微多孔金属箔的制造方法及装置的制造方法_2

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2可以是金属辊或橡胶辊。在图示的示例中,图案辊I及硬质辊2两者均为驱动辊,另夕卜,在硬质辊2的两轴承22、22上安装有振动马达42、42。图案辊I的轴承21、21被固定于构架30、30,上下的支撑辊11、12及硬质辊2的轴承27、27、28,28、22、22沿着一对构架30、30上下自由移动。上方的支撑辊11的两轴承27,27上安装有驱动机构44、44,下方的支撑辊12的两轴承28、28上安装有驱动机构46、46。上方的支撑辊11向下方挤压图案辊1,下方的支撑辊12向上方挤压硬质辊2。通过支撑辊12,硬质辊2隔着软质塑料膜33/金属箔31/硬质塑料膜32被挤压至图案辊I。由于图案辊I及硬质辊2分别被挤压至支撑辊11、12,因此可防止穿孔中的弹性变形。
[0052](2)图案辊
[0053]关于图案辊1,如图3详细所示,优选为在辊主体Ia的表面随机具备具有尖锐角部的莫氏硬度度为5以上的多个的高硬度微粒10的辊,例如优选日本特开平5-131557号、日本特开平9-57860号及日本特开2002-59487号中记载的辊。
[0054]优选具有尖锐角部的高硬度微粒10为金刚石微粒,特别优选为金刚石的粉碎微粒。高硬度微粒10的粒径优选为100?600 μ m,更优选为200?500 μ m,最优选为250?400 μm。为了在金属箔31上多个形成细微的贯通孔,优选高硬度微粒10的粒径尽可能均匀。因此,优选对高硬度微粒10实施分级处理。图案辊I中的高硬度微粒10的面积率(高硬度微粒10占辊表面的比例)优选为30?80%,更优选为50?80%。高硬度微粒10通过镀镍层Ib等固粘于辊主体la。
[0055]在金属箔31的穿孔中为了防止图案辊I发生弯曲,优选图案辊I的辊主体Ia由硬质金属形成。作为硬质金属,可举出SKDll之类的模具钢。
[0056](3)硬质辊
[0057]与图案辊I对置配置的硬质辊2具有平坦的辊表面。金属箔31的穿孔中,只要是具有辊表面不发生凹陷程度的硬度的硬质辊,则可以是金属辊也可以是硬质橡胶辊。为了防止穿孔中的弯曲,硬质辊2也优选由模具钢之类的硬质金属形成。在硬质橡胶辊的情况下,肖氏A硬度优选为80?95。
[0058](4)抛光辊
[0059]穿孔后的状态下的微多孔金属箔31a上,不仅有无毛刺(附着于边缘部的金属箔的碎片)的完美的贯通孔,还有残留有毛刺的贯通孔。若部分附着于边缘部的毛刺在之后的工序中脱落,则可能给锂离子电池或电容器等带来不良作用。为了避免这样的问题,优选预先除去容易脱落的毛刺。为此,优选如图1所示,使穿孔后的状态下的微多孔金属箔31a穿过导辊14和与其对置的抛光辊16之间,使抛光辊16的旋转速度比微多孔金属箔31a的移动速度更快,进行将容易脱落的毛刺除去的抛光。必须以毛刺的除去工序中微多孔金属箔31a不发生断裂的方式调整抛光辊16的材质及旋转速度。为此,优选为,例如以微多孔金属箔31a不发生断裂的程度而使具有柔软的纤维的抛光辊16以微多孔金属箔31a不发生断裂的程度的速度进行旋转。
[0060](5)冲压辊
[0061]即便是抛光后的微多孔金属箔31b,仍处于部分贯通孔的边缘部牢固地附着有毛刺的状态,因此表观赏比原金属箔31厚。在期望薄的微多孔金属箔的情况下,通过冲压加工使微多孔金属箔31b的贯通孔的毛刺平坦化。微多孔金属箔31b的冲压加工时,优选使用具有平坦的表面的一对冲压辊17、18。各冲压辊17、18优选由硬质金属构成。冲压加工使附着于贯通孔的边缘部的状态下的毛刺平坦化,得到比微多孔金属箔31b更薄的(与金属箔31大致相同厚度的)微多孔金属箔31c。关于冲压后的微多孔金属箔31c,由于平坦化后的毛刺将贯通孔部分地覆盖,因此开口率稍有降低。
[0062][2]制造方法
[0063](I)金属箔
[0064]作为可穿孔的金属箔31,优选铝箔、铜箔或不锈钢箔。特别是铝箔可以用于锂离子电池、锂离子电容器、双电层电容器等的集电体,铜箔可以用于锂离子电池、锂离子电容器等的负极或正极。本发明的装置可以用于5?50 μπι左右的厚度的金属箔31的穿孔。为了适于将微多孔金属箔31用于锂离子电池的集电体等,金属箔31的厚度的上限优选为40μηι,更优选为30μηι,最优选为25 μπι。另外,金属箔31的厚度的下限在实用上可以为
10μ mD
[0065](2)硬质塑料膜
[0066]关于夹于图案辊I与金属箔31之间的硬质塑料膜32,需要(a)即便在应穿孔的金属箔31所受的张力下也不发生延伸,而且(b)具有即便高硬度微粒10贯通也几乎不会变形的程度的高拉伸强度及硬度、以及适度的厚度,并且(c)具有被挤压的高硬度微粒10可容易地贯通的程度的柔软性及厚度。因此,硬质塑料膜32优选由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯类、尼龙(Ny)等聚酰胺类、拉伸聚丙烯(OPP)等热塑性可挠性聚合物形成。
[0067]为了满足上述条件(a)?(C),硬质塑料膜32的厚度可以根据硬质塑料的种类来适当决定。例如在硬质塑料膜32由PET形成的情况下,其厚度优选为6?20 μπι。考虑到使用其他硬质塑料的情况,硬质塑料膜32的厚度一般可以为5?30 μπι左右。如果硬质塑料膜32薄于5 μ m,则不具有充分的拉伸强度,因此,有时因金属箔31所受的张力、穿孔所受的应力而变形,因此有时成为金属箔31断裂的原因。另一方面,若硬质塑料膜32厚于30 μ m,则高硬度微粒10难以贯通,无法在金属箔31上以高密度形成贯通孔。硬质塑料膜32的优选厚度为8?15 μπι。
[0068]为了提高自穿孔后状态下的微多孔金属箔31a的剥离性,优选在硬质塑料膜32的金属箔一侧的表面形成金属薄膜。金属薄膜优选由铝、镍、钛、碳等形成,从成本的观点出发更优选铝薄膜。只要能够确保微多孔金属箔31a的剥离性,则金属薄膜的厚度不受限定。金属薄膜可以通过物理蒸镀法、溅射法、化学蒸镀法等形成。
[0069](3)软质塑料膜
[0070]通过图案辊I与硬质辊2之间时,软质塑料膜33位于金属箔31的外侧(与硬质塑料膜32相反一侧),夹于金属箔31和硬质辊2之间。因此,需要(a)贯通硬质塑料膜32及金属箔31后的高硬度微粒10可嵌入的程度的柔软性及厚度,并且(b)具有能够使高硬度微粒10贯通金属箔31所需要的挤压力自硬质辊2起进行传递的程度的强度及硬度。这样的软质塑料膜33优选由聚烯烃类、软质聚氯乙烯等柔软的热塑性聚合物形成。作为聚烯烃类,可举出低密度聚乙烯(LDPE)、线状低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、无拉伸聚丙烯(CPP)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVAc)等。
[0071]软质塑料膜33的厚度优选为30?300 μπι。若软质塑料膜33的厚度小于30 μm,则贯通硬质塑料膜32及金属箔31后的高硬度微粒10有时也会贯通软质塑料膜33、并与硬质橡胶辊2接触。另一方面,若软质塑料膜33的厚度超过300 μ m,则金属箔31穿孔时软质塑料膜33的变形量过大,有时金属箔31发生断裂。软质塑料膜33的厚度更优选为40?250 μ m,最优选为50?200 μ m。
[0072]软质塑料膜33优选设为,在ΡΕΤ、0ΡΡ这样的具有高拉伸强度及硬度的基质膜上设置LLDPE、EVAc这样的柔软树脂所构成的层(密封层)而成的复合膜。基质膜的材质可以与硬质塑料膜32的材质相同。另外,密封层的材质可以与软质塑料膜33的材质相同。密封层的厚度优选为20?200 μ m。在硬质棍2为金属棍的情况下,密封层的厚度优选为100?200 μπι。另外,在硬质棍2为硬质橡胶棍的情况下,密封层的厚度优选为20?100 μπι。在软质塑料膜33为复合膜的情况下,密封层位于金属箔31 —侧。
[0073](4)张力
[0074]用图案辊I和硬质辊2在金属箔31上形成贯通孔时,若金属箔31所受的张力大于硬质塑料膜32及软质塑料膜33所受的张力,则金属箔31受到过重的应力,金属箔31发生断裂。另一方面,若金属箔31所受的张力小于硬质塑料膜32及软质塑料膜33所受的张力,则金属箔31上产生褶皱。因此,需要将金属箔31、硬质塑料膜32及软质塑料膜33所受的张力设定为实质上相同。在此,“张力实质上相同”的含义为,并不限于金属箔31、硬质塑料膜32及软质塑料膜33所受的张力完全相同的情况,而是在金属箔31的穿孔的全部工序(从金属箔31与图案辊I接触起、至剥离硬质塑料膜32及软质塑料膜33为止)中,在能够充分防止金属箔31的断裂或褶皱的程度上,使金属箔31、硬质塑料膜32及软质塑料膜33所受的张力相近。
[0075]为了将金属箔31、硬质塑料膜32及软质塑料膜33所受的张力设定为实质相同,优选在导辊131、132、133的轴上设置张力感知机构(未图示)及位置调节机构(未图示),从而基于所感知的张力以使它们变得相同的方式调节导辊131、132、133的位置。这样,导辊131、132、133能够作为张力微调整用辊来发挥作用。
[0076](5)穿孔方法
[0077]如图1所示,从图案辊I侧起依次为硬质塑料膜32、金属箔31及软质塑料膜33,使它们与图案辊I接触。硬质塑料膜32、金属箔31及软质塑料膜33与图案辊I相接触的位置均优选为图案辊I与硬质橡胶辊的间隙(金属箔31的挤压位置)的上游侧。当然,也可以利用另外的辊(未图示)而通过实质上相同的张力将硬质塑料膜32、金属箔31及软质塑料膜33重叠后,使其进入图案辊I与硬质橡胶辊的间隙。
[0078]若在硬质塑料膜32、金属箔31及软质塑料膜33重叠的状态下边进行挤压边使其通过图案辊I与硬质辊2的间隙,则如图3所示,在图案辊I的高硬度微粒10贯通硬质塑料膜32后,金属箔31也贯通,并嵌入软质塑料膜33。因贯通孔的形成而产生的金属箔31的碎片35为以下任一种,(I)从贯通孔的边缘部离脱,被埋设于软质塑料膜33,或者(2)部分地附着于贯通孔的边缘部。高硬度微粒10存在粒径分布,但由于软质塑料膜33足够厚,因此嵌入软质塑料膜33的高硬度微粒10不会到达硬质辊2。
[0079]为了在金属箔31上形成多个的贯通孔,图案辊I的挤压力以线压计优选为50?600kgf/cmo挤压力为施加于图案辊I的两轴的负荷除以金属箔31的宽度而得的值,例如在图案辊I的两轴施加3吨+3吨的负荷,则对宽度
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