(57)【要約】【課題】活物質の成膜面での皺の発生や、反りの発生を抑制する。【解決手段】表面から裏面まで貫通する複数の開裂部が形成された箔部材からなる集電体であって、複数の開裂部のそれぞれは、互いに交差する複数の線状の開裂からなる。【選択図】図１
2014096317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面から裏面まで貫通する複数の開裂部が形成された箔部材からなる集電体であって、前記複数の開裂部のそれぞれは、互いに交差する複数の線状の開裂からなることを特徴とする集電体。
【請求項２】
請求項１に記載の集電体において、
前記複数の線状の開裂の少なくとも一つは直線状であることを特徴とする集電体。
【請求項３】
請求項１に記載の集電体において、
前記複数の開裂のそれぞれは、第１方向に沿って所定の長さを有する第１直線部と、前記第１直線部と交差し、第２方向に沿って所定の長さを有する第２直線部と、からなることを特徴とする集電体。
【請求項４】
請求項３に記載の集電体において、
前記複数の開裂部における前記第１直線部同士が同一直線上に位置することを特徴とする集電体。
【請求項５】
請求項４に記載の集電体において、
前記複数の開裂部における前記第２直線部同士が同一直線上に位置することを特徴とする集電体。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の集電体において、
前記複数の開裂部は、第３方向に沿って第１間隔ごとに、かつ、前記第３方向と交差する第４方向に沿って第２間隔ごとに形成されることを特徴とする集電体。
【請求項７】
複数の単位面からなる箔部材であって、
前記複数の単位面のそれぞれは、前記箔部材の表裏を貫通する開裂部と、隣接する前記開裂部の間を最短距離で結ぶ仮想の境界線と、によって囲まれ、
前記仮想の境界線と接する前記開裂部の少なくとも一部は、前記仮想の境界線と実質的に同一方向に延在する箔部材からなることを特徴とする集電体。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の集電体と、
該集電体を構成する前記箔部材の前記表面と前記裏面との少なくとも一方の面に形成された活物質層とを備えることを特徴とする電極部材。
【請求項９】
請求項８に記載の電極部材を備えることを特徴とする二次電池。
【請求項１０】
複数の所定形状を有する凸部が形成された型部材を箔部材に押圧して、互いに接続する複数の線状の開裂部を前記箔部材に形成することを含むことを特徴とする集電体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の集電体の製造方法において、
前記型部材の前記所定形状は、前記第１方向に沿って所定の長さを有する前記第１直線部と、前記第２方向に沿って所定の長さを有する前記第２直線部とが交差する形状を有していることを特徴とする集電体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の集電体の製造方法において、
前記型部材は、加工台上に導かれた前記箔部材を押圧して前記開裂部を形成し、
前記加工台は、弾性体と、前記弾性体の上面に設けられ、前記弾性体よりも圧縮弾性率が大きい部材とを備えることを特徴とする集電体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の集電体の製造方法において、
前記箔部材に前記開裂部が形成された後に前記箔部材に平坦化処理を施すことを特徴とする集電体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の集電体を構成する前記箔部材の表面および裏面の少なくとも一方の面に、活物質粒子と気体の混合流体を噴射して、前記箔部材に前記活物質層を形成することを含むことを特徴とする電極部材の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電極部材の製造方法において、
前記箔部材に前記開裂部が形成された後に前記箔部材に平坦化処理を施すことを特徴とする電極部材の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の電極部材の製造方法において、
前記箔部材に前記粒子を付着させた後に平坦化処理を施すことを特徴とする電極部材の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の電極部材の製造方法により製造された前記電極部材を電極として電池に組み込んで二次電池を製造することを特徴とする二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集電体、電極部材、二次電池、集電体の製造方法、電極部材の製造方法および二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、活物質が塗布されない未塗布部に予め複数の切れ目を設けて、プレス加工時の電極板の変形を防止した二次電池用電極板が知られている（たとえば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３５４１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、活物質微粒子を噴射して成膜する場合等、成膜プロセスの圧力や温度が比較的高い場合や、箔部材や活物質層に大きな内部応力を生じるような場合には、活物質の成膜面に皺が発生したり、電極板の反り返りが発生したりして、電極板としての使用に不都合が発生するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の集電体は、表面から裏面まで貫通する複数の開裂部が形成された箔部材からなる集電体であって、前記複数の開裂部のそれぞれは、互いに交差する複数の線状の開裂からなることを特徴とする。
請求項７に記載の集電体は、複数の単位面からなる箔部材であって、複数の単位面のそれぞれは、箔部材の表裏を貫通する開裂部と、隣接する開裂部の間を最短距離で結ぶ仮想の境界線と、によって囲まれ、仮想の境界線と接する開裂部の少なくとも一部は、仮想の境界線と実質的に同一方向に延在する箔部材からなることを特徴とする。
請求項８に記載の電極部材は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の集電体と、集電体を構成する箔部材の表面と裏面との少なくとも一方の面に形成された活物質層とを備えることを特徴とする。
請求項９に記載の二次電池は、請求項８に記載の電極部材を備えることを特徴とする。
請求項１０に記載の集電体の製造方法は、複数の所定形状を有する凸部が形成された型部材を箔部材に押圧して、互いに接続する複数の線状の開裂部を箔部材に形成することを含むことを特徴とする。
請求項１４に記載の電極部材の製造方法は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の集電体を構成する箔部材の表面および裏面の少なくとも一方の面に、活物質粒子と気体の混合流体を噴射して、箔部材に活物質層を形成することを含むことを特徴とする。
請求項１７に記載の二次電池の製造方法は、請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の電極部材の製造方法により製造された電極部材を電極として電池に組み込んで二次電池を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
互いに交差する複数の線状の開裂からなる開裂部が複数形成された箔部材により構成される集電体は、活物質の成膜に伴う皺の発生や、反り返りの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態による集電体の外観図
【図２】実施の形態による集電体製造装置および電極材料製造装置を説明する図
【図３】参考例における箔部材の開裂を示す図
【図４】参考例における箔部材の開裂を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態による集電体は、銅箔等の導電性を有する箔部材に後述する開裂部が形成されたものである。この集電体に対して、ＰＪＤ法（Powder Jet Deposition）やコールドスプレー法、ウォームスプレー法、エアロゾルデポジション法などの噴射成膜法や、メッキ法、印刷法、物理蒸着法などの公知の各種の成膜法を用いて活物質層を成膜し、リチウムイオン電池等の二次電池の電極材料を生成する。以下、集電体、電極材料、二次電池およびそれらの製造方法について説明する。
【０００９】
図１は、実施の形態による集電体１の外観を表す。なお、図１は、集電体１の一部分を拡大して示す図であり、説明の都合上、ｘ軸とｙ軸とを図示のように設定する。集電体１は、箔厚が、たとえば３５μｍや１８μｍの銅を材料とする箔部材２に対して複数の開裂部３が形成されることにより構成される。以下の説明においては、箔厚が３５μｍの箔部材２を用いた場合を主に行う。
【００１０】
なお、箔部材２は開裂部３を形成可能なものであれば材質や厚さに特に制限はない。銅箔やアルミニウム箔、各種合金の箔、表面に導電層を形成した高分子フィルム、これらを複合化した複合フィルムなど、集電体として使用可能な導電性を有する各種の箔部材を用いることができる。また、絶縁性の箔部材に開裂部を形成した後、その表面に導電性を付与することも本発明の実施の形態に含まれる。
【００１１】
複数の開裂部３のそれぞれは、箔部材２の表面から裏面まで貫通している。本実施の形態において、それぞれの開裂部３は「×」形状となるように、２つの線状の開裂である第１直線部３１と第２直線部３２とによって構成される。図１に示すように、第１直線部３１は、ｘ軸に対して第１所定角度をなす方向（以後、第１方向と呼ぶ）に、たとえば２ｍｍの長さを有して延在する。第２直線部３２は、第１直線部３１、すなわち第１方向に対して第２所定角度を成す方向（以後、第２方向と呼ぶ）に、たとえば２ｍｍの長さを有して延在する。第１直線部３１と第２直線部３２とは、それぞれの中点Ｃの近傍付近で互いに交差しており、開裂部３の形状は上記の「×」形状をなしている。なお、第１直線部３１、第２直線部３２の長さは上述した例に限定されるものではなく、箔部材２の厚みや、後述するように隣接する開裂部３の間隔等に応じて、箔部材２に破れ等が発生しない最適な長さとなるように形成される。
【００１２】
本実施の形態においては、それぞれの開裂部３のうち第１方向に沿って隣接する開裂部３（たとえば図１に示す開裂部３ａおよび３ｂ）は所定の間隔ごとに形成される。本実施の形態では、開裂部３ａの中心Ｃと開裂部３ｂの中心Ｃとを結ぶ線分をｘ軸方向に投影した距離（第１間隔）は、たとえば４ｍｍであり、ｙ軸方向に投影した距離（第２間隔）は、たとえば２ｍｍである。第２方向に沿って隣接する開裂部３ｂおよび３ｃについても同様に所定の間隔ごとに形成され、開裂部３ｂの中心Ｃと開裂部３ｃの中心Ｃとを結ぶ線分をｘ軸方向に投影した距離は、たとえば４ｍｍであり、ｙ軸方向に投影した距離は、たとえば２ｍｍである。
【００１３】
開裂部３ａと開裂部３ｂとを破線で示す仮想境界線ＶＬ１で結んだ場合、仮想境界線ＶＬ１はｘ軸に対して第１所定角度をなす第１方向に延在する。この場合、仮想境界線ＶＬ１の一部が開裂部３ａの第１直線部３１および開裂部３ｂの第１直線部３１により開裂されていることになる。
【００１４】
同様に、開裂部３ｂと開裂部３ｃとを仮想境界線ＶＬ２で結び、開裂部３ｃと開裂部３ｄとを仮想境界線ＶＬ３で結び、開裂部３ｄと開裂部３ａとを仮想境界線ＶＬ４で結ぶものとする。この場合、仮想境界線ＶＬ３は仮想境界線ＶＬ１と同様に第１方向に延在し、開裂部３ｃと開裂部３ｄとを結ぶことになる。したがって、仮想境界線ＶＬ３の一部が開裂部３ｃの第１直線部３１および開裂部３ｄの第１直線部３１により開裂されていることになる。
【００１５】
さらに、仮想境界線ＶＬ２、ＶＬ４は第２方向に延在し、対応する開裂部３の間を結ぶことになる。この結果、仮想境界線ＶＬ２の一部が開裂部３ｂの第２直線部３２および開裂部３ｃの第２直線部３２により開裂されていることになり、仮想境界線ＶＬ４の一部が開裂部３ｄの第２直線部３２および開裂部３ａの第２直線部３２により開裂されていることになる。仮想境界線ＶＬ１、ＶＬ２、ＶＬ３、ＶＬ４は、それぞれ開裂部３ａと３ｂ、３ｂと３ｃ、３ｃと３ｄ、３ｄと３ａを最短距離で結ぶ仮の境界線となっている。
【００１６】
上記のように設定された仮想境界線ＶＬ１、ＶＬ２、ＶＬ３、ＶＬ４と、開裂部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって囲まれた領域を単位箔面２０とする。箔部材２には複数の開裂部３が形成されるので、箔部材２は複数の単位箔面２０の繰り返し構造を含んで構成されることになる。これら複数の単位箔面２０のそれぞれの面積、換言すると、開裂部３間の第１および第２間隔や、第１および第２所定角度は、箔部材２の厚さや、後述する成膜加工時に箔部材２に加わる応力等に応じて、箔部材２の強度に関連させて設定されている。たとえば、箔部材２が薄い箔の場合には、単位箔面２０の面積を大きく、すなわち開裂部３の第１間隔および第２間隔を長くして、開裂部３を形成する密度を低くすることが好ましい。この結果、箔部材２が破れる等の不具合を防ぐことができる。
【００１７】
また、単位箔面２０を区画する仮想境界線の長さに占める、開裂部３の部分の長さの比率についても、箔部材２の厚さや強度、成膜時に生じる応力等に応じて、適宜設定することが可能である。たとえば、仮想境界線のうち開裂部３が占める部分の比率を大きくすれば、成膜に伴う皺や反り等の変形の発生を防止する効果は大きくなるが、集電体１の引張強度は相対的に低下する傾向となる。
【００１８】
上述した実施の形態の集電体１では、開裂部３の形状を「×」形状とした例を示したが、開裂部３の形状はこの例に限定されるものではなく、複数の線状の開裂が互いに交差する形状とすることができる。なお、線状の開裂には、直線状、曲線状、およびこれらを結合した形状の開裂が含まれる。また、複数の開裂が交差する態様としては、「×」形状のように複数の開裂がそれぞれの中間において互いに交差する態様や、「Ｙ」形状や「Ｔ」形状のように一方の開裂の端部が他方の開裂の中間部で接続する態様が含まれる。例えば開裂部の形状が「Ｙ」形状である場合は、単位箔面の形状が六角形となるように、複数の開裂部の相対的な位置と方向とを設定することができる。
【００１９】
なお、上述した実施の形態では、開裂部３の長さや間隔が均一な集電体１の例を示したが、開裂部３の長さや間隔は不均一であっても良く、ランダムであっても良い。また、方向によって異なる長さや間隔を有していても良い。さらに、開裂が延在する方向は揃っていなくても良く、開裂のそれぞれが異なる方向に延在していても良い。集電体に含まれる単位箔面の形状は一種類の形状のみに限られず、四角形と八角形等の複数種類の形状の単位箔を同時に含むものであっても良い。
【００２０】
本実施の形態の箔部材２は複数の開裂部３を有するので、これを集電体１として用いて活物質層を形成したときに、成膜時の温度や、活物質層の内部応力等によって生じる箔部材の歪を開裂部３において不連続なものとすることができ、大きな皺や反りの発生を抑制することができる。
また、本実施の形態の箔部材２は、互いに交差する複数の線状の開裂により開裂部３が形成されているので、上記の効果を箔部材２の全面で２次元的に得ることができる。
さらに本実施の形態の箔部材２は、開裂部３を含む仮想の境界線によって囲まれる単位箔面２０からなるので、単位箔面２０のそれぞれについて、隣接する単位箔面２０からの歪や応力による影響が小さくなる。その結果、活物質層の成膜に伴う大きな皺や反りの発生が２次元的に均等に抑制された電極材料を得ることができる。
【００２１】
次に、上述した集電体１の製造方法および製造された集電体１を用いた電極材料の製造方法について説明する。本実施の形態では、ロールツーロール（Roll to Roll）方式により連続的に箔部材２に加工を施して製造された集電体１に対して、ロールツーロール方式により連続的に後述する処理を施して電極材料を製造する。
【００２２】
図２は、集電体１を製造するための集電体製造装置５０と、集電体１を用いて電極材料を製造する電極材料製造装置６０との概略構成を示す図である。最初に、集電体１の製造方法について説明する。
図２（ａ）の断面図に示すように、集電体製造装置５０は、上型ベース５１と、加工台５２とを備えている。なお、図２（ａ）においては、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸からなる座標系を図示するように設定し、ｘ軸とｙ軸とは図１に示す集電体１のｘ軸とｙ軸と一致するものとする。上型ベース５１の下面（ｚ軸−側）には、金型５４が設けられている。金型５４は、後述するように開裂部３に対応する形状に形成され、ｚ軸−側に凸状の切刃５３を有している。なお、金型５４は、たとえばピナクル型やトムソン型により構成されるが、トムソン型のように切刃５３の刃幅が薄いものを用いるのが一層好ましい。加工台５２は、下型ベース５５と、ゴムシート５６と、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）シート５７とを備えている。
【００２３】
集電体製造装置５０では、加工台５２上に導かれた箔部材２に対して上型ベース５１と金型５４とを押圧して、切刃５３が箔部材２を打ち抜き、貫通することによって開裂部３を形成する。その結果、集電体１が製造される。なお、本実施の形態による集電体製造装置５０では、箔部材２は、不図示の機構によって、ロールツーロール方式により加工台５２上に連続的に導かれる。
【００２４】
加工台５２の下型ベース５５の上面（ｚ軸＋側）にはゴムシート５６が設けられている。ゴムシート５６は、後述するように金型５４に設けられた切刃５３が箔部材２を貫通しやすくするとともに、切刃５３が箔部材２を貫通しさらにｚ軸−方向の所定位置まで移動可能となるための緩衝材の働きをする弾性材料である。ゴムシート５６の上面（ｚ軸＋側）には、ＰＥＴシート５７が設けられる。ＰＥＴシート５７は、ゴムシート５６よりも圧縮弾性率が大きく、厚さ（ｚ軸方向の長さ）が、たとえば０．１ｍｍ程度の材料により構成される。ゴムシート５６とＰＥＴシート５７とは、箔部材２を貫通する切刃５３を保護するとともに、箔部材２と切刃５３との密着を防止して、切刃５３と箔部材２との離形を容易にすることを目的として設けられる。なお、ＰＥＴシート５７に代えて、ゴムシート５６よりも圧縮弾性率が大きな材料、たとえばフッ素樹脂等を用いた部材をゴムシート５６の上面に設けても良い。
【００２５】
図２（ｂ）は、金型５４をｚ軸−側から見た場合の平面図である。金型５４に設けられた切刃５３は、複数の第１切刃５３１と、複数の第２切刃５３２とを有する。金型５４のｘ軸方向の中央を通り、ｙ軸方向に平行な直線を中心線ＣＬとして金型５４上における中心線ＣＬからｘ軸−方向の領域を第１領域Ｒ１とし、中心線ＣＬからｘ軸＋方向の領域を第２領域Ｒ２とする。なお、説明の都合上、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界を金型５４の中心線ＣＬとしたが、この例に限定されるものではない。金型５４の第１領域Ｒ１には、複数の第１切刃５３１のみがｘｙ平面上に二次元状に配列され、第２領域Ｒ２には、複数の第２切刃５３２のみがｘｙ平面上に二次元状に配列される。なお、図２（ｂ）は、図示の都合上、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２に配列された第１切刃５３１と第２切刃５３２とは、実際の個数よりも少なく表示している。
【００２６】
第１切刃５３１のそれぞれは、箔部材２に形成される開裂部３の第１直線部３１に対応した形状を有している。第１切刃５３１は、開裂部３の第１直線部３１が延在する第１方向に対応する方向に、たとえば２ｍｍの長さを有して延在する。第１方向と対応する方向に沿って隣接する第１切刃５３１の中心間の間隔をｘ軸方向に投影した距離はたとえば４ｍｍであり、ｙ軸方向に投影した距離はたとえば２ｍｍである。
【００２７】
第２切刃５３２のそれぞれは、箔部材２に形成される開裂部３の第２直線部３２に対応した形状を有している。第２切刃５３２は、開裂部３の第２直線部３２が延在する第２方向に対応する方向に、たとえば２ｍｍの長さを有して延在する。第２方向に対応する方向に沿って隣接する第２切刃５３２の中心間の間隔をｘ軸方向に投影した距離はたとえば４ｍｍであり、ｙ軸方向に投影した距離はたとえば２ｍｍである。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、第１領域Ｒ１に形成された第１切刃５３１のそれぞれからｘ軸＋方向に沿って長さＬ１だけ離れた位置に、それぞれに対応する第２切刃５３２が形成されている。その結果、後述するようにｘ軸方向に長さＬ１の送りピッチで順次加工台５２上に導かれた箔部材２に金型５４を押圧して、「×」形状を有する開裂部３を箔部材２に形成した集電体１を加工することができる。なお、長さＬ１は、生成する集電体１の大きさや、形成する開裂部３の密度等に応じて適宜設定される。
【００２９】
金型５４の押圧時に切刃５３が下方（ｚ軸−側）に移動する最下点を下死点と呼ぶ。本実施の形態では、切刃５３の下死点は、金型５４が箔部材２に接触する位置からｚ軸−方向に、たとえば約０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの位置となるように調整されている。金型５４に加える加圧力は、３５μｍの厚みを有する箔部材２に押圧する場合、２ｍｍの長さを有する個々の切刃５３あたり、たとえば約６Ｎの荷重とする。上記のように下死点と加圧力を設定することにより、切刃５３が箔部材２の裏面まで貫通して、箔部材２に開裂部３が形成される。
【００３０】
上述した構成を有する集電体製造装置５０では、ロール状の箔部材２の加工台５２への導入動作と、金型５４を押圧する押圧動作とが同期して繰り返し行われる。以後の説明では、１回の導入動作と、導入動作後に行われる１回の押圧動作とを合わせて、サイクルと呼ぶ。１サイクルの導入動作により、加工台５２上に金型５４の少なくとも第１領域Ｒ１に設けられた第１切刃５３１が形成された範囲をカバーする長さの箔部材２がｘ軸−側から＋方向へ導かれる。そして、金型５４の押圧動作により切刃５３の第１切刃５３１が加工台５２に導かれた箔部材２を貫通することにより、箔部材２のうち金型５４の第１領域Ｒ１に対応する範囲内に第１直線部３１が形成される。たとえば、サイクル時間が１秒であり、長さＬ１が４０ｍｍであるとすると、集電体製造装置５０は、１秒当たり４０ｍｍの箔部材２に対して処理をする能力を備えていることになる。
【００３１】
１サイクルの処理が終了すると、同様にして次のサイクルの導入動作が行われる。この場合、前回のサイクルにて第１領域Ｒ１で処理された箔部材２がｘ軸＋方向へ長さＬ１分だけ送られて第２領域Ｒ２に対応する位置に移動するとともに、加工台５２上の、第１領域Ｒ１に対応する位置に未処理の箔部材２が長さＬ１分だけ導かれる。そして、押圧動作が行われることにより、第１領域Ｒ１に対応する位置に導かれた未処理の箔部材２には第１直線部３１が形成される。さらに、第２領域Ｒ２に対応する位置に導かれた箔部材２には、既に形成された第１直線部３１の中心で交差するように第２直線部３２が形成される。その結果、箔部材２には「×」形状の開裂部３が形成されて集電体１に加工される。
【００３２】
上記の１サイクルごとに、不図示の駆動機構はＰＥＴシート５７をｙ軸方向に、たとえば０．２ｍｍ程度移動させる。この結果、次のサイクルの際に、切刃５３が箔部材２を切削する位置には、常に新しいＰＥＴシート５７の面が導かれる。仮に、既に押圧動作が行われたことにより表面に傷等を有するＰＥＴシート５７の位置が切刃５３に対応する位置となった場合には、駆動機構はＰＥＴシート５７をｙ軸方向に箔部材２のｙ軸方向の長さ分移動させて、箔部材２が傷等を有していないＰＥＴシート５７の新規の面上に導かれるようにする。その結果、押圧動作に際して、箔部材２と切刃５３との密着を防止し、切刃５３と箔部材２との離形性を確保することができる。
【００３３】
次に、電極材料の製造方法について説明する。図２（ａ）に示すように、集電体製造装置５０によって製造された集電体１は、ロールツーロール方式で電極材料製造装置６０へ導かれて、リチウムイオン二次電池等の二次電池用の電極材料に加工される。電極材料製造装置６０は、集電体製造装置５０によって製造された集電体１に対して、平坦化処理を行う平坦化処理部６１と、集電体１に対して活物質を噴射して集電体１の表面および裏面の少なくとも一方に活物質層を形成する成膜処理を行う噴射処理部６２とを有する。
【００３４】
集電体製造装置５０を用いて金型５４により集電体１に開裂部３が加工されると、集電体１の裏面には０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の皺や反りが発生する。平坦化処理は、この皺や反りを無くして、後述する噴射処理部６２による活物質の噴射によりさらに皺や反りが大きくなることを防ぐために行われる。平坦化処理部６１は、たとえばプレス型やローラーを用いて平坦化処理を行う。プレス型を用いて平坦化処理を行う場合には、集電体１を構成する箔部材２への損傷や変形等の発生を最小限に抑制できるように、たとえば箔部材２の表面からｚ軸−方向に１μｍ程度の高さの位置をプレス型の下死点とする。本実施の形態では、３５μｍの箔部材２を用いているので、プレス型の下死点は箔部材２の裏面からの高さが３６μｍ程度の位置となる。
【００３５】
噴射処理部６２は、公知のＰＪＤ法（Powder Jet Deposition）を用いて、図示しない噴射ノズルの開口部から圧縮性流体と、固体微粒子状の活物質との混合流体を集電体１へ吹き付けて付着させる。ロールツーロール方式によってｘ軸方向に送られる集電体１に対して、ｚ軸方向に活物質の吹き付けを行うことによって、集電体１に活物質が堆積して活物質層を形成する。なお、本実施の形態では、上述したように、活物質として、たとえばシリコンと銅の複合物を用い、集電体１（箔部材２）として銅を用いている。
【００３６】
噴射処理部６２によりＰＪＤ法で成膜処理を行う際の代表的な条件は、噴射圧０．１〜１ＭＰａ、集電体１の加熱温度１００℃〜３００℃、集電体１の送り速度０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃ程度である。これらの条件は活物質や集電体の材料、目標とする活物質層の膜厚や特性等に応じて適宜調整することができる。
【００３７】
このようにして形成された集電体１と活物質層からなる電極材料を電池の形態（たとえば円筒形型、角型、セル型、ラミネート型等）に合わせた形状寸法に打ち抜くことによって負極を作製する。アルミ箔にコバルト酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物を正極活物質として付着形成された公知の正極と、上記の負極とをセパレータを挟んで対峙させ、公知の溶媒中に公知の電解液（非水電解質）とともに封入することによって、リチウムイオン二次電池が構成される。なお、公知の溶媒はプロピレンカーボネートやエチレンカーボネート等であり、公知の電解液はＬｉＣｌＯ４やＬｉＰＦ６等である。この結果、高い充放電量と長期間安定的に保持可能なリチウムイオン二次電池が得られる。なお、噴射処理部６２を用いて、リチウムイオン二次電池の負極材料を形成するものに代えて、正極材料を形成するものであってもよい。この場合、電極基材としては、たとえばアルミニウムが用いられる。また、その他の一次電池や二次電池の正極活物質や負極活物質を成膜して電極材料とすることも、好ましい態様の一つである。
【００３８】
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）集電体１は、表面から裏面まで貫通する複数の開裂部３が形成された箔部材２からなり、複数の開裂部３のそれぞれは、互いに交差する複数の線状の開裂からなる。その結果、集電体１に活物質層を形成させた場合であっても、形成された活物質層の表面に皺や反りが発生することを防ぐことができる。
【００３９】
（２）箔部材２に形成された開裂部３を構成する複数の線状の開裂の少なくとも一つは直線状である。したがって、開裂を形成する際の加工が容易となり、生産性の向上に寄与する。
（３）複数の開裂のそれぞれは、第１方向に沿って所定の長さを有する第１直線部３１と、第１直線部３１と交差し、第２方向に沿って所定の長さを有する第２直線部３２と、からなる。その結果、複数の開裂部３を複数の直線状の開裂で形成するので、開裂部３の加工が容易となり、生産性が向上する。
【００４０】
（４）複数の開裂部３における第１直線部３１が同一直線上に位置する。その結果、複数の開裂部３が第１直線部３１が延在する方向に沿って規則的に形成されるので、集電体１に活物質層を形成させた場合であっても、歪や応力の影響による皺や反りの発生を抑制することができる。複数の開裂部３における第２直線部３２同士が同一直線上に位置することによっても、同様の作用効果が得られる。
【００４１】
（５）複数の開裂部３は、ｘ軸方向に沿って第１間隔ごとに、かつ、ｙ軸方向に沿って第２間隔ごとに形成される。その結果、箔部材２の表面に規則的に形成される複数の単位箔面２０のそれぞれについて、隣接する単位箔面２０からの歪や応力による影響が小さくなる。したがって、箔部材２の全面で種々の方向の応力による大きな皺や反りの発生を抑制することができる。
【００４２】
（６）集電体１は、複数の単位箔面２０からなる箔部材２であって、複数の単位箔面２０のそれぞれは、箔部材２の表裏を貫通する開裂部３と、隣接する開裂部３の間を最短距離で結ぶ仮想境界線ＶＬ１〜ＶＬ４と、によって囲まれ、仮想境界線ＶＬ１〜ＶＬ４と接する開裂部３の少なくとも一部は、仮想境界線ＶＬ１〜ＶＬ４と実質的に同一方向に延在する箔部材２からなる。その結果、箔部材２の表面に規則的に形成される複数の単位箔面２０のそれぞれについて、隣接する単位箔面２０からの歪や応力による影響が小さくなる。したがって、箔部材２の全面で大きな皺や反りの発生を抑制することができる。
【００４３】
（７）複数の所定形状を有する切刃５３が形成された金型を箔部材２に押圧して、第１方向に沿って所定の長さを有する第１直線部３１と、第２方向に沿って所定の長さを有する第２直線部３２とが交差する形状を有する複数の開裂部３を箔部材２に形成することによって集電体１を製造する集電体製造装置５０を用いて集電体１を形成するようにした。したがって、ロールツーロール方式を用いて、高効率で箔部材２に開裂部３を形成することができるので、生産性向上に寄与できる。
【００４４】
（８）金型５４は、加工台５２上に導かれた箔部材２を押圧して開裂部３を形成する。加工台５２は、弾性体であるゴムシート５６と、ゴムシート５６の上面に設けられ、ゴムシート５６よりも圧縮弾性率が大きい部材であるＰＥＴシート５７とを備える。その結果、金型５４の押圧動作に際して、切刃５３の保護し、箔部材２と切刃５３との密着を防止して、切刃５３と箔部材２との離形性を確保できるので、金型５４の劣化を抑制することができる。
【００４５】
（９）箔部材２に開裂部３が形成された後に箔部材２に平坦化処理を施すようにした。したがって、箔部材２に開裂部３を加工する際に箔部材２の裏面に発生した皺や反りを無くして、集電体１の品質を高めることができる。そして、集電体１に対して活物質粒子と気体の混合流体を噴射して活物質層を形成した場合であっても、電極材料の皺や反りが大きくなることを抑制できる。
【００４６】
［実施例］
厚さ１８μｍと３５μｍの２種類の銅箔を用意し、それぞれの銅箔にピナクル型を用いて図１の形状の開裂部を形成して集電体とした。「×」形状を構成する二つの方向の線状の開裂の長さはそれぞれ２ｍｍとした。また、開裂部の間隔はＸ方向およびＹ方向のそれぞれについて均等とし、Ｘ方向の間隔を４ｍｍ、Ｙ方向の間隔を２ｍｍとした。
【００４７】
上記の集電体の表面に、ＰＪＤ法で銅とシリコンの複合粒子からなる活物質を噴射し、活物質層を形成した。このときの噴射圧は０．２ＭＰａ、箔部材の加熱温度は１５０℃とし、噴射ノズルに対して銅箔をＸ方向に移動させながら成膜して、厚さ１５〜２０μｍの活物質層を成膜した。
活物質層を成膜した後の集電体の外観を肉眼で観察すると、厚さ１８μｍの箔部材および厚さ３５μｍの箔部材のいずれの集電体にも、皺や反りの発生はほとんど認められなかった。
【００４８】
［比較例］
実施例で用いたものと同じ材質、同じ厚さの銅箔を用意し、開裂部を形成せずに、ＰＪＤ法で銅とシリコンの複合粒子からなる活物質層を形成した。成膜条件は実施例と同一とした。
活物質層を形成した後の集電体の外観を観察すると、厚さ１８μｍの箔部材の場合は、ｘ軸方向およびｙ軸方向の双方に顕著な皺や反りの発生が認められた。また、厚さ３６μｍの箔部材の場合は、ｘ軸方向に顕著な皺や反りの発生が認められた。
【００４９】
したがって、箔部材２に開裂部３を設けて製造された集電体１に噴射処理により活物質層を形成することにより、皺や反り等の発生が抑制された電極材料を製造することができる。その結果、電極材料の形状不整によって電池の電気特性が低下したり、体積あたりの電池容量が低下することを抑止することができる。
【００５０】
上記の実施の形態を、以下のように変形できる。
（１）平坦化処理部６１が電極材料製造装置６０に含まれるものに限定されない。この場合、集電体製造装置５０により開裂部３が形成された箔部材２に対して平坦化処理部６１と同等の構成を有する平坦化処理装置によりが平坦化処理を施すことによって集電体１が製造されるものであってもよい。そして、集電体製造装置５０と平坦化処理装置とにより製造された集電体１に対して、噴射処理部６２と同等の構成の噴射処理装置により成膜処理を行えばよい。
【００５１】
（２）電極材料製造装置６０の平坦化処理部６１による平坦化処理の後に噴射処理部６２よる成膜処理を行うものに代えて、噴射処理部６２による成膜処理の後に平坦化処理部６１と同等の構成の平坦化処理装置によって平坦化処理を行ってもよい。もしくは、電極材料製造装置の平坦化処理部６１による平坦化処理の後に噴射処理部６２と同等の構成による噴射処理装置により成膜処理を行い、再度平坦化処理部６１にと同等の構成の平坦化処理装置により平坦化処理を行ってもよい。すなわち、集電体製造装置５０による集電体１の製造時に集電体１に生じる皺や反りと、成膜処理時に集電体１に生じる皺や反りを無くすことができるのであれば、平坦化処理と成膜処理との順序は問わない。
（３）集電体１に発生する皺や反りが問題にならない程度に小さい場合は平坦化処理自体を行わなくても良い。
【００５２】
（４）金型５４に第１切刃５３１と第２切刃５３２とが形成されるものに代えて、箔部材２に形成される開裂部３の形状、すなわち２方向に延びる複数の線状が一組ずつ互いに接続する形状の切刃が形成されるものでもよい。その結果、２回の処理にて箔部材２に開裂部３が形成されるものに代えて、１回の処理によって開裂部３を形成することも可能となる。
【００５３】
（５）上述した集電体製造装置５０を用いて集電体１を製造するものに限定されず、複数の所定形状を有する切刃が形成された型部材を箔部材２に押圧して、互いに接続する複数の線状の開裂部３を箔部材２に形成して集電体１を製造する方法も、本発明の集電体の製造方法に含まれる。また、加工台は、弾性体と、弾性体の上面に設けられ、弾性体よりも圧縮弾性率が大きい部材とを備えることが、切刃の保護し、箔部材２と切刃との密着を防止して、切刃と箔部材２との離形性を確保する点から好ましい態様の一つである。
【００５４】
上述した平坦化処理部６１により平坦化処理を行うものに限定されず、箔部材２に開裂部３が形成された後に箔部材２に対して押圧等により皺や反りを無くす平坦化処理を施すものは、本発明の態様の集電体の製造方法に含まれる。また、箔部材２の表面および裏面の少なくとも一方の面に、活物質粒子と気体の混合流体を噴射して、箔部材２に活物質層を形成する成膜処理を行うことによる電極部材の製造方法は、上述した電極材料製造装置６０により電極部材を製造するものに限定されず、本発明の態様に含まれる。なお、開裂部３が形成された箔部材２に対して成膜処理を行った後に平坦化処理を施して電極材料を製造する方法も、開裂部３が形成された箔部材２に対して平坦化処理を施してから成膜処理を行った後に再度平坦化処理を施して電極材料を製造する方法も本発明の態様に含まれる。集電体の皺や反りが問題にならない程度に小さい場合は平坦化処理自体を行わなくても良い。
【００５５】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【００５６】
［参考例］
図３、図４は、箔部材に形成される各種の開裂や穿穴のパターンを示す平面図である。箔部材に形成された開裂部や穿孔部は、活物質層の形成に伴って生じる箔部材の面内方向の内部応力や歪を遮断する作用があり、大きな皺や反りの発生を抑制することができる。
図３（ａ）に示す波目パターン、図３（ｂ）に示す角目パターン、図３（ｃ）に示す線形パターンは、箔部材の表裏を貫通させて形成すると、箔部材が帯状に分断されてしまい一体性を保ち難くなる。そのため、これらのパターンは箔部材の厚さ方向には貫通させないハーフカットとすることが好ましい。しかし、パターンをハーフカットとした場合は、十分な皺や反りの抑制効果が得られない傾向がある。また、加工方法もレーザ加工やエッチング加工等の特殊な方法に限定される。さらに噴射成膜により活物質層を形成する場合は、噴射圧によってハーフカット部分が断裂しやすい傾向がある。
【００５７】
図４（ａ）は角抜きパターンを示す平面図であり、図４（ｂ）は角抜きパターンを形成した場合の箔部材の断面図である。図４（ｃ）は丸抜きパターンを示す平面図であり、図４（ｄ）は丸抜きパターンを形成した場合の箔部材の断面図である。図４（ａ）に示す角抜きパターン及び図４（ｃ）に示す丸抜きパターンは、貫通穴の部分に活物質層を形成できないため、線状の開裂を設けたものと比較して電極材料としての実効面積が減少する。また、図４（ｂ）、図４（ｄ）に示すように、角穴や丸穴をプレス加工で形成した場合、穴の周囲の返りが比較的大きくなる傾向があり、プレス加工やロール加工による平坦化を行っても返り部分の倒れ込みのために平滑面が得られにくい傾向がある。
【符号の説明】
【００５８】
１…集電体、２…箔部材、３…開裂部、
２０…単位箔面、３１…第１直線部、３２…第２直線部、
５０…集電体製造装置、５２…加工台、５３…切刃、
５４…金型、５６…ゴムシート、５７…ＰＥＴシート、
６０…電極材料製造装置、６１…平坦化処理部、６２…噴射処理部、
５３１…第１切刃、５３２…第２切刃
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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