JP2017191772A - 多孔質セパレータ長尺、その捲回体、その製造方法及びリチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
Description
リチウムイオン二次電池、セパレータ、耐熱セパレータ、耐熱セパレータの製造方法、スリット装置について順に説明する。
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高く、それゆえ、現在、パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末等の機器、自動車、航空機等の移動体に用いる電池として、また、電力の安定供給に資する定置用電池として広く使用されている。
セパレータ12は、リチウムイオン二次電池1の正極であるカソード11と、その負極であるアノード13との間に、これらに挟持されるように配置される。セパレータ12は、カソード11とアノード13との間を分離しつつ、これらの間におけるリチウムイオンの移動を可能にする多孔質フィルムである。セパレータ12は、その材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを含む。
図3は、図1に示されるリチウムイオン二次電池1の他の構成を示す模式図であって、(a)は通常の構成を示し、(b)はリチウムイオン二次電池1が急激に昇温したときの様子を示す。
リチウムイオン二次電池1の耐熱セパレータの製造は特に限定されるものではなく、公知の方法を利用して行うことができる。以下では、多孔質フィルム5がその材料として主にポリエチレンを含む場合を仮定して説明する。しかし、多孔質フィルム5が他の材料を含む場合でも、同様の製造工程により、セパレータ12を製造できる。
耐熱セパレータまたは耐熱層を有しないセパレータ(以下「セパレータ」)は、リチウムイオン二次電池1などの応用製品に適した幅(以下「製品幅」)であることが好ましい。しかし、生産性を上げるために、セパレータは、その幅が製品幅以上となるように製造される。これをセパレータの原反という。このセパレータの原反を、一旦製造した後に、スリット装置においては、セパレータの原反の長手方向と厚み方向とに対し略垂直である方向の長さを意味する「セパレータの幅」を製品幅に切断(スリット)し、セパレータ長尺とする。
(スリット装置の構成)
図4の(a)は、シェアカット方式の切断装置7を備えたスリット装置6の構成を示す模式図であり、図4の(b)は、スリット装置6によって、セパレータ(多孔質セパレータ)の原反12Oが複数のセパレータ長尺(多孔質セパレータ長尺)12a・12bにスリットされる様子を示す図である。
図5の(a)は、図4に示されるスリット装置6に備えられたシェアカット方式の切断装置7を示す図であり、図5の(b)は、切断装置7に備えられたスリット部Sを示す図であり、図5の(c)は、切断装置7に備えられたスリット部Sによってセパレータの原反12Oがスリットされる様子を示す図である。
第1巻取ローラー70U(捲回部)には、4つの奇数番目のセパレータ長尺12aの数に応じて、4つのコアuが着脱可能に取り付けられている。同様に、第2巻取ローラー70L(捲回部)には、3つの偶数番目のセパレータ長尺12bの数に応じて、3つのコアlが着脱可能に取り付けられている。
図4の(a)に示されるスリット装置6に備えられた第1タッチローラー81U及び第2タッチローラー81Lは、それぞれ第1アーム82U及び第2アーム82Lの一端に回転可能に設けられる(固定される)。第1アーム82U及び第2アーム82Lは、それぞれ他端にある回転軸84U、84L(シャフト)を中心として回動可能である(図4の(a)中の矢印の方向に回動可能である)。第1捲回補助ローラー83Uは、第1タッチローラー81Uと第1アーム82Uの回転軸84Uとの間に配置され、第1アーム82Uに回転可能に固定される。第2捲回補助ローラー83Lは、第2タッチローラー81Lと第2アーム82Lの回転軸84Lとの間に配置され、第2アーム82Lに回転可能に固定される。
図6は、セパレータの原反12Oからスリットされたセパレータ長尺12a・12bの左右端部の形状を示す図である。
以下、図9及び図10に基づいて、第1側面及び第2側面における電解液の注入特性について説明する。
なお、上記空隙率は、以下の式(2)で計算した。
そして、試験片12g・12hにエタノールを含浸させた後には、試験片12g・12hが有する第1側面12c’または第2側面12d’が上になるようにして、ストロー15を電子天秤14上に垂直に立てて載せ、電子天秤14のゼロ点を合わせて5分間静置した。
本発明の態様1に係る多孔質セパレータ長尺は、多孔質セパレータの原反が、上記原反の長手方向に沿って、スリットされた多孔質セパレータ長尺であって、互いに異なる方向に回転可能な上刃と下刃とを備え、上記上刃が、上記長手方向と直交する横断方向において互いに隣接する上記下刃間に形成された空間部において、上記隣接する下刃の一方に接触する、第1及び第2スリット部によって、スリットされた上記多孔質セパレータ長尺は、上記横断方向において互いに対向する第1側面と第2側面とを備えており、上記第1側面は、上記第1及び第2スリット部の一方において、上記上刃と上記空間部とによって形成される側面であり、上記第2側面は、上記第1及び第2スリット部の他方において、上記上刃と上記上刃が接触する下刃とによって形成される側面であることを特徴としている。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
4 耐熱層(多孔質耐熱層)
5 多孔質フィルム(多孔質フィルム層)
6 スリット装置
7 切断装置
12 セパレータ
12a セパレータ長尺
12b セパレータ長尺
12a’ セパレータ長尺
12b’ セパレータ長尺
12c 右側端部、上側端部(第1側面)
12d 左側端部、下側端部(第2側面)
12c’ 右側端部、上側端部(第1側面)
12d’ 左側端部、下側端部(第2側面)
12U セパレータ捲回体
12L セパレータ捲回体
12U’ セパレータ捲回体
12L’ セパレータ捲回体
12O セパレータの原反
66 下側の軸
66a 下刃
66b 空間部
67 上側の軸
67a 上刃
67b 平坦部
67c 傾斜部
l コア
u コア
MD セパレータ長尺またはセパレータの原反の長手方向
TD セパレータ長尺またはセパレータの原反の横断方向
S スリット部
A面 多孔質フィルムの耐熱層と接する面と対向する表面(第1面)
B面 耐熱層の多孔質フィルムと接する面と対向する表面(第2面)
Claims (9)
- 切断側面であるとともに、長手方向と直交する横断方向において互いに対向する第1側面と第2側面とを備えた多孔質セパレータ長尺であって、前記第1側面の吸液性が前記第2側面の吸液性よりも大きいことを特徴とする多孔質セパレータ長尺。
- 前記吸液性の小さな第2側面の保液性が、前記吸液性の大きな第1側面の保液性よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の多孔質セパレータ長尺。
- 上部が開いた筒状容器に格納しエタノールを含浸させたときに、前記第2側面が上になるようにしたときの重量減少量の平均値が、前記第1側面が上になるようにしたときの重量減少量の平均値よりも小さいことを特徴とする請求項2記載の多孔質セパレータ長尺。
- 前記第1側面は傾斜を有する平面からなり、前記第2側面は湾曲面からなることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の多孔質セパレータ長尺。
- 厚さ方向において、互いに対向する第1面と第2面とを有し、
前記第1面の前記横断方向の幅は、前記第2面の前記横断方向の幅より小さいことを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の多孔質セパレータ長尺。 - 前記第2側面は、前記第2面側に突出していることを特徴とする請求項5に記載の多孔質セパレータ長尺。
- 前記第1面は、多孔質フィルム層の表面であり、
前記第2面は、多孔質耐熱層の表面であることを特徴とする請求項5または6に記載の多孔質セパレータ長尺。 - 切断によって受けたダメージにより、前記第1側面の吸液性が前記第2側面の吸液性よりも大きいことを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の多孔質セパレータ長尺。
- 前記請求項1から8の何れか1項に記載の多孔質セパレータ長尺を、コアに捲回したことを特徴とする多孔質セパレータ捲回体。
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