JP6260608B2 - 渦状電極、渦状電極の製造方法 - Google Patents

渦状電極、渦状電極の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池等に用いられる渦状電極、渦状電極の製造方法に関する。
リチウムイオン二次電池等において、正極シート、負極シート、および、セパレータシートが重ねられて渦の形状に形成された渦状電極が用いられることがある。このような渦状電極について、特許文献１には、巻取り軸の内側から順に正極とセパレータと負極とセパレータとを積層させながら巻取り軸で巻き取ることにより製造された電極が開示されている。
特開２０１０−１９２３２５号公報
ここで、渦状電極においては、一般に、正極シートの最内周部分同士が対向しないように、正極シートの最内周部分の内側にさらに負極シートを配置させておくことが要求される。その理由として、正極シートの最内周部分同士が対向している場合には、正極シートの最内周部分の内周側に負極シートが配置されていないので、例えば、正極シートの内周側の面にリチウムが析出して渦状電極の性能が維持できないおそれがあるためである。
また、渦状電極においては、電極シートの外部への露出を抑制して渦状電極の性能を維持するために、負極シートにおける最外周部分（渦の径方向について最も外周側に配置される部分）のさらに外周側において、２つのセパレータシートが連続して積層されていることが望ましい。
そこで、特許文献１の電極のような、巻取り軸の内側から順に正極シートとセパレータシートと負極シートとセパレータシートとを積層させながら巻取り軸で巻き取ることにより製造された従来の渦状電極において、前記のように渦状電極の性能を維持しようとすると、セパレータシートが長くなってしまう。
その理由は、以下のとおりである。ここで、図１９は、従来の渦状電極の各シートを帯状に展開させた積層体２００を示す。図１９に示すように、積層体２００は、図面上側から順に、正極シート２２０と第１セパレータシート２４０と負極シート２３０と第２セパレータシート２５０が配置されている。そして、積層体２００は、シートの構成態様が各々異なる領域として、第１領域２０１と第２領域２０２と第３領域２０３と第４領域２０４と第５領域２０５を有している。なお、第２領域２０２は、正極シート２２０の最内周部分の内側に負極シート２３０を配置させるために設けられた領域である。
すると、第３領域２０３においては、負極シート２３０に対して図面下側（渦状電極の外周側に相当）に第２セパレータシート２５０だけが配置されている。ここで、第３領域２０３のうち第４領域２０４に近い領域は、渦状電極において負極シートにおける最外周部分を構成する領域となる。そのため、負極シートにおける最外周部分のさらに外周側において２つのセパレータシートを連続して積層させるためには、第１セパレータシート２４０を長くして、第２セパレータシート２５０に重ねる必要があるため、第１セパレータシート２４０から構成される第５領域２０５を設ける必要がある。したがって、セパレータシートが長くなってしまう。また、２つのセパレータシートの切断位置を別にする必要もある。
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、電極の性能を維持しながら、セパレータシートを短くできる渦状電極、渦状電極の製造方法を提供すること、を課題とする。
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、負極シートと第１セパレータシートと正極シートと第２セパレータシートが並んで構成されるシート群が渦の形状に形成されている電極であって、各シートは長方形に形成され、各シートの長辺方向が前記渦の周方向に沿って形成されている渦状電極において、前記負極シートの長辺は前記正極シートの長辺よりも長く、かつ、前記第１セパレータシートの長辺と前記第２セパレータシートの長辺は前記負極シートの長辺よりも長く、前記渦の周方向について前記渦の中心側から順に配列される第１領域と第２領域と第３領域と第４領域を有し、前記第１領域は、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートが直接接触しており、かつ、前記第１セパレータシートにおける前記渦の内側の短辺の位置と前記第２セパレータシートにおける前記渦の内側の短辺の位置が揃っている領域であり、前記第２領域は、前記渦の径方向について、内側から外側に向かって順に前記負極シートと前記第１セパレータシートと前記正極シートと前記第２セパレータシートが並んだ領域であり、かつ、前記渦の周方向について、前記負極シートにおける前記渦の内側の短辺と前記正極シートにおける前記渦の内側の短辺が同一の位相で揃っている位置から前記正極シートにおける前記渦の外側の短辺の位置まで形成される領域であり、前記第３領域は、前記渦の径方向について、内側から外側に向かって順に前記負極シートと前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートが並んだ領域であり、かつ、前記渦の周方向について、前記正極シートにおける前記渦の外側の短辺の位置から前記負極シートにおける前記渦の外側の短辺の位置まで形成される領域であり、前記第４領域は、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートが直接接触している領域であること、を特徴とする。
この態様によれば、第３領域において負極シートの最外周部分（渦の径方向について最も外側に配置される部分）のさらに外周側に、第１セパレータシートと第２セパレータシートが配置されている。そのため、従来技術の電極のように２つのセパレータシートのいずれか一方を長くする必要がないので、セパレータシートを短くできる。さらに、第１セパレータシートにおける渦の内側の短辺の位置と第２セパレータシートにおける渦の内側の短辺の位置が揃っているので、第１セパレータシートと第２セパレータシートの長さを揃えて、より確実にセパレータシートを短くできる。
また、負極シートの最外周部分のさらに外周側に２つのセパレータシートが連続して積層されているので、負極シートの外部への露出を抑制できる。そのため、電極の性能を維持できる。
また、第２領域において、正極シートの内周側に負極シートが配置されている。そして、渦の周方向について、負極シートにおける渦の内側の短辺と正極シートにおける渦の内側の短辺が同一の位相の位置で揃っている。そのため、正極シートにおける最内周部分（渦の径方向について最も内側に配置される部分）の内周側に、さらに負極シートが配置されており、正極シートの最内周部分の内周側同士が対向していない。したがって、例えば正極シートの内周側の面にリチウムが析出することを防ぐことができるので、電極の性能を維持できる。
上記の態様においては、前記第４領域は、前記渦の径方向について、内側から外側に向かって順に前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートが並んだ領域であり、かつ、前記渦の周方向について、前記第１セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺と前記第２セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺が同一の位相の位置で揃っている領域であること、が好ましい。
この態様によれば、第１セパレータシートと第２セパレータシートの長さを揃えて、より確実に第１セパレータシートと第２セパレータシートを短くできる。
上記の態様においては、前記第４領域は、前記渦の径方向について、内側から外側に向かって順に前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートが並んだ領域であり、かつ、前記渦の周方向について、前記第１セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺が、前記第２セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺に対して前記渦の中心側とは反対側にずれた位相の位置に配置されている領域であり、前記第１セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺と前記第２セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺と前記第３領域における前記第２セパレータシートが接着テープにより留められていること、が好ましい。
この態様によれば、渦状電極を用いた電池において充放電が繰り返されて、渦状電極が膨張や収縮したときでも、第１セパレータシートと第２セパレータシートが膨張や収縮し難くなるので、電池の品質を維持できる。
上記の態様においては、前記第２領域では、前記第１セパレータシートの耐熱層と前記第２セパレータシートの耐熱層が、前記正極シートを介して対向していること、が好ましい。
この態様によれば、渦状電極を用いた電池の過充電時において、正極シートから発生する熱を断熱できる。
上記課題を解決するためになされた本発明の他の態様は、負極シートと第１セパレータシートと正極シートと第２セパレータシートが並んで構成されるシート群が渦の形状に形成されている電極であって、各シートは長方形に形成され、各シートの長辺方向が前記渦の周方向に沿って形成されている渦状電極の製造方法において、前記負極シートの長辺は前記正極シートの長辺よりも長く、かつ、前記第１セパレータシートの長辺と前記第２セパレータシートの長辺は前記負極シートの長辺よりも長く、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを直接接触させながら、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを周状に巻き取る第１巻き取り工程と、前記第１巻き取り工程を行った後に、前記第１セパレータシートに対して巻き取り中心側に前記負極シートを挿入し、前記第１セパレータシートに対して巻き取り中心側とは反対側にて前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートとの間に前記正極シートを挿入し、前記負極シートと前記第１セパレータシートと前記正極シートと前記第２セパレータシートを周状に巻き取る第２巻き取り工程と、前記第２巻き取り工程を行った後に、巻き取り中心側から順に前記負極シートと前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを並べた状態で、前記負極シートと前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを周状に巻き取る第３巻き取り工程と、前記第３巻き取り工程を行った後に、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを直接接触させながら、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを周状に巻き取る第４巻き取り工程と、を有し、前記第１巻き取り工程では、前記第１セパレータシートにおける巻き始め側の短辺の位置と前記第２セパレータシートにおける巻き始め側の短辺の位置を揃え、前記第２巻き取り工程では、巻き取り方向について、前記負極シートにおける巻き始め側の短辺と前記正極シートにおける巻き始め側の短辺を同一の位相の位置に揃え、かつ、前記正極シートにおける巻き終わり側の短辺を巻き取り、前記第３巻き取り工程では、前記負極シートにおける巻き終わり側の短辺を巻き取ること、を特徴とする。
この態様によれば、第３巻き取り工程において負極シートの最外周部分のさらに外周側に、第１セパレータシートと第２セパレータシートが配置される。そのため、従来技術の電極のように２つのセパレータシートのいずれか一方を長くする必要がないので、セパレータシートを短くできる。さらに、第１巻き取り工程において第１セパレータシートにおける巻き始め側の短辺の位置と第２セパレータシートにおける巻き始め側の短辺の位置を揃えるので、第１セパレータシートと第２セパレータシートの長さを揃えて、より確実にセパレータシートを短くできる。
また、負極シートの最外周部分のさらに外周側に２つのセパレータシートが連続して積層されるので、負極シートの外部への露出を抑制できる。そのため、電極の性能を維持できる。
また、第２巻き取り工程において、正極シートの巻き取り中心側に負極シートが配置されている。そして、巻き取り方向について、負極シートにおける巻き始め側の短辺と正極シートにおける巻き始め側の短辺を同一の位相の位置に揃える。そのため、正極シートにおける最内周部分の内周側に、さらに負極シートが配置され、正極シートの最内周部分の内周側同士が対向しない。したがって、例えば正極シートの内周側の面にリチウムが析出することを防ぐことができるので、電極の性能を維持できる。
本発明の渦状電極、渦状電極の製造方法によれば、電極の性能を維持しながら、セパレータシートを短くできる。
本実施形態の渦状電極の斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面において、渦状電極の内周側の部分を拡大した図である。 図１のＡ−Ａ断面において、渦状電極の外周側の部分を拡大した図である。 図２の領域αの部分を拡大した図である。 図３の領域βの部分を拡大した図である。 図２に対応する図面であり、第１領域と第２領域の配列を示したイメージ図である。 図３に対応する図面であり、第２領域と第３領域と第４領域の配列を示したイメージ図である。 本実施形態の渦状電極を帯状に展開した積層体の斜視図である。 図２に対応する図面であり、負極シートの始端の位置と正極シートの始端の位置とがずれている例を示す図である。 第１セパレータシートの終端と第２セパレータシートの終端と第３領域における第２セパレータシートが接着テープにより留められている例を示す図である。 本実施形態の電極製造装置の概略構成図である。 制御部を説明する概略構成図である。 巻き始め工程の説明図である。 第１巻き取り工程の説明図である。 第２巻き取り工程の説明図である。 電極切断工程の説明図である。 第３巻き取り工程の説明図である。 セパレータ切断工程の説明図である。 従来の渦状電極を帯状に展開した積層体の斜視図である。
まず、本実施形態の渦状電極１０の構成について説明する。図１〜図３に示すように、渦状電極１０は、正極シート２０と負極シート３０と第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を有している。この渦状電極１０は、負極シート３０と第１セパレータシート４０と正極シート２０と第２セパレータシート５０が並んで構成されるシート群が渦の形状に形成されている。
正極シート２０と負極シート３０と第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０は、いずれも、長方形に形成されている（図８参照）。そして、各シートの長辺方向が、渦の周方向に沿って形成されている。負極シート３０は、その長辺方向について、正極シート２０よりも長い。第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０は、その長辺方向について、長さが等しく、かつ、負極シート３０よりも長い。
本実施形態では、渦状電極１０の外形が偏平状に形成されており、正極シート２０と負極シート３０と第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０はいずれも偏平状に巻かれている。
正極シート２０は、図４に示すように、正極芯材であるアルミ箔２１にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質と導電助材とバインダを含む合材を塗布して、両面に正極活物質層２２と正極活物質層２３を形成したものである。正極活物質は、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ2）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）等のリチウム複合酸化物である。
負極シート３０は、図４に示すように、負極芯材である銅箔３１にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質と導電助材とバインダを含む合材を塗布して、両面に負極活物質層３２と負極活物質層３３を形成したものである。負極活物質は、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、黒鉛等の炭素系物質である。
第１セパレータシート４０は、図４に示すように、樹脂層４１と耐熱層４２を備えている。樹脂層４１は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の多孔性フィルムである。耐熱層４２は、例えば、金属酸化物等からなる粉状の層である。なお、耐熱層４２は、ＨＲＬ(Heat Resistance Layer)と呼ばれ、電池の過熱を防ぐ効果を有する。
第２セパレータシート５０は、図４に示すように、樹脂層５１と耐熱層５２を備えている。樹脂層５１は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の多孔性フィルムである。耐熱層５２は、例えば、金属酸化物等からなる粉状の層である。なお、耐熱層５２は、ＨＲＬ(Heat Resistance Layer)と呼ばれ、電池の過熱を防ぐ効果を有する。
本実施形態では、図４に示すように、第２領域７２において、第１セパレータシート４０の耐熱層４２と第２セパレータシート５０の耐熱層５２は、正極シート２０を介して対向している。これにより、渦状電極１０を用いた電池の過充電時において、正極シート２０から発生する熱を断熱できる。
また、図３に示すように、第３領域７３において、負極シート３０の終端３０ｃは、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０とから形成される一対のセパレータシートにより、外周側から覆われている。そして、図５に示すように、第３領域７３と第４領域７４において、第１セパレータシート４０の耐熱層４２と第２セパレータシート５０の耐熱層５２は、直接接触するようにして対向している。すると、第２セパレータシート５０は、外周側に樹脂層５１を備えているので、内周側に曲がり難いが、外周側には曲がり易い。その一方で、第１セパレータシート４０は、内周側に樹脂層４１を備えているので、内周側に曲がり易いが、外周側には曲がり難い。そのため、第２セパレータシート５０が外周側にめくれても、第１セパレータシート４０は外周側にめくれ難い。したがって、負極シート３０の終端３０ｃは、第２セパレータシート５０が外周側にめくれても、第１セパレータシート４０により覆われた状態が維持され、露出し難い。
本実施形態の渦状電極１０は、図６と図７に示すように、渦（渦形状）の周方向について、渦の中心側から順に配列される第１領域７１と第２領域７２と第３領域７３と第４領域７４を有している。第１領域７１と第２領域７２と第３領域７３と第４領域７４は、シートの構成態様が各々異なる領域である。
ここで、第１領域７１においては、図２に示すように、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が直接接触している。すなわち、第１領域７１においては、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を組み合わせたシートが配置されており、正極シート２０や負極シート３０は配置されていない。
また、第１領域７１においては、第１セパレータシート４０における始端４０ａ側（渦の内側）の短辺４３の位置と、第２セパレータシート５０における始端５０ａ側（渦の内側）の短辺５３の位置が揃っている。なお、以下の説明において、適宜、渦の内側の端部（各シートの長辺方向の一端、シートの巻き始め側の端部）を「始端」とし、渦の外側の端部（各シートの長辺方向の他端、シートの巻き終わり側の端部）を「終端」という。
第２領域７２においては、図２と図３に示すように、渦の径方向について、内側から外側に向かって順に、負極シート３０と第１セパレータシート４０と正極シート２０と第２セパレータシート５０が並んでいる。
また、第２領域７２は、渦の周方向について、負極シート３０における始端３０ａ側（渦の内側）の短辺３４と正極シート２０における始端２０ａ側（渦の内側）の短辺２４が同一の位相で揃っている位置から、正極シート２０における終端２０ｃ側（渦の外側）の短辺２５の位置まで形成されている。このように、第２領域７２においては、渦の周方向について、負極シート３０における始端３０ａ側の短辺３４と正極シート２０における始端２０ａ側の短辺２４が同一の位相の位置で揃っている。
ここで、本実施形態の渦状電極１０の各シートは、直線部と円弧部を備える偏平状の渦の形状に巻かれている。そこで、本実施形態において、「（渦の周方向についての）同一の位相の位置」とは、シートにおける偏平状の直線部においてはその直線方向についての同一の位置であり、また、シートにおける偏平状の円弧部においては円弧の中心から円弧の径方向へ伸ばした同一直線上の位置である。
さらに、本実施形態における「同一の位相」は、真に同一の位相であることに限定されず、同じ長さのシートを重ねて巻いたときの周長差によるずれや製造誤差のずれを有するなどの略同一の位相をも含む。そのため、例えば、図９に示すように、渦の周方向について、正極シート２０における始端２０ａ側の短辺２４が、負極シート３０における始端３０ａ側の短辺３４よりも負極シート３０の終端３０ｃ側（図９の右側）の位置にずれて配置されていてもよい。このとき、正極シート２０における始端２０ａ側の短辺２４と負極シート３０における始端３０ａ側の短辺３４のずれ量を、例えば、負極シート３０の短辺方向の長さを正極シート２０の短辺方向の長さよりも大きくしたときの、負極シート３０の短辺方向の長さと正極シート２０の短辺方向の長さの差と同じ量とすることが考えられる。
第３領域７３においては、図３に示すように、渦の径方向について、内側から外側に向かって順に、負極シート３０と第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が並んでいる。
また、第３領域７３は、渦の周方向について、正極シート２０における終端２０ｃ側の短辺２５の位置から負極シート３０における終端３０ｃ側（渦の外側）の短辺３５の位置まで形成されている。
この第３領域７３においては、負極シート３０と第１セパレータシート４０が直接接触し、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が直接接触し、負極シート３０と第２セパレータシート５０が直接接触している。すなわち、第３領域７３においては、負極シート３０と第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を組み合わせたシートが配置されており、正極シート２０は配置されていない。
なお、第３領域７３は、正極シート２０の最外周部分（渦の径方向について最も外側に配置される部分）に対して外周側の位置に負極シート３０を配置させるために形成されている。
また、第４領域７４においては、図３に示すように、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が直接接触している。すなわち、第４領域７４においては、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を組み合わせたシートが配置されており、正極シート２０や負極シート３０は配置されていない。
以上のように本実施形態の渦状電極１０は、負極シート３０の長辺は正極シート２０の長辺よりも長い。また、第２領域７２は、渦の周方向について、負極シート３０における始端３０ａ側の短辺３４と正極シート２０における始端２０ａ側の短辺２４が同一の位相で揃っている位置から正極シート２０における終端２０ｃ側の短辺２５の位置まで形成されている。そして、第３領域７３は、渦の径方向について、内側から外側に向かって順に負極シート３０と第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が並んでいる。さらに、第３領域７３は、渦の周方向について、正極シート２０における終端２０ｃ側の短辺２５の位置から負極シート３０における終端３０ｃ側の短辺３５の位置まで形成されている。
このようにして、本実施形態の渦状電極１０は、第３領域７３において負極シート３０の最外周部分（渦の径方向について最も外側に配置される部分）３０ｄのさらに外周側に、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が配置されている。そのため、図８に示すように、本実施形態の渦状電極１０は、従来技術の電極のように２つのセパレータシートのいずれか一方を長くして形成された第５領域２０５（図１９参照）を有さないので、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を短くできる。なお、図８は本実施形態の渦状電極１０を帯状に展開した積層体８０の斜視図であり、図８に示すように、積層体８０の始端８０ａ側（シートの始端側）から終端８０ｂ側（シートの終端側）に向かって順に、第１領域７１と第２領域７２と第３領域７３と第４領域７４が配列されている。
さらに、第１領域７１において、第１セパレータシート４０における始端４０ａ側の短辺４３の位置と第２セパレータシート５０における始端５０ａ側の短辺５３の位置が揃っているので、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０の長さを揃えて、より確実に第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を短くできる。
また、本実施形態の渦状電極１０においては、負極シート３０の最外周部分３０ｄのさらに外周側に２つのセパレータシートが連続して積層されているので、負極シート３０の外部への露出を抑制できる。そのため、渦状電極１０の性能を維持できる。
また、図２に示すように、第２領域７２では、渦の径方向について、内側から外側に向かって順に、負極シート３０と第１セパレータシート４０と正極シート２０と第２セパレータシート５０が並んでおり、正極シート２０の内周側に負極シート３０が配置されている。そして、渦の周方向について、負極シート３０における始端３０ａ側の短辺３４と正極シート２０における始端２０ａ側の短辺２４が同一の位相の位置で揃っている。そのため、正極シート２０の最内周部分２０ｂの内周側にさらに負極シート３０の最内周部分３０ｂが配置されており、正極シート２０の最内周部分２０ｂの内周側同士が対向していない。したがって、例えば正極シート２０の内周側の面にリチウムが析出することを防ぐことができるので、渦状電極１０の性能を維持できる。
また、図７に示すように、第４領域７４は、渦の周方向について第３領域７３に対して第２領域側とは反対側に配列されている。そして、第４領域７４においては、図３に示すように、渦の径方向について、内側から外側に向かって順に、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が並んでいる。そして、第４領域７４においては、渦の周方向について、第１セパレータシート４０における終端４０ｂ側の短辺４４と第２セパレータシート５０における終端５０ｂ側の短辺５４が同一の位相の位置で揃っている。
これにより、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０の長さを揃えて、より確実に第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を短くできる。
なお、図１０に示すように、渦の周方向（図１０の左右方向）について、第１セパレータシート４０における終端４０ｂ側の短辺４４は、第２セパレータシート５０における終端５０ｂ側の短辺５４に対して渦の中心側とは反対側にずれた位相の位置に配置されていてもよい。そして、第１セパレータシート４０における終端４０ｂ側の短辺４４と、第２セパレータシート５０における終端５０ｂ側の短辺５４と、第３領域７３における第２セパレータシート５０が、接着テープ６０により留められていてもよい。これにより、渦状電極１０を用いた電池において充放電が繰り返されて、渦状電極１０が膨張や収縮したときでも、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が膨張や収縮し難くなるので、電池の品質を維持できる。以上が、本実施形態の渦状電極１０の構造の説明である。
次に、本実施形態の渦状電極の製造装置一例である電極製造装置９０の構成について、説明する。
図１１と図１２に示すように、電極製造装置９０は、巻き取りローラ１００と、負極巻出し軸１０１と、第１セパレータ巻出し軸１０２と、正極巻出し軸１０３と、第２セパレータ巻出し軸１０４と、負極供給経路１０５と、第１セパレータ供給経路１０６と、正極供給経路１０７と、第２セパレータ供給経路１０８と、負極チャック１０９と、正極チャック１１０と、負極カッター１１１と、正極カッター１１２と、セパレータカッター１１３と、制御部１１４などを有している。
巻き取りローラ１００は、各シートを巻き取る機器である。図１１に示す例においては、巻き取りローラ１００は、２つ設けられているが、その数は特に限定されず、３つ設けられていてもよい。
負極巻出し軸１０１は、負極シート３０を巻出すための軸である。第１セパレータ巻出し軸１０２は、第１セパレータシート４０を巻出すための軸である。正極巻出し軸１０３は、正極シート２０を巻出すための軸である。第２セパレータ巻出し軸１０４は、第２セパレータシート５０を巻出すための軸である。
負極供給経路１０５は、巻き取りローラ１００に負極シート３０を供給するときに負極シート３０が搬送される経路である。第１セパレータ供給経路１０６は、巻き取りローラ１００に第１セパレータシート４０を供給するときに第１セパレータシート４０が搬送される経路である。正極供給経路１０７は、巻き取りローラ１００に正極シート２０を供給するときに正極シート２０が搬送される経路である。第２セパレータ供給経路１０８は、巻き取りローラ１００に第２セパレータシート５０を供給するときに第２セパレータシート５０が搬送される経路である。なお、各径路においては、不図示の搬送ローラなどにより各シートが搬送される。
本実施形態では、巻き取りローラ１００に対して順に、負極供給経路１０５と第１セパレータ供給経路１０６と正極供給経路１０７と第２セパレータ供給経路１０８とが配置されている。
負極チャック１０９は、負極シート３０を負極供給経路１０５にて搬送させるために、負極シート３０を把持する機器である。正極チャック１１０は、正極シート２０を正極供給経路１０７にて搬送させるために、正極シート２０を把持する機器である。
負極カッター１１１は、負極シート３０を切断する機器である。正極カッター１１２は、正極シート２０を切断する機器である。セパレータカッター１１３は、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を切断する機器である。
制御部１１４は、図１２に示すように、電極製造装置９０を構成する各機器が接続され、各機器の動作を制御する。制御部１１４は、例えばマイクロコンピュータによって構成されており、制御プログラムを格納するＲＯＭ、入力インタフェース、及び出力インタフェースなどを備えている。
以上が、電極製造装置９０の構成についての説明である。
次に、電極製造装置９０の作用として、電極製造装置９０を用いた渦状電極１０の製造方法について説明する。
まず、図１３に示すように、制御部１１４は、第１セパレータシート４０における始端４０ａ側（巻き始め側）の短辺４３の位置と第２セパレータシート５０における始端５０ａ側（巻き始め側）の短辺５３の位置を揃えながら、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を巻き取りローラ１００に供給させる（巻き始め制御、巻き始め工程）。このとき、第１セパレータシート４０は、第１セパレータ巻出し軸１０２から第１セパレータ供給経路１０６を介して、巻き取りローラ１００に供給される（図１１参照）。また、同様に、第２セパレータシート５０は、第２セパレータ巻出し軸１０４から第２セパレータ供給経路１０８を介して、巻き取りローラ１００に供給される（図１１参照）。
次に、図１４に示すように、制御部１１４は、第１セパレータシート４０における始端４０ａ側の短辺４３の位置と第２セパレータシート５０における始端５０ａ側の短辺５３の位置を揃えながら、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を直接接触させつつ、巻き取りローラ１００に第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を周状に巻き取らせる（第１巻き取り制御）。このようにして、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を直接接触させながら、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を周状に巻き取る（第１巻き取り工程）。
次に、制御部１１４は、負極シート３０における始端３０ａ側の短辺３４と正極シート２０における始端２０ａ側の短辺２４を同時に巻き取りローラ１００に供給させて、図１５に示すように、巻き取りローラ１００に負極シート３０と第１セパレータシート４０と正極シート２０と第２セパレータシート５０を周状に巻き取らせる。そして、制御部１１４は、巻き取りローラ１００に正極シート２０の終端２０ｃ側の短辺２５まで巻き取らせる（第２巻き取り制御）。
このとき、負極チャック１０９に把持された負極シート３０の始端３０ａを、巻き取りローラ１００と第１セパレータシート４０との間に挿入しながら、巻き取りローラ１００に供給する。また、正極チャック１１０に把持された正極シート２０の始端２０ａを、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０との間に挿入しながら、巻き取りローラ１００に供給する。また、負極シート３０は、負極巻出し軸１０１から負極供給経路１０５を介して、巻き取りローラ１００に供給される。また、同様に、正極シート２０は、正極巻出し軸１０３から正極供給経路１０７を介して、巻き取りローラ１００に供給される。
このようにして、第１セパレータシート４０に対して巻き取り中心側に負極シート３０を挿入し、第１セパレータシート４０に対して巻き取り中心側とは反対側にて第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０との間に正極シート２０を挿入して、負極シート３０と第１セパレータシート４０と正極シート２０と第２セパレータシート５０を周状に巻き取り、正極シート２０の終端２０ｃ側の短辺２５を巻き取る（第２巻き取り工程）。そして、このとき、巻き取り方向について、負極シート３０における始端３０ａ側の短辺３４と正極シート２０における始端２０ａ側の短辺２４を同一の位相の位置に揃える。このように、第２巻き取り工程（第２巻き取り制御）を行うので、巻き取り中心側から順に、負極シート３０と第１セパレータシート４０と正極シート２０と第２セパレータシート５０が並び、かつ、巻き取り方向について、負極シート３０における始端３０ａ側の短辺３４と正極シート２０における始端２０ａ側の短辺２４が同一の位相の位置で揃う。これにより、正極シート２０の最内周部分２０ｂの内周側にさらに負極シート３０が配置されるので、正極シート２０の最内周部分２０ｂの内周側同士が対向しない。
また、図１６に示すように、制御部１１４は、正極カッター１１２により正極シート２０を切断させ、負極カッター１１１により負極シート３０を切断させる（電極切断制御）。このようにして、電極切断工程として、正極シート２０を切断し（正極切断制御、正極切断工程）、負極シート３０を切断する（負極切断制御、負極切断工程）。
ここで、図１６に示すように、巻き取りローラ１００と負極カッター１１１との間の距離は、巻き取りローラ１００と正極カッター１１２との間の距離よりも大きい。ここで、巻き取りローラ１００と負極カッター１１１との間の距離と、巻き取りローラ１００と正極カッター１１２との間の距離との差を「Ｂ」とし、正極シート２０と負極シート３０の切断時における巻回体の直径を「Ｄ」とする。このとき、本実施形態では、Ｂ＞（π×Ｄ）となるように、負極カッター１１１と正極カッター１１２を配置しておく。
なお、変形例として、正極シート２０と負極シート３０は、同時ではなく、互いに異なる時点（タイミング）で切断されてもよい。例えば、巻き取りローラ１００と負極カッター１１１との間の距離を、巻き取りローラ１００と正極カッター１１２との間の距離と等しくして、正極シート２０と負極シート３０を互いに異なる時点で切断してもよい。このとき、負極シート３０は、正極シート２０が切断された後、前記の「Ｂ」の長さ分の負極シート３０が負極カッター１１１を通過した時に、切断される。
次に、図１７に示すように、制御部１１４は、巻き取りローラ１００に負極シート３０と第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を周状に巻き取らせる。そして、制御部１１４は、巻き取りローラ１００に負極シート３０の終端３０ｃ側の短辺３５まで巻き取らせる（第３巻き取り制御）。このようにして、巻き取り中心側から順に負極シート３０と第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を並べた状態で、負極シート３０と第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を周状に巻き取り、負極シート３０の終端３０ｃ側の短辺３５を巻き取る（第３巻き取り工程）。
このように、本実施形態では、第１巻き取り工程（第１巻き取り制御）を行った後に第２巻き取り工程（第２巻き取り制御）を行い、第２巻き取り工程（第２巻き取り制御）を行った後に第３巻き取り工程（第３巻き取り制御）を行う。
そして、前記のように第３巻き取り工程（第３巻き取り制御）を行うので、さらに、巻き取り中心側から順に、負極シート３０と第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が並ぶ。これにより、図３に示すように、第３領域７３において負極シート３０の最外周部分３０ｄのさらに外周側に、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が配置される。したがって、従来の渦状電極のように２つのセパレータシートのうちのいずれか一方を長くする必要がなくなるので、セパレータシートを短くできる。また、前記のように、第１巻き取り工程（第１巻き取り制御）を行うので、第１セパレータシート４０における始端４０ａ側の短辺４３の位置と第２セパレータシート５０における始端５０ａ側の短辺５３の位置が揃うことから、より確実にセパレータシートを短くできる。したがって、渦状電極１０の性能を維持しながら、セパレータシートを短くできる。
また、図１８に示すように、制御部１１４は、巻き取りローラ１００をセパレータカッター１１３の反対側に移動させて、セパレータカッター１１３により第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を切断させる（セパレータ切断制御）。このようにして、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を切断する（セパレータ切断工程）。
具体的には、図１８に示すように、セパレータカッター１１３により第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を、同時に、切断する。このように、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を、別のタイミングまたは別の場所にて切断しなくてもいいので、製造上の負担やコストが軽減する。
また、このように第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を同じ場所で同時に切断することにより、完成した渦状電極１０において、第１セパレータシート４０の終端４０ｂと第２セパレータシート５０の終端５０ｂを、周長差により、前記の図１０に示すように渦の周方向にずらすことも可能である。
すなわち、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を同一の長さで切断することにより、各シートを巻き取って完成させた渦状電極１０において、渦の周方向について、周長差により、第１セパレータシート４０における終端４０ｂ側の短辺４４は、第２セパレータシート５０における終端５０ｂ側の短辺５４に対して渦の中心側とは反対側にずれた位相の位置に配置される。そのため、図１０に示すように、第１セパレータシート４０の終端４０ｂ側の短辺４４と、第２セパレータシート５０の終端５０ｂ側の短辺５４と、第３領域７３における第２セパレータシート５０を、接着テープ６０により留めることができる。そして、これにより、渦状電極１０を用いた電池において充放電が繰り返されて、渦状電極１０が膨張や収縮したときでも、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０が膨張や収縮し難くなるので、電池の品質を維持できる。
次に、制御部１１４は、巻き取りローラ１００に負極シート３０の終端３０ｃを巻き取らせた後、さらに、第１セパレータシート４０の終端４０ｂと第２セパレータシート５０の終端５０ｂを巻き取らせる。そして、制御部１１４は、巻き取りローラ１００に、第１セパレータシート４０の終端４０ｂ側の短辺４４まで巻き取らせ、かつ、第２セパレータシート５０の終端５０ｂ側の短辺５４まで巻き取らせる（第４巻き取り制御）。このようにして、第３巻き取り工程を行った後に、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を直接接触させながら、第１セパレータシート４０と第２セパレータシート５０を周状に巻き取り、第１セパレータシート４０の終端４０ｂ側の短辺４４と第２セパレータシート５０の終端５０ｂ側の短辺５４を巻き取る（第４巻き取り工程）。
次に、接着テープ６０により、第２セパレータシート５０の終端５０ｂと、その１周回前の第２セパレータシート５０とを留める。その後、渦状電極１０を変形させて、その外形が偏平状になるように形成する（図１〜図３参照）。
このようにして、渦状電極１０を製造する。以上が、電極製造装置９０を用いた渦状電極１０の製造方法の説明である。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。なお、渦状電極１０は、その外形が、偏平状以外の形状、例えば、円形状に形成されていてもよい。
１０ 渦状電極
２０ 正極シート
２０ａ 始端
２０ｂ 最内周部分
２０ｃ 終端
２４ 短辺
２５ 短辺
３０ 負極シート
３０ａ 始端
３０ｂ 最内周部分
３０ｃ 終端
３０ｄ 最外周部分
３４ 短辺
３５ 短辺
４０ 第１セパレータシート
４０ａ 始端
４２ 耐熱層
４３ 短辺
４４ 短辺
５０ 第２セパレータシート
５０ａ 始端
５２ 耐熱層
５３ 短辺
５４ 短辺
６０ 接着テープ
７１ 第１領域
７２ 第２領域
７３ 第３領域
７４ 第４領域
９０ 電極製造装置
１００ 巻き取りローラ
１０５ 負極供給経路
１０６ 第１セパレータ供給経路
１０７ 正極供給経路
１０８ 第２セパレータ供給経路
１０９ 負極チャック
１１０ 正極チャック
１１１ 負極カッター
１１２ 正極カッター
１１３ セパレータカッター

Claims (5)

  1. 負極シートと第１セパレータシートと正極シートと第２セパレータシートが並んで構成されるシート群が渦の形状に形成されている電極であって、各シートは長方形に形成され、各シートの長辺方向が前記渦の周方向に沿って形成されている渦状電極において、
    前記負極シートの長辺は前記正極シートの長辺よりも長く、かつ、前記第１セパレータシートの長辺と前記第２セパレータシートの長辺は前記負極シートの長辺よりも長く、
    前記渦の周方向について前記渦の中心側から順に配列される第１領域と第２領域と第３領域と第４領域を有し、
    前記第１領域は、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートが直接接触しており、かつ、前記第１セパレータシートにおける前記渦の内側の短辺の位置と前記第２セパレータシートにおける前記渦の内側の短辺の位置が揃っている領域であり、
    前記第２領域は、前記渦の径方向について、内側から外側に向かって順に前記負極シートと前記第１セパレータシートと前記正極シートと前記第２セパレータシートが並んだ領域であり、かつ、前記渦の周方向について、前記負極シートにおける前記渦の内側の短辺と前記正極シートにおける前記渦の内側の短辺が同一の位相で揃っている位置から前記正極シートにおける前記渦の外側の短辺の位置まで形成される領域であり、
    前記第３領域は、前記渦の径方向について、内側から外側に向かって順に前記負極シートと前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートが並んだ領域であり、かつ、前記渦の周方向について、前記正極シートにおける前記渦の外側の短辺の位置から前記負極シートにおける前記渦の外側の短辺の位置まで形成される領域であり、
    前記第４領域は、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートが直接接触している領域であること、
    を特徴とする渦状電極。
  2. 請求項１の渦状電極において、
    前記第４領域は、前記渦の径方向について、内側から外側に向かって順に前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートが並んだ領域であり、かつ、前記渦の周方向について、前記第１セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺と前記第２セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺が同一の位相の位置で揃っている領域であること、
    を特徴とする渦状電極。
  3. 請求項１の渦状電極において、
    前記第４領域は、前記渦の径方向について、内側から外側に向かって順に前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートが並んだ領域であり、かつ、前記渦の周方向について、前記第１セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺が、前記第２セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺に対して前記渦の中心側とは反対側にずれた位相の位置に配置されている領域であり、
    前記第１セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺と前記第２セパレータシートにおける前記渦の外側の短辺と前記第３領域における前記第２セパレータシートが接着テープにより留められていること、
    を特徴とする渦状電極。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１つの渦状電極において、
    前記第２領域では、前記第１セパレータシートの耐熱層と前記第２セパレータシートの耐熱層が、前記正極シートを介して対向していること、
    を特徴とする渦状電極。
  5. 負極シートと第１セパレータシートと正極シートと第２セパレータシートが並んで構成されるシート群が渦の形状に形成されている電極であって、各シートは長方形に形成され、各シートの長辺方向が前記渦の周方向に沿って形成されている渦状電極の製造方法において、
    前記負極シートの長辺は前記正極シートの長辺よりも長く、かつ、前記第１セパレータシートの長辺と前記第２セパレータシートの長辺は前記負極シートの長辺よりも長く、
    前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを直接接触させながら、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを周状に巻き取る第１巻き取り工程と、
    前記第１巻き取り工程を行った後に、前記第１セパレータシートに対して巻き取り中心側に前記負極シートを挿入し、前記第１セパレータシートに対して巻き取り中心側とは反対側にて前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートとの間に前記正極シートを挿入し、前記負極シートと前記第１セパレータシートと前記正極シートと前記第２セパレータシートを周状に巻き取る第２巻き取り工程と、
    前記第２巻き取り工程を行った後に、巻き取り中心側から順に前記負極シートと前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを並べた状態で、前記負極シートと前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを周状に巻き取る第３巻き取り工程と、
    前記第３巻き取り工程を行った後に、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを直接接触させながら、前記第１セパレータシートと前記第２セパレータシートを周状に巻き取る第４巻き取り工程と、を有し、
    前記第１巻き取り工程では、前記第１セパレータシートにおける巻き始め側の短辺の位置と前記第２セパレータシートにおける巻き始め側の短辺の位置を揃え、
    前記第２巻き取り工程では、巻き取り方向について、前記負極シートにおける巻き始め側の短辺と前記正極シートにおける巻き始め側の短辺を同一の位相の位置に揃え、かつ、前記正極シートにおける巻き終わり側の短辺を巻き取り、
    前記第３巻き取り工程では、前記負極シートにおける巻き終わり側の短辺を巻き取ること、
    を特徴とする渦状電極の製造方法。
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