、該カソード体に対して前記電解槽内の電解液を複数回接触させ、
前記複数回の各々における前記電解槽内の前記アノード体と前記カソード体との間の通電によって該カソード体の表面に順次金属を析出させ金属薄層を形成する
金属箔の製造方法。 An electrolytic cell containing an electrolytic solution;
An anode body immersed in the electrolytic solution;
A metal foil manufacturing method using an apparatus comprising: an endless belt or a cathode body which is an endless belt or plate-like body which faces the anode body and is movable along the anode body,
With the movement of the cathode body which is an endless belt or a plate-like body, the electrolyte solution in the electrolytic cell is brought into contact with the cathode body a plurality of times,
A method for producing a metal foil, wherein a thin metal layer is formed by sequentially depositing metal on the surface of the cathode body by energization between the anode body and the cathode body in the electrolytic cell in each of the plurality of times.
請求項4に記載の金属箔の製造方法。 The method for producing a metal foil according to claim 4, wherein the contact of the electrolyte solution with the cathode body a plurality of times includes a step of continuously performing the same electrolyte solution.
請求項4に記載の金属箔の製造方法。 The method for producing a metal foil according to claim 4, wherein the contact of the electrolyte solution with the cathode body a plurality of times includes contact with a certain electrolyte solution and contact with another electrolyte solution different from the electrolyte solution.
請求項4から6のいずれかに記載の金属箔の製造方法。 The contact of the electrolyte solution with the cathode body a plurality of times is performed by sequentially contacting the electrolyte solutions in a plurality of electrolytic cells located from the upstream side to the downstream side of the cathode body. The manufacturing method of metal foil of description.
請求項4から7のいずれかに記載の金属箔の製造方法。 The method for producing a metal foil according to claim 4, wherein the cathode body is moved at a constant speed.
請求項4から8のいずれかに記載の金属箔の製造方法。 The method for producing a metal foil according to any one of claims 4 to 8, wherein the energization is performed under a condition that a current density in each of the electrolytic cells is constant.
移動体としての前記カソード体に付着された状態で前記負極集電体予備体を移送させながら、その表面に負極活物質を塗工し、その後、切断して電池又は電池要素を形成する
電池又は電池要素の製造方法。 A method for producing a metal foil according to any one of claims 4 to 9, wherein a long negative electrode current collector preliminary body including the metal foil is produced,
While the negative electrode current collector preliminary body is transferred while being attached to the cathode body as a moving body, a negative electrode active material is applied to the surface, and then cut to form a battery or a battery element. Battery element manufacturing method.
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---|---|---|---|---|
JPWO2018211916A1 (en) * | 2017-05-18 | 2020-03-12 | 富士フイルム株式会社 | Perforated metal foil, method for producing perforated metal foil, negative electrode for secondary battery and positive electrode for secondary battery |
-
2015
- 2015-01-30 JP JP2015017144A patent/JP2016141833A/en active Pending
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JPWO2018211916A1 (en) * | 2017-05-18 | 2020-03-12 | 富士フイルム株式会社 | Perforated metal foil, method for producing perforated metal foil, negative electrode for secondary battery and positive electrode for secondary battery |
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