(57)【要約】【課題】巻取速度に急激な加減速が生じる状況下においても適切な硬さの捲回電極体を製造することができる方法を提供する。【解決手段】この捲回電極体の製造方法は、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を重ねて捲回し、捲回電極体を製造する方法であり、押付部材３０を押し付けながら帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を巻取軸２０に巻き取る工程を有している。そして、当該工程において、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４のうち少なくとも１つに作用する張力Ｔが減少するのに応じて、当該押付部材３０の押付力を大きくする。【選択図】図５
2010055962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状電極と帯状セパレータを重ねて捲回し、捲回電極体を製造する方法であって、
押付部材を押し付けながら前記帯状電極と帯状セパレータを巻取軸に巻き取る工程を有し、
当該工程において、前記帯状電極と帯状セパレータのうち少なくとも１つに作用する張力が減少するのに応じて、当該押付部材の押付力を大きくする、捲回電極体の製造方法。
【請求項２】
前記張力を、前記巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径で割った値が小さくなるのに応じて、前記押付部材の押付力を大きくする、請求項１に記載の捲回電極体の製造方法。
【請求項３】
前記張力は、前記帯状電極と帯状セパレータのうち前記帯状電極に作用する張力である、請求項１又は２に記載の捲回電極体の製造方法。
【請求項４】
前記帯状電極は帯状シートに電極材料が所定の電極幅で塗工されており、
前記帯状電極に作用する張力を、前記巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径および前記電極幅で割った値が小さくなるのに応じて、前記押付部材の押付力を大きくする、請求項１に記載の捲回電極体の製造方法。
【請求項５】
前記帯状電極と帯状セパレータに作用する張力が減少するときに、前記巻取軸に巻き取られる前記帯状電極と帯状セパレータに前記押付部材を押し付ける、請求項１から４の何れかに記載の捲回電極体の製造方法。
【請求項６】
帯状電極と帯状セパレータが重ねられて捲回された捲回電極体を有する電池の製造方法であって、捲回電極体の製造方法として請求項１から５の何れかの捲回電極体の製造方法が用いられた、電池の製造方法。
【請求項７】
帯状電極と帯状セパレータを重ねて捲回し、捲回電極体を製造する製造装置であって、
前記帯状電極と帯状セパレータを巻き取る巻取軸と、
前記巻取軸に巻き取られる帯状電極と帯状セパレータに押し付けられる押付部材と、
前記巻取軸に巻き取られる前記帯状電極又は帯状セパレータの張力を検出する張力検出部と、
前記押付部材を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記張力検出部によって検出された張力が減少するのに応じて、押付部材の押付力を大きくする、捲回電極体の製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の捲回電極体の製造装置であって、
前記制御部は、張力に対して予め第１基準値が設定されており、当該第１基準値と、前記張力検出部で検出された張力との差が大きくなるのに応じて、押付部材の押付力を大きくする、捲回電極体の製造装置。
【請求項９】
請求項７に記載の捲回電極体の製造装置であって、
前記巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径を検出する外径検出部を有し、
前記制御部は、
前記張力検出部で検出された張力を前記外径検出部で検出された外径で割った第１除算値を求め、当該第１除算値と予め設定された第２基準値との差が大きくなるのに応じて、押付部材の押付力を大きくする、捲回電極体の製造装置。
【請求項１０】
前記張力は、前記帯状電極と帯状セパレータのうち前記帯状電極に作用する張力である、請求項７から９の何れかに記載の捲回電極体の製造装置。
【請求項１１】
請求項７の捲回電極体の製造装置であって、
前記巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径を検出する外径検出部を有し、
前記帯状電極は、帯状シートに電極材料が所定の電極幅で塗工されており、
前記張力検出部は、前記帯状電極に作用する張力を検出し、
前記制御部は、
前記張力検出部で検出された張力を、前記外径検出部で検出された外径および前記電極幅で割った第２除算値を求め、当該第２除算値と予め設定された第３基準値との差が大きくなるのに応じて、押付部材の押付力を大きくする、捲回電極体の製造装置。
【請求項１２】
帯状電極と帯状セパレータを重ねて捲回し、捲回電極体を製造する製造装置であって、
前記帯状電極と帯状セパレータを巻き取る巻取軸と、
前記巻取軸に巻き取られる帯状電極と帯状セパレータに押し付けられる押付部材と、
前記巻取軸と前記押付部材を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、当該巻取軸が帯状電極と帯状セパレータを巻き取る巻取速度の加速度に応じて、前記押付部材の押付力を補正する、捲回電極体の製造装置。
【請求項１３】
請求項７から１２の何れかに記載の捲回電極体の製造装置であって、
前記制御部は、前記帯状電極と帯状セパレータに作用する張力が減少するときに、前記巻取軸に巻き取られる前記帯状電極と帯状セパレータに前記押付部材を押し付ける、捲回電極体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状電極と帯状セパレータを重ねて捲回し、捲回電極体を製造する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる捲回電極体の製造方法には、例えば、特開２００７−１４２３５１号がある。同公報では、捲回する素子（帯状電極や帯状セパレータに概ね相当する）の外径寸法及び硬度を安定させるため、捲回中の素子に加圧ローラ（押付部材に相当する）を押し付けながら素子材料を巻き取る装置が開示されている。この装置は、捲回素子の捲回時に加圧ローラを巻芯の方向へ押し付けることにより、素子材料間に入り込む空気を排出する。ただし、上述した特許文献１には、加圧ローラをどのように押し付ければよいかについて、特に、押付力の調整について、具体的な示唆はない。
【０００３】
また、他の先行技術として、例えば、特開平１０−３１０２９９号がある。同公報には、ダンサー機構を有し、巻き取られる帯状体（帯状電極と帯状セパレータに概ね相当する）のテンションを安定して制御する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１４２３５１号
【特許文献２】特開平１０−３１０２９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者は、かかる捲回電極体を製造する方法として、巻取速度を上げて生産効率を向上させることを考えている。例えば、全長５ｍ程度の帯状材であれば、２ｍ/ｓを超える程度の巻取速度で巻き取ることを考えている。これによって捲回時間を大幅に短縮することできる。この場合、巻き始めてから巻取速度を急激に早くし、さらに巻き終わる前にも巻取速度を急激に遅くするなど、今までに比べて格段に急激な加減速が伴う。
【０００５】
ここまで急激な加減速が生じると種々の問題が生じる。例えば、巻き始めから巻取速度が急激に加速されると、帯状電極と帯状セパレータに作用する張力が急激に大きくなる。また、巻き終わる前に巻取速度が急激に減速されると、張力が急激に小さくなる。そして、張力が急激に緩むと、巻き取られる帯状材に空気が入り込み易くなる。空気が入り込むと捲回電極体が柔らかくなる。これに対して、巻き取られる帯状材に空気が入り込むのを防止すべく、巻き取られる帯状電極と帯状セパレータを押付部材（加圧ローラ）で強く押し付けると、捲回電極体が必要以上に硬くなる。
かかる事象を鑑み、本発明者は、巻取速度に急激な加減速が生じる状況下において、捲回電極体を適切な硬さにしたいと考え、本発明を創案した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る捲回電極体の製造方法は、帯状電極と帯状セパレータを重ねて捲回し、捲回電極体を製造する方法であり、押付部材を押し付けながら帯状電極と帯状セパレータを巻取軸に巻き取る工程を有している。当該工程において、本発明では、帯状電極と帯状セパレータのうち少なくとも１つに作用する張力が減少するのに応じて、当該押付部材の押付力を大きくする。
帯状電極と帯状セパレータに作用する張力が減少すると、帯状電極と帯状セパレータが巻取軸に巻き取られるときに巻き付く力が減少する。本発明によれば、この減少分を押付部材の押付力で補うことができるので、捲回電極体を適切な硬さにすることができる。
【０００７】
例えば、帯状電極と帯状セパレータが巻取軸に巻き取られるにつれて、巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径は大きくなっていく。外径が大きくなると、帯状電極と帯状セパレータが巻き取られる際に、捲回電極体の外周に巻き付く力も変わる。
このため、張力を、巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径で割った値が小さくなるのに応じて、押付部材の押付力を大きくしてもよい。これによって、巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径の変化を考慮して適切に押付部材の押付力を大きくすることができる。
【０００８】
また、帯状電極は、帯状シートに電極材料が所定の電極幅で塗工されている場合は、さらに、帯状電極に作用する張力を、巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径および電極幅で割った値が小さくなるのに応じて、押付部材の押付力を大きくするとよい。これによって、電極幅を考慮して適切に押付部材の押付力を大きくすることができる。
また、押付部材は、帯状電極と帯状セパレータに作用する張力が減少するときに、巻取軸に巻き取られる帯状電極と帯状セパレータに押し付けてもよい。
この捲回電極体の製造方法は、帯状電極と帯状セパレータが重ねられて捲回された捲回電極体を有する電池の製造方法において、捲回電極体の製造方法に用いることができる。
【０００９】
また、本発明に係る捲回電極体の製造装置は、帯状電極と帯状セパレータを巻き取る巻取軸と、巻取軸に巻き取られる帯状電極と帯状セパレータに押し付けられる押付部材と、巻取軸に巻き取られる帯状電極又は帯状セパレータの張力を検出する張力検出部とを備えている。さらに、押付部材を制御する制御部を備えている。制御部は、張力検出部によって検出された張力が減少するのに応じて、押付部材の押付力を大きくする。
【００１０】
さらに、制御部は、張力に対して予め第１基準値が設定されており、当該第１基準値と、張力検出部で検出された張力との差が大きくなるのに応じて、押付部材の押付力を大きくしてもよい。
また、巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径を検出する外径検出部を有している場合、かかる外径を考慮して押付部材の押付力を制御することができる。
この場合、制御部は、例えば、張力検出部で検出された張力を前記外径検出部で検出された外径で割った第１除算値を求め、当該第１除算値と予め設定された第２基準値との差が大きくなるのに応じて、押付部材の押付力を大きくするとよい。
【００１１】
また、帯状電極は帯状シートに電極材料が所定の電極幅で塗工されている場合には、さらに、かかる電極幅を考慮するとよい。この場合、張力検出部は帯状電極に作用する張力を検出する。制御部は、張力検出部で検出された張力を、外径検出部で検出された外径および電極幅で割った第２除算値を求める。そして、当該第２除算値と予め設定された第３基準値との差が大きくなるのに応じて、押付部材の押付力を大きくするとよい。これによって、電極幅を考慮して、適切に押付部材を制御することができる。
【００１２】
また、制御部は、巻取軸が帯状電極と帯状セパレータを巻き取る巻取速度の加速度に応じて、押付部材の押付力を補正してもよい。また、制御部は、帯状電極と帯状セパレータに作用する張力が減少するときに、巻取軸に巻き取られる帯状電極と帯状セパレータに押付部材を押し付けるとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る捲回電極体の製造方法およびかかる製造方法を具現化した装置の一例を図面に基づいて説明する。なお、以下、帯状電極と帯状セパレータを、適宜、「帯状材」と総称する。
【００１４】
上述したように巻取速度を速くして捲回時間を短縮する場合には、単純に、押付部材で帯状電極と帯状セパレータを巻取軸に押し付けつつ巻き取った場合でも、捲回電極体の硬さが安定しない。
本発明者は、その原因の一つとして巻取速度の急激な加減速があると考えている。すなわち、捲回時間を短縮するには、図１に示すように、巻き始め（Ａ１）から急激に巻取速度を加速し（Ａ２）、高速で巻き取る時間（Ａ３）を出来る限り確保する。そして、その後、急激に巻取速度を減速させて巻き終える（Ａ４）。この場合、加速工程（Ａ２）、減速工程（Ａ４）において急激な加減速が生じる。かかる急激な加減速が生じると、帯状電極や帯状セパレータに作用する張力Ｔは、例えば、図２のように急激に大きく変動する。
【００１５】
本発明者は、図３および図４に示すように、押付部材３０を押し付けつつ帯状材１１〜１４を巻き取った場合についてさらに検討を進めた。その結果、帯状材１１〜１４が巻取軸２０に巻き付く力Ｔａは、概ね、帯状材１１〜１４に作用する張力Ｔによって生じる力と、押付部材３０の押付力Ｐによって生じる力の合力になるとの知見を得た。なお、帯状材１１〜１４が巻取軸２０に巻き付く力Ｔａは、巻取軸２０に巻き取られた捲回電極体１０ａに作用する圧力に置き換えて考えてもよい。
図２のように張力Ｔが急激に大きく変動すると、帯状材１１〜１４が巻取軸２０に巻き付く力Ｔａのうち、張力Ｔによって生じる力が大きく変動する。このため、図３および図４に示すように、押付部材３０を押し付けつつ帯状材１１〜１４を巻き取った場合でも、帯状材１１〜１４が巻取軸２０に巻き付く力Ｔａに緩みが生じる。帯状材１１〜１４が巻取軸２０に巻き付く力Ｔａに緩みが生じると、空気が巻き込まれる場合があり、空気が巻き込まれると捲回電極体は柔らかくなる。これに対して、空気が巻き込まれるのを防止すべく押付部材３０を押し付ける力Ｐを大きくすると、帯状材１１〜１４が巻取軸２０に巻き付く力が大き過ぎて、捲回電極体が硬くなりすぎる。
このように押付部材３０を押し付けつつ帯状電極と帯状セパレータを巻き取った場合でも、捲回電極体を適切な硬さにすることは難しい。本発明は、かかる知見を基に創案された。
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る捲回電極体の製造方法およびかかる製造方法を具現化した装置の一例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
この捲回電極体の製造方法は、図５に示すように、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を重ねて捲回し、捲回電極体１０を製造する。この製造方法は、押付部材３０を押し付けながら帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を巻取軸２０に巻き取る工程を有している。当該工程において、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４のうち少なくとも１つに作用する張力が減少するのに応じて、押付部材３０の押付力Ｐを大きくする。
巻取速度に急激な加減速が生じると、図３に示すように、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４に作用する張力Ｔが減少する。張力Ｔが減少すると、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４が巻取軸２０に巻き取られるときに巻き付く力Ｔａが減少する。この製造方法は、張力Ｔが減少するのに応じて、押付部材３０の押付力Ｐを大きくする。このため、張力Ｔが減少することによって、上述した力Ｔａが減少する分を押付部材３０の押付力Ｐで補うことができる。これによって、捲回電極体１０を適切な硬さにすることができる。
【００１８】
この捲回電極体の製造装置１００は、例えば、図５に示すように、巻取軸２０と、押付部材３０と、供給リール４１〜４４と、ガイドローラ４６と、ダンサローラ４８と、エッジ検出部５２と、補正機構５４と、制御部６０とを備えている。
【００１９】
巻取軸２０は、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を巻き取る軸である。この実施形態では、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４は、帯状電極１１、帯状セパレータ１２、帯状電極１３、帯状セパレータ１４の順に重ねられ、巻取軸２０に巻き取られる。巻取軸２０はアクチュエータ２２によって回転する。アクチュエータ２２は、制御部６０によって制御されている。
制御部６０は、ＣＰＵなどからなる演算部と、不揮発性メモリーなどからなる記憶部とを備えており、予め設定されたプログラムに沿って、種々の電子的な演算処理や各部位の制御を行う装置である。この実施形態では、制御部６０は、アクチュエータ２２の制御情報から巻取軸２０の回転速度、回転数、および、巻取速度や巻取量を検出できる。
【００２０】
押付部材３０は、巻取軸２０に巻き取られる帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４に押し付けられる。この実施形態では、押付部材３０の先端部には、ローラ３２が回転自在に取り付けられている。押付部材３０は、アクチュエータ３４によって操作されて巻取軸２０に対して進退する。また、この実施形態では、押付部材３０は、概ね、最外周に巻かれる帯状セパレータ１４が巻き取られる位置Dから、巻取軸２０の中心Cに向けて巻取軸２０の径方向に進退するように配設されている。この実施形態では、アクチュエータ３４は制御部６０によって制御されている。この実施形態では、制御部６０は、押付部材３０の制御情報から、押付部材３０の進退量、押付力の情報を得ることができる。さらに、制御部６０は、押付部材３０の進退量の情報から、巻取軸２０に巻き取られた帯状材の外径を検出する外径検出部６２を備えている。
【００２１】
供給リール４１〜４４には、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４がそれぞれロール状に巻き取られている。帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４は、それぞれ供給リール４１〜４４から巻取軸２０まで引き出される。ガイドローラ４６は、帯状材１１〜１４を案内し、軌道を形成する。
【００２２】
次に、ダンサローラ４８と、エッジ検出部５２と、補正機構５４を順に説明する。これらは各供給リール４１〜４４から引き出される帯状材１１〜１４の軌道上にそれぞれ設けられている。なお、図５は、便宜上、図示を種々簡略化しており、供給リール４１〜４４の配置や、帯状材１１〜１４の軌道についても、実際のものとは異なっている。ダンサローラ４８と、エッジ検出部５２と、補正機構５４についても、便宜上、帯状材１１の軌道上にあるもののみが描かれており、他は図示を省略している。
【００２３】
ダンサローラ４８（dancer roller）は、巻き取られる帯状材１１に作用する張力を調整する装置である。ダンサローラ４８はテンションレバーとも呼ばれている。
この実施形態では、ダンサローラ４８は、揺動軸４８ａと、付勢手段４８ｂを備えている。揺動軸４８ａは、一端を揺動支点４８ｃとして揺動可能に配設されている。揺動軸４８ａの揺動端部と中間位置には、それぞれローラ４８ｄ、４８ｅが取り付けられている。付勢手段４８ｂは、揺動軸４８ａを所定の揺動方向に付勢する。この実施形態では、付勢手段４８ｂの付勢力は制御部６０によって制御されている。当該付勢力を調整することによって帯状材１１〜１４に作用する張力が調整される。
【００２４】
帯状材１２〜１４については、図示を省略するが、帯状材１１〜１４は、図５に示すように、それぞれ供給リール４１〜４４から、固定的に配設されたテンションローラ４７と、ダンサローラ４８のローラ４８ｄ、４８ｅに掛け渡されている。このダンサローラ４８は、図５に示すように、帯状材１１〜１４の張力と付勢手段４８ｂの付勢力が釣り合っている場合には、揺動軸４８ａは所定の揺動角度（中立位置）に維持されている。帯状材１１〜１４に作用する張力が増減すると、ダンサローラ４８は、図６および図７に示すように、これに応じて揺動軸４８ａが揺動する。ダンサローラ４８は、揺動軸４８ａの揺動により、帯状材１１〜１４の軌道の長さを変化させて帯状材１１〜１４に作用する張力を調整する。
【００２５】
このダンサローラ４８は、付勢手段４８ｂの付勢力および揺動軸４８ａの揺動量によって、帯状材１１に作用している張力を検出することできる。この実施形態では、揺動軸４８ａに取り付けられた第１検出部６４によって揺動軸４８ａの揺動量を検出している。揺動軸４８ａの揺動およびその揺動角度は、例えば、エンコーダやポテンショメータに基づいて検出することができる。この実施形態では、制御部６０は、巻取軸２０に巻き取られる帯状材１１〜１４の張力Ｔを検出する張力検出部６６を備えている。張力検出部６６は、付勢手段４８ｂの制御情報から検出される付勢力と、第１検出部６４によって検出された揺動軸４８ａの揺動量とによって、帯状材１１に作用している張力Ｔを検出する。
【００２６】
次に、エッジ検出部５２は巻取軸２０に巻き取られる帯状材１１〜１４の縁部の位置をそれぞれ検出する装置である。補正機構５４は巻取軸２０に巻き取られる帯状材１１〜１４の幅方向の位置を補正する機構である。
この実施形態では、制御部６０は、エッジ検出部５２の検出信号に基づいて補正機構５４を制御している。帯状材１１〜１４は、当該補正機構５４によって幅方向の位置を補正されつつ巻取軸２０に巻き取られている。
【００２７】
この実施形態では、図５に示すように、帯状材１１〜１４を巻き取る際に帯状材１１〜１４に作用する張力Ｔを調整している。帯状材１１〜１４に適切な張力を作用させることによって、ガイドローラ４６と帯状材１１〜１４との間に適当な摩擦力を作用させることができる。そして、この摩擦力によって、帯状材１１〜１４が軌道上で幅方向にずれるのを抑制できる。また、張力Ｔを調整することによって、帯状材１１〜１４の幅方向の位置を補正する制御についても所要の精度を確保することができる。
以上、帯状材１１〜１４の張力Ｔを調整する機構としてのダンサローラ４８、帯状材１１〜１４の幅方向の位置を補正する機構としてエッジ検出部５２や、補正機構５４を説明した。本発明において、帯状材の張力を調整する機構や、帯状材の幅方向の位置を補正する機構、および、その具体的な制御方法などは、上述した実施形態のものに限定されず、適宜種々の構成を採用することができる。
【００２８】
この製造装置１００は、上述したように巻取軸２０に巻き取られる帯状材１１〜１４を押し付ける押付部材３０を備えている。さらに、この製造装置１００は、巻取軸２０に巻き取られる帯状材１１〜１４に作用する張力Ｔを検出する張力検出部６６と、押付部材３０を制御する制御部６０とを備えている。制御部６０は、張力検出部６６で検出された張力Ｔが減少するのに応じて、押付部材３０の押付力Ｐを大きくする。
このように、帯状材１１〜１４に作用する張力Ｔが減少するのに応じて当該押付部材３０の押付力Ｐを大きくすることによって、巻取速度に急激な加減速が生じ、張力Ｔに緩みが生じた場合でも、押付力Ｐが大きくなるので、帯状材１１〜１４が捲回電極体１０ａに巻きつく力Ｔａ（図３および図４参照）が小さくなるのを防止できる。これによって、捲回電極体を適切な硬さにすることができる。
【００２９】
張力検出部６６で検出された張力Ｔが減少するのに応じて、押付部材３０の押付力Ｐを大きくする制御手法には、種々の制御手法がある。
例えば、図５に示すように、制御部６０は、帯状材１１〜１４が巻き取られる際に帯状材１１〜１４に作用する張力Ｔを検出する。そして、当該張力Ｔが減少するのを検出したときに、押付部材３０の押付力を大きくするとよい。
【００３０】
他の制御手法として、この実施形態では、制御部６０は、図５に示すように、第１設定部８１に張力Ｔに対して基準値Ｖ１が設定されている。この制御部６０は、第１設定部８１に設定された基準値Ｖ１と、張力検出部６６で検出された張力Ｔとの差（Ｖ１−Ｔ）が大きくなるのに応じて、押付部材３０の押付力Ｐを大きくする。
例えば、図２に示すように、帯状材１１〜１４に作用する張力Ｔは、巻き始め（Ａ１）から大きく変動する。この実施形態では、図８に示すように、張力Ｔに対して適当な基準値Ｖ１を設定しておく。制御部６０は、基準値Ｖ１と張力Ｔとの差（Ｖ１−Ｔ）が大きくなるのに応じて、押付部材３０の押付力Ｐを大きくする。図８に示す例では、張力Ｔが基準値Ｖ１よりも小さくなると、それに応じて押付力Ｐが大きくなる。これにより、張力Ｔが減少する分を、押付部材３０の押付力Ｐで補うことができるから、帯状材１１〜１４を概ね一定の力で巻き付けることができ、捲回電極体の硬さをより均一にすることができる。
【００３１】
また、制御部６０は、巻取軸２０と押付部材３０を制御する。そこで、他の実施形態として、制御部６０は、巻取軸２０が帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を巻き取る巻取速度の加速度に応じて、押付部材３０の押付力Ｐを補正してもよい。
この場合、巻取速度の加速度を検出して、その情報から張力Ｔの変動を算出し、適切な押付部材３０の押付力Ｐを求めてもよい。
また、押付部材３０の押付力Ｐは、予め定めたプログラムに沿って制御してもよい。すなわち、巻取速度を制御するプログラムにタイミングを合わせて押付部材３０を制御するようにしてもよい。この場合、巻取速度と、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４の張力Ｔが減少するタイミング、および、張力Ｔの減少量を、複数回データを取るなどして、巻取速度の制御にタイミングを合わせて、押付部材３０の押付力Ｐを制御するとよい。
【００３２】
本発明者は、巻き取られる帯状材１１〜１４が巻取軸２０に巻き付く力Ｔａをさらに詳細に検討した。
帯状材１１〜１４は、図３および図４に示すように、巻取軸２０に巻かれた捲回電極体１０ａの最外周に巻き付いていく。この際、捲回電極体１０ａの硬さは、図３に示すように、帯状材１１〜１４が捲回電極体１０ａに巻き付く力Ｔａによって概ね決まる。
この場合、力Ｔａは、帯状材１１〜１４に作用する張力Ｔと、押付部材３０の押付力Ｐとで概ね決まる。力Ｔａのうち張力Ｔによって作用する力は、帯状材１１〜１４に作用する張力Ｔに概ね比例する。
さらに、当該張力Ｔによって作用する力は、図４に示すように、巻取軸２０周りの所定の角度θの円弧Ｌに作用する。円弧Ｌの長さは、捲回電極体１０ａの半径をＲとすると、Ｌ≒Ｒ・sinθであるから捲回電極体１０ａの外径（半径Ｒ）に比例する。従って、張力Ｔが一定でも、帯状材１１〜１４が巻き取られ捲回電極体１０ａの外径Ｒの変化が、力Ｔａに影響する。なお、この実施形態では、捲回電極体１０ａの外径は、図４に示すように、捲回電極体１０ａの半径Ｒを測定しており、当該半径Ｒにて処理している。ここで、「捲回電極体１０ａの外径」について、捲回電極体１０ａの半径Ｒであるか、直径であるかは、本質的な問題ではない。
【００３３】
この場合、張力Ｔを巻取軸２０に巻き取られた捲回電極体１０ａの外径で割った値（Ｔ／Ｒ）が小さくなるのに応じて、押付部材３０の押付力Ｐを大きくするとよい。
この実施形態では、制御部６０は、図５に示すように、張力Ｔを捲回電極体１０ａの外径Ｒで割った値（Ｔ／Ｒ）に対して基準値Ｖ２を設定する第２設定部８２を有している。この制御部６０は、張力検出部６６で検出された張力Ｔを、外径検出部６２で検出された捲回電極体１０ａの外径Ｒで割った第１除算値（Ｔ／Ｒ）を求める。そして、当該第１除算値（Ｔ／Ｒ）と第２設定部８２に設定された基準値Ｖ２との差（Ｖ２−Ｔ／Ｒ）を求める。そして、制御部６０は、当該（Ｖ２−Ｔ／Ｒ）が大きくなるのに応じて、押付部材３０の押付力Ｐを大きくする。これにより巻取軸２０に巻き取られた捲回電極体１０ａの外径Ｒの変化を考慮して、押付部材３０の押付力Ｐをより適切に制御でき、捲回電極体１０を適切な硬さにすることができる。
【００３４】
さらに、帯状材１１〜１４として、蓄電池などに用いられる捲回電極体１０を考える。かかる捲回電極体１０では、例えば、図９および図１０に示すように、帯状材としての帯状電極１１、１３は、帯状シート１１ｂ、１３ｂに電極材料１１ｄ、１３ｄが所定の幅ａ、ｂで塗工されている場合がある。
このような場合は、上述した力Ｔａ（図３、図４参照）は、最も幅の狭い部分に作用すると考えられるので、帯状電極１１、１３について電極材料１１ｄ、１３ｄが塗工された幅ａ、ｂ（電極幅）を考慮することが望ましい。図９および図１０に示す例では、帯状電極１１の電極幅ａの方が、僅かながら帯状電極１３の電極幅ｂよりも狭い。この場合、より狭い帯状電極１１の電極幅ａを考慮して、押付部材３０の押付力を制御するとよい。
また、帯状電極１１の電極幅ａを考慮する場合には、張力Ｔとして当該帯状電極１１の張力を考慮するとよい。
【００３５】
このように電極幅ａも考慮する場合、張力Ｔを、巻取軸２０に巻き取られた捲回電極体１０ａの外径Ｒおよび電極幅ａで割った値（Ｔ／Ｒ／ａ）が小さくなるのに応じて、押付部材３０の押付力Ｐを大きくするとよい。
この実施形態では、制御部６０は、図５に示すように、張力Ｔを捲回電極体１０ａの外径Ｒおよび電極幅ａで割った値（Ｔ／Ｒ／ａ）に対して基準値Ｖ３を設定する第３設定部８３を有している。この制御部６０は、張力Ｔを捲回電極体１０ａの外径Ｒおよび電極幅ａで割った第２除算値（Ｔ／Ｒ／ａ）を求める。そして、当該第２除算値（Ｔ／Ｒ／ａ）と、第３設定部８３に設定された基準値Ｖ３との差（Ｖ３−Ｔ／Ｒ／ａ）を求める。そして、制御部６０は、当該（Ｖ３−Ｔ／Ｒ／ａ）が大きくなるのに応じて、押付部材３０の押付力Ｐを大きくする。これにより、電極幅ａを考慮して、押付部材３０の押付力Ｐをより適切に制御でき、捲回電極体１０を適切な硬さにすることができる。
【００３６】
なお、この実施形態では、図１に示すように、巻き始め（Ａ１）から巻取速度が急激に加速される。このため、図２に示すように、張力Ｔは急激に増加していく。張力Ｔが十分に大きいときは、図３に示すように、押付部材３０は押付力を作用させなくても、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４が十分に巻き付く力Ｔａを得られる場合がある。このため、押付部材３０は、張力Ｔが減少したときに押付力を作用させるように構成してもよい。
【００３７】
制御部６０は、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４に作用する張力Ｔが減少するときに、巻取軸２０に巻き取られる帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４に押付部材３０を押し付けるように構成してもよい。
この場合、制御部６０は、張力検出部６６によって検出される張力Ｔが予め設定された基準値よりも小さくなったときに、押付部材３０を押し付けるように構成してもよい。また、例えば、制御部６０は巻取軸２０を制御しており、巻取軸２０の制御プログラムから、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４に作用する張力Ｔが減少するタイミングを予め見出しておくとよい。この場合、当該タイミングで、巻取軸２０に巻き取られる捲回電極体１０ａに押付部材３０を押し付けるとよい。このように、張力Ｔが減少するときに、巻取軸２０に巻き取られる帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４に押付部材３０を押し付ける制御は種々の制御手法を用いることができる。
【００３８】
かかる捲回電極体１０は、例えば、リチウムイオン二次電池(lithium-ion secondary battery)やニッケル水素二次電池(nickel-hydride secondary battery)などの種々の蓄電池に用いられる。以下、リチウムイオン二次電池の一例を説明する。
【００３９】
リチウムイオン二次電池は、例えば、図１１に示すように、矩形の金属製の電池ケース３００に構成されており、電池ケース３００には、捲回電極体１０が収容されている。
この実施形態では、捲回電極体１０は、図９および図１０に示すように、帯状電極として、正極シート１１と、負極シート１３を備えている。また、帯状セパレータ１２、１４として、第１セパレータ１２と、第２セパレータ１４を備えている。そして、正極シート１１と、第１セパレータ１２と、負極シート１３と、第２セパレータ１４の順で重ねられて巻き取られている。なお、正極シート１１は正の電極シートであり、負極シート１３は負の電極シートである。
【００４０】
正極シート１１は、この実施形態では、アルミニウム箔からなる集電体シート３１（正極集電体）の両面に正極活物質を含む電極材料１１ｄが塗工されている。当該電極材料１１ｄに含まれる正極活物質としては、例えば、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）などが挙げられる。
負極シート１３は、この実施形態では、銅箔からなる集電体シート４１（負極集電体）の両面に負極活物質を含む電極材料１３ｄが塗工されている。当該電極材料１３ｄに含まれる負極活物質としては、例えば、グラファイト（Graphite）やアモルファスカーボン（Amorphous Carbon）などの炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等などが挙げられる。
セパレータ１２、１４は、イオン性物質が透過可能な膜であり、この実施形態では、ポリプロピレン製の微多孔膜が用いられている。
【００４１】
この実施形態では、電極材料１１ｄ、１３ｄは集電体シート３１、４１の幅方向片側に偏って塗工されており、集電体シート３１、４１の幅方向反対側の縁部には塗工されていない。正負の電極シート１１、１３のうち、集電体シート３１、４１に電極材料１１ｄ、１３ｄが塗工された部位を塗工部１１ａ、１３ａといい、集電体シート３１、４１に電極材料１１ｄ、１３ｄが塗工されていない部位を未塗工部１１ｂ、１３ｂという。
【００４２】
図１０は、正極シート１１と、第１セパレータ１２と、負極シート１３と、第２セパレータ１４とが順に重ねられた状態を示す幅方向の断面図である。正極シート１１の塗工部１１ａと負極シート１３の塗工部１３ａは、それぞれセパレータ１２、１４を挟んで対向している。図９および図１０に示すように、捲回電極体１０の捲回方向に直交する方向（巻き軸方向）の両側において、正極シート１１と負極シート１３の未塗工部１１ｂ、１３ｂが、セパレータ１２、１４からそれぞれはみ出ている。当該正極シート１１と負極シート１３の未塗工部１１ｂ、１３ｂは、捲回電極体１０の正極と負極の集電体１１ｂ１、１３ｂ１をそれぞれ形成している。
【００４３】
かかるリチウムイオン二次電池では、放充電時に、正極シート１１の塗工部１１ａと負極シート１３の塗工部１３ａの間で、帯状セパレータ１２、１４を通してリチウムイオンが行き来する。この際、リチウムイオンの析出するのを防止するため、正極シート１１の塗工部１１ａは、負極シート１３の塗工部１３ａからはみ出ないようにしたい。正極シート１１の塗工部１１ａは、負極シート１３の塗工部１３ａからはみ出ないように構成することによって、放充電時に、リチウムイオンの析出するのを防止することができる。
この実施形態では、図９および図１０に示すように、正極シート１１の塗工部１１ａの幅（電極幅ａ）を、負極シート１３の塗工部１３ａの幅（電極幅ｂ）よりも狭くし、正極シート１１の塗工部１１ａが、負極シート１３の塗工部１３ａからはみ出ないようにしている。また、正極シート１１の塗工部１１ａと負極シート１３の塗工部１３ａが、それぞれセパレータ１２、１４からはみ出ないようにして内部短絡を防止している。
【００４４】
しかしながら製造上の誤差があったり、正極シート１１と負極シート１３、および、セパレータ１２、１４が重ねられる際に幅方向にずれが生じたりする。このため、誤差やずれを許容するべく、負極シート１３の塗工部１３ａの幅ｂと正極シート１１の塗工部１１ａの幅ａとの差分（ｂ−ａ）、第１セパレータ１２と第２セパレータ１４の幅ｃ１、ｃ２と負極シート１３の塗工部１３ａの幅ｂとの差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）に所要の距離を設定している。
【００４５】
本発明に係る捲回電極体の製造方法によれば、上述したように捲回電極体１０を適切な硬さにできる。また、当該捲回電極体１０の製造時の巻ずれも小さくすることができる。これにより、上述した差分（ｂ−ａ）、差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）の低減を図ることができる。
また、かかる捲回電極体１０は、図１１に示すように、電池ケース３００に収容される。捲回電極体１０が電池ケース３００に収容されるときには、扁平な形状に折り曲げられる。この実施形態では、上述したように捲回電極体１０を適切な硬さにできるので、図１１に示すように、折り曲げ易く、かつ、当該折り曲げ時の形状も安定するように、捲回電極体１０の硬さを調整することができる。
【００４６】
また、電池ケース３００には、正極端子３０１と負極端子３０３が設けられている。正極端子３０１は捲回電極体１０の正極集電体１１ｂ１（図９参照）に電気的に接続されている。負極端子３０３は捲回電極体１０の負極集電体１３ｂ１（図９参照）に電気的に接続されている。かかる電池ケース３００には電解液が注入される。電解液は、適当な電解質塩（例えばＬｉＰＦ６等のリチウム塩）を適当量含むジエチルカーボネート、エチレンカーボネート等の混合溶媒のような非水電解液で構成できる。
本発明によれば、上述したように捲回電極体１０を適切な硬さにできるので、捲回電極体１０内に電解液が適度に浸み込む。また、捲回電極体１０の硬さのばらつきがあると、捲回電極体１０が部分的に劣化し易いなど、蓄電池の寿命が短くなる原因になる。本発明によれば、捲回電極体１０の硬さのばらつきも小さく抑えることができるので、蓄電池の長寿命化を図ることができる。
【００４７】
かかるリチウムイオン二次電池は、複数個が組み合わされて組電池１０００を構成し、例えば、図１２に示すように、車両１の電源として搭載される。本発明は電池性能の安定性や、長寿命化に寄与する。したがって、かかる車両１の電源として搭載される組電池に用いられる捲回電極体の製造方法として有益である。
このように本発明にかかる捲回電極体の製造方法は、帯状電極と帯状セパレータが重ねられて捲回された捲回電極体の製造方法として有益である。したがって、捲回電極体を有する種々の電池について、捲回電極体の製造方法として好適な方法である。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態に係る捲回電極体の製造方法およびその装置を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されない。
例えば、捲回電極体は、上述したリチウムイオン二次電池を構成するものに限定されず、種々の捲回電極体に適用できる。また、捲回電極体の製造装置については、巻取軸、押付部材、ダンサローラ、エッジ検知部、補正機構などは、特に、上述した実施形態に限定されない。
また、例えば、巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径は、押付部材の進退量から検出することを例示したが、これに限定されない。例えば、巻取軸の回転数と帯状材１１〜１４の厚さから算出してもよい。
また、例えば、帯状材１１〜１４に作用する張力は、ダンサローラを通じて検出することを例示したが、これに限定されない。例えば、帯状材１１〜１４の軌道に、張力を検出することができる張力検出ローラを配設し、当該ローラで張力を検出してもよい。
また、張力は、帯状電極と帯状セパレータのうち帯状電極に作用する張力に基づいて、押付部材の押付力を制御する手法を例示した。当該張力は、必ずしも帯状電極に作用する張力でなくてもよく、帯状電極と帯状セパレータのうち帯状セパレータに作用する張力に基づいて、押付部材の押付力を制御してもよい。しかし、例えば、帯状電極に作用する張力が、帯状セパレータに作用する張力に比べて高い張力で巻き取られることも多く、このような場合には、帯状電極に作用する張力の影響が大きいので、帯状電極に作用する張力に基づいて押付部材の押付力を制御するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】捲回電極体の製造方法における巻取速度の変化を示す図。
【図２】捲回電極体の製造方法における張力の変化を示す図。
【図３】捲回電極体の製造方法において帯状材が巻取軸に巻き取られるに作用する力を示す図。
【図４】捲回電極体の製造方法において帯状材が巻取軸に巻き取られるに作用する力を示す図。
【図５】本発明の一実施形態に係る捲回電極体の製造装置を示す図。
【図６】本発明の一実施形態において張力を検出する機構を示す図。
【図７】本発明の一実施形態において張力を検出する機構を示す図。
【図８】本発明の一実施形態において張力の変化と押付力の関係を示す図。
【図９】本発明の一実施形態において捲回電極体の構造を示す図。
【図１０】本発明の一実施形態において捲回電極体の構造を示す図。
【図１１】蓄電池の構造を示す図。
【図１２】蓄電池を電源として搭載した車両を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１  車両
１０、１０ａ  捲回電極体
１１  帯状電極（帯状材、正極シート）
１１ａ  塗工部
１１ｂ  未塗工部
１１ｂ１  正極集電体
１１ｃ  集電体シート
１１ｄ  電極材料
１２、１４  帯状セパレータ（帯状材）
１３  帯状電極（帯状材、負極シート）
１３ａ  塗工部
１３ｂ  未塗工部
１３ｂ１  負極集電体
１３ｃ  集電体シート
１３ｄ  電極材料
２０  巻取軸
２２  アクチュエータ
３０  押付部材
３１  集電体シート
３２  ローラ
３４  アクチュエータ
４１〜４４  供給リール
４６  ガイドローラ
４７  テンションローラ
４８  ダンサローラ
４８ａ  揺動軸
４８ｂ  付勢手段
４８ｃ  揺動支点
４８ｄ、４８ｅ  ローラ
５２  エッジ検出部
５４  補正機構
６０  制御部
６２  外径検出部
６４  第１検出部
６６  張力検出部
８１  第１設定部
８２  第２設定部
８３  第３設定部
１００  捲回電極体の製造装置
３００  電池ケース
３０１  正極端子
３０３  負極端子
１０００  組電池
Ｌ  Ｔａが作用する円弧
Ｐ  押付力
Ｒ  巻取軸に巻き取られた捲回電極体の外径
Ｔ  張力
Ｔａ  帯状材が巻取軸（捲回電極体）に巻き付く力
【図１】
2010055962.tif 000003
【図２】
2010055962.tif 000004
【図３】
2010055962.tif 000005
【図４】
2010055962.tif 000006
【図５】
2010055962.tif 000007
【図６】
2010055962.tif 000008
【図７】
2010055962.tif 000009
【図８】
2010055962.tif 000010
【図９】
2010055962.tif 000011
【図１０】
2010055962.tif 000012
【図１１】
2010055962.tif 000013
【図１２】
2010055962.tif 000014