JP5279533B2 - リチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法に関する。

正極シートおよび負極シートを重ねて捲回した捲回体を備えるリチウムイオン電池が知られている。通常、正極シートおよび負極シートには、端部分を除く両表面に活物質が塗布された活物質層が形成されており、これら両極の活物質層の接触は、内部短絡の原因となる。よって、正極シートと負極シートとの間には、その接触を防止するためのセパレータシートが挟まれている。

近年では、リチウムイオン電池の高容量化および薄型化に伴い、両極シートにおける活物質層を広い範囲に形成することで、集電体を最大限に活用することが求められている。しかしながら、活物質層を広い範囲に形成すれば、集電体が露出する端部分（活物質の未塗布部分）が狭くなってしまう。その結果、捲回時に生じるごく僅かなずれでも内部短絡の原因となり、歩留まりが低下してしまう。従って、いかにズレが生じないよう各シートを積層、捲回するかが重要となる。

シートの積層、捲回精度を向上させる技術として、以下のようなものが知られている。

特許文献１には、シートの積層精度を向上させるために、両極シートのエッジを検出して、各シートのズレを修正する技術が記載されている。

特許文献２には、両極のシートを構成する各部材に位置合わせ用の基準孔を設けて、誤差なく両極シートを捲回する方法が記載されている。

特開２００１−２０２９８６号公報 特開２００６−１４７４８５号公報

特許文献１に記載されるような技術では、検出されたエッジのズレに基づいてシートを基準位置に修正している。しかしながら、シートの幅が常に一定ではない場合には、エッジのみを基準とすると各シートにズレが生じてしまう可能性がある。

また、特許文献２に記載の技術では、基準孔は正極シートおよび負極シートにのみ穿たれている。従って、セパレータシートについては基準孔の位置に則った捲回が出来ないため、セパレータシートが両極シートに対してずれた場合には、短絡が発生する可能性がある。

そこで本発明では、各シートを簡易な方法で、より精度良く捲回する技術を提供することを目的とする。

前記課題を解決すべく、本発明は、各シートに位置合わせ用のマークを付すことで、各シートを簡易な方法で、より精度良く捲回可能な技術を提供する。

例えば、本発明は、負極シートと、正極シートと、第一のセパレータシートと、第二のセパレータシートと、を重ねて捲いて形成されるリチウムイオン電池であって、前記各シートには、それぞれ位置合わせ用マークが付されていることを特徴とするリチウムイオン電池。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（捲回工程の概略）
まず、本発明により供される捲回体の構造を説明するため、各シートの捲回工程の概要について説明する。

図１は、本発明にかかるリチウムイオン電池の捲回工程の概略説明図である。

本発明にかかるリチウムイオン電池を構成する捲回体１は、図１に示すような捲回機によって、シート類をロール状に捲回して生成されるものである。この捲回体１は、後の工程において電解液と共に電池缶に封入される。

捲回体１は、負極シート２と、第一のセパレータシート３と、正極シート４と、第２のセパレータシート５と、がこの順で重なり、負極シート２を内側にして捲回されてなる。

捲回体１を構成する負極シート２には、位置合わせ用のマークとして、位置合わせ用マーク６ａおよび６ｂが付されている。同様に、第１のセパレータシート３には位置合わせ用マーク７ａおよび７ｂが付されている。正極シート４には位置合わせ用マーク８ａおよび８ｂが付されている。第２のセパレータシート５には位置合わせ用マーク９ａおよび９ｂが付されている。以下、位置合わせ用マークを、単にマークと称する。

ここでは、各マークは便宜上、正方形状として示したが、他の形状であっても構わない。各マークの形状については、後述する。

また、正極シート４や負極シート２には電極となるタブが付されていることがあるが、本発明には関与しないため、省略する。

各シートが捲回体１の捲芯１ａに至るまでの搬送経路には、各マークを読み取るカメラと、各シートを両側から挟み込み、捲回位置を補正するための１対のチャックと、が設けられている。

図１では、カメラ１１ａ、１１ｂはそれぞれ負極シート２のマーク６ａ、６ｂを読み取る。同様に、カメラ７ａ、７ｂは、それぞれ第１のセパレータシート３のマーク７ａ、７ｂを読み取る。カメラ１３ａ、１３ｂはそれぞれ正極シート４のマーク８ａ、８ｂを読み取る。カメラ１４ａ、１４ｂはそれぞれ第２のセパレータシート５のマーク９ａ、９ｂを読み取る。

また、チャック１５ａ、１５ｂはそれぞれ負極シート２の捲回位置を補正する。同様に、チャック１６ａ、１６ｂはそれぞれ第１のセパレータシート３の捲回位置を補正する。チャック１７ａ、１７ｂはそれぞれ正極シート４の捲回位置を補正する。チャック１８ａ、１８ｂはそれぞれ第２のセパレータシート５の捲回位置を補正する。

（位置合わせ用マークの配置）
次に、各シートに付されるマークの配置について詳細に説明する。

図２は、本発明のリチウムイオン電池にかかる負極シート２を展開した状態で示す上面図である。負極シート２および正極シート４は、ほぼ同様の構成であるため、ここでは正極シート４についての詳細な説明は省略する。

負極シート２は、電極と端子を繋ぐ帯状の負極集電体２００（正極シート４の場合では正極集電体）と、負極活物質（正極シート４の場合では正極活物質）が塗布された活物質層２０１と、から構成される。

活物質層２０１は、負極集電体２００の幅方向の端（捲回方向に平行な端）付近を除く両表面に活物質が塗布されることで形成される。負極集電体２００の幅方向の両端付近には活物質は塗布されず、負極集電体２００が露出したままとなる。ここでは、一端側付近の領域を未塗布領域２０２、他端側付近の領域を未塗布領域２０３と称する。

なお、図２には便宜上、幅方向に対向する各マークの中点を結んだ補助線である中心線２１１と、未塗布領域２０２に付されるマークを結んだ補助線である結線２０９と、未塗布領域２０３に付されるマークを結んだ補助線である結線２１０と、を記載しているが、これらは実際に製品に付されるものではない。

電極シートの未塗布領域２０２には、マーク２０４ａ〜２０８ａが、未塗布領域２０３には、マーク２０４ｂ〜２０８ｂが、捲回方向に並んで配置されている。なお、マーク２０４ａと２０４ｂ、マーク２０５ａと２０５ｂ、マーク２０６ａと２０６ｂ、マーク２０７ａと２０７ｂ、マーク２０８ａと２０８ｂは、中心線２１１を基準として、対向する位置にそれぞれ配置されている。

また、各マークを結ぶ結線２０９と結線２１０の幅は、どの位置においても精度良く幅Ｗとし、結線２０９と中心線２１１、および、結線２１０と中心線２１１間の距離についても、等しくＷ／２とする。

なお、捲回方向に隣接するマーク間の距離は、等間隔であることが望ましいが、必ずしも一定である必要はない。

図３は、本発明のリチウムイオン電池にかかる第１のセパレータシート３を展開した状態で示す上面図である。なお、第２のセパレータシート５も同様の構成であるので、セパレータシート５についての詳細な説明は省略する。

セパレータシート３は、例えば、多孔質の非伝導性材料からなる帯状の隔膜である。セパレータシート３には、その幅方向の一端付近にマーク３０４ａ〜３０８ａが、他端付近にマーク３０４ｂ〜３０８ｂが、並んで配置されている。各マークの配置については、負極シート２と同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、セパレータシート３００の幅を一杯に使用したほうが位置ずれ検出精度が上がるため、セパレータのエッジ寄りに対応しておくのが好適である。

なお、図２と同様に、図３には、幅方向に対向する各マークの中点を結んだ補助線である中心線３１１と、幅方向の一端側付近に並ぶマークを結んだ補助線である結線３０９と、他端側付近に並ぶマークを結んだ補助線である結線３１０と、を記載しているが、これらは実際に製品に付されるものではない。

（位置合わせ用マークの形状）
次に、マークの形状についての例を示す。

図４は各シートに付される矩形型のマークの一例である。

なお、マークを読み取る後述の工程では、各マークにおける特定の辺のエッジから、その中心点を判断する。従って、ここでは、中心点の検出に利用される辺について主に説明する。

マーク４００は、略平行に対向する辺４０２および辺４０３と、辺４０４および辺４０５と、からなる矩形型のマークである。

また、辺４０４および辺４０５はシートの中心線と平行に、辺４０２および辺４０３は、シートの中心線に垂直な線と平行に印字される。

なお、図４に示す辺４０２と辺４０３に平行かつ等距離な中心線４０６と、辺４０４と辺４０５に平行かつ等距離な中心線４０７とは、実際の製品には付されない。後述のマーク読み取り工程では、各辺を検出して中心線４０６および中心線４０７を算出し、これらの交点を、マーク４００の中心４０１として判断する。

図５は各シートに付される複数の矩形型からなるマークの一例である。

マーク５００は、４つの矩形５０１、５０２、５０３、５０４からなる。矩形５０１と矩形５０３とは、相対向する位置に配置されており、矩形５０１の有する辺５０５と辺５０６、および、矩形５０３の有する辺５０９と辺５１０は、全て略平行である。また、辺５０５と辺５０６との間隔と、辺５０９と辺５１０との間隔とは、ほぼ均等である。

同様に、矩形５０２と矩形５０４は相対向し、矩形５０２の有する辺５０７と辺５０８、および、矩形５０４の有する辺５１１と辺５１２は、全て略平行である。また、辺５０７と辺５０８との間隔と、辺５１１と辺５１２との間隔とは、ほぼ均等である。

また、辺５０５と辺５０６および辺５０９と辺５１０はシートの中心線と平行に、辺５０７と辺５０８および辺５１１と辺５１２は、シートの中心線に垂直な線と平行に印字される。

なお、図５に示す、辺５０５と辺５１０の中央、すなわち、辺５０６と辺５０９の中央を通る中心線５１４と、辺５０７と辺５１１の中央、すなわち、辺５０８と辺５１２の中央を通る中心線５１３とは、実際の製品に付されるものではない。後述のマーク読み取り工程では、各辺を検出して中心線５１４および中心線５１３を算出し、これらの交点を、マーク５００の中心５０１として判断する。

図４および図５に示したマークは、単一又は複数の矩形型を組み合わせた形状である。そのほかの形状に関して、さらに説明する。

図６は各シートに付される矩形枠型のマークの一例である。

マーク６００は、矩形枠型のマークである。当該マークの外枠形は、辺６０２、６０４、６０６、６０８の４辺からなり、内枠形は、外枠形を構成する各辺よりも短い辺６０３、６０５、６０７、６０９の４辺からなる。これらの対辺は略平行である。

また、辺６０４と辺６０５および辺６０８と辺６０９は、シートの中心線と平行に、辺６０２と辺６０３および辺６０６と辺６０７は、シートの中心線に垂直な線と平行に印字される。

なお、図６に示す、辺６０２と辺６０６の中央、すなわち、辺６０３と辺６０７の中央を通る中心線６１１と、辺６０４と辺６０８の中央、すなわち、辺６０５と辺６０９の中央を通る中心線６１０とは、実際の製品に付されるものではない。後述のマーク読み取り工程では、各辺を検出して中心線６１１および中心線６１０を算出し、これらの交点を、マーク６００の中心６０１として判断する。

図７は各シートに付される十字型のマークの一例である。

マーク７００は、十字型のマークである。縦方向の対向する辺７０４と辺７０５、および、辺７０８と辺７０９は、ほぼ同じ長さで、かつ、略平行な構成となっている。なお、対辺である辺７０４と辺７０５との間隔と、辺７０８と辺７０９との間隔は、ほぼ同じである。

同様に、横方向の対向する辺７０２と辺７０３、および、辺７０６と辺７０７も、ほぼ同じ長さで、かつ、略平行である。また、対辺である辺７０２と辺７０３との間隔と、辺７０６と辺７０７との間隔は、ほぼ同じである。

また、辺７０２と辺７０３および辺７０６と辺７０７は、シートの中心線と平行に、辺７０４と辺７０５および辺７０８と辺７０９は、シートの中心線に垂直な線と平行に印字される。

なお、図７に示す、辺７０４と辺７０５の中央、すなわち、辺７０８と辺７０９の中央を通る中心線７１１と、辺７０２と辺７０３の中央、すなわち、辺７０６と辺７０７の中央を通る中心線７１０とは、実際の製品に付されるものではない。後述のマーク読み取り工程では、各辺を検出して中心線７１１および中心線７１０を算出し、これらの交点を、マーク７００の中心７０１として判断する。

図８は各シートに付されるＬ字型のマークの一例である。

マーク８００は、Ｌ字型のマークである。マーク８００を構成する縦方向の辺８０４と辺８０５、および、横方向の辺８０２と８０３は、略平行である。

また、辺８０２と辺８０３は、シートの中心線と平行に、辺８０４と辺８０５は、シートの中心線に垂直な線と平行に印字される。

なお、図８に示す、辺８０４と辺８０５の中央通る中心線８０７と、辺８０２と辺８０３の中央を通る中心線８０６とは、実際の製品に付されるものではない。後述のマーク読み取り工程では、各辺から中心線８０７および中心線８０６を算出し、これらの交点を、マーク８００の中心８０１として判断する。なお、辺８０３と辺８０５の交点８０８を、マーク８００の中心と判断しても良い。

（マーク印字工程）
次に、マーク印字工程について説明する。

図１３は、捲回体１を構成する各シートにマークを印字する印字システム１３０の概略構成を示すブロック図である。

印字システム１３０は、カメラ１００１およびカメラ１００２の撮像画像を取得して、エッジ抽出処理を実行する画像処理装置１３０１と、抽出されたエッジからマークの印字位置を算出すると共に、所定のタイミングで印字ヘッド１００７および１００８にマークを印字させる印字装置１３０２と、当該調整量に従って印字ヘッド１００７および１００８の位置を調整する位置調整機構１３０３と、からなる。

印字装置１３０２は、印字システム１３０を統括的に制御するＣＰＵ(Central Processing Unit)１３２１と、プログラムやデータを格納するＲＯＭ装置(Read Only Memory)１３２２と、データ加工の際に必要なデータを格納するＲＡＭ装置(Random Access Memory)１３２３と、各種ハードウェアをデータの送受信可能に印字装置１３０２に接続するインターフェイスであるＩ／Ｆ１３２４と、各デバイス間を接続するバス１３２５と、有する。

なお、マークの印字手段としては、レーザマーカや顔料により描く方法がある。このような方法で印字されたマークは、電池缶内で電解液と反応しないため、リチウムイオン電池のシート類にマークを記す方法として好適である。

ここで、印字システム１３０によるマーク印字工程に供されるシート９００について説明する。図９Ａは、シート９００ａに付されるマークの位置関係示す概略説明図である。なお、シート９００ａは、捲回体１を構成する各シートのいずれにも該当するものとする。

また、シート９００ａの幅方向の一端であるエッジ９０２と、他端であるエッジ９０３は、便宜上、大きく波打たせて描いた。さらに、図９Ａおよび図９Ｂに示す中心線９０６ａ、基準線９０６ｂ、変動中心線９０４、変動中心線９０５、垂線９１１、配置線９０９および配置線９１０は、実際の製品に付されるものではない。

シート９００ａは、エッジ９０２から、エッジ９０２の変動中心を表す変動中心線９０４までの距離ＵＣは、シート全体を通して、
ＵＣ＜ｄ１ ・・・（１）
を満たす。また、エッジ９０３から、エッジ９０３の変動中心を表す変動中心線９０５までの距離ＬＣは、シート全体を通して、
ＬＣ＜ｄ１ ・・・（２）
を満たす。ここで、ｄ１は、シート類の管理規格であって、前記式（１）および式（２）の条件を満たさないシートは、不良品として製品の製造に供さないものとする。

このようなシート９００ａに対して、印字システム１３０は、以下のような位置にマークを配置する。

印字装置１３０２は、図９Ａに便宜上示す中心線９０６ａ（エッジ９０２の変動中心線９０４とエッジ９０３の変動中心線９０５との中心線）のＹ座標を算出して、当該中心線９０６ａの垂線９１１上で、かつ、中心線９０６ａから等距離（Ｗ／２）の位置に、中心線９０６ａを挟んで相対向するマーク９０７および９０８を印字する。従って、中心線９０６ａからマークまでの最短距離（Ｗ／２）は、どの位置においても同じとなる。また、一端および他端に並ぶマークの中心を結ぶ配置線９０９および配置線９１０は、中心線９０６ａと平行であり、配置線９０９と配置線９１０との距離も、どの位置においても同じ（Ｗ）となる。

なお、印字装置１３０２が算出する中心線は、必ずしも変動中心線９０４と変動中心線９０５との中心線である必要はなく、図９Ｂに示す基準線９０６ｂのように、一方のエッジ（変動中心線）側へ偏ったものであっても良い。また、印字されるマーク９０７と基準線９０６ｂとの距離Ｗａおよびマーク９０８と基準線９０６ｂとの距離Ｗｂも、等距離でなくとも構わない。

次に、マークの印字が開始される前に実行される、カメラの基準座標系設定について説明する。図１０は、印字システム１３０の備えるカメラおよび印字ヘッドの位置関係を示す概略説明図である。

まず、カメラ１００１およびカメラ１００２は、シートのエッジ付近の領域を撮像するよう、原点と、捲回方向の軸Ｘと、幅方向の軸Ｙと、を基準座標系として、精度よく調整される。

次に、印字装置１３０２のＣＰＵ１３２１は、位置調整機構１３０３に、基準座標系において、それぞれマークの中心の印字位置が所定の描画座標（Ｈｘ１，Ｈｙ１）、（Ｈｘ２、Ｈｙ２）となるよう、印字ヘッド１００７および印字ヘッド１００８の位置調整が行わせる。ここで、基準座標系では、
Ｈｘ１＝Ｈｘ２＝Ｄ ・・・（３）
Ｈｙ１−Ｈｙ２＝Ｗ ・・・（４）
である。Ｗは相対向する各マーク間の距離、Ｄは原点からマークまでの距離に相当する。

また、印字ヘッド１００７の描画座標（Ｈｘ１，Ｈｙ１）および印字ヘッド１００８の描画座標（Ｈｘ２、Ｈｙ２）の中点Ｍの座標を（ＨＭｘ、ＨＭｙ）とすると、
ＨＭｘ＝Ｄ ・・・（５）
ＨＭｙ＝（Ｈｙ１＋Ｈｙ２）／２ ・・・（６）
と表すことができる。

以上のようにしてカメラに基準座標系が設定された印字システム１３０が実際に実行するマークの印字について、図１１および図１２を用いて説明する。

図１１は、基準座標系が設定された印字システム１３０によるシート９００への印字工程を示す概略説明図である。図１２は、印字装置１３０の実行する処理の流れを示すフローチャートである。なお、シート９００は、捲回体１を構成する各シートのいずれにも該当するものとする。

ＣＰＵ１３２１は、まず、エッジの座標計測点の数をカウントするカウンタ値iを、１
に設定する（ステップＳ１２０１）。

次に、ＣＰＵ１３２１は、画像処理装置１３０１の出力するエッジ画像から、座標計測点における座標を取得する（ステップＳ１２０２）。

具体的に、ＣＰＵ１３２１が画像処理装置１３０１へ処理の開始を要求すると、画像処理装置１３０１は、エッジ９０２を撮像するカメラ１００１およびエッジ９０３を撮像するカメラ１００２から、所定の間隔ごとに座標計測点を撮像した撮像画像を取得する。そして、画像処理装置１３０１は、両カメラの撮像画像にエッジ抽出処理を施してエッジ画像を生成し、ＣＰＵ１３２１へと出力する。

エッジ抽出処理とは、画像内の物体を特徴づける線要素（濃淡が急に変化している領域）をその境界線によって抽出して強調するものである。画像処理装置１３０１は、他にも、フィルタリングやガンマ補正、二値化処理等、エッジ画像を精度良く生成するために要する、一般的なデジタル画像処理について実行可能である。

ＣＰＵ１３２１は、画像処理装置１３０１からエッジ画像を取得すると、シートの幅方向のエッジ９０２および９０３について、所定の座標計測点における座標を計測する。

具体的な座標計測点の例を、図１１に示す。座標計測点（図に示すＵ１−Ｕ４、Ｌ１−Ｌ４）は、例えば、所定の間隔で撮像されたエッジ画像について、画像中の所定の縦軸と、シート９００のエッジ９０２または９０３と、の交点の基準座標系に基づく座標を検出することで特定可能である。

ＣＰＵ１３２１は、カメラ１００１の撮像画像に基づくエッジ画像から、エッジ９０２の所定の座標計測点（例えば、Ｕ１）の座標を計測し、測定値（Ｕｘ１，Ｕｙ１）を得る。同様に、ＣＰＵ１３２１は、カメラ１００２の撮像画像に基づくエッジ画像から、エッジ９０３の所定の座標計測点（例えば、Ｌ１）の座標を計測し、測定値（Ｌｘ１，Ｌｙ１）を得る。なお、両カメラはＹ軸と平行に調整されているから、
Ｕｘ１＝Ｌｘ１ ・・・（７）
である。

そして、ＣＰＵ１３２１は、カウンタ値iの値が３以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２０３）。

具体的に、ＣＰＵ１３２１は、座標測定点が、エッジの変動中心を表す変動中心線を算出するのに必要な所定のサンプリング数を満たしているか否かを、カウンタ値iから判断する。ＣＰＵ１３２１は、カウンタ値i（すなわち、既に特定した座標測定点の数）が３以上の場合（ステップＳ１２０３でＹＥＳ）、ステップＳ１２０４へと進む。カウンタ値iが３に満たない場合（ステップＳ１２０３でＮＯ）には、ステップＳ１２０８へ進み、カウンタ値iに１を加算する。

カウンタ値iが３以上の場合（ステップＳ１２０３でＹＥＳ）、ＣＰＵ１３２１は、幅方向の両エッジについて、変動中心を表す変動中心線を算出する（ステップＳ１２０４）。

より具体的に、ＣＰＵ１３２１は、以下のような式から、エッジ９０２の変動中心を表す変動中心線９０４のＹ座標ＵＶｙと、エッジ９０３の変動中心を表す変動中心線９０５のＹ座標ＬＶｘを算出する。
ＵＶｙｉ＝（Ｕｙi-２＋Ｕｙi-１＋Ｕｙi）／３ ・・・（８）
ＬＶｙｉ＝（Ｌｙi-２＋Ｌｙi-１＋Ｌｙi）／３ ・・・（９）
（但し、ｉ≧３）

さらに、ＣＰＵ１３２１は、ＵＶｙとＬＶｘの中心線９０６のＹ座標Ｍｙを、算出する（ステップＳ１２０５）。

より具体的に、ＣＰＵ１３２１は、以下のような式から、Ｍｙを算出する。
Ｍｙｉ＝（ＵＶｙｉ＋ＬＶｙｉ）／２
＝（Ｕｙi-２＋Ｕｙi-１＋Ｕｙi＋Ｌｙi-２＋Ｌｙi-１＋Ｌｙi）／６ ・・・（１０）

そして、ＣＰＵ１３２１は、シート９００に対する印字ヘッドの位置を調整するための補正値を算出し、これを調整する（ステップＳ１２０６）。

具体的に、ＣＰＵ１３２１は、印字ヘッド１００７の描画座標（Ｈｘ１，Ｈｙ１）および印字ヘッド１００８の描画座標（Ｈｘ２，Ｈｙ２）の中点ＭのＹ座標ＨＭｙ（図１０参照）が、上記Ｍｙｉの座標位置に重なる位置、すなわち、
Ｍｙｉ＝ＨＭｙ ・・・（１１）
を満たすように、シート９００に対する印字ヘッド１００７および印字ヘッド１００８の補正値（移動量）を算出し、位置調整機構１３０３へと出力して位置を調整させる。

さらに、ＣＰＵ１３２１は、所定のタイミングで印字ヘッド１００７および印字ヘッド１００８に印字要求を出力して、マークを印字させ（ステップＳ１２０７）、カウンタ値iに１を加算する（ステップＳ１２０８）。

なお、ここで印字されるマークの形状は、図４−８で示したような矩形型、複数の矩形の組み合わせ型、矩形枠型、十字型、Ｌ字型の何れであっても良いが、上記説明したように、当該マークを構成する線は、それぞれＭｙｉに平行か、あるいは、Ｍｙｉの垂線に平行に印字される。

次に、ＣＰＵ１３２１は、カウンタ値iが所定の値に達しているか否かを判断する（ステップＳ１２０９）。ＣＰＵ１３２１は、所定の値に達している場合には（ステップＳ１２０９でＹＥＳ）、処理を終了し、達していない場合（ステップＳ１２０９でＮＯ）には、ステップＳ１２０２へと戻って、処理を繰り返す。

上記のような印字工程によれば、描画座標（Ｈｘ１，Ｈｙ１）および描画座標（Ｈｘ１，Ｈｙ１）間の間隔は維持されたまま、その中点Ｍがシートの中心線上に補正されるため、図９Ａに示すような、シートの中心線９０６ａから等間隔に上下方向に割り振られた位置読み取りマークを印字することが可能である。

なお、上記では、エッジの変動中心を表す変動中心線を算出するための所定のサンプリング数を３としたが、これに限定されず、どのような値を設定しても良い。例えば、２以下に設定した場合には、より演算が簡単になるという利点がある。しかし、平均化を行う点数が少なくなった分、エッジの局所的な変動の影響を受けやすくなることに留意すべきである。

また、位置読み取りマークの印字間隔や、描画座標（Ｈｘ１，Ｈｙ１）と描画座標（Ｈｘ１，Ｈｙ１）間の間隔は、任意に設定することが出来る。また、ＣＰＵ１３２１は、シート送りの速さに合わせて、座標計測点の取得タイミングや印字タイミングを、適宜変更することが可能である。

なお、ＣＰＵ１３２１が、配置線９０９と変動中心線９０４間の距離ＵＤがｄ１より大きくなっている場合（ＵＶｘi−Ｈｘ１≧ｄ１）、および、配置線９１０と変動中心線９０５間の距離ＬＤがｄ１より大きくなっている場合（Ｈｘ２−ＬＶｘi≧ｄ１）、配置線９０９および９１０を基準に、シートのエッジ切り落とし等の整形処理を施して、ＵＤやＬＤをｄ１以下に調整しても良い。対向する位置読み取りマーク間の距離Ｗは一定であるから、整形処理によりシートの幅が変更されたとしても、後の捲回工程におけるマーク位置読み取りに影響を及ぼすことはない。

（捲回工程）
次に、本発明のリチウムイオン電池の捲回工程について説明する。

図１７は、各シートを積層、捲回して捲回体１を製造する捲回システム１７０の概略構成を示すブロック図である。

捲回システム１７０は、図１に示すように各シート上に配置されるカメラ１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂと、チャック１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂと、カメラ１１ａおよび１１ｂの撮像画像からエッジ画像を生成する画像処理装置１１ｃと、カメラ１２ａおよび１２ｂの撮像画像からエッジ画像を生成する画像処理装置１２ｃと、カメラ１３ａおよび１３ｂの撮像画像からエッジ画像を生成する画像処理装置１３ｃと、カメラ１４ａおよび１４ｂの撮像画像からエッジ画像を生成する画像処理装置１４ｃと、チャック１５ａおよび１５ｂを動作させるアクチュエータ１５ｃと、チャック１６ａおよび１６ｂを動作させるアクチュエータ１６ｃと、チャック１７ａおよび１７ｂを動作させるアクチュエータ１７ｃと、チャック１８ａおよび１８ｂを動作させるアクチュエータ１８ｃと、画像処理装置からエッジ画像を取得してマークの中心座標を検出し、当該中心座標から各シートにおける捲回位置の補正量を算出する、補正量算出装置１７０５と、を備えている。

補正量算出装置１７０５は、捲回システム１７０を統括的に制御するＣＰＵ(Central Processing Unit)１７５１と、プログラムやデータを格納するＲＯＭ装置(Read Only Memory)１７５２と、データ加工の際に必要なデータを格納するＲＡＭ装置(Random Access Memory)１７５３と、各種ハードウェアをデータの送受信可能に補正算出装置１７０５に接続するインターフェイスであるＩ／Ｆ１７５４と、各デバイス間を接続するバス１７５５と、有する。

ここで、捲回システム１７０による捲回工程に供されるシート９００について説明する。

図１４は、シート９００に付されたマークの位置関係示す概略説明図である。なお、シート９００は、捲回体１を構成する各シートのいずれにも該当するものとする。同様に、カメラ１１ａおよび１１ｂは、カメラ１２ａおよび１２ｂ、カメラ１３ｂおよび１３ｂ、カメラ１４ａおよび１４ｂのいずれにも該当する。また、中心線９０６、配置線９０９および配置線９１０は、実際の製品に付されるものではない。

カメラ１１ａおよび１１ｂは、シート９００に付されたマークが、捲回により撮像領域に入るよう位置に配置されている。カメラ１１ａは、捲回方向へシート９００が捲回されるに従って、マークＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３を順次撮像する。同様に、カメラ１１ｂは、捲回に従って、マークＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３を順次撮像する。上述したように、幅方向に相対向するマークは、それぞれ中心線９０６からの最短距離（中点Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３からの距離）が等距離となるよう印字されている（Ｗ／２）。

次に、実際の捲回工程について説明する。

補正量算出装置１７０５の実行する補正量の算出処理の前処理として、まず、シートに付されたマークを撮像するカメラに、原点と、捲回方向の軸Ｘと、幅方向の軸Ｙと、を基準座標系が設定される。

ここで、図１および図１７に示す、負極シート２のマークを読み取るカメラ１１ａ、１１ｂと、セパレータシート３のマークを読み取るカメラ１２ａ、１２ｂと、正極シート４のマークを読み取るカメラ１３ａ、１３ｂと、セパレータシート５のマークを読み取るカメラ１４ａ、１４ｂとは、それぞれ別の基準座標系で調整される。

そこで、異なる基準座標系で調整されるカメラによって撮像される各シートについて、捲回基準の調整が行われる。捲回基準の調整は、例えば、図１６に示すような試し捲回シート１６０を利用した試し捲回作業によって、各シートの中心線を合わせることで行われる。

試し捲回シート１６０は、中心線１６０２が印字された透明なシートである。また、捲回体１を構成する各シートと同様に、幅方向の一端側付近に並ぶマークＰＵと、他端側付近に並ぶマークＰＬと、がマーキングされている。

捲回基準の調整の手順について、図１５を用いて説明する。図１５は、試し捲回作業の流れを示すフロー図である。

まず、図１に示すような捲回機において、シートの捲回基準となるシートと、当該シートに対するずれの調整を受けるシートと、を定め、各シートがセットされる所定の位置に、試し捲回シートをセットする（ステップＳ１５０１）。

ここでは、基準となるシートに負極シート２を、調整を受けるシートにセパレータシート３を選択し、各シートに代えて試し捲回シート１６０を、捲回機の所定の位置にセットする。以下、負極シート２に相当する試し捲回シート１６０を基準シート、セパレータシート３に相当する試し捲回シート１６０を調整シートと称する。

次に、捲回機によって、基準シートと調整シートの試し捲回が実行される（ステップＳ１５０２）。

そして、補正量算出装置１７９５は、試し捲回によって積層された基準シートおよび調整シートについて、その中心線１６０２のずれ量が、所定の閾値ε以下であるか否かを判断する（ステップＳ１５０３）。

具体的に、ＣＰＵ１７５１は、中心線１６０２を撮像領域に含む図示しないカメラから得られる撮像画像を取得して、基準シートの中心線と、調整シートの中心線と、のずれ量を算出する。ずれ量が所定の閾値ε以下でなかった場合（ステップＳ１５０３でＮＯ）、ＣＰＵ１７５１は、調整シートの位置を調整するチャック（ここでは、チャック１６ａおよび１６ｂ）を動作させるアクチュエータ（ここでは、アクチュエータ１６ｃ）にずれ量を補正するための補正値を含む補正要求を出力して捲回位置を調整させ（ステップＳ１５０４）、試し捲回を続ける。ずれ量が所定の閾値ε以下であった場合（ステップＳ１５０３でＹＥＳ）、ＣＰＵ１７５１は、試し捲回を終了し、ステップＳ１５０５へと進む。

次に、ＣＰＵ１７５１は、基準シートおよび調整シートに付されるマークの中心の座標を検出する（ステップＳ１５０５）

具体的に、ＣＰＵ１７５１が画像処理装置１１ｃおよび１２ｃへエッジ画像の出力を要求すると、画像処理装置１１ｃはカメラ１１ａおよび１１ｂの、画像処理装置１２ｃは、カメラ１２ａおよび１２ｂの撮像画像を取得する。そして、画像処理装置１１ｃおよび１２ｃは、各カメラの撮像画像からそれぞれエッジ画像を生成し、ＣＰＵ１７５１へと出力する。ＣＰＵ１７５１は、画像処理装置から出力された４つのエッジ画像を取得すると、基準シートおよび調整シートに付されたマークＰＵおよびＰＬの中心座標（ＰＵｘ、ＰＵｙ）、（ＰＬｘ、ＰＬｙ）を、それぞれ検出する。

なお、中心座標（ＰＵｘ、ＰＵｙ）、および、（ＰＬｘ、ＰＬｙ）の検出方法は、印字されたマークによって異なる。例えば、図４−８で説明したように、中心線に平行に印字された線（ここでは中心線は定まっていないので、Ｙ座標が一定の線）と、中心線に垂直な線に平行に印字された線（同じく、Ｘ座標が一定の線）を検出して、各線の中心となる線の交点を、マークの中心として判断することが可能である。

次に、ＣＰＵ１７５１は、基準シートおよび調整シートのそれぞれについて、ＰＵｙとＰＬｙの中点ＭのＹ座標ＭＰｙ、すなわち、中心線１６０２のＹ座標をさらに算出して、処理を終了する（ステップＳ１５０６）。

以上のような処理により、カメラ１１ａおよび１１ｂに設定される位置読み取りカメラ基準座標系における中心線１６０２のＹ座標（以下、Ｙｃｎと称する）と、カメラ１２ａおよび１２ｂに設定される位置読み取りカメラ基準座標系における中心線１６０２のＹ座標（以下、Ｙｃｓ１と称する）と、を捲回位置の基準として取得することができる。

同様に、ＣＰＵ１７５１は、調整を受けるシートとして正極シート４やセパレータシート５を選択することで、カメラ１３ａおよび１３ｂに設定される位置読み取りカメラ基準座標系における中心線１６０２のＹ座標（以下、Ｙｃｐと称する）や、カメラ１４ａおよび１４ｂに設定される位置読み取りカメラ基準座標系における中心線１６０２のＹ座標（以下、Ｙｃｓ２と称する）についても取得する。

以上のようにして、ＣＰＵ１７５１は、捲回機における各シートの捲回基準として、Ｙｃｎ、Ｙｃｓ１、Ｙｃｐ、Ｙｃｓ２を得る。捲回工程に供される４枚のシートの中心線のずれ量が、閾値ε内に収まる基準のＹ座標の値として、ＲＯＭ１７５２へと記憶され、後述する補正量算出処理において使用される。以下、Ｙｃｎ、Ｙｃｓ１、Ｙｃｐ、Ｙｃｓ２の各値を、オフセット値と称する。

次に、捲回システム１７０が、実際の捲回に際して実行する補正量算出処理について、図１８を参照しながら説明する。

図１８は、捲回システム１７０の実行する補正量算出処理の流れを示すフローチャートである。

まず、補正量算出装置１７０５のＣＰＵ１７５１は、シート送りに従って読み取られるマークの通し番号であるカウンタ値ｊに１を与える（ステップＳ１８０１）。

次に、ＣＰＵ１７５１は、各シートに付されるｊ番目のマークであるＰＵｊ、ＰＬｊの中心のＹ座標を検出する（ステップＳ１８０２）

具体的に、ＣＰＵ１７５１が画像処理装置１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、１４ｃへとそれぞれエッジ画像の出力を要求すると、各画像処理装置は、各カメラの撮像画像からそれぞれエッジ画像を生成し、ＣＰＵ１７５１へと出力する。ＣＰＵ１７５１は、画像処理装置から出力された８つのエッジ画像を取得すると、図１に示すように、カメラ１１ａの撮像画像からマーク６ａの中心のＹ座標ＹＬｎjを算出し、カメラ１１ｂの撮像画像からマーク６ｂの中心のＹ座標ＹＵｎｊを算出し、カメラ１２ａの撮像画像からマーク７ａの中心のＹ座標ＹＬｓ１ｊを算出し、カメラ１２ｂの撮像画像からマーク７ｂの中心のＹ座標ＹＵｓ１ｊを算出し、カメラ１３ａの撮像画像からマーク８ａの中心のＹ座標ＹＬｐjを算出し、カメラ１３ｂの撮像画像からマーク８ｂの中心のＹ座標ＹＵｐｊを算出し、カメラ１４ａの撮像画像からマーク９ａの中心のＹ座標ＹＬｓ２ｊを算出し、カメラ１４ｂの撮像画像からマーク９ｂの中心のＹ座標ＹＵｓ２ｊを算出する。なお、マークの中心座標の検出方法は、ステップＳ１５０５と同様であるため、ここでは詳細には説明しない。

続いて、ＣＰＵ１７５１は、各マークのＹ座標から、各シートの中心線のＹ座標の値を求める（ステップＳ１８０３）。

具体的に、ＣＰＵ１７５１は、負極シート２の中心線のＹ座標Ｙｃｎｊと、第一のセパレータシート３の中心線のＹ座標Ｙｃｓ１ｊと、正極シート４の中心線のＹ座標Ｙｃｐｊと、第二のセパレータシート５の中心線のＹ座標Ｙｃｓ２ｊと、を算出する。
Ｙｃｎｊ ＝（ＹＵｎｊ−ＹＬｎj）／２ ・・・（１１）
Ｙｃｓ１ｊ＝（ＹＵｓ１ｊ−ＹＬｓ１j）／２ ・・・（１２）
Ｙｃｐｊ ＝（ＹＵｐｊ−ＹＬｐj）／２ ・・・（１３）
Ｙｃｓ２ｊ＝（ＹＵｓ２ｊ−ＹＬｓ２j）／２ ・・・（１４）

そして、ＣＰＵ１７５１は、上記ステップで算出した各シートの中心線のＹ座標の値と、各シートのオフセット値と、の差Δを算出する（ステップＳ１８０４）。

具体的に、ＣＰＵ１７５１は、負極シート２の中心線のＹ座標Ｙｃｎｊとオフセット値Ｙｃｎの差Δｎｊと、第一のセパレータシート３の中心線のＹ座標Ｙｃｓ１ｊとオフセット値Ｙｃｓ１の差Δｓ１ｊと、正極シート４の中心線のＹ座標Ｙｃｐｊとオフセット値Ｙｃｐの差Δｐｊと、第二のセパレータシート５の中心線のＹ座標Ｙｃｓ２ｊとオフセット値Ｙｃｓ２との差Δｓ２ｊと、を算出する。
Δｎｊ ＝Ｙｃｎｊ−Ｙｃｎ ・・・（１５）
Δｓ１ｊ＝Ｙｃｓ１ｊ−Ｙｃｓ１ ・・・（１６）
Δｐｊ ＝Ｙｃｐｊ−Ｙｃｐ ・・・（１７）
Δｓ２ｊ＝Ｙｃｓ２ｊ−Ｙｃｓ２ ・・・（１８）

次に、ＣＰＵ１７５１は、差Δの値を、所定の閾値と比較する（ステップＳ１８０５）。

具体的に、ＣＰＵ１７５１は、各シートについて算出したオフセット値との差Δｎｊ、Δｓ１ｊ、Δｐｊ、Δｓ２ｊのそれぞれについて、所定の閾値δ以下であるか否かを判断する。差Δが全て閾値δ以下であった場合（ステップＳ１８０５でＹＥＳ）、ステップＳ１８０７へと進む。差Δが閾値δ以下でなかった場合には（ステップＳ１８０５でＮＯ）、ステップＳ１８０６へと進み、該当するシートについて、その位置を補正するための補正量Ｃを算出する。

差Δが閾値δ以下でなかったシートが存在する場合（ステップＳ１８０５でＮＯ）、ＣＰＵ１７５１は、補正量Ｃを算出する（ステップＳ１８０６）。

ＣＰＵ１７５１は、例えば、次のような式を用いて差Δがδ以下でないと判断されたシートの補正量Ｃを算出する。負極シート２の補正量をＣｎｊ、第一のセパレータシート３の補正量をＣｓ１ｊ、正極シート４の補正量をＣｐｊ、第二のセパレータシート５の補正量をＣｓ２ｊとすると、Ｋを比例定数として、各補正量Ｃは、
Ｃｎｊ ＝−Ｋ・Δｎｊ ・・・（１９）
Ｃｓ１ｊ＝−Ｋ・Δｓ１ｊ ・・・（２０）
Ｃｐｊ ＝−Ｋ・Δｐｊ ・・・（２１）
Ｃｓ２ｊ＝−Ｋ・Δｓ２ｊ ・・・（２２）
（但し、０≦Ｋ＜１）
として算出される。そして、ＣＰＵ１７５１は、算出された補正量Ｃを、補正対象となるシートを調整するチャックを動作させるアクチュエータへと出力する。

次に、ＣＰＵ１７５１は、カウンタ値ｊに１を加算する（ステップＳ１８０７）。

そして、ＣＰＵ１７５１は、カウンタ値ｊが所定の値に達しているか否かを判断する（ステップＳ１８０８）。ＣＰＵ１７５１は、カウンタ値ｊが所定の値に達している場合には（ステップＳ１８０８でＹＥＳ）、処理を終了し、達していない場合（ステップＳ１８０８でＮＯ）には、ＣＰＵ１７５１は、ステップＳ１８０１へと戻って処理を繰り返す。

以上、本発明の一実施形態について説明した。

上記実施形態によれば、本発明にかかるリチウムイオン電池の備える捲回体１は、マークから算出されるシートの中心線を、基準の捲回位置に合わせて各シートの位置を調整することによって、精度の良く捲回される。

また、各シートのマークは、幅方向のエッジの変動平均に基づいて算出された中心線に対して付されているため、エッジの局所的な変動による影響を抑えた安定な位置合わせ実行可能である。

さらに、本発明は、上記実施形態に制限されない。上記実施形態は、本発明の技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。

例えば、位置合わせ用のマークは、上記実施形態に記載されているものに限定されず、中心線に平行な線と、中心線に垂直な線に平行な線と、が組み合わされているものであれば、どのような形状としても良い。

例えば、図４においては、位置合わせ用マーク４００は、正矩形として示したが、長矩形であっても良い。

また、図１９に示すように、中心線に平行な線のみからなる轍型のマークを捲回方向に連続的に付する方法を用いてもよい。

具体的に、シート１９０１は、幅方向のエッジの一端側にマーク１９０２が、他端側にマーク１９０３が付されている。なお、マーク１９０２および１９０３は、それぞれ上下２本の平行なラインからなる。補正量算出装置１７０５は、当該上下２本のラインの中心線１９０４および１９０５のＹ座標を算出することによって、さらにその中心線１９０６を検出することが可能である。このような轍型のマークを印字する方法としては、レーザマーカによる方法の他に、顔料をローラによって塗布する方法を用いることが出来る。

また、上記実施形態では、位置合わせ用マークは、容易なマークの読み取りのため活物質の未塗布領域に付されるものとして説明したが、活物質層に印字しても良い。

また、本発明はリチウムイオン電池に限らず、シート類の位置合わせを要するような構造を有するものであれば、他の電池にも適用可能である。

捲回機による捲回工程の概略説明図である。 負極シート２を展開した状態で示す上面図である。 第１のセパレータシート３を展開した状態で示す上面図である。 各シートに付される矩形型のマークの概略説明図である。 各シートに付される複数の矩形型からなるマークの一例である。 各シートに付される矩形枠型のマークの概略説明図である。 各シートに付される十字型のマークの概略説明図である。 各シートに付されるＬ字型のマークの概略説明図である。 図９Ａは、シート９００ａに付されるマークの位置関係示す概略説明図である。図９Ｂは、シート９００ｂに付されるマークの位置関係示す概略説明図である。 印字システム１３０の備えるカメラおよび印字ヘッドの位置関係を示す概略説明図である。 基準座標系が設定された印字システム１３０によるシート９００への印字工程を示す概略説明図である。 印字システム１３０の実行する処理の流れを示すフローチャートである。 捲回体１を構成する各シートにマークを印字する印字システム１３０の概略構成を示すブロック図である。 シート９００に付されたマークの位置関係示す概略説明図である。 試し捲回作業の流れを示すフロー図である。 試し捲回シート１６０を展開した状態で示す上面図である。 捲回システム１７０の概略構成を示すブロック図である。 捲回システム１７０の実行する補正量算出処理の流れを示すフローチャートである。 轍型のマークを付されたシートの一例である。

１：捲回体、２：負極シート、３：第一のセパレータシート、４：正極シート、５：第二のセパレータシート、１３０：印字システム、１６０：試し捲回シート、１７０：捲回システム１７０。

Claims (12)

1. 負極シートと、正極シートと、第一のセパレータシートと、第二のセパレータシートと、を重ねて捲いて形成されるリチウムイオン電池であって、
   前記各シートには、それぞれ位置合わせ用マークが付されている
   ことを特徴とするリチウムイオン電池。
2. 請求項１に記載のリチウムイオン電池であって、
   前記位置合わせ用マークは、前記各シートの捲き方向に、それぞれ所定の間隔で付されている
   ことを特徴とするリチウムイオン電池。
3. 前記請求項１または２に記載のリチウムイオン電池であって、
   前記位置合わせ用マークは、前記各シートの捲き方向に平行な両縁付近に、それぞれ付されている
   ことを特徴とするリチウムイオン電池。
4. 請求項３に記載のリチウムイオン電池であって、
   前記負極シートおよび前記正極シートの前記位置合わせ用マークは、活物質が未塗布の領域に付されている
   ことを特徴とするリチウムイオン電池。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池であって、
   前記位置合わせ用マークは、各シートの捲き方向に平行な基準線に垂直な線上で、前記基準線を挟んで両側に付されている
   ことを特徴とするリチウムイオン電池。
6. 請求項５に記載のリチウムイオン電池であって、
   前記位置合わせ用マークは、前記基準線から、それぞれ等距離の位置に付されている
   ことを特徴とするリチウムイオン電池。
7. 請求項５又は６に記載のリチウムイオン電池であって、
   前記位置合わせ用マークは、前記基準線に平行および垂直な辺よりなる
   ことを特徴とするリチウムイオン電池。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池であって、
   前記位置合わせ用マークは、矩形型、複数の矩形の組み合わせ、矩形枠型、十字型、Ｌ字型、轍型の、少なくとも何れかからなる
   ことを特徴とするリチウムイオン電池。
9. 負極シートと、正極シートと、第一のセパレータシートと、第二のセパレータシートと、を重ねて捲いて形成されるリチウムイオン電池の製造方法であって、
   各シートの巻き取り方向に平行な両縁を撮像する過程と、
   撮像された前記両縁の画像から前記両縁の変動の平均を算出して、前記変動の平均によって定まる各シートの基準線を算出する過程と、
   前記各シートの基準線に垂直な線上で、前記基準線を挟んで両側に位置合わせ用マークをそれぞれ印字する過程と、を有する
   ことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
10. 請求項９に記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
    前記位置合わせ用マークは、前記基準線から、それぞれ等距離の位置に付される
    ことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
11. 請求項９または１０に記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
    前記各シートの基準線に垂直な線上で、前記基準線を挟んで両側に付された位置合わせ用マークをそれぞれ撮像する過程と、
    撮像された前記位置合わせ用マークの画像から、前記垂直な線の中点の位置を算出する過程と、
    前記中心の位置と、予め定められた基準の位置と、のずれ量を算出する過程と、
    前記ずれ量の値が所定の閾値以下でない場合に、前記位置合わせ用マークの付されたシートの位置を、ずれとは逆の方向へ補正する
    ことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
12. 請求項９から１１のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
    前記位置合わせ用マークは、矩形型、複数の矩形の組み合わせ、矩形枠型、十字型、Ｌ字型、轍型の、少なくとも何れかからなる
    ことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。

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