(57)【要約】【課題】複数枚の帯状電極を積層した状態で捲回してロール状にしたときの帯状電極の変形や撓みが生じることを抑制する。【解決手段】電極ロール１０は、帯状の金属箔１３の少なくとも一方の面に活物質層１４を有する帯状電極１２が捲回されている。帯状電極１２は、複数枚が一組として、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の縁部（端高部）がずれた状態で積層されて捲回され、かつ捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる帯状電極１２の活物質層１４の縁部同士がずれた状態となるように捲回されている。【選択図】図１
2014216122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の金属箔の少なくとも一方の面に活物質層を有する帯状電極が捲回された電極ロールであって、
前記帯状電極は、複数枚が一組として、隣り合う前記帯状電極の前記活物質層の縁部がずれた状態で積層されて捲回され、かつ捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる前記帯状電極の前記活物質層の縁部同士がずれた状態となるように捲回されていることを特徴とする電極ロール。
【請求項２】
前記帯状電極は、前記金属箔の両面に前記活物質層を有する請求項１に記載の電極ロール。
【請求項３】
前記帯状電極は、前記活物質層が前記金属箔の長手方向に連続して形成されている請求項１又は請求項２に記載の電極ロール。
【請求項４】
前記帯状電極は、２枚が重ねられた状態で積層されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電極ロール。
【請求項５】
帯状の金属箔の少なくとも一方の面に活物質層を有する帯状電極が捲回された電極ロールの製造方法であって、
前記帯状電極を複数枚一組として、隣り合う前記帯状電極の前記活物質層の縁部がずれた状態で積層して捲回し、かつ捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる前記帯状電極の前記活物質層の縁部同士がずれた状態と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】
一般に活物質層の縁部には他の部分よりも盛り上がった端高部が形成されている場合があり、特許文献１では、帯状電極を捲回軸の軸線方向に周期的にずらして捲回することで、図９に示すように、軸線方向における活物質層５１の縁部に形成される端高部５２同士が接触することを抑制している。
【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】
特許文献１では、帯状電極を捲回軸の軸線方向に周期的にずらして捲回することにより端高部５２同士が接触しない状態になるとしている。電極ロールが図９に示す状態になる捲回方法を実施するには、巻き取りロール２周につき、１周期分蛇行する捲回方法が考えられる。しかし、図１０（ａ）に示すように、巻き取りロール５３において、半周異なる箇所（Ａ１，Ａ２で示す線とＢ１，Ｂ２で示す線）について考えると、Ａ１及びＡ２の箇所の重なり状態が図９の通りになるなら、Ｂ１，Ｂ２の箇所の重なり状態は、図１０（ｂ）に示すように活物質層５１の端の位置がずれずに、端高部５２同士が接触する状態になる。即ち、捲回された帯状電極は、部分的に端高部５２同士が接触する箇所が存在する。
【０００７】
複数枚の帯状電極を幅方向にずらさずに積層した状態で巻き取りロールに捲回した場合の問題点として、ロール状にしたときの帯状電極の変形や撓みが生じることが挙げられる。この問題は、金属箔の両面に活物質層が形成された帯状電極に限らず、金属箔の片面に活物質層が形成された帯状電極の場合においても存在する。
【０００８】
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、複数枚の帯状電極を積層した状態で捲回してロール状にしたときの帯状電極の変形や撓みが生じ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】
【０００９】
上記課題を解決する電極ロールは、帯状の金属箔の少なくとも一方の面に活物質層を有する帯状電極が捲回された電極ロールであって、前記帯状電極は、複数枚が一組として、隣り合う前記帯状電極の前記活物質層の縁部がずれた状態で積層されて捲回され、かつ捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる前記帯状電極の前記活物質層の縁部同士がずれた状態となるように捲回されている。
【００１０】
この構成によれば、積層された状態で捲回された帯状電極は、捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる帯状電極の活物質層の縁部同士がずれた状態となるように捲回されているため、縁部に存在する端高部同士が対向する場合に比べて隣り合う活物質層の距離が短くなる。そのため、複数枚の帯状電極を積層した状態で捲回してロール状にしたときの帯状電極の変形や撓みが生じることを抑制できる。
【００１１】
前記帯状電極は、前記金属箔の両面に前記活物質層を有することが好ましい。この構成によれば、片面に活物質層が形成された帯状電極に比べて、端高部同士が対向する場合に隣り合う活物質層の距離が長くなる両面に活物質層を有する帯状電極において、ロール状にしたときの帯状電極の変形や撓みが生じることを抑制できる。また、帯状電極の両面に活物質層が形成された構成の場合、活物質層の縁部同士が対向接触する状態で捲回されると、電極ロールの搬送中における振動の付与や、加熱（ベーク）処理に伴う金属箔の膨張及び収縮に伴って、活物質層の端高部同士が擦り合わされて局所的に応力が集中することで、活物質層が破砕したり金属箔から剥がれたりする。しかし、活物質層の縁部同士がずれた状態で捲回されているため、端高部同士が対向接触することに起因する前述の現象が抑制される。
【００１２】
前記帯状電極は、前記活物質層が前記金属箔の長手方向に連続して形成されていることが好ましい。電極ロールは、帯状電極として積層型の電極組立体を構成する矩形状の活物質層が間欠的に形成されたものであってもよいが、活物質層が連続的に形成されている方が構造が単純で、後工程において加熱（ベーク）処理される際に、帯状電極の変形や撓みが生じ難い。
【００１３】
前記帯状電極は、２枚が重ねられた状態で積層されていることが好ましい。電極ロールを製造するには、積層される帯状電極の枚数に対応して前工程のライン数が必要となり、全ラインの同時稼動が必要であり、投資額抑制及び稼働率維持の点からライン数は少ない方がよい。そのため、帯状電極の積層枚数が２枚の場合、投資額抑制及び稼働率維持の点でベストとなる。
【００１４】
また、上記課題を解決する電極ロールの製造方法は、帯状の金属箔の少なくとも一方の面に活物質層を有する帯状電極が捲回された電極ロールの製造方法であって、前記帯状電極を複数枚一組として、隣り合う前記帯状電極の前記活物質層の縁部がずれた状態で積層して捲回し、かつ捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる前記帯状電極の前記活物質層の縁部同士がずれた状態となるように前記帯状電極を捲回する。
【００１５】
この構成によれば、製造された電極ロールは、帯状電極が複数枚一組として、隣り合う帯状電極の活物質層の縁部がずれた状態で積層されて捲回され、かつ捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる帯状電極の活物質層の縁部同士がずれた状態となるように帯状電極が捲回されている。そのため、複数枚の帯状電極を積層した状態で捲回してロール状にしたときの帯状電極の変形や撓みが生じることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数枚の帯状電極を積層した状態で捲回してロール状にしたときの帯状電極の変形や撓みが生じることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態の電極ロールを模式的に示す斜視図。
【図２】図１の２−２線で切断した状態を模式的に示す断面図。
【図３】電極ロールを軸線を含む面で切断した部分模式断面図。
【図４】帯状電極の巻き取り方法を模式的に示す斜視図。
【図５】別の実施形態の帯状電極の巻き取り方法を模式的に示す斜視図。
【図６】（ａ），（ｂ）は別の実施形態の帯状電極の巻き取り方法を模式的に示す斜視図。
【図７】（ａ），（ｂ）は図６（ａ），（ｂ）の電極ロールを軸線を含む面で切断した部分模式断面図。
【図８】（ａ），（ｂ）は別の実施形態の電極ロールを軸線を含む面で切断した部分模式断面図。
【図９】従来技術の断面の一部を拡大した模式図。
【図１０】（ａ），（ｂ）は両端の活物質層の端高部の一部が重なることを説明するための図。
【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図１〜図４に従って説明する。
図１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、帯状電極１２が複数枚（この実施形態では２枚）一組として積層された状態で捲回されている。芯材１１は、例えばステンレスなどの金属製である。
【００１９】
２枚の帯状電極１２は同一構成であり、帯状の金属箔１３の少なくとも一方の面（この実施形態では両面）に活物質層１４を有する。帯状電極１２は、活物質層１４が金属箔１３の長手方向に連続して形成されている。なお、活物質層１４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１３の両方の面に対してそれぞれ連続的に塗布（塗工）して形成される。活物質層１４は、金属箔１３の幅より狭い幅に形成され、金属箔１３には活物質層１４の両側に活物質層１４が形成されていない活物質非塗布部１５が存在する。
【００２０】
図２及び図３に示すように、各帯状電極１２の金属箔１３の両面に設けられた活物質層１４は、金属箔１３の面に直交する方向から見た場合にそれぞれ重なった位置に形成されている。
【００２１】
図３に示すように、２枚の帯状電極１２は、隣り合う帯状電極の活物質層１４の縁部としての端高部１６が捲回軸方向にずれた状態で積層されて捲回され、かつ捲回された部分を任意の径方向（図３においては紙面と垂直方向）から見た場合に、互いに隣接して重なる帯状電極１２の活物質層１４の縁部（端高部１６）同士がずれた状態となるように捲回されている。即ち、２枚の帯状電極１２は、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の縁部としての端高部１６がずれた状態で積層されて捲回され、かつ捲回された部分を径方向（図３における紙面と垂直方向）から見た場合に、任意の一層の帯状電極１２の活物質層１４の端高部１６と、隣の層の活物質層１４の端高部１６とがずれた状態となるように捲回されている。そして、帯状電極１２の各層における活物質層１４は、一端側の端高部１６が隣り合う層の活物質層１４の端高部１６ではない部分に接触し、他端側の端高部１６が活物質非塗布部１５に対向する状態になっている。
【００２２】
次に、電極ロール１０の製造方法について説明する。
電極ロール１０の製造方法は、塗布工程、乾燥工程、プレス工程及び捲回工程を有する。まず、塗布工程で帯状の金属箔１３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に沿って連続的に塗布する。次に、金属箔１３に塗布された活物質ペーストを乾燥工程で乾燥させる。次に、乾燥させた活物質ペーストをプレス工程でロールプレスして活物質層１４とし、帯状電極１２を得る。次に、捲回工程で帯状電極１２を２枚一組として、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の端高部１６が捲回軸方向にずれた状態で積層して芯材１１に捲回する。帯状電極１２の捲回は、捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる帯状電極１２の活物質層１４の端高部１６同士がずれた状態となるように行われる。
【００２３】
塗布工程、乾燥工程、プレス工程のラインは、捲回工程において積層状態で捲回される帯状電極１２の枚数に対応してそれぞれ設けられる。そのため、この実施形態では塗布工程、乾燥工程、プレス工程は２ライン設けられる。そして、両ラインのプレス工程でプレスされた後の帯状電極１２が捲回工程において１個の芯材１１上に捲回される。
【００２４】
図４に示すように、２枚の帯状電極１２は、図示しないプレス工程から図示しないガイドロールに案内されて、芯材１１と対応する位置に供給される。芯材１１は図示しない駆動手段により回転される。そして、図４に示すように、２枚の帯状電極１２の活物質層１４の縁部（端高部１６）がずれた状態、即ち活物質層１４の両側にある活物質非塗布部１５の内の一方の活物質非塗布部１５が一方の端高部１６と対向し、他方の活物質非塗布部１５は隣り合う電極と対向しない状態で捲回される。特許文献１の場合と異なり、両帯状電極１２は芯材１１の軸方向に移動されることなく芯材１１上に積層状態で捲回されて電極ロール１０が形成される。
【００２５】
次に、電極ロール１０の作用について説明する。
図３に示すように、電極ロール１０において、２枚の帯状電極１２の各活物質層１４は、両縁部に存在する端高部１６同士が接触せず、一方の端高部１６が活物質層１４の端高部１６以外の部分に接触し、他方の端高部１６は活物質非塗布部１５と対向する状態となる。そのため、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の端高部１６以外の領域の間隔が、端高部１６同士が接触した場合に比べて狭くなる。そのため、電極ロール１０が後工程において、所定温度にて加熱（ベーク）処理される際に、帯状電極１２の変形や撓みが生じることが抑制される。
【００２６】
また、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１３の膨張及び収縮に伴って、活物質層１４の端高部１６同士が擦り合わされて局所的に応力が集中することで、活物質層１４が破砕したり金属箔１３から剥がれたりすることが抑制される。
【００２７】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）電極ロール１０は、帯状の金属箔１３の少なくとも一方の面に活物質層１４を有する帯状電極１２が捲回された電極ロールである。そして、帯状電極１２は、複数枚（２枚）が一組として、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の縁部（端高部１６）がずれた状態で積層されて捲回され、かつ捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる帯状電極１２の活物質層１４の縁部（端高部１６）同士がずれた状態となるように捲回されている。そのため、積層された状態で捲回された帯状電極１２は、任意の一層の帯状電極１２の活物質層１４の縁部と、隣の層の活物質層１４の縁部とがずれた状態となるように捲回されているため、縁部に存在する端高部１６同士が対向する場合に比べて隣り合う活物質層１４の距離が短くなる。したがって、複数枚の帯状電極１２を積層した状態で捲回してロール状にしたときの帯状電極１２の変形や撓みが生じることを抑制できる。
【００２８】
（２）帯状電極１２は、金属箔１３の両面に活物質層１４を有する。この構成では、端高部１６同士が対向する場合に、片面に活物質層１４が形成された帯状電極１２に比べて、隣り合う活物質層１４の距離が長くなる両面に活物質層１４を有する帯状電極１２において、ロール状にしたときの帯状電極１２の変形や撓みが生じることを抑制できる。また、帯状電極１２の両面に形成された活物質層１４の端高部１６同士が接触しない構成のため、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）処理を受けた際に、活物質層１４が破砕したり金属箔１３から剥がれたりすることが抑制される。
【００２９】
（３）帯状電極１２は、活物質層１４が金属箔１３の長手方向に連続して形成されている。電極ロール１０は、帯状電極１２として積層型の電極組立体を構成する矩形状の活物質層１４が間欠的に形成されたものであってもよいが、活物質層１４が連続的に形成されている方が構造が単純で、後工程において加熱（ベーク）処理される際に、帯状電極１２の変形や撓みが生じ難い。
【００３０】
（４）帯状電極１２は、２枚が重ねられた状態で積層されている。電極ロール１０を製造するには、積層される帯状電極１２の枚数に対応して前工程のライン数が必要となり、全ラインの同時稼動が必要であるため、投資額抑制及び稼働率維持の点からライン数は少ない方がよい。その結果、帯状電極１２の積層枚数が２枚の場合、投資額抑制及び稼働率維持の点でベストとなる。
【００３１】
（５）電極ロール１０の製造方法は、帯状の金属箔１３の少なくとも一方の面に活物質層１４を有する帯状電極１２が捲回された電極ロールの製造方法である。そして、帯状電極１２を複数枚一組として、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の縁部がずれた状態で積層して捲回し、かつ捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる帯状電極１２の活物質層１４の縁部同士がずれた状態となるように帯状電極１２を捲回する。そのため、製造された電極ロール１０は、帯状電極１２が複数枚一組として、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の縁部がずれた状態で積層されて捲回され、かつ捲回された部分を任意の径方向から見た場合に、互いに隣接して重なる帯状電極１２の活物質層１４の縁部同士がずれた状態となるように帯状電極１２が捲回されている。したがって、複数枚の帯状電極１２を積層した状態で捲回してロール状にしたときの帯状電極１２の変形や撓みが生じることを抑制できる。
【００３２】
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。
○  図５に示すように、電極ロール１０は、矩形状の活物質層１４が間欠的に形成された複数枚の帯状電極１２が、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の縁部が捲回軸方向にずれた状態で積層されて捲回されたものであってもよい。
【００３３】
○  図６（ａ），（ｂ）に示すように、帯状電極１２は、３枚が一組として、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の縁部がずれた状態で積層されて捲回されたものであってもよい。即ち、電極ロール１０を構成する複数枚が一組の帯状電極１２の枚数は、偶数枚に限らず奇数枚であってもよい。帯状電極１２の枚数が偶数枚の場合は、２枚に限らず、４枚以上の偶数枚であっても、一組を構成する帯状電極１２は、隣り合う帯状電極１２に形成された活物質層１４の端部が交互にずれた状態とすることで、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の縁部がずれた状態で積層されて捲回される。しかし、一組を構成する帯状電極１２の枚数が奇数枚の場合は、一組を構成する隣り合う帯状電極１２に形成された活物質層１４の端部が交互にずれた状態としたのでは、一組を構成する積層された帯状電極１２の積層方向両端側に配置される帯状電極１２に形成された活物質層１４の端高部１６同士が対向する状態となる。そのため、例えば、一組を３枚の帯状電極１２で構成する場合は、３枚の帯状電極１２は、図６（ａ），（ｂ）に示すように捲回されて製造される。
【００３４】
○  図７（ａ）に示すように、一組を構成する各帯状電極１２を順に活物質層１４の縁部（端高部１６）が一方向にずれるように積層すれば、一組を構成する帯状電極１２は、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の縁部がずれた状態で積層されて捲回される。図７（ａ）は一組を構成する帯状電極１２の枚数が３枚の場合を図示しているが、５枚以上の場合も同様である。そして、図７（ｂ）に示すように、一組を構成する帯状電極１２の枚数が３枚の場合は、一組を構成する各帯状電極１２が順に活物質層１４の縁部（端高部１６）が一方向にずれるのではないように積層しても、電極ロール１０の軸方向の長さは、図７（ａ）に示す場合と同じになる。なお、図７（ａ），（ｂ）においては、上から３層ずつの帯状電極１２が一組の帯状電極１２である。
【００３５】
○  一組を構成する帯状電極１２の枚数が５枚以上の奇数枚の場合は、各帯状電極１２が順に活物質層１４の縁部（端高部１６）が一方向にずれるのではないように積層することにより、各帯状電極１２が順に活物質層１４の縁部（端高部１６）が一方向にずれるように積層した場合に比べて、電極ロール１０の軸方向の長さは短くなる。図８（ａ），（ｂ）に、一組を構成する帯状電極１２の枚数が５枚の場合について、各帯状電極１２が順に活物質層１４の縁部（端高部１６）が一方向にずれるのではないように積層した場合の例を示す。なお、図８（ａ），（ｂ）においては、上から５層ずつの帯状電極１２が一組の帯状電極１２である。
【００３６】
○  複数枚の帯状電極１２の芯材１１に対する捲回方法は、各帯状電極１２を芯材１１に捲回しながら同時に積層する方法に限らず、例えば、各帯状電極１２が前工程から芯材１１に捲回される位置までの移動途中で全ての帯状電極１２を移動方向先端側で積層した後、積層した部分を順に芯材１１に捲回してもよい。
【００３７】
○  複数枚の帯状電極１２のうちの一部の帯状電極１２を芯材１１に捲回される位置までの移動途中で積層した状態で芯材１１に捲回し、残りの帯状電極１２は予め積層せずに、芯材１１に捲回する際に積層するようにしてもよい。
【００３８】
○  帯状電極１２は、活物質層１４を覆うセラミックコート層を有していてもよい。
○  電極ロール１０は、帯状電極１２を加熱処理するためや保管するために、同じ帯状電極１２を複数枚捲回した構成に限らない。例えば、帯状電極１２として、活物質層１４の表面を覆うとともに、セパレータの機能を有するセラミック層が形成された帯状の正極及び帯状の負極を用い、その帯状の正極及び帯状の負極を間にセパレータを設けずに捲回した電極組立体であってもよい。セパレータの機能とは、正極と負極との電気的絶縁性を確保し、正極と負極との間のイオン伝導性を確保する機能を意味する。正極と負極との間のイオン伝導性を確保するためには、セラミック層が多孔性でかつ電解液を保持可能であればよい。
【００３９】
○  電極組立体が円柱状（円筒状）ではなく、楕円柱状（楕円筒状）あるいは、軸線と直交する断面の外形が２つの半円弧と両半円弧の端部を直線で結んだ形状の場合、円筒状又は円柱状の芯材１１に対して、帯状の正極及び帯状の負極を捲回して電極ロールを形成する。その後、芯材１１を抜き、円筒状の電極ロールを変形させて電極組立体を製造する。
【００４０】
○  帯状電極１２は、必ずしも活物質層１４の幅方向の縁部に端高部１６が形成されたものに限らない。例えば、帯状電極１２が有する活物質層１４の幅方向の縁部に端高部１６が形成されていることを確認せずに、複数枚一組の電極を、隣り合う帯状電極１２の活物質層１４の縁部がずれた状態で積層して捲回することで電極ロール１０を製造する。この場合、活物質層１４の縁部に端高部１６があってもなくても支障はない。
【００４１】
○  蓄電装置は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などの二次電池に限らず、例えば、リチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。
○  車両以外に用いられる蓄電装置の電極ロールに具体化してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０…電極ロール、１２…帯状電極、１３…金属箔、１４…活物質層、１６…縁部としての端高部。
【図１】
2014216122.tif 000003
【図２】
2014216122.tif 000004
【図３】
2014216122.tif 000005
【図４】
2014216122.tif 000006
【図５】
2014216122.tif 000007
【図６】
2014216122.tif 000008
【図７】
2014216122.tif 000009
【図８】
2014216122.tif 000010
【図９】
2014216122.tif 000011
【図１０】
2014216122.tif 000012