TW201604907A - 多微孔金屬箔的製造方法及多微孔金屬箔的製造裝置 - Google Patents

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Abstract

一種多微孔金屬箔的製造方法及製造裝置，藉由使金屬箔通過圖案輥與硬質金屬輥之間，且該圖案輥在表面具有高硬度微粒，來在前述金屬箔形成微細孔時，(a)使由軟質塑料層和具有高抗拉強度的硬質塑料層所構成之積層塑料片，以前述軟質塑料層靠近前述金屬箔的一側的方式，介於前述金屬箔與前述硬質金屬輥之間，並且，(b)對前述圖案輥和前述硬質金屬輥中的至少一方賦予機械性振動。

Description

多微孔金屬箔的製造方法及多微孔金屬箔的製造裝置
本發明是關於一種有效率地製造多微孔鋁箔等的多微孔金屬箔的方法及裝置，該多微孔金屬箔適合用於鋰離子電池、鋰離子電容器、電雙層電容器(electric double-layer capacitor，EDLC)等的集電體。
為了提高鋰離子電池、鋰離子電容器、電雙層電容器等的能量密度，較佳是在集電體設置貫通孔來降低正極電位。作為集電體，廣泛使用鋁箔，貫通孔則藉由各種方法來形成。
例如，日本特開2011-74468號(專利文獻1)揭示了一種藉由對具有多個貫通孔之鋁箔同時實行拉伸加工和彎曲加工來製造高強度鋁貫通箔的方法。貫通孔具有0.2~5μm的內徑，且是藉由下述方法來形成：先藉由在將鹽酸設為主成分之電解液中的直流蝕刻來形成蝕孔(etching pit)，然後藉由化學蝕刻來控制蝕孔直徑。然而，由於蝕孔的內徑小，故活性物質無法充分地進入至貫通孔內，而無法充分提高能量密度。再者，藉由蝕刻而實行的貫通孔的形成，由於其生產性低，故不適於低價製造多微孔金屬箔。
日本特開2011-165637號(專利文獻2)揭示了一種正 極集電體的製造方法，該正極集電體是藉由正極活性物質層的形成而作成鋰離子電池用正極體，在鋁合金箔的表面(要形成正極活性物質層的一側)形成有複數個凹坑狀的孔，前述孔的平均孔徑是1.0~5μm，平均孔徑/平均孔深是1.0以下，其中，在將鋁合金箔的表面進行直流電解蝕刻後，利用有機膦酸水溶液來進行處理。然而，由於藉由直流電解蝕刻所形成的凹坑狀的孔的平均孔徑是5μm以下這樣的小孔，故還是會有活性物質無法充分地進入至凹坑狀的孔內這樣的問題。又，與專利文獻1同樣地，藉由蝕刻而實行的貫通孔的形成，其生產性低，故不適於低價製造多微孔金屬箔。
日本特開2012-186142號(專利文獻3)揭示了一種電化學器件(device)用電極的製造方法，該電化學器件用電極是積層了填充有活性物質之複數個片狀鋁多孔體而成，該製造方法的特徵在於：積層藉由填充活性物質後進行壓縮而薄化的複數個片狀鋁多孔體。片狀鋁多孔體，例如是藉由下述方法來製造：對具有三維網目狀結構之發泡樹脂的骨架，藉由電鍍法、蒸鍍法、濺鍍法、化學氣相沈積(CVD)法等來形成金屬的皮膜，該金屬在Al(鋁)的熔點以下會形成共晶合金，之後，含浸於以Al粉末、黏結劑及有機溶劑作為主成分之糊漿中，其後在非氧化性氣氛中，於550~750℃的溫度來進行熱處理。然而，此片狀鋁多孔體不僅製造方法複雜，還有因為是三維網目狀結構所以其機械強度差，進一步因為生產性低而有不適於低價製造微多孔金屬箔這樣的問題點。
有鑑於上述情事，尋求一種低價製造多孔鋁箔等的 多微孔金屬箔的方法及裝置，該多微孔金屬箔適用於鋰離子電池、鋰離子電容器、電雙層電容器等，且該多微孔金屬箔具有充份的用以保持活性物質之微細孔，並且具有高機械性強度。
〔先前技術文獻〕 (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2011-74468號公報
專利文獻2：日本特開2011-165637號公報
專利文獻3：日本特開2012-186142號公報
因此，本發明的目的在於提供一種低價地且有效地製造多微孔金屬箔的方法及裝置，該多微孔金屬箔具有充份的用以保持活性物質之微細孔，並且具有高機械性強度。
本發明人有鑑於上述目的而重覆認真研究的結果，發現了下述情事，而想到本發明：在圖案輥與對向的硬質金屬輥之間，且該圖案輥具有高硬度微粒，藉由一邊壓軋金屬箔一邊使金屬箔通過來形成多個微細孔時，(a)若使由軟質塑料層和具有高抗拉強度的硬質塑料層所構成之積層塑料片，以前述軟質塑料層靠近前述金屬箔的一側的方式，介於二輥之間，則相較於沒有介於二輥之間的情況，金屬箔的穿孔率會顯著地上升，並且，(b)若對二輥賦予振動，則即使是相同的 圖案輥，金屬箔的穿孔率也會進一步上升，且穿孔時從金屬箔脫離之破片的大部分會保持於塑料片而不會散亂。
亦即，本發明的多微孔金屬箔的製造方法，其特徵在於：藉由使金屬箔通過圖案輥與硬質金屬輥之間，且該圖案輥在表面具有高硬度微粒，來在前述金屬箔形成微細孔時，(a)使由軟質塑料層和具有高抗拉強度的硬質塑料層所構成之積層塑料片，以前述軟質塑料層靠近前述金屬箔的一側的方式，介於前述金屬箔與前述硬質金屬輥之間，並且，(b)對前述圖案輥和前述硬質金屬輥中的至少一方賦予機械性振動。
本發明的多微孔金屬箔的製造裝置，其特徵在於具備：穿孔裝置，其具備圖案輥和硬質輥，該圖案輥在表面具有多個高硬度微粒，該硬質輥以對向於前述圖案輥的方式並隔著間隙來配置；第一導引手段，其用以使金屬箔通過前述圖案輥與前述硬質輥的間隙；第二導引手段，其用以使積層塑料片通過前述金屬箔與前述硬質輥的間隙，該積層塑料片是由軟質塑料層和具有高抗拉強度的硬質塑料層所構成；及，振動手段，其對前述圖案輥和前述硬質金屬輥中的至少一方賦予機械性振動；其中，以成為自前述圖案輥側依序為前述金屬箔、前述軟質塑料層及前述硬質塑料層的配置的方式，一邊賦予機械性振動一邊使前述金屬箔和前述積層塑料片通過前述圖案輥與前述硬質輥的間隙，藉此，在前述金屬箔形成微細的貫通孔。
前述圖案輥對前述金屬箔的壓軋力，以單位長度負 載(linear load)計，較佳是50~600kgf/cm。
前述機械性振動，較佳是具有垂直於前述金屬箔之成分。前述機械性振動，較佳是藉由振動馬達來賦予，該振動馬達安裝於前述圖案輥或前述硬質金屬輥中的任一者的軸承(shaft bearing)上。藉由前述機械性振動，前述圖案輥和前述硬質金屬輥兩方皆會在上下方向(在垂直於輥間隙之方向)振動。前述機械性振動的頻率，較佳是500~2000Hz。
前述圖案輥，較佳是在表面具有高硬度微粒，該高硬度微粒具有銳角部且莫氏硬度(Mohs’ hardness)是5以上。前述高硬度微粒，較佳是具有50~500μm的範圍內的粒徑。前述微粒，較佳是以30~80%的面積比例附著於輥面。
在本發明中，由於藉由使金屬箔通過圖案輥與硬質金屬輥之間，且該圖案輥在表面具有高硬度微粒，來在金屬箔形成微細孔時，使由軟質塑料層和具有高抗拉強度的硬質塑料層所構成之積層塑料片，以前述軟質塑料層靠近前述金屬箔的一側的方式，介於金屬箔與硬質金屬輥之間，並且，對圖案輥和硬質金屬輥中的至少一方賦予機械性振動，故不僅(a)可在金屬箔高密度地形成微細的貫通孔，(b)可將形成微細的貫通孔時所產生的微細金屬箔屑的絕大部分捕捉於塑料片。因此，可低價地且有效地製造一種高密度地形成有微細的貫通孔之金屬箔。藉由本發明所製造的多微孔金屬箔，適用於鋰離子電池、鋰離子電容器、電雙層電容器等的集電體。
1‧‧‧圖案輥
2‧‧‧硬質金屬輥
3‧‧‧第一捲軸
4‧‧‧第二捲軸
5‧‧‧第三捲軸
6‧‧‧第四捲軸
7、8‧‧‧支承輥
9a、9b、10a、10b‧‧‧導引輥
10‧‧‧高硬度微粒
11‧‧‧金屬箔
11’‧‧‧多微孔金屬箔
12‧‧‧積層塑料片
12a‧‧‧軟質塑料層
12b‧‧‧硬質塑料層
12’‧‧‧使用完的積層塑料片
14‧‧‧鍍鎳層
21、22、27、28‧‧‧軸承
30‧‧‧框架
32‧‧‧振動馬達
34、36‧‧‧驅動手段
第1圖是顯示本發明的製造裝置的概略圖。
第2圖是顯示第1圖的裝置中的穿孔裝置的前視圖。
第3圖是顯示在圖案輥與硬質金屬輥之間，圖案輥的高硬度微粒在重疊於積層塑料片上的金屬箔形成貫通孔的狀態的部分擴大剖面圖。
第4圖是詳細顯示在圖案輥與硬質金屬輥之間，貫通金屬箔後之高硬度微粒所造成的金屬箔的毛邊進入至軟質塑料層的狀態的部分擴大剖面圖。
第5圖是實施例1的多微孔鋁箔的光學顯微鏡照片(25倍)。
第6圖是實施例1的多微孔鋁箔的光學顯微鏡照片(80倍)。
第7圖是比較例1的多微孔鋁箔的光學顯微鏡照片(25倍)。
第8圖是比較例1的多微孔鋁箔的光學顯微鏡照片(80倍)。
第9圖是比較例2的多微孔鋁箔的光學顯微鏡照片(25倍)。
第10圖是比較例2的多微孔鋁箔的光學顯微鏡照片(80倍)。
第11圖是比較例3的多微孔鋁箔的光學顯微鏡照片(25倍)。
第12圖是比較例3的多微孔鋁箔的光學顯微鏡照片(80倍)。
第13圖是實施例2的多微孔鋁箔的光學顯微鏡照片(25倍)。
第14圖是實施例2的多微孔鋁箔的光學顯微鏡照片(80倍)。
參照所附圖式來詳細說明本發明的實施型態，但若無特別規定，則關於一實施形態的說明亦適用於其他實施形態。又，下述說明並非用以限定本發明，在本發明的技術思想的範圍內可進行各種變化。
〔1〕製造裝置
多微孔金屬箔，較佳是藉由例如包含第1圖所示的穿孔裝置之裝置來製造。此裝置具備：圖案輥1和硬質金屬輥2；第一~第四捲軸3~6；圖案輥1和硬質金屬輥2之支承輥(backup roll)7、8；及，導引輥9a、9b、10a、10b。將從第一捲軸3退繞(rewind)出來的帶狀金屬箔11與從第二捲軸4退繞出來的帶狀積層塑料片12，藉由設置於圖案輥1的上游側之一對導引輥9a、9b來重疊後，通過圖案輥1和硬質金屬輥2之間，再將多微孔化後的金屬箔11’捲繞於第三捲軸5，並將使用完的積層塑料片12’捲繞於第四捲軸6。金屬箔11位於靠近圖案輥1的一側，積層塑料片12位於靠近硬質金屬輥2的一側。藉由支承輥7、8，圖案輥1會將充分的壓軋力均勻地施加至金屬箔11。藉由圖案輥1的下游側之導引輥10a，多微孔化後的金屬箔11’會從使用完的積層塑料片12’剝離，又，藉由導引輥10b，會將用以捲繞至第四捲軸6上的張力賦 予至使用完的積層塑料片12’。
在第1圖所示的製造裝置中，第一捲軸3、一對導引輥9a和9b、導引輥10a及第三捲軸5，作為整體而構成第一導引手段，該第一導引手段將加工前的金屬箔11和多孔化後的金屬箔11’加以饋送。當然，第一導引手段並非僅限於此構成，包含用以有效地使金屬箔11通過圖案輥1與硬質金屬輥2的間隙之所有導引手段。又，第二捲軸4、一對導引輥9a和9b及導引輥10b，作為整體而構成第二導引手段，該第二導引手段將積層塑料片12加以饋送。當然，第二導引手段並非僅限於此構成，包含用以有效地使積層塑料片12通過圖案輥1與硬質金屬輥2的間隙之所有導引手段。
較佳是設置有張力調節手段(未繪示)，該張力調節手段以使金屬箔11和積層塑料片12的張力成為實質相同的方式來進行調節。張力調節手段，通常能夠藉由分別對金屬箔11和積層塑料片12，各自組合複數可動式導引輥來構成。藉由控制1個或複數個導引輥的位置，可使分別施加在金屬箔11和積層塑料片12上的張力變動，藉此來將二者的張力一直維持在最佳狀態。
在第2圖所示的穿孔裝置中，從上方依序，支承輥7、圖案輥1、硬質金屬輥2及支承輥8，分別經由軸承27、21、22、28而旋轉自如地被支撐在一對框架30、30上。支承輥7、8為橡膠輥即可。在圖示的例子中，圖案輥1和硬質金屬輥2二方皆是驅動輥，又，硬質金屬輥2的二個軸承22、22，裝設有振動馬達32、32。圖案輥1的軸承21、21固定於 框架30、30，上下的支承輥7、8及硬質金屬輥2的軸承27、27、28、28、22、22，則可沿著一對框架30、30上下移動自如。上方的支承輥7的二個軸承27、27，裝設有驅動手段34、34，下方的支承輥8的二個軸承28、28，裝設有驅動手段36、36。上方的支承輥7將圖案輥1往下方推壓，下方的支承輥8將硬質金屬輥2往上方推壓。藉由支承輥8的推壓，硬質金屬輥2會隔著積層塑料片12和金屬箔11而推壓於圖案輥1。這意味著圖案輥1會隔著金屬箔11和積層塑料片12而被硬質金屬輥2推壓。由於圖案輥1和硬質金屬輥2分別被支承輥7、8推壓，故會防止穿孔中的彈性變形。
(1)圖案輥
圖案輥1是如第3圖所詳細顯示地，較佳是在硬質金屬輥的表面無規則地具有高硬度微粒10之輥，該高硬度微粒10具有銳角部且莫氏硬度是5以上，且圖案輥1較佳是例如日本特開2002-59487號所記載之鑽石輥。鑽石等的高硬度微粒10的粒徑較佳是50~500μm，進一步較佳是100~400μm。圖案輥1中的高硬度微粒10的面積比例(高硬度微粒10佔輥表面之比例)較佳是30~80%，進一步較佳是50~80%。高硬度微粒10是藉由鍍鎳層14等而固定於輥本體。
為了防止在對金屬箔11的穿孔中圖案輥1會撓曲，圖案輥1的輥本體較佳是藉由硬質金屬來形成。作為硬質金屬，可舉出SKD11(型號)這樣的模具鋼。
(2)硬質金屬輥
與圖案輥1對向配置之硬質金屬輥2，也為了防止穿孔中 的撓曲，而較佳是藉由模具鋼這樣的硬質金屬來形成。
〔2〕製造方法 (1)積層塑料片
積層塑料片12是由軟質塑料層12a與硬質塑料層12b所構成，該軟質塑料層12a具有貫通金屬箔11後的高硬度微粒10可易於進入的程度的柔軟性，該硬質塑料層12b具有高抗拉強度。若將軟質塑料層12a設為靠近金屬箔11的一側來使金屬箔11與積層塑料片12通過圖案輥1與硬質金屬輥2之間，則貫通金屬箔11後的高硬度微粒10可充分地進入至軟質塑料層12a，並且，即使在穿孔時對金屬箔11施加大的張力，因為硬質塑料層12b的緣故，積層塑料片12也不會延伸。
作為軟質塑料，可舉出聚烯烴類、軟質聚氯乙烯等的熱塑性可撓性聚合物。作為聚烯烴類，可舉出低密度聚乙烯(LDPE)、線狀低密度聚乙烯(LLDPE)、無延伸聚丙烯(CPP)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVAc)等。作為具有高抗拉強度的硬質塑料，可舉出聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等的聚酯類、尼龍(Ny)等的聚醯胺類、延伸聚丙烯(OPP)等的熱塑性可撓性聚合物。
軟質塑料層12a的厚度較佳是20~300μm。若軟質塑料層12a的厚度是未滿20μm，則由於圖案輥1的高硬度微粒10之中較大者會貫通軟質塑料層12a而到達硬質塑料層12b，故金屬箔11的穿孔率會降低。另一方面，軟質塑料層12a的厚度即使超過300μm，則由於已超過高硬度微粒10的進入深度，故也沒有意義。軟質塑料層12a的厚度進一步較 佳是30~150μm，最佳是30~100μm。
硬質塑料層12b的厚度也會依據硬質塑料的種類而有所不同，但只要是會對積層塑料片12賦予充分的抗拉強度者即可。具體而言，硬質塑料層12b的厚度是10~30μm程度即可。軟質塑料層12a與硬質塑料層12b可藉由厚度5~30μm程度的黏接劑來黏接，又，熱密封亦可。
(2)金屬箔
作為應穿孔的金屬箔11，較佳是鋁箔、銅箔或不銹鋼箔。特別是鋁箔可使用於鋰離子電池、鋰離子電容器、電雙層電容器等的集電體，銅箔可使用於鋰離子電池、鋰離子電容器等的蓄電器件的負極或正極。本發明的方法可使用於5~50μm程度的厚度的金屬箔11的穿孔。可以使多微孔金屬箔11適用於鋰離子電池的集電體等方式來對金屬箔11穿孔，該金屬箔11的厚度較佳是30μm以下，進一步較佳是25μm以下。
(3)穿孔方法
如第1圖所示，若將金屬箔11與積層塑料片12重疊，並將積層塑料片12設為靠近硬質金屬輥2的一側，且將軟質塑料層12a設為靠近金屬箔11的一側，來通過圖案輥1與硬質金屬輥2的間隙，則圖案輥1會壓軋金屬箔11，於是圖案輥1的高硬度微粒10會貫通金屬箔11而咬入至積層塑料片12的軟質塑料層12a。第4圖顯示藉由固定於圖案輥1上的各種尺寸的高硬度微粒10而在金屬箔11形成有各種尺寸的貫通孔(包含未貫通孔)的狀態。即使高硬度微粒10從圖案輥 1的鍍鎳層14突出的高度相異，由於軟質塑料層12a是高硬度微粒10可充分進入的厚度，故貫通金屬箔11後的高硬度微粒10會充分地咬入至軟質塑料層12a。若高硬度微粒10貫通金屬箔11，則金屬箔11會循著高硬度微粒10被複雜地切斷並牽引(拉扯)，而與高硬度微粒10一起進入至軟質塑料層12a中。由於軟質塑料層12a充分柔軟，故金屬箔11僅在貫通孔部份會被牽引而進入至軟質塑料層12a。
為了在金屬箔11形成多個貫通孔，圖案輥1的壓軋力，以單位長度負載計，較佳是50~600kgf/cm。此處，壓軋力是將施加於圖案輥1的二個軸上的負載除以金屬箔11的寬度而得之值，例如對圖案輥1的二個軸施加3噸+3噸的負載，則在將寬度30cm的金屬箔11穿孔時，壓軋力是(3000+3000)÷30=200kgf/cm。若圖案輥1的壓軋力未滿50kgf/cm，則不會形成充分數量的貫通孔。另一方面，若圖案輥1的壓軋力超過600kgf/cm，則金屬箔11會有破斷之虞。壓軋力進一步較佳是100~400kgf/cm。
積層塑料片12的軟質塑料層12a由於具有充分大的抗壓縮性，故在利用上述壓軋力而貫通金屬箔11後的高硬度微粒10進入時不會壓縮變形。因此，高硬度微粒10會在金屬箔11形成整潔的貫通孔，其時金屬箔11中不會形成皺摺或破斷等等。
(4)振動
已知藉由圖案輥1的高硬度微粒10在金屬箔11形成貫通孔時，若使圖案輥1和硬質金屬輥2機械性振動，則(a)高 硬度微粒10會深入金屬箔11，不僅貫通孔的數量會變多，貫通孔的平均孔徑也會變大，並且，(b)形成貫通孔時所產生的毛邊會附著於積層塑料片12這邊，且在將金屬箔11從積層塑料片12剝離時，毛邊會有從金屬箔11脫離的傾向，其結果，可得到在貫通孔的周圍毛邊少之多微孔金屬箔。前述機械性振動有必要至少具有垂直於金屬箔11之成分(圖案輥1的高硬度微粒10貫通金屬箔11的方向的成分)。
賦予圖案輥1和硬質金屬輥2之振動，能夠由安裝於圖案輥1的二個軸承或硬質金屬輥2的二個軸承上的振動馬達所獲得。在第2圖所示的例子中，振動馬達32、32是安裝於硬質金屬輥2的二個軸承22、22上，但亦可在圖案輥1和硬質金屬輥2二方都安裝振動馬達。無論何種，較佳是賦予圖案輥1和硬質金屬輥2二方會激烈振動的程度的大小之機械性振動。
以下，藉由第2圖所示的例子來說明。振動馬達32具有藉由安裝於馬達的旋轉軸上的不平衡配重(unbalanced weight)的旋轉來使振動發生之結構。因此，若以振動馬達32的旋轉軸成為平行於硬質金屬輥2的旋轉軸的方式來將振動馬達32、32安裝於硬質金屬輥2的二個軸承22、22上，則所發生的振動會具有垂直於圖案輥1與硬質金屬輥2的間隙之方向(將圖案輥1的高硬度微粒10垂直壓軋於金屬箔11之方向)的成分。作為這樣的振動馬達32，可使用例如URAS TECHNO股份有限公司之URAS VIBRATOR(型號)。振動頻率在100~2000Hz的範圍內適當設定即可。
藉由振動可得到上述效果(a)及(b)的理由，被認為是因為若對壓軋於金屬箔11上之圖案輥1的高硬度微粒10賦予機械性振動，則高硬度微粒10會以具有較銳利的邊緣的方式來作用，高硬度微粒10所造成的金屬箔11的切斷、及因形成貫通孔所產生的毛邊，容易從金屬箔11脫離。為了使這樣的作用發揮，較佳是圖案輥1和硬質金屬輥2整體振動。利用例如超音波振動的話，則會因為能量不足而無法得到賦予圖案輥1和硬質金屬輥2之高能振動。
(5)多微孔金屬箔的剝離
通過圖案輥1與硬質金屬輥2之間的金屬箔11及積層塑料片12，是藉由下游的導引輥10a來剝離。由於在振動下形成銳利的貫通孔時所發生的金屬箔11的毛邊的大部分，會深深地埋入積層塑料片12的軟質塑料層12a中，故將所得到的多微孔金屬箔11’從積層塑料片12剝離時，毛邊的大部分會殘留於積層塑料片12的軟質塑料層12a，又，殘餘的毛邊的大部分在剝離時會從多微孔金屬箔11’剝離。其結果，可得到具有多個貫通孔且毛邊幾乎不殘留之多微孔金屬箔11’。
〔3〕多微孔金屬箔
藉由本發明所得到的多微孔金屬箔11’，具有多個銳利切口之貫通孔。例如使用鑽石輥1，該鑽石輥1在表面以30~80%的面積比例來具有粒徑50~500μm的鑽石微粒10，對重疊於厚度30~300μm的積層塑料片12上且厚度是5~50μm程度的金屬箔11，利用50~600kgf/cm的壓軋力來形成貫通孔時，貫通孔的孔徑大約在50~400μm的範圍內，孔徑100 μm以上的貫通孔的數量是500個以上。但是，嚴格來說，由於區別高硬度微粒10所造成的凹陷與貫通孔是困難的，故藉由透光率來評估多微孔金屬箔11’的貫通孔的面積比例。透光率(%)是多微孔金屬箔11’的穿透光I相對於波長660nm的入射光I0的比例((I/I0)×100)。藉由本發明的方法所製造的多微孔金屬箔11’的透光率，雖然會依據製造條件而有所不同，但一般是0.5~5%。
藉由以下的實施例來進一步詳細說明本發明，但本發明並不限於該些例子。
〔實施例1〕
在第2圖所示的裝置中，安裝圖案輥1和硬質輥2，該圖案輥1藉由鍍鎳而使粒徑分佈是100~400μm的鑽石微粒10附著於外徑200mm的SKD11製的輥上，該硬質輥2是外徑200mm的SKD11製，並在硬質輥2的二個軸承22、22上安裝振動馬達(URAS TECHNO股份有限公司的「URAS VIBRATOR」型號：KEE-6-2B)32、32。各振動馬達32的旋轉軸是平行於硬質輥2的旋轉軸。此振動馬達是藉由偏心配重的旋轉來發生振動之結構，賦予旋轉的硬質輥2之振動(垂直於二輥1、2的間隙之方向的振動)，具有1200Hz的頻率。
將厚度20μm的鋁箔11、與由厚度40μm的聚乙烯層12a與厚度12μm的聚對苯二甲酸乙二酯層12b所構成之積層塑料片12，以將積層塑料片12設為靠近硬質輥2的一側的方式來通過旋轉的二個輥1、2之間。此時，將聚乙烯層12a設為靠近鋁箔11的一側。在此條件下，以10m/分的速度 在鋁箔11形成貫通孔。藉由從積層塑料片12剝離所得到的多微孔鋁箔11’中，並無辨識到破斷和皺摺等的缺陷。
分別將實施例1的多微孔鋁箔11’的光學顯微鏡照片(25倍和80倍)顯示於第5圖及第6圖。觀察第5圖的光學顯微鏡照片的結果，貫通孔的孔徑分佈大約是50~400μm，又，100μm以上的孔徑的貫通孔的數量是約600個/cm2。又，觀察第6圖的光學顯微鏡照片的結果，在貫通孔的邊緣，毛邊少。多微孔鋁箔11’的透光率是在1.0~1.5%的範圍內。另一方面，將剝離後的積層塑料片12的表面，利用光學顯微鏡照片(80倍)觀察的結果，確認了有殘留許多鋁箔11的毛邊。據此，可知在實施例1所得到的多微孔鋁箔11’中，在無破斷和皺摺等的缺陷的情況下，高密度地形成了毛邊少且微細的貫通孔。
〔比較例1〕
除了不對硬質輥2賦予振動以外，與實施例1相同地，藉由第2圖所示的裝置來製作多微孔鋁箔11’。分別將比較例1的多微孔鋁箔11’的光學顯微鏡照片(25倍和80倍)顯示於第7圖及第8圖中。觀察第7圖的光學顯微鏡照片的結果，貫通孔的孔徑分佈大約是50~400μm，又，100μm以上的孔徑的貫通孔的數量是約400個/cm2。又，觀察第8圖的光學顯微鏡照片的結果，在貫通孔的邊緣，毛邊相對較多。多微孔鋁箔11’的透光率是0.3%。據此，可知即便使用相同裝置，若穿孔時不賦予振動，則貫通孔的數量及透光率會降低，毛邊會變多。
〔比較例2〕
除了使用橡膠輥取代SKD11製的硬質輥來作為對向於圖案輥1之輥2且不賦予振動之外，與實施例1相同地，藉由第2圖所示的裝置來製作多微孔鋁箔11’。分別將比較例2的多微孔鋁箔11’的光學顯微鏡照片(25倍和80倍)顯示於第9圖及第10圖中。觀察第9圖的光學顯微鏡照片的結果，貫通孔的孔徑分佈大約是50~400μm，100μm以上的孔徑的貫通孔的數量是約400個/cm2。又，從第10圖可得知，在貫通孔的邊緣附著有許多毛邊。據此，可知即便使用相同裝置，藉由圖案輥1和橡膠輥且不賦予振動所形成之貫通孔的數量少、整體而言較小且毛邊多。因此，比較例2所得到的多微孔鋁箔11’的透光率低，是0.1%這樣的數值。
〔比較例3〕
除了不使積層塑料片12介於鋁箔11與硬質輥之間，且不對硬質輥2賦予振動以外，與實施例1相同地，藉由第2圖所示的裝置來製作多微孔鋁箔11’。分別將比較例3的多微孔鋁箔11’的光學顯微鏡照片(25倍和80倍)顯示於第11圖及第12圖中。觀察第11圖的光學顯微鏡照片的結果，貫通孔的孔徑分佈大約是30~200μm這樣的極小數值，又，50μm以上的孔徑的貫通孔的數量少，約為240個/cm2。又，多微孔鋁箔11’的透光率是0.03%。據此，可知即便使用相同裝置，若不使積層塑料片12介於鋁箔11與硬質輥之間且穿孔時不賦予振動，則不僅貫通孔會明顯變小，其數量也少，且透光率也會明顯變低。
〔比較例4〕
除了使僅由聚乙烯所構成之塑料片12介於鋁箔11與硬質輥2之間以外，與比較例1相同地製作多微孔鋁箔11’後，在鋁箔11中會產生破斷，而無法製作連續的多微孔鋁箔11’。鋁箔11的破斷被認為是因為聚乙烯片12由於穿孔時的張力而延伸所產生。
將實施例1及比較例1~4中所得到的多微孔鋁箔的貫通孔的孔徑分佈、100μm以上的孔徑的貫通孔的數量、及透光率彙整顯示於表1中。
〔實施例2~4〕
在與實施例1相同的裝置的二輥1、2之間，以將積層塑料片12設為靠近硬質輥2的一側的方式來使厚度12μm的銅 箔11與表2所示的積層塑料片12通過。此時，將軟質塑料層12a設為靠近銅箔11的一側。除了將賦予至旋轉的硬質輥2的振動頻率設為1200Hz以外，以與實施例1相同的條件，在銅箔11形成貫通孔。所得到的多微孔銅箔11’，在無破斷和皺摺等的缺陷的情況下，高密度地形成了毛邊少且微細的貫通孔。分別將實施例2的多微孔銅箔11’的光學顯微鏡照片(25倍和80倍)顯示於第13圖及第14圖中。在各實施例中，利用光學顯微鏡照片(80倍)觀察使用完的軟質塑料層12a的結果，確認了附著了許多銅箔的毛邊。針對各多微孔銅箔11’，以與實施例1相同的條件來測定貫通孔的孔徑分佈、100μm以上的孔徑的貫通孔的數量、及透光率。將結果顯示於表3中。
PYLEN(登記商標)P1128)。(4)OPP是二軸延伸聚丙烯(東洋紡股份有限公司製之PYLEN(登記商標)P2161)。(5)PET是聚對苯二甲酸乙二酯(東洋紡股份有限公司製之Toyobo Ester(登記商標)E5100)。(6)Ny是尼龍(東洋紡股份有限公司製之HARDEN(登記商標)N1100)。
〔比較例5〕
除了不賦予振動之外，與實施例2相同地製作多微孔銅箔11’，並測定了貫通孔的孔徑分佈、100μm以上的孔徑的貫通孔的數量、及透光率。將結果顯示於表3中。並且，比較例5的多微孔銅箔11’，在貫通孔的邊緣殘留有相對較多毛邊。
〔比較例6〕
除了不使用積層塑料片12且不賦予振動之外，與實施例2相同地製作多微孔銅箔11’，並測定了貫通孔的孔徑分佈、100μm以上的孔徑的貫通孔的數量、及透光率。將結果顯示於表3中。並且，比較例5的多微孔銅箔11’，在貫通孔的邊緣殘留有許多毛邊。
由實施例2~4及比較例5及6的結果，可知(a)若以將軟質塑料層12a設為靠近銅箔11的一側的方式來使由軟質塑料層12a與硬質塑料層12b所構成之積層塑料片12，介於銅箔11與硬質輥2之間，則能以相對較大的孔徑，在銅箔11高密度地形成毛邊少的貫通孔；以及，(b)若軟質塑料層12a的厚度是30μm以上，則銅箔11的穿孔性會成為良好。
〔參考例1〕
在實施例1的多微孔鋁箔11’的雙面，塗佈鋰離子電池的正極材料，並在120℃乾燥後進行輥壓軋。正極材料的組成，作為活性物質是鋰鎳銅錳氧化物(NCM)100重量部，作為導電助劑1是乙炔黑(電氣化學工業股份有限公司製HS-100(型號))3重量部，作為導電助劑2是石墨粉(TIMCAL公司製KS6L(型號))3重量部，作為黏結劑是聚偏二氟乙烯(PVDF)3重量部，並且，作為溶劑是N-甲基-2-吡咯酮61重量部。顯微鏡觀察的結果，確認了正極材料填充於貫通孔。據此，可知藉由本發明所得到的多微孔鋁箔，適合鋰離子電池的集電體。
1‧‧‧圖案輥
2‧‧‧硬質金屬輥
3‧‧‧第一捲軸
4‧‧‧第二捲軸
5‧‧‧第三捲軸
6‧‧‧第四捲軸
7、8‧‧‧支承輥
9a、9b、10a、10b‧‧‧導引輥
11‧‧‧金屬箔
11’‧‧‧多微孔金屬箔
12‧‧‧積層塑料片
12’‧‧‧使用完的積層塑料片

Claims (16)

  1. 一種多微孔金屬箔的製造方法，其特徵在於：在該多微孔金屬箔的製造方法中，藉由使金屬箔通過圖案輥與硬質金屬輥之間，且該圖案輥在表面具有高硬度微粒，來在前述金屬箔形成微細孔時，(a)使由軟質塑料層和具有高抗拉強度的硬質塑料層所構成之積層塑料片，以前述軟質塑料層靠近前述金屬箔的一側的方式，介於前述金屬箔與前述硬質金屬輥之間，並且，(b)對前述圖案輥和前述硬質金屬輥中的至少一方賦予機械性振動。
  2. 如請求項1所述的多微孔金屬箔的製造方法，其中，前述圖案輥對前述金屬箔的壓軋力，以單位長度負載計，是50~600kgf/cm。
  3. 如請求項1或2所述的多微孔金屬箔的製造方法，其中，前述機械性振動具有垂直於前述金屬箔之成分。
  4. 如請求項1~3中任一項所述的多微孔金屬箔的製造方法，其中，藉由振動馬達來賦予前述機械性振動，該振動馬達安裝於前述圖案輥或前述硬質金屬輥中的任一者的軸承上。
  5. 如請求項4所述的多微孔金屬箔的製造方法，其中，前述機械性振動的頻率是500~2000Hz。
  6. 如請求項1~5中任一項所述的多微孔金屬箔的製造方法，其中，前述圖案輥在表面具有高硬度微粒，該高硬度微粒具有銳角部且莫氏硬度是5以上。
  7. 如請求項6所述的多微孔金屬箔的製造方法，其中，前述 高硬度微粒具有50~500μm的範圍內的粒徑。
  8. 如請求項6或7所述的多微孔金屬箔的製造方法，其中，前述微粒是以30~80%的面積比例附著於輥面。
  9. 一種多微孔金屬箔的製造裝置，其特徵在於具備：穿孔裝置，其具備圖案輥和硬質輥，該圖案輥在表面具有多個高硬度微粒，該硬質輥以對向於前述圖案輥的方式並隔著間隙來配置；第一導引手段，其用以使金屬箔通過前述圖案輥與前述硬質輥的間隙；第二導引手段，其用以使積層塑料片通過前述金屬箔與前述硬質輥的間隙，該積層塑料片是由軟質塑料層和具有高抗拉強度的硬質塑料層所構成；及，振動手段，其對前述圖案輥和前述硬質金屬輥中的至少一方賦予機械性振動；其中，以成為自前述圖案輥側依序為前述金屬箔、前述軟質塑料層及前述硬質塑料層的配置的方式，一邊賦予機械性振動一邊使前述金屬箔和前述積層塑料片通過前述圖案輥與前述硬質輥的間隙，藉此，在前述金屬箔形成微細的貫通孔。
  10. 如請求項9所述的多微孔金屬箔的製造裝置，其中，前述圖案輥對前述金屬箔的壓軋力，以單位長度負載計，是50~600kgf/cm。
  11. 如請求項9或10所述的多微孔金屬箔的製造裝置，其中，前述機械性振動具有垂直於前述金屬箔之成分。
  12. 如請求項9~11中任一項所述的多微孔金屬箔的製造裝置，其中，藉由振動馬達來賦予前述機械性振動，該振動馬達安裝於前述圖案輥或前述硬質金屬輥中的任一者的軸承上。
  13. 如請求項12所述的多微孔金屬箔的製造裝置，其中，前述機械性振動的頻率是500~2000Hz。
  14. 如請求項9~13中任一項所述的多微孔金屬箔的製造裝置，其中，前述圖案輥在表面具有高硬度微粒，該高硬度微粒具有銳角部且莫氏硬度是5以上。
  15. 如請求項14所述的多微孔金屬箔的製造裝置，其中，前述高硬度微粒具有50~500μm的範圍內的粒徑。
  16. 如請求項14或15所述的多微孔金屬箔的製造裝置，其中，前述微粒是以30~80%的面積比例附著於輥面。
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