(57)【要約】【課題】セパレータの物性のばらつきに起因する、電池特性のばらつきを抑制する。【解決手段】電池用の巻回型電極群の製造方法は、以下のステップを備える。セパレータを準備する（Ｓ０１）。セパレータの透気度および空孔率の少なくとも一方を測定する（Ｓ０２）。透気度および空孔率の少なくとも一方と、電池特性との関係から、巻回時にセパレータに加えるべき張力を決定する（Ｓ０３）。セパレータに上記で決定された張力を加えながら、巻回型電極群を製造する（Ｓ０４）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを準備するステップと、
前記セパレータの透気度および空孔率の少なくとも一方を測定するステップと、
前記透気度および前記空孔率の少なくとも一方と、電池特性との関係から、巻回時に前記セパレータに加えるべき張力を決定するステップと、
前記セパレータに前記張力を加えながら、巻回型電極群を製造するステップと、を備える、電池用の巻回型電極群の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池用の巻回型電極群の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１５−０７６２７８号公報（特許文献１）には、粉末原料の物性に応じて、電極用スラリーの粘度を調整できる、電極用スラリーの製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０７６２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、製造ロット間における電池特性のばらつきを抑制するために、種々の方法が提案されている。たとえば特許文献１では、電極製造時の粉末原料の物性のばらつきに着目し、スラリー粘度のロット間ばらつきを小さくすることにより、電池特性のばらつきを抑制する試みがなされている。
【０００５】
しかしながら、巻回型電極群を備える電池においては、電極品質のばらつきを抑制した場合にも、電池特性にばらつきが生じる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電池用の巻回型電極群の製造方法は、以下のステップを備える。
セパレータを準備する。
セパレータの透気度および空孔率の少なくとも一方を測定する。
透気度および空孔率の少なくとも一方と、電池特性との関係から、巻回時にセパレータに加えるべき張力を決定する。
セパレータに上記で決定された張力を加えながら、巻回型電極群を製造する。
【０００７】
以下、本発明の製造方法を説明する。以下の説明では、「電池用の巻回型電極群」を「巻回型電極群」と略記する場合がある。巻回型電極群とは、セパレータを挟んで正極と負極とを積層し、さらに巻回することにより製造される電極群を示す。
【０００８】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、電池特性のばらつきがセパレータの製造ロットに大きく依存していることを見出した。図１は、巻回型電極群を構成する各部材の製造ロットと、電池特性（入力特性）のばらつきとの関係を示す図である。かかる巻回型電極群は、正極／セパレータ（巻き内側）／負極／セパレータ（巻き外側）を、この順に積層し、巻回することにより製造されている。図１は、一定期間の連続生産において、各部材が複数の製造ロットにまたがった場合、電池特性（入力特性）がどの程度ばらつくかを示している。図１中、ばらつきの大きさはエラーバーによって示されている。
【０００９】
図１より、たとえば正極および負極が複数の製造ロットにまたがって、電池が製造されたとしても、電池特性のばらつきは小さいことが分かる。これに対して、セパレータが複数の製造ロットにまたがって、電池が製造された場合、電池の入力特性は大きくばらついている。
【００１０】
そこで本発明の製造方法では、セパレータの物性に応じて、巻回時にセパレータに加わる張力を調整することにより、電池特性のばらつきを抑制する。
【００１１】
本発明の製造方法では、セパレータの物性として、透気度および空孔率の少なくとも一方を採用する。セパレータの透気度および空孔率は、セパレータ内における電荷担体（たとえばリチウムイオン）の移動度を表す指標であり、電池の入出力特性への影響が大きい。たとえばセパレータの透気度が高くなると、電荷担体がセパレータ内を移動（透過）しやすくなるため、電池の入出力特性は向上することになる。他方、セパレータの透気度が低くなると、電荷担体がセパレータ内を移動し難くなるため、電池の入出力特性は低下することになる。すなわち、前述の電池特性のばらつきは、セパレータの透気度および空孔率のばらつきを反映したものと考えられる。
【００１２】
セパレータの透気度および空孔率は、セパレータの孔径、孔形状および孔数に依存すると考えられる。そこで、たとえば透気度が低いセパレータの場合（すなわち電池の入出力特性が低くなると予想される場合）には、巻回時の張力を大きくする。これにより、巻回時のセパレータの延伸量が大きくなり、電池の入出力特性が高くなるように調整できる。延伸量が大きくなることにより、たとえば孔径が大きくなるためである。
【００１３】
また透気度が高いセパレータの場合（すなわち電池の入出力特性が高くなると予想される場合）には、巻回時の張力を小さくする。これにより、巻回時のセパレータの延伸量が小さくなり、延伸に伴う入出力特性の向上幅が小さく抑えられる。
【００１４】
以上のように、セパレータの透気度および空孔率に応じて、巻回時にセパレータに加わる張力を調整することにより、電池特性のばらつきを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
上記によれば、セパレータの物性のばらつきに起因する、電池特性のばらつきを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】巻回型電極群を構成する各部材の製造ロット間ばらつきと、電池の入力特性のばらつきとの関係を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電池用の巻回型電極群の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】セパレータの透気度、および巻回時にセパレータに加わる張力と、電池の入力特性との関係の一例を示す図である。
【図４】セパレータの透気度、および巻回時にセパレータに加わる張力と、電池の出力特性との関係の一例を示す図である。
【図５】製造例１および製造例２における電池特性のばらつきを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態（以下「本実施形態」と記す）について説明する。ただし、本実施形態は以下の説明に限定されるものではない。
【００１８】
＜電池用の巻回型電極群の製造方法＞
図２は、本実施形態の巻回型電極群の製造方法の概略を示すフローチャートである。本実施形態の製造方法は、セパレータ準備ステップ（Ｓ０１）と、セパレータ物性測定ステップ（Ｓ０２）と、巻回張力決定ステップ（Ｓ０３）と、巻回型電極群製造ステップ（Ｓ０４）とを備える。以下、各ステップを説明する。
【００１９】
《セパレータ準備ステップ（Ｓ０１）》
セパレータ準備ステップでは、電池用のセパレータが準備される。セパレータは、帯状の多孔性フィルムである。電池において、セパレータは、正極と負極との間に介在し、これらの接触を防止する。またセパレータは、複数の細孔を有し、その内部に電解液および電荷担体（イオン）を流通させる。
【００２０】
セパレータは、典型的には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィンから構成される微多孔膜セパレータである。セパレータの厚さは、たとえば１〜５０μｍ程度である。
【００２１】
セパレータは、たとえば延伸開孔法、相分離法、発泡法等により製造される。従来、透気度および空孔率の製造ロット間ばらつきを抑制する方法も検討されている。しかし電池の要求品質によっては、透気度および空孔率の製造ロット間ばらつきの抑制は、未だ十分でないと考えられる。
【００２２】
後述のように、本実施形態では巻回時にセパレータに加わる張力を、セパレータの透気度および空孔率の少なくとも一方に応じて変更する。しかし巻回時の張力が過度に小さいと、巻ずれが生じる可能性があり、巻回時の張力が過度に大きいと、セパレータに皺（シワ）が生じる可能性もある。よってセパレータの準備にあたっては、巻ずれ、皺が生じない範囲で張力の制御が可能になるように、所定の範囲の透気度および空孔率を有するセパレータを準備するとよい。セパレータの透気度は、好ましくは１００〜３００秒／１００ｍｌ程度である。またセパレータの空孔率は、好ましくは３０〜８０％程度である。
【００２３】
《セパレータ物性測定ステップ（Ｓ０２）》
セパレータ物性測定ステップでは、セパレータの透気度および空孔率の少なくとも一方を測定する。すなわちこのステップでは、透気度または空孔率の一方を測定してもよいし、透気度および空孔率の両方を測定してもよい。透気度または空孔率の一方の測定結果により、張力を決定する場合は、透気度の測定結果に基づいて張力を決定することが好ましい。
【００２４】
透気度の測定方法は特に限定されない。たとえばガーレー式透気度試験機を用いて透気度を測定してもよいし、王研式透気度試験機を用いて透気度を測定してもよい。空孔率の測定方法も特に限定されない。空孔率は、たとえばセパレータ自体の密度を、セパレータを構成するポリマーの密度で除した値の百分率として算出される。
【００２５】
本実施形態では、透気度および空孔率に加えて、電池特性に影響を与えるその他の物性を測定し、後述の張力を決定する要素に含めてもよい。そうした物性としては、たとえばセパレータの誘電率等が挙げられる。
【００２６】
《巻回張力決定ステップ（Ｓ０３）》
巻回張力決定ステップでは、セパレータの透気度および空孔率の少なくとも一方と、電池特性との関係から、巻回時にセパレータに加えるべき張力を決定する。
【００２７】
電池特性としては、たとえば入出力特性が挙げられる。その他、電池特性として自己放電特性、サイクル特性、保存特性等を用いることも考えられる。透気度および空孔率の少なくとも一方、ならびに巻回時にセパレータに加わる張力と、電池特性との関係は、予め測定しておくものとする。入出力特性は、たとえば３０〜１００％程度のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）範囲において測定される。測定環境は、低温環境、室温環境、高温環境等としてもよい。
【００２８】
図３は、セパレータの透気度、および巻回時にセパレータに加わる張力と、電池の入力特性との関係の一例を示す図である。図３に示されるように、セパレータの透気度が高くなるほど、巻回時にセパレータに加わる張力が大きくなるほど、電池の入力特性は高くなる。図４は、セパレータの透気度、および巻回時にセパレータに加わる張力と、電池の出力特性との関係の一例を示す図である。図４（出力特性）においても図３（入力特性）と同様の傾向が確認できる。
【００２９】
巻回時にセパレータに加えるべき張力は、たとえば次のようにして決定される。たとえば図３において、入力特性の目標値が「９６０Ｗ」であったとする。この場合、透気度が２３０秒／１００ｍｌである第１セパレータの場合、張力は図３中の「ｔ１」として決定される。同様に透気度が２４０秒／１００ｍｌである第２セパレータの場合、張力は「ｔ２」として決定され、透気度が２５０秒／１００ｍｌである第３セパレータの場合、張力は「ｔ３」として決定される。
【００３０】
そして後述の巻回型電極群製造ステップにおいて、第１セパレータを使用する際には張力としてｔ１を、第２セパレータを使用する際には張力としてｔ２を、第３セパレータを使用する際には張力としてｔ３を、それぞれ用いることにより、いずれのセパレータを使用した場合にも、電池の入力特性は９６０Ｗに揃えられる。
【００３１】
図３および図４の例では、透気度と電池特性との関係、ならびに巻回時にセパレータに加わる張力と電池特性との関係が、いずれも一次関数的である。また図から透気度および張力は、いずれも独立変数とみなすことができる。そこで、たとえば透気度を「ｘ」とし、電池特性の目標値を「ｙ」とすると、巻回時にセパレータに加えるべき張力は、ｘおよびｙの２変数の一次関数「ｆ（ｘ，ｙ）＝αｘ＋βｙ」として表すことができる。予め、こうした関数を導出し、該関数を巻回装置の張力制御部に組み込んでおけば、透気度と電池特性の目標値とを入力することにより、自動的に張力を出力させることができる。
【００３２】
なおここでは、透気度と電池特性との関係から張力を決定する例を説明したが、同様に空孔率と電池特性との関係を示す関係図を作成し、あるいは関数を導出して、張力を決定することも可能である。また透気度および空孔率の両方を用いることも当然考えられる。
【００３３】
《巻回型電極群製造ステップ（Ｓ０４）》
巻回型電極群製造ステップでは、セパレータに、前述のようにして決定された張力を加えながら、巻回型電極群を製造する。
【００３４】
巻回型電極群の製造には、少なくとも張力制御が可能な巻回装置（巻取装置）を用いる。セパレータ、正極および負極は、それぞれボビン（「リール」とも称される）に巻き取られた状態で、巻回装置に供給される。
【００３５】
巻回装置において、所定の取り付け位置に、正極、セパレータ（巻き内側）、負極およびセパレータ（巻き外側）をそれぞれ取り付け、セパレータを挟んで正極、負極が積層されるように、各部材を巻き芯に巻きつけ、巻回する。巻回後、セパレータ、正極および負極をそれぞれ切断し、巻き芯を抜き取り、さらに各部材が解けないように所定の手段で固定する。これにより巻回型電極群が製造される。
【００３６】
巻回時、セパレータに加える張力は、典型的にはセパレータの製造ロットごとに、透気度および空孔率の少なくとも一方を測定し、測定結果に応じて変更する。これによりセパレータの製造ロット間でのばらつきに起因する、電池特性のばらつきを抑制できる。正極および負極に加える張力は一定でもよい。
【００３７】
たとえば、複数の製造ロットについて、予め透気度をそれぞれ測定し、製造ロット番号（たとえばバーコード）と透気度とを紐付けて、設備（巻回装置）に記憶させておくとよい。こうした態様によれば、セパレータのロットを切り替える際に、セパレータの製造ロット番号を設備に読み取らせることにより、加えるべき張力を呼び出すことができ、作業効率がよい。
【００３８】
セパレータに加える張力は、同一の製造ロット内、あるいは同一のリール内で変更してもよい。たとえば、連続生産中に、所定の間隔（たとえば所定の時間間隔、所定の長さ間隔等）で、透気度および空孔率の少なくとも一方を測定し、その測定結果に応じて張力を変更してもよい。こうした態様によれば、セパレータの製造ロット内ばらつきに起因する、電池特性のばらつきも抑制できる。
【００３９】
＜電池特性のばらつき抑制効果の検証＞
図５は、セパレータの張力制御を行なわずに巻回型電極群の連続生産を行った製造例１、および本実施形態に従って、セパレータの張力制御を行ないながら巻回型電極群の連続生産を行った製造例２において、電池の入力特性のばらつきを比較した図である。製造例１および製造例２では、セパレータの製造ロットが複数のロットにまたがって、連続生産が行われている。
【００４０】
図５中、各製造例における電池特性（入力特性）のばらつきは、エラーバーによって示されている。図５に示されるように、本実施形態に従う製造例２では、製造例１に比し、入力特性のばらつきを約三分の一に低減することができた。
【００４１】
本実施形態は、電池特性のばらつきに対する要求が厳しい用途に好適である。そうした用途の電池としては、たとえば車載用途のリチウムイオン電池等を挙げることができる。車載用途では、複数の単電池からなる組電池を一つの電源として利用するため、個々の単電池の特性ばらつきに対する要求が厳しい。個々の単電池の特性がばらつくと、そのばらつき分も含めてシステム全体を設計する必要があり、製造コストの増大を招くためである。上記のように本実施形態によれば、電池特性のばらつきを抑制し、製造コストの増大も抑制することができる。
【００４２】
今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【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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