JP2009252467A - 巻回素子の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻回素子における短絡等の不具合の発生をより確実に防止し、生産品質の向上を図る。
【解決手段】巻回素子の製造装置１０は、正極箔５、負極箔６、及び、セパレータ３，４を巻回可能な回転手段１６を備える巻取手段１１と、正極箔５を巻取手段１１へと供給する正極箔供給部２１と、負極箔５を巻取手段１１へと供給する負極箔供給部３１と、セパレータ３，４を巻取手段１１へと供給するセパレータ供給部４１，５１とを備える。また、巻回素子の製造装置１０は、正極箔供給部２１を覆う第１正極箔側カバー６１と、正極箔供給経路２５を覆う第２正極箔側カバー６２と、負極箔供給部３１を覆う第１負極箔側カバー７１と、負極箔供給経路３５を覆う第１負極箔側カバー７２とを有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、リチウムイオン電池や電気二重槽コンデンサ等に代表される巻回素子の製造装置に関する。

例えば、リチウムイオン電池等の二次電池として用いられる電池素子は、正極箔及び負極箔と、両電極箔間に介在するセパレータとからなる帯状体が巻回されることで構成されている（例えば、特許文献１等参照）。また、正極箔の表面及び負極箔の表面には、それぞれ異なる活物質が塗布されている。

加えて、帯状体を巻回するための装置として、両電極箔及びセパレータを巻取るべく、自身の軸線を中心軸として回転可能な回転手段を備えた巻取手段と、当該巻取手段に対して正極箔を供給する正極箔供給手段と、前記巻取手段に対して負極箔を供給する負極箔供給手段と、巻取手段にセパレータを供給するセパレータ供給手段とを備えるものが一般的に知られている（例えば、特許文献２等参照）。
特開２０００−１２３８１８号公報 特開２００３−３４１８９３号公報

ところで、前記活物質は微細な粉末状のものである。そのため、電極箔を供給する際等において、前記活物質が電極箔から剥離してしまい、空気中に浮遊状態で存在してしまうことがある。ここで、一方の電極箔に塗布されていた活物質が、他方の電極箔やセパレータに付着してしまい、この状態で帯状体が巻回されると、活物質が帯状体に巻き込まれてしまい、巻回後の電池素子に短絡等の不具合が生じてしまうおそれがある。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、一方の電極箔に塗布された活物質の他方の電極箔に対する付着を防止することで、巻回素子における短絡等の不具合の発生をより確実に防止することができ、ひいては生産品質の向上を図ることができる巻回素子の製造装置を提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各手段につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。

手段１．正極活物質が表面に塗布された正極箔、及び、負極活物質が表面に塗布された負極箔が、絶縁性のセパレータを介して絶縁状態で巻回されてなる巻回素子の製造装置であって、
前記正極箔、前記負極箔、及び、前記セパレータを巻き取るべく、自身の軸線を中心軸として回転可能な回転手段を備える巻取手段と、
前記正極箔がロール状に巻回されてなる正極箔原反を回転可能に支持し、前記巻取手段へと前記正極箔を供給する正極箔供給部と、
前記負極箔がロール状に巻回されてなる負極箔原反を回転可能に支持し、前記巻取手段へと前記負極箔を供給する負極箔供給部と、
前記セパレータがロール状に巻回されてなるセパレータ原反を回転可能に支持し、前記巻取手段へと前記セパレータを供給するセパレータ供給部とを備えるとともに、
前記正極箔供給部を覆うように配設され、かつ、前記巻取手段側への前記正極箔の供給を許容する第１正極箔開口部を有してなる第１正極箔側カバーと、
前記第１正極箔開口部から前記巻取手段の近傍に至るまでの前記正極箔の供給経路を覆うようにして配設され、かつ、前記巻取手段の直上流に第２正極箔開口部を有してなる第２正極箔側カバーと、
前記負極箔供給部を覆うように配設され、かつ、前記巻取手段側への前記負極箔の供給を許容する第１負極箔開口部を有してなる第１負極箔側カバーと、
前記第１負極箔開口部から前記巻取手段の近傍に至るまでの前記負極箔の供給経路を覆うようにして配設され、かつ、前記巻取手段の直上流に第２負極箔開口部を有してなる第２負極箔側カバーとを具備することを特徴とする巻回素子の製造装置。

上記手段１によれば、正極箔供給部及び正極箔供給経路を覆うようにして、第１正極箔側カバーと第２正極箔側カバーとが設けられている。すなわち、両正極箔側カバーによって、正極箔から剥離した正極活物質が存在し得る空間と、負極箔やセパレータが位置する空間とが物理的に隔てられている。これにより、正極箔から剥離した正極活物質が負極箔やセパレータに付着してしまうことをより確実に防止することができる。

また、負極箔供給部及び負極箔供給経路を覆うようにして、第１負極箔側カバーと第２負極箔側カバーとが設けられている。すなわち、両負極箔側カバーによって、負極箔から剥離した負極活物質が存在し得る空間と、正極箔やセパレータが位置する空間とが物理的に隔てられている。その結果、負極活物質が正極箔やセパレータに付着してしまうことをより確実に防止することができる。

以上のように、本手段１によれば、両正極箔側カバーと、両負極箔側カバーとを設けることによって、一方の電極箔から剥離した活物質が、他方の電極箔やセパレータに付着してしまうことを効果的に防止することができる。これにより、巻回素子において短絡等の不具合の発生をより確実に防止することができ、生産品質の飛躍的な向上を図ることができる。

手段２．前記第２正極箔側カバー内の気体を前記第１正極箔側カバー内へと吸引する正極箔側吸引手段と、
前記第２負極箔側カバー内の気体を前記第１負極箔側カバー内へと吸引する負極箔側吸引手段とを備えることを特徴とする手段１に記載の巻回素子の製造装置。

上記手段２によれば、正極箔側吸引手段を設けることにより、第２正極箔側カバー内の気体を第１正極箔側カバー内へと吸引することができ、また、負極箔側吸引手段を設けることにより、第２負極箔側カバー内の気体を第１負極箔側カバー内へと吸引することができる。すなわち、第２カバーから第１カバーへと至る気体の流れを作ることができる。これにより、両第２カバー内に存在する活物質を両第１カバー内へと吸引することができ、ひいては、両第２カバーに形成された両第２開口部から活物質が出てしまうことを一層確実に防止できる。その結果、一方の電極箔から剥離した活物質が、他方の電極箔やセパレータに付着してしまうことをより一層確実に防止することができ、巻回素子における短絡等の不具合の発生をより一層確実に防止することができる。

手段３．前記正極箔を切断すべく、前記巻取手段の直上流に配設される正極箔切断手段と、
前記負極箔を切断すべく、前記巻取手段の直上流に配設される負極箔切断手段とを備えるとともに、
前記正極箔切断手段が、前記第２正極箔側カバーで覆われ、かつ、
前記負極箔切断手段が、前記第２負極箔側カバーで覆われていることを特徴とする手段１又は２に記載の巻回素子の製造装置。

従来、帯状体の巻回後においては、電極箔がカッタなどの切断手段によって切断されるが、切断時の衝撃等によって、電極箔に塗布された活物質が剥離してしまったり、電極箔から金属片等の異物が生じてしまったりすることがある。ここで、一般的に切断手段は、巻取手段に比較的近接した位置に設けられるため、切断手段によって生じた活物質や異物が、巻取手段にまで至りやすく、ひいては一方の電極箔から剥離した活物質や金属片が、他方の電極箔等に付着してしまうことが懸念される。（尚、金属片が電極箔やセパレータに付着した状態で当該電極箔等が巻回されると、異物がセパレータを貫通してしまい、ひいては巻回素子に短絡等の不具合が生じてしまうおそれがある。）
この点、上記手段３によれば、正極箔を切断するための正極箔切断手段が、第２正極箔側カバーで覆われるとともに、負極箔を切断するための負極箔切断手段が、第２負極箔側カバーで覆われている。これにより、電極箔の切断時に電極箔から剥離した活物質や発生した金属片が、カバーから巻取手段側に出てしまうことを効果的に抑制できる。その結果、一方の電極箔から剥離した活物質等が他方の電極箔やセパレータに付着してしまうことをより確実に抑制することができ、巻回素子における短絡等の不具合の発生をより効果的に防止することができる。

また、上記手段２の両吸引手段を併せて設けた場合には、電極箔の切断時に剥離した活物質や生じた金属片等を両第１カバー内方向へと吸引することができる。これにより、剥離した活物質や生じた金属片等が両第２開口部から出てしまうことをより一層防止することができ、一方の電極箔から剥離した活物質等の他方の電極箔等への付着をより効果的に防止することができる。

手段４．前記第２正極箔側カバーのうち前記巻取手段側の端部の内周面を、前記第２正極箔開口部に向けて窄めて形成するとともに、
前記第２負極箔側カバーのうち前記巻取手段側の端部の内周面を、前記第２負極箔開口部に向けて窄めて形成したことを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の巻回素子の製造装置。

上記手段４によれば、両第２カバーの巻取手段側の端部の内周面が、両第２開口部側に向けて窄まるように構成されている。すなわち、両第２カバー開口部の開口面積が、比較的小さなものとなるように構成されている。これにより、前記両第２カバーの開口部から活物質等が巻取手段側に出てしまうことをより確実に防止することができ、一方の電極箔から剥離した活物質等の他方の電極箔等への付着をより一層確実に防止することができる。

また、上記手段２を採用した場合には、両第２開口部における第１カバー内方向への気体の流速を比較的大きなものとすることができる（オリフィス効果）。すなわち、活物質等がカバー内から出てしまうことが最も懸念される両第２開口部において、第１カバー内方向への活物質等の吸引力を一層強めることができる。これにより、電極箔から剥離した活物質等が、第２開口部から巻取手段側へと出てしまうことを一層防止することができ、ひいては一方の電極箔から剥離した活物質等が、他方の電極箔等に付着してしまうことをより確実に防止することができる。

手段５．前記第２正極箔開口部から、前記第１正極箔側カバー内へとクリーンエア又は不活性ガスを送る正極箔側送風手段を設けたことを特徴とする手段１乃至４のいずれかに記載の巻回素子の製造装置。

尚、「クリーンエア」とは、フィルタ等によって、埃等の異物の混入が極力抑制された空気をいうものである。

上記手段５によれば、正極箔側送風手段を設けることによって、正極箔から剥離した正極活物質等が、第２正極箔開口部から出てしまうことを一層確実に防止することができ、正極活物質等の負極箔等への付着を一層抑制することができる。

また、空気中に浮遊する埃（特にナトリウムを含有するもの）が電極箔に付着し、電極箔に巻き込まれてしまうと、巻回素子の短絡等の不具合が生じてしまうおそれがあるが、本手段５において送風される気体はクリーンエア又は不活性ガスであるため、正極箔への埃等の付着を防止でき、巻回素子の短絡等をより確実に防止することができる。

手段６．前記第２負極箔開口部から、前記第１負極箔側カバー内へとクリーンエア又は不活性ガスを送る負極箔側送風手段を設けたことを特徴とする手段１乃至５のいずれかに記載の巻回素子の製造装置。

上記手段６によれば、負極箔側送風手段を設けることによって、負極箔から剥離した負極活物質が、第２負極箔開口部から巻取手段側へと出てしまうことをより一層確実に防止することができる。これにより、負極活物質等の正極箔等への付着をより確実に抑制することができる。また、送風される気体がクリーンエア又は不活性ガスであるため、負極箔への埃等の付着を防止でき、巻回素子の短絡等をより確実に防止することができる。

手段７．前記セパレータ供給部を覆うように配設され、かつ、前記巻取手段側への前記セパレータの供給を許容する第１セパレータ開口部を有してなる第１セパレータ側カバーと、
前記第１セパレータ開口部から前記巻取手段の近傍に至るまでの前記セパレータの供給経路を覆うようにして配設され、かつ、前記巻取手段の直上流に第２セパレータ開口部を有してなる第２セパレータ側カバーとを具備することを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の巻回素子の製造装置。

一般的にセパレータは、例えば、ポリプロピレン等の樹脂材料によって形成されるが、樹脂材料は静電気を帯びやすく、ひいては埃等の異物が比較的付着しやすい。

この点、上記手段７によれば、セパレータ供給部及びセパレータ供給経路が、第１セパレータ側カバー及び第２セパレータ側カバーに覆われている。これにより、セパレータ供給部やセパレータ供給経路が存在する空間に、外部から埃等の異物が侵入してしまうことを効果的に防止できる。その結果、セパレータへの異物の付着をより確実に抑制することができ、巻回素子の短絡等の不具合をより効果的に防止することができる。

手段８．前記第２セパレータ側カバー内の気体を、前記第１セパレータ側カバー内へと吸引するとともに、前記第１セパレータ側カバー内の気体を外部へと排出するセパレータ側吸引手段を設けたことを特徴とする手段７に記載の巻回素子の製造装置。

上記手段８によれば、セパレータ側吸引手段によって、第２セパレータ側カバー内に存在する埃等の異物を、第１セパレータ側カバー内方向へと吸引し、当該異物を外部へと排出することができる。これにより、セパレータへの異物の付着をより一層確実に防止することができる。

手段９．前記第１正極箔開口部の開口面積を、前記第２正極箔開口部の開口面積以下に構成するとともに、
前記第１負極箔開口部の開口面積を、前記第２負極箔開口部の開口面積以下に構成したことを特徴とする手段１乃至８のいずれかに記載の巻回素子の製造装置。

電極箔からの活物質の剥離は、特に正極箔供給部や負極箔供給部において電極箔が巻取手段に対して繰り出される際に発生しやすい。そのため、第１カバーと第２カバーとを比較すると、供給部を覆う第１カバー内に剥離した活物質が多く存在し得る。

この点において、上記手段９によれば、両第１開口部の開口面積が、両第２開口部の開口面積よりも小さくなるように設定されている。これにより、第１カバー内から第２カバー内へと剥離した活物質が移動してしまうことをより確実に防止することができる。従って、第２カバー内に存在する活物質の量を減少させることができ、ひいては第２開口部から巻取手段側へと活物質が出てしまうことを効果的に抑制することができる。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

まず、本実施形態の巻回素子の製造装置によって得られる巻回素子としてのリチウムイオン電池素子の構成について説明する。図１に示すように、リチウムイオン電池素子（以下、「電池素子」と称す）１は、筒状の巻芯コア２に対して、２枚のセパレータ３，４と正極箔５と負極箔６とによって構成される帯状体７が巻回されることで構成されている。尚、図１においては、説明の便宜上、セパレータ３，４、正極箔５、及び、負極箔６の相互の間隔をあけて示している。

本実施形態において、前記巻芯コア２は、十分な剛性を有する材料（例えば、硬質樹脂やアルミニウム等）により形成されている。また、当該巻芯コア２は、断面非円形状（本実施形態では、断面正方形状）の挿通孔８を有している。

さらに、前記セパレータ３，４は、巻芯コア２の長手方向に沿った長さと同一の幅を有するものであり、正極箔５及び負極箔６が互いに接触して短絡を起こしてしまうのを防止すべく、絶縁体、特に本実施形態では熱可塑性樹脂素材たるポリプロピレン（ＰＰ）により構成されている。

加えて、前記正極箔５及び負極箔６もまた、前記セパレータ３，４と同様、巻芯コア２の長手方向に沿った長さと略同一の幅を有するものである。

前記正極箔５の裏表両面には、図示しない正極活物質（例えば、コバルト酸リチウム粒子等）が塗布されており、一方で、前記負極箔６の裏表両面には、図示しない負極活物質（例えば、ケイ素等を含有する粒子）が塗布されている。これにより、正極活物質及び負極活物質を介して、正極箔５及び負極箔６間におけるイオン交換ができるようになっている。より詳しくは、充電時には、正極箔５側から負極箔６側へとイオンが移動し、反対に、放電時には、負極箔６側から正極箔５側へとイオンが移動する。また、正極箔５の幅方向一端縁からは図示しない複数の正極リードが延出するとともに、負極箔６の幅方向他端縁からは図示しない複数の負極リードが延出している。

リチウムイオン電池を得るに際しては、前記電池素子１が金属製で筒状をなす電池容器（図示せず）内に配設されるとともに、前記正極リード及び負極リードがそれぞれまとめられる。そして、まとめられた正極リードを正極端子部品（図示せず）に接続するとともに、同じくまとめられた負極リードを負極端子部品（図示せず）に接続し、両端子部品を前記電気容器の両端開口に設けることで、リチウムイオン電池を得ることができる。

次に、前記電池素子１を製造するための巻回素子の製造装置１０について説明する。図２に示すように、巻回素子の製造装置１０は、前記帯状体７を巻取るための巻取手段１１と、前記正極箔５を前記巻取手段１１側に供給するための正極箔供給部２１と、前記負極箔６を前記巻取手段１１側に供給するための負極箔供給部３１と、前記セパレータ３，４をそれぞれ巻取手段１１側に供給するためのセパレータ供給部４１，５１とを備える。尚、巻取手段１１、正極箔供給部２１、負極箔供給部３１、及び、セパレータ供給部４１，５１は、断面矩形状のハウジング２０内に収容されている。

前記巻取手段１１は、図３に示すように、回転可能に設けられたターレット１２を備えている。当該ターレット１２は、２枚の円盤状のテーブル１４，１５が相対向するようにして構成されており、両テーブル１４，１５間に跨って、回転手段１６が、テーブル１４，１５の中心を対称中心として２つ設けられている。尚、両テーブル１４，１５（ターレット１２）は時計回りに回転可能に構成されている（両テーブル１４，１５を、１８０°ずつ反転可能に構成することとしてもよい）とともに、両テーブル１４，１５が同期回転するように設定されている。これにより、各回転手段１６が、巻芯コア２を着脱するための着脱ポジションＰ１、及び、巻芯コア２に帯状体７を巻取るための巻取ポジションＰ２間を移動できるようになっている。尚、前記着脱ポジションＰ１においては、巻芯コア２を挟持可能な着脱手段１３によって巻芯コア２の着脱が行えるようになっている。

また、前記回転手段１６は、自身の軸線を中心軸として回転可能に構成されており、前記巻芯コア２がその外周部分に装着される。尚、前記巻芯コア２の挿通孔８の断面形状に対応すべく、前記回転手段１６のうち少なくとも巻芯コア２が装着される部位が断面正方形状に形成されている。これにより、前記回転手段１６の回転時に、前記巻芯コア２が前記回転手段１６に対して相対移動してしまうことを防止できるようになっている。

図２に戻り、前記正極箔供給部２１は、自身の軸線を中心軸として自由回転可能な回転軸２２を備え、当該回転軸２２には、前記正極箔５がロール状に巻回されてなる正極箔原反２３が装着されている。尚、正極箔供給部２１から前記巻取手段１１へと正極箔５が供給される経路（正極箔供給経路２５）は、正極箔５を支持するためのプーリ２４等によって、常に略同一となるよう、つまり、正極箔５が常に略同一の軌道上を通過するように設定されている。また、正極箔供給経路２５の途中には、正極箔５に対して所定のテンションを付与し、正極箔５の弛みを防止するための正極箔側テンション付与機構（図示せず）が設けられている。

加えて、前記正極箔供給部２１は、正極箔自動継機構（図示せず）を備えている。当該正極箔自動継機構は、前記回転軸２２に装着された正極箔原反２３がなくなる直前において、新たな正極箔原反２３の始端部と、なくなる直前の正極箔原反２３の終端部との接続等を行うことで、巻取手段１１に対する正極箔５の連続的な供給を可能とするものである。

さらに、前記正極箔供給経路２５の巻取手段１１側には、前記正極箔５を巻取手段１１へと案内するための正極箔案内手段２９が設けられている。より詳しくは、正極箔案内手段２９は、前記正極箔５を挟持可能であるとともに、前記巻取手段１１側へ移動可能な正極箔クランプ（図示せず）を備え、当該正極箔クランプが正極箔５の端部を挟持した上で、前記巻取手段１１に対して接近移動することにより、正極箔５を巻取手段１１に案内できるようになっている。また、正極箔案内手段２９は、帯状体７の巻回後において、前記正極箔５を切断するための正極箔切断手段としての正極箔カッタ２６を備えている。さらに、正極箔案内手段２９は、正極箔５が蛇行状態で供給されてしまうことを防止するための正極箔蛇行補正機構（図示せず）を備えている。

また、前記負極箔供給部３１は、自身の軸線を中心軸として自由回転可能な回転軸３２を備え、当該回転軸３２には、前記負極箔６がロール状に巻回されてなる負極箔原反３３が装着されている。尚、負極箔供給部３１から巻取手段１１へと負極箔６が供給される経路（負極箔供給経路３５）は、負極箔６を支持するためのプーリ３４等によって、常に略同一となるよう、つまり、負極箔６が常に略同一の軌道上を通過するように設定されている。また、負極箔供給経路３５の途中には、供給時における負極箔６の弛みを防止すべく、負極箔６に対して所定のテンションを付与可能な負極箔テンション付与機構（図示せず）が設けられている。

さらに、前記負極箔供給部３１は、負極箔自動継機構（図示せず）を備えており、当該負極箔自動継機構により、巻取手段１１に対する負極箔６の連続的な供給が可能とされている。

併せて、前記負極箔供給経路３５の巻取手段１１側には、前記負極箔６を巻取手段１１へと案内するための負極箔案内手段３９が設けられている。より詳しくは、負極箔案内手段３９は、前記負極箔６を挟持可能であるとともに、前記巻取手段１１側へ移動可能な負極箔クランプ（図示せず）を備え、当該負極箔クランプが負極箔６の端部を挟持した上で、前記巻取手段１１に対して接近移動することにより、負極箔６を巻取手段１１に案内できるようになっている。また、負極箔案内手段３９は、帯状体７の巻回後において、前記負極箔６を切断するための負極箔切断手段としての負極箔カッタ３６と、負極箔６が蛇行した状態で供給されてしまうことを防止するための負極箔蛇行補正機構（図示せず）とを備えている。

さらに、セパレータ供給部４１（５１）は、自身の軸線を中心軸として自由回転可能な回転軸４２（５２）を備え、当該回転軸４２（５２）に対して、前記セパレータ３（４）が巻回されてなるロール状のセパレータ原反４３（５３）が装着されている。尚、当該セパレータ供給部４１（５１）から巻取手段１１側へとセパレータ３（４）が供給される経路〔セパレータ供給経路４５（５５）〕は、セパレータ３（４）を支持するためのプーリ４４（５４）等によって、常に略同一となるよう、つまり、セパレータ３（４）が常に略同一の軌道上を通過するように設定されている。また、セパレータ供給経路４５（５５）の途中には、セパレータ３（４）の弛みを防止するためのセパレータテンション付与機構（図示せず）が設けられている。

加えて、セパレータ供給経路４５（５５）の巻取手段１１側には、セパレータ３（４）を巻取手段１１へと案内するためのセパレータ案内手段４９（５９）が設けられている。当該セパレータ案内手段４９（５９）は、セパレータ３（４）を挟持可能であるとともに、挟持したセパレータ３（４）を巻取手段１１側へと案内するセパレータクランプ（図示せず）と、帯状体７の巻回後において、前記セパレータ３（４）を切断するためのセパレータカッタ４６（５６）とを備えている。

さらに、本実施形態においては、前記正極箔供給部２１を覆うようにして第１正極箔側カバー６１が設けられている（尚、前記正極箔自動継機構についても、第１正極箔側カバー６１で覆われている）。また、当該第１正極箔側カバー６１は、前記正極箔５の下流側（巻取手段１１側）への供給を許容するための第１正極箔開口部６８を備えている。ここで、前記第１正極箔開口部６８は、その開口面積が、後述する第２正極箔開口部６９の開口面積以下となるように構成されている。

また、前記第１正極箔開口部６８から前記巻取手段１１の近傍までの前記正極箔供給経路２５を覆うようにして第２正極箔側カバー６２が配設されている。加えて、当該第２正極箔側カバー６２は、前記正極箔５の供給を許容すべく、前記巻取手段１１の直上流に第２正極箔開口部６９が設けられている。尚、前記正極箔案内手段２９（前記正極箔カッタ２６）、前記正極箔テンション付与機構、及び、前記正極箔蛇行補正機構についても、第２正極箔側カバー６２で覆われている。

また、前記第２正極箔側カバー６２のうち、前記巻取手段１１側に位置する端部の内周面が、前記第２正極箔開口部６９側に向けて窄められるようにして形成されている。これにより、前記第２正極箔開口部６９の開口面積が比較的小さなものとされている。

さらに、前記負極箔供給部３１を覆うようにして、第１負極箔側カバー７１が設けられており、当該第１負極箔側カバー７１は、前記負極箔６の巻取手段１１側への供給を許容するための第１負極箔開口部７８を備えている。尚、前記負極箔自動継機構についても、前記第１負極箔側カバー７１で覆われている。また、前記第１負極箔開口部７８は、その開口面積が、後述する第２負極箔開口部７９の開口面積以下となるように構成されている。

加えて、前記第１負極箔開口部７８から前記巻取手段１１の近傍までの前記負極箔供給経路３５を覆うようにして第２負極箔側カバー７２が配設されている。当該第２負極箔側カバー７２は、前記負極箔６の供給を許容すべく、前記巻取手段１１の直上流に第２負極箔開口部７９を備えている。また、前記負極箔案内手段３９（前記負極箔カッタ３６）、前記負極箔テンション付与機構、及び、前記負極箔蛇行補正機構についても、第２負極箔側カバー７２で覆われている。

さらに、前記第２負極箔側カバー７２のうち、前記巻取手段１１側に位置する端部の内周面が、前記第２負極箔開口部７９側に向けて窄められるようにして形成されている。これにより、第２負極箔開口部７９の開口面積が比較的小さなものとされている。

また、前記セパレータ供給部４１（５１）を覆うべく、第１セパレータ側カバー８１（９１）が設けられている。当該第１セパレータ側カバー８１（９１）は、セパレータ３（４）の巻取手段１１への供給を許容すべく、第１セパレータ開口部８８（９８）を備えている。

さらに、前記第１セパレータ開口部８８（９８）から前記巻取手段１１の近傍までの間に位置する前記セパレータ供給経路４５（５５）を覆うための第２セパレータ側カバー８２（９２）が設けられている。当該第２セパレータ側カバー８２（９２）は、前記巻取手段１１の直上流に位置する第２セパレータ開口部８９（９９）を備えており、前記セパレータ案内手段４９（５９）は、前記第２セパレータ側カバー８２（９２）で覆われている。また、第２セパレータ側カバー８２（９２）の巻取手段１１側端部の内周面が、前記第２セパレータ開口部８９（９９）側に向けて窄められるようにして形成されている。これにより、前記第２セパレータ開口部８９（９９）の開口面積が比較的小さなものとされている。尚、前記第１セパレータ開口部８８（９８）は、その開口面積が、前記第２セパレータ開口部８９（９９）の開口面積以下となるように構成されている。

加えて、前記第１正極箔側カバー６１には、前記ハウジング２０の外部へと連通する一対の連通孔６３，６４が形成されており、当該連通孔６３，６４は、所定の排気管６５を介して、前記ハウジング２０外の正極箔側吸引手段６６に接続されている。当該正極箔側吸引手段６６は、前記第1正極箔側カバー６１内の空気を連通孔６３，６４からハウジング２０外へと排出するためのものである。尚、第１正極箔側カバー６１内の空気を外部に排出することによって、第２正極箔側カバー６２内の空気を第１正極箔側カバー６１内へと送ることができるようになっている（すなわち、第２正極箔側カバー６２から第１正極箔側カバー６１への空気の流れを作ることができるようになっている）。

さらに、前記第１負極箔側カバー７１には、前記ハウジング２０の外部へと連通する一対の連通孔７３，７４が形成されており、当該連通孔７３，７４が所定の排気管７５を介して負極箔側吸引手段７６に接続されている。尚、当該負極箔側吸引手段７６によって、前記第１負極箔側カバー７１内の空気をハウジング２０の外に排出することができ、ひいては前記第２負極箔側カバー７２内の空気を第１負極箔側カバー７１内へと送ることができるようになっている（すなわち、第２負極箔側カバー７２から第１負極箔側カバー７１への空気の流れを作ることができるようになっている）。

また、前記第２カバー６２，７２，８２，９２の巻取手段１１側に位置する各第２開口部６９，７９，８９，９９との間で、前記巻取手段１１を挟むような位置に、正極箔側送風手段及び負極箔側送風手段としてのエア供給手段１０１が設けられている。当該エア供給手段１０１は、図示しない空気清浄用のフィルタを有しており、当該フィルタによって空気中の埃等の異物を極力排除するとともに、異物を排除したクリーンエアを巻取手段１１側（白抜き矢印方向）へと送風するようになっている。

次に、上述した巻回素子の製造装置１０を用いて、電池素子１を製造するための方法について説明する。

まず、正極箔側吸引手段６６、負極箔側吸引手段７６、及び、エア供給手段１０１を作動させる。これにより、ハウジング２０内に存在する埃等が外部に排出され、巻取手段１１やその近傍に埃等が極力存在していない状態とされる。尚、以降の帯状体７の巻取時において、正極箔側吸引手段６６、負極箔側吸引手段７６、及び、エア供給手段１０１は、常に作動した状態となっている。

次いで、ターレット１２を時計回りに半回転させることで、一方の回転手段１６を着脱ポジションＰ１に移動させる。このとき、他方の回転手段１６は巻取ポジションＰ２に位置することとなる。例えば、それまで巻取ポジションＰ２に位置しており帯状体７の巻回がほぼ完了した回転手段１６が、着脱ポジションＰ１へと移動される。一方、それまで着脱ポジションＰ１に位置しており新たな巻芯コア２の装着された回転手段１６が巻取ポジションＰ２へと移動させられる。

かかる巻取ポジションＰ２に位置する回転手段１６においては、巻芯コア２が装着されており、例えば、巻芯コア２が樹脂製である場合等には、図示しない熱溶着手段によって、前記セパレータクランプによって案内されたセパレータ３，４の端部が巻芯コア２に対して熱溶着される。尚、例えば、巻芯コア２が金属製である場合等には、巻芯コア２に対してテープ等によりセパレータ３，４を接着することとしてもよい。

次いで、前記正極箔クランプ及び負極箔クランプによって、所定のタイミングで正極箔５及び負極箔６が巻取手段１１（巻芯コア２）側へと供給され、正極箔５及び負極箔６がセパレータ３，４を介して絶縁状態で巻取られる。帯状体７の巻回がほぼ完了したならば、前記各カッタ２６，３６，４６，５６によって、正極箔５、負極箔６、及び、セパレータ３，４が切断される。その後、ターレット１２を時計回りに半回転させることで、先ほどの回転手段１６（帯状体７が巻芯コア２に巻回された側）が着脱ポジションＰ１に移動させられる。そして、前記着脱手段１３によって、帯状体７が巻回された巻芯コア２を回転手段１６から取外すことで電池素子１が得られる。

以上詳述したように、本実施形態の巻回素子の製造装置１０によれば、正極箔供給部２１及び正極箔供給経路２５を覆うようにして、第１正極箔側カバー６１と第２正極箔側カバー６２とが設けられている。すなわち、両正極箔側カバー６１，６２によって、正極箔５から剥離した正極活物質が存在し得る空間と、負極箔６やセパレータ３，４が位置する空間とが物理的に隔てられている。これにより、正極箔５から剥離した正極活物質が負極箔６やセパレータ３，４に付着してしまうことをより確実に防止することができる。

また、負極箔供給部３１及び負極箔供給経路３５を覆うようにして、第１負極箔側カバー７１と第２負極箔側カバー７２とが設けられている。すなわち、両負極箔側カバー７１，７２によって、負極箔６から剥離した負極活物質が存在し得る空間と、正極箔５やセパレータ３，４が位置する空間とが物理的に隔てられている。その結果、負極活物質が正極箔５やセパレータ３，４に付着してしまうことをより確実に防止することができる。

このように本実施形態によれば、両正極箔側カバー６１，６２と、両負極箔側カバー７１，７２とを設けることによって、一方の電極箔５（６）から剥離した活物質が、他方の電極箔６（５）やセパレータ３，４に付着してしまうことを効果的に防止することができる。これにより、電池素子１において短絡等の不具合の発生をより確実に防止することができ、生産品質の飛躍的な向上を図ることができる。

また、正極箔側吸引手段６６及び負極箔側吸引手段７６を設けることによって、両第２カバー６２，７２内に存在する活物質を両第１カバー６１，７１内へと吸引することができ、ひいては、両第２開口部６９，７９から活物質が出てしまうことを一層確実に防止できる。その結果、一方の電極箔５（６）から剥離した活物質が、他方の電極箔６（５）やセパレータ３，４に付着してしまうことをより一層確実に防止することができ、電池素子１における短絡等の不具合の発生をより一層確実に防止することができる。

さらに、本実施形態においては、正極箔カッタ２６が、第２正極箔側カバー６２で覆われるとともに、負極箔カッタ３６が、第２負極箔側カバー７２で覆われている。これにより、電極箔５，６の切断時に電極箔５，６から剥離した活物質や発生した金属片が、カバー６２，７２から巻取手段１１側に出てしまうことを効果的に抑制できる。その結果、一方の電極箔５（６）から剥離した活物質等が他方の電極箔６（５）やセパレータ３，４に付着してしまうことをより確実に抑制することができ、電池素子１における短絡等の不具合の発生をより効果的に防止することができる。

また、両吸引手段６６，７６によって、電極箔５，６の切断時に剥離した活物質や生じた金属片等を両第１カバー６１，７１内方向へと吸引することができる。これにより、剥離した活物質や生じた金属片等が両第２開口部６９，７９から出てしまうことをより一層防止することができ、一方の電極箔５（６）から剥離した活物質等の他方の電極箔６（５）等への付着をより効果的に防止することができる。

加えて、両第２カバー６２，７２の巻取手段１１側の端部の内周面が、両第２開口部６９，７９側に向けて窄められるように構成されている。すなわち、両第２カバー開口６９，７９部の開口面積が、比較的小さなものとなるように構成されている。これにより、前記両第２開口部６９，７９から活物質等が巻取手段１１側に出てしまうことをより確実に防止することができ、一方の電極箔５（６）から剥離した活物質等の他方の電極箔６（５）等への付着をより一層確実に防止することができる。

また、第２開口部６９，７９の開口面積を比較的小さくすることで、両吸引手段６６，７６によって生じる、両第２開口部６９，７９における第１カバー６１，７１内方向への気体の流速を比較的大きなものとすることができる。すなわち、活物質等がカバー内から出てしまうことが最も懸念される両第２開口部６９，７９において、第１カバー６１，７１内方向への活物質等の吸引力を一層強めることができる。これにより、電極箔５，６から剥離した活物質等が、第２開口部６９，７９から巻取手段１１側へと出てしまうことを一層防止することができ、ひいては一方の電極箔５（６）から剥離した活物質等が、他方の電極箔６（５）等に付着してしまうことをより確実に防止することができる。

併せて、エア供給手段１０１を設けることによって、電極箔５，６から剥離した活物質等が、第２正極箔開口部６９，７９から出てしまうことを一層確実に防止することができる。これにより、活物質等の電極箔５，６等への付着を一層抑制することができ、電池素子１の短絡等をより確実に防止することができる。

また、本実施形態では、エア供給手段１０１によって、正極箔側送風手段及び負極箔側送風手段が一挙に実現されている。このため、装置の複雑化を防止することができる。

さらに、エア供給手段１０１によって送られる気体はクリーンエアであるため、両電極箔５，６やセパレータ３，４に埃等の異物が付着してしまうといった事態を効果的に抑制することができる。その結果、電池素子１の短絡等をより一層確実に防止することができ、生産品質のより一層の向上を図ることができる。

加えて、セパレータ供給部４１（５１）及びセパレータ供給経路４５（５５）が、第１セパレータ側カバー８１（９１）及び第２セパレータ側カバー８２（９２）に覆われている。これにより、セパレータ供給部４１（５１）やセパレータ供給経路４５（５５）が存在する空間に、外部から埃等の異物が侵入してしまうことを効果的に防止できる。その結果、セパレータ３（４）への異物の付着をより確実に抑制することができ、電池素子１の短絡等の不具合をより効果的に防止することができる。

また、両第１開口部６８，７８の開口面積を、両第２開口部６９，７９の開口面積よりも小さくなるように設定されているため、第１カバー６１，７１内から第２カバー６２，７２内へと剥離した活物質が移動してしまうことをより確実に防止することができる。これにより、第２カバー６２，７２内に存在する活物質の量を減少させることができ、ひいては第２開口部６９，７９から巻取手段１１側へと活物質が出てしまうことを効果的に抑制することができる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、第１セパレータ側カバー８１，９１及び第２セパレータ側カバー８２，９２が設けられているが、セパレータ側カバー８１，８２，９１，９２の全部或いは一部を設けないように構成することとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、正極活物質としてコバルト酸リチウム粒子を例示しているが、例えば、ニッケル酸リチウムやマンガン酸リチウム等、他のリチウム含有金属酸化物等を用いることとしてもよい。また、負極活物質としてフッ素等を含有する粒子を例示しているが、負極活物質として、例えば、炭素質材料等を用いることとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、正極活物質の平均粒径は特に規定していないが、近年、リチウムイオン電池の急速充放電を図るという観点から、平均粒径を比較的小さなもの（例えば、１μｍ〜３０μｍ）とすることが行われている（例えば、特開２０００−２１３９１号公報等）。また、負極活物質の平均粒径についても上記実施形態では特に規定していないが、負極活物質も同様に、平均粒径が比較的小さなもの（例えば、２０μｍ以下）が用いられている（例えば、特開２００７−１２８７６６号公報等）。ところが、活物質の平均粒径を小さくすることで、活物質が電極箔５，６から一層剥離しやすくなってしまい、ひいては活物質の電極箔５，６等への付着がより一層懸念される。この点において、上記実施形態の巻回素子の製造装置１０を用いることで、活物質の電極箔５，６等への付着を効果的に防止することができる。すなわち、前記巻回素子の製造装置１０は、活物質の平均粒径が比較的小さい場合においてより有意である。

（ｄ）上記実施形態においては、正極箔側吸引手段６６及び負極箔側吸引手段７６が設けられているが、第２セパレータ側カバー８２，９２内の気体を、第１セパレータ側カバー８１，９１側へと吸引し、外部へと排出するセパレータ側吸引手段を併せて設けることとしてもよい。この場合には、両セパレータ側カバー８１，８２，９１，９２内の埃等の異物を効果的に排除することができ、セパレータ３，４への異物の付着をより一層確実に防止することができる。

（ｅ）上記実施形態では、セパレータ３，４をＰＰにより形成することとしているが、他の絶縁性材料によってセパレータ３，４を形成することとしてもよい。

（ｆ）上記実施形態では、エア供給手段１０１からクリーンエアが送風されているが、例えば、不活性ガス等を送風することしてもよい。

電池素子の構成を示すための断面模式図である。 本実施形態における巻回素子の製造装置を示す模式図である。 本実施形態における巻取手段を説明するための正面図である。

符号の説明

１…巻回素子としての電池素子、３，４…セパレータ、５…正極箔、６…負極箔、１０…巻回素子の製造装置、１１…巻取手段、１６…回転手段、２１…正極箔供給部、２５…正極箔供給経路、２６…正極箔切断手段としての正極箔カッタ、３１…負極箔供給部、３５…負極箔供給経路、３６…負極箔切断手段としての負極箔カッタ、４１，５１…セパレータ供給部、４５，５５…セパレータ供給経路、６１…第１正極箔側カバー、６２…第２正極箔側カバー、６６…正極箔側吸引手段、６８…第１正極箔開口部、６９…第２正極箔開口部、７１…第１負極箔側カバー、７２…第２負極箔側カバー、７６…負極箔側吸引手段、７８…第１負極箔開口部、７９…第２負極箔開口部、８１，９１…第１セパレータ側カバー、８２，９２…第２セパレータ側カバー、８３，９３…セパレータ側仕切板、８８，９８…第１セパレータ開口部、８９，９９…第２セパレータ開口部、１０１…正極箔側送風手段及び負極箔側送風手段としてのエア供給手段。

Claims (9)

1. 正極活物質が表面に塗布された正極箔、及び、負極活物質が表面に塗布された負極箔が、絶縁性のセパレータを介して絶縁状態で巻回されてなる巻回素子の製造装置であって、
   前記正極箔、前記負極箔、及び、前記セパレータを巻き取るべく、自身の軸線を中心軸として回転可能な回転手段を備える巻取手段と、
   前記正極箔がロール状に巻回されてなる正極箔原反を回転可能に支持し、前記巻取手段へと前記正極箔を供給する正極箔供給部と、
   前記負極箔がロール状に巻回されてなる負極箔原反を回転可能に支持し、前記巻取手段へと前記負極箔を供給する負極箔供給部と、
   前記セパレータがロール状に巻回されてなるセパレータ原反を回転可能に支持し、前記巻取手段へと前記セパレータを供給するセパレータ供給部とを備えるとともに、
   前記正極箔供給部を覆うように配設され、かつ、前記巻取手段側への前記正極箔の供給を許容する第１正極箔開口部を有してなる第１正極箔側カバーと、
   前記第１正極箔開口部から前記巻取手段の近傍に至るまでの前記正極箔の供給経路を覆うようにして配設され、かつ、前記巻取手段の直上流に第２正極箔開口部を有してなる第２正極箔側カバーと、
   前記負極箔供給部を覆うように配設され、かつ、前記巻取手段側への前記負極箔の供給を許容する第１負極箔開口部を有してなる第１負極箔側カバーと、
   前記第１負極箔開口部から前記巻取手段の近傍に至るまでの前記負極箔の供給経路を覆うようにして配設され、かつ、前記巻取手段の直上流に第２負極箔開口部を有してなる第２負極箔側カバーとを具備することを特徴とする巻回素子の製造装置。
2. 前記第２正極箔側カバー内の気体を前記第１正極箔側カバー内へと吸引する正極箔側吸引手段と、
   前記第２負極箔側カバー内の気体を前記第１負極箔側カバー内へと吸引する負極箔側吸引手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の巻回素子の製造装置。
3. 前記正極箔を切断すべく、前記巻取手段の直上流に配設される正極箔切断手段と、
   前記負極箔を切断すべく、前記巻取手段の直上流に配設される負極箔切断手段とを備えるとともに、
   前記正極箔切断手段が、前記第２正極箔側カバーで覆われ、かつ、
   前記負極箔切断手段が、前記第２負極箔側カバーで覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の巻回素子の製造装置。
4. 前記第２正極箔側カバーのうち前記巻取手段側の端部の内周面を、前記第２正極箔開口部に向けて窄めて形成するとともに、
   前記第２負極箔側カバーのうち前記巻取手段側の端部の内周面を、前記第２負極箔開口部に向けて窄めて形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の巻回素子の製造装置。
5. 前記第２正極箔開口部から、前記第１正極箔側カバー内へとクリーンエア又は不活性ガスを送る正極箔側送風手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の巻回素子の製造装置。
6. 前記第２負極箔開口部から、前記第１負極箔側カバー内へとクリーンエア又は不活性ガスを送る負極箔側送風手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の巻回素子の製造装置。
7. 前記セパレータ供給部を覆うように配設され、かつ、前記巻取手段側への前記セパレータの供給を許容する第１セパレータ開口部を有してなる第１セパレータ側カバーと、
   前記第１セパレータ開口部から前記巻取手段の近傍に至るまでの前記セパレータの供給経路を覆うようにして配設され、かつ、前記巻取手段の直上流に第２セパレータ開口部を有してなる第２セパレータ側カバーとを具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の巻回素子の製造装置。
8. 前記第２セパレータ側カバー内の気体を、前記第１セパレータ側カバー内へと吸引するとともに、前記第１セパレータ側カバー内の気体を外部へと排出するセパレータ側吸引手段を設けたことを特徴とする請求項７に記載の巻回素子の製造装置。
9. 前記第１正極箔開口部の開口面積を、前記第２正極箔開口部の開口面積以下に構成するとともに、
   前記第１負極箔開口部の開口面積を、前記第２負極箔開口部の開口面積以下に構成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の巻回素子の製造装置。

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