リチウムイオン電池 電極材(正極100μm)の打抜き加工性試験結果

リチウムイオン電池は、充電と放電を繰り返す二次電池の一種で、正極と負極の間をリチウムイオンが移動することで、電気が発生する。携帯電話やノートパソコンなどの電子機器や、電気自動車の動力としてもすでに導入されているが、更なる高容量化・性能向上に向けて、現在も世界各国で開発競争が続いている。

リチウムイオン電池の正極と負極は、それぞれが直に接触すると短絡(ショート)を起こす。電極の加工部分にバリ・ダレが発生すると、バリなどが絶縁体を越えて接触する可能性があり、電極の加工性の問題は極めて重要である

今回は総板厚100μm(アルミ基材15μm、活物質片面塗工)の試験片を、精密打抜き治具(クリアランス2μm)により打抜き加工する試験を行った。


|試験仕様

試験対象素材

材  質 :正極基材(LiFePO4)+アルミニウム箔(Al)
板  厚 :100μm(アルミニウム箔 15μm)
材料商品名:MTI製 正極材LiFePO4片面塗工アルミ箔
主要用途 :リチウムイオン二次電池正極材

使用試験設備

打抜きプレス機
打抜き用治具:目視抜き用小型打抜き金型(野上技研製『ハンドパンチ』)
打抜き穴径 :φ10.0
クリアランス:2μm

検査顕微鏡
顕微鏡  :マイクロスコープ(キーエンス製『 VHX-6000 』)
拡大倍率 :20倍、100倍、(1000倍)


|試験結果

打抜き加工部画像

上面からはバリ、変形は見られない。

打ち抜き加工後の素材断面

 アルミニウム箔にもバリ・ダレはなく、活物質部分にも特に乱れはない。


|試験実施者コメント

正極加工においては、基材となるアルミニウム箔にバリ・ダレが発生したり、塗布された活物質の剥落・マイクロクラックが発生したりするなどの問題がしばしば起こるが、ハンドパンチによる加工では、バリやダレ、変形なく、良好な結果が得られた。
 
また、量産加工時には注意が必要である。アルミニウムは融点の低い金属であるため、量産工程における摩擦により、刃物部へのアルミの凝着、つまり構成刃先が発生する恐れがあるからだ。また、箔を複数枚積層してカットする場合には、箔同士の凝着が考えられる。
 
このため、アルミ箔を打抜き/切断して部材を量産加工する際には、アルミ箔の凝着を防止する対策が予め必要と思われる。
電池材料加工技術研究センター
諸田