JP6467456B2 - セパレータ巻芯、セパレータ捲回体、およびセパレータ捲回体の製造方法 - Google Patents

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。

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。

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。

特開２０１３−１３９３４０号公報（２０１３年７月１８日公開）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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各状態における様子を示す模式図である。 他の構成のリチウムイオン二次電池の各状態における様子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。 本発明の実施形態に係るセパレータ巻芯およびセパレータ巻芯にセパレータを捲回したセパレータ捲回体の正面図である。 本発明の実施形態に係るセパレータ巻芯の保管方法の例を示す図である。 参考形態に係るセパレータ巻芯の保管方法の例を示す図である。

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。

＜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。

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。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。

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。

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、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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

＜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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

コア１００の質量は、通常、２５０ｇ〜８００ｇである。

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、１０ｃｍ^２〜８０ｃｍ^２である。

また、捲回体１１０の質量は、通常、４００ｇ〜６０００ｇである。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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４１ｃｍ^２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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (10)

1. 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１０μｍ以下であることを特徴とするセパレータ巻芯。
2. 上記算術平均粗さが、３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ巻芯。
3. 上記算術平均粗さが、０．９μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のセパレータ巻芯。
4. 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ることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のセパレータ巻芯。
5. 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むことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のセパレータ巻芯。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載のセパレータ巻芯に上記セパレータが捲回されてなるセパレータ捲回体。
7. 上記セパレータの幅よりも上記セパレータ巻芯の幅が大きいことを特徴とする、請求項６記載のセパレータ捲回体。
8. 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１０μｍ以下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。
9. 上記算術平均粗さが、３μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載のセパレータ捲回体の製造方法。
10. 上記算術平均粗さが、０．９μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載のセパレータ捲回体の製造方法。

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