JP6038803B2 - 渦巻電極体を備えた電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、正負電極板がセパレータを介して渦巻状に巻き取られた渦巻電極体を備えた電池及びその製造方法に関する。

近年、携帯電話、ノートパソコン、タブレット型コンピュータ等の移動情報端末の駆動電源、家庭用蓄電システム、あるいはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）用の駆動電源として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池が広く利用されている。特に、正負電極板をセパレータを介して渦巻状に巻き取った渦巻電極体は、正負電極板の対向面積が大きく、これを用いた二次電池は大電流を取り出し易いので、上記用途に広く用いられている。

渦巻電極体は、通常、巻芯を使用して正負電極板及びセパレータを巻き取った後、巻芯を取り除くことにより作製される。この製法においては、最内周に巻き取られた電極要素（セパレータまたは正負電極板）が巻芯を取り除く際に巻芯に引っ張られて外側にズレることがある。このような巻ズレが生じると、内部短絡や、渦巻電極体が所定サイズ外となるなどし、製造歩留まりが低下する。

この問題を解決する方法として、巻芯に離型剤を塗布する方法がある。巻芯に離型剤を塗布すると、巻芯表面の滑沢性がよくなるので、巻芯からの脱離性が高まる。しかし、離型剤の塗布効果は巻芯の使用のたびに低下する。このため、定期的に巻芯に離型剤を塗布するメンテナンス作業が必要となり、このメンテナンス作業により、製造効率の低下や作業ミスの機会が増加するといった問題が生じる。また、作業時に異物が混入するなどの新たな問題を生じる。

渦巻電極体の巻き取りに関する技術としては、例えば、特許文献１、２がある。

特開2007-207649号公報 特開平05-299120号公報

特許文献１は、集電用にリードを取りつけた正極板および負極板を、セパレータを介して巻芯を用いて捲回することにより極板群を構成し、巻芯を抜き取る極板捲回工程中に、極板群の群上部または群底部の極板幅より露出しているセパレータの内、少なくとも最内周から２周分を部分的に熱溶着する技術を開示している。この技術によると、極板群の捲回において、捲回速度を増加でき、かつ内周セパレータ量を減少させ、かつ集電用のリードの位置のバラツキを縮小できる角型非水電解液電池の製造法を提供できるとされる。

特許文献２は、微多孔性高分子フィルムよりなるセパレーターを電極巻取用の割ピンの割り溝に挟みこんで巻き始め、更に帯状の正極と負極とを相互に接触しないように該セパレーターを介在させながら巻き回すことにより円筒型渦巻式電池を製造する場合に、セパレーターを割りピンの割り溝に挟みこんで巻き始める前に、セパレーターの割りピンに接する部分の少なくとも一部を、予めその軟化点以上、融点未満の温度で熱処理しておく技術を開示している。この技術によると、円筒型渦巻式電池を製造する際に、電池の特性に悪影響を及ぼすことなく、割りピンを中心にして巻回した渦巻式電極構造体を割りピンから容易に抜き離すことができるとされる。

しかしながら、特許文献１又は２の技術を用いても、煩雑なプロセスを必要とすることなく、巻芯に引っ張られて巻ズレが生じることを防止することはできていない。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、煩雑なプロセスや定期的なメンテナンスを必要とすることなく、渦巻電極体からの巻芯の取り除きに伴う巻ズレを抑制し得た電池及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための渦巻電極体を備えた電池の製造方法に係る本発明は、次のように構成されている。
巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが２重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、前記セパレータが２重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を圧着する圧着工程と、前記圧着工程の後、正極板及び負極板を前記巻芯に供給し、前記正極板及び前記負極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた巻取体から前記巻芯を取り除き、渦巻電極体となす巻芯除去工程と、を備える渦巻電極体を備えた電池の製造方法。

この構成では、正極板及び負極板（正負電極板）を巻き取る前に、セパレータのみを巻芯に巻き付け、セパレータが２重以上に重なった領域を形成し、且つ、このセパレータが２重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を圧着している。これにより、巻芯と直接接触しているセパレータは、その外周側に位置する、巻芯と直接接触していないセパレータと圧着される。この結果、その後渦巻状に巻き取られた電極体から巻芯を取り除く際には、巻芯に渦巻状に巻き取られた巻取体が一体的に挙動するようになり、セパレータが巻芯に引っ張られて巻ズレを起こすことが顕著に抑制される。

また、この方法では、定期的なメンテナンス作業を必要としないので、上述したメンテナンスによる新たな不具合が生じることがない。

ここで、治具に形成される凸部としては、先端が先細りするような形状の凸部とすることが好ましい。また、凸部の根元の径が５〜３０ｍｍ、凸部の高さが０．１〜１．０ｍｍのような小さな凸部が複数形成された治具を用いることが好ましい。

また、渦巻電極体の最も内側のセパレータを圧着する場合、仮にセパレータが部分的に破れたとしても内部短絡を招くことはない。これに対し、正極板又は負極板を圧着させる構成とすると、電極板が破れてセパレータを突き破る等により内部短絡が生じるおそれがある。

ここで、セパレータが２重以上に重なった領域は、例えば、２枚のセパレータを同時に巻きつける（巻き取る）場合や、１枚のセパレータを２回以上巻きつける場合に形成される。

凸部が形成された治具としては、ローラを用いることが好ましい。また、当該ローラの表面にローレット加工を施し、このローレット加工により形成される突起の一つ一つが、前記凸部を構成するようにすると、好適にセパレータ相互を圧着できる。ローレット加工は、綾目、平目のいずれでもよいが、綾目の方がより好ましい。

上記構成において、前記圧着工程は、前記巻芯を回転させつつ、前記ローラをセパレータが２重以上に重なった領域に押し当てることにより行われる構成とすることができる。

巻芯を回転させつつローラを押し当てることにより、生産効率を低下させることなく、広範囲に圧着部を形成できるので、より効果的に巻ズレを防止できる。このとき、ローラを押し当てながら、巻芯を７２°以上回転させることが好ましく、９０°以上回転させることがより好ましく、１８０°以上回転させることがさらに好ましい。

凸部を構成する材料や巻芯を構成する材料としては、ステンレススチール、超硬合金、ダイス鋼（ＳＫＤ１１等）、プレハードン鋼（ＮＡＫ等）の金属材料や、ＭＣナイロン（登録商標）、ユニレート（登録商標）等の強度に優れた樹脂材料を使用できる。特に、凸部を構成する材料としては、セパレータの圧着強度を確保するために、樹脂材料よりも硬い金属材料を用いることが好ましい。

上記構成において、前記凸部を構成する材料の硬度が、前記巻芯を構成する材料の硬度よりも低い構成とすることができる。

この構成であると、凸部の押し当てによって巻芯が破損等することを抑制できる。これにより、巻芯の破損片等が製造雰囲気に混入することを防止でき、且つ、メンテナンスコストを低減することができる。

硬度の関係と、セパレータの圧着性とのバランスをとるために、凸部を構成する材料としては、上記で列挙した金属材料の中でも硬度の低いステンレススチールを用い、巻芯を構成する材料としては、ステンレススチールよりも硬い金属材料（超硬合金、ダイス鋼（ＳＫＤ１１等）、プレハードン鋼（ＮＡＫ等））を用いることがより好ましい。

ここで、硬度は、金属材料間ではビッカース硬さ、樹脂材料間ではロックウェル硬さのＲスケール等により比較することが好ましい。また、樹脂材料と金属材料とでは、金属材料の方が硬いものとする。

上記構成において、前記巻芯の横断面形状が、円形である構成とすることができる。

巻芯の横断面形状が円形以外であると、凸部の押し当ての圧力にムラが生じ易くなり、圧着ムラができやすくなるが、横断面形状が円形であると、このような弊害を防止できる。ここで、円形とは厳密な真円でなくてもよく、巻芯にスリットが形成されているような場合も含むものとする。

上記本発明に係る渦巻電極体を備えた電池の製造方法により得られる電池は、次のような特徴を備える構成となる。
正極板及び負極板がセパレータを介して渦巻状に巻き取られた渦巻電極体を備えた電池において、前記渦巻電極体の巻回中心側に、前記セパレータが２重以上に重なった領域を有し、前記セパレータが２重以上に重なった領域には、外側に位置するセパレータが巻回中心側に凸形状となって巻回中心側に位置するセパレータと圧着された圧着部が設けられていることを特徴とする。

上記構成において、前記圧着部が方形状の領域内に複数設けられ、且つ、前記方形状の領域のセパレータ長さ方向に平行な長さが、当該圧着部が形成された周における前記セパレータの１周の長さの１／５以上である構成とすることができる。

以上に説明したように、本発明によると、定期的なメンテナンス等を必要としない簡便な手法で、巻芯に引っ張られて巻ズレが生じることを抑制でき、これにより電池の生産性や歩留まりを高めることができる。

図１は、本発明に用いる巻芯を用いた渦巻電極体の巻き取り方法を説明する横断面図であって、図１（ａ）は巻芯のみ、図１（ｂ）は巻芯のスリット（セパレータ固定部）に２枚のセパレータを通した状態、図１（ｃ）は巻芯のスリットに２枚のセパレータを半周巻きつけた状態、図１（ｄ）は２枚のセパレータが重なった領域にローラを押し当てた状態を示す。 図２は、巻芯に巻き取られた巻取体の横断面図である。 図３は、巻芯へのセパレータの供給方法の変形例を示す横断面図である。 図４は、セパレータの圧着部分の構造を模式的に示す図であって、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）及び図４（ｃ）はそれぞれ部分拡大図である。 図５は、実施例１で用いたローレットローラのローラ部分の構造を模式的に示す部分拡大図である。 図６は、実施例２で用いたローレットローラのローラ部分の構造を模式的に示す部分拡大図である。

本発明を実施するための形態を、本発明を非水電解質二次電池に適用した例を用いて以下に詳細に説明する。本発明は下記実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。

本実施の形態に係る非水電解質二次電池は、角形外装缶内に、正極板及び負極板（正負電極板）がセパレータを介して渦巻状に巻き取られ、その後プレスされた扁平渦巻電極体と、非水溶媒と電解質塩とを備える非水電解質と、が収容され、有底角形の外装缶の開口部に封口体が嵌合され、嵌合部がレーザ溶接により密閉された構造である。また、封口体からは、それぞれ正負電極外部端子が突出しており、扁平渦巻電極体の正極板及び負極板と、金属製のリードによりそれぞれ電気的に接続されている。

なお、これ以外に、扁平渦巻電極体と、外装缶や封口体との導電接触を防止するための絶縁部材が外装缶内に収容されていてもよい。また、封口体に、電池内圧上昇時にガスを放出ないし電流を遮断する安全機構が設けられていてもよい。また、外装缶の表面に絶縁被覆が施されていてもよい。

本発明は、正負電極板とセパレータとを用いて渦巻電極体を作製する方法に特徴を有しており、電池の構成材料や渦巻電極体を作製する方法以外の電池作製工程は、公知の材料や方法を採用できる。

本発明の特徴部分である、正負電極板とセパレータとを用いて渦巻電極体を作製する方法について、図面を用いて具体的に説明する。

図１は、本発明に用いる巻芯を用いた渦巻電極体の巻き取り工程を説明する横断面図であって、図１（ａ）は巻芯のみ、図１（ｂ）は巻芯のスリット（セパレータ固定部）に２枚のセパレータを通した状態、図１（ｃ）は巻芯のスリットに２枚のセパレータを半周巻きつけた状態、図１（ｄ）は２枚のセパレータが重なった領域にローラを押し当てた状態を示す。なお、スリットは巻芯の必須の構成ではないが、巻回開始時にセパレータが自由に移動することを防止するために、セパレータを固定ないし挟み込むグリップやスリット等のセパレータ固定部を、巻芯に設けておくことが好ましい。

図１（ａ）に示すように、本発明に用いる巻芯１は、断面円形であり、１つの直径に沿ったスリット１ａが設けられ、これにより、巻芯１は２つの分割部材１ｂ・１ｃに分割されている。

（セパレータ挿入工程）
図１（ｂ）に示すように、スリット１ａに２枚のセパレータ２を通し、端部を巻芯１の一方の分割部材１ｃ側に押しつける。

（巻き付け工程）
まず、図１（ｃ）に示すように、巻芯１を１周回転させ、スリットにより分割された巻芯１の一方の分割部材１ｂにセパレータ２を巻きつけるとともに、セパレータ２の端部をその外側に巻きつけられたセパレータ２により固定する。

（圧着工程）
このとき、治具４を構成するローレット加工が施されたローラ１３を、巻芯１に巻き付けられたセパレータ２（２枚重なっている領域）に押しつけ、これらを圧着する。この後、ローレット加工が施されたローラ１３を巻芯１に巻き付けられたセパレータ２に押し当てた状態で、さらに巻芯１を回転させる（図１（ｄ）参照）。ここで、ローラ１３に形成されたローレット加工部における突起の一つ一つが本発明における凸部を構成する。圧着工程は常温で行っているため、セパレータ同士の圧着部では、熱溶着を行った場合のようにセパレータは溶融していない。

（巻き取り工程）
次に、正負電極板を、それぞれの両面にセパレータ２が配されるように供給し、巻芯１をさらに回転させ、正負電極板を巻き取っていき、巻芯に巻き取られた状態の巻取体３が作製される（図２参照）。

（巻芯除去工程）
次に、巻取体３から巻芯１を取り除いて、渦巻電極体が完成する。

巻芯１に対するセパレータの供給方法は、これに限定されるものではなく、例えば、図３（ａ）に示すように、１枚のセパレータ２を、その中心付近が巻芯１のスリット１ａを通るように供給する方法や、図３（ｂ）に示すように、２枚のセパレータ２を、それぞれの一方端部が巻芯１のスリット１ａ内に位置するように供給する方法等を採用できる。

次に、ローレット加工が施されたローラ１３を備える治具によって圧着されたセパレータについて、図４を用いてさらに説明する。図４は、セパレータの圧着部分の構造を模式的に示す図であって、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）及び図４（ｃ）はそれぞれ部分拡大図である。

治具４を構成するローレット加工が施されたローラ１３をセパレータ２の重なり領域に押し当てることにより圧着を行うと、（ローラ幅×押し当て長さ）に相当する方形状の領域（圧着部形成領域）６に、圧着部が形成される（図４（ａ）参照）。このとき、ローレット加工が施されたローラ１３によりセパレータ２が巻芯（巻回中心）側に押しやられつつ圧着されるので、セパレータ２が巻回中心側に凸形状に変形ないし破断してなる圧着部５が、上記領域内に多数形成される（図４（ｂ）、（ｃ）参照）。なお、図４（ｂ）、（ｃ）では、セパレータが２重に重なった領域において、外側に位置するセパレータ及び巻回中心側に位置するセパレータの両方が巻回中心側に凸形状となって圧着された圧着部を示しているが、外側に位置するセパレータが巻回中心側に凸形状となって巻回中心側に位置するセパレータと圧着されていればよく、必ずしも巻回中心側のセパレータが巻回中心側に凸形状となっている必要はない。このような場合、外側に位置するセパレータの凸形状となった部分が、巻回中心側に位置するセパレータの内部に入り込み嵌合された状態となる。

圧着工程に用いる治具について、図５を用いてさらに説明する。治具は、軸部１４と、ヘッド部１１と、を有しており、ヘッド部１１に設けられたローラ軸部１２に、表面にローレット加工が施された（複数の凸部が形成された）ローラ１３が設けられている。なお、同図では、ローラ１３は３個設けられている。

ここで、幅がＬ１のセパレータに押し当てたときに、ローラ１３がセパレータに均等に当たるように、Ｌ２＝Ｌ８となるように押し当てることが好ましい。また、それぞれのローラ１３の幅Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７は、それぞれ同一とし、ローラ１３の間隔Ｌ４，Ｌ６も同一とすることが好ましい。

ここで、セパレータ幅Ｌ１に対して、ローラ１３の幅の合計（Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌ７）は、０．２〜０．４Ｌ１の範囲内であることが好ましい。また、ローラ１３のセパレータへの押し当て長さは、巻芯の７２°（１／５周）分の長さ以上とすることが好ましく、巻芯の９０°（１／４周）分の長さ以上とすることがより好ましく、巻芯の１８０°（１／２周）分の長さ以上とすることがさらに好ましい。また、セパレータへの押し当て長さの上限は、巻芯の７２０°（２周）分の長さとすることが好ましく、巻芯の３６０°（１周）分の長さとすることがより好ましい。

例えば、セパレータ幅Ｌ１が１１０ｍｍの場合、図５に示すようにローラ１３の幅Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７はそれぞれ１２ｍｍ（合計で約０．３２７Ｌ１）、ローラ１３の間隔Ｌ４，Ｌ６はそれぞれ２０ｍｍ、セパレータ端部からローラ１３までの距離Ｌ２，Ｌ８は、１７ｍｍとすることができる。

ローラ１３表面に施されたローレット加工の形状は、平目や綾目とすることができる。また、ローレット加工の山の高さ、角度、モジュール等は、セパレータの厚みを考慮して適宜設定することができ、例えば、セパレータの厚みが厚いほど、高さを大きく、角度を鋭くし、これに合わせてモジュールを設定することができる。例えば、山（凸部）の高さは０．０５〜０．５ｍｍ、モジュールは０．２〜０．５とすることができる。

また、圧着部の数は、特に限定されることはなく、例えば上記のローレット形状及び圧着部形成領域６の大きさにより定まる数とすることができる。

［実施例１］
［正極板の作製］
正極活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）と、導電剤としての炭素粉末と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）のＮ-メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液と、を、固形分質量比が、コバルト酸リチウム：炭素粉末：ポリフッ化ビニリデン＝９４：３：３となるように混練し、正極活物質スラリーを作製した。この正極スラリーを正極芯体としてのアルミニウム合金箔の両面に塗布した後、乾燥させてスラリー作製時に溶媒として使用したＮＭＰを除去し、正極芯体上に正極活物質層を形成した。このとき、正極芯体の長手方向に沿って一方端部には両面に正極活物質層を形成せず、芯体を露出させた芯体露出部とした。その後、圧延ロールを用いて圧延し、所定寸法に切断し、長さ４０００ｍｍ、幅１１０ｍｍの正極板を作製した。

［負極板の作製］
負極活物質としての黒鉛粒子と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）と、を水と共に混練して負極活物質スラリーを作製した。このとき、黒鉛粒子と、カルボキシメチルセルロースと、スチレンブタジエンゴムと、の質量比が、９５：３：２となるようにした。ついで、負極スラリーを負極芯体としての銅箔の両面に塗布した後、乾燥させてスラリー作製時に溶媒として使用した水を除去して、負極芯体上に負極活物質層を形成した。このとき、負極芯体の長手方向に沿って一方端部には両面に負極活物質層を形成せず、芯体を露出させた芯体露出部とした。その後、圧延ロールを用いて圧延し、所定寸法に切断し、長さ４０００ｍｍ、幅１１０ｍｍの負極板を作製した。

［非水電解質の調製］
エチレンカーボネート（ＥＣ）と、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）と、を体積比で３：５：２（１気圧、２５℃条件）となるように混合させた混合溶媒に対して、溶質として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの割合で溶解させて、非水電解質を調製した。

［渦巻電極体の作製］
ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ（厚み１５μｍ、幅１１０ｍｍ、長さ４５００ｍｍ）２を、炭素工具鋼鋼材（ＳＫ材）製の巻芯１（直径４０ｍｍ）のスリット１ａに２枚、図１（ｂ）に示すように通した。この後、巻芯１を１周回転させ、スリット１ａにより分割された巻芯１の一方の分割部材１ｂにセパレータ２を巻きつけた（図１（ｃ）参照）。次に、図１（ｄ）に示すように、他方の分割部材１ｃに巻き付けられたセパレータ２に、図５に示す治具のローラ１３（ステンレススチール製、表面に綾目ローレット加工、モジュール０．２）を押しつけ、これらを圧着した。この圧着は、他方の分割部材１ｃに巻き付けられたセパレータ全体（巻芯半周分）に対して行った。

次に、上記正負電極板を、それぞれの両面にセパレータ２が配されるように、且つ、正極板の端部（芯体露出部）がセパレータの一方端から、負極板の端部（芯体露出部）がセパレータの他方端から、それぞれ突出するように供給し、巻芯１をさらに回転（合計２５回転）させ、正負電極板を巻き取った。最後に、巻芯１を取り除いて、渦巻電極体を作製した。なお、炭素工具鋼鋼材はビッカース硬さＨｖが６００であり、Ｈｖが２００のステンレススチールよりも硬い材料である。

［電池の組み立て］
上記渦巻電極体をプレスして扁平形状となし、芯体露出部が重なり合った領域にそれぞれ正極集電体及び負極集電体を溶接により取り付けた。この後、正極集電体及び負極集電体と封口体に絶縁部材を介して固定された正負電極外部端子とをそれぞれ接続した。この扁平渦巻電極体を有底角形の外装缶内に挿入し、外装缶の開口部に封口体を嵌合し、嵌合部をレーザ溶接した。その後、封口体に設けられた注液孔から上記非水電解質を注液し、注液孔を封止して、実施例１に係る非水電解質二次電池を作製した。

［実施例２］
渦巻電極体の作製において、セパレータとして、厚み５０μｍ、幅１３０ｍｍ、長さ４５００ｍｍのポリエチレン製微多孔膜を用い、巻芯として、ＭＣナイロン（登録商標）製の直径３０ｍｍのものを用い、巻芯のスリットに１枚、図３（ａ）に示すように通し、巻芯を半周回転させてスリットにより分割された２つの巻芯部材のそれぞれにセパレータを１重巻き付け、２重目のセパレータが巻き付けられた後に、２重目のセパレータに図６に示す治具のローラ１３（ステンレススチール製、表面に綾目ローレット加工、モジュール０．３）を押しつけ、これらを圧着した（圧着は、巻芯の回転が１周半分））こと以外は、上記実施例１と同様にして、実施例２に係る非水電解質二次電池を作製した。なお、ステンレススチールは、ＭＣナイロン（ロックウェル硬さ（Ｒスケール）１２０）よりも硬い材料である。

ここで、実施例２で用いたローレットローラは、図６に示す形態のものであり、セパレータ幅Ｌ１が１３０ｍｍ、ローラ１３の幅Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７はそれぞれ１６ｍｍ（合計で約０．３６９Ｌ１）でローラ１３の間隔Ｌ４，Ｌ６はそれぞれ２４ｍｍ、セパレータ端部からローラ１３までの距離Ｌ２，Ｌ８は、１７ｍｍである。

［比較例１］
ローレットローラによる圧着を行わなかったこと以外は、上記実施例１と同様にして、比較例１に係る非水電解質二次電池を作製した。

［巻ズレの測定］
上記と同様にして、実施例１，２、比較例１に係る渦巻電極体をそれぞれ１００個作製した。そして、渦巻電極体の最内周に配置されたセパレータが巻ズレを起こしているか否かを目視にて観察した。巻ズレを起こしている場合には、所期の位置からのズレの最大値を計測した。この結果、実施例１，２に係る渦巻電極体は、巻ズレ発生数が０であったが、比較例１に係る渦巻電極体では、３個の渦巻電極体に巻ズレが確認された。また、これらの渦巻電極体の巻ズレ量は０．５〜０．６ｍｍであった。

この結果から、本発明の方法を採用することにより、渦巻電極体の巻ズレを顕著に抑制できることが分かった。

なお、非水電解質二次電池に適用した例を用いて説明したが、本発明は、正負電極板にセパレータを介して巻き取った渦巻電極体を備える電池であれば、非水電解質電池、アルカリ電解質電池の別を問わず、また、一次電池、二次電池の別を問わず適用することができる。また、渦巻電極体には、円筒状や扁平状のものが含まれる。また、外装体としては、円筒形外装缶、角形外装缶、ラミネート等を用いたフィルム状外装体を用いることができる。

ここで、本発明に用いるセパレータは、微多孔膜や不織布等を用いることができる。材質としては、使用する電解液に耐性を有する材料であればよく、樹脂材料やガラス繊維等を用いることができ、これらの混合材料や積層材料からなるものを用いることもできる。本発明を非水電解質二次電池に適用する場合は、樹脂製セパレータを用いることが好ましく、特にポリオレフィン製セパレータを用いることが好ましい。また、本発明は、ポリオレフィン製セパレータの表面に耐熱層が形成されているセパレータにも適用可能である。

また、上記実施例では、凸部が形成された治具として、ローレット加工が施されたローラ状の治具を用いる例を示したが、治具の表面に形成される凸部としては、ローレット加工部に限定されない。また、治具の形状としては、ローラ状が好ましいものの、板状やブロック状であってもよいし、巻芯の形状に沿うように湾曲した面を有するものであってもよい。また、凸部が形成された治具として、治具の表面に凸部を成形したもの（凸部が形成された治具と凸部が一体物であり、凸部が形成された治具と凸部が同一材料）を用いることが好ましいが、治具の表面に治具とは同一ないし別の材料からなる凸部を固定したものを用いてもよい。

以上に説明したように、本発明によると、簡便な手法で巻芯とともに巻回部材（正負電極板、セパレータ）が脱離することを抑制することができる。よって、産業上の利用可能性は大きい。

１ 巻芯
２ セパレータ
３ 巻取体
４ 治具
５ 圧着部
６ 圧着部形成領域
１１ ヘッド部
１２ ローラ軸部
１３ ローラ（ローレットローラ）
１４ 軸部

Claims (11)

1. 巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが２重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、
   前記セパレータが２重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を溶融させることなく圧着する圧着工程と、
   前記圧着工程の後、正極板及び負極板を前記巻芯に供給し、前記正極板及び前記負極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、
   前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた巻取体から前記巻芯を取り除き、渦巻電極体となす巻芯除去工程と、
   を備える渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
2. 請求項１に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
   前記凸部が形成された治具が、複数の凸部が形成されたローラである、
   ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
3. 請求項２に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
   前記圧着工程は、前記巻芯を回転させて前記セパレータの巻き取りを行いつつ、前記ローラを前記セパレータが２重以上に重なった領域に押し当てることにより行われる、
   ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
4. 請求項２又は３に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
   前記ローラには、ローレット加工が施されている、
   ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
   前記凸部を構成する材料の硬度が、前記巻芯を構成する材料の硬度よりも低い、
   ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
   前記巻芯の横断面形状が、円形である、
   ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
7. 正極板及び負極板がセパレータを介して渦巻状に巻き取られた渦巻電極体を備えた電池において、
   前記渦巻電極体の巻回中心側に、前記セパレータが２重以上に重なった領域を有し、
   前記セパレータが２重以上に重なった領域には、外側に位置するセパレータが巻回中心側に凸形状となって巻回中心側に位置するセパレータと熱溶着されることなく圧着された圧着部が設けられている、
   ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池。
8. 請求項７に記載の渦巻電極体を備えた電池において、
   前記圧着部が方形状の領域内に複数設けられ、且つ、前記方形状の領域のセパレータ長さ方向に平行な長さが、当該圧着部が形成された周における前記セパレータの１周の長さの１／５以上である、
   ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池。
9. 正極板及び負極板がセパレータを介して渦巻状に巻き取られた渦巻電極体を備えた電池において、
   前記渦巻電極体の巻回中心側に、前記セパレータが２重以上に重なった領域を有し、
   前記セパレータが２重以上に重なった領域には、外側に位置するセパレータが巻回中心側に凸形状となって巻回中心側に位置するセパレータと圧着された圧着部が設けられており、
   前記圧着部において、前記セパレータには破断した部分が形成された、
   ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池。
10. 巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが２重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、
    前記セパレータが２重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を圧着する圧着工程と、
    前記圧着工程の後、正極板及び負極板を前記巻芯に供給し、前記正極板及び前記負極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、
    前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた巻取体から前記巻芯を取り除き、渦巻電極体となす巻芯除去工程と、
    を備え、
    前記圧着工程において、前記セパレータが破断し開口が形成されるように前記治具を前記セパレータが２重以上に重なった領域に押し当てる渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
11. 巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが２重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、
    前記セパレータが２重以上に重なった領域に複数の凸部が形成されたローラを押し当て、前記セパレータが２重以上に重なった領域において、外側に位置するセパレータ及び巻回中心側に位置するセパレータの両方が巻回中心側に凸形状となるようにセパレータ相互を圧着する圧着工程と、
    前記圧着工程の後、正極板及び負極板を前記巻芯に供給し、前記正極板及び前記負極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、
    前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた巻取体から前記巻芯を取り除き、渦巻電
    極体となす巻芯除去工程と、を備え、
    前記圧着工程は、前記巻芯を回転させて前記セパレータの巻き取りを行いつつ、前記ローラを前記セパレータが２重以上に重なった領域に押し当てることにより行われる、
    ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。