(57)【要約】【課題】シート状電極が精度よく巻き付けられた捲回電極体の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】巻芯２０の外周に巻き付けられた２枚のシート状セパレータ８６ａ、８６ｂ間に正負のいずれか一方のシート状電極８４ｂの先端部分８５ｂを挿入する工程と、外側セパレータ８６ｂの外方から押付部材４０を巻芯に押し付け、当該押付部材と巻芯との間で挿入されたシートの先端部分を狭持する工程と、シート状電極の先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばす工程と、巻芯を回転させて、引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込む工程と、引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込んだ後、巻芯をさらに回転させてシート状電極を２枚のシート状セパレータとともに捲回する工程とを含む捲回電極体製造方法である。【選択図】図４Ｂ
2009064687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正負一対のシート状電極および２枚のシート状セパレータを備える捲回電極体の製造方法であって、
前記巻芯の外周に前記２枚のシート状セパレータを巻き付ける工程と、
前記巻芯の外周に巻き付けられた２枚のシート状セパレータ間に前記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する工程と、
前記２枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から押付部材を前記巻芯に押し付け、当該押付部材と巻芯との間で前記挿入されたシート状電極の先端部分を前記２枚のシート状セパレータごと狭持する工程と、
前記狭持されたシート状電極の先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばす工程と、
前記押付部材により押し付けながら前記巻芯を回転させて、前記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込む工程と、
前記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込んだ後、前記巻芯をさらに回転させて、前記シート状電極を前記２枚のシート状セパレータとともに捲回する工程と、
を含む、捲回電極体の製造方法。
【請求項２】
前記捲回工程は、前記シートの先端部分に付与された前記逆方向テンションよりも大きなテンションを前記シート状電極にかけながら実行することを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記捲回を行う前に、前記正負のうちの他方のシート状電極を、前記２枚のシート状セパレータのうちの内側に配置される内側セパレータと前記巻芯との間に挿入することを特徴とする、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
正負一対のシート状電極および２枚のシート状セパレータを備える捲回電極体の製造装置であって、
前記巻芯の外周に巻き付けられた２枚のシート状セパレータ間に前記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する第１の挿入手段と、
前記２枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から前記巻芯に押し付け、当該巻芯との間で前記挿入されたシート状電極の先端部分を前記２枚のセパレータごと狭持する押付部材と、
前記シート状電極の先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばす第１のテンション付与手段と、
前記押付部材で押し付けながら前記巻芯を回転させて、前記引き伸ばされたシート状電極の先端部分を巻き込む捲回手段と
を備えている、製造装置。
【請求項５】
前記捲回手段は、前記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込んだ後、前記巻芯をさらに回転させて、前記シート状電極を前記２枚のシート状セパレータとともに捲回するように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の製造装置。
【請求項６】
前記捲回時に、前記第１のテンション付与手段によるテンションよりも大きなテンションを前記シート状電極に付与する第２のテンション付与手段を備えている、請求項４又は５に記載の製造装置。
【請求項７】
前記正負のうちの他方のシート状電極を、前記２枚のシート状セパレータのうちの内側に配置される内側セパレータと前記巻芯との間に挿入する第２の挿入手段を備えている、請求項４〜６の何れか一つに記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に用いられる電極体を製造する方法および装置に関する。詳しくは、渦巻き状構造を有する捲回電極体の製造方法と製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。
【０００３】
この種の電池の一つとして、渦巻き状構造を有する捲回電極体を備えた電池構造が知られている。電極体を渦巻き状とすることにより正負極の反応面積を大きくすることができ、これによってエネルギー密度を増大して高出力が可能となる。捲回電極体は、シート状の正極、負極およびセパレータから構成され、各シートを重ねて捲回することにより製造される。このような捲回電極体の製造方法として種々の方法が提案されている。図７Ａ〜図７Ｄを参照しながら従来の工法を説明する。
【０００４】
まず、図７Ａに示すように、巻芯９０のスリット９１に２枚のシート状セパレータ９２ａ、９２ｂを挿入し、この状態で巻芯９０を少し回転させてシート状セパレータ９２ａ、９２ｂを巻き付ける。
【０００５】
次いで、図７Ｂに示すように、巻き付けた外側のセパレータ９２ａと内側のセパレータ９２ｂとの間に、チャック９６に把持されて誘導されてきた正負いずれか一方（例えば負極）のシート状電極９４の先端部分を挿入する。
【０００６】
そして、図７Ｃに示すように、外側セパレータ９２ａの外方からローラ９８を当該外側セパレータ９２ａに押し付ける。これにより、シート状電極９４の先端部分をシート状セパレータ９２ａ、９２ｂとともにローラ９８と巻芯９０との間で狭持することができる。引き続いて、図７Ｄに示すように、シート状電極９４を把持するチャック９６を開放して該シート９４にテンション（張力）を加える。また、同様の操作によって図示しない他方（例えば正極）のシート状電極を巻芯９０と内側セパレータ９２ｂとの間に挿入・挟持する。そして、この状態で巻芯９０を回転させることにより、正負一対（２枚）のシート状電極及び２枚のシート状セパレータが捲回されてなる捲回電極体が形成（製造）される。かかる方法によれば、テンションをかけながらシート状電極が捲回されるので捲回中におけるシート状電極の巻きズレを防止することができる。
【０００７】
この種の従来技術として例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１には、電極とセパレータとから成る捲回体を形成する際に各シートにバックテンション（後方への張力）を付与することで弛みや巻きズレが発生するのを抑制する捲回電極体製造装置が記載されている。また、その他の捲回装置に関する従来技術として特許文献２〜４が挙げられる。
【特許文献１】特開２０００−１８２６５７号公報
【特許文献２】特開平１０−２５５８１２号公報
【特許文献３】特開平５−７４４４６号公報
【特許文献４】特開２００３−６８３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の工法では、捲回中に発生するシート状電極の巻きズレを防止することは可能であるが、巻き始めの段階で発生する巻きズレを防止することが困難であった。すなわち、図７Ａに示したように、シート状電極９４は、その先端がローラ９８と巻芯９０との間で狭持（クランプ）されるまではテンションをかけることができずテンションフリーの状態となるため、かかるテンションフリーのシート状電極９４の先端をローラ９８が押し付けると、該ローラ９８の押付力（クランプする力）によって動きが制約された該シート状電極９４に弛みが発生する虞がある。
【０００９】
さらに説明すると、典型的な捲回電極体の形成装置では、図７Ｂに示すように、シート状電極９４の先端部分をローラ９８でクランプできるように、ローラ９８の中心線Ｃ１と巻芯９０の中心線Ｃ２とをズラす必要があるが、このようにローラ９８と巻芯９０との中心線をズラすと、図８Ａに示すように、シートの先端部分を押し付ける（クランプする）際に、当該先端部分に働くローラ９８の押付（クランプ）力が該先端部分を弛ませる方向に作用する。そのため、ローラ９８でクランプ時に大きな弛み９５が発生する。そして、図８Ｂに示すように、大きな弛み９５が発生したシート状電極９４をそのまま巻回すると、捲回工程の初期操作（巻き始め）の段階において捲回電極体の内部に巻きズレが発生する主な原因ともなりかねず、好ましくない。
【００１０】
本発明はかかる従来の捲回工程の初期操作（巻き始め）における問題点を解決すべく創出されたものであり、その主な目的は、シート状電極が精度よく巻き付けられた捲回電極体の製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、そのようなシート状電極が精度よく巻き付けられた捲回電極体を好適に製造する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によって提供される電極体の製造方法は、渦巻き状構造を有する電極体（以下「捲回電極体」という）を製造する方法である。詳しくは、正負一対のシート状電極（即ち捲回電極体に巻き取る前の帯状の正負一対の電極）および２枚のシート状セパレータ（即ち捲回電極体に巻き取る前の帯状のセパレータ）が巻芯に捲回される捲回電極体の製造方法である。
【００１２】
本発明の捲回電極体の製造方法は、上記巻芯の外周に上記２枚のシート状セパレータを巻き付ける工程と、上記巻芯の外周に巻き付けられた２枚のシート状セパレータ間に上記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する工程と、上記２枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から押付部材を上記巻芯に押し付け、当該押付部材と巻芯との間で上記挿入されたシート状電極の先端部分を上記２枚のセパレータごと狭持する工程と、上記シート状電極の先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばす工程と、上記押付部材により押し付けながら上記巻芯を回転させて、上記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込む工程と、上記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込んだ後、上記巻芯をさらに回転させて、上記シート状電極を上記２枚のシート状セパレータとともに捲回する工程とを含む。
【００１３】
上記捲回電極体の製造方法によれば、捲回工程の初期操作（巻き始め）の段階において、押付部材（典型的にはローラ）でクランプした際に生じ得るシート状電極の先端部分の弛みを、バックテンション（張力）を付与することで取り除くことができる。これにより、シート状電極の先端部分をピンと張った状態で巻き取ることができ、巻き始め段階における捲回電極体の内部でのシート状電極の巻きズレを防止することができる。従って、本発明の製造方法によれば、シート状電極が精度よく巻き付けられた信頼性の高い捲回電極体を備えた電池を提供することができる。
【００１４】
ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、かかる捲回は、上記シートの先端部分に付与された（当該先端部分を引き伸ばす）逆方向テンションよりも大きなテンションを上記シート状電極にかけながら実行する。これにより、捲回中におけるシート状電極の巻きズレ（典型的にはシートの幅方向における巻きズレ）の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、典型的には、上記捲回を行う前に、上記正負のうちの他方のシート状電極を、上記２枚のシート状セパレータのうちの内側に配置される内側セパレータと上記巻芯との間に挿入する工程を含む。そして、上記捲回工程において、押付部材（典型的にはローラ）により押し付けながら巻芯を回転させて、正負一対のシート状電極を２枚のセパレータとともに捲回することにより、巻き始めの段階で巻きズレ発生を防止して高い精度で捲回された捲回電極体を製造することができる。
【００１６】
また、本発明は、正負一対のシート状電極および２枚のシート状セパレータを備える捲回電極体の製造装置を提供する。
【００１７】
即ち、本発明の製造装置は、上記巻芯の外周に巻き付けられた２枚のシート状セパレータ間に上記正負のいずれか一方のシート状電極の先端部分を挿入する第１の挿入手段と、上記２枚のシート状セパレータのうちの外側に配置される外側セパレータの外方から上記巻芯に押し付け、当該巻芯との間で上記挿入されたシート状電極の先端部分を上記２枚のセパレータごと狭持する押付部材と、上記シート状電極の先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばす第１のテンション付与手段と、上記押付部材で押し付けながら上記巻芯を回転させて、上記引き伸ばされたシート状電極の先端部分を巻き込む捲回手段とを備えている。
【００１８】
上記捲回電極体の製造装置によれば、捲回工程の初期操作（巻き始め）の段階において、押付部材で押し付けた（クランプした）際に生じ得るシート状電極の先端部分の弛みを、第１のテンション付与手段によるバックテンション（張力）を付与することで取り除くことができる。これにより、シート状電極の先端部分をピンと張った状態で巻き取ることができ、巻き始め段階における捲回電極体の内部でのシート状電極の巻きズレを防止することができる。従って、本発明の製造装置によれば、シート状電極が精度よく巻き付けられた信頼性の高い捲回電極体を備えた電池を提供することができる。
【００１９】
ここで開示される製造装置の好ましい一態様では、上記捲回手段は、上記引き伸ばされたシートの先端部分を巻き込んだ後、上記巻芯をさらに回転させて、上記シート状電極を上記２枚のシート状セパレータとともに捲回するように構成される。また、上記捲回時に、上記第１のテンション付与手段によるテンションよりも大きなテンションを上記シート状電極に付与する第２のテンション付与手段を備えている。これにより、捲回中におけるシート状電極の巻きズレ（典型的にはシートの幅方向における巻きズレ）の発生を抑制することができる。
【００２０】
なお、典型的には、本発明の製造装置は、上記正負のうちの他方のシート状電極を、上記２枚のシート状セパレータのうちの内側に配置される内側セパレータと上記巻芯との間に挿入する第２の挿入手段を備える。そして、上記捲回手段によって巻芯を回転させて、正負一対のシート状電極を２枚のセパレータとともに捲回することにより、巻き始めの段階で巻きズレ発生を防止して高い精度で捲回された捲回電極体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極活物質の製造方法、電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００２２】
図１を参照しながら本実施形態の捲回電極体を構成するシート状電極体８２の構成について簡単に説明する。図１は捲回電極体の構成について説明するための図である。
【００２３】
本実施形態の捲回電極体８０は、シート状電極体８２（以下、「電極体シート」と称する。）が捲回されて成る。電極体シート８２は、捲回電極体８０を組み立てる前段階における長尺状（帯状）のシート構造を有している。本実施形態に係る電極体シート８２は、典型的な電池の捲回電極体と同様、シート状電極８４ａ、８４ｂ（詳細には、シート状正極８４ａ（以下「正極シート」と称する。）とシート状負極８４ｂ（以下「負極シート」と称する。））を計２枚のシート状セパレータ８６ａ、８６ｂ（以下「セパレータシート」と称する。）とから構成されている。
【００２４】
次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら、捲回電極体８０の製造装置１００の構成について説明する。図２Ａは製造装置１００の構成を模式的に示す概略図であり、図２Ｂは捲回工程の初期操作（巻き始め）の段階における巻芯２０の周辺を拡大した要部拡大図である。
【００２５】
図２Ａに示すように、捲回電極体の製造装置１００は、電極体シート８２（すなわち正負極シート８４ａ、８４ｂおよび２枚のセパレータシート８６ａ、８６ｂ）がそれぞれロール状態（５４ａ、５４ｂ、５６ａ、５６ｂ）から引き出されて、タッチローラ４０で加圧しながら巻芯２０で捲回電極体として巻き取られるようにした装置である。各シートのラインには、それぞれテンションローラ（第２のテンション付与手段）６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂが設けられており、捲回中には各シートにテンション（張力）が掛かるように構成されている。
【００２６】
巻芯２０は、引き出されてくる電極体シート８２を巻き取り、巻き取り終了後には捲回電極体から取り外されるように構成されている。巻芯２０は、図２Ｂに示すように、巻芯支持部２２（捲回手段）に取り付けられている。この実施形態では、巻芯支持部２２は図示しない駆動源（典型的にはモータ）に接続され、巻芯２０を一方向に回転自在に支持している。巻芯支持部２２は、巻芯２０を回転させて電極体シート８２（正負極シート８４ａ、８４ｂおよび２枚のセパレータシート８６ａ、８６ｂ）を捲回するように構成されている。なお、巻芯２０にはセパレータシート８６ａ、８６ｂを貫通させて導くスリット２１が形成されている。
【００２７】
巻芯２０の下方には、押付部材としてのタッチローラ４０が配置されている。タッチローラ４０は、外側セパレータ８６ｂ（２枚のセパレータシート８６ａ、８６ｂのうちの外側に配置されるセパレータ）の外方から巻芯２０に押し付けられるように構成されている。この実施形態では、タッチローラ４０はローラ支持部４２に回転自在に取り付けられている。ローラ支持部４２は図示しない押圧機構に連結され、かかる押圧機構は、ローラ支持部４２を所定方向（図示した例では上下の直線方向）に移動させて、タッチローラ４０を巻芯２０に押し付けるように構成されている。なお、この実施形態では、捲回工程の初期操作（巻き始め）の段階において、負極シート８４ｂの先端部分８５ｂを押し付け（クランプ）できるように、タッチローラ４０の中心線Ｃ１と巻芯２０の中心線Ｃ２とをずらして配置している。
【００２８】
図２Ｂは捲回工程の初期操作（巻き始め）の段階における巻芯２０の周辺を拡大して示している。図２Ｂに示すように、負極シート８４ｂのライン中には、負極チャック３０ｂ（第１の挿入手段）が取り付けられている。負極チャック３０ｂは、負極シート８４ｂの先端部分８５ｂ（初期操作の段階における負極シートの巻き始めの部位）を所定の位置に挿入するように構成されている。具体的には、負極チャック３０ｂは、シート先端部分８５ｂを巻芯２０の近傍で把持する把持ローラ３２、３４と、当該負極チャック３０ｂを移動させる駆動機構（図示せず）とを備えている。駆動機構は、負極チャック３０ｂを所定方向（図では左方向）に移動させ、把持ローラ３２、３４に把持されたシート先端部分８５ｂをセパレータシート８６ａ、８６ｂ間に誘導するように構成されている。
【００２９】
また、負極チャック３０ｂにはサーボシリンダ（第１のテンション付与手段）１０が取り付けられている。サーボシリンダ１０は、負極シート８４ｂの巻き始めの段階で、シートの先端部分に当該シートの挿入方向と逆方向にテンション（張力）を付与し、当該シートの先端部分を引き伸ばすように構成されている。この実施形態では、サーボシリンダ１０は、図示しないアクチュエータ（例えば電動モータ）とコントローラとを備え、アクチュエータは、コントローラの制御によって負極チャック３０ｂ（特にシート先端部分８５ｂを把持する把持ローラ３２、３４）を所定のタイミングでシートの挿入方向とは逆方向に後退させるように構成されている。かかるサーボシリンダ１０の位置制御によって、負極シートの先端部分に所定のタイミングでバック（逆方向）テンションが付与することができる。
【００３０】
なお、図２Ｂでは省略したが、正極シート８４ａのライン中には、正極チャック３０ａ（第２の挿入手段）が配設されている。正極チャック３０ａは、負極チャック３０ｂと同様の構造（すなわち把持ローラおよび駆動機構）を有し、正極シート８４ａの先端部分（初期操作の段階における正極シートの巻き始めの部位）を巻芯２０と内側セパレータシート８６ａ（２枚のセパレータ８６ａ、８６ｂのうちの内側に配置されるセパレータ）との間に挿入するように構成されている。
【００３１】
まず、図３Ａに示したように、巻芯２０に２枚のセパレータシート８６ａ、８６ｂを巻き付ける。具体的には、２枚のセパレータシート８６ａ、８６ｂをロール状態５６ａ、５６ｂから引き出して、巻芯２０に設けられたスリット２１に貫通させ、各セパレータシート８６ａ、８６ｂにテンションローラ６６ａ、６６ｂでテンション（例えば１００ｇｆ（約１Ｎ）／ｃｍ２）を加えながら巻芯２０を回転（例えば１回転）させて巻き付ける。このようにして、最初に巻芯の外周にセパレータシート８６ａ、８６ｂを巻き付ける。
【００３２】
次に、負極シート８４ｂを巻芯２０に巻き取る準備を行う。すなわち、ロール状態５４ｂから負極シート８４ｂを引き出し、負極シート８４ｂにテンションローラ（第２のテンション付与手段）６４ｂでテンション（例えば１００ｇｆ／ｃｍ２）を加えながら、負極シートの巻き始めの部位を負極チャック３０ｂの把持ローラ３２、３４で把持する。これにより、把持ローラ３２、３４の把持位置よりもシート後側はテンション（例えば１００ｇｆ／ｃｍ２）が印加された状態となるが、把持ローラ３２、３４の把持位置よりもシート前側は、テンションローラ６４ｂによるテンションがかからず、テンションフリーの状態となる。
【００３３】
次に、図３Ｂに示すように、負極チャック３０ｂを所定方向（図では左方向）に移動させ、巻芯２０の外周に巻き付けられた２枚のセパレータ８６ａ、８６ｂ間にシート先端部分８５ｂを挿入する。
【００３４】
続いて、図４Ａに示すように、タッチローラ４０を所定の押付方向（図では鉛直上向き）に移動させ、外側セパレータシート８６ｂの外方からタッチローラ４０を巻芯２０に押し付ける（クランプする）。このタッチローラの押付（クランプ）によって、タッチローラ４０と巻芯２０との間で負極シート８４ｂの先端部分８５ｂを２枚のセパレータシート８６ａ、８６ｂごと狭持する。このとき、テンションフリーのシート先端部分８５ｂは、タッチローラ４０の押付（クランプ）力によって図のように弛むこととなる。
【００３５】
この状態から、図４Ｂに示すように、シートの先端部分８５ｂに当該シートの挿入方向と逆方向にテンションを付与し、当該シートの先端部分８５ｂを引き伸ばす。この実施形態では、サーボシリンダ１０のアクチュエータを作動し、負極チャック３０ｂを把持ローラ３２、３４とともに所定量（ここでは５ｍｍ程度）だけ後退させる。これにより、弛みの生じたシートの先端部分８５ｂは引き伸ばされ、ピンと張った状態となる。なお、かかるテンションは、シートの先端部分８５ｂの弛みを解消し得る程度の大きさで、且つ、タッチローラ４０によるクランプが外れない（即ちタッチローラ４０及び巻芯２０間で狭持されたシート部位が引き抜かれない）程度の大きさ（この実施形態では３０ｇｆ（約０．３Ｎ）／ｃｍ２未満、例えば０．１〜０．３Ｎ／ｃｍ２）であればよく、捲回電極体の製造条件に応じて適宜調整することができる。なお、負極チャック３０ｂを後退させるタイミングは、サーボシリンダ１０のコントローラによって制御され得る。即ち、コントローラは、タッチローラ４０を巻芯２０に押し付けた（クランプした）際に発せられる信号などに基づいて、負極チャック３０ｂを後退させるようにサーボシリンダ１０のアクチュエータを作動する。
【００３６】
次に、図５Ａに示すように、タッチローラ４０を巻芯２０に押し付けながら巻芯２０を矢印「７０」方向に少し回転（例えば１／４回転）させ、引き伸ばされたシート先端部分８５ｂを巻芯２０に巻き込む。このシート先端部分８５ｂの巻き込みによって、該先端部分８５ｂを巻芯２０にしっかりと取り付けることができる。そして、負極チャック３０ｂの把持ローラ３２、３４を開放する。把持ローラ３２、３４の開放によって、当該把持位置よりもシート後側にかかっていたテンション（例えば１００ｇｆ／ｃｍ２）がシートの先端部分８５ｂにも伝わる。そのため、図４Ｂに示したシートの先端部分８５ｂに付与されたテンション（即ち当該先端部分を引き伸ばす際に要するテンション、この例では３０ｇｆ／ｃｍ２未満）よりも大きなテンション（例えば１〜１．５Ｎ／ｃｍ２例えば１００ｇｆ／ｃｍ２）を負極シート８４ｂ全体にかけることができる。このようにして、負極シート８４ｂを巻芯２０に巻き取る準備が完了する。
【００３７】
次に、図５Ｂに示すように、正極シート８４ａを巻芯２０に巻き取る準備を行う。本実施形態では、ロール状態５４ａから正極シート８４ａを引き出し、正極シート８４ａにテンションローラ６４ａでテンション（例えば１００ｇｆ（約０．９８Ｎ）／ｃｍ２）を加えながら当該シートの先端部分８５ａを正極チャックの把持ローラで把持する。そして、巻芯２０を矢印「７０」方向にゆっくりと回転させながら正極チャックを移動させ、シート先端部分８５ａを巻芯２０と内側セパレータシート８６ａとの間に挿入する。シート先端部分８５ａは、内側セパレータシート８６ａ上に載置されつつ、タッチローラ４０の押付位置まで誘導され、巻芯２０に巻き込まれる。そして、正極チャックの把持ローラを開放して正極シート８４ａにテンションを掛ける。このようにして、正極シート８４ａを巻芯２０に巻き取る準備が完了する。
【００３８】
なお、この実施形態では、まず負極シートを巻き取る準備を行い、その後正極シートを巻き取る準備を行っているが、かかる準備を同時に行ってもよい。すなわち、正極シートの先端部分８５ａを巻芯２０と内側セパレータ８６ａとの間に挿入しつつ、負極シートの先端部分８５ｂを２枚のセパレータ８６ａ、８６ｂ間に挿入することができる。
【００３９】
このようにして、正負極シート８４ａ、８４ｂおよび２枚のセパレータシート８６ａ、８６ｂを巻き取る準備が完了したら、その後、図５Ｃに示すように、タッチローラ４０により押し付けながら巻芯２０を矢印「７０」方向にさらに回転させる。これにより、正極シート８４ａ、負極シート８４ｂおよび２枚のセパレータシート８６ａ、８６ｂは、タッチローラ４０による締め付けを受けながら巻芯２０に巻き取られる。そして、正極シート８４ａ、負極シート８４ｂおよび２枚のセパレータシート８６ａ、８６ｂを、それぞれ巻き取り終了時に所定の長さ（例えば４ｍ５０ｃｍ）となるように終端位置で切断し、終端位置で切断された巻き終わり部分を巻き取ることにより、捲回電極体が製造（形成）される。このようにして、捲回電極体の捲回工程が完了する。
【００４０】
本実施形態の捲回電極体の製造方法によれば、図４Ｂに示したように、捲回工程の初期操作（巻き始め）の段階において、タッチローラ４０でクランプした際に生じ得る負極シート８４ｂの先端部分８５ｂの弛みを、バックテンション（張力）を付与することで取り除くことができる。これにより、図５Ａに示したように、負極シート８４ｂの先端部分８５ｂをピンと張った状態で巻き取ることができ、巻き始め段階における捲回電極体の内部での負極シート８４ｂの巻きズレを防止することができる。従って、本発明の製造方法および製造装置によれば、負極シート８４ｂが精度よく巻き付けられた信頼性の高い捲回電極体を備えた電池を提供することができる。
【００４１】
さらに、上記捲回工程は、正負極シート８４ａ、８４ｂおよび２枚のセパレータ８６ａ、８６ｂにそれぞれテンションがかかった状態で実行されるので、捲回中における各シートの巻きズレ（典型的には各シートの幅方向における巻きズレ）の発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、この実施形態では、負極シート８４ｂの先端部分８５ｂをタッチローラ４０でクランプする例を示したが、本発明の構成では正負にかかわらずシート先端部分の弛みを抑制することができ、それゆえ例えば正負を逆の配置として、タッチローラ４０で正極シート８４ａの先端部分をクランプするように構成してもよい。
【００４３】
この実施形態では、負極シート８４ｂの先端部分８５ｂを把持した状態で負極チャック３０ｂを後退させることによって、当該先端部分８５ｂに非常に簡易な構成でバックテンションを付与することができる。また、かかる負極チャック３０ｂの後退は、サーボシリンダ１０の位置制御によって容易かつ確実に実行することができる。
【００４４】
なお、この実施形態では、第１のテンション付与手段としてサーボシリンダ１０を使用しているが、負極チャック３０ｂ（特に、シート先端部分を把持する把持ローラ３２、３４）を所定のタイミングで後退させることができるのであれば、シートの先端部分８５ｂにバックテンションを付与することができ、それゆえ第１のテンション付与手段はサーボシリンダ１０に限定されない。
【００４５】
例えば、図６Ａおよび図６Ｂに示したように、圧縮された弾性部材１２、１４の付勢力によって一対の把持ローラ３２、３４を後退させるように構成することができる。弾性部材は、例えばバネ１２、１４である。バネ１２、１４は、図６Aに示すように、一対の把持ローラ３２、３４にそれぞれ取り付けられ、第１のブレーキ板１６、１７によって圧縮された状態で固定されている。なお、図６Aは、図４Aの負極シート８４ｂの先端部分８５ｂをタッチローラ４０でクランプした状態に対応して示している。
【００４６】
そして、この状態から、図６Ｂに示すように、第１のブレーキ板１６、１７を開放すると、圧縮されたバネ１２、１４の付勢力によって一対の把持ローラ３２、３４は押し戻され、第２のブレーキ板１８、１９の位置まで後退する。このようにして、一対の把持ローラ３２、３４を後退させることによって、負極シート８４ｂの先端部分８５ｂの弛みを解消することができる。かかる構成によれば、上述したサーボシリンダによる位置制御よりも装置構成を簡略化し得、装置コストを低減することができる。なお、第２のブレーキ板１８、１９の位置まで押し戻された把持ローラ３２、３４は、例えばエアーを用いて第１のブレーキ板１６、１７の位置に容易に押し込むことができる。
【００４７】
以下、図１に戻って、捲回電極体８０を構成する材料について詳述する。本実施形態に係る捲回電極体８０は、通常のリチウムイオン電池の捲回電極体と同様、正極シート８４ａと負極シート８４ｂとをややずらしつつ捲回して作製される捲回電極体８０である。
【００４８】
図１に示すように、正極シート８４ａはシート状の正極集電体の両面に電池用正極活物質層８１ａが付着されて形成され得る。ただし、正極活物質層８１ａは正極シート８４ａの長手方向に沿った一方の側縁（図では下側の側縁）には付着されず、正極集電体を一定の幅にて露出させた正極活物質層非形成部分８３ａが形成される。負極シート８４ｂも正極シート８４ａと同様の構成を有し、シート状の負極集電体の両面に負極活物質層８１ｂが付着されて形成され得る。そして負極シート８４ｂの一方の側縁（図では上側の側縁）には、負極集電体が露出した負極活物質層非形成部分８３ｂが形成され得る。
【００４９】
なお、かかる捲回電極体８０を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極集電体にはアルミニウム箔（本実施形態）その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２等が挙げられる。
【００５０】
一方、負極集電体には銅箔（本実施形態）その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。
【００５１】
また、セパレータシート８６ａ、８６ｂとしては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、合成樹脂製（例えばポリエチレン等のポリオレフィン製）多孔質セパレータシートが好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合（即ちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。
【００５２】
なお、このようにして形成された捲回電極体８０を電解質とともに容器に収容することにより、電池を製造することができる。かかる電池の構成は特に制限されない。ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が好適な電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な電池の構成はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる電池であるため、高性能な電源、特に車両搭載用電源を構築することができる。
【００５３】
この場合、電解質は例えばＬｉＰＦ６等のリチウム塩である。適当量（例えば濃度１M）のＬｉＰＦ６等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）のような非水電解液に溶解して電解液として使用することができる。また、容器の材質は、典型的な電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はないが、比較的軽量な材質が挙げられる。例えば、好ましくは表面に絶縁用樹脂コーティングが施されているような金属製容器、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂その他の合成樹脂製容器が好適である。容器に捲回電極体８０を収容するとともに、電解液を注入して封止することによって電池は構築される。
【００５４】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】巻回電極体の構成について説明するための図。
【図２Ａ】巻回電極体の形成装置の構成を模式的に示す概略図。
【図２Ｂ】図２Ａの巻芯の周辺を拡大した要部拡大図。
【図３Ａ】巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図３Ｂ】巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図４Ａ】巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図４Ｂ】巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図５Ａ】巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図５Ｂ】巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図５Ｃ】巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図６Ａ】本実施形態の改変例の巻回工程について説明する工程図。
【図６Ｂ】本実施形態の改変例の巻回工程について説明する工程図。
【図７Ａ】従来の巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図７Ｂ】従来の巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図７Ｃ】従来の巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図７Ｄ】従来の巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図８Ａ】従来の巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【図８Ｂ】従来の巻回電極体の巻回工程について説明する工程図。
【符号の説明】
【００５６】
１０  サーボシリンダ
１２  バネ
１６、１８  ブレーキ板
２０  巻芯
２１  スリット
２２  巻芯支持部
３０ａ  正極チャック
３０ｂ  負極チャック
３２、３４  把持ローラ
４０  タッチローラ
４２  ローラ支持部
６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂ  テンションローラ
８０  捲回電極体
８１ａ  正極活物質層
８１ｂ  負極活物質層
８２  シート状電極体
８３ａ  正極活物質層非形成部分
８３ｂ  負極活物質層非形成部分
８４ａ  シート状正極
８４ｂ  シート状負極
８５ａ  正極シートの先端部分
８５ｂ  負極シートの先端部分
８６ａ  内側セパレータシート
８６ｂ  外側セパレータシート
９０  巻芯
９１  スリット
９２ａ  外側セパレータ
９２ｂ  内側セパレータ
９４  シート
９６  チャック
９８  ローラ
１００  製造装置
Ｃ  回転中心
Ｃ１  中心線
Ｃ２  中心線
【図１】
2009064687.tif 000003
【図２Ａ】
2009064687.tif 000004
【図２Ｂ】
2009064687.tif 000005
【図３Ａ】
2009064687.tif 000006
【図３Ｂ】
2009064687.tif 000007
【図４Ａ】
2009064687.tif 000008
【図４Ｂ】
2009064687.tif 000009
【図５Ａ】
2009064687.tif 000010
【図５Ｂ】
2009064687.tif 000011
【図５Ｃ】
2009064687.tif 000012
【図６Ａ】
2009064687.tif 000013
【図６Ｂ】
2009064687.tif 000014
【図７Ａ】
2009064687.tif 000015
【図７Ｂ】
2009064687.tif 000016
【図７Ｃ】
2009064687.tif 000017
【図７Ｄ】
2009064687.tif 000018
【図８Ａ】
2009064687.tif 000019
【図８Ｂ】
2009064687.tif 000020