JP2018010858A - Separator winding core, separator wound body, and method of manufacturing separator wound body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は非水電解液二次電池用のセパレータを捲回する際に用いられるセパレータ巻芯、およびセパレータがセパレータ巻芯に捲回されてなるセパレータ捲回体、ならびにセパレータ捲回体の製造方法に関する。 The present invention relates to a separator core used when winding a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a separator wound body in which the separator is wound around the separator core, and a method for manufacturing the separator wound body About.
特許文献1では、ローラー等の運搬系によって運搬されながら、連続して製造される非水電解液二次電池用のセパレータにおいて、製造されたセパレータが製品として供給される際に捲回されるセパレータ巻芯(以下、「コア」ともいう)に関する形状の一例が挙げられている。
In
特許文献1で開示されるコアは、セパレータが捲回される外側円筒部材と、軸を嵌める軸受として機能する内側円筒部材と、外側円筒部材および内側円筒部材と繋がる支持部材(以下、「リブ」ともいう)を有し、製造されたセパレータは外側円筒部材に捲回された捲回体として供給される。
The core disclosed in
上述のコアは、外周表面が他のコアや地面等との接触等によって損傷すると、その外周表面に捲回されるセパレータの損傷の遠因となる。このため、コアの保管の際には、コアの外側円筒部材の外周表面が、他のコアや地面等に接触をしないように保管することが求められる。 When the outer peripheral surface is damaged by contact with other cores, the ground, or the like, the above-described core becomes a cause of damage to the separator wound around the outer peripheral surface. For this reason, when storing the core, it is required that the outer peripheral surface of the outer cylindrical member of the core be stored such that it does not come into contact with another core, the ground, or the like.
コアの外周表面が、他のコアや地面等に接触をしないように保管する方法として、コアの側面が上下方向となるように、コアを積み上げて保管する方法が挙げられる。 As a method for storing the core so that the outer peripheral surface thereof does not come into contact with another core, the ground, or the like, a method for stacking and storing the core so that the side surface of the core is in the vertical direction can be mentioned.
また、製造されたセパレータをコアに捲回し、セパレータ捲回体として保管をすることで、セパレータの保管が可能である。この場合も、通常、セパレータ幅はコア幅に比べて狭いので、セパレータが他のコア、他のセパレータ、および地面等に接触しないよう、セパレータ捲回体の側面が上下方向となるように、セパレータ捲回体を積み上げて保管する方法が挙げられる。 Moreover, the separator can be stored by winding the manufactured separator on a core and storing it as a separator winding body. Also in this case, since the separator width is usually narrower than the core width, the separator roll body has a side face in the vertical direction so that the separator does not come into contact with other cores, other separators, and the ground. A method of stacking and storing wound bodies is mentioned.
しかしながら、積み上げられたコアに、誤って人の手等が衝突する、あるいは、積み上げられたコアを運搬するなど、コアに衝撃や振動が発生する状況が想定される。上述の保管方法では、コアの側表面の摩擦力が小さい場合、衝撃や振動が発生することで、コアが滑り、積み上げたコアが崩れる等の問題が考えられる。同様の問題は、セパレータ捲回体を積み上げて保管した場合でも発生し得る。 However, it is assumed that a human hand or the like accidentally collides with the stacked core, or that the core is subjected to an impact or vibration, such as transporting the stacked core. In the above storage method, when the frictional force on the side surface of the core is small, there may be a problem that the core slides and the stacked core collapses due to the occurrence of impact or vibration. Similar problems can occur even when separator rolls are stacked and stored.
特許文献1においては、コアおよびセパレータ捲回体の保管方法や側面の摩擦力に関して明記が無く、同様の問題が想定される。
In
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、側面の摩擦力が大きく、衝撃による滑り等が抑制されることにより、取り扱いが容易なセパレータ巻芯、およびセパレータ捲回体を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a separator core that is easy to handle by a large frictional force on the side surface and prevents slipping due to impact, and the like. It is to realize the revolution.
上記の課題を解決するために、本発明に係るセパレータ巻芯は、非水電解液二次電池用のセパレータが捲回されるセパレータ巻芯であって、上記セパレータ巻芯において、上記セパレータが捲回されない面である側面の少なくとも1つの面の算術平均粗さが、0.16μm以上であることを特徴とする。上記構成によれば、側面の摩擦力が大きいため、滑りやずれが抑制され、取り扱いが容易であるセパレータ巻芯を提供できる。 In order to solve the above problems, a separator core according to the present invention is a separator core around which a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is wound, and the separator core The arithmetic average roughness of at least one of the side surfaces that are not rotated is 0.16 μm or more. According to the above configuration, since the frictional force on the side surface is large, it is possible to provide a separator core that can be prevented from slipping and slipping and is easy to handle.
上記構成において、上記表面粗さの平均値が、3μm以下であってもよい。上記構成によれば、上述の長所を維持したまま、容易に洗浄を行えるセパレータ巻芯を提供できる。 In the above configuration, the average value of the surface roughness may be 3 μm or less. According to the said structure, the separator core which can be wash | cleaned easily can be provided, maintaining the above-mentioned advantage.
上記構成において、上記表面粗さの平均値が、0.9μm以下であってもよい。上記構成によれば、上述の長所を維持したまま、さらに容易に洗浄を行えるセパレータ巻芯を提供できる。 The said structure WHEREIN: 0.9 micrometer or less may be sufficient as the average value of the said surface roughness. According to the said structure, the separator core which can wash | clean more easily can be provided, maintaining the above-mentioned advantage.
上記構成において、上記セパレータ巻芯は、上記側面を上下方向として、少なくとも2つを積み上げることができてもよい。上記構成によれば、セパレータ巻芯を積み上げて保管することができる。 The said structure WHEREIN: The said separator core may be able to pile up at least 2 by making the said side surface into an up-down direction. According to the said structure, a separator core can be piled up and stored.
上記構成において、材質に、ABS樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、及び塩化ビニール樹脂のいずれかを含んでよい。上記構成によれば、金型を利用した樹脂成型によってセパレータ巻芯を製造することができる。 In the above configuration, the material may include any of ABS resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, polyester resin, and vinyl chloride resin. According to the said structure, a separator core can be manufactured by resin molding using a metal mold | die.
また、本発明に係るセパレータ捲回体は、上記セパレータ巻芯に上記セパレータが捲回されてなることを特徴とする。上記構成によれば、保管が容易なセパレータ捲回体、およびセパレータ捲回体に捲回されたセパレータを提供できる。 Moreover, the separator wound body according to the present invention is characterized in that the separator is wound around the separator core. According to the above configuration, it is possible to provide a separator wound body that can be easily stored and a separator wound around the separator wound body.
また、本発明に係るセパレータ捲回体の製造方法は、セパレータ巻芯に非水電解液二次電池用のセパレータが捲回されてなるセパレータ捲回体の製造方法であって、上記セパレータを製造するセパレータ製造工程と、上記セパレータ巻芯において、上記セパレータが捲回されない面である側面の少なくとも1つの面の算術平均粗さが、0.16μm以上である上記セパレータ巻芯に上記セパレータを捲回する捲回工程とを有することを特徴とする。 The separator winding body manufacturing method according to the present invention is a separator winding body manufacturing method in which a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is wound around a separator core, and the separator is manufactured. In the separator manufacturing process, and in the separator core, the separator is wound around the separator core having an arithmetic average roughness of at least one side of the side surface, which is a surface on which the separator is not wound, of 0.16 μm or more. And a winding step.
上記製造方法において、上記算術平均粗さが、3μm以下であってもよい。 In the manufacturing method, the arithmetic average roughness may be 3 μm or less.
上記製造方法において、上記算術平均粗さが、0.9μm以下であってもよい。 In the manufacturing method, the arithmetic average roughness may be 0.9 μm or less.
本発明は、側面を上下方向に積み上げても崩れにくく、保管時の取り扱いが容易なセパレータ巻芯およびセパレータ捲回体を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a separator core and a separator wound body that are not easily collapsed even when the side surfaces are stacked in the vertical direction and are easy to handle during storage.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜7に基づいて詳細に説明する。以下では、本発明に係るセパレータフィルム巻芯(コア)に捲回される電池用セパレータフィルムの一例として、リチウムイオン二次電池などの電池用の耐熱セパレータについて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Below, the heat-resistant separator for batteries, such as a lithium ion secondary battery, is demonstrated as an example of the battery separator film wound by the separator film core (core) based on this invention.
<リチウムイオン二次電池の構成>
まず、リチウムイオン二次電池について、図1から図3に基づいて説明する。
<Configuration of lithium ion secondary battery>
First, a lithium ion secondary battery will be described with reference to FIGS.
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。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries have high energy density, and are therefore currently used for mobile devices such as personal computers, mobile phones, personal digital assistants, automobiles, airplanes, etc. As a battery, it is widely used as a stationary battery that contributes to the stable supply of electric power.
図1は、リチウムイオン二次電池1の断面構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of a lithium ion
図1に示されるように、リチウムイオン二次電池1は、カソード11と、セパレータ12と、アノード13とを備える。リチウムイオン二次電池1の外部において、カソード11とアノード13との間に、外部機器2が接続される。そして、リチウムイオン二次電池1の充電時には方向Aへ、放電時には方向Bへ、電子が移動する。
As shown in FIG. 1, the lithium ion
<セパレータ>
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。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などが用いられる。
<Separator>
The
図2は、図1に示されるリチウムイオン二次電池1の各状態における様子を示す模式図である。図2の(a)は通常の様子を示し、(b)はリチウムイオン二次電池1が昇温したときの様子を示し、(c)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。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the state of each state of the lithium ion
図2の(a)に示されるように、セパレータ12には、多数の孔Pが設けられている。通常、リチウムイオン二次電池1のリチウムイオン3は、孔Pを介し往来できる。
As shown in FIG. 2A, the
ここで、例えば、リチウムイオン二次電池1の過充電、または、外部機器の短絡に起因する大電流等により、リチウムイオン二次電池1は、昇温することがある。この場合、図2の(b)に示されるように、セパレータ12が融解または柔軟化し、孔Pが閉塞する。そして、セパレータ12は収縮する。これにより、リチウムイオン3の往来が停止するため、上述の昇温も停止する。
Here, for example, the lithium ion
しかし、リチウムイオン二次電池1が急激に昇温する場合、セパレータ12は、急激に収縮する。この場合、図2の(c)に示されるように、セパレータ12は、破壊されることがある。そして、リチウムイオン3が、破壊されたセパレータ12から漏れ出すため、リチウムイオン3の往来は停止しない。ゆえに、昇温は継続する。
However, when the lithium ion
<耐熱セパレータ>
図3は、他の構成のリチウムイオン二次電池1の各状態における様子を示す模式図である。図3の(a)は通常の様子を示し、(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。
<Heat-resistant separator>
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state of each state of the lithium ion
図3の(a)に示されるように、リチウムイオン二次電池1は、耐熱層4をさらに備えてよい。この耐熱層4は、セパレータ12に設けることができる。図3の(a)は、セパレータ12に、機能層としての耐熱層4が設けられた構成を示している。以下、セパレータ12に耐熱層4が設けられたフィルムを、機能層付セパレータの一例として、耐熱セパレータ12aとする。また、機能層付セパレータにおけるセパレータ12を、機能層に対して基材とする。
As shown in FIG. 3A, the lithium ion
図3の(a)に示す構成では、耐熱層4は、セパレータ12のカソード11側の片面に積層されている。なお、耐熱層4は、セパレータ12のアノード13側の片面に積層されてもよいし、セパレータ12の両面に積層されてもよい。そして、耐熱層4にも、孔Pと同様の孔が設けられている。通常、リチウムイオン3は、孔Pと耐熱層4の孔とを介し往来する。耐熱層4は、その材料として、例えば全芳香族ポリアミド(アラミド樹脂)を含む。
In the configuration shown in FIG. 3A, the heat-
図3の(b)に示されるように、リチウムイオン二次電池1が急激に昇温し、セパレータ12が融解または柔軟化しても、耐熱層4がセパレータ12を補助しているため、セパレータ12の形状は維持される。ゆえに、セパレータ12が融解または柔軟化し、孔Pが閉塞するにとどまる。これにより、リチウムイオン3の往来が停止するため、上述の過放
電または過充電も停止する。このように、セパレータ12の破壊が抑制される。
As shown in FIG. 3B, even when the lithium ion
<セパレータ・耐熱セパレータの製造工程>
リチウムイオン二次電池1のセパレータ及び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、セパレータ(耐熱セパレータ)の原料である多孔質フィルム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(耐熱セパレータ)を製造できる。
<Manufacturing process of separator / heat-resistant separator>
The production of the separator and the heat-resistant separator of the lithium ion
例えば、熱可塑性樹脂に無機充填剤又は可塑剤を加えてフィルム成形した後、該無機充填剤及び該可塑剤を適当な溶媒で洗浄除去する方法が挙げられる。例えば、多孔質フィルムが、超高分子量ポリエチレンを含むポリエチレン樹脂から形成されてなるポリオレフィンセパレータである場合には、以下に示すような方法により製造することができる。 For example, after adding an inorganic filler or a plasticizer to a thermoplastic resin to form a film, the inorganic filler and the plasticizer are washed and removed with an appropriate solvent. For example, when the porous film is a polyolefin separator formed from a polyethylene resin containing ultra-high molecular weight polyethylene, it can be produced by the following method.
この方法は、(1)超高分子量ポリエチレンと、無機充填剤(例えば、炭酸カルシウム、シリカ)、又は可塑剤(例えば、低分子量ポリオレフィン、流動パラフィン)とを混練してポリエチレン樹脂組成物を得る混練工程、(2)ポリエチレン樹脂組成物を用いてフィルムを成形する圧延工程、(3)工程(2)で得られたフィルム中から無機充填剤又は可塑剤を除去する除去工程、及び、(4)工程(3)で得られたフィルムを延伸して多孔質フィルムを得る延伸工程を含む。なお、前記工程(4)を、前記工程(2)と(3)との間で行なうこともできる。 This method is (1) kneading to obtain a polyethylene resin composition by kneading ultrahigh molecular weight polyethylene and an inorganic filler (for example, calcium carbonate, silica) or a plasticizer (for example, low molecular weight polyolefin, liquid paraffin). A step, (2) a rolling step of forming a film using the polyethylene resin composition, (3) a removal step of removing the inorganic filler or plasticizer from the film obtained in step (2), and (4) It includes a stretching step of stretching the film obtained in step (3) to obtain a porous film. In addition, the said process (4) can also be performed between the said processes (2) and (3).
除去工程によって、フィルム中に多数の微細孔が設けられる。延伸工程によって延伸されたフィルムの微細孔は、上述の孔Pとなる。これにより、所定の厚さと透気度とを有するポリエチレン微多孔膜である多孔質フィルム(セパレータ12)が得られる。 The removal step provides a large number of micropores in the film. The micropores of the film stretched by the stretching process become the above-described holes P. Thereby, a porous film (separator 12) which is a polyethylene microporous film having a predetermined thickness and air permeability is obtained.
なお、混練工程において、超高分子量ポリエチレン100重量部と、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィン5〜200重量部と、無機充填剤100〜400重量部とを混練してもよい。 In the kneading step, 100 parts by weight of ultra high molecular weight polyethylene, 5 to 200 parts by weight of a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 10,000 or less, and 100 to 400 parts by weight of an inorganic filler may be kneaded.
その後、塗工工程において、多孔質フィルムの表面に耐熱層4を形成する。例えば、多孔質フィルムに、アラミド/NMP(N−メチル−ピロリドン)溶液(塗工液)を塗布し、アラミド耐熱層である耐熱層4を形成する。耐熱層4は、多孔質フィルムの片面だけに設けられても、両面に設けられてもよい。また、耐熱層4として、アルミナ/カルボキシメチルセルロース等のフィラーを含む混合液を塗工してもよい。
Thereafter, in the coating process, the heat-
また、塗工工程において、多孔質フィルムの表面に、ポリフッ化ビニリデン/ジメチルアセトアミド溶液(塗工液)を塗布(塗布工程)し、それを析出(析出工程)させることにより多孔質フィルムの表面に接着層を形成することもできる。接着層は、多孔質フィルムの片面だけに設けられても、両面に設けられてもよい。 In the coating process, a polyvinylidene fluoride / dimethylacetamide solution (coating solution) is applied (coating process) to the surface of the porous film, and then precipitated (precipitation process). An adhesive layer can also be formed. The adhesive layer may be provided only on one side of the porous film or on both sides.
塗工液を多孔質フィルムに塗工する方法は、均一にウェットコーティングできる方法であれば特に制限はなく、従来公知の方法を採用することができる。例えば、キャピラリーコート法、スピンコート法、スリットダイコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、バーコーター法、グラビアコーター法、ダイコーター法などを採用することができる。耐熱層4の厚さは塗工ウェット膜の厚み、塗工液中の固形分濃度によって制御することができる。
The method for applying the coating solution to the porous film is not particularly limited as long as it can uniformly wet coat, and a conventionally known method can be adopted. For example, a capillary coating method, a spin coating method, a slit die coating method, a spray coating method, a dip coating method, a roll coating method, a screen printing method, a flexographic printing method, a bar coater method, a gravure coater method, a die coater method, etc. Can do. The thickness of the heat-
なお、塗工する際にポリオレフィン基材多孔質フィルムを固定あるいは搬送する支持体としては、樹脂製のフィルム、金属製のベルト、ドラム等を用いることができる。 A resin film, a metal belt, a drum, or the like can be used as a support for fixing or conveying the polyolefin-based porous film during coating.
以上のように、多孔質フィルムに耐熱層4が積層されたセパレータ12(耐熱セパレータ)を製造できる。製造されたセパレータは、円筒形状のコアに巻き取られる。なお、以上の製造方法で製造される対象は、耐熱セパレータに限定されない。この製造方法は、塗工工程を含まなくてもよい。この場合、製造される対象は、耐熱層を有しないセパレータである。
As described above, the separator 12 (heat resistant separator) in which the heat
<スリット装置>
耐熱セパレータ又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。そして、一旦製造された後に、セパレータは、製品幅に切断(スリット)される。
<Slit device>
The heat-resistant separator or the separator having no heat-resistant layer (hereinafter referred to as “separator”) preferably has a width (hereinafter referred to as “product width”) suitable for application products such as the lithium ion
なお、「セパレータの幅」とは、セパレータが延びる平面に対し平行であり、かつ、セパレータの長手方向に対し垂直である方向の、セパレータの長さを意味する。以下では、スリットされる前の幅広のセパレータを「原反」と称し、スリットされたセパレータを特に「スリットセパレータ」と称する。また、スリットとは、セパレータを長手方向(製造におけるフィルムの流れ方向、MD:Machine direction)に沿って切断することを意味し、カットとは、セパレータを横断方向(TD:transverse direction)に沿って切断することを意味する。横断方向(TD)とは、セパレータが延びる平面に対し平行であり、かつ、セパレータの長手方向(MD)に対し略垂直である方向を意味する。 The “separator width” means the length of the separator in the direction parallel to the plane in which the separator extends and perpendicular to the longitudinal direction of the separator. Hereinafter, the wide separator before being slit is referred to as “original fabric”, and the slit separator is particularly referred to as “slit separator”. The slit means that the separator is cut along the longitudinal direction (film flow direction in manufacturing, MD: Machine direction), and the cut means that the separator is cut along the transverse direction (TD). Means to cut. The transverse direction (TD) means a direction parallel to the plane in which the separator extends and substantially perpendicular to the longitudinal direction (MD) of the separator.
図4は、セパレータをスリットするスリット装置6の構成を示す模式図であって、(a)は全体の構成を示し、(b)は原反をスリットする前後の構成を示す。
4A and 4B are schematic views showing the configuration of the
図4の(a)に示されるように、スリット装置6は、回転可能に支持された円柱形状の、巻出ローラー61と、ローラー62〜69と、複数の巻取ローラー70U・70Lとを備える。
As shown in FIG. 4A, the
<スリット前>
スリット装置6では、原反を巻きつけた円筒形状のコアcが、巻出ローラー61に嵌められている。図4の(b)に示されるように、原反は、コアcから経路U又はLへ巻き出される。巻き出された原反は、ローラー63〜67を経由し、ローラー68へ搬送される。搬送される工程において原反は、複数のセパレータにスリットされる。なお、原反を所望の軌道で搬送するために、ローラー62〜69の数及び配置を変更してもよい。
<Before slit>
In the
<スリット後>
図4の(b)に示されるように、複数のスリットセパレータの一部は、それぞれ、巻取ローラー70Uに嵌められた円筒形状の各コアuへ巻き取られる。また、複数のスリットセパレータの他の一部は、それぞれ、巻取ローラー70Lに嵌められた円筒形状の各コアl(セパレータ巻芯)へ巻き取られる。なお、ロール状に巻き取られたスリットセパレータ及びコアu・lの一体物を「捲回体(セパレータ捲回体)」と称する。
<After slit>
As shown in (b) of FIG. 4, some of the plurality of slit separators are respectively wound around cylindrical cores u fitted to the winding
<セパレータ巻芯およびセパレータ捲回体>
図5はコアおよびコアにセパレータを捲回した捲回体の正面図である。
<Separator core and separator wound body>
FIG. 5 is a front view of a core and a wound body in which a separator is wound around the core.
図5(a)に示すコア100の内側円筒部材102に巻取ローラー等の軸を嵌め、コア100を回転させながら、一定の張力でセパレータ12を外側円筒部材101に捲きつけることで、図5(b)に示す捲回体110を製造できる。
A shaft such as a winding roller is fitted to the inner
上述のコア100は、例えば、図4に示されたスリット装置4のコアu、lに適応できる。すなわち、コア100を用いたセパレータ12の捲回は、上述した方法と同様に行うことが可能である。
The above-described
<コアの構造>
図5(a)に示すコア100は、外側円筒部材101、内側円筒部材102、および複数のリブ103を備える。外側円筒部材101は、セパレータ12が捲回されるコア100の外周面を規定する。内側円筒部材102は、外側円筒部材101の内側に設けられ、コアを回転させる巻取ローラー等の軸が嵌まる軸受として機能する。リブ103は、外側円筒部材101と内側円筒部材102との間に径方向に延び、両者と繋がる支持部材である。
<Core structure>
A core 100 shown in FIG. 5A includes an outer
本実施形態では、リブ103は互いに均等に間隔をあけ、円周を8等分した位置に、外側円筒部材101と内側円筒部材102に垂直になるように、それぞれ配置されている。しかし、リブの個数や配置の間隔についてはこれに限られない。
In the present embodiment, the
また、外側円筒部材101と内側円筒部材102の円周中心は略一致していることが好ましいが、これに限られない。さらに、外側円筒部材101および内側円筒部材102の厚みや、外周面の幅、および半径等の寸法は、製造するセパレータの種類等に応じて適宜設計が可能である。
Further, it is preferable that the circumferential centers of the outer
コア100の質量は、通常、250g〜800gである。
The mass of the
コア100のセパレータ12が捲回されない側面の面積は、通常、10cm2〜80cm2である。
Side area of the
また、捲回体110の質量は、通常、400g〜6000gである。
Moreover, the mass of the
コア100の材質は、ABS樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、及び塩化ビニール樹脂のいずれかを含む樹脂を好適に採用できる。これによりコア100を、金型を利用した樹脂成型により製造することが可能となる。
As the material of the
<コアの積み上げ>
図6は、コア100を積み上げた様子を表した図である。
<Stacking of cores>
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the
セパレータ12が捲回される外側円筒部材101の外周面が、地面との接触等によって傷が付くと、傷によって捲回されたセパレータ12が損傷する原因となる。また、傷に異物が堆積する場合もあり、捲回されるセパレータ12に堆積した異物が付着し、セパレータ12が不良となる遠因にもなり得る。
If the outer peripheral surface of the outer
このため、コアの保管の際は、外側円筒部材101の外周面を地面等とできるだけ接触させないことが要求される。
For this reason, when storing the core, it is required that the outer peripheral surface of the outer
図6のように、コア100のセパレータ12が捲回されない側面を上下方向として、複数のコア100を積み上げて保管することで、外側円筒部材101の外周面を地面と接触させることなく、保管を行うことができる。
As shown in FIG. 6, the plurality of
図6では、3つのコア100が積み上げられているが、少なくとも2つを積み上げることができればよい。また、4つ以上のコアを積み上げて保管することも可能である。
In FIG. 6, three
しかし、実際の保管時には、積み上げられたコア100に人や物が誤って接触することが考えられる。また、積み上げたコア100をまとめて運搬する際に、コア100に振動が発生することも想定される。
However, at the time of actual storage, it is conceivable that a person or an object accidentally contacts the
このように、積み上げたコア100に衝撃や振動等が生じた場合、積み上げられたコア100の側面同士の摩擦力が小さいと、コア100が大きくずれることで、積み上げられたコア100が崩れることが考えられる。
As described above, when an impact, vibration, or the like occurs in the stacked
<コアの固定方法>
積み上げられたコア100が崩れないように固定する方法の例として、図7(a)に示すような、円筒の平面の略中心に、略垂直の長い円筒形状の軸を有する台座120を用いる方法が考えられる。
<Fixing method of core>
As an example of a method of fixing the
台座120の軸の径は、コア100の内側円筒部材102の内径よりも少し小さい。図7(b)のように、台座120の軸にコア100の内側円筒部材102の穴を通して、コア100を積み上げることで、コア100を固定することができる。
The diameter of the shaft of the
しかしながら、台座120を使用してコア100を保管する場合、コア100を台座に積み上げるとき、コア100を台座120の軸の上から下まで大きく動かす必要がある。逆に、台座120からコア100を取り出すときにも、コア100を台座120の軸の下から上まで大きく動かす必要がある。このため、コア100の取り扱いに時間や労力がかかり、作業の非効率化の原因となる。
However, when the
また、コア100を台座120に積み上げる、もしくは台座120から取り出す時に、台座120の軸と内側円筒部材102の内周面が擦れることがある。これにより、内側円筒部材102にも傷が付き、異物等が傷に堆積しセパレータ12に付着する等、セパレータ12の不良の遠因となり得る。
Further, when the
<側面の表面粗さ>
上記の問題点から、台座120のような固定具を必要とせず、積み上げたコア100のずれを防ぐことが要求される。この問題を解決する方法として、コア100の側面の摩擦力を向上させ、コア100同士のずれを低減する方法が考えられる。
<Surface roughness of the side>
From the above problems, it is required to prevent the
コア100の側面同士の摩擦力が十分に大きい場合、積み上げられたコア100にある程度の外力が生じても、コア100のずれが生じないことで、コア100が崩れないようにすることができる。
When the frictional force between the side surfaces of the
発明者は、コア100同士の摩擦力を向上させる方法として、コア100の側面における表面粗さを向上させることに着目した。
The inventor has focused on improving the surface roughness on the side surfaces of the
表面粗さの基準として、例えば、表面の平均高さを基準とした表面の凹凸の大きさの絶対値の、単位面積あたりの大きさを表す、算術平均粗さを採用できる。この算術平均粗さが大きい面同士の摩擦力は、大きくなる傾向にある。但し、算術平均粗さが大きすぎると点接触に近くなるため、むしろ小さくなる場合がある。したがって、コア100の側面の摩擦力を向上させるという観点においては、コア100の側面における算術平均粗さは10μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましい。
As a reference for the surface roughness, for example, an arithmetic average roughness that represents the size per unit area of the absolute value of the unevenness of the surface based on the average height of the surface can be employed. The frictional force between the surfaces having a large arithmetic average roughness tends to increase. However, if the arithmetic average roughness is too large, it becomes close to point contact and may be rather small. Therefore, from the viewpoint of improving the frictional force on the side surface of the
コア100の側面における算術平均粗さは、コア100の両側面において上述の範囲内であることがより好ましい。
The arithmetic average roughness on the side surface of the
コア100の側面の算術平均粗さは、セパレータ巻芯の表面をブラスト処理等によって粗化する、または、研磨等によって平滑化することによって調整することができる。また、セパレータ巻芯の製造に使用する金型自体を加工して、コア100の側面の算術平均粗さを調整することもできる。 The arithmetic average roughness of the side surface of the core 100 can be adjusted by roughening the surface of the separator core by blasting or the like, or smoothing by polishing or the like. In addition, the arithmetic average roughness of the side surface of the core 100 can be adjusted by processing the mold itself used for manufacturing the separator core.
<洗浄容易性>
しかし、算術平均粗さが非常に大きい面は、細かな異物が付着した場合、洗浄が困難となる問題を有する。
<Ease of cleaning>
However, a surface having a very large arithmetic average roughness has a problem that it is difficult to clean when a fine foreign matter adheres.
実際には、電池製造工程において、捲回体110からセパレータ12が捲き出された後、コア100を洗浄して新たなセパレータ12を捲回することで、コア100の再利用が可能となる。この洗浄の際には、コア100に付着している異物を取り除く必要がある。コア100に残留した異物がセパレータ12に付着することで、不良となることを避けるためである。
Actually, in the battery manufacturing process, after the
このとき、コア100の側面が必要以上に大きな平均粗さを有すると、洗浄工程において異物を十分に除去することができず、コア100の再利用ができない虞がある。また、異物を除去できたとしても、洗浄に時間がかかると、再利用のための工程が長期化する問題も生じる。
At this time, if the side surface of the
以上より、コア100の側面は、側面同士の摩擦力と洗浄容易性の両方を兼ね備えるため、適度な表面粗さを有することが求められることを、発明者は見出した。
As described above, the inventor has found that the side surface of the
なお、コア100の側面粗さが上記範囲であると、コア100にセパレータ12を捲回した捲回体110においても、捲回体110を積み上げた際に捲回体110同士がずれにくいという点で有利である。前記効果を発現させるためには、上記範囲の側面粗さを有するコア100の厚み方向長さよりも狭い幅を有するセパレータ12を、コア100に捲回して捲回体110とすればよい。
In addition, when the side surface roughness of the
コア100は、捲回体110において、コア100に捲回されたセパレータ12の側面の少なくとも片側から突き出していればよい。捲回されたセパレータ12の側面からコア100が突きだす長さは、セパレータ12へのダメージを防ぐ観点から、1mm以上であることが好ましい。
The
<コアの測定実験>
以上を踏まえ、発明者は、異なる表面粗さを有するコア100に対して、摩擦力、および洗浄容易性を検証する実験を行った。
<Core measurement experiment>
Based on the above, the inventor conducted an experiment to verify the frictional force and the ease of cleaning with respect to the
初めに、コア100と同様の形状を有するコアAを複数用意し、側面の算術平均粗さを測定した。なお、複数のコアAの構成および物性は略同一である。
First, a plurality of cores A having the same shape as the
具体的には、複数のコアAに対し、それぞれの側面の算術平均粗さを測定した。表面粗度測定装置として、「ハンディサーフE−35A」(株式会社東京精密社製)を用いた。測定ヘッドの触針先端は、60°円錐形である。この触針先端の先端半径は、2μmである。本実施形態において、表面粗度測定装置の測定力を0.75mNに、測定速度を0.5mm/sに、評価長さを4.0mmに、カットオフ値を0.8mmに設定した。コア100の側面の粗さは略均等に存在しているとみなせるため、側面の異なる10か所について測定した算術平均粗さの平均値を、そのコアの側面における算術平均粗さとした。
Specifically, the arithmetic average roughness of each side surface was measured for a plurality of cores A. As the surface roughness measuring device, “Handy Surf E-35A” (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.) was used. The stylus tip of the measuring head has a 60 ° conical shape. The tip radius of the stylus tip is 2 μm. In the present embodiment, the measurement force of the surface roughness measuring device was set to 0.75 mN, the measurement speed was set to 0.5 mm / s, the evaluation length was set to 4.0 mm, and the cutoff value was set to 0.8 mm. Since it can be considered that the roughness of the side surface of the
次に、コアAの側面の摩擦力を測定するための実験を行った。 Next, an experiment for measuring the frictional force on the side surface of the core A was performed.
始めに、図5の(a)に示すような、外側円筒の外径が6インチ、内側円筒部材の内径が3インチ、厚みが65mm、円周を8等分した位置に8本のリブを有した、側面の面積が41cm2であり、重さが0.36kgであるコアAの外側円筒部材101の外周面に、60mm幅のセパレータ12をコアAの外周面中央部分に捲回して、1.25kgの捲回体Aを作成した。次に、滑り止めゴムマットを敷いた水平な台車の上に、作成した捲回体Aを、コアAが平面視で重なるように2個積み上げた。その後、平坦な道で台車を30m/分の等速で5m搬送した後、急停止した。
First, as shown in FIG. 5 (a), the outer cylinder has an outer diameter of 6 inches, the inner cylindrical member has an inner diameter of 3 inches, a thickness of 65 mm, and eight ribs at positions where the circumference is divided into eight equal parts. On the outer peripheral surface of the outer
急停止によって生じた捲回体A同士のずれの内、もっとも大きいずれを測定し、摩擦力の評価を行った。評価は、ずれが2mm未満ならば○、2mm以上5mm未満ならば△、5mm以上ならば×とした。 The largest of the deviations between the wound bodies A caused by the sudden stop was measured, and the frictional force was evaluated. The evaluation was ◯ if the deviation was less than 2 mm, Δ if it was 2 mm or more and less than 5 mm, and x if it was 5 mm or more.
最後に、コアAの側面の洗浄容易性を検証するための実験を行った。 Finally, an experiment was conducted to verify the ease of cleaning of the side surface of the core A.
コアAの側面に、アセチレンブラックの粒子を振りかけ、これをパルプの不織布でこすり付けることにより、黒色汚れを付着させた。黒色汚れは、実際に電池製造工程においてコア100に付着する可能性が考えられる、導電性を有する電池の正極材や負極材等を想定している。
Acetylene black particles were sprinkled on the side surface of the core A, and this was rubbed with a non-woven fabric of pulp to adhere black stains. The black dirt assumes a positive electrode material, a negative electrode material, or the like of a battery having conductivity, which may be actually attached to the
これをエタノールが付着した不織布で擦り、目視で確認し、黒色汚れが除去できているかの確認を繰り返し行った。 This was rubbed with a non-woven fabric adhered with ethanol, visually confirmed, and it was repeatedly confirmed whether black stains could be removed.
以上の洗浄を行った回数により、コアAの側面における洗浄容易性の評価を行った。評価は、3回以内で汚れが除去できていれば○、3回以内では除去できないが5回以内で除去できていれば△、5回行っても除去できていなければ×とした。 The ease of cleaning on the side surface of the core A was evaluated based on the number of times the above cleaning was performed. The evaluation was ○ if the stain could be removed within 3 times, or ○ if it could not be removed within 3 times, but if it could be removed within 5 times, and x if it could not be removed even after 5 times.
<実験結果>
以上の実験をコアAと同様に、それぞれ側面の表面粗さが異なるコアB〜Gに関しても行い、同様の評価を行った。コアB〜Gについても、コア100と同様の形状を有する。下記の表1はコアA〜Gに対して行った実験の評価の結果をそれぞれ表したものである。
<Experimental result>
Similar to the core A, the above experiments were performed on the cores B to G having different surface roughnesses on the side surfaces, and the same evaluation was performed. The cores B to G also have the same shape as the
表1において、「算術平均粗さ(μm)」の欄は、コアA〜Gについて測定されたそれぞれの側面における算術平均粗さの大きさを表す。また、「摩擦力」、および「洗浄容易性」の欄は、コアA〜Gに対するそれぞれの、摩擦力の評価、および洗浄容易性の評価を表している。 In Table 1, the column of “arithmetic average roughness (μm)” represents the magnitude of the arithmetic average roughness on each side surface measured for the cores A to G. The columns of “friction force” and “easy cleaning” represent the evaluation of the frictional force and the ease of cleaning for the cores A to G, respectively.
<コアの評価>
コアAの実験結果は、コア100の側面の算術平均粗さが0.15μm以下であると、コア100にセパレータ12が捲回された、捲回体110の側面の摩擦力が小さいことがわかる。これより、積み上げた捲回体110が大きくずれることにより、保管している捲回体110が崩れる可能性が高いことを示唆している。
<Evaluation of core>
The experimental result of the core A shows that when the arithmetic average roughness of the side surface of the
また、コアFおよびコアGの実験結果は、コア100の側面の算術平均粗さが1μm以上であると、洗浄が困難となるため、コア100に汚れが付着した場合、捲回するセパレータ12の不良の遠因となる可能性が高いことを示唆している。
Further, the experimental results of the core F and the core G show that when the arithmetic average roughness of the side surface of the
これに対し、コアBおよびコアEは、摩擦力、洗浄容易性両方をある程度両立して有しているため、実際のコア100として、好適に採用されることを示している。また、コアCおよびコアDは摩擦力、洗浄容易性両方ともに優れた物性を有し、実際のコア100に非常に適することを示している。
On the other hand, since the core B and the core E have both frictional force and ease of cleaning to some extent, it is shown that they are suitably employed as the
<まとめ>
以上の実験結果を踏まえると、捲回体110は、側面における算術平均粗さが、少なくとも、0.16μm以上のコア100に捲回されてなることが望ましいと推察できる。以上の構成であれば、積み上げても保管しても崩れにくい捲回体110を実現できる。このとき、捲回体110を積み上げて保管することにより、コア100のみでなく、捲回されたセパレータ12も地面等他の物に接触させず保管することが容易に可能となる。
<Summary>
Based on the above experimental results, it can be inferred that the
同様の理由から、コア100は、側面における算術平均粗さが、少なくとも、0.16μm以上であることが好ましい。上記構成によれば、セパレータ12が捲回されないコア100を単体で保管する際も、積み上げても崩れにくいコア100を実現できる。
For the same reason, the
なお、コア100を2つ積み重ねて保管する場合、コア100の側面における算術平均粗さは、どちらか一方の面について上述の望ましい範囲内であればよい。このとき、上述した望ましい範囲内の算術平均粗さを有する面同士を接触させてコア100を積み上げることで、コア100同士の滑りが低減し、2つのコア100を積み重ねて保管することが容易となる。
When two
コア100の両方の側面が上述した望ましい範囲内にあるときは、コア100を3つ以上積み重ねて保管することが容易となる。また、保管時にコア100を設置する地面との摩擦力も高め、滑りを防ぐことができるため、積み重ねたコア100が崩れることをより効率的に防ぐことができる。
When both sides of the
加えて、コア100は、側面における算術平均粗さが、少なくとも、0.9μm以下であることが好ましい。上記構成によれば、容易に洗浄が可能なコア100を提供できる。このようなコア100にセパレータ12を捲回してなる捲回体110は、使用後の洗浄が容易になる点で好ましい。
In addition, the
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
1 リチウムイオン二次電池
2 外部機器
3 リチウムイオン
4 耐熱層
11 カソード
12 セパレータ
12a 耐熱セパレータ
13 アノード
100 コア
110 捲回体
120 台座
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記セパレータ巻芯において、上記セパレータが捲回されない面である側面の少なくとも1つの面の算術平均粗さが、0.16μm以上であることを特徴とするセパレータ巻芯。 A separator core around which a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is wound,
In the separator core, the arithmetic mean roughness of at least one surface of the side surface that is a surface on which the separator is not wound is 0.16 μm or more.
上記セパレータを製造するセパレータ製造工程と、
上記セパレータ巻芯において、上記セパレータが捲回されない面である側面の少なくとも1つの面の算術平均粗さが、0.16μm以上である上記セパレータ巻芯に上記セパレータを捲回する捲回工程とを有することを特徴とするセパレータ捲回体の製造方法。 A separator wound body obtained by winding a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery on a separator core,
Separator manufacturing process for manufacturing the separator,
In the separator core, a winding step of winding the separator on the separator core having an arithmetic average roughness of at least one side of the side surface, which is a surface on which the separator is not wound, of 0.16 μm or more. A method for producing a separator roll, comprising:
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