JP2022171349A - 電極材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切断品質を向上することができる電池の電極材料の製造方法を提供する。【解決手段】一方の面と他方の面の表面粗さに差を有する金属箔をギャングスリッタ装置で加工する工程を有し、この工程において、表面粗さが小さい面側に回転刃への入射角を有する、または、表面粗さが小さい面に接する回転刃の周速が表面粗さが大きい面に接する回転刃の周速よりも速い。【選択図】図６

Description

本開示は電池の電極材料の製造方法に関する。

特許文献１には、回転刃を上方及び下方にそれぞれ配置し、回転刃の上刃及び下刃が重複する加工点に金属材料を搬送して、金属材料を切断するギャングスリッタ装置が開示されている。

特開２０１５－０８５３９１号公報

電池の電極材料として用いられる金属箔は表面と裏面とで表面粗さに差を有するため、通常のギャングスリッタ装置で加工した場合、表面粗さの差により加工時のせん断クラック起点の入り方に差ができて、切断品質（切断部に千切れ、バリ、カエリが発生）が低下してしまう可能性がある。より具体的には表面粗さが大きい面は、表面粗さが小さい面に比べてせん断クラック起点が入りやすい。

本開示は、以上の問題点に鑑み、切断品質を向上することができる電池の電極材料の製造方法を提供することを目的とする。

本願は、電極材料の製造方法であって、一方の面と他方の面の表面粗さに差を有する金属箔をギャングスリッタ装置で加工する工程を有し、この工程において、表面粗さが小さい面側に回転刃への入射角を有する、または、表面粗さが小さい面に接する回転刃の周速が表面粗さが大きい面に接する回転刃の周速よりも速い、電極材料の製造方法を開示する。

本開示の電極材料の製造方法によれば、表面粗さが小さい面（せん断クラック起点が入りにくい面）に対して、せん断クラック起点を入りやすくすることで、両面に生じるクラックがつながりやすくなり、切断品質を向上できる。

図１は、ギャングスリッタ装置１０の構造を説明する図である。 図２は、スリット２０を説明する斜視図である。 図３は、スリット２０を説明する図である。 図４は、スリット２０を説明する図である。 図５は、スリット２０を説明する図でせん断部分である。 図６は、第一の態様について説明する図である。 図７は、第一の態様の試験例の結果について説明する図である。 図８は、従来例におけるせん断の例を説明する図である。 図９は、第二の態様の試験例の結果について説明する図である。

１．ギャングスリッタ装置の基本的構成
初めにギャングスリッタ装置の基本的構成を説明する。図１～図５に１つのギャングスリッタ装置１０の基本的構成を模式的に表した。
ギャングスリッタ装置１０は、電池の電極となる金属箔Ｍｅが巻かれたコイルＣ１０が装着され、帯状の金属箔Ｍｅを順次巻き出すアンコイラ（不図示）、コイルＣから引き出された帯状の金属箔Ｍｅを該帯が延びる方向に平行にせん断加工して帯の幅方向に分割し、複数の帯状のスリットＳ１～スリットＳ４を形成するスリッタ２０、及び、得られたスリットＳ１～Ｓ４を巻き取ってコイルＣ１１～コイルＣ１４を形成するリコイラ（不図示）を有している。その他ギャングスリッタ装置１０には、公知のギャングスリッタ装置に備えられる部材を備えることができる。これには例えば金属箔ＭｅやスリットＳ１～スリットＳ４の張力を調整するためのテンションローラ等を挙げることができる。

本形態でスリッタ２０は金属箔Ｍｅの幅方向に３つ並べるように配置されており、これにより４つのスリットＳ１～スリットＳ４を形成することができるように構成されている。ただし、本開示はこれに限定されることはなく、必要に応じて１つ以上のスリッタが設けられていればよい。

図２～図５には１つのスリッタ２０を説明するための図を示した。図２は斜視図、図３はスリッタの回転軸を紙面奥／手前とし、金属箔Ｍｅが送られる方向を紙面右から左とする方向から見た図、図４はスリッタの回転軸を紙面左右とし、金属箔Ｍｅが送られる方向を紙面奥から手前とする方向からみた図、及び、図５は図４にＶで示した部分（金属箔Ｍｅがせん断される部分）を拡大して表した。

これら図からわかるように、スリッタ２０は回転する円板状の上刃２１及び回転する円板状の下刃２２を有している。上刃２１は円板の中心を通る回転軸線Ｌ１を中心に回転可能とされ、下刃２２は円板の中心を通る回転軸線Ｌ２を中心に回転可能とされている。
上刃２１と下刃２２とは金属箔Ｍｅを挟んでその表側と裏側となる位置に回転軸線Ｌ１と回転軸線Ｌ２とが平行となるように配置される。またこのとき回転軸線Ｌ１及び回転軸線Ｌ２が延びる方向は帯状である金属箔Ｍｅの幅方向と同じ向きとされるとともに、回転軸線Ｌ１と回転軸線Ｌ２とは金属箔Ｍｅが送られる方向には同じ位置に配置される。

図４、図５からわかるように、図４、図５の視点で上刃２１は、少なくとも金属箔Ｍｅのせん断加工時に金属箔Ｍｅ（スリット）の一方の面であるＳ面に接触する。一方、図４、図５の視点で下刃２２は、少なくとも金属箔Ｍｅのせん断加工時に金属箔Ｍｅ（スリット）の他方の面であるＭ面に接触する。
また、金属箔Ｍｅの幅方向について、上刃２１と下刃２２とは図５からよくわかるように、金属箔Ｍｅの幅方向にずらされるように配置され、このときには当該方向にＧの大きさのクリアランスが設けられる。当該Ｇの大きさは特に限定されることはないが金属箔Ｍｅの厚みに対して１％以上３５％以下であることが好ましく、より好ましくは１％以上１０％以下である。クリアランスを設けることにより上刃２１と下刃２２との接触を回避することができ、上刃２１及び下刃２２の耐摩耗性、すなわち耐久性を向上させることが可能となる。ただし、クリアランスが大きすぎると金属箔Ｍｅがクリアランスの部分に入り、いわゆる噛み込みが生じたり、金属箔Ｍｅの表裏のクラックがつながり難くなったりする。また、クリアランスは小さい方が良いが、上刃自体の振れ、下刃自体の振れ、及び、その配置の精度の観点からクリアランスを小さくしすぎると上刃と下刃との接触が生じるため、当該振れや精度を考慮した上で上刃と下刃との接触が生じないクリアランスを取ることが好ましい。

以上のようなギャングスリッタ装置１０により金属箔Ｍｅがスリッタ２０により複数のスリットＳ１～スリットＳ４に分割される。すなわち、不図示のアンコイラに設置されたコイルＣ１０から金属箔Ｍｅが巻き出され、当該金属箔Ｍｅが回転駆動された上刃２１及び下刃２２がそれぞれ反対方向に金属箔Ｍｅを押圧して図５に示したように金属箔Ｍｅがせん断加工され、スリットＳ１～スリットＳ４に分けられる。
複数のスリットＳ１～スリットＳ４は個別に不図示のリコイラで巻き取られ、コイルＣ１１～コイルＣ１４とされる。

２．金属箔
本開示でスリットとされる金属箔は電池の電極となる箔である。従ってその材質としては、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、及び、銅等を挙げることができる。その厚みは特に限定されることはないが、例えば、０．１μｍ以上１ｍｍ以下の範囲とすることができる。

また、金属箔はその表裏面で表面粗さが異なっている。電解法等で作製された金属箔はその表裏で表面粗さの差が生じ、一方の面が平滑かつ光沢を有するＳ面（シャイニー面）となり、他方の面が微小な凹凸が多く光沢がないＭ面（マット面）となる。
具体的な表面粗さは特に限定されることはないが、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１（ＩＳＯ ４２８７－１９９７）の最大高さＲｚで、Ｓ面が３．０μｍ以上６．０μｍ以下、Ｍ面が４．０μｍ以上１０．０μｍ以下程度であり、Ｓ面とＭ面とのＲｚの差は０．５μｍ以上程度である。

３．電極材料の製造方法
３．１．第一の態様
図６には第一の態様にかかる電極材料の製造方法を説明する図を示した。図６は図３と同じ視点による図である。図６からわかるように、本態様では金属箔ＭｅのＳ面側に入射角θを有するように、金属箔Ｍｅをスリット２０に到達させるようにしてスリットＳ１～スリットＳ４を形成する。ここで、「金属箔ＭｅのＳ面側に入射角θを有する」とは、図６の視点で上刃２１の回転軸線Ｌ１と下刃２２の回転軸線Ｌ２とを結ぶ線Ｒに直交する線Ｈに対してＳ面が概Ｓ面に触れる刃（本態様では上刃２１）側に寄せるようにθが０°より大きく９０°以下となる範囲で傾かせることを意味する。当該θは好ましくは１°以上４５°以下である。このように入射角θを調整する方法は特に限定されることはないが、図６に示したように中間ローラ３０を上刃２１とアンコイラとの間に配置することにより行うことができる。

このように金属箔ＭｅのＳ面側に入射角θを有するように金属箔Ｍｅをスリット２０に入射させることにより、せん断クラック起点が入りにくい面であるＳ面に対して、せん断クラック起点を入りやすくすることで、Ｓ面とＭ面との両面に生じるクラックがつながりやすくなり、切断品質を向上できる。

図７に試験結果を示した。使用した金属箔はニッケル箔であり、Ｓ面の表面粗さＲｚが４．５μｍ、Ｍ面の表面粗さＲｚが５．５μｍである。
従来例として金属箔のＳ面側に入射角θを有することなく（すなわちθ＝０°）金属箔からスリットを形成した。
本開示の例として金属箔のＳ面側に入射角θ＝１．５°として金属箔からスリットを形成した。

その結果、従来例では図７の上側の図のようにスリットの縁に千切れが発生したが、本開示の例では図７の下側の図のようにスリットの縁に千切れが発生しなかった。
これは、従来例では図８に示したように、せん断クラックが入りやすいＭ面でクラックが入るタイミングとせん断クラックが入りにくいＳ面でクラックが入るタイミングとが大きく異なることで両方のクラックがつながりにくいことから千切れが発生したと考えられる。一方、本開示の例では入射角を有しているのでＳ面でクラックが入りやすくなり、Ｍ面でクラックが入るタイミングと合いやすいことからクラックがつながりやすく千切れ等の不具合が発生しにくくなる。

同様に、本開示の例としてニッケル箔で、Ｓ面の表面粗さＲｚが５．７μｍ、Ｍ面の表面粗さＲｚが７．０μｍで同様に試験を行ったが同じ結果を得ることができた。

３．２．第二の態様
第二の態様では入射角を有しない（θ＝０°）とする代わりに、Ｓ面に接する刃（本形態では上刃２１）をＭ面に接する刃（本形態では下刃２２）より速く回転させることで金属箔からスリットを形成する。
上刃と下刃との回転速度（周速）の差は、特に限定されることはないが、０．５％以上３％以下程度とすることができる。

このように金属箔ＭｅのＳ面に接する刃（本形態では上刃２１）の回転速度をＭ面に接する刃（本形態では下刃２２）の回転速度より速くすることにより、せん断クラック起点が入りにくい面であるＳ面に対して、せん断クラック起点を入りやすくすることで、Ｓ面とＭ面との両面に生じるクラックがつながりやすくなり、切断品質を向上できる。

図９に試験結果を示した。使用した金属箔はニッケル箔であり、Ｓ面の表面粗さＲｚが４．５μｍ、Ｍ面の表面粗さＲｚが５．５μｍである。
従来例として金属箔のＳ面側に入射角θを有することなく（すなわちθ＝０°）、上刃と下刃の周速を同じとして金属箔からスリットを形成した（条件、結果は上記第一の態様の従来例と共通）。
本開示の例として金属箔のＳ面側に入射角θを有することなく（すなわちθ＝０°）、Ｓ面に接する刃（本形態で上刃）の周速をＭ面に接する刃（本形態で下刃）の周速より１％速くなるように回転させ、金属箔からスリットを形成した。

その結果、従来例では図７の上側の図のようにスリットの縁に千切れが発生したが、本開示の例では図９のようにスリットの縁に千切れが発生しなかった。
これは、従来例では図８に示したように、せん断クラックが入りやすいＭ面でクラックが入るタイミングとせん断クラックが入りにくいＳ面でクラックが入るタイミングとが大きく異なることで両方のクラックがつながりにくいことから千切れが発生したと考えられる。一方、本開示の例ではＳ面に接する刃の周速をＭ面に接する刃の周速より速く回転させることでＳ面でクラックが入りやすくなり、Ｍ面でクラックが入るタイミングと合いやすいことからクラックがつながりやすく千切れ等の不具合が発生しにくくなる。

３．３．その他
以上第一の形態及び第二の形態は個別の形態として説明したが、これら２つの形態を組み合わせて適用してもよい。

１０ ギャングスリッタ装置
２０ スリッタ
２１ 上刃
２２ 下刃

Claims (1)

1. 電極材料の製造方法であって、
   一方の面と他方の面の表面粗さに差を有する金属箔をギャングスリッタ装置で加工する工程を有し、
   前記工程において、表面粗さが小さい面側に回転刃への入射角を有する、または、表面粗さが小さい面に接する回転刃の周速が表面粗さが大きい面に接する回転刃の周速よりも速い、
   電極材料の製造方法。

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