(57)【要約】【課題】電極材料の反りを抑制することができる巻取用リールを提供すること。【解決手段】巻取用リール１０は、電極材料が巻回される芯部１１と、芯部１１の外周面から芯部１１の径方向に沿って凹む複数の膨張吸収部１２とを備える。巻取用リール１０においては、膨張吸収部１２の開口と芯部１１の表面とが芯部１１の周方向及び軸方向に沿って交互に存在する。また、巻取用リール１０において、芯部１１の表面が連続する連続面１１ａが芯部１１の軸方向のみに存在する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状金属箔の表面に活物質合剤の塗工部の形成された電極材料を巻き取るとともに、前記塗工部の加熱乾燥に使用される巻取用リールであって、
前記電極材料が巻回される芯部と、
前記芯部の外周面から前記芯部の径方向に沿って凹む複数の膨張吸収部とを備え、
前記膨張吸収部の開口と前記芯部の表面とが前記芯部の周方向及び軸方向に沿って交互に存在するとともに、
前記芯部の表面が連続する連続面が前記芯部の軸方向のみに存在することを特徴とする巻取用リール。
【請求項２】
前記膨張吸収部は平面視円形状である請求項１に記載の巻取用リール。
【請求項３】
前記膨張吸収部は、前記芯部を径方向に貫通している請求項１又は請求項２に記載の巻取用リール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状金属箔の表面に活物質合剤の塗工部の形成された電極材料を巻き取るとともに、塗工部の加熱乾燥に使用される巻取用リールに関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電装置の一種である二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池が知られている。リチウムイオン二次電池は、ケースを備えるとともに、このケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、金属箔に活物質層を備える正極の電極及び負極の電極を積層、或いは捲回した構造である。
【０００３】
各極の電極の製造は、まず、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合したペースト状の活物質合剤を各極の帯状金属箔の表面に塗布して活物質合剤の塗工部を形成し、帯状金属箔と塗工部を有する電極材料を形成する。そして、塗工部を乾燥及び加圧した後、電極材料を電極の外形に沿う形状に切断する。すると、塗工部から活物質層が形成されるとともに、帯状金属箔からタブ等が形成されて電極が製造される。
【０００４】
電極において、活物質層に溶媒や水分が残っていると電池性能が低下するため、塗工部を十分に乾燥させることが好ましい。このため、電極の各製造工程のうち、塗工部を乾燥及び加圧した後、さらに、真空又は減圧乾燥による乾燥工程を行い、活物質合剤の塗工部に残った僅かな溶媒や水分の除去が図られている。
【０００５】
乾燥工程では、電極材料を巻き取った巻取用リールごと乾燥装置内に収容され、巻取用リールごと加熱されて乾燥が行われる。乾燥装置内に収容される巻取用リールとしては、例えば、特許文献１に開示の巻取用リールが挙げられる。特許文献１の巻取用リールは、電極材料が巻回される芯部と、芯部に巻回された電極材料を乾燥装置内の載置部に対して非接触状態に保持可能に芯部を支持する支持部とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２３２５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、活物質合剤には溶媒として高沸点の溶媒、例えば、ＮＭＰ（Ｎメチルピロリドン）が使用されている。このため、溶媒を除去するために、乾燥装置内は１００℃以上（例えば、１２０℃）に昇温される。このとき、活物質合剤を構成する金属酸化物や炭素材料は、巻取用リールを形成する金属に比べて線膨張率が小さい。このため、１００℃以上に昇温して加熱乾燥を行うと、活物質合剤の塗工部と巻取用リールとの膨張率の差により、巻取用リールが電極材料より膨張して周長が加熱前より長くなってしまう。すると、電極材料に張力が加わって電極材料に反りが発生する場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、電極材料の反りを抑制することができる巻取用リールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するための巻取用リールは、帯状金属箔の表面に活物質合剤の塗工部の形成された電極材料を巻き取るとともに、前記塗工部の加熱乾燥に使用される巻取用リールであって、前記電極材料が巻回される芯部と、前記芯部の外周面から前記芯部の径方向に沿って凹む複数の膨張吸収部とを備え、前記膨張吸収部の開口と前記芯部の表面とが前記芯部の周方向及び軸方向に沿って交互に存在するとともに、前記芯部の表面が連続する連続面が前記芯部の軸方向のみに存在することを要旨とする。
【００１０】
これによれば、芯部の表面と膨張吸収部とが、芯部の周方向及び軸方向に沿って交互に存在する一方で、連続面は軸方向のみに存在する。このため、複数の膨張吸収部は芯部の周方向に沿ってジグザグに配置されている。よって、電極材料の乾燥のために巻取用リールが加熱された際、芯部は膨張するが、芯部の周方向には連続面が存在しないため、芯部の周方向への膨張そのものが抑えられる。また、芯部の周方向への膨張は、膨張吸収部の縮小方向への変形により吸収される。このため、芯部の周長が加熱前より長くなることを抑えることができる。その結果、芯部から、巻き取られた状態の電極材料に加わる張力を抑え、電極材料に反りが生じることを抑制できる。
【００１１】
また、巻取用リールについて、前記膨張吸収部は平面視円形状であるのが好ましい。
これによれば、芯部において、膨張吸収部の周囲のいずれの方向から膨張が生じても、その膨張を膨張吸収部によって吸収することができる。
【００１２】
また、巻取用リールについて、前記膨張吸収部は、前記芯部を径方向に貫通していてもよい。
これによれば、芯部の径方向に沿ういずれの場所で周方向への膨張が生じても、その膨張を膨張吸収部によって吸収することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電極材料の反りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】巻取用リールを示す分解斜視図。
【図２】巻取用リールを示す側面図。
【図３】巻取用リールを示す部分断面側面図。
【図４】巻取用リールに電極材料を巻き取った状態を示す側面図。
【図５】別例の巻取用リールを示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、巻取用リールを具体化した一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
この実施形態の巻取用リールを用いて製造される電極を使用した蓄電装置としての二次電池は、図示しないが、外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。この二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極を備える。電極は金属箔の両面に活物質層を備える。電極組立体は、正極の電極と負極の電極とが、両者の間を、多孔質かつ樹脂製のセパレータで絶縁した状態で交互に積層されて構成されている。
【００１６】
次に電極の製造方法について説明する。
電極の製造方法は、混練工程と、活物質合剤の塗工部の形成工程と、加圧工程と、乾燥工程と、打ち抜き工程とを含む。
【００１７】
混練工程は、活物質、バインダ、溶媒及び必要に応じて導電助剤、増粘剤を混練して活物質合剤を製造する工程である。電極が正極の場合は、活物質として正極用活物質を使用し、電極が負極の場合は、活物質として負極用活物質を使用する。
【００１８】
活物質合剤の塗工部の形成工程は、帯状金属箔の表面に活物質合剤を塗布する工程である。塗工部の形成工程では、帯状金属箔が供給用リールから繰り出され、塗工装置により活物質合剤が帯状金属箔の両面（表面）に塗布される。その後、活物質合剤の塗工部が乾燥され、塗工部が形成される。
【００１９】
加圧工程は、乾燥された両方の塗工部をロールプレスによって圧縮する工程である。加圧工程は、塗工部の形成工程の直後に行われ、加圧工程を経た電極材料は巻取用リールに巻き取られる。
【００２０】
乾燥工程は、塗工部の形成工程の乾燥時には乾燥しきれず、塗工部内に残る僅かな溶媒（水又は非水溶媒）を蒸発させる工程である。乾燥工程では、電極材料を巻き取った巻取用リールを乾燥炉内に配置する。乾燥炉内の減圧高温環境下に、電極材料を巻き取った巻取用リールを数時間〜十数時間保管する。
【００２１】
打ち抜き工程は、電極材料から個々の電極を打ち抜く工程である。この実施形態では積層型電極組立体用のタブを備えた電極を打ち抜く。
次に、電極材料を巻き取るとともに、乾燥工程で乾燥炉内に配置される巻取用リールについて説明する。
【００２２】
図１又は図２に示すように、巻取用リール１０は、円筒状の芯部１１を備える。芯部１１の中心軸線Ｌの延びる方向を軸方向とする。巻取用リール１０は、芯部１１の軸方向両端に一体の円環状の側板２１を備える。側板２１は、芯部１１の外周面より芯部１１の径方向外側に突出する状態でネジ２２によって芯部１１に固定されている。側板２１の内径は、芯部１１の内径と同じである。側板２１の外径は、芯部１１に最大量の電極材料３０が巻回された状態において、その電極材料３０の巻回体の外径より大きく設定されている。芯部１１はアルミニウム製である。芯部１１には、図示しない巻取機構のシャフトが嵌挿可能である。
【００２３】
図２又は図３に示すように、巻取用リール１０は、芯部１１を径方向に貫通する複数の膨張吸収部１２を備える。膨張吸収部１２は平面視円形状である。また、膨張吸収部１２は、芯部１１を径方向に貫通する孔である。膨張吸収部１２の一端は芯部１１の外周面で開口し、膨張吸収部１２の他端は芯部１１の内周面でも開口している。よって、膨張吸収部１２は、芯部１１の外周面から凹む形状であり、芯部１１の内周面に至る形状である。複数の膨張吸収部１２の孔径は全て同じである。
【００２４】
複数の膨張吸収部１２は、芯部１１の軸方向に沿って一列に並ぶ状態に配置されている。芯部１１の軸方向に隣り合う膨張吸収部１２同士の間は芯部１１の外周面の一部である表面である。なお、芯部１１の軸方向に隣り合う膨張吸収部１２同士の間隔を、軸方向に沿う寸法Ｋ１とする。そして、芯部１１には、軸方向に沿って芯部１１の表面と膨張吸収部１２の開口とが交互に存在している。
【００２５】
芯部１１の軸方向に沿って、芯部１１の表面と膨張吸収部１２の開口とが交互に存在する場所を、膨張吸収部１２の列Ｒとする。芯部１１には、膨張吸収部１２の列Ｒが周方向に複数存在する。芯部１１の周方向に隣り合う列Ｒ同士の間には芯部１１の表面のみが存在し、芯部１１の軸方向に連続する連続面１１ａが存在する。連続面１１ａは、芯部１１の軸方向全体に亘って直線状に延びる。
【００２６】
図２に、膨張吸収部１２の周方向に延びる直線を仮想線Ｍで表す。複数の膨張吸収部１２は、芯部１１の周方向に沿ってジグザグに並ぶ状態に配置されている。芯部１１において、いずれの場所であっても、周方向に延びる仮想線Ｍ上には、膨張吸収部１２と芯部１１の表面とが交互に存在している。よって、芯部１１の周方向に隣り合う膨張吸収部１２同士の間は芯部１１の表面が存在する。すなわち、芯部１１の周方向に関しては、芯部１１の表面のみが連続する連続面１１ａは存在しない。
【００２７】
仮想線Ｍ上において、芯部１１の周方向に隣り合う膨張吸収部１２同士の間隔を、周方向に沿う寸法Ｋ２とする。この周方向に沿う寸法Ｋ２は、軸方向に沿う寸法Ｋ１より長い。よって、周方向に隣り合う膨張吸収部１２同士の間隔は、軸方向に隣り合う膨張吸収部１２同士の間隔より長い。
【００２８】
芯部１１の製造方法は、まず、アルミニウムによって円筒体を製造する。円筒体の外周面及び内周面は滑らかに成形される。そして、パンチングによって円筒体を径方向に貫通する円孔を形成することで、膨張吸収部１２が形成されるとともに芯部１１が製造される。よって、製造された芯部１１の外周面は、複数の膨張吸収部１２の開口の周囲で角張っておらず、周方向に沿って滑らかな形状である。
【００２９】
次に、巻取用リール１０の作用を記載する。
図４に示すように、乾燥工程では、電極材料３０を巻き取った巻取用リール１０ごと乾燥炉内に配置し、巻取用リール１０ごと電極材料３０の加熱、乾燥が行われる。なお、電極材料３０は、帯状金属箔３１の両面に活物質合剤の塗工部３２が長手方向全体に亘って形成されたものである。乾燥炉内は１００℃以上（例えば、１２０℃）に昇温され、電極材料３０及び巻取用リール１０が数時間〜十数時間保管される。その結果、塗工部３２の形成工程の乾燥時には乾燥しきれず、塗工部３２内に残る僅かな溶媒（水又は非水溶媒）が蒸発する。
【００３０】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）活物質合剤を構成する金属酸化物や炭素材料は、芯部１１を形成するアルミニウムに比べて線膨張率が小さい。このため、電極材料３０は、芯部１１の周方向へは膨張しにくい一方で、芯部１１は周方向へ膨張しやすい。
【００３１】
しかし、巻取用リール１０において、芯部１１の周方向に沿って膨張吸収部１２をジグザグに配置し、芯部１１の周方向に連続面１１ａを存在させない構成とした。周方向への連続面１１ａが存在しないことから、芯部１１の周方向への膨張が抑えられ、しかも、芯部１１の周方向への膨張は膨張吸収部１２が縮径することで吸収される。その結果、芯部１１の周長が加熱前より長くなることが抑えられる。このため、芯部１１と、電極材料３０とで周長の差が生じにくく、巻き取られた状態の電極材料３０に対し、芯部１１から張力が加わることが抑制され、電極材料３０に反りが生じることを抑制できる。
【００３２】
（２）芯部１１には、芯部１１の表面が軸方向に連続する連続面１１ａが存在する。この連続面１１ａにより、芯部１１の軸方向への強度を確保でき、巻き取った電極材料３０の重みで芯部１１が軸方向に撓むことを抑制できる。また、芯部１１の軸方向への膨張は、芯部１１の周長を長くすることには関与しないため、問題ない。
【００３３】
（３）膨張吸収部１２は平面視円孔状であり、膨張吸収部１２同士の間に露出した芯部１１の外周面は滑らかな形状である。このため、芯部１１の外周面に電極材料３０がテンションを掛けた状態で巻き取られても、芯部１１の外周面によって電極材料３０が損傷を受けることが抑制できる。
【００３４】
（４）膨張吸収部１２は平面視円形状である。このため、芯部１１の膨張を膨張吸収部１２のいずれの方向からも吸収できる。
（５）膨張吸収部１２は、パンチングによって芯部１１に簡単に形成できる。よって、芯部１１の材質を線膨張率の低いものにして芯部１１の熱膨張を抑える構造とする場合と比べて、低コストでしかも簡単に芯部１１の周長が加熱前より長くなることを実現できる。
【００３５】
（６）膨張吸収部１２は、芯部１１を径方向に貫通する。このため、芯部１１の径方向全体で熱膨張を抑えることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３６】
○  膨張吸収部１２は、芯部１１を径方向に貫通しておらず、芯部１１の外周面で開口する一方で、芯部１１の内周面では閉口した凹部であってもよい。
○  芯部１１の軸方向に連続面１１ａが存在し、膨張吸収部１２が芯部１１の周方向にジグザグに配置されているのであれば、膨張吸収部１２の開口形状は、六角形状、八角形状、菱形等に変更してもよい。
【００３７】
○  芯部１１の軸方向に連続面１１ａが存在し、周方向に沿って膨張吸収部１２と芯部１１とが交互に存在するのであれば、膨張吸収部１２は周方向に沿ってジグザグに配置されていなくてもよい。
【００３８】
○  図５に示すように、芯部１１の軸方向全体に亘って凹む溝１３を、芯部１１の外周面に複数設けてもよい。溝１３は、芯部１１の周方向に沿って等間隔おきに複数存在する。このように構成すると、芯部１１の周方向への膨張を溝１３で吸収することができ、膨張吸収部１２と協働して芯部１１の周方向への膨張を抑制できる。この場合、溝１３内に露出した芯部１１の外周面に膨張吸収部１２は設けなくてもよい。このように構成すると、芯部１１において、溝１３の形成された部分で芯部１１の軸方向への剛性が低下しなくなる。なお、溝１３に膨張吸収部１２は設けてもよい。
【００３９】
○  側板２１は無くてもよい。
○  芯部１１の材質はアルミニウム以外でもよい。
○  巻取用リール１０で巻き取った電極材料３０から製造される電極は、ニッケル水素電池用でもよい。
【００４０】
○  帯状金属箔３１に対する活物質合剤の塗工方法は間欠塗工であり、帯状金属箔３１の長手方向に沿って塗工部３２が間隔を空けて形成されていてもよい。
○  電極は、金属箔の片面に活物質層を備える形状でもよい。又は、電極は、金属箔の両面で異なる性質の活物質層を備える形状でもよい。
【００４１】
○  蓄電装置としてのキャパシタに適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）前記芯部の外周面から凹む溝を前記芯部の軸方向全体に亘って備える巻取用リール。
【００４２】
（２）前記溝に前記膨張吸収部が存在しない巻取用リール。
【符号の説明】
【００４３】
１０…巻取用リール、１１…芯部、１１ａ…連続面、１２…膨張吸収部、３０…電極材料、３１…帯状金属箔、３２…塗工部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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