模具的制作方法

本发明涉及一种用于对构成二次电池等的电极的活性物质层形成开口的模具。

背景技术：

以往，已知对于构成二次电池的电极的活性物质层，形成许多开口(凹部)。例如，在专利文献1中记载了：对于活性物质层，利用像针一样顶端尖锐的结构或使粒子以高速碰撞来形成开口的机械式方法、利用化学刻蚀来形成开口的化学式方法或者利用激光进行的熔化来形成开口的方法。此外，在专利文献2中，记载了利用形成有凸部的平板压力机来形成开口。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-250510号公报

专利文献2：日本专利5633751号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

然而，当利用使粒子以高速碰撞的方法、激光加工以及刻蚀加工来形成开口时，作业工序数变得比较多，并且其作业本身变得困难，开口形成本身的成本变得比较高。另一方面，在将形成有作为突起的凸部的模具按压于活性物质层以形成开口的情况下，该突起会磨损。当产生这样的磨损时，需要更换模具本身，模具的成本和维护费用会增加。此外，在将该突起按压于活性物质层以形成开口的情况下，有时该突起不会从活性物质层脱落，当施加力以将该模具从活性物质层拔出时，活性物质层、模具的突起恐怕会破损。

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种具备优异的耐久性并且能在防止活性物质层的破损的同时形成开口的模具。

用于解决问题的方案

为了达成上述目的，本发明的模具是用于对电池电极的活性物质层形成多个开口的模具，具有：平板部，由硬度为hv650以下的金属构成；以及锥台状的多个突出部，由与所述平板部的材料相同的金属构成，以从所述平板部的表面突出的方式一体地形成，其中，所述多个突出部分别包括相对于与所述平板部的表面正交的方向倾斜5度以上20度以下的倾斜侧面，位于顶端的上表面的表面积为20μm²以上。

发明效果

根据本发明，能提供一种具备优异的耐久性并且能在防止活性物质层的破损的同时形成开口的模具。

附图说明

图1是实施例1的模具的立体图。

图2是实施例1的模具的主视图。

图3是表示实施例1的模具的使用状态的概略图。

图4是实施例1的模具的突起部的放大侧视图。

图5是变形例的模具的突起部的放大立体图。

图6是变形例的模具的突起部的放大立体图。

图7是变形例的模具的突起部的放大立体图。

图8是实施例2的模具的放大剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的模具进行详细说明。需要说明的是，本发明并不限定于以下说明的内容，在不变更其主旨的范围内可以任意变更并实施。此外，在各实施例和变形例的说明中使用的附图均示意性地表示本发明的模具，为了加深理解，有时会进行部分的强调、放大、缩小或省略等，有时不会准确地表示各构成部分的比例尺、形状等。而且，各实施例和变形例中使用的一部分数值均是表示一个例子的数值，可以根据需要进行各种变更。

＜实施例1＞

首先，参照图1至图4对实施例1的模具及其使用状态进行详细说明。在此，图1是实施例1的模具的立体图，图2是实施例1的模具的主视图。此外，图3是表示实施例1的模具的使用状态的概略图。而且，图4是形成于实施例1的模具的突起部的放大侧视图。

从图1和图2可知，实施例1的模具10具有：长方体状的平板部11；以及多个突起部12，形成于平板部11的第一表面11a侧。在此，突起部12从平板部11的第一表面11a突出，成为按压被加工物以形成开口的部分。需要说明的是，在实施例1的模具10中，平板部11的第二表面11b为了装配用于担载模具10的夹具而具备平坦的形状，但也可以为了连接各种夹具或支承构件而形成有凹凸等。

如图3所示，在作为被加工物的活性物质层21形成多个开口的情况下，将在集电箔22的表面形成有活性物质层21的状态下的电池电极23以活性物质层21与模具10对置的方式载置在支承台24上，利用模具10和支承台24夹住电池电极23。然后，利用模具10和支承台24夹住电池电极23，由此，突起部12与活性物质层21接触，在活性物质层21同时形成有多个开口。需要说明的是，本发明中的开口只是所谓的凹部而并不贯通活性物质层21。

作为实施例1的模具10的加工对象的活性物质层21的厚度优选为10μm以上。其理由是因为，在使用电池电极23形成二次电池时，为了使电解液渗透至活性物质层21而提高该二次电池的性能，需要形成深度为10μm以上的开口。此外，当形成贯通活性物质层21这样的孔时，活性物质层21恐怕会剥离，因此，作为不会形成该贯通孔的最小厚度，设为10μm。

另一方面，作为集电箔22，可以使用例如铜、铝、钛、镍(包括它们的合金)或不锈钢等。此外，集电箔22的厚度一般从5～40μm的范围中选择，但能够根据二次电池所需要的特性来适当变更。

模具10是对母模实施一般的电铸技术而形成的，所述母模由形成与突起部12对应的凹部的树脂材料构成。因此，平板部11和突起部12由相同的金属一体地形成。从强度的观点来看，模具10的厚度约为500μm，而且考虑到模具10本身的翘曲，模具10由硬度hv650以下的金属形成。即，关于超过硬度hv650的金属，当考虑到模具10的形状等时，无法用作实施例1的模具10的构成构件。在实施例1中，使用以所希望的混合比合成镍和钴而得到的材料作为电铸材料，由hv600(标称值)的镍钴合金(nico)形成模具10。需要说明的是，对于该电铸材料而言，如果所形成的模具10的硬度为hv650以下，则也可以单独使用或混合使用镍、铜、铁或镍钼合金(nimo)等其他金属。

此外，如图1和图2所示，突起部12排列为矩阵状(4行×8列)，形成共计32个。在此，突起部12彼此的间隔优选为250μm以下，更优选为100μm以下。即，突起部12的形成密度优选为16个/mm²以上，更优选为100个/mm²以上。在此，理想的是对活性物质层21形成更多的开口，但是，当对活性物质层21的固定区域多次按压模具10以形成许多开口时，活性物质层21会发生剥离或破损，作为电池电极23的可靠性降低。因此，在实施例1中，通过将突起部12的形成密度设为16个/mm²以上，能减少利用模具10按压活性物质层21的固定区域的次数，并且同时形成更多的开口，维持作为电池电极23的可靠性。

需要说明的是，突起部12的数量和配置并不限定于上述内容，能够根据形成于活性物质层21的开口的数量和形成部位来适当地变更。例如，突起部12可以按照突起部12彼此的间隔不同的方式随机地配置而不像矩阵状那样规则地配置。

而且，突起部12的高度优选为20μm以上。作为这样设定突起部12的高度的理由是因为，在使用电池电极23形成二次电池时，为了使电解液渗透至活性物质层21而提高该二次电池的性能，需要形成深度为10μm以上的开口，因此，重要的是突起部12的高度为10μm以上。而且，虽然在突起部12的高度为10μm以上且小于20μm时能形成深度为10μm以上的开口，但根据模具10的按压量的调整精度，未形成有突起部12的第一表面11a的一部分恐怕会与活性物质层21接触而使活性物质层21整体压缩，从防止这种情况的观点来看，优选如上述那样设定突起部12的高度。

如图4所示，突起部12包括：突出部12a，位于平板部11侧；以及顶部12b，位于突起部12的顶端且呈凸曲面状。突出部12a的形状为圆锥台状，顶部12b的形状为半球状。

突出部12a包括倾斜侧面12c，该倾斜侧面12c相对于与平板部11的第一表面11a正交的方向倾斜5度以上20度以下。在实施例1中，将相对于与第一表面11a正交的方向的倾斜侧面12c的倾斜角度(以下，也称为起模角度)θ设定为9度。设定这样的倾斜角度θ的理由是因为，若倾斜角度小于5度，则在利用模具10在活性物质层21形成开口时，突起部12容易钩挂于活性物质层21，突起部12可能不会从活性物质层21脱落。此外，还因为，若倾斜角度为20度以上，则对应于形成一个开口使活性物质层21被按压的区域(按压面积)增加，活性物质层21可能会从集电箔22剥离。通过减少这样的突起部12的钩挂和活性物质层21的剥离，会防止活性物质层21的破损和与此相伴的二次电池的可靠性恶化，进而防止倾斜侧面12c的摩擦损伤，从而导致模具10的耐久性提高。

此外，突出部12a的上表面的直径2r(即，顶部12b的直径2r)优选为5μm以上20μm以下。换言之，这与突出部12a的上表面的表面积约为20μm²以上320μm²以下是同义的。这是基于根据突出部12a的上表面的直径2r为5μm以上20μm以下而计算出突出部12a的上表面的最小表面积和最大表面积的结果。这样设定的理由是，当直径小于5μm时，突起部12容易折断，当大于20μm时，活性物质层21在形成开口时容易从集电箔22剥离。

在此，当考虑到用于形成突出部12a的精度(母模的形成精度)时，重要的是突出部12a的上表面的表面积为20μm²以上，该设定值也与上述计算出突出部12a的上表面的最小表面积的结果一致，不会产生矛盾。因此，在实施例1中，将突出部12a的上表面的表面积为20μm²以上作为必要条件，而且设定为突出部12a的上表面的直径2r为5μm以上20μm以下(即，突出部12a的上表面的表面积约为20μm²以上320μm²以下)。通过设定这样的突出部12a的上表面的直径2r和表面积，会防止突出部12a的顶端(即，顶部12b的形成面侧)与活性物质层21的磨损。

顶部12b形成于突出部12a的上表面，但在顶部12b与突出部12a之间不存在台阶。即，顶部12b的凸曲面与突出部12a的倾斜侧面12c平滑地连续。根据这样的顶部12b的形状，顶部12b的直径2r与突出部12a的上表面的直径2r相同，顶部12b成为直径2.5μm以上的半球体。在此，在突起部12按压活性物质层21时，突起部12的顶端的力不仅在突起部12的延伸方向(即，与第一表面11a正交的方向)产生，施加于活性物质层21的力也复杂地发挥作用，在与突起部12的延伸方向正交的方向上也产生力。因此，设置上述那样的半球状的顶部12b，使按压活性物质层21时施加于突起部12的顶端的应力分散，从而谋求防止突起部12的磨损。

以下对实施例1的模具10的制造方法的一个例子进行说明。首先，利用公知的技术，对于作为母模的材料，在该材料的表面形成与突起部12对应的凹部。作为凹部的形成方法，例如，可以是对材料表面进行切削等机械式加工，也可以是刻蚀等化学式加工，还可以是利用激光照射进行的加工。需要说明的是，该凹部需要非常高精度且微细的加工，以便能够实现上述的突起部12及的各种形状和尺寸。之后，对形成有凹部的母模实施一般的电铸技术，形成与该母模对应的金属的模具10。然后，使模具10从该母模分离，由此完成模具10的制造。

＜变形例＞

在实施例1中，突起部12包括圆锥台状的突出部12a和半球状的顶部12b，但突起部的形状并不限定于此，例如也可以是图5至图7所示的形状。在此，图5至图7是变形例的模具的突起部的放大立体图。

如图5所示，作为模具10的变形例，也可以形成圆锥台状的突起部32。即，与仅形成有突出部12a而没有实施例1中的顶部12b的情况相同。即使在这样的情况下，若突起部32的倾斜侧面的倾斜角度θ为5度以上20度以下，则对于活性物质层21，也能减少突起部32钩挂于活性物质层21的情况，防止活性物质层21的破损等以及谋求模具10的耐久性提高。此外，通过将突起部32的上表面的表面积设定为20μm²以上，并且将突起部32的上表面的直径2r设定为5μm以上20μm以下，会防止突起部32的顶端的磨损，并且防止活性物质层21的剥离。

此外，如图6所示，作为模具10的其他变形例，也可以形成三棱锥台状的突起部42。即，按压活性物质层21的部分的形状并不限定于圆锥台，也可以是各种棱锥台。即使在这样的情况下，若突起部42的倾斜侧面的倾斜角度θ为5度以上20度以下，则对于活性物质层21，也能减少突起部42钩挂于活性物质层21的情况，能防止性物质层21的破损等以及谋求模具10的耐久性提高。此外，通过将突起部42的上表面的面积设定为20μm²以上，会防止突起部42的顶端的磨损。而且，在多个突起部42分别具备三棱锥台状的形状或其他棱锥台状的形状的情况下，利用直线的机械加工也能容易地形成突起部42。

而且，如图7所示，作为模具10的其他变形例，也可以形成具备对四棱锥体的侧边进行了倒角的形状的突起部52。通过实施这样的倒角加工，在突起部52的侧面没有尖锐的部分，会防止突起部52本身的磨损。即，与图6所示的存在角的突起部42相比，会谋求模具10的耐久性的进一步提高。

需要说明的是，即使在图6和图7所示的变形例中，也可以设置呈凸曲面状的顶部。由此，在按压活性物质层21时，能使施加于突起部42、52的顶端的应力分散，能进一步防止突起部42、52的磨损。

＜实施例2＞

将与实施例1的模具10相比谋求耐久性的进一步提高的模具110作为实施例2，参照图8进行说明。在此，图8是实施例2的模具110的放大剖视图。

如图8所示，与实施例1的模具10同样，实施例2中的模具110也具有：长方体状的平板部111；以及多个突起部112，形成于平板部111的第一表面111a侧。此外，与实施例1的模具10同样，平板部111的第二表面111b也为了装配用于担载模具110的夹具而具备平坦的形状。

而且，如图8所示，即使在实施例2的模具110中，突起部112也包括：突出部112a，位于平板部111侧；以及顶部112b，位于突起部112的顶端且呈凸曲面状。并且，突出部112a的形状为圆锥台状，顶部112b的形状为半球状。由此，在实施例2的模具110和实施例1的模具10中，平板部和突起部的形状和尺寸是相同的。因此，省略关于这些形状和尺寸的作用效果的说明。

另一方面，实施例2的模具110与实施例1的模具10不同，在第一表面110a上形成有覆盖层130。即，在模具110中，平板部111的平坦面(突起部112的非形成面)和突起部112的表面(倾斜侧面112c和顶部112b的凸曲面)由覆盖层130保护。例如，覆盖层130的层厚为数μm，但能够根据活性物质层21的材料、厚度、覆盖层130的材料来适当变更。

覆盖层130由以与平板部111和突起部112的材料相同的金属为主材料且具备比平板部111和突起部112的材料高的硬度的合金构成。例如，在平板部111和突起部112为镍钴合金的情况下，可以使用镍硼(nib)合金作为以镍为主材料的合金来形成覆盖层130。在该情况下，覆盖层130通过化学镀形成于第一表面111a。

通过以与平板部111和突起部112的材料相同的金属作为主材料形成覆盖层130，能提高电铸材料(即，平板部111和突起部112)与层叠材料(即，覆盖层130)的密合性，能防止使用模具110时的覆盖层130的剥离。此外，模具110本身的加工面被硬度更高的材料的覆盖层130覆盖，由此，能防止突起部112的磨损，能进一步提高模具110本身的耐久性。

＜本发明的方案＞

本发明的第一方案是用于对电池电极的活性物质层形成多个开口的模具，该模具具有：平板部，由硬度为hv650以下的金属构成；以及锥台状的多个突出部，由与所述平板部的材料相同的金属构成，以从所述平板部的表面突出的方式一体地形成，其中，所述多个突出部分别包括相对于与所述平板部的表面正交的方向倾斜5度以上20度以下的倾斜侧面，位于顶端的上表面的表面积为20μm²以上。

第一方案的模具由硬度hv650以下的金属形成，因此能将作为整体的厚度设为500μm左右来防止翘曲。此外，突出部的倾斜侧面相对于与平板部的表面正交的方向倾斜5度以上20度以下，因此，在将按压活性物质层的突出部从该活性物质层拔出时，会减少突出部钩挂于该活性物质层的情况，防止该活性物质层的破损等，并且防止倾斜侧面的摩擦损伤，由此提高模具的耐久性。而且，位于突出部的顶端的上表面的表面积为20μm²以上，因此突出部的形成变得容易，并且会防止伴随着与活性物质层的接触的突出部的顶端的磨损。

根据本发明的第二方案，在上述本发明的第一方案中，在所述多个突出部各自的顶端形成有呈凸曲面状的顶部。由此，在按压活性物质层时，凸曲面的顶部首先与活性物质层接触，能分散加工活性物质层时的施加于突出部的顶端的应力，防止突出部的磨损。

根据本发明的第三方案，在上述本发明的第二方案中，所述多个突出部分别具备位于顶端的上表面的直径为5μm以上20μm以下的圆锥台状的形状。由此，在突出部的侧面没有尖锐的部分，会防止突出部本身的磨损，谋求模具的耐久性的提高。此外，在向活性物质层形成开口时，会防止突起折断、活性物质层从集电箔剥离。

根据本发明的第四方案，在上述本发明的第三方案中，所述顶部具备5μm以上的直径的半球状的形状。由此，在按压活性物质层时，半球状的顶部首先与活性物质层接触，能分散加工活性物质层时的施加于突出部的顶端的应力，防止突出部的磨损。

根据本发明的第五方案，在上述本发明的第一或第二方案中，所述多个突出部分别具备棱锥台状的形状。由此，能容易地对活性物质层形成开口。此外，特别是在多个突出部分别具备三棱锥台状或四棱垂台状的形状的情况下，利用直线的机械加工也能容易地形成突出部。

根据本发明的第六方案，在上述本发明的第一或第二方案中，所述多个突出部分别具备对棱锥体的侧边进行了倒角的形状。由此，在突出部的侧面没有尖锐的部分，会防止突出部本身的磨损，谋求模具的耐久性的提高。

根据本发明的第七方案，在上述本发明的第一方案中，在所述多个突出部的表面形成有覆盖层，所述覆盖层由以与所述突出部的材料相同的金属为主材料且具备比所述突出部的材料高的硬度的合金形成。由此，用于在活性物质层形成开口的加工面被硬度更高的材料覆盖，能防止突出部的磨损，能进一步提高模具本身的耐久性。此外，能提高突出部与覆盖层的密合性，能防止使用模具时的覆盖层的剥离。

根据本发明的第八方案，在上述本发明的第一至第七方案中任一方案中，所述平板部的表面上的所述突出部的形成密度为16个/mm²以上。由此，即使在对活性物质层的固定区域形成许多开口的情况下，也能减少模具与活性物质层的固定区域的接触次数，同时形成更多的开口，维持作为二次电池的集电箔的可靠性。

根据本发明的第九方案，在上述本发明的第一至第八方案中任一方案中，所述突出部的高度为20μm以上。由此，能容易地形成能使电解液渗透至活性物质层并谋求提高二次电池的性能的开口。此外，在利用模具按压活性物质层时，能防止未形成有突出部的平板部的区域与活性物质层接触而将活性物质层整体压缩。

附图标记说明：

10……模具；

11……平板部；

11a……第一表面；

11b……第二表面；

12……突起部；

12a……突出部；

12b……顶部；

12c……倾斜侧面；

21……活性物质层；

22……集电箔；

23……电池电极；

24……支承台；

110……模具；

111……平板部；

111a……第一表面；

111b……第二表面；

112……突起部；

112a……突出部；

112b……顶部；

112c……倾斜侧面；

130……覆盖层。