JP6620970B2 - 巻回装置、蓄電素子の製造方法、及び蓄電素子 - Google Patents

Description

本発明は、電極を巻回する巻回装置、電極が巻回された電極体を備えた蓄電素子の製造方法、及び、前記電極体を備えた蓄電素子に関する。

正極板及び負極板を巻回することによって薄型非水電解液電池に用いられる巻回型の電極群を製造する方法が知られている（特許文献１参照）。具体的には、図１２に示すように、シート状の正極板２０１及び負極板２０２をセパレータ２０３を介して重ね合わせ、これを平板巻芯２０４によって巻回し、前記セパレータ２０３の終端を粘着テープで固定した後、平板巻芯２０４を抜き取ることによって前記巻回型の前記電極群が形成される。

前記巻回型の電極群を形成するときに、平板巻芯２０４のような外周面における該平板巻芯２０４の扁平方向の両端部（湾曲部位）の曲率半径ｒを小さくし、これにより、該両端部を、積層された正極板２０１、負極板２０２及びセパレータ２０３（以下、単に「正極板２０１等」と称する。）に食い込ませて該正極板２０１等を位置決めすることにより、平板巻芯２０４によって正極板２０１等を巻回する際の巻ズレを防いでいた。

しかし、この場合、前記巻回された正極板２０１等に対し、平板巻芯２０４からの積層方向の力（積層方向の抗力）が曲率半径ｒの小さな前記湾曲部位（巻回方向における狭い範囲）からしか加わらないため、巻回方向の各位置における極間距離（正極板２０１と負極板２０２との間隔）が不均一になり易かった。

一方、図１３に示すように、平板巻芯２０４の外周面における前記扁平方向の両端部（湾曲部位）の曲率半径ｒを大きくすることで、前記正極板２０１等に対して積層方向に力（平板巻芯２０４からの抗力）を加える部位（湾曲部位）の巻回方向における範囲を大きくし、これにより、巻回方向の各位置における極間距離を均一にすることが考えられる。

しかし、この場合、平板巻芯２０４の扁平方向の両端部が前記積層された正極板２０１等に食い込み難くなるため、該両端部による該正極板２０１等の位置決めが十分ではなく、巻ズレが生じ易くなる。

特開２００１−１６０４２０号公報

そこで、本発明は、電極が巻回された電極体において、巻回方向の各位置における極間距離の均一化を図ると共に巻ズレ量のばらつきを抑制できる巻回装置、蓄電素子の製造方法、及び蓄電素子を提供することを課題とする。

本発明に係る巻回装置は、
電極が巻回される外周面であって、所定方向に延びる軸芯と直交する第一方向に扁平な外周面を有し、且つ前記軸芯周りに回転可能な芯体と、
前記芯体を前記軸芯周りに回転させる回転駆動部と、を備え、
前記芯体の外周面は、前記軸芯を通って第一方向に延びる仮想線の両端に設けられる一対の第一湾曲面と、前記軸芯方向視において、前記第一湾曲面に接し且つ前記仮想線を基準に線対称若しくは略線対称に延びる一対の仮想接線を、前記第一湾曲面との共通接線とする一対の第二湾曲面と、を含み、
前記一対の第二湾曲面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられる。

かかる構成によれば、外周面が第一湾曲面と第二湾曲面とを含むことで、外周面における扁平方向の両端部（第一湾曲面）の曲率を大きくして該両端部を積層される電極に食い込ませることができると共に、外周面において積層方向の力（抗力）を電極に対して加える湾曲面の巻回方向における範囲（第一湾曲面及び第二湾曲面が形成された範囲）が大きくなる。これにより、芯体を軸芯周りに回転させて電極を巻回し、電極体を形成することによって、巻回方向の各位置における極間距離を均一化できると共に巻ズレ量のばらつきを抑制できる。

前記巻回装置では、
前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
前記第一湾曲面の曲率半径Ｒ_１と、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ_１／Ｔ）は、（Ｒ_１／Ｔ）≦０．４０を満たしてもよい。

かかる構成によれば、形成された電極体において、電極の巻ズレ量のばらつきを抑えることができる。ここで、巻ズレ量とは、電極体の電極が巻回されている部位における巻回中心（軸芯）方向の幅の最大値と最小値との差である。

前記巻回装置では、
前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
前記第一湾曲面の曲率半径Ｒ_１と、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ_１／Ｔ）は、０．１０≦（Ｒ_１／Ｔ）を満たしてもよい。

かかる構成によれば、巻回によって積層された電極の第一湾曲面に対応する位置の電極間が該第一湾曲面に押されて小さくなり過ぎることが防がれ、これにより、形成された電極体における電極間抵抗の低下を抑えることができる。

前記巻回装置では、
前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
前記一対の第二湾曲面のそれぞれは、円弧面であり、
前記第一湾曲面の曲率半径Ｒ_１と、前記第二湾曲面の曲率半径Ｒ_２とは、Ｒ_１＜Ｒ_２を満たすことが好ましい。

かかる構成によれば、第一湾曲面の曲率半径を小さくして、巻回によって積層された電極に該第一湾曲面をより食い込ませることで電極の巻ズレ量のばらつきをより効果的に抑えると共に、第二湾曲面の曲率半径を大きくして巻回方向における湾曲面（積層された電極に対して積層方向に力を加える部位）の範囲をより大きくすることで巻回方向の各位置における極間距離をより均一化できる。

また、本発明に係る蓄電素子の製造方法は、
所定方向に延びる軸芯と直交する第一方向に扁平な外周面を有する芯体の前記外周面に電極を巻回することと、
前記巻回された電極を含む電極体をケース内に収容することと、を備え、
前記芯体の外周面は、前記軸芯を通って第一方向に延びる仮想線の両端に設けられる一対の第一湾曲面と、前記軸芯方向視において、前記第一湾曲面に接し且つ前記仮想線を基準に線対称若しくは略線対称に延びる一対の仮想接線を、前記第一湾曲面との共通接線とする一対の第二湾曲面と、を含み、
前記一対の第二湾曲面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられる、

かかる構成によれば、外周面が第一湾曲面と第二湾曲面とを含むことで、外周面における扁平方向の両端部（第一湾曲面）の曲率を大きくして該両端部を積層される電極に食い込ませることができると共に、外周面において積層方向の力を電極に対して加える湾曲面の巻回方向における範囲（第一湾曲面及び第二湾曲面が形成された範囲）が大きくなる。これにより、芯体を軸芯周りに回転させて電極を巻回し、電極体を形成することによって、巻回方向の各位置における極間距離を均一化できると共に巻ズレ量のばらつきを抑制できる。

前記蓄電素子の製造方法では、
前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
前記第一湾曲面の曲率半径Ｒと、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ／Ｔ）は、（Ｒ／Ｔ）≦０．４０を満たしてもよい。

かかる構成によれば、巻ズレ量のばらつきの抑えられた電極体が得られる。

前記蓄電素子の製造方法では、
前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
前記第一湾曲面の曲率半径Ｒと、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ／Ｔ）は、０．１０≦（Ｒ／Ｔ）を満たしてもよい。

かかる構成によれば、巻回によって積層された電極の第一湾曲面に対応する位置の電極間が該第一湾曲面に押されて小さくなり過ぎることが防がれ、これにより、電極間抵抗の低下が抑えられた電極体が得られる。

また、本発明に係る蓄電素子は、
所定方向に延びる軸芯と直交する第一方向に扁平な外周面を有する芯体、及び前記芯体の外周面に巻回される電極を有する電極体と、
前記電極体を収容するケースと、を備え、
前記芯体の外周面は、前記軸芯を通って第一方向に延びる仮想線の両端に設けられる一対の第一湾曲面と、前記軸芯方向視において、前記第一湾曲面に接し且つ前記仮想線を基準に線対称若しくは略線対称に延びる一対の仮想接線を、前記第一湾曲面との共通接線とする一対の第二湾曲面と、を含み、
前記一対の第二湾曲面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられる。

かかる構成によれば、芯体に電極が巻回されて形成された電極体において、芯体の外周面が第一湾曲面と第二湾曲面とを含むことで、外周面における扁平方向の両端部（第一湾曲面）の曲率を大きくして該両端部を積層される電極に食い込ませることができると共に、外周面において積層方向の力を電極に対して加える湾曲面の巻回方向における範囲（第一湾曲面及び第二湾曲面が形成された範囲）が大きくなる。これにより、電極体では、巻回方向の各位置における極間距離が均一化されると共に巻ズレ量のばらつきが抑制されている。

前記蓄電素子では、
前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
前記第一湾曲面の曲率半径Ｒと、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ／Ｔ）は、（Ｒ／Ｔ）≦０．４０を満たしてもよい。

かかる構成によれば、芯体に電極が巻回されて形成された電極体において、電極の最大巻ズレ量のばらつきが抑えられている。

前記蓄電素子では、
前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
前記第一湾曲面の曲率半径Ｒと、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ／Ｔ）は、０．１０≦（Ｒ／Ｔ）を満たしてもよい。

かかる構成によれば、巻回によって積層された電極の第一湾曲面に対応する位置の電極間が該第一湾曲面に押されて小さくなり過ぎることが防がれ、これにより、芯体に電極が巻回されて形成された電極体において、電極間抵抗の低下が抑えられている。

以上より、本発明によれば、電極が巻回された電極体において、巻回方向の各位置における極間距離の均一化を図ると共に巻ズレ量のばらつきを抑制できる巻回装置、蓄電素子の製造方法、及び蓄電素子を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る巻回装置の概略構成図である。 図２は、前記巻回装置の芯体の正面図である。 図３は、電極、セパレータ、及び電極体を説明するための斜視図である。 図４は、蓄電素子の製造方法のフローを示す図である。 図５は、前記蓄電素子の斜視図である。 図６は、前記蓄電素子の分解斜視図である。 図７は、巻ズレ量を説明するための図である。 図８は、他実施形態に係る芯体の正面図である。 図９は、他実施形態に係る芯体の正面図である。 図１０は、他実施形態に係る芯体の正面図である。 図１１は、他実施形態に係る芯体の正面図である。 図１２は、従来の平板巻芯による正極板、負極板、セパレータの巻回状態を示す図である。 図１３は、湾曲面の曲率半径を大きくした前記平板巻芯による正極板、負極板、セパレータの巻回状態を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図６を参照しつつ説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。

巻回装置は、図１及び図２に示すように、電極７等を搬送する搬送部２と、搬送部２によって搬送された電極７等を巻回する巻回部３と、を備える。本実施形態の搬送部２は、電極７とセパレータ８とを搬送し、巻回部３は、電極７とセパレータ８とを積層した状態で巻回する。この巻回装置１は、電極７とセパレータ８とを巻回して蓄電素子に用いられる電極体９を形成する（図３参照）。本実施形態の巻回装置１は、例えば、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池に用いられる電極体９を形成する。以下では、巻回装置１によって巻回される（巻き取られる）電極７及びセパレータ８について図３を参照しつつ説明した後、巻回装置１の各構成について具体的に説明する。

本実施形態の電極７は、正極７１と負極７２とを有する。

正極７１は、帯状の金属箔７１１と、金属箔７１１の幅方向（短手方向）の端部を残して該金属箔７１１に積層される正極活物質層（活物質層）７１２と、を有する。本実施形態の金属箔７１１は、例えば、アルミニウム箔である。また、正極活物質層７１２を構成する正極活物質は、リチウム金属酸化物を含む。

負極７２は、帯状の金属箔７２１と、金属箔７２１の幅方向（短手方向）の端部であって正極７１とは反対側の端部を残して該金属箔７２１に積層される負極活物質層７２２と、を有する。本実施形態の金属箔７２１は、例えば、銅箔である。また、負極活物質層７２２を構成する負極活物質は、ソフトカーボン、ハードカーボン等の非晶質炭素を含む。

本実施形態のセパレータ８は、絶縁性を有する帯状の部材である。セパレータ８は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。本実施形態の巻回装置１では二つのセパレータ８が用いられ、一方を第一セパレータ８１、他方を第二セパレータ８２とも称する。

以上の正極７１、負極７２、第一セパレータ８１、及び、第二セパレータ８２のそれぞれは、ロール状に巻回された状態で、巻回装置１に配置される（図１参照）。即ち、巻回装置１では、電極体９を形成するために、正極７１のロール（正極ロール）Ｒ_１１と、負極７２のロール（負極ロール）Ｒ_１２と、第一セパレータ８１のロール（第一セパレータロール）Ｒ_１３と、第二セパレータ８２のロール（第二セパレータロール）Ｒ_１４と、が配置される。

次に、巻回装置１の各構成について図１を参照しつつ詳細に説明する。

搬送部２は、巻回部３にセパレータ８を搬送するセパレータ搬送部４と、巻回部３に電極７を搬送する電極搬送部５と、を有する。この搬送部２は、セパレータ搬送部４によって搬送されたセパレータ８と電極搬送部５によって搬送された電極７とを重ね合わせて（即ち、異なる搬送経路で搬送された電極７及びセパレータ８を合流させて）巻回部３に供給する合流部１０を有する。また、搬送部２は、合流部１０と巻回部３との間にセパレータ切断部１１を有する。

セパレータ搬送部４は、第一及び第二セパレータロールＲ_１３、Ｒ_１４から合流部１０までセパレータ８を搬送する。本実施形態のセパレータ搬送部４は、二つのセパレータ搬送部（第一セパレータ搬送部４１及び第二セパレータ搬送部４２）を有する。各セパレータ搬送部４１、４２は、対応するセパレータロール（第一セパレータロールＲ_１３、第二セパレータロールＲ_１４）から合流部１０までセパレータ８（第一セパレータ８１、第二セパレータ８２）を互いに異なる搬送経路で搬送する。第一及び第二セパレータ搬送部４１、４２のそれぞれは、複数の搬送ローラ６を有する。また、複数の搬送ローラ６に含まれる少なくとも一対の搬送ローラは、セパレータ８を合流部１０に向けて送り出す（押し出す）第一送り出し機構６１を構成する。本実施形態の第一送り出し機構６１は、セパレータ８を一対の搬送ローラ６で挟み込んだ状態で送り出すニップローラである。本実施形態の第一及び第二セパレータ搬送部４１、４２は、合流部１０において二つのセパレータ８１、８２が上下方向に重なるような搬送経路で各セパレータ８１、８２をそれぞれ搬送する。

電極搬送部５は、正極７１を搬送する正極搬送部５１と、負極７２を搬送する負極搬送部５２と、を有する。

正極搬送部５１は、複数の搬送ローラ６と、所定の長さの正極７１が合流部１０に搬送されたときに該正極７１を切断する正極切断部５１０と、を有し、正極ロールＲ_１１から合流部１０まで正極７１を搬送（案内）する。複数の搬送ローラ６のそれぞれは、正極７１が所定の搬送経路を通って正極ロールＲ_１１から合流部１０に向かうように配置されている。また、複数の搬送ローラ６に含まれる少なくとも一対の搬送ローラは、正極７１を合流部１０に向けて送り出す（押し出す）第二送り出し機構６２を構成する。本実施形態の第二送り出し機構６２は、正極７１を一対の搬送ローラ６で挟み込んだ状態で送り出すニップローラである。

本実施形態の正極搬送部５１は、複数の第二送り出し機構６２を有し、合流部１０において二つのセパレータ８１、８２の上に重なるような搬送経路で正極７１を搬送する。

正極切断部５１０は、正極７１を切断する正極切断刃を有する。この正極切断刃は、正極７１の搬送経路において、合流部１０と、この合流部１０の上流において該合流部１０の最も近くに配置されている第二送り出し機構６２と、の間に配置される。

負極搬送部５２は、複数の搬送ローラ６と、所定の長さの負極７２が合流部１０に搬送されたときに該負極７２を切断する負極切断部５２０と、を有し、負極ロールＲ_１２から合流部１０まで負極７２を搬送（案内）する。複数の搬送ローラ６のそれぞれは、負極７２が所定の搬送経路を通って負極ロールＲ_１２から合流部１０に向かうように配置されている。また、複数の搬送ローラ６に含まれる少なくとも一対の搬送ローラは、負極７２を合流部１０に向けて送り出す（押し出す）第三送り出し機構６３を構成する。本実施形態の第三送り出し機構６３は、負極７２を一対の搬送ローラ６で挟み込んだ状態で送り出すニップローラである。

本実施形態の負極搬送部５２は、複数の第三送り出し機構６３を有し、合流部１０において二つのセパレータ８１、８２間に負極７２が供給されるような搬送経路で該負極７２を搬送する。

負極切断部５２０は、負極７２を切断する負極切断刃を有する。この負極切断刃は、負極７２の搬送経路において、合流部１０と、この合流部１０の上流において該合流部１０の最も近くに配置されている第三送り出し機構６３と、の間に配置される。

合流部１０は、巻回部３への電極７（正極７１、負極７２）及びセパレータ８の搬送経路において、電極７同士、セパレータ８同士、又は、電極７とセパレータ８とを重ね合わす。本実施形態の合流部１０は、正極７１、第一セパレータ８１、負極７２、及び第二セパレータ８２を重ね合わせ、巻回部３に送り出す。即ち、合流部１０は、巻回装置１において、正極７１の搬送経路と負極７２の搬送経路と第一及び第二セパレータ８１、８２の各搬送経路とが合流する位置（部位）である。本実施形態の合流部１０は、ピンチローラであり、正極搬送部５１、負極搬送部５２、第一セパレータ搬送部４１、及び第二セパレータ搬送部４２によって該ピンチローラに搬送された（送り込まれた）正極７１、負極７２、及びセパレータ８（第一及び第二セパレータ８１、８２）を重ね合わせ、巻回部３に送り出す。

セパレータ切断部１１は、所定の長さのセパレータ８が巻回部３に搬送されたときに該セパレータ８を切断する。本実施形態のセパレータ切断部１１は、重ね合わされた状態の第一及び第二セパレータ８１、８２を切断する。

巻回部３は、所定方向に延びる軸芯３０周りに回転可能な芯体３１と、芯体３１を軸芯３０周りに回転駆動する回転駆動部３５と、を有する。

芯体３１は、電極７が周囲に巻回される外周面３２を有する。この芯体３１は、軸芯３０方向視において、扁平である（延びている）。本実施形態の芯体３１は、合流部１０において重ね合わされた（合流した）正極７１、第一セパレータ８１、負極７２、及び第二セパレータ８２、即ち、正極７１、第一セパレータ８１、負極７２、及び第二セパレータ８２の積層体を外周面３２に巻き付ける（巻回する）。

外周面３２は、軸芯３０と直交する第一方向（図２に示す例では左右方向）に扁平である。具体的に、外周面３２は、軸芯３０を通って第一方向に延びる第一仮想線（仮想線）３０１の両端に設けられる一対の第一湾曲面３２１と、軸芯３０方向視において、第一湾曲面３２１に接し且つ第一仮想線３０１を基準に線対称若しくは略線対称に延びる一対の仮想接線を、第一湾曲面３２１との共通接線３０５とする一対の第二湾曲面３２２と、を含む。この一対の第二湾曲面３２２は、第一方向における一対の第一湾曲面３２１間において該一対の第一湾曲面３２１のそれぞれと対応して二組設けられる。

また、外周面３２は、軸芯３０方向視において、第一湾曲面３２１と、該第一湾曲面３２１と対応する一対の第二湾曲面３２２とを一対の共通接線３０５方向にそれぞれ延びて接続する一対の第一接続面３２３と、一方（図２における左側）の第一湾曲面３２１に対応する第二湾曲面３２２と他方（図２における右側）の第一湾曲面３２１に対応する第二湾曲面３２２とを第一方向に延びて接続する一対の第二接続面３２４と、を有する。一対の第一接続面３２３は、一対の第一湾曲面３２１のそれぞれと対応して二組設けられる。

本実施形態の一対の第一湾曲面３２１のそれぞれは、第一仮想線３０１上に曲率中心を有する円弧面である。また、一方の第一湾曲面３２１に対応する一対の第二湾曲面３２２のそれぞれは、第一方向における一対の第一湾曲面３２１間において軸芯３０及び第一方向と直交する第二方向に延びる第二仮想線３０２上に曲率中心を有する円弧面である。また、他方の第一湾曲面３２１に対応する一対の第二湾曲面３２２のそれぞれは、第一方向における一対の第一湾曲面３２１間において軸芯３０及び第一方向と直交する第二方向に延びる第三仮想線３０３上に曲率中心を有する円弧面である。尚、本実施形態の外周面３２では、第一方向（第一仮想線３０１上）において、一方の第一湾曲面３２１から第二仮想線３０２までの距離と、他方の第一湾曲面３２１から第三仮想線３０３までの距離とは同じであるが、これに限られず、異なっていてもよい。

また、外周面３２において、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１と、第二湾曲面３２２の曲率半径Ｒ_２とは、Ｒ_１＜Ｒ_２を満たしている。

本実施形態の芯体３１では、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１と、第二方向における芯体３１の寸法（厚さ）Ｔとの比（Ｒ_１／Ｔ）は、Ｒ_１／Ｔ≦０．４０を満たす。また、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１と、芯体３１の厚さＴとの比（Ｒ_１／Ｔ）は、０．１０≦（Ｒ_１／Ｔ）を満たす。即ち、本実施形態の芯体３１は、０．１０≦（Ｒ_１／Ｔ）≦０．４０を満たしている。

芯体３１の外周面３２では、通常、第一方向の長さＬ_１が３５〜１００ｍｍ、第二方向の厚さＴが３〜２０ｍｍ、第一接続面３２３の長さＬ_２が２〜２０ｍｍ、第二接続面３２４の長さＬ_３が３０〜９５ｍｍ、軸芯３０方向の長さが１５０〜３００ｍｍである。また、芯体３１の外周面３２では、通常、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１が０．２〜６ｍｍ、第二湾曲面３２２の曲率半径Ｒ_２が１〜１０ｍｍである。本実施形態の外周面３２では、第一方向の長さＬ_１が５０〜６０ｍｍ、第二方向の厚さＴが６〜２０ｍｍ、第一接続面３２３の長さＬ_２が１〜１７ｍｍ、第二接続面３２４の長さＬ_３が９〜４６ｍｍ、軸芯３０方向の長さが１５０ｍｍである。また、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１が０．４〜４ｍｍ、第二湾曲面３２２の曲率半径Ｒ_２が３〜１０ｍｍである。

以上のように構成される巻回装置１は、以下のようにして電極７及びセパレータ８を巻回して電極体９を形成する。

正極ロールＲ_１１、負極ロールＲ_１２、第一セパレータロールＲ_１３、及び第二セパレータロールＲ_１４が、巻回装置１の所定位置に配置される。各ロールＲ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_１４から引き出された正極７１、負極７２、第一セパレータ８１、及び第二セパレータ８２は、各搬送部５１、５２、４１、４２の搬送経路を通って（図１参照）合流部１０まで搬送される。このとき、第一セパレータ８１及び第二セパレータ８２が巻回部３に到達した後に正極７１及び負極７２が巻回部３に到達するように、各搬送部５１、５２、４１、４２が正極７１、負極７２、第一セパレータ８１、及び第二セパレータ８２を搬送する。

合流部１０まで搬送された正極７１、負極７２、第一セパレータ８１、及び第二セパレータ８２は、合流部１０において、正極７１、第一セパレータ８１、負極７２、及び第二セパレータ８２の順に並ぶように重ね合わされ、巻回部３（詳しくは、芯体３１）まで送り出される。積層された正極７１、負極７２、第一セパレータ８１、及び第二セパレータ８２が芯体３１まで到達すると、この状態で、巻回装置１は、回転駆動部３５によって芯体３１を軸芯３０周りに回転させると共に、各搬送部５１、５２、４１、４２のニップローラ（送り出し機構）６１、６２、６３をそれぞれ回転させる（駆動させる）。これにより、芯体３１の周囲（外周面３２）に、正極７１、負極７２、及び各セパレータ８１、８２が巻回される。

所定の長さの正極７１と負極７２とが芯体３１によって巻回されると、正極切断部５１０と負極切断部５２０とにおいて正極７１と負極７２とが切断され、第一及び第二セパレータ８１、８２のみが合流部１０に向けて搬送される。そして、正極７１及び負極７２の切断後に所定の長さの第一及び第二セパレータ８１、８２が芯体３１によって巻回されると、セパレータ切断部１１によって、重なった状態の第一及び第二セパレータ８１、８２が切断される。そして、この切断された第一及び第二セパレータ８１、８２の端部に対して端止めテープ等による端止めが行われると、正極７１、負極７２、第一セパレータ８１、及び第二セパレータ８２の巻回体が芯体３１から取り外され、電極体９が完成する。

次に、以上のようにして形成された電極体９を用いた蓄電素子１００の製造方法を図４〜図６も参照しつつ説明する。

上述のように、セパレータ８１、８２を介して正極７１と負極７２とが積層された状態で芯体３１の外周面３２に巻回されることで、電極体９が形成される（ステップＳ１）。

この電極体９は、図５及び図６に示すように、集電体１０５、外部端子１０４等と共に蓋板１３２に組み付けられ（ステップＳ２）、絶縁袋１０６に覆われた状態でケース本体１３１内に収容される。即ち、集電体１０５等が組み付けられた蓋板１３２がケース本体１３１の開口周縁部１３６に重ねられる。これにより、電極体９等がケース１０３内に収容される（ステップＳ３）。

そして、ケース本体１３１の開口周縁部１３６と蓋板１３２の周縁部とが重ねられた状態で溶接されることによって（ステップＳ４）、蓄電素子１００が完成する。

以上の巻回装置１、蓄電素子１００の製造方法に用いられる芯体３１によれば、外周面３２が第一湾曲面３２１と第二湾曲面３２２とを含むことで、外周面３２における第一方向（扁平方向）の両端部（第一湾曲面３２１）の曲率を大きくして該両端部を積層される電極７に食い込ませることができると共に、外周面３２において積層方向の力を電極７に対して加える湾曲面の巻回方向における範囲（第一湾曲面３２１及び第二湾曲面３２２が形成された範囲）が大きくなる。これにより、芯体３１を軸芯３０周りに回転させて電極７を巻回し、電極体９を形成することによって、巻回方向の各位置における極間距離を均一化できると共に巻ズレ量のばらつきを抑制できる。

本実施形態の芯体３１では、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１と、第二方向における芯体３１の寸法Ｔとの比（Ｒ_１／Ｔ）が、（Ｒ_１／Ｔ）≦０．４０を満たしている。このため、形成された電極体９において、電極７の巻ズレ量のばらつきを抑えることができる。ここで、巻ズレ量とは、電極体９の電極７が巻回されている部位における巻軸方向の幅の最大値と最小値との差である。詳しくは、後述の実施例において説明する。

また、本実施形態の芯体３１では、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１と、第二方向における芯体３１の寸法Ｔとの比（Ｒ_１／Ｔ）が、０．１０≦（Ｒ_１／Ｔ）を満たしている。このため、巻回によって積層された電極７の第一湾曲面３２１に対応する位置の電極７間が該第一湾曲面３２１に押されて小さくなり過ぎることが防がれる。これにより、形成された電極体９における電極間抵抗の低下を抑えることができる。

また、本実施形態の芯体３１では、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１と、第二湾曲面３２２の曲率半径Ｒ_２とが、Ｒ_１＜Ｒ_２を満たしている。このため、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１を小さくして該第一湾曲面３２１を巻回された電極７等により食い込ませることで電極７等の巻ズレ量のばらつきをより効果的に抑えると共に、第二湾曲面３２２の曲率半径Ｒ_２を大きくして巻回方向における湾曲面（積層された電極７等に対して積層方向の抗力が働く部位）の範囲をより大きくすることで巻回方向の各位置における極間距離をより均一化できる。

ここで、上記実施形態の芯体３１の効果を確認するために、上記実施形態の巻回装置１における巻芯の寸法を変更して、電極７及びセパレータ８の巻回を行った。その結果を、表１に示す。

この結果から、０．１０≦（Ｒ_１／Ｔ）≦０．４０の範囲において、最大巻ズレ量及び電極間抵抗閾値以下発生率が抑えられていることが確認できる。

ここで、上記表１における最大巻ズレ量の求め方は、次の通りである。ｉ）芯体３１に巻回される電極７（正極７１と負極７２と）について、正極７１の幅方向の端部と負極７２の幅方向の端部との距離（幅）Ｗ（図７参照）を経時的に測定する。ｉｉ）電極７の巻回中に測定された幅Ｗの最大値と最小値との差を、その試料についての巻ズレ量とする。そして、ｉｉｉ）測定した複数の試料のうち「最も巻ズレ量の大きかった試料の巻ズレ量」と「最も巻ズレ量の小さかった試料の巻ズレ量」との差分を最大巻ズレ量とする。つまり、最大巻ズレ量が小さいことは、巻ズレ量のばらつきが小さいことを意味する。

また、電極間抵抗の閾値以下発生率の求め方は、次の通りである。ｉ）正極７１、負極７２、セパレータ８１、８２を巻回して扁平形状の電極体９を形成した後、ケース１０３に収容、封口し、蓄電素子１００を製造する。ｉｉ）蓄電素子１００の正負の端子１０４間に所定の電圧を印加する。所定の電圧とは、セパレータ８１、８２の耐電圧の下限値（当該セパレータ８１、８２単体の状態で絶縁破壊が生じないことが確認された電圧のうち最も小さい値）とする。ｉｉｉ）端子１０４間に所定の電圧を印加しようとしても前記所定の電圧を印加できなかった場合、電極７１、７２間抵抗が閾値以下になったと判断する。ｉｖ）そして、検証した電極体の個数における閾値以下になった個数の割合を発生率として求める。ｖ）ここで、「所定の電圧を印加できなかった場合」とは、電極７１、７２間の抵抗値が極端に小さく、端子１０４間に電圧を印加すると、すぐに電流値が大きくなって前記所定の電圧に達する前に電流値が測定できない程度に大きくなり、それ以上電圧を大きくできない状態である。

尚、本発明の巻回装置、蓄電素子の製造方法、及び蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態に係る芯体３１の外周面３２において、第一接続面３２３は、軸芯３０方向視において、第一湾曲面３２１と第二湾曲面３２２との共通接線３０５方向に真っ直ぐ延びているが、この構成に限定されない。第一接続面３２３は、図８及び図９に示すように、共通接線３０５より内側（軸芯３０側）に位置する面であってもよい。この場合、芯体３１の外周面３２に電極７及びセパレータ８が巻回されたときに第一接続面３２３が電極７等と接触しないため、該第一接続面３２３は、屈曲等していてもよい。

また、上記実施形態に係る芯体３１の外周面３２において、第二接続面３２４は、軸芯３０方向視において、一方（図２における左側）の第一湾曲面３２１に対応する第二湾曲面３２２と他方（図２における右側）の第一湾曲面３２１に対応する第二湾曲面３２２との共通接線方向（第一方向）に真っ直ぐ延びているが、この構成に限定されない。第二接続面３２４は、図９に示すように共通接線３０６より内側（軸芯３０側）に位置する面であってもよく、図１０に示すように共通接線３０６より外側に位置する面（図１０に示す例では膨出する湾曲面）等であってもよい。

また、上記実施形態に係る芯体３１の外周面３２において、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１と、第二湾曲面３２２の曲率半径Ｒ_２とが、Ｒ_１＜Ｒ_２を満たしているが、この構成に限定されない。図８〜図１０に示すように、第一湾曲面３２１の曲率半径Ｒ_１と、第二湾曲面３２２の曲率半径Ｒ_２とが、Ｒ_１＝Ｒ_２を満たしてもよく、図１１に示すように、Ｒ_１＞Ｒ_２を満たしてもよい。

また、図８〜図１１は、形状を視認し易いように、第二方向の寸法Ｔを誇張している（大きくしている）が、芯体３１は、図８〜図１１に示される第二方向の寸法Ｔを有していてもよい。

上記実施形態の芯体３１の外周面３２における第一湾曲面３２１及び第二湾曲面３２２は、円弧面であるが、この構成に限定されない。即ち、第一湾曲面３２１及び第二湾曲面３２２は、湾曲面であればよい。

上記実施形態の芯体３１の外周面３２は、軸芯３０方向視において、第一仮想線３０１を中心に線対称の形状であるが、この構成に限定されない。例えば、外周面３２は、軸芯３０方向視において、軸芯３０を中心にした回転対称の形状等であってもよい。

蓄電素子１００は、芯体３１を備える構成でもよい。即ち、芯体３１をいわゆる巻芯としてこの周囲（外周面３２）に電極７及びセパレータ８が巻回されることにより、電極体９が形成される構成でもよい。この場合、芯体３１は、電極体９の一部（いわゆる巻芯）としてケース１０３内に収容される。また、この場合、巻回装置１は、芯体３１を備えず、回転駆動部３５から回転軸が突出した構成であり、この回転軸に芯体（電極体の巻芯を構成する芯体）３１が着脱可能に取り付けられる。

また、蓄電素子１００が芯体３１を備える構成の場合、芯体３１は、外周面３２を有していれば、例えば、中空（即ち、外周面３２に沿った内周面を有する形状）形状等であってもよい。

上記実施形態の巻回装置１では、芯体３１が回転駆動部３５に固定されているが、この構成に限定されない。芯体３１は、回転駆動部３５に着脱可能に取り付けられてもよい。この場合、取り外された芯体３１が、電極体９の巻芯として用いられてもよい。

１…巻回装置、２…搬送部、３…巻回部、３０…軸芯、３１…芯体、３２…外周面、３０１…第一仮想線、３０２…第二仮想線、３０３…第三仮想線、３０５…共通接線、３０６…共通接線、３２１…第一湾曲面、３２２…第二湾曲面、３２３…第一接続面、３２４…第二接続面、３５…回転駆動部、４…セパレータ搬送部、４１…第一セパレータ搬送部、４２…第二セパレータ搬送部、５…電極搬送部、５１…正極搬送部、５１０…正極切断部、５２…負極搬送部、５２０…負極切断部、６…搬送ローラ、６１…第一送り出し機構、６２…第二送り出し機構、６３…第三送り出し機構、７…電極、７１…正極、７１１…金属箔、７１２…正極活物質層、７２…負極、７２１…金属箔、７２２…負極活物質層、８…セパレータ、８１…第一セパレータ、８２…第二セパレータ、９…電極体、１０…合流部、１１…セパレータ切断部、１００…蓄電素子、１０３…ケース、１３１…ケース本体、１３２…蓋板、１３６…開口周縁部、１０４…外部端子、１０５…集電体、１０６…絶縁袋、２０１…正極板、２０２…負極板、２０３…セパレータ、２０４…平板巻芯、Ｒ_１…第一湾曲面の曲率半径、Ｒ_２…第二湾曲面の曲率半径、Ｒ_１１…正極ロール、Ｒ_１２…負極ロール、Ｒ_１３…第一セパレータロール、Ｒ_１４…第二セパレータロール

Claims (7)

1. 電極が巻回される外周面であって、所定方向に延びる軸芯と直交する第一方向に扁平な外周面を有し、且つ前記軸芯周りに回転可能な芯体と、
   前記芯体を前記軸芯周りに回転させる回転駆動部と、を備え、
   前記芯体の外周面は、前記軸芯を通って第一方向に延びる仮想線の両端に設けられる一対の第一湾曲面と、前記軸芯方向視において、前記第一湾曲面に接し且つ前記仮想線を基準に線対称に延びる一対の仮想接線を、前記第一湾曲面との共通接線とする一対の第二湾曲面と、前記第一湾曲面と該第一湾曲面に対応する一対の第二湾曲面とを前記一対の仮想接線方向にそれぞれ延びて接続する一対の接続面と、を含み、
   前記一対の第二湾曲面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記一対の接続面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
   前記第一湾曲面の曲率半径Ｒ _１ と、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ _１ ／Ｔ）は、０．１０≦（Ｒ _１ ／Ｔ）≦０．４０を満たす、巻回装置。
2. 電極が巻回される外周面であって、所定方向に延びる軸芯と直交する第一方向に扁平な外周面を有し、且つ前記軸芯周りに回転可能な芯体と、
   前記芯体を前記軸芯周りに回転させる回転駆動部と、を備え、
   前記芯体の外周面は、前記軸芯を通って第一方向に延びる仮想線の両端に設けられる一対の第一湾曲面と、前記軸芯方向視において、前記第一湾曲面に接し且つ前記仮想線を基準に線対称に延びる一対の仮想接線を、前記第一湾曲面との共通接線とする一対の第二湾曲面と、前記第一湾曲面と該第一湾曲面に対応する一対の第二湾曲面とを前記一対の仮想接線より内側に位置するようにそれぞれ延びて接続する一対の接続面と、を含み、
   前記一対の第二湾曲面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記一対の接続面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
   前記第一湾曲面の曲率半径Ｒ _１ と、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ _１ ／Ｔ）は、０．１０≦（Ｒ _１ ／Ｔ）≦０．４０を満たす、巻回装置。
3. 前記一対の第二湾曲面のそれぞれは、円弧面であり、
   前記第一湾曲面の曲率半径Ｒ_１と、前記第二湾曲面の曲率半径Ｒ_２とは、Ｒ_１＜Ｒ_２を満たす、請求項１又は２に記載の巻回装置。
4. 所定方向に延びる軸芯と直交する第一方向に扁平な外周面を有する芯体の前記外周面に電極を巻回することと、
   前記巻回された電極を含む電極体をケース内に収容することと、を備え、
   前記芯体の外周面は、前記軸芯を通って第一方向に延びる仮想線の両端に設けられる一対の第一湾曲面と、前記軸芯方向視において、前記第一湾曲面に接し且つ前記仮想線を基準に線対称に延びる一対の仮想接線を、前記第一湾曲面との共通接線とする一対の第二湾曲面と、前記第一湾曲面と該第一湾曲面に対応する一対の第二湾曲面とを前記一対の仮想接線方向にそれぞれ延びて接続する一対の接続面と、を含み、
   前記一対の第二湾曲面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記一対の接続面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
   前記第一湾曲面の曲率半径Ｒと、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ／Ｔ）は、０．１０≦（Ｒ／Ｔ）≦０．４０を満たす、蓄電素子の製造方法。
5. 所定方向に延びる軸芯と直交する第一方向に扁平な外周面を有する芯体の前記外周面に電極を巻回することと、
   前記巻回された電極を含む電極体をケース内に収容することと、を備え、
   前記芯体の外周面は、前記軸芯を通って第一方向に延びる仮想線の両端に設けられる一対の第一湾曲面と、前記軸芯方向視において、前記第一湾曲面に接し且つ前記仮想線を基準に線対称に延びる一対の仮想接線を、前記第一湾曲面との共通接線とする一対の第二湾曲面と、前記第一湾曲面と該第一湾曲面に対応する一対の第二湾曲面とを前記一対の仮想接線より内側に位置するようにそれぞれ延びて接続する一対の接続面と、を含み、
   前記一対の第二湾曲面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記一対の接続面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
   前記第一湾曲面の曲率半径Ｒと、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ／Ｔ）は、０．１０≦（Ｒ／Ｔ）≦０．４０を満たす、蓄電素子の製造方法。
6. 所定方向に延びる軸芯と直交する第一方向に扁平な外周面を有する芯体、及び前記芯体の外周面に巻回される電極を有する電極体と、
   前記電極体を収容するケースと、を備え、
   前記芯体の外周面は、前記軸芯を通って第一方向に延びる仮想線の両端に設けられる一対の第一湾曲面と、前記軸芯方向視において、前記第一湾曲面に接し且つ前記仮想線を基準に線対称に延びる一対の仮想接線を、前記第一湾曲面との共通接線とする一対の第二湾曲面と、前記第一湾曲面と該第一湾曲面に対応する一対の第二湾曲面とを前記一対の仮想接線方向にそれぞれ延びて接続する一対の接続面と、を含み、
   前記一対の第二湾曲面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記一対の接続面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
   前記第一湾曲面の曲率半径Ｒと、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ／Ｔ）は、０．１０≦（Ｒ／Ｔ）≦０．４０を満たす、蓄電素子。
7. 所定方向に延びる軸芯と直交する第一方向に扁平な外周面を有する芯体、及び前記芯体の外周面に巻回される電極を有する電極体と、
   前記電極体を収容するケースと、を備え、
   前記芯体の外周面は、前記軸芯を通って第一方向に延びる仮想線の両端に設けられる一対の第一湾曲面と、前記軸芯方向視において、前記第一湾曲面に接し且つ前記仮想線を基準に線対称に延びる一対の仮想接線を、前記第一湾曲面との共通接線とする一対の第二湾曲面と、前記第一湾曲面と該第一湾曲面に対応する一対の第二湾曲面とを前記一対の仮想接線より内側に位置するようにそれぞれ延びて接続する一対の接続面と、を含み、
   前記一対の第二湾曲面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記一対の接続面は、第一方向における前記一対の第一湾曲面間において該一対の第一湾曲面のそれぞれと対応して二組設けられ、
   前記第一湾曲面は、前記仮想線上に曲率中心を有する円弧面であり、
   前記第一湾曲面の曲率半径Ｒと、前記軸芯及び第一方向と直交する第二方向における前記芯体の寸法Ｔとの比（Ｒ／Ｔ）は、０．１０≦（Ｒ／Ｔ）≦０．４０を満たす、蓄電素子。

Images