JP2011082155A - 非水系電解質電池の製造方法、非水系電解質電池の製造に用いる巻芯 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極、少なくとも一方の表面層がアラミド樹脂を含む耐熱性多孔質層であるセパレータ、および負極を、水に対する接触角が90°以上である表面を有する巻芯により捲回して電池素子を作製する工程を有する非水系電解質電池の製造方法である。
【選択図】なし
Description
具体的には、本発明は、セパレータ等を捲回して作製された電池素子の巻芯からの抜き取り性に優れた非水系電解質電池の製造方法及び巻芯を提供することを目的とする。
<10> 前記表面は、水に対する接触角が90°以上である材料を含む前記<9>に記載の巻芯である。
本発明において用いられる巻芯について、具体的に説明する。巻芯は、図1に示したような、本体部1と、これを支持する支持体部2とを備えて構成されている。本体部1にはセパレータを挟むスリット3が設けられたタイプを採用できる。なお、支持体部2は、図示しないモーターに連結されて回転するような構成となっている。本体部1の少なくともセパレータと接触する表面は、水に対する接触角が90°以上であり、好ましくは「水に対する接触角が90°以上である材料」を含んで形成されている。
水に対する接触角が90°以上である材料は、一種単独で用いるほか、二種以上を併用してもよい。
窒化クロムを用いる場合、巻芯の表面に窒化クロム以外に金属または金属酸化物が混合されてもよい。窒化クロム以外の金属または酸化物等としては、特に限定されるものではないが、好ましくはビッカース硬度が200HV以上であることが好ましい。例えば、アークイオンプレーティングにより、ターゲートに窒化クロムと混合したい金属との合金を用いることで、窒化クロム以外の金属を混合することが可能である。
また、滑り性向上のために、巻芯の表面に炭化クロム以外にフッ素樹脂を混合してもよい。この場合、前記フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレン、パーフルオロアルキル基含有アクリレート系共重合体、フッ化ビニリデン系共重合体、トリフルオロエチレン・ビニルエーテル交互共重合体等が挙げられ、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体である。
本発明の巻芯は、本体部1の表面のうち、少なくともセパレータと接触する部分が、好ましくは「水に対する接触角が90°以上である材料」で形成され、水に対する接触角が90°以上である表面を有していれば、その製造方法は特に限定されるものではない。水に対する接触角が90°以上である材料が有機材料である場合は、大きく分類して、コーティングによる方法、接着による方法、または粉体塗装による方法、あるいは無電解めっきにより金属と共析する方法により好適に作製される。また、水に対する接触角が90°以上である材料が無機材料である場合は、真空蒸着法、アークイオンプレーティング法、プラズマCVD法、スパッタリング法、電解めっき、溶射コーティング等により好適に作製される。
コーティングによる方法は、ステンレス鋼やリボン鋼等の金属材料等からなる下地材の表面に、「水に対する接触角が90°以上である材料」を含有したコーティング液をコーティングする方法であり、複雑な形状の巻芯においても均一被覆が可能である点において優れている。具体的に本方法では、下地材を脱脂処理または空焼きを行って表面の有機物等を除去した後、ブラスター処理等で表面を粗面化後、洗浄・乾燥を実施し、その後「水に対する接触角が90°以上である材料」を含有するコーティング液を用いてトップ塗装を行い、乾燥・焼成を実施することが好適である。この場合、水に対する接触角が90°以上である材料として、前記テトラフルオロエチレン系重合体、特にテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いる場合に好適である。
焼成においては、ETFE等の接触角90°以上の有機材料の融点以上の温度で焼成し、ETFE等の有機材料を溶融させて表面を平滑にするが、焼成を実施せずに、乾燥により溶媒を蒸発させ、ETFE等の有機材料の微粒子を表面にそのまま残す方法も有効である。また、接着性向上のために、下地材とトップ塗装によるコーティング層の間にプライマー層を含有させてもよい。
接着による方法は、ステンレス鋼やリボン鋼等の金属材料等からなる下地材に、「水に対する接触角が90°以上である材料」を含有するシートを接着剤等で接着する方法や、熱収縮チューブ等を利用して当該下地材に「水に対する接触角が90°以上である材料」を被覆する方法があり、被覆が簡易かつ短時間で加工ができる点で優れている。接着による方法は、水に対する接触角が90°以上である材料として、前記テトラフルオロエチレン系重合体、特にETFE、FEP、PFA、PTFEを用いる場合に好適である。
粉体塗装による方法は、有機溶媒や水等を用いず塗膜形成成分のみで配合されている、「水に対する接触角が90°以上である材料」を含む粉体塗料を、電気的または融着によりステンレス鋼やリボン鋼等の基材にコーティングする方法であり、溶剤等を使用しない観点でコスト的に優れている。粉体塗装による方法も、水に対する接触角が90°以上である材料として、前記テトラフルオロエチレン系重合体、特にETFE、FEP、PFA、PTFEを用いる場合に好適である。
上記塗膜形成成分には、基材との接着性、塗膜表面の滑り性および塗膜強度を向上させるために、「水に対する接触角が90°以上である材料」としてETFE、FEP、PFA、PTFEを用いる場合はETFE、FEP、PFA、PTFE以外の樹脂、フィラーおよびレベリング剤等の添加剤を混合して用いてもよい。
上記フィラーとしては、特に限定されるものではないが、金属酸化物、金属水酸化物等
が挙げられ、好ましくはビッカース硬度が500HV以上の金属が好ましい。
無電解めっきにより共析する方法としては、例えば次亜りん酸塩等を還元剤とし、フッ素樹脂微粒子が分散しためっき液に、被めっき物を浸漬して、フッ素樹脂を含有する金属皮膜を得る方法が挙げられる。ここで、めっき液としては、無電解ニッケル−リン合金、ニッケル−ホウ素合金、ニッケル−リン−ホウ素合金等のめっき液が挙げられ、それぞれのめっき液に対応する合金マトリックスを得ることが可能である。具体的には例えば、カニフロン(登録商標、日本カニゼン社製)、メタフロン(上村工業株式会社製)等を用いることができる。
窒化クロムを用いる場合、真空蒸着法、アークイオンプレーティング法、プラズマCVD法、スパッタリング法等により作製されるのが好ましく、中でも低温で簡易にコーティングできる点でアークイオンプレーティング法がより好ましい。
また、炭化クロムを用いる場合、例えば、めっき浴にステンレス鋼等の下地材を浸漬し、電解めっきにより炭化クロムを積層させる方法が挙げられる。具体的に、前記めっき浴には、クロム酸を主としたサージェント浴、フッ化浴、高速めっき浴等の炭化クロム浴を用いることができ、めっき後、焼成を行ない、巻芯の表面硬度を向上させることも有効である。また、ステンレス鋼等の下地材に炭化クロムを溶射してコーティングする方法も有効である。溶射の方法は、特に限定されないが、プラズマ溶射または超音速溶射が好ましい。
以上のような方法により、「水に対する接触角が90°以上である材料」を含有する層を巻芯に被覆することが可能であるが、その他の方法として、「水に対する接触角が90°以上である材料」を含有する円柱の棒を削り巻芯の形に加工する方法も有効である。
非水系電解質電池は、正極と負極がセパレータを介して対向している電池素子に電解質が含浸され、これが外装に封入された構造となっている。この非水系電解質電池の形状は、角型、円筒型、コイン型などがあるが、本発明はいずれの形状においても好適に適用することが可能である。
外装材は金属缶またはアルミラミネートパック等が挙げられる。
以上のような非水電解質電池の製造方法について説明する。まず、正極、セパレータおよび負極をそれぞれ製造しておく。この後、巻芯の本体部1のスリット3の間にセパレータの一端を通して、巻芯を少しだけ回転させてセパレータの一端を巻芯に巻き付けておく。このとき、巻芯の本体部1の表面部とセパレータの耐熱性多孔質層とが互いに当接した状態となっている。そして、さらに両面に正極と負極を配した別のセパレータを巻芯に取り付け、捲回機により巻芯を回転させて、セパレータと正極と負極を同時に捲回する。これを巻芯から抜き取ることで電池素子を作製することができる。この後、電池素子をタブ付けしてから、これを外装に挿入する。そして、外装内に電解質を注入し、封止することで非水電解質電池を製造することができる。
図1に示すような円筒型電池用巻芯を作製した。具体的に、この巻芯は本体部1と支持体部2からなり、本体部1にはセパレータを挟むスリット3がある。これら材質はステンレス鋼からなる。
上記本体部1のステンレス鋼を脱脂し、粗面化後、プライマー(EPW−1606BLダイキン工業株式会社製)をスプレー塗装・乾燥後、トップコートとしてETFE(ネオフロン(登録商標)ETFE EC−6510 ダイキン工業株式会社製)を静電粉体塗装・焼成し、ETFEを含有した表面を持つ巻芯Aを得た。なお、この巻芯Aの表面において、ETFEを含有する層の厚みは60μmであった。
本体部1のステンレス鋼をETFE熱収縮チューブに通し、乾燥機で熱処理することにより、巻芯とETFE熱収縮チューブを接着させ、ETFEを含有した表面を持つ巻芯Bを得た以外は実施例1と同様にし、円筒型電池を作製した。
本体部1について、コーティングを実施せずにステンレス鋼からなる巻芯Cを用いた以外は実施例1と同様の方法で円筒型電池を作製した。
摩擦係数の測定用ピンとして、ステンレス鋼からなる円柱状のピンを実施例1および2のそれぞれと同様の方法でコーティングし、巻芯AおよびBと同様の表面を有するピンAとピンBを得て、これを用いて下記の通り摩擦係数の測定を実施した。また、比較例1の摩擦係数については、比較例1の巻芯Cと同様のステンレス鋼からなるピンCを用いて、下記の通り、摩擦係数の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表1に示す。
LN(T2/T1)=μθ・・・・式(1)
接触角の測定サンプルとして、ステンレス鋼板に実施例1と同様の方法でコーティングし、巻芯Aと同様の表面を有する板Aを得て、これを用いて下記の通り接触角の測定を実施した。また、ETFE熱収縮チューブを板に被覆することが困難であったため、ETFE熱収縮チューブと同じ組成のシートを、巻芯Bと同様の表面を有する板Bとして、評価した。さらに、比較例1の接触角については、比較例1の巻芯Cと同様のステンレス鋼からなる板Cを用いて、下記の通り、接触角の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表1に示す。
接触角は、接触角計(DM300 協和界面科学株式会社製)を用いて、空気中で静的法により測定した。また、液滴には純水を使用した。
実施例1〜2および比較例1において、円筒型電池作製において、巻芯から電池素子を引き抜く工程で良好に引き抜けるかどうかを検討した。結果を表1に示す。良好に引き抜けたものを○、竹の子状になったり捲回状態が乱れてしまったものを×と評価した。
実施例1〜2および比較例1において、円筒型電池作製において、巻芯から電池素子を作製する工程を10回繰り返し、それぞれ円筒型電池を10個作製した。そして、作製後、巻芯にセパレータ由来の付着物があるかどうかを目視で確認した。巻芯に付着物がある場合を×と判断し、付着物がない場合を○と判断して、結果を表1に示した。
一方、比較例1の表面にETFEを含有しない材質では、摩擦係数が0.7以上と高く、接触角が65°以下であった。また、芯抜け性の評価において、芯抜けの中心部が巻芯とともに突出するという不具合とアラミド層の一部が巻芯に付着していることが確認された。
図1に示すような円筒型電池用巻芯を作製した。具体的に、この巻芯は本体部1と支持体部2からなり、本体部1にはセパレータを挟むスリット3がある。これら材質はステンレス鋼からなる。
上記本体部1のステンレス鋼を脱脂し、粗面化後、プライマー(EK―1909S21L ダイキン工業株式会社製)をスプレー塗装・乾燥後、トップコートとしてFEP(ネオフロン(登録商標)FEP ND−110 ダイキン工業株式会社製)をスプレー塗装・乾燥し、FEPを含有した表面を持つ巻芯Dを得た。なお、この巻芯Dの表面において、FEPを含有する層の厚みは25μmであった。
この巻芯Dを用いて次のように円筒型電池を作製した。まず、2枚のセパレータの一端を巻芯Dのスリットに挟み、一方のセパレータを間に挟むようにして正極と負極を配置した。
次に、巻芯Dを回転させて、セパレータと正極と負極を同時に捲回した後、この渦巻状の電池素子を本体部1から引き抜いた。この渦巻状の電池素子を電池缶に挿入し、電解質を注入した後、電池缶の開口部を蓋で封口することにより円筒型電池を作製した。
上記本体部1のステンレス鋼を脱脂し、粗面化後、プライマー(TC−11000 ダイキン工業株式会社製)をスプレー塗装・乾燥後、トップコートとしてFEP(ネオフロン(登録商標)FEP NC−1500 ダイキン工業株式会社製)を静電粉体塗装・焼成し、PFAを含有した表面を持つ巻芯Eを得た。なお、この巻芯Eの表面において、FEPを含有する層の厚みは63μmであった。
本体部1のステンレス鋼を市販のFEP熱収縮チューブに通し、乾燥機で熱処理することにより、巻芯とFEP熱収縮チューブを接着させ、FEPを含有した表面を持つ巻芯Fを得た以外は実施例3と同様にし、円筒型電池を作製した。
本体部1について、コーティングを実施せずにステンレス鋼からなる巻芯Gを用いた以外は実施例3と同様の方法で円筒型電池を作製した。
摩擦係数の測定用ピンとして、ステンレス鋼からなる円柱状のピンを実施例3〜5のそれぞれと同様の方法でコーティングし、巻芯D〜Fと同様の表面を有するピンD〜Fを得て、これを用いて上記実施例1等と同様にして摩擦係数の測定を実施した。また、比較例2の摩擦係数については、比較例2の巻芯Gと同様のステンレス鋼からなるピンGを用いて、上記実施例1等と同様にして、摩擦係数の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表2に示す。
接触角の測定サンプルとして、ステンレス鋼板に実施例3および4と同様の方法でコーティングし、巻芯DまたはEと同様の表面を有する板DおよびEを得て、これを用いて下記の通り接触角の測定を実施した。また、FEP熱収縮チューブを板に被覆することが困難であったため、FEP熱収縮チューブと同じ組成の市販のシートを、巻芯Fと同様の表面を有する板Fとして、評価した。さらに、比較例2の接触角については、比較例2の巻芯Gと同様のステンレス鋼からなる板Gを用いて、下記の通り、接触角の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表2に示す。
接触角は、接触角計(DM300 協和界面科学株式会社製)を用いて、空気中で静的法により測定した。また、液滴には純水を使用した。
実施例3〜5および比較例2において、上記実施例1等における「芯抜け性の評価1」及び「芯抜け性の評価2」と同様の方法により評価した。
一方、比較例2の表面にFEPを含有しない材質では、摩擦係数が0.7以上と高く、接触角が65°以下であった。また、芯抜け性の評価において、芯抜けの中心部が巻芯とともに突出するという不具合とアラミド層の一部が巻芯に付着していることが確認された。
図1に示すような円筒型電池用巻芯を作製した。具体的に、この巻芯は本体部1と支持体部2からなり、本体部1にはセパレータを挟むスリット3がある。これら材質はステンレス鋼からなる。
上記本体部1のステンレス鋼を脱脂し、粗面化後、プライマー(EK―1909S21L ダイキン工業株式会社製)をスプレー塗装・乾燥後、トップコートとしてPFA(ネオフロン(登録商標)PFA AD−2CRE ダイキン工業株式会社製)をスプレー塗装・乾燥し、PFAを含有した表面を持つ巻芯Hを得た。なお、この巻芯Hの表面において、PFAを含有する層の厚みは26μmであった。
この巻芯Hを用いて次のように円筒型電池を作製した。まず、2枚のセパレータの一端を巻芯Hのスリットに挟み、一方のセパレータを間に挟むようにして正極と負極を配置した。
次に、巻芯Hを回転させて、セパレータと正極と負極を同時に捲回した後、この渦巻状の電池素子を本体部1から引き抜いた。この渦巻状の電池素子を電池缶に挿入し、電解質を注入した後、電池缶の開口部を蓋で封口することにより円筒型電池を作製した。
本体部1のステンレス鋼を脱脂し、粗面化後、プライマー(TC−11000 ダイキン工業株式会社製)をスプレー塗装・乾燥後、トップコートとしてPFA(ネオフロン(登録商標)PFA AC−5600 ダイキン工業株式会社製)を静電粉体塗装・焼成し、PFAを含有した表面を持つ巻芯Iを用いた以外は実施例6と同様の方法で円筒型電池を作製した。なお、この巻芯Iの表面において、PFAを含有する層の厚みは65μmであった。
本体部1のステンレス鋼を脱脂し、粗面化後、プライマー(TC−1509M1 ダイキン工業株式会社製)をスプレー塗装・乾燥後、トップコートとしてPFA(ネオフロン(登録商標)PFA ACX−31 ダイキン工業株式会社製)を静電粉体塗装・焼成し、PFAを含有した表面を持つ巻芯Jを用いた以外は実施例6と同様の方法で円筒型電池を作製した。なお、この巻芯Jの表面において、PFAを含有する層の厚みは40μmであった。
本体部1のステンレス鋼を市販のPFA熱収縮チューブに通し、乾燥機で熱処理することにより、巻芯とPFA熱収縮チューブを接着させ、PFAを含有した表面を持つ巻芯Kを得た以外は実施例6と同様にし、円筒型電池を作製した。
本体部1について、コーティングを実施せずにステンレス鋼からなる巻芯Lを用いた以外は実施例6と同様の方法で円筒型電池を作製した。
摩擦係数の測定用ピンとして、ステンレス鋼からなる円柱状のピンを実施例6〜9のそれぞれと同様の方法でコーティングし、巻芯H〜Kと同様の表面を有するピンH〜Kを得て、これを用いて上記実施例1等と同様にして摩擦係数の測定を実施した。また、比較例3の摩擦係数については、比較例3の巻芯Lと同様のステンレス鋼からなるピンLを用いて、上記実施例1等と同様にして、摩擦係数の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表3に示す。
接触角の測定サンプルとして、ステンレス鋼板に実施例6〜8とそれぞれと同様の方法でコーティングし、巻芯H〜Jと同様の表面を有する板H〜Jを得て、これを用いて下記の通り接触角の測定を実施した。また、PFA熱収縮チューブを板に被覆することが困難であったため、PFA熱収縮チューブと同じ組成の市販のシートを、巻芯Kと同様の表面を有する板Kとして、評価した。さらに、比較例3の接触角については、比較例3の巻芯Lと同様のステンレス鋼からなる板Lを用いて、下記の通り、接触角の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表3に示す。
接触角は、接触角計(DM300 協和界面科学株式会社製)を用いて、空気中で静的法により測定した。また、液滴には純水を使用した。
実施例6〜9および比較例3において、上記実施例1等における「芯抜け性の評価1」及び「芯抜け性の評価2」と同様の方法により評価した。
一方、比較例3の表面にPFAを含有しない材質では、摩擦係数が0.7以上と高く、接触角が65°以下であった。また、芯抜け性の評価において、芯抜けの中心部が巻芯とともに突出するという不具合とアラミド層の一部が巻芯に付着していることが確認された。
図1に示すような円筒型電池用巻芯を作製した。具体的に、この巻芯は本体部1と支持体部2からなり、本体部1にはセパレータを挟むスリット3がある。これら材質はステンレス鋼からなる。
上記本体部1のステンレス鋼を脱脂し、粗面化後、プライマー塗装としてポリフロン(PTFE ED―1939D21L ダイキン工業株式会社製)をスプレー塗装・乾燥後、トップコートとしてPTFE(ポリフロン(登録商標)PTFE EK−3705S21L ダイキン工業株式会社製)をスプレー塗装・乾燥し、PTFEを含有した表面を持つ巻芯Mを得た。なお、この巻芯Mの表面において、PTFEを含有する層の厚みは32μmであった。
この巻芯Mを用いて次のように円筒型電池を作製した。まず、2枚のセパレータの一端を巻芯Mのスリットに挟み、一方のセパレータを間に挟むようにして正極と負極を配置した。
次に、巻芯Mを回転させて、セパレータと正極と負極を同時に捲回した後、この渦巻状の電池素子を本体部1から引き抜いた。この渦巻状の電池素子を電池缶に挿入し、電解質を注入した後、電池缶の開口部を蓋で封口することにより円筒型電池を作製した。
トップコートとして、PTFE(ポリフロン(登録商標)PTFE ED−3209MW1L ダイキン工業株式会社製)を使用した以外は実施例10と同様にして巻芯Nを得て、この巻芯Nを用いた以外は実施例10と同様にして円筒型電池を作製した。なお、この巻芯Nの表面において、PTFEを含有する層の厚みは29μmであった。
本体部1のステンレス鋼を脱脂し、粗面化後、PTFE(ポリフロン(登録商標)PTFE TC−7105GN ダイキン工業株式会社製)を塗装・乾燥し、PTFEを含有した表面を持つ巻芯Oを得た以外は実施例10と同様にし、円筒型電池を作製した。なお、この巻芯Oの表面において、PTFEを含有する層の厚みは21μmであった。
本体部1のステンレス鋼を市販のテフロン(登録商標)熱収縮チューブに通し、乾燥機で熱処理することにより、巻芯とテフロン(登録商標)熱収縮チューブを接着させ、PTFEを含有した表面を持つ巻芯Pを得た。この巻芯Pを用いた以外は実施例10と同様にし、円筒型電池を作製した。
本体部1について、コーティングを実施せずにステンレス鋼からなる巻芯Qを用いた以外は実施例10と同様の方法で円筒型電池を作製した。
巻芯の本体部1と支持体部2にアルミニウムを用いた。本体部1の表面を#800のサンドペーパーで粗面化後、塩酸溶液に60分間浸漬し、水洗した。この後、撥水剤として低分子量PTFE塗料(セフラルルーブI、セントラル硝子社製)の2質量%水溶液を調製して本体部1にディップ法で塗布し、340℃で20分間焼き付けした。これにより低分子量PTFEを含有した表面を持つ巻芯Rを得た。この巻芯Rを用いた以外は実施例10と同様にし、円筒型電池を作製した。
摩擦係数の測定用ピンとして、ステンレス鋼からなる円柱状のピンを実施例10〜13のそれぞれと同様の方法でコーティングあるいは接着し、巻芯M〜Pと同様の表面を有するピンM〜Pを得て、これを用いて上記実施例1等と同様にして摩擦係数の測定を実施した。また、比較例4の摩擦係数については、比較例4の巻芯Qと同様のステンレス鋼からなるピンQを用いて、上記実施例1等と同様にして、摩擦係数の測定を実施した。また、比較例5の摩擦係数については、比較例5の巻芯Rと同様のアルミニウムからなるピンRを用いて、上記実施例1等と同様にして摩擦係数の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表4に示す。
接触角の測定サンプルとして、ステンレス鋼板に実施例10〜12のそれぞれと同様の方法でコーティングし、巻芯M〜Oと同様の表面を有する板M〜Oを得て、これを用いて下記の通り接触角の測定を実施した。また、実施例13についてはテフロン(登録商標)熱収縮チューブを板に被覆することが困難であったため、テフロン(登録商標)熱収縮チューブと同じ組成の市販のシートを、巻芯Pと同様の表面を有する板Pとして、評価した。さらに、比較例4の接触角については、比較例4の巻芯Qと同様のステンレス鋼からなる板Qを用いて、下記の通り、接触角の測定を実施した。また、比較例5の接触角については、比較例5の巻芯Rと同様のアルミニウムからなる板Rを用いて、下記の通り、接触角の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表4に示す。
接触角は、接触角計(DM300 協和界面科学株式会社製)を用いて、空気中で静的法により測定した。また、液滴には純水を使用した。
実施例10〜13および比較例5において、上記実施例1等における「芯抜け性の評価1」及び「芯抜け性の評価2」と同様の方法により評価した。
一方、比較例4の表面にPTFEを含有しないステンレス材質では、摩擦係数が0.7以上と高く、接触角が65°以下であった。また、芯抜け性の評価において、芯抜けの中心部が巻芯とともに突出するという不具合とアラミド層の一部が巻芯に付着していることが確認された。
また、比較例5は、表面の材質がPTFEの一種であるにも関わらず、接触角が89°と低い値となり、いずれの芯抜け性評価も不良であった。これは巻芯本体材料や巻芯表面の凹凸構造が影響したものと考えられる。これより、撥水性に優れたPTFEを用いても、最終的に接触角が90°以上の表面にならなければ、十分に良好な芯抜け性が得られないことが分かった。
図1に示すような円筒型電池用巻芯を作製した。具体的に、この巻芯は本体部1と支持体部2からなり、本体部1にはセパレータを挟むスリット3がある。これら材質はステンレス鋼からなる。
本体部1のステンレス鋼を脱脂し、粗面化後、アルカリ洗浄・酸洗浄を実施し、カニフロンA(登録商標、日本カニゼン社製)のPTFE複合無電解Ni−Pメッキ液を用いて、90℃で80分間無電解めっきを行った後、350℃で加熱を行い、膜厚20μmのPTFEを含むニッケル−リン合金マトリックス皮膜を持つ巻芯Sを得た。
この巻芯Sを用いて次のように円筒型電池を作製した。まず、2枚のセパレータの一端を巻芯Sのスリットに挟み、一方のセパレータを間に挟むようにして正極と負極を配置した。
次に、巻芯Sを回転させて、セパレータと正極と負極を同時に捲回した後、この渦巻状の電池素子を本体部1から引き抜いた。この渦巻状の電池素子を電池缶に挿入し、電解質を注入した後、電池缶の開口部を蓋で封口することにより円筒型電池を作製した。
本体部1について、無電解めっきを実施せずにステンレス鋼からなる巻芯Tを用いた以外は実施例14と同様の方法で円筒型電池を作製した。
摩擦係数の測定用ピンとして、ステンレス鋼からなる円柱状のピンを実施例14と同様の方法で無電解めっきし、巻芯Sと同様の表面を有するピンSを得て、これを用いて上記実施例1等と同様にして摩擦係数の測定を実施した。また、比較例6の摩擦係数については、比較例6の巻芯Tと同様のステンレス鋼からなるピンTを用いて、上記実施例1等と同様にして、摩擦係数の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表5に示す。
接触角の測定サンプルとして、ステンレス鋼板に実施例14と同様の方法で無電解めっきし、巻芯Sと同様の表面を有する板Sを得て、これを用いて下記の通り接触角の測定を実施した。また、比較例6の接触角については、比較例6の巻芯Tと同様のステンレス鋼からなる板Tを用いて、下記の通り、接触角の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表5に示す。
接触角は、接触角計(DM300 協和界面科学株式会社製)を用いて、空気中で静的法により測定した。また、液滴には純水を使用した。
実施例14および比較例6において、上記実施例1等における「芯抜け性の評価1」及び「芯抜け性の評価2」と同様の方法により評価した。
一方、表面が無電解めっきにより金属とともに共析されたフッ素樹脂を含まない材質である比較例6では、摩擦係数が0.7以上と高く、接触角が65°以下であった。また、芯抜け性の評価において、芯抜けの中心部が巻芯とともに突出するという不具合とアラミド層の一部が巻芯に付着していることが確認された。
図1に示すような円筒型電池用巻芯を作製した。具体的に、この巻芯は本体部1と支持体部2からなり、本体部1にはセパレータを挟むスリット3がある。これら材質はステンレス鋼からなる。
上記本体部1のステンレス鋼の表面に、窒化クロムをアークイオンプレーティング法にてコーティングし、巻芯Uを得た。コーティング膜厚は3μmであった。
この巻芯Uを用いて次のように円筒型電池を作製した。まず、2枚のセパレータの一端を巻芯Uのスリットに挟み、一方のセパレータを間に挟むようにして正極と負極を配置した。
次に、巻芯Uを回転させて、セパレータと正極と負極を同時に捲回した後、この渦巻状の電池素子を本体部1から引き抜いた。この渦巻状の電池素子を電池缶に挿入し、電解質を注入した後、電池缶の開口部を蓋で封口することにより円筒型電池を作製した。
本体部1について、コーティングを実施せずにステンレス鋼からなる巻芯Vを用いた以外は実施例15と同様の方法で円筒型電池を作製した。
摩擦係数の測定用ピンとして、ステンレス鋼からなる円柱状のピンを実施例15と同様の方法で作製し、巻芯Uと同様の表面を有するピンUを得て、これを用いて上記実施例1等と同様にして摩擦係数の測定を実施した。また、比較例7の摩擦係数については、比較例7の巻芯Vと同様のステンレス鋼からなるピンVを用いて、上記実施例1等と同様にして、摩擦係数の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表6に示す。
接触角の測定サンプルとして、ステンレス鋼板に実施例15と同様の方法で作製し、巻芯Uと同様の表面を有する板Uを得て、これを用いて下記の通り接触角の測定を実施した。
また、比較例7の接触角については、比較例7の巻芯Vと同様のステンレス鋼からなる板Vを用いて、下記の通り、接触角の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表6に示す。
接触角は、接触角計(DM300 協和界面科学株式会社製)を用いて、空気中で静的法により測定した。また、液滴には純水を使用した。
実施例15および比較例7において、上記実施例1等における「芯抜け性の評価1」及び「芯抜け性の評価2」と同様の方法により評価した。
一方、比較例7の表面に窒化クロムを含有しない材質では、摩擦係数が0.7以上と高く、接触角が65°以下であった。また、芯抜け性の評価において、芯抜けの中心部が巻芯とともに突出するという不具合とアラミド層の一部が巻芯に付着していることが確認された。
図1に示すような円筒型電池用巻芯を作製した。具体的に、この巻芯は本体部1と支持体部2からなり、本体部1にはセパレータを挟むスリット3がある。これら材質はステンレス鋼からなる。
上記本体部1のステンレス鋼にダイクロンコーティング(千代田第一工業製)を施し、炭化クロムを表面に持つ巻芯Wを得た。なお、この巻芯Wの表面において、炭化クロムを含有する層の厚みは33μmであった。
この巻芯Wを用いて次のように円筒型電池を作製した。まず、2枚のセパレータの一端を巻芯Wのスリットに挟み、一方のセパレータを間に挟むようにして正極と負極を配置した。
次に、巻芯Wを回転させて、セパレータと正極と負極を同時に捲回した後、この渦巻状の電池素子を本体部1から引き抜いた。この渦巻状の電池素子を電池缶に挿入し、電解質を注入した後、電池缶の開口部を蓋で封口することにより円筒型電池を作製した。
本体部1のステンレス鋼に、ブラスト処理後、超音速溶射法によりコーティングした炭化クロムを表面に持つ巻芯Xを得た。そして、この巻芯Xを用いた以外は実施例16と同様の方法で円筒型電池を作製した。なお、この巻芯Xの表面において、炭化クロムを含有する層の厚みは5μmであった。
本体部1について、コーティングを実施せずにステンレス鋼からなる巻芯Yを用いた以外は実施例16と同様の方法で円筒型電池を作製した。
摩擦係数の測定用ピンとして、ステンレス鋼からなる円柱状のピンを実施例16および実施例17と同様の方法で作製し、巻芯Wまたは巻芯Xと同様の表面を有するピンWおよびピンXを得て、これを用いて上記実施例1等と同様にして摩擦係数の測定を実施した。また、比較例8の摩擦係数については、比較例8の巻芯Yと同様のステンレス鋼からなるピンYを用いて、上記実施例1等と同様にして、摩擦係数の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表7に示す。
接触角の測定サンプルとして、ステンレス鋼板に実施例16および実施例17と同様の方法で作製し、巻芯Wまたは巻芯Xと同様の表面を有する板Wおよび板Xを得て、これを用いて下記の通り接触角の測定を実施した。また、比較例8の接触角については、比較例8の巻芯Yと同様のステンレス鋼からなる板Yを用いて、下記の通り、接触角の測定を実施した。なお、測定した結果はまとめて表7に示す。
接触角は、接触角計(DM300 協和界面科学株式会社製)を用いて、空気中で静的法により測定した。また、液滴には純水を使用した。
実施例16〜17および比較例8において、上記実施例1等における「芯抜け性の評価1」及び「芯抜け性の評価2」と同様の方法により評価した。
一方、比較例8の表面に炭化クロムを含有しない材質では、摩擦係数が0.7以上と高く、接触角が65°以下であった。また、芯抜け性の評価において、芯抜けの中心部が巻芯とともに突出するという不具合とアラミド層の一部が巻芯に付着していることが確認された。
2・・・巻芯の支持体部
3・・・巻芯のスリット部
Claims (10)
- 正極、少なくとも一方の表面層がアラミド樹脂を含む耐熱性多孔質層であるセパレータ、および負極を、水に対する接触角が90°以上である表面を有する巻芯により捲回して電池素子を作製する工程を有する非水系電解質電池の製造方法。
- 前記表面は、水に対する接触角が90°以上である材料を含み、
前記水に対する接触角が90°以上である材料が、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、無電解めっきにより金属とともに共析されたフッ素樹脂、窒化クロム、および炭化クロムから選ばれる少なくとも一種である請求項1に記載の非水系電解質電池の製造方法。 - 前記巻芯の表面は、前記セパレータの耐熱性多孔質層に対する摩擦係数が0.6以下である請求項1または請求項2に記載の非水系電解質電池の製造方法。
- 前記巻芯の表面は、下地材に、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、及びポリテトラフルオロエチレンから選ばれる少なくとも一種を含むコーティング液を塗布して形成されたものである請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の非水系電解質電池の製造方法。
- 前記巻芯の表面は、下地材に、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、及びポリテトラフルオロエチレンから選ばれる少なくとも一種を含む粉体塗料を塗布して形成されたものである請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の非水系電解質電池の製造方法。
- 前記巻芯の表面は、下地材に、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、及びポリテトラフルオロエチレンから選ばれる少なくとも一種を含むシートを付着させて形成されたものである請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の非水系電解質電池の製造方法。
- 前記巻芯の表面は、下地材に、炭化クロムをめっきして形成されたものである請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の非水系電解質電池の製造方法。
- 前記巻芯の表面は、下地材に、炭化クロムを溶射して形成されたものである請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の非水系電解質電池の製造方法。
- 正極、セパレータ、負極、および電解質を具備する非水系電解質電池の、前記正極、前記セパレータ、および前記負極を捲回して電池素子を製造する工程において用いられ、水に対する接触角が90°以上である表面を有する巻芯。
- 前記表面は、水に対する接触角が90°以上である材料を含む請求項9に記載の巻芯。
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