(57)【要約】【課題】活物質層が破損することを抑制できる電極ロール、及び電極ロールの製造方法を提供すること。【解決手段】帯状の金属箔１５の両方の面に活物質層１６を有する各帯状電極１２，１３を捲回した電極ロール１０であって、各帯状電極１２，１３には、長手方向Ｙ１に沿って金属箔１５が活物質層１６で覆われた塗工部１６ａと、金属箔１５が活物質層１６で覆われていない未塗工部１６ｂとが交互に配置されており、捲回した各帯状電極１２，１３の１の層における塗工部１６ａは、径方向Ｙ２から見た場合に、その全体が前記１の層と径方向Ｙ２の外側に隣り合う他の層における未塗工部１６ｂと重なる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の金属箔の両方の面に活物質層を有する帯状電極を捲回した電極ロールであって、
前記帯状電極には、長手方向に沿って前記金属箔が活物質層で覆われた第１領域と、前記金属箔が活物質層で覆われていない第２領域とが交互に配置されており、
捲回した前記帯状電極の第１層における第１領域は、径方向から見た場合に、その全体が前記第１層と径方向の外側に隣り合う第２層における第２領域と重なることを特徴とする電極ロール。
【請求項２】
１の帯状電極における第１領域と他の帯状電極における第２領域とがそれぞれ対向して捲回された請求項１に記載の電極ロール。
【請求項３】
単一の前記帯状電極を捲回した請求項１に記載の電極ロール。
【請求項４】
捲回軸の軸線方向における端部には、帯状電極の捲回方向に沿いかつ前記軸線方向に凹む円環状の凹部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極ロール。
【請求項５】
前記凹部は、前記径方向の内側に設けられ前記径方向に対して傾斜する第１傾斜面と、前記第１傾斜面の前記径方向の外側に設けられ前記径方向に傾斜する第２傾斜面とを有し、
前記第１傾斜面と、前記第２傾斜面とが交わる角度は、９０°以上１００°以下である請求項４に記載の電極ロール。
【請求項６】
帯状の金属箔の両方の面に活物質層を有する帯状電極を捲回した電極ロールの製造方法であって、
前記帯状電極には、長手方向に沿って前記金属箔が活物質層で覆われた第１領域と、前記金属箔が活物質層で覆われていない第２領域とが交互に配置されており、
前記帯状電極の第１層における第１領域の全体が、径方向から見た場合に、前記第１層と径方向の外側に隣り合う第２層における第２領域と重なるように前記帯状電極を捲回することを特徴とする電極ロールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状電極を捲回した電極ロール、及び電極ロールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがよく知られている。そして、このような蓄電装置では、帯状の金属箔の表面に活物質を含む活物質ペーストを塗布して形成した活物質層を両面に有する帯状電極が用いられている。
【０００３】
そして、蓄電装置の製造工程では、帯状電極をロール状に捲回して電極ロールとするとともに、該電極ロールのまま保存したり、加熱（ベーク）処理したりすることが行われている（例えば特許文献１）。
【０００４】
特許文献１では、帯状電極を捲回軸の軸線方向にずらして捲回することで、前記軸線方向における活物質層の縁部に形成される端高部同士が接触することを抑制している。これにより、特許文献１の電極ロールでは、活物質層の端高部同士が接触することに起因する電極の変形を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／１２０９０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の電極ロールでは、あくまで活物質層同士が接触することから、運搬時の振動などによって活物質層同士が擦れあい、活物質層に破損が生じる虞がある。
【０００７】
この発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、活物質層が破損することを抑制できる電極ロール、及び電極ロールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する電極ロールは、帯状の金属箔の両方の面に活物質層を有する帯状電極を捲回した電極ロールであって、前記帯状電極には、長手方向に沿って前記金属箔が活物質層で覆われた第１領域と、前記金属箔が活物質層で覆われていない第２領域とが交互に配置されており、捲回した前記帯状電極の第１層における第１領域は、径方向から見た場合に、その全体が前記第１層と径方向の外側に隣り合う第２層における第２領域と重なることを要旨とする。
【０００９】
この構成によれば、電極ロールにおいて第１層における帯状電極の第１領域は、径方向から見た場合に、その全体が第１層と径方向の外側に隣り合う第２層における第２領域と重なることから、活物質層同士が接触しない。このため、活物質層が破損することを抑制できる。
【００１０】
上記電極ロールにおいて、１の帯状電極における第１領域と他の帯状電極における第２領域とがそれぞれ対向して捲回された。この構成によれば、１の帯状電極と他の帯状電極との間で、活物質層同士が接触することを簡便に抑制できる。
【００１１】
上記電極ロールにおいて、単一の前記帯状電極を捲回した。この構成によれば、単一の帯状電極を捲回することから、簡便に電極ロールを形成できる。
上記電極ロールにおいて、捲回軸の軸線方向における端部には、帯状電極の捲回方向に沿いかつ前記軸線方向に凹む円環状の凹部を有する。この構成によれば、捲回軸の軸線方向における端部には、帯状電極の捲回方向に沿いかつ軸線方向に凹む円環状の凹部を有することから、該端部が平坦である場合と比較して表面積を大きくし、例えば加熱処理における加熱や冷却の効率を向上できる。
【００１２】
上記電極ロールにおいて、前記凹部は、前記径方向の内側に設けられ前記径方向に対して傾斜する第１傾斜面と、前記第１傾斜面の前記径方向の外側に設けられ前記径方向に傾斜する第２傾斜面とを有し、前記第１傾斜面と、前記第２傾斜面とが交わる角度は、９０°以上１００°以下である。
【００１３】
この構成によれば、凹部の第１傾斜面と、第１傾斜面の径方向の外側に設けられる第２傾斜面とが交わる角度は、９０°以上１００°以下であることから、一方の傾斜面からの輻射熱が他方の傾斜面に吸収されることを抑制できる。したがって、例えば加熱処理における冷却の効率を向上できる。
【００１４】
また、上記課題を解決する電極ロールの製造方法は、帯状の金属箔の両方の面に活物質層を有する帯状電極を捲回した電極ロールの製造方法であって、前記帯状電極には、長手方向に沿って前記金属箔が活物質層で覆われた第１領域と、前記金属箔が活物質層で覆われていない第２領域とが交互に配置されており、前記帯状電極の第１層における第１領域の全体が、径方向から見た場合に、前記第１層と径方向の外側に隣り合う第２層における第２領域と重なるように前記帯状電極を捲回することを要旨とする。
【００１５】
この構成によれば、第１層における第１領域は、径方向から見た場合に、その全体が第１層と径方向の外側に隣り合う第２層における第２領域と重なることから、活物質層同士が接触しない。このため、活物質層が破損することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、活物質層が破損することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電極ロールを模式的に示す斜視図。
【図２】図１に示す１−１線断面図。
【図３】（ａ）は、電極ロールを拡大して模式的に示す断面図、（ｂ）は、活物質層の縁部を拡大して模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、電極ロールの一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、電極ロール１０は、円筒状又は円柱状の芯材１１に対して、第１帯状電極１２、及び第２帯状電極１３を重ね合わせた電極積層体１４が、捲回軸Ｌまわりで複数回以上にわたって捲回されている。芯材１１は、例えばステンレスなどの金属製である。
【００１９】
なお、本実施形態において、第１帯状電極１２、及び第２帯状電極１３は、同一構成であることから、第１帯状電極１２について詳細に説明し、第２帯状電極１３の説明については同一の符号を付すなどして省略する。
【００２０】
図１に示すように、第１帯状電極１２において、帯状の金属箔１５の両方の面には、該金属箔１５の長手方向Ｙ１に沿って等間隔に複数の活物質層１６を有する。各活物質層１６は、金属箔１５の面に直交する方向から見た場合に、矩形状である。また、金属箔１５の一方の面に設けられた各活物質層１６は、金属箔１５の面に直交する方向から見た場合に、金属箔１５の他方の面に設けられた活物質層１６とそれぞれ重なっている。なお、各活物質層１６は、活物質、導電剤、バインダ、及び溶媒を含む活物質ペーストを金属箔１５の両方の面に対してそれぞれ間欠的に塗布して形成される。
【００２１】
ここで、正極用の帯状電極１２，１３の金属箔１５は、例えばアルミニウム箔であり、活物質としては正極用の活物質が用いられる。また、負極用の帯状電極１２，１３の金属箔１５は、例えば銅箔であり、活物質としては負極用の活物質が用いられる。
【００２２】
本実施形態では、金属箔１５が活物質層１６によって覆われた領域が第１領域としての塗工部１６ａとなり、金属箔１５が活物質層１６によって覆われていない領域が第２領域としての未塗工部１６ｂとなる。即ち、第１帯状電極１２には、長手方向Ｙ１に沿って塗工部１６ａと、未塗工部１６ｂとが交互に配置されている。なお、未塗工部１６ｂでは、金属箔１５が露出する。
【００２３】
長手方向Ｙ１に沿った塗工部１６ａの長さＬ１は、長手方向Ｙ１に沿った未塗工部１６ｂの長さＬ２よりも短い。即ち、長手方向Ｙ１に沿った活物質層１６の長さＬ１は、長手方向Ｙ１に沿った各活物質層１６の離間間隔より短い。
【００２４】
また、電極積層体１４において、第１帯状電極１２の塗工部１６ａは、各帯状電極１２，１３の面に垂直な方向から見た場合に、その全体が第２帯状電極１３の未塗工部１６ｂと重なっている。即ち、電極積層体１４において、各帯状電極１２，１３のうち一方の帯状電極における各塗工部１６ａは、他方の帯状電極の各未塗工部１６ｂとそれぞれ互いに対向している。
【００２５】
そして、電極積層体１４は、電極ロール１０における径方向Ｙ２の内側に第２帯状電極１３を配置した状態で、芯材１１に対して捲回されている。このように、電極ロール１０では、電極積層体１４を構成する第１帯状電極１２における塗工部１６ａと第２帯状電極１３における未塗工部１６ｂとがそれぞれ対向して捲回されている。
【００２６】
また、図３に示すように、電極ロール１０において、電極積層体１４の第１帯状電極１２における未塗工部１６ｂは、径方向Ｙ２から見た場合に、その全体が径方向Ｙ２の外側に隣り合う電極積層体１４の第２帯状電極１３における塗工部１６ａと重なり、接触している。即ち、電極積層体１４の第１帯状電極１２における塗工部１６ａは、径方向Ｙ２から見た場合に、その全体が径方向Ｙ２の外側に隣り合う電極積層体１４の第２帯状電極１３における未塗工部１６ｂと重なり、接触している。
【００２７】
このため、本実施形態の電極ロール１０において、各帯状電極１２，１３の所定層（第１層）における塗工部１６ａは、径方向Ｙ２から見た場合に、その全体が前記所定層と径方向Ｙ２の外側に隣り合う他層（第２層）における未塗工部１６ｂと重なっており、接触している。即ち、各帯状電極１２，１３の各層における塗工部１６ａは、電極ロール１０の最外層、及び最内層を除いて、他層における未塗工部１６ｂと対向している。
【００２８】
また、図１、及び図２に示すように、捲回軸Ｌの軸線方向Ｙ３における電極ロール１０の両方の端部１０ａ，１０ｂには、帯状電極１２，１３の捲回方向（周方向）に沿いかつ軸線方向Ｙ３に凹む円環状（略円環状）である複数の凹部２１を有する。本実施形態では、２つ（２重）の凹部２１が設けられているとともに、各凹部２１は、軸線方向Ｙ３から見た場合に、電極ロール１０の端部１０ａ，１０ｂにおいて同心円状に配置されている。
【００２９】
図２に示すように、各凹部２１は、径方向Ｙ２の内側に設けられ径方向Ｙ２に傾斜する第１傾斜面２１ａと、径方向Ｙ２の外側に設けられ、径方向Ｙ２であって、且つ第１傾斜面２１ａとは反対方向に傾斜する第２傾斜面２１ｂとを有している。そして、各凹部２１は、捲回軸Ｌに沿った平面で切断した場合における断面形状が、第１傾斜面２１ａと第２傾斜面２１ｂとが交わる部分を頂点とする逆二等辺三角形状である。
【００３０】
各傾斜面２１ａ，２１ｂは、各帯状電極１２，１３における各層の縁部１４ａが軸線方向Ｙ３に沿って微細な階段状にずらして配置されることで形成されている。また、本実施形態の電極ロール１０において、各凹部２１における第１傾斜面２１ａと、第２傾斜面２１ｂとが交わる角度θは、例えば９０°以上１００°以下である。
【００３１】
ここで、図３（ａ）に示すように、各凹部２１は、電極積層体１４（各帯状電極１２，１３）が軸線方向Ｙ３に沿って周期的にずらして捲回されることで設けられている。詳しく説明すると、電極ロール１０において、電極積層体１４の縁部１４ａを軸線方向Ｙ３にずらす１周当りのずらし量は、負極用の各帯状電極１２，１３を捲回する場合、例えば各帯状電極１２，１３の厚さ以上である８０μｍ以上に設定されている。
【００３２】
また、電極積層体１４のずらし量は、正極用の各帯状電極１２，１３を捲回する場合、例えば各帯状電極１２，１３の厚さ以上である２００μｍ以上に設定されている。また、電極積層体１４のずらし量は、２ｍｍ未満に設定されている。なお、電極ロール１０の両方の端部１０ａ，１０ｂには、径方向Ｙ２に隣り合う凹部２１によって、軸線方向Ｙ３に突出する円環状（略円環状）である複数の凸部を有すると把握することもできる。
【００３３】
次に、電極ロール１０の作用について説明する。
図３（ａ）に示すように、電極ロール１０において、帯状電極１２，１３の各層における塗工部１６ａは、径方向Ｙ２から見た場合に、その全体が径方向Ｙ２の外側に隣り合う他層における未塗工部１６ｂと重なる。即ち、電極ロール１０では、活物質層１６と、活物質層１６が形成されていない金属箔１５とが重なり合い、接触する一方で、活物質層１６同士が接触しない。
【００３４】
このため、例えば電極ロール１０の搬送中における振動の付与や、加熱（ベーク）処理に伴う金属箔１５の膨張及び収縮に伴って、活物質層１６同士が擦り合わされることで、活物質層１６が破砕したり金属箔１５から剥がれたりしてしまうことを抑制できる。
【００３５】
特に、図３（ｂ）に示すように、各帯状電極１２，１３の幅方向における活物質層１６の縁部には、端高部１６ｃが形成されている場合が多く、該端高部１６ｃ同士が接触して局所的に応力が集中することで、活物質層１６が部分的に粉砕したり金属箔１５から剥がれたりしてしまうことを抑制できる。
【００３６】
また、図３に示すように、電極ロール１０では、塗工部１６ａと未塗工部１６ｂとをそれぞれ対向させた状態で各帯状電極１２，１３を重ね合わせた電極積層体１４を捲回している。このため、少なくとも電極積層体１４を構成する第１帯状電極１２と第２帯状電極１３との間で、活物質層１６同士が接触することを簡単に抑制できる。
【００３７】
また、図２に示すように、軸線方向Ｙ３における電極ロール１０の両方の端部１０ａ，１０ｂには、軸線方向Ｙ３に凹む円環状の凹部２１を有することから、電極ロール１０の端部１０ａ，１０ｂが平坦である場合と比較して表面積を大きくできる。
【００３８】
そして、電極ロール１０において、各凹部２１における第１傾斜面２１ａと、第２傾斜面２１ｂとが交わる角度θは、９０°以上１００°以下である。このため、例えば電極ロール１０を加熱処理した後に冷却する際には、角度θを９０°未満とする場合のように、各傾斜面２１ａ，２１ｂのうち一方の傾斜面からの輻射熱（矢印Ｙ４）が、他方の傾斜面に遮られてしまうことを抑制できる。
【００３９】
次に、電極ロール１０の製造方法について、各帯状電極１２，１３の捲回方法を中心に説明する。
まず、帯状の金属箔１５に対して、活物質、導電剤、バインダ、及び溶媒を混練した活物質ペーストを長手方向Ｙ１に沿って間欠的に塗布する（塗布工程）。次に、金属箔１５に塗布された活物質ペーストを乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥させた活物質ペーストをロールプレスして活物質層１６とし、各帯状電極１２，１３を得る（プレス工程）。
【００４０】
次に、第１帯状電極１２と、第２帯状電極１３とを、一方の帯状電極の塗工部１６ａと他方の帯状電極の未塗工部１６ｂとを対向させた状態で積層し、電極積層体１４を得る（積層工程）。
【００４１】
続けて、電極積層体１４を前述したずらし量にて、軸線方向Ｙ３における一方側へずらしながら所定回（例えば２０回）に亘り捲回するとともに、その後に軸線方向Ｙ３における他方側へずらしながら所定回（例えば２０回）に亘り捲回することを繰り返す（捲回工程）。これにより、電極ロール１０の両方の端部１０ａ，１０ｂには、それぞれ凹部２１が同心円状に形成される。
【００４２】
また、捲回工程では、各帯状電極１２，１３の所定層（第１層）における塗工部１６ａが、径方向Ｙ２から見た場合に、その全体が前記所定層と径方向Ｙ２の外側に隣り合う他層（第２層）における未塗工部１６ｂと重なるように捲回する。その後、電極ロール１０は、所定温度にて加熱（ベーク）処理される。
【００４３】
したがって、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電極ロール１０において、各塗工部１６ａは、径方向Ｙ２から見た場合に、それぞれ未塗工部１６ｂと重なる。即ち、電極ロール１０では、活物質層１６同士が接触しないようになっていることから、活物質層１６同士の接触による破損を抑制できる。
【００４４】
（２）電極ロール１０では、塗工部１６ａと未塗工部１６ｂとをそれぞれ対向させた状態で各帯状電極１２，１３を重ね合わせた電極積層体１４を捲回している。このため、少なくとも電極積層体１４を構成する第１帯状電極１２と第２帯状電極１３との間で、活物質層１６同士が接触することを簡便に抑制できる。
【００４５】
（３）軸線方向Ｙ３における電極ロール１０の端部１０ａ，１０ｂには、帯状電極１２，１３の捲回方向に沿いかつ軸線方向Ｙ３に凹む円環状の凹部２１を有することから、電極ロール１０の端部１０ａ，１０ｂが平坦である場合と比較して表面積を大きくできる。したがって、例えば電極ロール１０の加熱処理を行う場合に、加熱や冷却の効率を向上できる。
【００４６】
（４）また、電極ロール１０の端部１０ａ，１０ｂに凹部２１を設けることで、加熱処理による活物質層１６における残存溶媒の除去を促進できる。即ち、加熱処理に要する時間を短縮できる。
【００４７】
（５）各傾斜面２１ａ，２１ｂが交わる角度θは、９０°以上１００°以下である。このため、例えば電極ロール１０を加熱処理した後に冷却する際に、各傾斜面２１ａ，２１ｂのうち一方の傾斜面からの輻射熱が、他方の傾斜面に遮られてしまうことを抑制し、これにより例えば加熱処理後の冷却の効率を向上できる。
【００４８】
（６）各凹部２１は、捲回軸Ｌの軸線方向Ｙ３に沿って周期的にずらして電極積層体１４を捲回することで設けられている。このため、電極ロール１０に各凹部２１を簡便に設けることができる。
【００４９】
（７）電極ロール１０では、意図的に電極積層体１４（各帯状電極１２，１３）の縁部１４ａをずらしていることから、加熱処理に伴う活物質層１６の熱収縮によって生じる応力を解放させ、金属箔１５にシワが生じることを低減できる。
【００５０】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  各帯状電極１２，１３では、複数の活物質層１６（塗工部１６ａ）を長手方向Ｙ１に沿って近接させて形成した形成領域と、長手方向Ｙ１における前記形成領域の長さを超える長さの未塗工部１６ｂとを交互に配置してあってもよい。
【００５１】
○  電極ロール１０は、単一の第１帯状電極１２が捲回されていてもよい。但し、この場合であっても、各塗工部１６ａが径方向Ｙ２から見た場合に、他層における未塗工部１６ｂとそれぞれ重なるように捲回する。この構成によれば、簡便に電極ロール１０を形成できる。
【００５２】
○  電極積層体１４は、１の帯状電極における塗工部１６ａと他の帯状電極における未塗工部１６ｂとをそれぞれ対向させた状態で３以上の帯状電極が積層されていてもよい。
○  第１帯状電極１２と第２帯状電極１３とは、芯材１１に捲回しながら同時に積層してもよい。このように構成した場合であっても、１の帯状電極と他の帯状電極との間で、活物質層１６同士が接触することを簡便に抑制できる。
【００５３】
○  電極ロール１０は、芯材１１を省略してもよい。
○  凹部２１は１つ、または３つ以上設けられていてもよい。
○  各傾斜面２１ａ，２１ｂが交わる角度θは、９０°未満であってもよい。但し、電極ロール１０を冷却するときに輻射熱を効率よく放出させる観点からは上記実施形態のように構成することが好ましい。また、各傾斜面２１ａ，２１ｂが交わる角度θは、１００°を超えていてもよい。但し、電極ロール１０の表面積を大きくして冷却効率を向上させる観点からは、上記実施形態のように構成することが好ましい。
【００５４】
○  電極ロール１０の端部１０ａ，１０ｂには、各凹部２１の間に円環状の平坦部を有していてもよい。即ち、各凹部２１に挟まれた部分は、捲回軸Ｌに沿った平面で切断した場合の各断面が軸線方向Ｙ３の外側へ突出する台形状であってもよい。また、各凹部２１は、捲回軸Ｌに沿った平面で切断した場合の各断面が軸線方向Ｙ３に凹む逆半円状であってもよい。即ち、各傾斜面２１ａ，２１ｂは、湾曲していてもよい。
【００５５】
○  各凹部２１は、電極積層体１４の縁部１４ａをずらす周期を異ならせてもよい。即ち、各凹部２１は、異なる大きさであってもよく、角度θが異なっていてもよい。
○  各帯状電極１２，１３は、活物質層１６を覆うセラミックコート層を有していてもよい。この場合であっても、電極ロール１０においてセラミックコート層が破損することを併せて抑制できる。
【００５６】
○  ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置用の電極に具体化してもよい。
○  車両以外に用いられる蓄電装置用の電極に具体化してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
θ…角度、Ｌ…捲回軸、Ｙ１…長手方向、Ｙ２…径方向、Ｙ３…軸線方向、１０…電極ロール、１０ａ，１０ｂ…端部、１２…第１帯状電極、１３…第２帯状電極、１４…電極積層体、１５…金属箔、１６…活物質層、１６ａ…塗工部（第１領域）、１６ｂ…未塗工部（第２領域）、２１…凹部、２１ａ…第１傾斜面、２１ｂ…第２傾斜面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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