JP5076834B2

JP5076834B2 - 円筒型電池作製用巻回装置

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Publication number: JP5076834B2
Application number: JP2007303405A
Authority: JP
Inventors: 竜彦渡辺; 俊也中村; 将博山田; 剛史藪谷; 健一濱本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: JP2009129698A

Description

本発明は、正極及び負極がセパレータを介して層状になって巻回された円筒型電池の作製装置に関するものであって、より詳細には、セパレータ、正極及び負極を重ねて同心円状に巻き取る際に、セパレータ、正極及び負極の巻回ずれを改善することが可能であって、機構が簡単な円筒型電池作製用巻回装置に関する。

円筒型電池には、正極及び負極（以下「正極及び負極」のことを単に「電極」ということがある。）がセパレータを介して層状になり、同心円状に巻回されてなる円筒型の電池がある。このような円筒型電池を作製するには、正極及び負極の間にセパレータが介在するように重ねた後、その正極、負極、及びセパレータを巻回しなければならない。

しかし、セパレータ及び電極を重ねて巻回する工程において、以下のようなことが問題となっていた。まず、薄いセパレータ及び電極を重ねて巻回することになるため、巻回している最中にセパレータ及び電極の位置がずれる（このずれを「巻回ずれ」という。）ことや皺が発生することが問題となっていた。さらに、巻回する際に、セパレータに過度の力が加えられることによって、セパレータが損傷し、正極と負極とが接触して短絡するということも問題となっていた。

上記問題を解決するという観点から、これまでにいくつかの技術が開示されている。セパレータに損傷を与えずに、かつ巻回ずれが少ないセパレータの巻回方法として、例えば、特許文献１には、正及び負の電池活物質をそれぞれ金属箔集電体に添着せしめてなる電極を、ポリエチレン或いはポリプロピレン製の多孔膜セパレータを介して対向配置し巻き込んでなる電池の巻回工程において、該セパレータにかかるテンションが常に５００ｇ／ｍｍ^２以下であることを特徴とする巻回方法が開示されている。

また、特許文献２には、巻取軸に巻き取られて行く帯状の材料にダンサローラを接触させて張力を与えながら巻き取る帯状材巻取機における張力制御装置において、前記巻取軸側における巻き取りトルクを検出するためのトルク検出手段と、前記巻取軸に巻き取られた前記帯状材の巻取長さを検出するための巻取量検出手段と、前記ダンサローラの位置を変えて前記帯状材の張力を調整するためのダンサローラ制御手段と、前記トルク検出手段により検出された前記巻き取りトルクと前記巻取量検出手段により検出された前記巻き取り長さから巻取時の前記張力を計算し、前記ダンサローラ制御手段を介して前記ダンサローラを制御し、前記張力が一定となるように調整するための張力制御手段とを備えたことを特徴とする帯状材巻取機における張力制御装置が開示されており、かかる装置によると、材料を傷めることなく高速で巻き取れるとしている。さらに、特許文献３には、正極集電体に正極合剤を塗布して成るシート状の正極と負極集電体に負極合剤を塗布して成るシート状の負極を、セパレータを介在させて巻回する円筒型電池の渦巻状電極体の製造方法において、前記正極及び前記負極の巻き込みテンションを前記セパレータの巻き込みテンションより強めにして巻回することを特徴とする渦巻状電極体の製造方法が開示されており、かかる方法によると、電極体の内部短絡の防止や、皺や巻回ずれの防止に効果があるとしている。
特開平５−７４４４５号公報特開平８−２１５７４９号公報特開平９−２２３５１８号公報

しかし、上記特許文献１に開示されている技術では、セパレータに一定の張力をかけるために、ツル巻きバネやエアシリンダー等を備えた段差ローラーを用いるとしており、このような手段ではセパレータにかかる張力の安定性が十分ではない。そのため、特許文献１に開示されている技術では、巻回ずれを防止する効果が十分ではない。また、上記特許文献２に開示されているような技術では、装置が複雑であり、かつ高価である。さらに、上記特許文献３に開示されている技術は、帯状のセパレータの端部に重りを吊り下げる構成としているため、短い（ロール状に巻回されていない）セパレータを用いる場合にしか適用することができない。

そこで本発明は、セパレータ、正極及び負極を重ねて同心円状に巻き取る際に、セパレータ、正極及び負極の巻回ずれを改善することが可能であって、機構が簡単な円筒型電池作製用巻回装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
帯状のセパレータが巻回されてなるセパレータロール、を設置する第一供給軸及び第二供給軸と、第一供給軸に設置されたセパレータロールから引き出されたセパレータ、第二供給軸に設置されたセパレータロールから引き出されたセパレータ、短冊状の正極、及び短冊状の負極を、該正極及び該負極がセパレータを介するように重ねる作業を行う作業台と、作業台で重ねられたセパレータ、正極、及び負極を巻回させる巻取軸と、を備え、第一供給軸及び第二供給軸が、それぞれ上方に配設された固定軸を支点として揺動自在な構造であり、第一供給軸に設置されたセパレータロールから引き出されるセパレータ、及び、第二供給軸に設置されたセパレータロールから引き出されるセパレータが、水平面より上方に引き出されることを特徴とする円筒型電池作製用巻回装置である。

本発明において、「セパレータ」とは、電池のセパレータとして用いることができるものであれば特に限定されず、公知のもので良い。また、「帯状のセパレータが巻回されてなるセパレータロール」とは、帯状に形成されたセパレータが中空形状の芯の外周面側に巻回されることでロール状にされたものを意味する。さらに、「セパレータロール、を設置する第一供給軸及び第二供給軸」とは、第一供給軸をセパレータロールの芯の中空部に通すことで、第一供給軸にセパレータロールを設置し、第二供給軸を他のセパレータロールの芯の中空部に通すことで、第二供給軸にそのセパレータロールを設置することを意味する。さらに、「短冊状の正極」とは、電池を一つ作製するために必要な寸法の正極を意味し、「短冊状の負極」とは、同様に、電池を一つ作製するために必要な寸法の負極を意味する。さらに、「正極及び負極がセパレータを介するように重ねる」とは、巻回した後、正極及び負極が短絡しないようにするために、正極及び負極の間にセパレータが介在するように重ねることを意味する。さらに、「第一供給軸及び第二供給軸が、それぞれ上方に配設された固定軸を支点として揺動自在な構造である」とは、例えば、第一供給軸より上方で壁面などに固定されている固定軸と第一供給軸が、アームを介して連結されることで、第一供給軸が固定軸を支点として揺動自在な構造であって、第二供給軸についても同様に、第二供給軸より上方で壁面などに固定されている固定軸と第二供給軸が、アームを介して連結されることで、第二供給軸が固定軸を支点として揺動自在な構造であることを意味する。さらに、「第一供給軸に設置されたセパレータロールから引き出されるセパレータ、及び、第二供給軸に設置されたセパレータロールから引き出されるセパレータが、水平面より上方に引き出される」とは、具体的には、例えば、セパレータロールからセパレータが引き出される位置より高い位置に作業台を設置する、または、セパレータロールからセパレータが引き出される位置より高い位置に設置されたガイドローラを介して、セパレータを作業台に送る、などの手段によって、第一供給軸（第二供給軸）に設置されたセパレータロールから引き出されるセパレータを、水平面より上方に引き出すことを意味する。

また、上記本発明の円筒型電池作製用巻回装置において、第一供給軸に設置されたセパレータロールの回転を抑制するために、第一供給軸に配設された制御手段、及び／又は、第二供給軸に設置されたセパレータロールの回転を抑制するために、第二供給軸に配設された制御手段、が備えられていることが好ましい。

本発明において、「第一供給軸に設置されたセパレータロールの回転を抑制するために、第一供給軸に配設された制御手段」とは、第一供給軸に設置されたセパレータロールの回転を重くするために第一供給軸に配設された手段であって、例えば、セパレータロールを軸方向の両側から押さえ付けることで、セパレータロールの回転を抑制できる手段を挙げられる。より具体的には、第一供給軸に固定されており、第一供給軸に設置されたセパレータロールの芯の軸方向の一端側に当接するフランジ、及び、該セパレータロールの芯を軸方向の他端側からフランジ側に押さえつけるバネからなる手段などを挙げることができる。「第二供給軸に設置されたセパレータロールの回転を抑制するために、第二供給軸に配設された制御手段」についても、同様である。

また、上記本発明の円筒型電池作製用巻回装置において、正極の長手方向の端部の位置合わせ手段、及び／又は、負極の長手方向の端部の位置合わせ手段が、作業台に備えられていることが好ましい。

本発明において、「正極の長手方向の端部の位置合わせ手段、及び／又は、負極の長手方向の端部の位置合わせ手段」とは、作業台でセパレータと電極とを重ねる際に、少なくとも、セパレータとセパレータの間に重ねられる正極又は負極の長手方向の端部の位置を画一的に決定することができる手段であれば特に限定されない。より具体的には、例えば、正極及び／又は負極の長手方向の端部を揃えるために、作業台の作業面に設けられた目印などを挙げることができる。

また、上記本発明の円筒型電池作製用巻回装置において、作業台で、正極の幅方向の位置決め手段、及び／又は、負極の幅方向の位置決め手段によって、正極の幅方向の位置、及び／又は、負極の幅方向の位置が決められることが好ましい。

本発明において、「正極の幅方向の位置決め手段」とは、作業台でセパレータに正極を重ねる際に、正極の幅方向の位置を画一的に決定することができる手段であれば特に限定されない。「負極の幅方向の位置決め手段」についても同様に、作業台でセパレータに負極を重ねる際に、負極の幅方向の位置を画一的に決定することができる手段であれば特に限定されない。

また、上記本発明の円筒型電池作製用巻回装置において、巻取軸を巻取方向に回転させる回転手段に、逆回転防止機構が備えられることが好ましい。

本発明の円筒型電池作製用巻回装置によれば、セパレータ及び電極を重ねて巻回する際に、セパレータロールや該セパレータロールが設置された第一供給軸（又は第二供給軸）などにかかる重力に起因する力によって、複雑な機構を用いなくとも、巻回されるセパレータに安定した張力をかけることができる。そして、張力を加えられながら巻回されるセパレータの間に電極を挟んで巻回することで、セパレータ及び電極の巻回ずれを改善することができる。したがって、本発明によれば、セパレータ及び電極の巻回ずれを改善することが可能であって、機構が簡単な円筒型電池作製用巻回装置を提供することができる。

また、セパレータロールの回転を抑制する制御手段を備えることによって、セパレータを巻回する際に、セパレータロールの回転をある程度抑制し、セパレータに安定した張力をかけることが容易になる。さらに、制御手段を、第一供給軸（第二供給軸）に固定されており、第一供給軸（第二供給軸）に設置されたセパレータロールの芯の軸方向の一端側に当接するフランジ、及び、該セパレータロールの芯を軸方向の他端側からフランジ側に押さえつけるバネからなる手段とすると、セパレータロールが幅方向にずれることも抑制できる。

また、正極の長手方向の端部の位置合わせ手段、及び／又は、負極の長手方向の端部の位置合わせ手段を設けることによって、作業台でセパレータと電極を重ねる際に、電極の長手方向の端部の位置を画一的に決めることが容易になる。

また、正極の幅方向の位置決め手段、及び／又は、負極の幅方向の位置決め手段を備えることによって、作業台でセパレータと電極を重ねる際に、正極及び／又は負極の幅方向の位置を画一的に決めることが容易になる。

また、巻取軸を巻取方向に回転させる回転手段に、逆回転防止機構を備えることによって、セパレータを巻回する際、及び巻回し終わった時に、セパレータが弛むことを抑制でき、セパレータに安定した張力をかけることがさらに容易になる。

図１〜４を参照しつつ、本発明にかかる円筒型電池作製用巻回装置について、具体的に説明する。図１は、使用状態での本発明の円筒型電池作製用巻回装置１００（以下、単に「巻回装置１００」という。）を概略的に示す図である。図１（ａ）は、巻回装置１００を概略的に示す側面図で、図１（ｂ）は、図１（ａ）中にｂ−ｂ´で示した箇所での断面を概略的に示している。図１（ｂ）において紙面上下方向は、図１（ａ）での紙面上下方向に相当し、図１（ｂ）において紙面左右方向は、図１（ａ）での紙面奥／手前方向に相当し、図１（ｂ）において紙面奥／手前方向は、図１（ａ）での紙面左右方向に相当する。図２は、図１に示した第一セパレータ供給手段１を概略的に示す側面図である。図３は、図１に示した第一セパレータ供給手段１を概略的に示す上面図である。図２及び図３において、何ら外力が加えられていない状態での各部材の位置を点線で示している。また図１〜３に示した片矢印は、セパレータロール１１からセパレータ１０が引き出される方向を示しており、図２及び図３に示した両矢印はアーム１３が動ける方向を示している。図４は、作業台４において、セパレータと電極とを重ねる工程を説明する図である。図４（ａ）〜（ｃ）において、左側の図は、それぞれ作業面４ａの一部を上から見た概略図であって、右側の図は、左側の図に一点鎖線で示した箇所での鉛直方向の断面を概略的に示す図である。

図１（ａ）に示すように、巻回装置１００は、第一セパレータ供給手段１、第二セパレータ供給手段２、ガイドローラ３、作業台４、及び巻取軸５を備えている。以下に、これらの部材について具体的に説明する。

第一セパレータ供給手段１は、図１〜３に示すように、支持軸１４、アーム１３、１３、第一供給軸１２、及び制御手段６を備えている。そして、帯状のセパレータ１０が中空形状の芯の外周面側に巻回されてなるセパレータロール１１の中空部に、第一供給軸１２が通されることで、第一供給軸１２にセパレータロール１１が設置されている。また、支持軸１４は壁面などに固定されており、第一供給軸１２は、アーム１３、１３を介して支持軸１４と連結されている。そのため、第一供給軸１２、及びアーム１３、１３は、支持軸１４を支点として、揺動自在である（図２及び図３に示した両矢印の方向に動くことができる）。したがって、何ら外力を加えられていない状態では、第一供給軸１２、及びアーム１３、１３は自重によって、図２及び図３に点線で示したように、支持軸１４の真下に位置することになる。そして、図１〜図３に示すように、セパレータ１０が片矢印の方向（水平面より上方）にある程度の勢いを持って引かれると、図１、並びに、図２及び図３において実線で示したように、セパレータロール１１、第一供給軸１２、及びアーム１３、１３が持ち上げられる。また、セパレータ１０が巻取軸５に巻回されるとき、ガイドローラ３が、セパレータロール１１からセパレータ１０が引き出される位置より高い位置にあり、セパレータ１０の長手方向の一方の端部は巻取軸５に固定されている。したがって、セパレータ１０長手方向の一方の端部には、セパレータロール１１、及び第一供給軸１２などにかかる重力に起因する力が働くとともに、セパレータ１０の長手方向の他端部は巻取軸５に固定さているため、セパレータ１０の長手方向に容易に安定した張力を加えることができる。

このように、セパレータ１０が巻回される際には、セパレータ１０にセパレータロール１１、及び第一供給軸１２などにかかる重力に起因する力が働くが、セパレータ１０自体の質量は十分に軽いため、セパレータロール１１からセパレータ１０が引き出されていっても、セパレータ１０が巻回される際にセパレータ１０にかかる張力の変化は、無視できる程度である。また、セパレータロール１１の芯や第一供給軸１２の質量が大きすぎる場合には、セパレータ１０に過度の張力が加わって伸びてしまう虞があるため、適当な質量のものを選択する必要がある。

上述したように、セパレータロール１１、第一供給軸１２、及びアーム１３、１３が持ち上げられている状態のとき、次に説明する制御手段６の働きによって、セパレータ１０の長手方向に安定した張力を加えることがより容易になる。

制御手段６は、第一供給軸１２に固定されたフランジ７とバネ８で構成されている。フランジ７はセパレータロール１１の芯と当接しており、バネ８はセパレータロール１１の芯をフランジ７側に押さえ付けている。かかる形態とすることによって、セパレータロール１１の回転が抑制される。そのため、上述したような、セパレータロール１１、第一供給軸１２、及びアーム１３、１３が持ち上げられている状態から元の状態（セパレータロール１１、第一供給軸１２、及びアーム１３、１３が第一供給軸１２の真下にある状態）に戻ることを抑制できる。より具体的に説明すると、セパレータロール１１、第一供給軸１２、及びアーム１３、１３が持ち上げられている状態では、セパレータ１０が巻取軸５の方へ引かれることでセパレータロール１１を持ち上げる方向に力が働いていると同時に、セパレータロール１１、第一供給軸１２、及びアーム１３、１３の自重によって、元の状態に戻ろうとする力も働いている。しかし、元の状態に戻るためには、セパレータロール１１が回転して、持ち上げられている位置から元の位置まで戻る分のセパレータ１０が引き出されなければならない。第一セパレータ供給手段１では、制御手段６がセパレータロール１１の回転を抑制するため、セパレータロール１１、第一供給軸１２、及びアーム１３、１３が持ち上げられている状態を維持し易くなる。したがって、制御手段６が備えられることによって、セパレータ１０の長手方向に安定した張力を加えることがより容易になる。さらに、制御手段６によってセパレータロール１１が幅方向に動くことを抑制できるため、セパレータ１０が幅方向にずれることも抑制できる。

第二セパレータ供給手段２は、第一セパレータ供給手段１と同様の構成をしており、支持軸２４、アーム２３、２３（図１では１本しか示されていないが、第一セパレータ供給手段１と同様に、紙面奥方向にもう１本のアーム２３が備えられる。）、第二供給軸２２、及び制御手段６と同様の制御手段（不図示）を備えている。そして、帯状のセパレータ２０が中空形状の芯の外周面側に巻回されてなるセパレータロール２１の中空部に、第二供給軸２２が通されることで、第二供給軸２２にセパレータロール２１が設置されている。また、支持軸２４は壁面などに固定されており、第二供給軸２２は、アーム２３、２３を介して支持軸２４と連結されている。そのため、第二供給軸２２、及びアーム２３、２３は、支持軸２４を支点として、揺動自在である。さらに、セパレータ２０が巻取軸５に巻回されるとき、作業台４は、作業面４ａ（より正確には溝４ｂの底部）が、セパレータロール２１からセパレータ２０が引き出される位置より高い位置にあり、セパレータ２０の長手方向の一方の端部は巻取軸５に固定されている。したがって、セパレータ２０長手方向の一方の端部には、セパレータロール２１、及び第二供給軸２２などにかかる重力に起因する力が働くとともに、セパレータ２０の長手方向の他端部は巻取軸５に固定さているため、セパレータ２０の長手方向に容易に安定した張力を加えることができる。また、第一セパレータ供給手段１と同様の制御手段が備えられることで、セパレータロール２１の回転が抑制されて、セパレータ２０に安定した張力を加えることが容易になり、さらに、セパレータロール２１が幅方向にずれることも抑制できる。

作業台４は、作業面４ａ（作業台４の上面）において、セパレータ１０、電池を１つ作製するのに必要な分の正極３０、セパレータ２０、及び電池を１つ作製するのに必要な分の負極４０を重ねる作業を行える程度の大きさを有する台であって、作業面４ａには、図１（ｂ）に示すように、セパレータ１０、及びセパレータ２０と略同一の幅を有する溝４ｂが備えられていることが好ましい。かかる形態とすることによって、セパレータ１０、及びセパレータ２０を巻回する際に、セパレータ１０、及びセパレータ２０が幅方向にずれることを防止できる。また、上述したように、溝４ｂの底部が、セパレータロール２１からセパレータ２０が引き出される位置より高い位置にあることによって、セパレータ２０は水平面より上方に引き出され、セパレータ２０の長手方向に、セパレータロール２１、及び第二供給軸２２などにかかる重力に起因する力を働かせることができる。

ガイドローラ３は、セパレータロール１１からセパレータ１０が引き出される位置、及び、セパレータロール２１からセパレータ２０が引き出される位置より高い位置にあり、セパレータ１０の巻回時にセパレータ１０を傷つけることなく円滑に回転できるものであれば、特に限定されない。このようなガイドローラ３を介してセパレータ１０を作業台４へと送ることで、上述したように、セパレータ１０の長手方向に、セパレータロール１１、及び第一供給軸１２などにかかる重力に起因する力を働かせることができる。さらに、セパレータ１０が作業台４の角で傷つくことを抑制できる。

巻取軸５は、溝４ｂにおいて重ねられたセパレータ１０、正極３０、セパレータ２０、及び負極４０を巻回させられるものであれば特に限定されるものではない。巻取軸５の寸法は、作製する電池の寸法などに応じて適宜変更可能である。また、巻取軸５を巻取方向に回転させる手段は、手動、自動を問わない。さらに、巻取軸５を巻取方向に回転させる手段には、巻取軸５を巻取方向の反対方向に回転させない逆回転防止機構が備えられることが好ましい。かかる形態とすることによって、セパレータ１０、及びセパレータ２０を巻回する際、及び巻回し終えた時に、セパレータ１０、及びセパレータ２０が弛むことを抑制でき、セパレータ１０、及びセパレータ２０に安定した張力をかけ易くなる。

巻回装置１００によってセパレータ１０、正極３０、セパレータ２０、及び負極４０を重ねて巻回する工程について、図１〜４を用いて以下に具体的に説明する。

巻回装置１００によってセパレータ１０、正極３０、セパレータ２０、及び負極４０を巻回するには、最初に、第一供給軸１２に設置されたセパレータロール１１からセパレータ１０を引き出し、ガイドローラ３の上、及び作業面４ａに備えられた溝４ｂを通して、セパレータ１０の引き出した方の端部を巻取軸５に固定する。

セパレータ１０の端部を巻取軸５に固定した後は、図４に示すように、溝４ｂにおいて、セパレータ１０、短冊状の正極３０、セパレータ２０、及び短冊状の負極４０を重ね合わせる。具体的には、まず、図４（ａ）に示すように、セパレータ１０上に正極３０を重ねる。このとき、セパレータ１０に対する正極３０の幅方向の位置は、位置決め手段３１を用いることによって画一的に決定することができる。位置決め手段３１は、セパレータ１０に対する正極３０の幅方向の位置を画一的に決められるものであれば特に限定されない。具体的には、例えば、図４（ａ）に示すように、溝４ｂにおいて正極３０の幅方向の両端にできる間隙と略同一の幅を有する治具３１を挙げることができる。

また、作業台４に、正極３０の長手方向の端部の位置合わせ手段３２を備えることによって、正極３０の長手方向の端部の位置を画一的に決定することができる。位置合わせ手段３２は、正極３０の長手方向の端部の位置を画一的に決定することができるものであれば特に限定されない。具体的には、例えば、正極３０の長手方向の端部の位置を合わせるために作業面４ａに備えられた目印３２などを挙げることができる。目印３２に治具３１の端面３１ａ、及び正極３０の長手方向の端部を合わせることで、正極３０の長手方向の端部の位置を容易に決めることができる。

正極３０の位置が決まると、正極３０の巻取軸５側の端部が巻取軸５に少し巻回されるまで、巻取軸５を回転させる。正極３０の端部を巻取軸５に巻回させると、正極３０が幅方向にずれにくくなるため、溝４ｂから治具３１を取り除くことができる。

次に、第二供給軸２２に設置されたセパレータロール２１からセパレータ２０を引き出し、図４（ｂ）に示すように、正極３０の上に重ねる。そして、セパレータ２０の引き出した方の端部を巻取軸５に固定する。

次に、図４（ｃ）に示すように、セパレータ２０の上に負極４０を重ねる。このとき、セパレータ２０に対する負極４０の幅方向の位置は、位置決め手段４１を用いることによって画一的に決定することができる。位置決め手段４１は、セパレータ２０に対する負極４０の幅方向の位置を画一的に決められるものであれば特に限定されない。具体的には、例えば、図４（ｃ）に示すように、溝４ｂにおいて負極４０の幅方向の両端にできる間隙と略同一の幅を有する治具４１を挙げることができる。

また、負極４０の長手方向の位置は、目印３２の利用や、別に同様の目印を設けることで決めることもできるが、セパレータ２０から透けて見える正極３０を目安にして決めることもできる。ただし、負極４０の長手方向の位置をより正確に決定するためには、図４（ｃ）に示すように、目印３２に治具４１の端面４１ａ、及び負極４０の長手方向の端部を合わせることが好ましい。

負極４０の位置が決まると、負極４０の巻取軸５側の端部が巻取軸５に少し巻回されるまで、巻取軸５を回転させる。負極４０の端部を巻取軸５に巻回させると、負極４０が幅方向にずれにくくなるため、溝４ｂから治具４１を取り除くことができる。

上述したように、溝４ｂにおいて、セパレータ１０、正極３０、セパレータ２０、及び負極４０を重ね合わせた後、巻取軸５を回転させることによって、セパレータ１０、正極３０、セパレータ２０、及び負極４０を適当な量だけ巻回して巻回体を作製する。そして、セパレータ１０、及びセパレータ２０を切断して、巻回体にセパレータ１０、及びセパレータ２０の切断された端部を固定する。

これまでの本発明の説明では、セパレータロールの回転を抑制する制御手段の形態として、第一供給軸（第二供給軸）に固定されており、第一供給軸（第二供給軸）に設置されたセパレータロールの芯の軸方向の一端側に当接するフランジ、及び、該セパレータロールの芯を軸方向の他端側からフランジ側に押さえつけるバネからなる手段を例示したが、制御手段はかかる形態に限定されるものではない。例えば、表面に粘性を持った帯状のセパレータを巻回してなるセパレータロールとすることも可能である。セパレータの表面に粘性を持たせることで、該セパレータが巻回されてなるセパレータロールからセパレータを引き出すためには、粘性に打ち勝つ程度の力が必要となり、セパレータロールの回転を抑制することができる。

また、これまでの本発明の説明では、電極の幅方向の位置決め手段として、治具３１、及び治具４１を例示したが、本発明に用いることができる電極の幅方向の位置決め手段は、電極の幅方向の位置を画一的に決められるものであれば、かかる形態に限定されない。電極の幅方向の位置決め手段の他の形態例である、治具７１について、図７を参照しつつ説明する。図７は、作業面４ａで、セパレータ１０及び正極３０を重ねた状態を示す図であって、左側の図は、作業面４ａの一部を上から見た概略図であり、右側の図は、左側の図に一点鎖線で示した箇所での鉛直方向の断面を概略的に示す図である。

治具７１は、図７に示すように、内側に正極３０をちょうど納められる逆コの字型をしており、溝４ｂと略同一の幅を有している。セパレータ１０に正極３０を重ねる際には、治具７１を溝４ｂに納め、治具７１で囲まれた部分に正極３０を納めることによって、正極３０の幅方向位置を画一的に決めることができる。また、治具７１の端面７１ａを目印３２に合わせ、端面７１ａに正極３０の長手方向の端部を当接させることで、正極３０の長手方向の位置も画一的に決めることができる。

以下、実施例を参照しつつ、本発明についてさらに説明する。

１．実施例
セパレータ及び電極を、巻回装置１００を用いて巻回し、巻回体を作製した。用いた材料及び巻回作業について、以下に説明する。

（正極）
正極の材料には、ＬｉＮｉＯ_２、アセチレンブラック、及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）の混合材料であって、該混合材料中のＬｉＮｉＯ_２、アセチレンブラック、及びＰＶｄＦの質量の割合が、ＬｉＮｉＯ_２：アセチレンブラック：ＰＶｄＦ＝８５：１０：５である混合材料を用いた。この混合材料を遠心攪拌機で混ぜ合わせてスラリー状にしたものを集電箔に塗布し、乾燥後に切り出して正極とした。正極の寸法は、幅５２ｍｍ、長さ７２０ｍｍ、厚さ０．０４２ｍｍであった。

（負極）
負極の材料には、球状天然黒鉛、及びＰＶｄＦの混合材料であって、該混合材料中の球状天然黒鉛、及びＰＶｄＦの質量の割合が、球状天然黒鉛：ＰＶｄＦ＝９２．５：７．５である混合材料を用いた。この混合材料を遠心攪拌機で混ぜ合わせてスラリー状にしたものを集電箔に塗布し、乾燥後に切り出して負極とした。負極の寸法は、幅５５ｍｍ、長さ７４０ｍｍ、厚さ０．０４２ｍｍであった。

（セパレータ）
幅５８ｍｍの帯状で、ポリエチレン製の多孔質膜からなるセパレータを中空形状の芯の外周面側に巻回してロール状にしたセパレータロールを２つ用意した。このセパレータロールの質量はそれぞれ約４００ｇであった。

（巻回作業）
第一供給軸１２、及び第二供給軸２２の質量がそれぞれ約１０００ｇであって、巻取軸５の直径が７ｍｍの巻回装置１００を用いて、セパレータ及び電極を巻回した。

まず作業台４の溝４ｂにおいて、セパレータ及び電極を、下から、セパレータ、正極、セパレータ、負極の順になるように重ねた。正極をセパレータの上に重ねる際には、治具３１、３１を用いて幅方向の位置を決定し、治具３１、３１及び目印３２を用いて長手方向の位置を決定した。また、負極をセパレータの上に重ねる際には、治具４１、４１を用いて幅方向の位置を決定し、治具４１、４１及び目印３２を用いて長手方向の位置を決定した。

そして、重ねられたセパレータ及び電極を巻取軸５に巻回して巻回体を作製した。具体的には、正極、及び負極が巻取軸５に完全に巻かれるまで巻回した後、さらに巻回体の直径が１６．８ｍｍになるまで巻回して、セパレータを切断し、切断されたセパレータの端部を巻回体にテープでとめ、その状態で、巻回装置１００から巻回体を取り外した。

２．比較例
正極、負極、及びセパレータは、実施例で用いたものと同様のものを用い、従来の円筒型電池作製用巻回装置２００（以下、単に「巻回装置２００」という。）で巻回して、巻回体を作製した。ただし、以下に説明するように、巻回装置２００ではセパレータロールは一つしか用いず、もう一つのセパレータロールの代わりには、帯状のセパレータを用いたが、その帯状のセパレータは、巻回してセパレータロールにされているセパレータと長さ以外は同様のものである。

図５は、使用状態での巻回装置２００を概略的に示す側面図である。図５に示すように、巻回装置２００は、供給軸２０１、ガイドローラ２０２、２０３、２０４、作業台５４、巻取軸５を備えている。供給軸２０１は壁面に固定されており、動かすことができない。帯状のセパレータ５０が中空形状の芯に巻回されてなるセパレータロール５１の中空部に供給軸２０１が通されることで、供給軸２０１にセパレータロール５１が設置されている。また、供給軸２０１にはセパレータロール５１の回転を抑制するものは備えられておらず、セパレータロール５１は自由に回転することができる。さらに、巻回装置２００では、帯状のセパレータ６０をガイドローラ２０４に引っ掛け、帯状のセパレータ６０の端部におもり２０５を付けることで、セパレータ６０の長手方向に張力が加えられている。さらに、図中の矢印で示した先には、セパレータ６０が作業面５４ａから離れないように押さえつける板状の部材が備えられている。

比較例の巻回体の作製手順は、まず、作業面５４ａにおいて、セパレータ及び電極を、下から、セパレータ５０、正極、セパレータ６０、負極の順になるように重ねた。このとき、正極及び負極の位置は、特別な手段は用いず目視で調整した。そして、重ねられたセパレータ及び電極を巻取軸５に巻回して巻回体を作製した。具体的には、正極、及び負極が巻取軸５に完全に巻かれるまで巻回した後、さらに巻回体の直径が１６．８ｍｍになるまで巻回して、セパレータを切断し、切断されたセパレータの端部を巻回体にテープでとめ、その状態で、巻回装置２００から巻回体を取り外した。

３．結果
実施例の巻回体及び比較例の巻回体を、それぞれ樹脂に埋めて固定し、巻回体の長手方向（セパレータの幅方向）に平行な方向に切断した。そして、切断された巻回体の切断面を光学顕微鏡で観察し、セパレータの幅方向の一方の端部を基準として、同端部側の正極及び負極の端部までの距離を測定した。

図６（ａ）は、実施例及び比較例について、セパレータの幅方向の一方の端部から同端部側の正極の端部までの距離の測定結果を示している。図６（ｂ）は、実施例及び比較例について、セパレータの幅方向の一方の端部から同端部側の負極の端部までの距離の測定結果を示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、横線の実線がセパレータの幅方向の一方の端部から同端部側の正極又は負極の端部までの距離を示しており、右側に記されている横線の破線及び両矢印が実施例の測定結果の範囲を、左側に記されている横線の破線及び両矢印が比較例の測定結果の範囲を、それぞれ示している。

図６（ａ）及び図６（ｂ）からわかるように、実施例では比較例に比べて電極の巻回ずれが大幅に改善されている。これは、本発明の巻回装置によって、適当な張力を加えられながら巻回されるセパレータの間に電極が挟まれた状態で巻回されたためであると考えられる。したがって、本発明によれば、セパレータ、正極及び負極の巻回ずれを改善することが可能であって、機構が簡単な巻回装置を提供することができる。

使用状態での本発明の円筒型電池作製用巻回装置１００を概略的に示す図である。（ａ）は円筒型電池作製用巻回装置１００を概略的に示す側面図で、（ｂ）は（ａ）中にｂ−ｂ´で示した箇所での断面を概略的に示す図である。第一セパレータ供給手段１を概略的に示す側面図である。第一セパレータ供給手段１を概略的に示す上面図である。作業台４において、セパレータと電極とを重ねる工程を説明する図である。図４（ａ）〜（ｃ）において、左側の図は、それぞれ作業面４ａの一部を上から見た概略図であって、右側の図は、左側の図に一点鎖線で示した箇所での鉛直方向の断面を概略的に示す図である。従来の円筒型電池作製用巻回装置２００の使用状態での側面を概略的に示す図である。実施例及び比較例の電極の巻回ずれの測定結果を示す図である。電極の幅方向の位置合わせ手段の形態例を概略的に示す図である。

符号の説明

１第一セパレータ供給手段
２第二セパレータ供給手段
３ガイドローラ
４作業台
４ａ作業面
４ｂ溝
５巻取軸
６制御手段
７フランジ
８バネ
１０セパレータ
１１セパレータロール
１２第一供給軸
１３アーム
１４支持軸
２０セパレータ
２１セパレータロール
２２第二供給軸
２３アーム
２４支持軸
３０正極
３１位置決め手段（治具）
３２位置合わせ手段（目印）
４０負極
４１位置決め手段（治具）
５０セパレータ
５１セパレータロール
５４作業台
５４ａ作業面
６０セパレータ
１００本発明の円筒型電池作製用巻回装置
２００従来の円筒型電池作製用巻回装置
２０１供給軸
２０２、２０３、２０４ガイドローラ
２０５重り

Claims

帯状のセパレータが巻回されてなるセパレータロール、を設置する第一供給軸及び第二供給軸と、
前記第一供給軸に設置された前記セパレータロールから引き出された前記セパレータ、前記第二供給軸に設置された前記セパレータロールから引き出された前記セパレータ、短冊状の正極、及び短冊状の負極を、前記正極及び前記負極が前記セパレータを介するように重ねる作業を行う作業台と、
前記作業台で重ねられた前記セパレータ、前記正極、及び前記負極を巻回させる巻取軸と、を備え、
前記第一供給軸及び前記第二供給軸が、それぞれ上方に配設された固定軸を支点として揺動自在な構造であり、
前記第一供給軸に設置された前記セパレータロールから引き出される前記セパレータ、及び、前記第二供給軸に設置された前記セパレータロールから引き出される前記セパレータが、水平面より上方に引き出されることを特徴とする、円筒型電池作製用巻回装置。
前記第一供給軸に設置された前記セパレータロールの回転を抑制するために、前記第一供給軸に配設された制御手段、及び／又は、前記第二供給軸に設置された前記セパレータロールの回転を抑制するために、前記第二供給軸に配設された制御手段、が備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の円筒型電池作製用巻回装置。
前記正極の長手方向の端部の位置合わせ手段、及び／又は、前記負極の長手方向の端部の位置合わせ手段が、前記作業台に備えられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の円筒型電池作製用巻回装置。
前記作業台で、前記正極の幅方向の位置決め手段、及び／又は、前記負極の幅方向の位置決め手段によって、前記正極の幅方向の位置、及び／又は、前記負極の幅方向の位置が決められることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の円筒型電池作製用巻回装置。
前記巻取軸を巻取方向に回転させる回転手段に、逆回転防止機構が備えられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の円筒型電池作製用巻回装置。