专利名称：生产二次电池集流器的装置和方法
技术领域：
本发明涉及生产在集流器上形成开口的二次电池集流器的装置和方法。通常，二次电池能够充电和放电，且分为镍-镉(Ni-Cd)电池、镍氢(Ni-MH)电池、锂二次电池等等。
具体地说，与镍-镉或镍-氢电池比较，从每单位重量的能量密度来说越来越需要锂二次电池。锂二次电池根据使用电解质的类型分为液体电解质电池和固体电解质电池。通常，使用液体电解质的电池被称作锂离子电池，而使用聚合物电解质的电池被称作锂聚合物电池。
锂二次电池包括由依次层叠的正极板、隔板和负极板构成的电池元件，和容纳电池元件的外壳。每个正极板和负极板都具有集流器和在集流器上形成的活性材料层。在正负极集流器的表面上形成许多开口，以提供在表面上形成的活性材料之间的离子导电性。
根据开口形成的方法，正极和负极集流器可以分为在集流器上通过加压形成开口的冲压金属型、在集流器上形成切口然后膨胀到两边形成开口的膨胀金属型、和浸蚀集流器形成开口的浸蚀金属型。
图1表示了通过浸蚀法生产集流器的工艺流程。
参考图1，下面将简要地描述生产集流器的常规方法。
首先，制备用作正极或负极集流器源材料的铝箔或铜箔(步骤S10)。然后，使金属箔脱脂除去粘附于其表面的杂质(步骤S20)。
其次，将干保护膜涂覆于源材料的一面(步骤S30)。
在具有保护膜的源材料上排列着具有与开口对应图案的光掩模，然后暴露于紫外线下(步骤S40)。当完成曝光时，在保护膜上所得到的结构显影形成与每个开口图案相同的图案(步骤S50)。
然后，在源材料上均匀地涂覆蚀刻剂形成开口(步骤S60)。然后，剥去保留在源材料上的保护膜(步骤S70)，接着在适当的温度下干燥形成所需要的正极集流器或负极集流器(步骤S80)。
然而，常规的技术存在下列问题。
根据浸蚀金属型集流器的生产方法，将保护膜完全地涂覆到正极集流器或负极集流器源材料的一面上，曝光，显影然后蚀刻，即有许多处理步骤和增加生产成本。与其它的技术相比，还需要更多时间蚀刻，这不利于生产率。
在膨胀金属型集流器的生产中，在集流器上形成切口部分的情况下，因为伸长的方向与施加张力的方向一致，因此，集流器经永久变形，这不适于连续制造工艺的批量生产。而且，在集流器被切割成预定尺寸的情况下在切割部分会产生毛边，导致正电极板和负电极板之间短路。
在冲压金属型集流器中，因为集流器的源材料是金属箔薄膜，在薄膜上形成的开口易于变形。因此，当不适当地调节开口尺寸时，在随后电池制造过程中不能流畅地排出增塑剂或会降低离子导电率。
为了解决上述问题，本发明的第一个目的是提供生产二次电池集流器的装置和方法，以便在正极集流器和负极集流器上有效地形成开口。
本发明的第二个目的是提供生产二次电池集流器的装置和方法，其中使用常规凹板印刷或柔性板印刷，可以直接地将与在集流器上形成的开口具有相同形状的图案印刷在集流器的源材料上，不需要曝光或显影步骤，然后蚀刻和剥离，导致生产成本降低和生产率提高。
为了达到上述目的，提供一种生产二次电池集流器的方法，该方法其特征在于包括下列步骤制备集流器的源材料，预处理源材料，使源材料通过两辊之间(其中一个辊具有与集流器上形成的开口形状相同的图案形成区域)，在源材料上涂覆图案成形(pattern forming)组合物，固化图案形成组合物，蚀刻源材料形成开口，和除去保留在源材料上的图案形成组合物，因此完成具有开口的集流器。
在源材料上涂覆图案形成组合物的步骤中，优选将图案形成组合物只涂覆在源材料一面上的不形成开口的部分，且整个涂覆源材料的背面。
并且，优选将保留在辊子图案区域上的图案形成组合物转印到源材料上。
根据本发明的另一方面，提供生产二次电池集流器的装置，该装置包括主辊、导辊(与主辊一起旋转，用于使集流器源材料导向在导辊和主辊之间以形成与在集流器源材料上形成的开口相同形状的图案)、和安装在主辊下的图案形成组合物存储装置(用于给主辊提供图案形成组合物)。
主辊优选具有与集流器上形成的开口形状相同的图案形成区域。
在本发明中，图案形成组合物可以包括耐酸的聚合物(其是主链形成单体和耐酸丙烯基单体的共聚产物)，耐水的聚合物(其是主链形成单体和耐水的丙烯基单体的共聚产物)，着色剂，交联剂和溶剂。
另外地，图案形成组合物可以包括含水的丙烯酸树脂(其是主链形成单体、耐酸丙烯基单体和耐水的丙烯基单体的共聚产物)、着色剂、交联剂和溶剂。
通过参考附图详细描述其最优方案将更加清楚本发明的上述目的和优点。
图1是说明生产二次电池的常规集流器方法的流程图；图2是一部分常规二次电池的放大透视图；图3是本发明第一个实施方案的集流器生产装置中辊子部件的透视图；图4是图3所示辊子部件的侧视图；图5是由集流器生产装置的不同功能元件所表示的开口形成工艺步骤的简图；图6是使用图3和4所示的辊子部件生产集流器的工艺流程图；图7是图3和4所示辊子部件的局部放大侧视图，表示在源材料上形成开口图案以通过凹板印刷形成集流器的情况；图8A一直到8C表示在本发明实施方案中集流器源材料10上形成开口的过程，其中图8A是表示蚀刻其上涂有图案形成组合物的源材料情况的剖视图，图8B是表示蚀刻完的图8A所示源材料情况的剖视图，和图8C是表示在图8B所示源材料上形成开口情况的剖视图；图9A和9B表示本发明不适当的变化的情况，其中图9A是表示蚀刻涂有图案形成组合物的源材料情况的剖视图，而图9B是表示腐蚀图9A所示源材料刻蚀面的横断面情况的剖视图；图10是本发明第二个实施方案的集流器生产装置的透视图；和图11是图10所示辊子部件的局部放大侧视图，表示通过柔性板印刷在待形成集流器的源材料上形成开口图案的情况。
如图2所示，作为二次电池的锂聚合物电池10包括具有许多电极层的电池元件，正极板11、隔板12和负极板13是依次布置的。
正极板11包括薄层例如铝箔的正极集流器11a，和粘附于正极集流器11a至少一面的正极层11b。正极层11b包括主要由氧化锂组成的正极活性材料，其与辅助组分例如导电材料、增塑剂、粘结剂等等混合。
负极板13包括薄层状(例如铜箔)的负极集流器13a，和粘附于负极集流器13a至少一面上的负极层13b。负极层13b包括主要由碳质材料组成的负极活性材料，其与辅助组分例如增塑剂、导电材料、粘结剂等等混合。
正极接头片14和负极接头片15分别在每个正极板11和每个负极板13的一侧向外伸出。正极接头片14集中并以楔子的形式弯曲，且其端部焊在正极接线端16上。同样地，负极接头片15集中、弯曲和焊在负极接线端17上。
电池元件可以容纳在有腔体19的外壳18中。外壳18是盒状的外套，由上部外壳部件18a和一边铰接到上部外壳部件18a上的下部外壳部件18b构成。
本发明的新特性在于通过形成开口的独立装置在整个正极集流器11a和负极集流器13a上形成开口11c和13c。
图3表示在集流器上形成开口的集流器生产装置中的辊子部件30。参考图3，辊子部件30包括主辊31和与主辊31接触旋转的导辊32。
用于图1所示的正极集流器11a或负极集流器13a的源材料通过主辊31和导辊32之间。
在主辊31的中心表面上形成图案形成区域300。图案形成区域300具有与集流器11a(13a)的源材料宽度相对应的宽度。当源材料通过主辊31和导辊32之间时，图案形成区域300用于在集流器11a或13c的源材料一个表面上形成开口11c(13c)的图案。
所以，图案形成区域300具有网格形式的与开口11c(13c)形状相同的凹槽301。在图案形成区域300中，图案形成区域300上的各个凹槽301刻在主辊31上以进行凹板印刷。每个图案凹槽301临时贮存预定数量的图案形成组合物42，下面将参考图4描述。当源材料通过主辊31和导辊32之间时，组合物42转印到集流器11a(13a)的源材料上。
在主辊31上可以直接形成图案形成区域300。另外，具有与开口11c(13c)相吻合图案的光刻掩模可以粘合在主辊31的表面上。
导辊32由弹性材料例如橡胶制成，以便集流器11a(13a)可以与图案形成区域300完全紧密地接触。
当主辊31旋转时，使来自于组合物存储装置(图4中的41)的图案形成组合物42涂在整个主辊31上，即包括非图案凹槽部分302。如果照原样保留这种状态，在集流器11a(13a)的源材料上不能获得所需要的开口图案。
为了防止此问题，在主辊31与导辊32接触的前方，装有一个与主辊31接触的刮刀33以除去粘附在非图案凹槽部分302上的图案形成组合物42。刮刀33的边缘33a与主辊31保持紧密接触，以致粘附于主辊31的非图案凹槽部分302上的图案形成组合物不能保留在主辊31的表面上。
下面描述使用上述辊子部件30在集流器11a(13a)的源材料上形成开口11c(13c)的方法。
图4表示本发明第一个实施方案中在集流器11a(13a)的源材料上形成开口11c(13c)的装置。图5是用图4所示装置中不同作用的元件所表示的形成开口11c(13c)流程步骤的简图，而图6是开口成形工序的流程图。
参考附图，首先制备用作正极集流器11a或负极集流器13a的源材料的薄层例如铝箔或铜箔(步骤T10)。通常，优选将铝箔或铜箔卷绕在给料卷取机61上，以便连续给料。
然后，为了从集流器11a(13a)的源材料表面上除去脂肪或杂质例如水分或灰尘，使制得的源材料通过预处理装置62进行冲洗或脱脂(步骤T20)。
预处理之后，将图案形成组合物42涂覆在集流器11a(13a)的源材料表面上(步骤T30)。换句话说，从给料卷取机61供给的集流器11a(13a)的源材料通过主辊31和导辊32之间。于此，在主辊31的表面上形成具有开口11c(13c)部分的图案形成区域300。
主辊31这样旋转，其一部分连续不断地浸在储存于组合物存储装置41中的图案形成组合物42中旋转。因此，如图7所示，图案形成组合物42提供给在主辊31上形成的图案凹槽301，然后转印给集流器11a(13a)的源材料。本文中，优选在每个图案凹槽301的底面上形成不规则的不平整301a，使图案形成组合物42的储存容易。
如果图案形成组合物42从图案凹槽301中溢出并涂抹在非图案凹槽部分302上，那么难以在集流器11a(13a)的源材料上形成所需要的开口图案，除非除去涂抹的组合物42。为了避免这一问题，沿着主辊31纵向装有刮刀33。因此，可以除去涂抹在主辊31的非图案凹槽部分302和非图案形成区域上的图案形成组合物42并收回到组合物存储装置41中。
用这种方式，在集流器11a(13a)源材料的一面形成开口11c(13c)的图案。并且，将另一种图案形成组合物43涂覆在具有开口图案11c(13c)的源材料背面的整个表面上。
换句话说，将在形成开口11c(13c)中使用的图案形成组合物42有选择地涂覆在集流器11a(13a)的源材料一面，并且将图案形成组合物43涂覆在集流器11c(13c)的源材料背面的整个表面上(看图8A)。
在将组合物42有选择地涂覆于源材料的一面之前、之后或同时可以将在图案形成组合物43涂覆于源材料另一面的整个面上。当所用的图案形成组合物43是固态(如薄膜)时，涂覆图案形成组合物43与步骤T30(即涂覆图案形成组合物42的步骤)同时进行。当使用的图案形成组合物43是液态时，涂覆图案形成组合物43优选地在步骤T30前后进行。
组合物42和43的厚度优选在3到10μm的范围内，且更优选为在此范围之内尽可能的厚。如果组合物42和43的厚度小于3μm，那么耐酸性差。如果大于10μm，那么延长了剥离时间，这是不希望的。
随后，在固化装置63(步骤T40)中固化具有组合物42和43的集流器11a(13a)源材料。优选地，固化温度为60到140℃，而固化时间为10到20秒钟。
在固化步骤之后，通过喷嘴64将蚀刻剂均匀地涂覆在所得到的源材料上(步骤T50)。在本发明中，优选地使用氯化铁(FeCl3)作为蚀刻剂，蚀刻温度大约为30到50℃，而浸蚀时间大约为30到60秒钟。
于此，这样布置集流器11a(13a)的源材料，使带有图案形成组合物42的表面朝下，并在其下装有一个或多个喷嘴64。这是为了防止集流器11a(13a)因蚀刻剂聚集而产生腐蚀。详细地说，在涂有组合物42的表面朝上的情况下，整个涂有组合物43的背面朝下，以及从集流器11a(13a)源材料上面向下喷射蚀刻剂，如图9A所示。在这种情况下，在蚀刻过程中，会在整个涂有组合物43的集流器11a(13a)底面聚集蚀刻剂，导致在集流器11a(13a)源材料上形成开口的内壁较低部分的周围产生腐蚀。因此，如图9B所示，刻蚀面的轮廓是不整齐的，且会向内腐蚀。特别地，因为集流器11a和13a是薄膜，所以它们非常容易受到腐蚀。因此，喷嘴64必须安装在集流器11a(13a)源材料的下方。
换句话说，通过喷嘴64从集流器11a(13a)源材料的较低部分向上喷射蚀刻剂可以解决上述问题，如图8A所示。在蚀刻过程中，蚀刻剂与源材料相撞，然后靠自重掉下来。因此，蚀刻剂不会积聚，因此防止了集流器11a(13a)源材料的腐蚀。因此，如图8B所示，在集流器11a(13a)源材料上形成开口11c(13c)的图案。
然后，通过第一清洁装置65冲洗具有该图案的源材料。接着，通过从喷嘴66喷射的去皮剂剥离并除去保留在集流器11a(13a)源材料上的图案形成组合物42和43(步骤T60)。本文中，优选使用4％NaOH水溶液作为去皮剂。
在除去图案形成组合物42和43之后，在第二清洁装置67中冲洗集流器11a(13a)的源材料。
在完成上述方法之后，根据集流器11a(13a)的源材料还可以进行单独的后处理工序。例如，在铜箔的情况下，可以进行防氧化处理以保持产品性能要求。然后，再将带图案的铝箔或铜箔卷绕在接料卷取机68上。有时候，铝箔或铜箔可以切割成包装的预定尺寸。
然后，在集流器11a(13a)源材料上形成所需要的尺寸的开口11c(13c)，由此完成集流器11a(13a)，如图8C所示(步骤T70)。
图10表示本发明第二个实施方案中在集流器11a(13a)的源材料上形成开口11c(13c)的装置。本文中，在第一个实施方案附图中所示的相同数字表示相同的功能元件。
参考图10，从给料卷取机61提供的集流器11a(13a)绕过第一个托辊110，通过导辊32和主辊31之间，然后通过第二个托辊120，最后卷绕在接料卷取机68上。
供墨辊子130与主辊31连接在一起旋转并与之接触。主辊31和导辊32由支承部件支承旋转(未示出)。供墨辊子130的下部浸入在储存于组合物存储装置41中的图案形成组合物42中，所以随着供墨辊子130旋转，组合物42可以连续地提供给主辊31。
在主辊31的表面上形成图案形成区域100，而且其与供墨辊子130接触。因此，随着供墨辊子130旋转而供给的组合物42连续地涂覆到主辊31上。使图案形成区域100构造成具有与集流器11a(13a)开口相吻合的图案。
该图案形成区域100具有用于进行柔性板印刷的突起。换句话说，图案形成区域100上的图案从主辊31的表面凸出。用图案形成组合物42浸湿图案的表面。
沿着通过主辊31和导辊32之间的集流器11a(13a)的路线安装可以改变集流器11a(13a)方向的第二个托辊120。在第二托辊120的下游侧安装一个或多个喷嘴64。从喷嘴64朝着集流器11a(13a)的方向喷射蚀刻剂。
下面描述使用上述装置在集流器11a(13a)的源材料上形成开口11c(13c)的方法。
随着供料卷取机61展卷，卷绕在供料卷取机61上的集流器11a(13a)引导到预处理装置(未示出)，然后冲洗。预处理之后，集流器11a(13a)通过第一个辊子110，然后引导到主辊31和导辊32之间。
图案形成区域100的图案从图案形成区域100的表面凸出，以致粘附于供墨辊子130表面上的图案形成组合物42转印到图案形成区域100。本文中，供墨辊子130部分浸入含有图案形成组合物42的组合物的存储装置41中，以便随着供墨辊子130旋转而使组合物42转印给主辊31。根据图案形成区域100的形状将集流器11a(13a)的一面部分涂覆组合物42，而用图案成形组合物整个涂覆其背面(未示出)。
如图11所示，将图案形成区域100的各个图案构造成从主辊311的表面凸出，并在其上涂覆图案形成组合物42。因此，图案形成组合物42转印到在集流器11a(13a)源材料上。
在已通过主辊31和导辊32之间的集流器11a(13a)上涂覆图案形成组合物42之后，集流器11a(13a)缠绕到第二托辊120上，然后经过固化。
于此，固化温度优选为60到140℃，而固化时间优选为10到20秒钟。然后，从喷嘴64将蚀刻剂均匀地喷涂到该图案的源材料上进行蚀刻。本文中，一个或多个喷嘴64布置在集流器11a(13a)下面，并从其中向上喷射蚀刻剂。
在通过蚀刻形成开口图案之后，剥离保留在集流器11a(13a)源材料上的图案形成组合物42。然后，使集流器11a(13a)再卷绕在接料卷取机68上以贮藏。
蚀刻之后，接着除去图案形成组合物42，根据使用的源材料还可以进行单独的后处理。最后，在集流器11a(13a)源材料上形成每个所需尺寸的开口11c(13c)，由此完成集流器11a(13a)。
本发明的二次电池集流器的图案形成组合物包括耐酸的聚合物(其是主链形成单体和耐酸丙烯基单体的共聚产物)，耐水的聚合物(其是主链形成单体和耐水的丙烯基单体的共聚产物)，着色剂，交联剂和溶剂。
另外地，本发明的二次电池集流器的图案形成组合物可以包括含水的丙烯酸树脂(其是主链形成单体、耐酸丙烯基单体和耐水的丙烯基单体的共聚产物)、看色剂、交联剂和溶剂。
使用凹板印刷或柔性板印刷可以将集流器的图案形成组合物直接印制在集流器上，不需要曝光和/或显影，而且可以蚀刻和剥离。下面更详细地描述图案形成组合物含有的不同组分，和制备该组合物的方法。
本发明的二次电池集流器的图案形成组合物包括耐酸的聚合物(其是主链形成单体和耐酸丙烯基单体的共聚产物)，耐水的聚合物(其是主链形成单体和耐水的丙烯基单体的共聚产物)，着色剂，交联剂和溶剂。
耐酸聚合物的耐酸性极好，而耐碱性一般或差，是使50到70重量份主链形成单体和30到50重量份耐酸丙烯基单体共聚合作用而制备的。
耐水聚合物是具有极好耐碱性和一般耐水性的树脂通称，是使60到90重量份主链形成单体和10到40重量份耐酸丙烯基单体共聚合作用而制备的。
本文中，主链形成单体形成聚合物的主链，且包括5到75重量份芳族乙烯系单体和20到55重量份烷基(甲基)丙烯酸酯。芳族乙烯系单体举例有苯乙烯，而烷基(甲基)丙烯酸酯举例有异丁烯酸甲酯和丙烯酸甲酯。
耐酸的丙烯基单体的可用实施例包括分子上具有羧基(-COOH)基团的丙烯酸的(甲基)丙烯酸酯。耐水的丙烯基单体是在其主链上具有芳族乙烯基丙烯酸酯和在其分子上具有羟基(-OH)基团的化合物，且举例有羟基烷基(甲基)丙烯酸酯。
羟基烷基(甲基)丙烯酸酯的具体例子包括羟乙基丙烯酸酯、羟丙基丙烯酸酯和羟乙基甲基丙烯酸酯。
耐酸聚合物与耐水聚合物的混合重量比优选为1∶4到4∶1。如果耐酸聚合物含量超过该范围，那么在集流器表面上发生腐蚀，这是不希望的。如果耐酸聚合物含量没有达到该范围，那么耐酸性变差。耐酸聚合物和耐水聚合物的总含量优选为1到90重量份，更优选为40到60重量份。如果聚合物总含量小于1重量份，那么组合物呈现出弱的耐酸性，而如果大于90重量份，那么组合物的印刷适应性变差。
耐酸聚合物和耐水聚合物的重均分子量优选为10,000到几百万，且聚合物的玻璃态转化温度优选为-40到90℃。
作为使耐酸聚合物和耐水聚合物交联的交联剂，从刻蚀掩膜图案层的低温固化性的观点来看最优选使用环乙亚胺。交联剂的含量为0.5到5重量份。如果交联剂的含量小于0.5重量份，那么耐化学性降低。如果交联剂的含量大于5重量份，那么存储安全和可印刷性降低。
在本发明中，为了使聚合物和交联剂之间的交联反应容易，可以使用酸催化剂例如硫酸、硬脂酸或其衍生物，仲胺或叔胺，或含有金属例如锰、钡或锌的盐作为催化剂，且这些催化剂的用量优选为0.1到1重量份。
为了提高图案形成组合物的分辨率加入着色剂，且其例子包括有机颜料和无机颜料。着色剂使用的含量为1到20重量份。
在本发明中可使用的溶剂包括烃、卤代烃、醇、醚、酮、酯、多元醇、脂肪酸、含氮化合物、硫、含磷化合物和无机溶剂，且用量优选为5到80重量份。
在本发明集流器的图案形成组合物中，为了缩短形成组合物涂层需要的时间，同时降低形成温度、提高涂层的表面状态及其他目的，加入不同的助剂。本文中，这种助剂的例子包括整平剂例如硅、高熔点酮或酯，起泡剂例如偶氮二甲酰胺(ADCA)和消泡剂，且其用量优选为5重量份或以下。如果使用的助剂含量大于5重量份，那么由于表面张力差异不可能形成涂层，且产生各种副作用例如凸出部(set-off)、麻坑和坑蚀。并且，重新涂是困难的，且相反出现相分离。
此外，本发明二次电池集流器的图案形成组合物可以有下列组分。换句话说，本发明二次电池集流器的图案形成组合物可以包括含水的丙烯酸树脂(其是主链形成单体、耐酸丙烯基单体和耐水的丙烯基单体的共聚产物)、着色剂、交联剂和溶剂。有时候，当制备含水的丙烯酸树脂时还可以加入乙烯改性的不饱和单体。
主链形成聚合物的含量为25到130重量份，耐酸丙烯基单体的含量为1到40重量份，和耐水丙烯基单体的含量为1到40重量份。本文中，主链形成聚合物由5到75重量份芳族乙烯系单体和20到55重量份烷基(甲基)丙烯酸酯组成。
优选地，含水丙烯酸树脂的酸值为30到250，玻璃态转化温度为-40到90℃。含水丙烯酸树脂的重均分子量为10,000到几百万，且其含量为1到80重量份，更优选为40到60重量份。本文中，如果含水丙烯酸树脂的含量小于1重量份，那么耐酸性弱。如果大于80重量份，那么可印刷性降低，这是不希望的。交联剂的含量为1到10重量份，和溶剂的含量为5到80重量份。
下面参考实施例更详细地描述本发明。然而，应该清楚这种具体的实施例决不是限制本发明。
实施例1将50重量份水加入到5重量份苯乙烯、25重量份甲基丙烯酸甲酯和20重量份丙烯酸的丙烯酸酯中，然后加入2重量份作为聚合催化剂的过氧化苯甲酰(BPO)在85℃下进行聚合作用6小时，由此合成重均分子量为300,000到800,000的耐酸聚合物。
分别将50％(重量)水和5重量份甲基丙烯酸加入到20重量份苯乙烯、25重量份甲基丙烯酸甲酯和0.5重量份羟基丙基丙烯酸酯中，然后加入2重量份BPO(作为聚合催化剂)在85℃下进行聚合作用6小时，由此合成重均分子量为300,000到800,000的耐水聚合物。
将20重量份耐酸聚合物和28重量份耐水聚合物混合，然后加入3重量份作为交联剂的环乙亚胺、8重量份颜料、0.3重量份作为交联催化剂的氨甲基丙烷、1重量份蜡和38重量份水和乙醇的混合溶剂并混合，由此制备图案形成组合物。
以下面方式使用图案形成组合物生产铜集流器。
使铜集流器源材料的表面脱脂，使源材料通过两个辊子之间，其中一个辊子具有像在集流器上形成的开口形状的图案，并在铜集流器上涂覆该组合物。此后，在120℃下干燥所得到的产品，然后将作为蚀刻剂的FeCl3喷遍铜集流器的整个两面，即进行蚀刻。然后，使用4％NaOH水溶液除去保留在集流器上的图案形成组合物，由此完成具有开口的铜集流器。
实施例2将45重量份水加入到0.3重量份羟乙基丙烯酸酯、13重量份苯乙烯、26重量份甲基异丁烯酸丙烯酸酯、10重量份丙烯酸的丙烯酸酯、2.5重量份甲基丙烯酸丙烯酸酯和2重量份乙烯不饱和单体例如M3O5(Toagosei Chemical Industries生产的商标为Aronix M3O5)，并加入3重量份作为聚合催化剂的BPO，然后在85℃进行聚合作用5小时，由此合成含水丙烯酸树脂。
将48重量份重均分子量为300,000到800,000的含水丙烯酸树脂与3重量份作为交联剂的环乙亚胺、8重量份颜料、0.3重量份作为交联催化剂的氨甲基丙烷、1重量份蜡以及38重量份水和乙醇的混合溶剂混合，然后进行交联反应，由此制备图案形成组合物。使用组合物按照与实施例1相同的方法完成铜集流器。
对比例1
将25重量份重均分子量为100,000到300,000的聚酰胺树脂、40重量份硝酸纤维素、20重量份顺丁烯二酸酐树脂和10重量份颜料例如黄色颜料D-581混合来制备用于凹板印刷的组合物。使用该组合物按照与实施例1相同的方法生产铜集流器。
对比例2将70重量份具有NCO基团的聚氨酯树脂、20重量份丙烯多元醇和10重量份颜料例如黄色颜料D-581混合来制备用于凹板印刷的组合物。使用该组合物按照与实施例1相同的方法生产铜集流器。
对比例3将60重量份聚氯乙烯、30重量份顺丁烯二酸酐树脂和10重量份颜料例如黄色颜料D-581混合来制备用于凹板印刷的组合物。使用该组合物按照与实施例1相同的方法生产铜集流器。
对比例4将60重量份甲基丙烯酸缩水甘油酯、30重量份用马来酸使环氧树脂改性获得的聚合物(即环氧树脂的-OH基团和马来酸的-COOH基团的酯化反应制备的树脂，该树脂具有双键)、和10重量份颜料例如黄色颜料D-581混合来制备用于凹板印刷的组合物。使用该组合物按照与实施例1相同的方法生产铜集流器。
在按照实施例1和2以及对比例1-4生产铜集流器中，评价图案形成组合物和凹板印刷组合物的性能并分成1到5个等级，1级是最差，而5级是最好。
(1)由组合物形成的涂层与铜集流器的源材料之间的粘结性能通过刮痕带剥离试验来评价介于由图案形成组合物形成的涂层与铜集流器的源材料之间的粘结性能。这样进行刮痕带剥离试验，使刮痕带粘附于印刷面并突然剥离来测试涂层是否转印到该带子上。
(2)耐化学性在25℃下将铜集流器浸入作为蚀刻剂的FeCl3溶液中3分钟之后，检查在其上形成的图案形成组合物的情况，以此评价耐化学性。
(3)剥离性在40℃下将集流器浸入4％作为剥离溶液(stripping solution)的NaOH水溶液中大约2分钟之后，检查该组合物的情况，以此评价图案形成组合物的剥离性。
(4)可印刷性检查印刷品的形状例如圆形的或棱形的，并通过肉眼与用于印刷的原始图样相比较。
(5)耐水性为了比较由该组合物形成涂层的剥离程度，在40到50℃下将该涂层浸入在离子交换水中10到60分钟。
粘结性能、耐化学性、剥离性、可印刷性和耐水性试验的测定结果示于表1中。
表1
从表1中证实与现有技术凹板印刷组合物生产的集流器(如对比例1-4)相比较，实施例1和2生产的集流器具有极好的耐化学性，而且基本上具有相同的粘结性能、剥离性、可印刷性和耐水性。
并且按照实施例1和2，可以极大地减少处理步骤，即不需要进行下列步骤将干膜抗蚀剂附着到集流器表面上、曝光和显影，因此增加了处理速度。
如上所述，在生产本发明二次电池集流器的装置和方法中，使集流器通过两个辊子之间，其中一个辊子具有在集流器上形成的开口状的图案，并将该图案转印到集流器上，然后蚀刻，这样在分别用于正电极板和负电极板中的正极集流器和负极集流器上形成开口。因此，按照本发明，可以达到下列效果。
首先，因为使用具有像开口形状图案的辊子转印图案形成组合物，没有下列步骤将干膜抗蚀剂附着到集流器表面上、曝光、显影和蚀刻，所以不需要消耗昂贵的源材料例如干膜抗蚀剂。并且，因为不进行曝光和显影，所以减少了处理步骤，从工业生产率的观点来看其是有利的。
第二，因为当将卷绕型集流器切割成所需要的尺寸时，经常出现在膨胀金属末端的毛边没有产生，所以可以防止正极板和负极板之间的短路。
第三，因为根据需要调节在集流器上形成的开口尺寸，所以在制造电池的过程中可以流畅地进行增塑剂回收步骤。
第四，因为在蚀刻过程中，从集流器的中下部分处通过喷嘴向上喷射蚀刻剂，可以防止在集流器源材料上形成开口内侧的下部周围出现腐蚀。
第五，由图案形成组合物形成的图案相对于集流器的源材料呈现出极好的粘合力、耐化学性、耐水性和可印刷性，而且可以容易剥离。
虽然参考具体的实施方案和实施例通过说明描述了本发明，但是应该知道本发明的范围是包括在附属权利要求范围内所作的所有改变和变化。因此，本发明的准确范围是仅仅由附属的权利要求所规定。
权利要求
1．一种生产二次电池集流器的方法，其特征在于包括下列步骤制备集流器的源材料；预处理该源材料；使该源材料通过两个辊子之间，其中一个辊子具有像在集流器上形成的开口形状一样的图案形成区域，并将图案形成组合物涂覆这种源材料上；固化该图案形成组合物；蚀刻该源材料形成开口；和除去保留在源材料上的图案形成组合物，由此完成具有开口的集流器。
2．根据权利要求1的方法，其中在将图案形成组合物涂覆在源材料上的步骤中，仅仅将该图案形成组合物涂覆在源材料一面上的不形成开口的部分，和涂覆在该源材料的整个背面。
3．根据权利要求2的方法，其中保留在辊子图案形成区域上的图案形成组合物转印到源材料上。
4．根据权利要求1的方法，其中在蚀刻源材料形成开口的步骤中，使通过具有图案形成区域的辊子涂覆图案形成组合物的源材料的一面朝下，并向上朝着源材料的方向喷射蚀刻剂。
5．根据权利要求4的方法，其中在卷盘到卷盘过程中蚀刻集流器。
6．一种生产二次电池集流器的装置，其特征在于包括主辊；导辊，其与主辊连接在一起旋转，用于使集流器源材料引导在导辊和主辊之间，形成像在集流器源材料上形成的开口形状一样的图案；和图案形成组合物存储装置，安装在主辊下方，用于将图案形成组合物供给主辊。
7．根据权利要求6的装置，其中主辊具有像在集流器上形成开口形状一样的图案形成区域。
8．根据权利要求6的装置，还包括与图案形成区域接触的供墨辊子，用于连续地将图案形成组合物供给图案形成区域。
9．根据权利要求6的装置，其中用于向上朝着源材料的方向喷射蚀刻剂的喷嘴装置还安装在具有图案的源材料下方。
10．根据权利要求6的装置，其中图案形成组合物包括主链形成单体和耐酸丙烯基单体的共聚作用产物耐酸聚合物，主链形成单体和耐水丙烯基单体的共聚作用产物耐水聚合物，着色剂，交联剂和溶剂。
11．根据权利要求6的装置，其中在图案形成组合物中，耐酸聚合物和耐水聚合物的总含量为1到90重量份，着色剂的含量为1到20重量份，交联剂的含量为0.5到50重量份，和溶剂的含量为5到80重量份。
12．根据权利要求6的装置，其中主链形成单体包括5到75重量份芳族乙烯系单体和20到55重量份烷基(甲基)丙烯酸酯，耐酸丙烯基单体是丙烯酸的(甲基)丙烯酸酯，而耐水丙烯基单体是羟基烷基(甲基)丙烯酸酯。
13．根据权利要求6的装置，其中在耐酸聚合物中，主链形成单体的含量为70到95重量份，且耐酸丙烯基单体的含量为5到30重量份，在耐水聚合物中，主链形成单体的含量为70到99重量份，且耐水丙烯基单体的含量为1到30重量份，而且耐酸聚合物和耐水聚合物的总含量为1到90重量份。
全文摘要
提供一种生产二次电池集流器的装置和方法。在集流器生产方法中,首先制备集流器源材料,预处理然后通过两个辊子之间,其中一个辊子具有像在源材料上形成的开口形状一样的图案,然后涂覆图案形成组合物。然后,干燥和蚀刻所得到的产品以形成开口,由此完成集流器。集流器生产装置包括主辊、导辊和图案形成组合物存储装置,其中导辊与主辊连接在一起以便集流器通过它们之间,图案形成组合物存储装置安装在主辊下方,用于使图案形成组合物供给图案形成区域。
文档编号H01M4/72GK1324118SQ01121299
公开日2001年11月28日 申请日期2001年4月17日 优先权日2000年4月17日
发明者安泰勇, 李东勋, 李学炫, 金容男 申请人:三星Techwin株式会社