JP6549192B2 - 巻芯、セパレータ捲回体 - Google Patents

Description

本発明は電池用セパレータを捲回するための巻芯、及び、セパレータ捲回体に関する。

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と、そのコアに微多孔膜を捲回した捲回体とを開示している。

特開２０１３−１３９３４０（２０１３年７月１８日公開）

一般に電池用セパレータは巻芯に捲回されたセパレータ捲回体として搬送され、電池の製造工程へと供される。電池の製造工程では電池用セパレータを巻芯から巻出して使用するが、電池組み立て装置の走行安定性のためには、電池用セパレータは巻ズレのない状態で捲回されていることが求められる。

しかしながら、従来の巻芯を使用した場合は、電池用セパレータの捲回初期の１層目〜数層目は巻取りが不安定であるために、安定している数層目以降の捲回層から１層目がはみ出した巻ズレが生じることがある。

このような１層目〜数層目のはみ出しが生じた場合には、セパレータ捲回体から電池用セパレータを巻出してから再度巻きなおす必要があり、生産効率の低下に繋がっていた。

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、電池用セパレータの巻ズレを抑制することである。

上記の課題を解決するために、本発明の巻芯は、外周面に電池用セパレータを捲回するための巻芯であって、前記外周面には、前記電池用セパレータを捲回する方向と交差する方向に延在する１本以上の溝が設けられており、前記溝は深さが３０μｍ以上であり、前記巻芯の外周の長さをＤｍｍとし、前記外周面に設けられている溝の本数をＮ本としたとき、
Ｎ／Ｄ＞０．００２５ ・・・ （式１）
上記（式１）を満たすことを特徴とする。

本発明は、電池用セパレータの巻芯への巻ズレを抑制す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図である。 本発明の実施形態１に係るセパレータ捲回体の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係るコアの斜視図である。 本発明の実施形態１に係るコアに設けられた溝の断面図である。 本発明の実施例に係る溝の測定位置を表す図である。 本発明の実施例に係るセパレータ捲回体の巻ズレの様子を表す図である。 本発明の実施例に係る各実験例の測定結果を表す図である。 図１１に示す各実験例を表にした図である。

〔実施形態１〕
（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、ダイコーター法等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等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（ａ）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等に固定されている。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。

（セパレータ捲回体の構成）
図６は、本発明の実施形態１に係るセパレータ捲回体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、本発明の実施形態１に係るコア８の材料はこれに限定されない。コア８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等の樹脂を含んでもよい。コア８の材料は、金属、紙、フッ素樹脂でないことが好ましい。

図６の（ｃ）（ｄ）に示すように、コア８の外周面Ｓ（すなわち、外側円筒部８１の外周面）には、コア８の幅方向（ＴＤ）に延在する一又は複数の溝９が設けられている。この溝９の詳細については後述する。

図６の（ｂ）（ｄ）に示すように、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、等であってもよい。セパレータ１２には、コア８の外周面Ｓにおける微細な構造を除き、凹凸が転写される。

図７は、本発明の実施形態１に係るコア８の斜視図である。

図７に示すように、コア８の外周面Ｓには、コア８のＴＤに略平行、すなわち、コア８のＭＤに略垂直に延在する一又は複数の溝９が設けられている。これにより、コア８の外周面Ｓにセパレータ１２を捲回するとき、コア８の外周面Ｓとセパレータ１２との間の空気を、溝９に沿って逃がすことができる。

溝９は、セパレータ１２を捲回する前のコア８の外周面Ｓに、例えば、カッターを用いて、形成することができる。溝９が設けられたコア８の外周面Ｓにセパレータ１２を捲回することでセパレータ捲回体１０を得ることができる。

セパレータ１２をコアに巻回する初期の段階では、タッチロールによってセパレータ１２に圧力を加えながらコアに巻回していくが、このとき、外周面に溝９が設けられていないコアにセパレータ１２を捲回すると、コアとセパレータ１２との間に空気を巻き込むことでわずかにセパレータ１２の巻きズレが生じる場合がある。

特に、初めの数周は巻き込んだ空気の影響を顕著に受けて走行が不安定となるためにセパレータ１２の巻ズレが生じていると考えられる。

一方、コア８によると、外周面Ｓに溝９が設けられている。そして、溝９は、深さが３０μｍ以上であり、かつ、溝９の本数をＮ（本）、コア８の外周の長さ（コア周長と称する場合がある）をＤ（ｍｍ）とすると、下記（式１）を満たすように、コア８の外周面Ｓに設けられている。

Ｎ／Ｄ＞０．００２５ ・・・ （式１）
この条件を満たすことで、外周面Ｓと、セパレータ１２との間の空気を、溝９に沿って十分に、外に逃がすことができる。特に、巻回の初期段階において、１層目となるセパレータ１２とコア８との間の空気を十分に抜くことが可能な溝９をコア８の外周面Ｓに設けることによって、初期の巻ズレの発生を予防し、巻ズレによる不良品の発生を低減することができる。

このように、本願の発明者は、後述する実験結果より、セパレータ１２を捲回する方向（ＭＤ）とは交差する方向（ＴＤ）に所定の溝９を設けたコア８を用いた場合、セパレータ１２の巻回時に、巻ズレが少ないことを見出した。

このように、コア８の外周面Ｓに、深さが３０μｍ以上の溝９を設け、かつ、Ｎ／Ｄ＞０．００２５（本／ｍｍ）とすることで、コア８に捲回されたセパレータ１２のうち、第１層目部分の端部と、コア８から１０ｍｍ厚までの部分の端部との差が１．５ｍｍ以下であるセパレータ捲回体１０を作成することができる。すなわち、本発明の実施形態１に係るコア８を用いることで、巻ズレの少ないセパレータ捲回体１０を得ることができ、生産効率を向上させることができる。

なお、溝の深さが３０μｍ未満であったり、Ｎ／Ｄ≦０．００２５である場合は、十分に、巻ズレ抑制効果を得ることができない。詳細は、実験結果を用いて後述する。

溝９がコア８に延在する長さは、コア８の幅ＣＷ（コア８のＴＤの長さ）に対して、ＣＷ／２以上であることが好ましい。また、溝９は、コア８の幅ＣＷに対して、ＣＷ／２以上の領域に延在していることが好ましい。これにより、コア８の外周面Ｓとセパレータ１２との間の空気を効率よく、逃がすことができる。

溝９がコア８に延在する形状は、直線状でもよく、曲線状でもよく、蛇行形状でもよいが、好ましくは直線形状である。

溝９が直線形状の場合は、コア８のＴＤに平行な直線と成す鋭角が２５度以下であることが好ましく、１５度以下であることがより好ましい。また、溝９が曲線状又は蛇行形状の場合は、曲線状又は蛇行形状の溝の始点と終点とを結ぶ線分と、コア８のＴＤに平行な直線と成す鋭角が１５度以下であることが好ましい。これにより、コア８の外周面Ｓにセパレータ１２を捲回したとき、コア８の外周面Ｓとセパレータ１２との間の空気を効率よく逃がすことができる。

溝９は、効率よく空気を逃がすため、両端のうち少なくとも一端がコア８の縁に設けられていることが好ましい。また、溝９の両端がコア８の両縁に設けられていることがより好ましい。これによると、より効率よく、コア８の外周面Ｓとセパレータ１２との間の空気を逃がすことができる。なお、溝９は、両端のうち他端が、コア８の縁に至らない程度の長さであってもよい。

コア８の外周面Ｓに設ける溝９の本数について、特に上限はないが、多数の溝９を設けた場合にはコア８の強度が低下し、張力をかけてセパレータ１２をコア８に巻回した際に、コア８が変形したり破損したりする恐れがある。このため、Ｎ／Ｄは０．１未満であることが好ましい。これによると、コア８の強度を保つことができるため、セパレータ１２を捲回した際のコア８の破損を防止することができる。

図８は、コア８の溝９の断面図である。図８では、溝９を、図７に示すＭＤに切った断面を表している。

溝９の断面の形状は、三角形（Ｖ字型）であることが好ましい。これは、加工が容易であり、またコア８のリサイクルを考えた時に、溝９にゴミがたまり難く、清掃が容易であるためである。なお、溝９の断面の形状は、三角形に限定されるものではなく、例えば、四角形（凹型）、半円型など三角形以外の形状であってもよい。

溝９がコア８に延在する方向に垂直な方向の長さを幅ＤＷとすると、溝９の幅ＤＷは、１０μｍ以上であることが好ましく、さらには、５０μｍ以上であることがより好ましい。これによると、より効率よく、溝９に沿って空気を逃がすことができる。

一方、溝９の幅ＤＷが広いと、溝９がセパレータ１２に転写されてしまうため、溝９の幅ＤＷは５００μｍ以下であることが好ましい。これにより、コア８に捲回されたセパレータ１２に溝９が転写されることによる不良の発生を防止することができる。

溝９の両端に接する平面から溝９の底までの距離を溝９の深さＤＰとすると、溝９の深さＤＰは、溝９を通して一定であってもよいし、一定でなくともよい。

ただし、溝９の深さＤＰは、上述したように、３０μｍ以上である必要がある。さらには、溝９の深さＤＰは、５０μｍ以上であることがより好ましい。これにより、より効率よく空気を溝９に沿って逃がすことができる。

一方で、コア８をリサイクル時の清掃の観点からは、溝９の深さＤＰは、溝９のうち最も深い箇所でも１０００μｍ程度であることが好ましい。これにより、溝９に異物が混入しても除去しやすいため、容易にコア８をリサイクルすることができる。

２本以上の溝を設ける場合は、２本の溝は交差していても良い。これにより、コア８の外周面Ｓにセパレータ１２を捲回したとき、コア８の外周面Ｓとセパレータ１２との間の空気を、より効率よく逃がすことができる。

〔実施例〕
図９〜図１２を用いて、本発明の実施例について説明する。

図９は、本発明の実施例に係る溝の測定位置を表す図である。図１０は、本発明の実施例に係るセパレータ捲回体の巻ズレの様子を表す図である。図１１は、本発明の実施例に係る各実験例の測定結果を表す図である。図１２は、図１１に示す各実験例を表にした図である。

ポリエチレン多孔膜にアラミド樹脂からなる耐熱層をコーティングしたセパレータを、幅６０ｍｍにスリットし、種々の溝を設けた９種類のコア（幅６５ｍｍ）に巻回し、９種類のセパレータ捲回体を作製した。そして、各セパレータ捲回体の巻ズレを測定した。なお各溝は、溝の始点と終点とを結ぶ線分と、コアのＴＤに平行な直線と成す鋭角が１５度以下になるように設けた。

図９に示すように、１つの溝あたり、中心点（測定点Ｍ２）と、両端から１ｃｍの点（測定点Ｍ１・Ｍ３）の３点において、溝の深さを測定し、その平均値を溝の深さとした。

溝の深さＤＰの測定は、オリンパス製共焦点レーザー顕微鏡LEXT OLS4100を用いた。測定条件は以下の通りである。
・対物レンズ：２０倍
・レーザー波長：４０５ｎｍ
・測定モード：共焦点（反射）
・画像視野：６４４μｍ×６４６μｍ（１０２４×１０２４ｐｉｘｅｌ）
・水平補正：なし
図１０に示すように、セパレータ１２を厚み１０ｍｍ以上になるまでコアに巻回したときの、セパレータのうち第１層目を除く部分１２ｂの端部と、コアに巻回したセパレータ１２のうち第１層目部分１２ａの端部とのズレの最大値ＰＲを巻ズレとした。

図１１に、第１〜第９実験例ＥＸ１〜ＥＸ９に係るセパレータ捲回体１０の測定結果を示す。なお、図１１に示す「コア周長」は、コアの外周の長さＤ（ｍｍ）（図７参照）のことである。第５実験例ＥＸ５に係るセパレータ捲回体は、コアに溝が設けられていない、従来品である。

また、図１１において「第１の溝」「第２の溝」「第３の溝」は、それぞれ、各実験例に係るコアに設けた溝のことである。「‐」となっている場合は該当の溝は設けられていないことを表している。例えば、第２実験例ＥＸ２に係るコアには、「第３の溝」の欄は「‐」となっているので、「第１の溝」及び「第２の溝」の２本の溝が設けられていることを表している。

図１２は、横軸が溝の本数／コア周長（本／ｍｍ）を表し、縦軸が巻ズレ（ｍｍ）を表している。

図１１、図１２に示すように、第５実験例ＥＸ５に係るセパレータ捲回体は巻ズレが１．７ｍｍと、他の実験例に係るセパレータ捲回体と比べて、巻ズレが大きいことが分かる。

また、第９実験例ＥＸ９に係るセパレータ捲回体も巻ズレが１．８と大きいことが分かった。これは、第９実験例ＥＸ９に係るセパレータ捲回体に用いたコアに設けた溝の深さは２６μｍと、他の実験例に係るセパレータ捲回体に用いたコアに設けた溝の深さと比べて、浅すぎたためであると考えられる。

このように、第１〜第４実験例ＥＸ１〜ＥＸ４、第６〜第８実験例ＥＸ６〜ＥＸ８に示すように、溝９の深さを３０μｍ以上とすることで、何れも巻ズレが１．５μｍ以下であり、巻ズレが改善していることが分かった。

このように、コアの外周面に、深さが３０μｍ以上の溝を設け、かつ、溝の本数／コア周長を０．００２５（本／ｍｍ）より大きくすることで、コアに捲回されたセパレータ１２のうち、第１層目部分１２ａの端部と、コアから１０ｍｍ厚までの部分の端部との差が１．５ｍｍ以下であるセパレータ捲回体を作成することが可能であることが分かった。

また、第６実験例ＥＸ６よりも、コア周長あたりの溝の本数が多い第４、第７実験例ＥＸ４・ＥＸ７の方が、巻ズレが少ない。また、第４、第７実験例ＥＸ４・ＥＸ７よりも、コア周長あたりの溝の本数が多い第２、第３実験例ＥＸ２・ＥＸ３の方が巻ズレが少ない。また、第２、第３実験例ＥＸ２・ＥＸ３よりも、コア周長あたりの溝の本数が多い第１、第８実験例ＥＸ１・ＥＸ８の方が、巻ズレが少ない。

このように、多少の誤差はあるものの、コア周長あたりの溝の本数を多くすると、巻ズレ抑制効果が高くなっていく傾向にあることが分かった。

特に、第１〜第４実験例ＥＸ１〜４、第７実験例ＥＸ７、第８実験例ＥＸ８のように、溝の深さを３０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上とし、かつ、溝の本数／コア周長を０．００２５（本／ｍｍ）より大きくすることで、巻ズレ抑制効果が高くなることが分かった。

さらには、第１〜第４実験例ＥＸ１〜４、第７実験例ＥＸ７、第８実験例ＥＸ８のように、溝の深さを１１８μｍ以上とし、かつ、溝の本数／コア周長を０．００３１（本／ｍｍ）以上とすることで、巻ズレ抑制効果が、極めて高くなることが分かった。

このように、今回の実験によって、単に、コアの外周面に溝を設けるだけでは必ずしも巻ズレ抑止効果には繋がらない場合があることが分かった。つまり、巻ズレ抑制効果を得るには、コアの外周面に、深さが３０μｍ以上であり、かつ、溝の本数／コア周長が０．００２５（本／ｍｍ）より大きくなるように、溝を設ける必要があることが分かった。

〔まとめ〕
以上のように、本発明の一態様に係る巻芯は、外周面に電池用セパレータを捲回するための巻芯であって、前記外周面には、前記電池用セパレータを捲回する方向と交差する方向に延在する１本以上の溝が設けられており、前記溝は深さが３０μｍ以上であり、前記巻芯の外周の長さをＤｍｍとし、前記外周面に設けられている溝の本数をＮ本としたとき、
Ｎ／Ｄ＞０．００２５ ・・・ （式１）
上記（式１）を満たすことを特徴とする。

上記構成によると、電池用セパレータを巻芯に捲回する際、１層目となる電池用セパレータと、コアとの間の空気を十分に、溝に沿って逃がすことができる。これにより、電池用セパレータの巻ズレを抑制することができる。

また、前記溝は深さが１０００μｍ以下であることが好ましい。これにより、溝に異物が混入しても除去しやすいため、容易に巻芯をリサイクルすることができる。

また、前記溝は深さが５０μｍ以上であることが好ましい。これによると、電池用セパレータと、コアとの間の空気を、より効果的に溝に沿って逃がすことができる。

また、Ｎ／Ｄ＜０．１であることが好ましい。これにより、巻芯の強度を保ち、電池用セパレータを捲回した際の巻芯の破損を防止することができる。

また、前記溝は、両端のうち少なくとも一端が前記巻芯の縁に設けられていることが好ましい。これによると、電池用セパレータと、コアとの間の空気を、より効果的に溝に沿って逃がすことができる。

また、前記外周面における前記電池用セパレータを捲回する方向に垂直に交わる方向の長さを外周面の幅とすると、前記溝の長さは、前記外周面の幅の半分の長さより長いことが好ましい。また、前記溝と、前記電池用セパレータを捲回する方向と垂直な直線と、が成す角度は１５度以下であることが好ましい。これにより、巻芯の外周面と電池用セパレータとの間の空気を効率よく逃がすことができる。

また、本発明のセパレータ捲回体は、前記巻芯と、当該巻芯に捲回された電池用セパレータとを備えていることが好ましい。これにより、巻ズレが抑制されたセパレータ捲回体を得ることができる。

また、捲回された前記電池用セパレータのうち、第１層目部分の端部と、コアから１０ｍｍ厚までの部分の端部との差が１．５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、巻き直しが不要なセパレータ捲回体を得ることができる。

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
５ 多孔質フィルム
６ スリット装置
７ 切断装置
８、ｃ、ｕ、ｌ コア（巻芯）
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）
１２ａ 第１層目部分
１２ｂ 第１層目を除く部分
１３ アノード
６１ 巻出ローラー
６２、６３、６８ ローラー
７０Ｌ、７０Ｕ、７０Ｌ 巻取ローラー
７１ ホルダー
８１ 外側円筒部
８２ 内側円筒部
８３ リブ

Claims (8)

1. 外周面に電池用セパレータを捲回するための巻芯であって、
   前記外周面には、前記電池用セパレータを捲回する方向と略垂直に交差する方向に延在する１本以上の溝が設けられており、
   前記溝は深さが３０μｍ以上であり、
   前記巻芯の外周の長さをＤｍｍとし、前記外周面に設けられている溝の本数をＮ本としたとき、
   Ｎ／Ｄ＞０．００２５ ・・・ （式１）
   上記（式１）を満たし、
   前記外周面における前記電池用セパレータを捲回する方向に垂直に交わる方向の長さを外周面の幅とすると、
   前記溝の長さは、前記外周面の幅の半分の長さより長く、
   前記巻芯の外周面が、その両端が前記巻芯の両縁に設けられている溝と、その両端のうちの一端が前記巻芯の縁に至らない溝とを有することを特徴とする巻芯。
2. 前記溝は深さが１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の巻芯。
3. 前記溝は深さが５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の巻芯。
4. Ｎ／Ｄ＜０．１であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の巻芯。
5. 前記電池用セパレータが、全芳香族ポリアミドを含む耐熱層を有する請求項１〜４の何れか１項に記載の巻芯。
6. 前記溝と、前記電池用セパレータを捲回する方向と垂直な直線と、が成す角度は１５度以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の巻芯。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の巻芯と、当該巻芯に捲回された電池用セパレータとを備えていることを特徴とするセパレータ捲回体。
8. 捲回された前記電池用セパレータのうち、第１層目部分と、コアから１０ｍｍ厚までの部分との端部間の差が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載のセパレータ捲回体。

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