微多孔金屬箔的制造方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高效地制造適于鋰離子電池、鋰離子電容器、雙電層電容器等的集電體的微多孔鋁箔等微多孔金屬箔的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提高鋰離子電池、鋰離子電容器、雙電層電容器等的能量密度，優(yōu)選在集電體上設(shè)置貫通孔來降低正極電位。作為集電體，廣泛使用鋁箔，并通過各種方法來形成貫通孔。
[0003]例如，日本特開2011-74468號(hào)公開了同時(shí)對(duì)具有多個(gè)的貫通孔的鋁箔進(jìn)行拉伸加工及彎曲加工從而制造高強(qiáng)度鋁貫通箔的方法。貫通孔具有0.2?5 μπι的內(nèi)徑，通過以鹽酸為主成分的電解液中的直流蝕刻而形成蝕刻凹點(diǎn)，并通過化學(xué)蝕刻控制蝕刻凹點(diǎn)直徑而形成貫通孔。但是，由于蝕刻凹點(diǎn)的內(nèi)徑小，因此貫通孔內(nèi)無法進(jìn)入充分量的活性物質(zhì)，無法充分提高能量密度。此外，由于基于蝕刻的貫通孔的形成的生產(chǎn)率低，因此不適于廉價(jià)地制造微多孔金屬箔。
[0004]日本特開2011-165637號(hào)公開了一種制造正極集電體的方法:所述正極集電體為通過正極活性物質(zhì)層的形成而成為鋰離子電池用正極體的正極集電體，在鋁合金箔的表面(形成正極活性物質(zhì)層一側(cè))形成有多個(gè)凹點(diǎn)狀孔，且上述孔的平均孔徑為1.0?5 μπι，平均孔徑/平均孔深為1.0以下，對(duì)鋁合金箔的表面進(jìn)行了直流電解蝕刻后，用有機(jī)膦酸水溶液進(jìn)行處理。但是，由于通過直流電解蝕刻形成的凹點(diǎn)狀孔的平均孔徑小至5 μπι以下，因此仍然存在凹點(diǎn)狀孔內(nèi)無法進(jìn)入充分量的活性物質(zhì)的問題。另外，關(guān)于日本特開2011-74468號(hào)，同樣地由于基于蝕刻的貫通孔的形成的生產(chǎn)率低，因此不適于廉價(jià)地制造微多孔金屬箔。
[0005]日本特開2012-186142號(hào)公開了一種制造電化學(xué)器件用電極的方法，該電氣化學(xué)器件用電極是通過將填充了活性物質(zhì)的多個(gè)片狀鋁多孔體層疊而成的，所述方法的特征在于，將填充活性物質(zhì)后通過壓縮而變薄的多個(gè)片狀鋁多孔體層疊。片狀鋁多孔體如下制造:例如在具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的發(fā)泡樹脂的骨架上，通過鍍敷法、蒸鍍法、濺射法、CVD法等形成在Al的熔點(diǎn)以下形成共晶合金的金屬的被膜，然后含浸于以Al粉末、粘結(jié)劑及有機(jī)溶劑為主成分的糊劑，接著在非氧化性氣氛中以550?750°C的溫度進(jìn)行熱處理，由此來制造。但是，關(guān)于該片狀鋁多孔體，不僅制造方法復(fù)雜，而且存在因三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而機(jī)械強(qiáng)度差的問題。
[0006]上述方法均生產(chǎn)率低，因此不適于廉價(jià)地制造微多孔金屬箔。在廉價(jià)地制造微多孔金屬箔時(shí)，需要量產(chǎn)方法及裝置。因此，期望一種廉價(jià)地制造為了保持活性物質(zhì)而具有充分的細(xì)微貫通孔、并且具有高的機(jī)械強(qiáng)度、適宜用于鋰離子電池、鋰離子電容器、雙電層電容器等的多孔鋁箔等微多孔金屬箔的方法及裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]因此，本發(fā)明的目的在于，提供廉價(jià)且高效地制造為了保持活性物質(zhì)而具有充分的細(xì)微貫通孔、并且具有高的機(jī)械的強(qiáng)度的微多孔金屬箔的方法及裝置。
[0009]用于解決課題的方法
[0010]鑒于上述目的而深入研究的結(jié)果在于，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn):在邊擠壓邊使薄金屬箔穿過表面具有多個(gè)的高硬度微粒的圖案輥和與其對(duì)置的硬質(zhì)輥之間，從而使該薄金屬箔形成多個(gè)的細(xì)微貫通孔的情況下，如果上述金屬箔直接與高硬度微粒抵接，則上述金屬箔可能發(fā)生斷裂，但如果使薄的硬質(zhì)塑料膜夾于上述金屬箔與上述圖案輥之間、并且使厚的軟質(zhì)塑料膜夾于上述金屬箔與上述硬質(zhì)棍之間，則(a)上述金屬箔不會(huì)發(fā)生斷裂而能夠形成多個(gè)的貫通孔，并且(b)因穿孔而產(chǎn)生的上述金屬箔的毛刺附著于上述軟質(zhì)塑料膜，而能夠高效地制造高開口率的微多孔金屬箔，由此想到本發(fā)明。
[0011]S卩，一種制造微多孔金屬箔的本發(fā)明的方法，其特征在于，
[0012]在邊擠壓邊使金屬箔穿過在表面具有多個(gè)的高硬度微粒的圖案輥與硬質(zhì)輥之間，從而使上述金屬箔形成多個(gè)的細(xì)微貫通孔時(shí)，使薄的硬質(zhì)塑料膜夾于上述金屬箔與上述圖案輥之間，并且使厚于上述硬質(zhì)塑料膜的軟質(zhì)塑料膜夾于上述金屬箔與上述硬質(zhì)輥之間，
[0013]將上述金屬箔、上述硬質(zhì)塑料膜及上述軟質(zhì)塑料膜所受的張力以穿孔時(shí)上述金屬箔不發(fā)生斷裂的程度進(jìn)行相同設(shè)定。
[0014]一種制造微多孔金屬箔的本發(fā)明的裝置，其特征在于，具有:
[0015]穿孔裝置，其具備在表面具有多個(gè)的高硬度微粒的圖案輥、及以與上述圖案輥對(duì)置的方式隔著間隙配置的硬質(zhì)輥；
[0016]第一導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，其用于使金屬箔穿過上述圖案輥與上述硬質(zhì)輥的間隙；
[0017]第二導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，其用于使薄的硬質(zhì)塑料膜穿過上述圖案輥與上述金屬箔的間隙；和
[0018]第三導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，其用于使與上述硬質(zhì)塑料膜相比而更厚的軟質(zhì)塑料膜穿過上述硬質(zhì)輥與上述金屬箔的間隙；
[0019]在上述第一?第三導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上設(shè)置有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，上述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于將上述金屬箔、上述硬質(zhì)塑料膜及上述軟質(zhì)塑料膜所受的張力以穿孔時(shí)上述金屬箔不發(fā)生斷裂的程度進(jìn)行相同設(shè)定，
[0020]由此，上述硬質(zhì)塑料膜、上述金屬箔及上述軟質(zhì)塑料膜在從上述圖案棍側(cè)起依次重疊的狀態(tài)下，通過上述圖案輥與上述硬質(zhì)輥的間隙，成為形成了細(xì)微的貫通孔的微多孔金屬箔。
[0021]在本發(fā)明中，上述金屬箔的厚度優(yōu)選為5?50 μ m，上述硬質(zhì)塑料膜的厚度優(yōu)選為6?20 μ m，上述軟質(zhì)塑料膜的厚度優(yōu)選為25?300 μ m。
[0022]在本發(fā)明中，上述金屬箔優(yōu)選為鋁箔或銅箔。
[0023]在本發(fā)明中，上述硬質(zhì)塑料膜優(yōu)選為聚酯膜，上述軟質(zhì)塑料膜優(yōu)選為聚乙烯膜。
[0024]在本發(fā)明中，上述硬質(zhì)塑料膜優(yōu)選在上述金屬箔一側(cè)具有金屬薄膜。
[0025]在本發(fā)明中，上述軟質(zhì)塑料膜優(yōu)選為在具有高的拉伸強(qiáng)度及硬度的基質(zhì)膜上設(shè)置由柔軟的樹脂構(gòu)成的層而得的復(fù)合膜。上述基質(zhì)膜優(yōu)選為聚酯膜，上述柔軟的樹脂層優(yōu)選為聚乙烯層。
[0026]在本發(fā)明中，對(duì)上述金屬箔的擠壓力以線壓計(jì)優(yōu)選為50?600kgf/cm。
[0027]在本發(fā)明中，優(yōu)選為，在上述金屬箔的穿孔中，對(duì)上述圖案輥及上述硬質(zhì)輥中的至少一方賦予機(jī)械振動(dòng)。上述機(jī)械振動(dòng)優(yōu)選具有垂直于上述金屬箔的部分。
[0028]在本發(fā)明中，為了在上述金屬箔的穿孔中對(duì)上述圖案輥及上述硬質(zhì)輥中的至少一方賦予機(jī)械振動(dòng)，而優(yōu)選在上述圖案輥及上述硬質(zhì)輥中的至少一方的軸承上安裝振動(dòng)馬達(dá)。上述機(jī)械振動(dòng)的頻率優(yōu)選為30?1000Hz。
[0029]在本發(fā)明中，上述圖案輥優(yōu)選在表面具備具有尖銳角部的莫氏硬度度為5以上的多個(gè)的高硬度微粒。上述高硬度微粒優(yōu)選具有100?500 μπι的范圍內(nèi)的粒徑。上述微粒優(yōu)選在輥表面以30?80%的面積率附著。上述高硬度微粒的長徑比優(yōu)選為I?2的范圍內(nèi)。
[0030]在本發(fā)明中，上述硬質(zhì)輥優(yōu)選為金屬輥或硬質(zhì)橡膠輥。
[0031]在本發(fā)明中，為了將殘存于細(xì)微的貫通孔的邊緣部的金屬箔的碎片除去，優(yōu)選用具有上述微多孔金屬箔不發(fā)生斷裂程度的柔軟性的拋光輥滑動(dòng)接觸上述微多孔金屬箔的表面。
[0032]在本發(fā)明中，優(yōu)選為，在所述穿孔裝置的下游設(shè)置有具有平坦的表面的一對(duì)沖壓輥，所述沖壓輥沖壓所述微多孔金屬箔并使其平坦化。
【附圖說明】
[0033]圖1為表示本發(fā)明的制造裝置的示意圖。
[0034]圖2為表示圖1的裝置中的穿孔裝置的主視圖。
[0035]圖3為詳細(xì)地表示在圖案輥與硬質(zhì)輥之間，貫通硬質(zhì)塑料膜及金屬箔后的高硬度微粒進(jìn)入軟質(zhì)塑料膜的情形的部分放大剖面圖。
[0036]圖4為實(shí)施例1的微多孔鋁箔的光學(xué)顯微鏡照片(50倍)。
[0037]圖5為實(shí)施例1的微多孔鋁箔的光學(xué)顯微鏡照片(200倍)。
[0038]圖6為實(shí)施例2的微多孔銅箔的光學(xué)顯微鏡照片(50倍)。
[0039]圖7為實(shí)施例2的微多孔銅箔的光學(xué)顯微鏡照片(200倍)。
[0040]圖8為實(shí)施例2的使用后的軟質(zhì)塑料膜的光學(xué)顯微鏡照片(50倍)。
[0041]圖9為實(shí)施例3的微多孔銅箔的光學(xué)顯微鏡照片(50倍)。
[0042]圖10為實(shí)施例3的微多孔銅箔的光學(xué)顯微鏡照片(200倍)。
[0043]圖11為實(shí)施例4的微多孔銅箔的光學(xué)顯微鏡照片(50倍)。
[0044]圖12為實(shí)施例4的微多孔銅箔的光學(xué)顯微鏡照片(200倍)。
[0045]圖13為實(shí)施例4的使用后的軟質(zhì)塑料膜的光學(xué)顯微鏡照片(50倍)。
【具體實(shí)施方式】
[0046]參照所附附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明，但只要沒有說明則與一個(gè)實(shí)施方式相關(guān)的說明也適用于其他的實(shí)施方式。另外，下述說明并非限定，而可以在本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)實(shí)施各種變更。
[0047][I]制造裝置
[0048]圖1及圖2所示的微多孔金屬箔的制造裝置具備穿孔裝置(具備圖案輥I ;硬質(zhì)輥2及它們的支撐輥11、12。);第一卷軸?第六卷軸3?8 ;第一導(dǎo)輥?第三導(dǎo)輥13、14、15 ;與第二導(dǎo)輥14對(duì)置的拋光輥16 ;和具有平坦的表面的一對(duì)沖壓輥17、18。第一卷軸3放出金屬箔31，第四卷軸6將所得的微多孔金屬箔31a卷繞。第二卷軸4放出硬質(zhì)塑料膜32，第五卷軸7將使用后的硬質(zhì)塑料膜32’卷繞。第三卷軸5放出軟質(zhì)塑料膜33，第六卷軸8將使用后的軟質(zhì)塑料膜33’卷繞。
[0049]在第一卷軸3與圖案輥I及硬質(zhì)輥2的間隙之間，設(shè)置有構(gòu)成金屬箔31的第一導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)輥131，在第二卷軸4與圖案輥I及硬質(zhì)輥2的間隙之間，設(shè)置有構(gòu)成硬質(zhì)塑料膜32的第二導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)輥132，在圖案輥I及硬質(zhì)輥2的間隙與第三卷軸5之間，設(shè)置有構(gòu)成軟質(zhì)塑料膜33的第三導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)輥133。為了對(duì)金屬箔31、硬質(zhì)塑料膜32及軟質(zhì)塑料膜33所受的張力實(shí)質(zhì)上相同地進(jìn)行設(shè)定，可以對(duì)構(gòu)成第一?第三導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的輥131、132、133賦予張力微調(diào)整機(jī)能。張力微調(diào)整功能例如可以通過在第一?第三導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的輥131、132、133上設(shè)置位置調(diào)整機(jī)構(gòu)而獲得。
[0050](I)穿孔裝置
[0051]關(guān)于圖2所示的穿孔裝置，自上方起借助軸承27、21、22、28而依次將支撐輥11 ；圖案輥I ;硬質(zhì)輥2及支撐輥12分別以自由旋轉(zhuǎn)地方式支承在一對(duì)構(gòu)架30、30上。支撐輥
11、1