JP4135218B2 - リチウム電池用リチウムシートの製造方法 - Google Patents

リチウム電池用リチウムシートの製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム電池の負極に用いられるリチウムシートの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリチウムシートの製造方法としては２本の金属製バックアップロールに挟まれた２本の樹脂製ワークロールを用いて、前記金属製バックアップロールの左右の上方から荷重をかけることによって圧延を行なっていた。この方法では、前記樹脂製ワークロールおよび金属製バックアップロールの表面をできるだけ平滑に加工して圧延を行っていた。例えば、特開平７ー２９９５０４号公報ではロールの表面凹凸は10μm 以下となっている。しかし、この方法では幅の狭いリチウムシートを圧延する際、リチウムシートの蛇行および片寄りにより連続して圧延を行うことが困難であった。一般的に連続圧延の際の蛇行及び片寄りを防止する方法としては、
１）シートの蛇行及び片寄り方向を検出し、ロール左右の荷重を精密にコントロールする方法
２）シートの幅を広くし、シートの幅方向の抵抗を大きくする方法
３）ワークロール表面に圧延方向と平行な方向に溝を付け、シートの幅方向の抵抗を大きくする方法
等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術で述べた１）〜３）の方法では、以下の問題点がある。
【０００４】
１）の方法では、装置が大がかりで高価なものになる。また、ワークロール及びバックアップロールの表面が平滑であれば当然それによって圧延されるリチウムシート表面も平滑となるため、電池の負極材として使用する場合、表面積が小さくなることにより全体として表面抵抗が大きくなり、大電流放電に不利になる。
【０００５】
２）の方法では、必要寸法が幅狭の場合、打抜き又はスリットをせねばならず、材料が無駄になる。また、打抜きの場合は打抜き金型の性質上コーナー部にはＲがついてしまうため、電池容量的に不利になる。
【０００６】
３）の方法では、ワークロール表面に溝をつけてもバックアップロール及びシートによって削られ、ワークロール表面は次第に変化し、平滑になっていく。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大電流放電に適した表面積の大きなリチウムシートをリチウム電池に無駄なく使用することである。
【０００８】
そして、ロール左右の精密な荷重コントロールをすることなくリチウムを圧延し、幅狭のリチウムシートを製造することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
図１に示すように、樹脂製のワークロール１、２と金属製のバックアップロール３、４を用いて潤滑剤５を供給しながらリチウムシート６を圧延する。その際、ワークロール１、２にリチウムシート６の蛇行及び片寄りを防止するための溝を均一に安定してつけるため、図２に示すバックアップロール３、４の表面に図３に示すようなピッチＰが 0.02 〜1.0mm で、高さＨが0.01 〜0.1mm の定ピッチの山を設け、そのバックアップロール３、４の表面形状をワークロール１、２の表面に転写しながら圧延する。これにより、ワークロール１、２の表面には常に安定した形状の溝が保たれ、幅狭のリチウムシートであっても蛇行、片寄りを起こすことなく安定して連続圧延を行なうことができる。この定ピッチの山はピッチ、高さともにこの値よりも大きければ、ワークロール１、２とリチウムシート６の接触面積が大きくなることにより摩擦抵抗が大きくなり、リチウムシート６の圧下率が低下するし、山の高さより薄いリチウム箔を圧延することはできない。ピッチ、高さともにこの値よりも小さいと旋盤加工の際のバイト先端の摩耗によりロール全体の均一な加工が困難となる。この方法によりリチウムシート表面にはバックアップロール３、４よりワークロール１、２を介して間接的に定ピッチの山が転写され、圧延の進行方向に平行に筋が入るため、リチウムシート表面の表面積が大きくなり、大電流放電に有利になる。また、必要寸法のままで圧延できるため、定寸法に切断すれば図４のようにコーナー部にＲのないリチウムシートを薄型電池に提供することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、図面に基づき本発明の一実施例を説明する。図１に示すように、直径33mmのポリプロピレン製のワークロール１、２と、図２、３に示すようなピッチＰが0.1mm 、高さＨが0.03mmの表面加工を施した直径40mmのステンレス製のバックアップロール３、４を用いて、上方向からバックアップロール３、４の左右均等に30〜70kgの荷重７をかけ、幅１７mmで厚さ200 μm のリチウムシート６を圧延した。このとき潤滑材５としてトルエンを１分間に１ｇの割合でリチウムシート６上に滴下した。また、駆動は下側のワークロール２のみをモーターに連結し、20rpm の回転数にて運転したが、上下のワークロールをギアで連結することにより、同時駆動としてもよい。また、このとき200 μm のリチウムシートが巻いてある巻き出しリール８にはブレーキをかけ、圧延されたリチウムシートを巻き取る巻き取りリール９にはトルクモーターを用いて、それぞれのリチウムシートが降伏点に達しない程度のテンションをかけた。この方法により、40μm の厚さのリチウムシート１０を±3 μm の精度で連続して得ることができた。ワークロールの径と山高さ、荷重と潤滑剤の量を変化させることにより、リチウムシート１０の厚さは、25μm 以上であれば自由に変えることができる。また、リチウムシート１０の厚さを50μm 以上にするのであれば、高分子量ポリエチレン製のワークロール１、２を用いても良い。また、バックアップロール３、４をジュラルミン又は黄銅製にすれば切削性が良くなり、加工をより均一に行うことができる。上記方法によって得られたリチウムシートには、両側表面にワークロール１、２から転写された、圧延方向と平行の 0.1mmピッチの筋が連続して入っており、また、必要寸法で圧延されているため、定寸法で切断すれば、図４のようなコーナー部にＲのないリチウムシートを無駄なくリチウム電池に提供することができる。
【００１１】
また、上記リチウムシートを負極として用いたフィルム状リチウム電池を作製し、従来の表面が平滑なリチウムシートを負極として用いたフィルム状リチウム電池と、その放電特性を比較した。両電池を−20℃の雰囲気下において0.15秒のパルス放電を行い、その時の流れた電流値と降下した電圧値から抵抗値を求めて、図５に示した。これによると本発明によるリチウムシートを負極として用いたフィルム状リチウム電池は、従来の表面が平滑なリチウムシートを負極として用いたフィルム状リチウム電池に比べ、同じ放電電流でも抵抗値が30〜40％小さくなっているのがわかる。
【００１２】
本発明は上述のとおり構成されているので、ワークロールには常に安定した溝を保つことができ、その溝を筋としてリチウムシートに連続して転写することができる。
【００１３】
これにより、幅狭のリチウムシートであっても、蛇行、片寄りを起こすことなく連続して圧延することができる。
【００１４】
そして、本発明の製造方法によって製造されたリチウム電池用リチウムシートは、表面抵抗が小さく大電流放電に適したものとなる。従って、高性能なリチウム電池を提供することができる。
【００１５】
【発明の効果】
ロール左右の精密な荷重コントロールをすることなくリチウムを圧延し、幅狭のリチウムシートを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧延方法を示す概略図である。
【図２】本発明に用いるバックアップロールの平面図である。
【図３】図２に示すバックアップロールのＡ部の表面形状を示す拡大図である。
【図４】従来と本発明のリチウムシートを示す平面図である。
【図５】従来電池と本発明電池の低温パルス放電特性を示す図である。
【符号の説明】
１、２ ワークロール
３、４ バックアップロール
５ 潤滑剤
６ 圧延前のリチウムシート
７ 荷重
８ 巻き出しリール
９ 巻き取りリール
１０ 圧延後のリチウムシート

Claims (3)

  1. ワークロール１、２とバックアップロール３、４を用いてリチウムシート６を圧延する際、バックアップロール３、４の表面に山を設け、そのバックアップロール３、４の表面形状をワークロール１、２の表面に転写しながら圧延することにより、リチウムシート６の表面に筋を入れることを特徴とするリチウム電池用リチウムシートの製造方法。
  2. 前記バックアップロール３、４の表面の山が、ピッチ 0.02 〜1.0mm 、高さ 0.01 〜0.1mm であることを特徴とする請求項１記載のリチウム電池用リチウムシートの製造方法。
  3. トルエンをリチウムシートに滴下して圧延する請求項１又は２のいずれかに記載のリチウム電池用リチウムシートの製造方法。
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