JP6152184B2 - セパレータ捲回体、電池の製造方法、及びセパレータ捲回体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はリチウムイオン電池などの電池に用いられるセパレータ捲回体、セパレータ捲回体の製造方法、及び電池の製造方法に関する。

リチウムイオン二次電池の内部において、正極及び負極は、多孔質のセパレータによって分離される。リチウムイオン二次電池の製造には、このセパレータを円筒形状のコアに巻いたものであるセパレータ捲回体が用いられる。

特許文献１は、導電性部材を含むコアに微多孔膜が捲回された捲回体を開示している。

特開２０１３−１３９３４０（２０１３年７月１８日公開）

セパレータを巻き出したコアは、セパレータの巻取りに再利用できることが好ましい。特許文献１には、このコアの再利用について記載されていない。

本発明の目的は、再利用に適したコアを備えたセパレータ捲回体と、セパレータ捲回体の製造方法と、セパレータ捲回体から巻き出されたセパレータを備えた電池の製造方法とを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のセパレータ捲回体は、多孔質の電池用セパレータを巻いたコアを備え、前記コアの前記電池用セパレータに接する外周面の算術平均粗さは、３．７μｍ以上である。

また、本発明のセパレータ捲回体は、多孔質の電池用セパレータを巻いたコアを備え、前記コアの前記電池用セパレータに接する外周面の二乗平均平方根粗さは、４．０μｍ以上である。

発明者は、コアの外周面の表面粗度（算術平均粗さ又は二乗平均平方根粗さ）と、外周面から接着剤及び電池用セパレータを剥がすために必要となる力の大きさである剥離強度とが相関し、表面粗度が特定の条件を満たすときに、剥離強度が顕著に小さくなることを見出した。

上記構成によれば、剥離強度を従来のコアと比較して顕著に小さくできる。これにより、外周面から接着剤及び電池用セパレータを容易に剥がせるため、コアを再利用できる。

また、本発明のセパレータ捲回体では、前記電池用セパレータの前記外周面に接する一端は、前記外周面に固定されていてもよい。

上記構成によれば、電池用セパレータが外周面上でずれることを抑制できる。特に、電池用セパレータがコアに巻かれる前に、電池用セパレータの一端が外周面に固定されていれば、電池用セパレータがコアに巻かれるときにも、電池用セパレータが固定位置からずれることを抑制できる。よって、コアを再利用でき、かつ、巻きずれの少ないセパレータ捲回体を提供できる。

また、本発明のセパレータ捲回体では、前記電池用セパレータは、前記外周面に対向する機能層を備えていてもよい。

機能層の接着性が、電池用セパレータの機能層以外の部位よりも高い場合には、機能層は、外周面に付着し易くなる。このため、コアの再利用が妨げられることがある。

上記構成によれば、外周面から機能層を容易に剥がせるため、コアを再利用できる。

また、本発明のセパレータ捲回体では、前記コアは、樹脂を含んでいてもよい。

外周面から接着剤及び電池用セパレータを剥がすときには、コアの外周面側の部位に、コアから剥がれる方向に力が加わる。

上記構成によれば、例えば紙製のコアと比較してコアの外周面側が剥がれ難くなる。

本発明の電池は、カソード及びアノードと、前記カソード及び前記アノードに挟持されるように配置される上述のセパレータ捲回体から巻き出された前記電池用セパレータとを備える。

本発明の電池の製造方法は、上述のセパレータ捲回体から前記電池用セパレータを巻き出す工程と、巻き出された前記電池用セパレータを、カソード及びアノードの間に挟持されるように配置する工程とを含む。

上記構成によれば、セパレータ捲回体のコアを再利用できるため、セパレータ捲回体と、セパレータ捲回体から巻き出された電池用セパレータとを安価に提供できる。このため、電池を従来の電池と比較して安価に提供できる。

本発明のセパレータ捲回体の製造方法は、多孔質の電池用セパレータを搬送する工程と、搬送されている前記電池用セパレータを、外周面の算術平均粗さが３．７μｍ以上であるコアに巻き取る工程とを含む。

また、本発明のセパレータ捲回体の製造方法は、多孔質の電池用セパレータを搬送する工程と、搬送されている前記電池用セパレータを、外周面の二乗平均平方根粗さが４．０μｍ以上であるコアに巻き取る工程とを含む。

上記製造方法によれば、コアを再利用できるセパレータ捲回体を製造できる。

本発明のセパレータ捲回体によれば、コアの外周面から接着剤及び電池用セパレータを容易に剥がせるため、コアを再利用できるという効果を奏する。

また、本発明の電池は、従来の電池と比較して安価に提供できるという効果を奏する。

また、本発明のセパレータ捲回体の製造方法によれば、コアを再利用できるセパレータ捲回体を製造できるという効果を奏する。

リチウムイオン二次電池の断面構成を示す模式図である。 図１に示されるリチウムイオン二次電池の詳細構成を示す模式図である。 図１に示されるリチウムイオン二次電池の他の構成を示す模式図である。 セパレータをスリットするスリット装置の構成を示す模式図である。 図４に示されるスリット装置の切断装置の構成を示す側面図・正面図である。 本発明の実施形態のセパレータ捲回体の構成を示す模式図である。 図６に示されるコアの外周面の表面粗度を測定するための構成を示す模式図である。 図６に示されるコアの外周面に貼り付けられた接着テープが剥がされるときに接着テープに加えられる引張力を測定するための構成を示す模式図及びその測定結果を示すグラフである。

〔基本構成〕
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、切断装置について順に説明する。

（リチウムイオン二次電池）
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。

図１は、リチウムイオン二次電池１（電池）の断面構成を示す模式図である。

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（電池用セパレータ）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。

（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２は、図１に示されるリチウムイオン二次電池１の詳細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。

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。

ここで、例えば、リチウムイオン二次電池１の過充電、又は、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が融解又は柔軟化し、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の移動が停止するため、上述の昇温も停止する。

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の移動は停止しない。ゆえに、昇温は継続する。

（耐熱セパレータ）
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。

図３の（ａ）に示されるように、セパレータ１２は、多孔質フィルム５と、耐熱層４とを備える耐熱セパレータであってもよい。耐熱層４は、多孔質フィルム５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、多孔質フィルム５のアノード１３側の片面に積層されてもよいし、多孔質フィルム５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。

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、多孔質フィルム５が融解又は柔軟化しても、耐熱層４が多孔質フィルム５を補助しているため、多孔質フィルム５の形状は維持される。ゆえに、多孔質フィルム５が融解又は柔軟化し、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の移動が停止するため、上述の過放電又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。

（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。

例えば、熱可塑性樹脂に可塑剤を加えてフィルム成形した後、該可塑剤を適当な溶媒で除去する方法が挙げられる。例えば、多孔質フィルム５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。

この方法は、（１）超高分子量ポリエチレンと、炭酸カルシウム等の無機充填剤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５を得る延伸工程を含む。

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５が形成される。

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。

その後、塗工工程において、多孔質フィルム５の表面に耐熱層４を形成する。例えば、多孔質フィルム５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５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。

塗工液を多孔質フィルム５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。

なお、塗工する際に多孔質フィルム５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。

以上のように、多孔質フィルム５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。また、耐熱層に替えて他の機能層（例えば、後述の接着層）を有する接着セパレータを、耐熱セパレータと同様の製造方法により製造してもよい。

（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。

なお、「セパレータの幅」とは、セパレータの長手方向と厚み方向とに対し略垂直である方向の、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、セパレータの長手方向（ＭＤ）と厚み方向とに対し略垂直である方向を意味する。

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。

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。スリット装置６には、後述する切断装置７がさらに設けられている。

（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。

（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（ボビン）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（ボビン）へ巻き取られる。なお、ロール状に巻き取られたセパレータを「セパレータ捲回体」と称する。

（切断装置）
図５は、図４の（ａ）に示されるスリット装置６の切断装置７の構成を示す図であって、（ａ）は切断装置７の側面図であり、（ｂ）は切断装置７の正面図である。

図５の（ａ）（ｂ）に示されるように、切断装置７は、ホルダー７１と、刃７２とを備える。ホルダー７１は、スリット装置６に備えられている筐体などに固定されている。そして、ホルダー７１は、刃７２と搬送されるセパレータ原反との位置関係が固定されるように、刃７２を保持している。刃７２は、鋭く研がれたエッジによってセパレータの原反をスリットする。

〔実施形態〕
≪セパレータ捲回体の構成≫
図６は、本発明の実施形態のセパレータ捲回体１０の構成を示す模式図であって、（ａ）はコア８からセパレータ１２が巻き出される前の状態を示し、（ｂ）はコア８からセパレータ１２が巻き出された状態を示し、（ｃ）はセパレータ１２が巻き出され、取り除かれた後のコア８の状態を示し、（ｄ）は（ｂ）の状態を別角度から示す。

図６の（ａ）に示されるように、セパレータ捲回体１０は、セパレータ１２を巻いたコア８を備える。このセパレータ１２は、上述のようにスリットされている。

（コア）
コア８は、外側円筒部８１と、内側円筒部８２と、複数のリブ８３とを備え、上述のコアｕ・ｌと同じ機能を有する。

外側円筒部８１は、その外周面にセパレータ１２を巻くための円筒部材である。内側円筒部８２は、その内周面に巻取ローラーを嵌めるための円筒部材である。リブ８３は、外側円筒部８１の内周面と、内側円筒部８２の外周面との間に延び、外側円筒部８１を内周面から支持する支持部材である。

コア８の材料は、ＡＢＳ樹脂を含む。ただし、本発明のコアの材料はこれに限定されない。コアの材料として、ＡＢＳ樹脂の他に、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、及び塩化ビニール樹脂などの樹脂を含んでもよい。コアの材料は、金属、紙、フッ素樹脂でないことが好ましい。

（セパレータ）
図６の（ｂ）に示されるように、セパレータ１２の外面には、製品の端部を表す印であるテープ１２０が付与されている。通常は、印としてこのようなテープを付与することが多いが、シール、スタンプ、又は印刷された印を付与してもよい。テープ１２０が付与される面は、セパレータ１２の外面に限定されず、セパレータ１２の内面であってもよい。

セパレータ１２は、テープ１２０よりもコア８に近い側の内周部１２１と、テープ１２０よりもコア８から遠い側の外周部１２２とに分かれる。セパレータ１２の一端は、接着テープ１３０によってコア８と貼り付けられている。具体的には、セパレータ１２の一端は、接着剤を備えた接着テープ１３０によって、コア８の外周面Ｓに固定されている。セパレータの一端を外周面Ｓに固定する手段は、接着テープ１３０の他、接着剤をセパレータ１２の一端に直接塗布して固定する、又はクリップで固定する、などであってもよい。

セパレータ１２には、コア８の外周面の凹凸が転写される。内周部１２１には、外周部１２２よりも、この凹凸が転写されやすい。このため、セパレータ１２を電池の部品として用いるときには、テープ１２０で分けられた外周部１２２を用いる。

内周部１２１の長さは３ｍである。本発明のセパレータの内周部の長さは、この長さに限定されない。

発明者は、コア８の外周面Ｓの表面粗度（例えば算術平均粗さＲａや二乗平均平方根粗さＲｑ）と、外周面Ｓから接着剤（接着テープ１３０）及びセパレータ１２を剥がすために必要となる力の大きさである剥離強度とが相関し、表面粗度が特定の条件を満たすときに、剥離強度が顕著に小さくなるため、コア８を容易に再利用できることを見出した。この表面粗度と剥離強度とについて順に説明する。

（コアの表面粗度）
図７は、図６の（ｃ）に示されるコア８の外周面Ｓの表面粗度を測定するための構成を示す模式図であって、（ａ）は全体構成を示し、（ｂ）は測定ヘッド２１の周辺構成を示す。図７の（ａ）〜（ｂ）に示されるように、表面粗度測定装置２０により、コア８の外周面Ｓの表面粗度を測定している。図７の（ａ）に示されるように、コア８は、輪留め３１を介して台座３０に固定されている。

表面粗度測定装置２０は、測定ヘッド２１と、移動機構２２と、筐体２３と、ケーブル２４とを備え、固定部材３２を介して台座３０に固定されている。

測定ヘッド２１の先端は、外周面Ｓに接触している。移動機構２２は、測定ヘッド２１を、コア８の幅方向である方向Ｄへ移動させる。筐体２３は、測定ヘッド２１から外周面Ｓの表面粗度に応じた信号を受け、表面粗度を計算するモジュールを備える。ケーブル２４は、表面粗度の計算結果・電力を、表面粗度測定装置２０と外部装置との間で中継する。

（コアの表面粗度測定装置の仕様）
表面粗度測定装置２０として、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製の「Ｓｕｒｆｔｅｓｔ（ＳＪ−４００）」を用いた。測定ヘッド２１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２０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。

（セパレータの剥離強度）
図６の（ａ）に示されるセパレータ捲回体１０から、図６の（ｂ）に示されるようにセパレータ１２を巻き出し、図６の（ｃ）に示されるようにコア８の外周面Ｓからセパレータ１２を剥がすときに、セパレータ１２には、引張力が加えられる。この引張力の大きさは、外周面Ｓからセパレータ１２を剥がすために必要となる力の大きさであるセパレータ１２の剥離強度を意味する。

（接着テープの剥離強度）
図６の（ｄ）に示されるように、接着テープ１３０は、セパレータ１２の内周部１２１側の一端をコア８に貼り付けている。そして、図６の（ａ）に示されるセパレータ捲回体１０から、図６の（ｂ）に示されるようにセパレータ１２を巻き出し、図６の（ｃ）に示されるようにコア８の外周面Ｓから接着テープ１３０を剥がすときに、接着テープ１３０には、引張力（通常、外周面Ｓから剥がされた接着テープ１３０と、外周面Ｓの接着テープ１３０が剥がされようとしている部位における接平面とがなす角度である剥離角度が、９０°以上となる状態において、外周面Ｓから接着テープ１３０を剥がすための力）が加えられる。この引張力の大きさは、外周面Ｓから接着テープ１３０を剥がすために必要となる力の大きさである接着テープ１３０の剥離強度を意味する。

なお、接着テープ１３０と外周面Ｓとの間の接着力は、接着テープ１３０が外周面Ｓに貼り付いている接着面積に比例する。剥離角度が０°に近いときには、上述の引張力は、この接着面積に比例する。一方、剥離角度が９０°に近いときには、引張力は、接着テープ１３０の幅に比例する。

（剥離強度の定量化）
以下では、上述の剥離強度を接着テープをコア８から剥がすために必要となる力として定量化する。

図８は、図６の（ｃ）に示されるコア８の外周面Ｓの円周方向に貼り付けられた接着テープ１２ａが剥がされるときに接着テープ１２ａに加えられる引張力を測定するための構成及びその測定結果を示す図であって、（ａ）〜（ｃ）はコア８から接着テープ１２ａを剥がしているときの状況を示す模式図であり、（ｄ）は距離と引張力との関係を示すグラフであり、（ｅ）は算術平均粗さＲａと規格化された剥離強度ＮＦとの関係を示すグラフであり、（ｆ）は引張力の平均値を測定するときの状況を示す模式図である。

接着テープ１２ａは、３Ｍ社製の「Ｓｃｏｔｃｈ（Ｃａｔ．Ｎｏ ５００−３−１２３５−１０Ｐ、１２ｍｍ幅）」である。引張力の測定に用いた試験機は、テンシロン万能材料試験機（オリエンテック社製、モデルＲＴＧ−１３１０）である。各サンプルに対し剥離強度試験を３回実施し、試験結果の平均値を剥離強度とした。

図８の（ａ）〜（ｃ）に示されるように、外周面Ｓに接着テープ１２ａを貼り付け、外周面Ｓから接着テープ１２ａを剥がすときに、接着テープ１２ａに加えられる引張力を測定することにより、剥離強度を定量化できる。具体的には以下のとおりである。

図８の（ａ）に示されるように、接着テープ１２ａが、外周面Ｓに貼り付けられている。なお、コア８の外周面Ｓは、予めエタノールを用いて、付着している汚れ、油分等を拭き取られている。接着テープ１２ａは、上述のとおりその幅が１２ｍｍであり、コア８の円周方向の８分の３の長さに貼り付けられている。この状態から、接着テープ１２ａの端部ｐに、外周面Ｓに対し略垂直な方向へ引張力が加えられる。

図８の（ｄ）に示される横軸の距離は、コア８の外周面Ｓから剥がれた接着テープ１２ａを引き上げた距離（ｍｍ）である。このとき、接着テープ１２ａは、速度１００ｍｍ／ｍｉｎで引き上げられている。引張力が０から増加してある値を越えたときに、接着テープ１２ａは外周面Ｓから剥がれ出す。引張力Ｆａは、接着テープ１２ａが外周面Ｓから剥がれ始めた直後の引張力である。

図８の（ｂ）に示されるように、図８の（ａ）に示される状況からさらに、接着テープ１２ａが外周面Ｓから剥がれていく。引張力Ｆｂは、接着テープ１２ａの外周面Ｓから剥がれた部分が延びている方向と、外周面Ｓに垂直な方向とが一致するとき（いわゆる９０°剥離時）に、接着テープ１２ａの端部ｐに加えられている引張力である。このとき、接着テープ１２ａにおける剥がれた部分と外周面Ｓとの角度が９０°になった時点までの、接着テープ１２ａを引き上げた距離または時刻を記録しておく。ここでは、以下のように剥離角度が９０°のときを含むある範囲における平均の引張力を引張力Ｆｂとして特定する。このとき、コア８は、移動または回転しないように固定されている。

具体的には、図８の（ａ）に示される状況において、接着テープ１２ａが外周面Ｓから剥がれた部分と剥がれていない部分との境界を表す位置ｑａは、図８の（ｂ）に示される状況において位置ｑｂまで移行する。

この過程において、図８の（ｆ）に示されるように、位置ｑａを表す点およびコア８の回転軸ＣＡを通過する点を結ぶ線分と、位置ｑｂを表す点およびコア８の回転軸ＣＡを通過する点を結ぶ線分とがなす角度θは、３０°を越える角度から０°まで変化する。そして、角度θが３０°から０°まで（０°を含む）変化する期間における引張力の平均値を引張力Ｆｂとする。

なお、図８の（ｂ）に示される状況において、接着テープ１２ａの長さは、６０ｃｍ以上である。例えば、コア８の外径が６インチ（１５２ｍｍ）である場合には、角度θが３０°から０°まで変化するときに、接着テープ１２ａの外周面Ｓから剥がれる部分の長さは、４０ｍｍである。そして、位置ｑａが外周面Ｓに沿って位置ｑｂまで移動するときの平均速度は、例えば１００ｍｍ／ｍｉｎである。また、このときの経過時間は、例えば２４秒である。

図８の（ｃ）に示されるように、図８の（ｂ）に示される状況からさらに、接着テープ１２ａが外周面Ｓから剥がれていく。引張力Ｆｃは、接着テープ１２ａの端部ｑが外周面Ｓから剥がれ終わる前の引張力である。

図８の（ｄ）に示されるように、引張力は、引張力Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃの順に変化する。この変化は、外周面Ｓの状態を反映している。そして、この引張力が大きいほど、接着テープ１２ａを外周面Ｓから剥がすことが困難であることを意味する。同様に、この引張力が大きいほど、上述のセパレータ１２を外周面Ｓから剥がすことも困難になる。

（表面粗度と剥離強度との関係）

表１は、種々のコアについて測定した算術平均粗さＲａと、二乗平均平方根粗さＲｑ、剥離強度Ｆと、規格化された剥離強度ＮＦとの関係を示す。

表１に示される算術平均粗さＲａ、二乗平均平方根粗さＲｑは、表面粗度測定装置２０により測定されている。剥離強度Ｆは、種々の表面粗度を有する比較例１〜２、実施例１〜３のコアについて、図８の（ａ）〜（ｃ）に示される構成により測定した引張力Ｆｂの平均値（３回測定した平均値）を意味する。また、規格化された剥離強度ＮＦは、接着テープ１２ａの横断方向の単位幅（ｍ）あたりの引張力Ｆｂを意味する。

図８の（ｅ）に示されるように、規格化された剥離強度ＮＦは、表面粗度が実施例１の算術平均粗さＲａの値付近で顕著に小さくなる傾向にある。

（コアからセパレータへの凹凸の転写）

表２は、種々のセパレータを種々のコアに巻いた後に、コアからセパレータへ転写された凹凸を、セパレータの表面粗度として測定した結果を示す。

セパレータには、下記の方法によって製造された積層セパレータを用いた。

（機能層を備えるセパレータの製造）
＜ポリオレフィン多孔質フィルムの製造＞
高分子量ポリエチレン粉末（ＧＵＲ４０３２（ティコナ株式会社製））を７０重量％、重量平均分子量１０００のポリエチレンワックス（ＦＮＰ−０１１５（日本精鑞株式会社製））３０重量％、この高分子量ポリエチレンとポリエチレンワックスの合計１００重量部に対して、酸化防止剤（Ｉｒｇ１０１０（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製））０．４重量部、酸化防止剤（Ｐ１６８（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製））０．１重量部、ステアリン酸ナトリウム１．３重量部を加え、さらに全体積に対して３８体積％となるように平均粒径０．１μｍの炭酸カルシウム（丸尾カルシウム株式会社製）を加え、これらを粉末のままヘンシェルミキサーで混合した後、二軸混練機で溶融混練してポリオレフィン樹脂組成物とした。該ポリオレフィン樹脂組成物を表面温度が１５０℃の一対のロールにて圧延しシートを作製した。このシートを塩酸水溶液（塩酸４ｍｏｌ／Ｌ、非イオン系界面活性剤０．５重量％）に浸漬させることで炭酸カルシウムを除去し、続いて１０５℃で任意の倍率で延伸して、膜厚１３．５μｍのポリオレフィン多孔質フィルムを得た。

＜機能層形成用スラリーの製造＞
耐熱性を有する機能層を得るためのパラアラミドの製造条件は以下のとおりである。

撹拌翼、温度計、窒素流入管及び粉体添加口を有する、３リットルのセパラブルフラスコを使用して、パラアラミド（ポリ（パラフェニレンテレフタルアミド））の製造を行った。十分乾燥した上記フラスコに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）２２００ｇを仕込み、次に、２００℃で２時間真空乾燥した塩化カルシウム粉末１５１．０７ｇを添加した。これを１００℃に昇温して塩化カルシウムをＮＭＰに完全に溶解した。この塩化カルシウム溶解液を室温に戻して、パラフェニレンジアミン６８．２３ｇを添加し完全に溶解させた。この溶液を２０℃±２℃に保ったまま、テレフタル酸ジクロライド１２４．９７ｇを１０分割して約５分おきに添加した。その後も撹拌しながら、溶液を２０℃±２℃に保ったまま１時間熟成して、パラアラミド濃度が６重量％のパラアラミド溶液を得た。

得られたパラアラミド溶液１００ｇにＮＭＰ２４３ｇを添加し、６０分間撹拌して、パラアラミド濃度が１．７５重量％であるパラアラミド溶液を得た。他方、アルミナ粉末（アルミナＣ（日本アエロジル株式会社製）、真比重：３．２ｇ／ｃｍ^３）６ｇと、アルミナ粉末（アドバンスドアルミナＡＡ−０３（住友化学株式会社製）、真比重：４．０ｇ／ｃｍ^３）６ｇとを混合して、アルミナ粉末混合物１２ｇを得た。そして、パラアラミド濃度が１．７５重量％であるパラアラミド溶液に、アルミナ粉末混合物１２ｇを混合し、２４０分間撹拌して、アルミナ粉末含有パラアラミド溶液を得、さらに、このアルミナ粉末含有パラアラミド溶液を１０００メッシュの金網で濾過した。その後、濾液に酸化カルシウム０．７３ｇを添加し、２４０分撹拌して中和を行い、減圧下で脱泡して、スラリーを得た。

＜積層セパレータの製造＞
ポリオレフィン多孔質フィルム（幅３００ｍｍ、長さ３００ｍ）を巻き出し機に取り付け、そこから引き出されたポリオレフィン多孔質フィルムの片面に上記スラリーをバーコーターで塗布し塗工膜を得た。次に、塗工後のフィルムを恒温恒湿槽内（温度５０℃、相対湿度７０％）に通し、塗工膜からパラアラミドを析出させた。続いて、このフィルムを、水洗装置に通して、フィルムからＮＭＰ及び塩化カルシウムを除去した。

その後、洗浄されたフィルムにドライヤーで熱風を送りつつ、熱ロールを通して水分を乾燥除去した。これによりポリオレフィン多孔質フィルムの片面に耐熱層（機能層）が積層されてなる厚み１７μｍの積層セパレータを得た。

得られた積層セパレータを６０ｍｍ幅にスリットし、耐熱層を内側（コア側）にしてコアに巻き取って捲回体を作製した。巻取張力は１９００重量グラムで実施した。捲回体を室温で２週間保管後、捲回体から巻き出された最内周（１周目）〜６周目のフィルムのポリオレフィン側（外側）の表面粗度を、円周方向に直交する方向に測定した。

（測定装置の仕様）
表２に示されるフィルムの表面粗度は、非接触表面形状計測システム（菱化システム社製、ＶｅｒｔＳｃａｎ（登録商標）２．０ Ｒ５５００ＧＭＬ）で測定した。なお、測定条件は以下のとおりである。
対物レンズ：５倍（マイケルソン型）
中間レンズ：１倍
波長フィルター：５３０ｎｍ
ＣＣＤカメラ：１／３インチ
測定モード：Ｗａｖｅ
画像視野：７００μｍ（円周方向に直交する方向）×９４０μｍ（円周方向）
画像連結枚数：円周方向に直交する方向に５枚
データの水平補正：４次
カットオフ：無し
（コアの仕様）
比較例２ａ、実施例１ａ〜３ａで用いたコアの直径は１５２ｍｍであり、幅は６５ｍｍであり、その材質はＡＢＳである。

（凹凸転写のまとめ）
表２において、「基準」は、コアに巻き取られる前のセパレータの表面粗度である。

「１周目」の欄の数値は、コアに巻かれたセパレータのうち、コアの外周面から１周するまでの位置で測定されたセパレータの表面粗度であることを意味する。なお、該欄の数値は、捲回体から巻き出された後のセパレータの該位置において測定された表面粗度の値である。

「２〜６周目」の欄の数値は、それぞれ、コアに巻かれたセパレータのうち、上記１周目で測定された位置に対応する位置の２〜６周目の位置で測定されたセパレータの表面粗度であることを意味する。すなわち、各測定値は、１周分の間隔を空けて測定された値である。なお、コアに巻かれたセパレータのうち、コアの外周面から６周した位置は、そのセパレータをコアに巻きつけ始めるときに接着テープで貼り付けたセパレータの一端から、他端の方向へおおよそ２．５ｍ離れた位置である。

表２に示されるように、比較例２ａのセパレータの表面粗度について、「１周目」の値は「基準」の値より大きいものの、「基準」の値と同程度である。

そして、実施例１ａ・２ａのセパレータの表面粗度について、「１周目」の値は「基準」の値より大きいものの、「６周目」の値は「基準」の値と同一である。また、実施例３ａのセパレータの表面粗度について、「１周目」の値は「基準」の値より大きいものの、「１２周目」の値は「基準」の値と同程度に近づく。

以上のように、比較例２ａのコアよりも表面粗度が大きな実施例１ａ・２ａのコアにセパレータを巻いたときでも、コアの外周面から６周目（２．５ｍ）付近に位置するセパレータには、コアから凹凸が転写していない。また、より表面粗度が大きな実施例３ａのコアにセパレータを巻いたときでも、コアの外周面から１２周目（約５ｍ）付近に位置するセパレータでは、コアの凹凸によるセパレータの表面粗度への影響は小さくなっている。実施例３ａのように、コアの表面粗度ＲａまたはＲｑが大きければ、規格化された剥離強度ＮＦをより下げることができる。ただし、コアの凹凸がセパレータに転写される影響を考慮すれば、コアの表面粗度Ｒａは１３．１より小さいまたはＲｑは１５．７より小さいことが好ましい。

（表面粗度と機能層の付着量）

表３は、表２に示される種々のコアについて測定した表面粗度（算術平均粗さＲａ及び二乗平均平方根粗さＲｑ）と、コアに巻きつけられたセパレータを取り除いた後のコアの外表面における機能層の付着量とを示す。

実施例１ａ、２ａ及び３ａでは機能層の付着量は少なかったが、比較例２ａではこの付着量が多かった。

≪本実施形態の効果≫
上記規格化された剥離強度ＮＦが大きいほど、セパレータの機能層がコアに付着する力が強いと考えられる。そのため、規格化された剥離強度ＮＦが大きい、すなわちコアの表面粗度Ｒａ、Ｒｑが小さい比較例２ａのコアでは、機能層がセパレータから剥がれてコアに付着したままになったと考えられる。一方で、規格化された剥離強度ＮＦが小さい、すなわちコアの表面粗度Ｒａ、Ｒｑが大きい実施例１ａ〜３ａのコアでは、機能層のコアへの付着力が小さい。そのため、実施例１ａ〜３ａのコアでは、ほとんど機能層がコアに残ることなく（セパレータから剥がれることなく）、機能層を含むセパレータをコアから容易に剥がすことができる。

表１に示されるように、特定の外周面の算術平均粗さＲａを有するコアを備えるセパレータ捲回体では、剥離強度を従来のセパレータ捲回体と比較して顕著に小さくできる。このとき、コアの外周面から接着剤及び電池用セパレータを容易に剥がせ、コアを再利用できる。

また、表１に示されるように、特定の外周面の二乗平均平方根粗さＲｑを有するコアを備えるセパレータ捲回体では、剥離強度を従来のセパレータ捲回体と比較して顕著に小さくできる。このときも、コアの外周面から接着剤及び電池用セパレータを容易に剥がせ、コアを再利用できる。

（セパレータ捲回体の製造方法）
また、図４の（ａ）に示されるように、セパレータ１２を搬送する工程と、搬送されているセパレータ１２を上述のコアに巻き取る工程とを含むセパレータ捲回体１０の製造方法も、本発明に含まれる。

以上により、コアを再利用できるセパレータ捲回体を製造できる。

（リチウムイオン電池）
また、図１、図２の（ａ）〜（ｃ）、又は図３の（ａ）〜（ｂ）に示されるように、カソード１１及びアノード１３と、カソード１１及びアノード１３に挟持されるように配置される、上述のコアを備えるセパレータ捲回体１０から巻き出されたセパレータ１２とを備えるリチウムイオン二次電池１も、本発明に含まれる。

本発明の一態様の電池（例えばリチウムイオン二次電池１）の製造方法は、カソード１１及びアノード１３を準備する工程と、上記セパレータ捲回体１０からセパレータ１２を巻き出す工程と、カソード１１及びアノード１３の間にセパレータ１２が挟持されるように巻き出されたセパレータ１２を配置する工程とを含む。その後、積層されたカソード１１、アノード１３、及びセパレータ１２は、電池に対応するサイズに切断される。

これにより、セパレータ捲回体１０のコア８を再利用できるため、セパレータ捲回体１０と、セパレータ捲回体１０から巻き出されたセパレータ１２とを安価に提供できる。このため、リチウムイオン二次電池１を従来の電池と比較して安価に提供できる。

（機能層を備えたセパレータを備えたセパレータ捲回体）
図３の（ａ）〜（ｂ）に示されるように、セパレータ１２が耐熱層４を備えた耐熱セパレータであり、かつ、耐熱層４がコア８の外周面Ｓに対向しているセパレータ捲回体１０も、本発明に含まれる。

さらに、セパレータ１２が接着層を備えた接着セパレータであり、かつ、接着層がコア８の外周面Ｓに対向しているセパレータ捲回体も、本発明に含まれる。この接着層としては、ポリフッ化ビニリデンなどの接着性樹脂の塗工液を多孔質フィルム５に塗工することで形成される層が挙げられる。

耐熱層４及び接着層は、多孔質フィルム５よりも接着性が高いため、コア８の外周面Ｓに付着し易い。よって、耐熱層４や接着層といった機能層を備えるセパレータにおいては、機能層のコアへの付着によってコアの再利用が妨げられることがある。本発明によれば、機能層のコアへの付着を抑制することができる。

（セパレータの一端の固定）
図６の（ｂ）及び（ｄ）に示されるように、セパレータ１２の外周面Ｓに接する一端は、外周面Ｓに固定されている。

これにより、セパレータ１２が外周面Ｓ上でずれることを抑制できる。特に、セパレータ１２がコア８に巻かれる前に、セパレータ１２の一端が外周面Ｓに固定されていれば、セパレータ１２がコア８に巻かれるときにも、セパレータ１２が固定位置からずれることを抑制できる。よって、コア８を再利用でき、かつ、巻きずれの少ないセパレータ捲回体１０を提供できる。

〔付記事項〕
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。

本発明は、電池用セパレータ以外の一般的なフィルムをコアに巻き取ったフィルム捲回体、このフィルム捲回体の製造方法、及びリチウムイオン二次電池以外のフィルムを利用した一般的な応用製品にも利用することができる。

１ リチウムイオン二次電池（電池）
４ 耐熱層（機能層）
５ 多孔質フィルム
８・ｕ・ｌ コア
１０ セパレータ捲回体
１１ カソード
１２ セパレータ（電池用セパレータ）
１３ アノード
Ｓ 外周面

Claims (7)

1. 多孔質の電池用セパレータを巻いたコアを備え、
   前記電池用セパレータは、ポリオレフィンを含む多孔質フィルムの表面に、耐熱性樹脂を含む耐熱層が形成されたものであり、
   前記コアは、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂及び塩化ビニール樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂を含み、
   前記コアの前記電池用セパレータに接する外周面の算術平均粗さは、３．７μｍ以上であり、
   前記電池用セパレータにおける前記耐熱層が形成された面が、前記コアの前記外周面に接するように、前記コアに前記電池用セパレータが巻かれていることを特徴とするセパレータ捲回体。
2. 多孔質の電池用セパレータを巻いたコアを備え、
   前記電池用セパレータは、ポリオレフィンを含む多孔質フィルムの表面に、耐熱性樹脂を含む耐熱層が形成されたものであり、
   前記コアは、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂及び塩化ビニール樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂を含み、
   前記コアの前記電池用セパレータに接する外周面の二乗平均平方根粗さは、４．０μｍ以上であり、
   前記電池用セパレータにおける前記耐熱層が形成された面が、前記コアの前記外周面に接するように、前記コアに前記電池用セパレータが巻かれていることを特徴とするセパレータ捲回体。
3. 前記コアは、ＡＢＳ樹脂を含む請求項１または２に記載のセパレータ捲回体。
4. 前記電池用セパレータの前記外周面に接する一端は、前記外周面に固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセパレータ捲回体。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のセパレータ捲回体から前記電池用セパレータを巻き出す工程と、
   巻き出された前記電池用セパレータを、カソード及びアノードの間に挟持されるように配置する工程とを含むことを特徴とする電池の製造方法。
6. 多孔質の電池用セパレータを搬送する工程と、
   搬送されている前記電池用セパレータを、外周面の算術平均粗さが３．７μｍ以上であるコアに巻き取る工程と、
   を含み、
   前記電池用セパレータは、ポリオレフィンを含む多孔質フィルムの表面に、耐熱性樹脂を含む耐熱層が形成されたものであり、
   前記コアは、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂及び塩化ビニール樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂を含み、
   前記巻き取る工程では、前記電池用セパレータにおける前記耐熱層が形成された面が、前記コアの前記外周面に接するように、前記コアに前記電池用セパレータが巻かれることを特徴とするセパレータ捲回体の製造方法。
7. 多孔質の電池用セパレータを搬送する工程と、
   搬送されている前記電池用セパレータを、外周面の二乗平均平方根粗さが４．０μｍ以上であるコアに巻き取る工程と、
   を含み、
   前記電池用セパレータは、ポリオレフィンを含む多孔質フィルムの表面に、耐熱性樹脂を含む耐熱層が形成されたものであり、
   前記コアは、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂及び塩化ビニール樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂を含み、
   前記巻き取る工程では、前記電池用セパレータにおける前記耐熱層が形成された面が、前記コアの前記外周面に接するように、前記コアに前記電池用セパレータが巻かれることを特徴とするセパレータ捲回体の製造方法。

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