JP6636974B2 - コア、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、電池用セパレータを捲回する回転面を有するコア、およびそのコアに電池用セパレータを捲回して得る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、正極および負極は、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）

セパレータ捲回体の搬送時およびリチウムイオン二次電池の製造時には、コアに捲回された電池用セパレータは、コアの幅方向においてコアの外周面からずれないことが好ましい。しかし、特許文献１には、このずれの防止について記載されていない。

本発明の目的は、コアに捲回された電池用セパレータを、コアの幅方向においてコアの外周面からずれ動かないようにすることにある。

上記の課題を解決するために、本発明の第一態様のコアは、外周面に電池用セパレータが捲回されるコアであって、上記外周面の周方向に沿った溝が上記外周面に形成されており、樹脂製である。

上記構成によれば、コアの溝が延びている方向（以下「溝方向」）は、おおむねコアの外周面の周方向となる。これにより、コアと電池用セパレータとの間の、コアの外周面の周方向に垂直な方向、つまりコアの幅方向における静摩擦係数を、溝方向がコアの幅方向であるコア（以下「コアａ」）と電池用セパレータとの間の、コアａの幅方向における静摩擦係数よりも、大きくすることができる。ゆえに、コアに捲回された電池用セパレータは、コアａに捲回された電池用セパレータよりも、コアの幅方向においてコアの外周面からずれ動き難くなる。

また、本発明の第二態様のセパレータ捲回体は、上記コアと、上記外周面に捲回された電池用セパレータとを備える。

上記構成によれば、コアに捲回された電池用セパレータは、コアａに捲回された電池用セパレータよりも、コアの幅方向においてコアの外周面からずれ動き難くなる。ゆえに、コアに電池用セパレータを捲回して得られたセパレータ捲回体は、コアａに電池用セパレータを捲回して得られたセパレータ捲回体よりも、搬送および電池製造に好適である。

上記外周面の周方向に垂直な方向における平均ピーク間隔は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。

上記平均ピーク間隔は、２５０μｍ以下であることが好ましい。

上記構成によれば、コアに捲回された電池用セパレータへのコア表面の凹凸の転写が少なくなる。

上記溝は、上記外周面において螺旋状に形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、コアに捲回された電池用セパレータをコアから巻き出して電池のセパレータとして用いたときに、その電池のイオンの流れを、電池全体として均一化することができる。

上記コアと上記電池用セパレータとの間の、上記周方向に垂直な方向における静摩擦係数は、０．２１以上０．５以下であることが好ましい。

また、本発明の第三態様のセパレータ捲回体の製造方法は、外周面の周方向に沿った溝が上記外周面に形成されたコアを準備する工程と、上記外周面に電池用セパレータを捲回する工程とを含む。

上記製造方法によれば、搬送および電池製造に好適なセパレータ捲回体を得ることができる。

本発明の各態様によれば、コアに捲回された電池用セパレータは、コアの幅方向においてコアの外周面からずれ動き難くなるという効果を奏する。また、搬送および電池製造に好適なセパレータ捲回体を得ることが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。 本発明の参考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。 本発明の実施形態におけるセパレータ捲回体のコアの構成を示す模式図である。 図８に示されるコアの外周面のセパレータに対する静摩擦係数の測定方法を示す模式図である。 図８に示されるコアから巻き出したセパレータを備えるリチウムイオン二次電池の構成を示す模式図である。

〔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、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が融解または柔軟化しても、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の移動が停止するため、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。

（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、および、（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）
耐熱セパレータまた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（ｂ）に示されるように、原反は、コアｃから経路Ｕまたは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。

〔参考形態〕
≪セパレータ捲回体の構成≫
図６は、本発明の参考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、および塩化ビニール樹脂等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）
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、また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の外周面の凹凸が転写される。

（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の表面粗度および平均ピーク間隔等の測定方法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の表面粗度等を測定できる。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）
後述の表１に示されるコアの表面粗度Ｒａおよび平均ピーク間隔の測定において、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。本参考形態において、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。

（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、窒素流入管およ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およ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）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）
後述の表１に示されるセパレータの表面粗度Ｒａ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
〔実施形態〕
以下では、上述の部材と同じ機能を有する部材に同じ符号が付されている。

≪セパレータ捲回体の構成≫
図８は、本発明の実施形態におけるセパレータ捲回体のコア８の構成を示す模式図である。図８の（ａ）は、コア８の全体構成を示している。方向Ｃは、コア８の外周面Ｓの周方向である。方向Ｄは、上述のとおりコア８の幅方向、つまり方向Ｃに垂直な方向である。

図８の（ｂ）は、図８の（ａ）に示されるコア８の外周面Ｓの一部Ｓａを拡大した拡大図である。図８の（ｃ）は、図８の（ｂ）に示される外周面Ｓの、Ｄａ−Ｄａ断面を示す断面図である。外周面Ｓには、方向Ｃへ沿って延びている溝が形成されている。すなわち、上記溝は、方向Ｃに沿う方向に延びている。方向Ｃに沿う方向とは、方向Ｃに略平行な方向であり、具体的には、方向Ｃに延びる直線と、方向Ｃに沿う方向に延びる直線とが交わってなす鋭角の大きさが、１０°以下となる方向である。

図８の（ｄ）は、図８の（ｃ）に示されるＤａ−Ｄａ断面の一部ＳＥを示す拡大図である。外周面Ｓには、溝Ｇａ〜Ｇｃが形成されている。溝Ｇｂの方向Ｄにおける両端は、頂点ｇａおよびｇｂをなしている。頂点ｇａは、溝Ｇｂと溝Ｇａとの間に形成されている。頂点ｇｂは、溝Ｇｂと溝Ｇｃとの間に形成されている。以下では、頂点ｇａと頂点ｇｂとの間の、方向Ｄにおける間隔ｄを、溝Ｇｂのピーク間隔と呼ぶ。

（コアの外周面の特性）

表１は、種々のコアについて、その外周面の特性を示す表である。「溝パターン方向」の欄は、コアの外周面に形成された溝が延びている方向を示す。「Ｃ」は、方向Ｃに沿う方向を意味する。「Ｄ」は、方向Ｄを意味する。

「静摩擦係数」の欄は、コアが運動していないときの最大の摩擦力の大きさをＦとし、垂直抗力の大きさをＰとしたときに、Ｆ／Ｐにて計算される値を示す。摩擦力は、コアを他の物体と摩擦するように運動させようとしているときに、コアの外周面に沿って作用する、外周面の周方向に垂直な方向の力である。垂直抗力は、コアを他の物体と摩擦するように運動させようとしているときに、コアの外周面に対して垂直に作用する力である。

「平均ピーク間隔」の欄は、コアの外周面に形成された溝のピーク間隔の平均値を示す。「コアのＲａ」の欄は、コアの外周面の算術平均粗さを示す。「セパレータのＲａ」の欄は、セパレータ表面の算術平均粗さを示す。「基準」の欄は、コアの外周面に捲回されていないセパレータの表面の算術平均粗さを示す。「１周目」の欄は、コアの外周面に捲回されたセパレータの、コアの外周面に接する部分の算術平均粗さを示す。

表１に示される実施例１〜５・比較例１および２として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。

（溝パターン）
実施例１〜５のコアの外周面に形成された溝は、図８の（ｂ）（ｃ）に示されるものと同様に、方向Ｃに沿う方向へ延びている。

図８の（ｅ）は、図８の（ａ）に示されるコア８の比較例であるコアの外周面の一部を拡大した拡大図である。図８の（ｆ）は、図８の（ｅ）に示される外周面の、Ｃａ−Ｃａ断面を示す断面図である。比較例１および２のコアの外周面に形成された溝は、図８の（ｅ）（ｆ）に示されるものと同様に、方向Ｄに沿う方向へ延びている。

（静摩擦係数）
図９は、図８の（ａ）に示されるコア８とセパレータ１２との間の、コア８の外周面Ｓの周方向に垂直な方向における静摩擦係数の測定方法を示す模式図である。コア８は、セパレータ１２の上に配置されている。セパレータ１２は、黒紙５０（北越紀州製紙株式会社、色上質紙、黒、最厚口、四六版Ｔ目）の上に配置されている。黒紙５０は、剛体と見なせる台の平面と見なせる表面に配置されている。コア８の外周面Ｓは、セパレータ１２に接触している。

コア８には、接続部材９１を介してフォースゲージ９（株式会社イマダ製、普及型デジタルフォースゲージ DS2-50N）が接続されている。接続部材９１は、伸びないと見なせる紐状の部材である。接続部材９１の一端は、コア８に接続されている。接続部材９１の他端は、フォースゲージ９に接続されている。フォースゲージ９は、フォースゲージ９と接続部材９１との接続部に作用する力の大きさを表示する機能を有する。

（静摩擦係数の測定動作の詳細）
フォースゲージ９は、コア８から離れる方向Ｅへ動かされる。このとき、方向Ｅは、コア８の外周面Ｓの周方向に垂直な方向に保たれる。また、接続部材９１は、直線状になっている状態を保たれるとともに、黒紙５０に略平行になっている状態を保たれる。以上により、フォースゲージ９が表示する力の大きさは、コア８の外周面Ｓに沿って作用する、外周面Ｓの周方向に垂直な方向の力におおむね等しくなる。

以上のように、コア８をセパレータ１２と摩擦するように運動させようとしているときに、コア８の外周面Ｓに沿って作用する、外周面Ｓの周方向に垂直な方向の力である摩擦力を、フォースゲージ９を用いて測定できる。

表１に示される静摩擦係数は、図９に示される測定方法において、コア８として実施例１〜５・比較例１および２のコアを用いたときに、フォースゲージ９を用いて測定された上述の摩擦力の大きさをＦとし、そのコアの外周面に対して垂直に作用する垂直抗力の大きさをＰとしたときに、Ｆ／Ｐにて計算される。

（平均ピーク間隔およびコアのＲａ）
表１に示される平均ピーク間隔およびコアのＲａは、図７に示される測定方法における表面粗度測定装置２０を用いて測定される。比較例１および２の平均ピーク間隔ならびにコアのＲａを測定するときは、図７に示される測定方法において、コア８および輪留め３１を９０度回転させて測定した。

≪本実施形態の効果≫
表１において、実施例１〜５のコア（以下「実施例コア」）の溝パターン方向は「Ｃ」である。これにより、実施例コアとセパレータ１２との間の、実施例コアの外周面の周方向に垂直な方向、つまり実施例コアの幅方向における静摩擦係数を、溝パターン方向が「Ｄ」である比較例１および２のコア（以下「比較例コア」）の幅方向における静摩擦係数よりも大きくすることができる。ゆえに、実施例コアは、それ捲回されたセパレータ１２が、比較例コアに捲回されたセパレータ１２よりも、コアの外周面からずれ動き難くなるという効果を奏する。

このとき、コアとセパレータ１２との間の、コアの幅方向における静摩擦係数は、０．２１以上０．５以下である。なお、その静摩擦係数が０．５を越えると、コアにセパレータを巻き始めるときの位置合わせにおいて、作業性が著しく低下する。静摩擦係数が０．５以下であることでセパレータとコアとの間で適度な滑りが生じて、容易に位置合わせをすることができる。

（平均ピーク間隔に基づく効果）
表１において、実施例コアの平均ピーク間隔は、５０μｍ以上５００μｍ以下である。これにより、実施例コアとセパレータ１２との間の、実施例コアの幅方向における静摩擦係数を、セパレータ捲回体の分野における基準に対して充分に大きくすることができる。

「セパレータ捲回体の分野における基準」は、例えば、そのセパレータ捲回体のコアとセパレータとの間の、コアの幅方向おける静摩擦係数がある値を越えるといった基準である。

例えば、セパレータ捲回体が搬送されるとき、または電池の製造に用いられるときには、１０ｍ／ｓ^２の加速度の力がセパレータ捲回体に作用しても、セパレータがコアの外周面からずれ動かないことが好ましい。そして、セパレータ捲回体のコアとセパレータとの間の、コアの幅方向おける静摩擦係数が０．２を越えるときには、１０ｍ／ｓ^２の加速度の力が作用しても、セパレータがコアの外周面からずれ動かないと見なせる。

また、表１において、実施例のコアの平均ピーク間隔は、４６８μｍ以下である。これにより、実施例コアに捲回されたセパレータのＲａを、「１周目」において２．０μｍ以下にすることができる。実施例コアの平均ピーク間隔は、コアに捲回されたセパレータへのコア表面の凹凸の転写の観点から、好ましくは４００μｍ以下であり、より好ましくは２５０μｍ以下であり、さらに好ましくは１００μｍ以下である。特に、コアの平均ピーク間隔が２５０μｍ以下であるときには、そのコアに捲回されたセパレータへのコア表面の凹凸の転写が著しく減少する。

平均溝ピーク間隔が広いコアでは、コアの外周面と、セパレータとの接触面積が少なくなる。このため、コアの外周面にセパレータを捲回したときに、溝の頂点にかかる圧力が大きくなる。このとき、コアに捲回されたセパレータへのコア表面の凹凸の転写が大きくなる傾向にある。

例えば、表１において、実施例４の「コアのＲａ」と、実施例５の「コアのＲａ」とは、同程度である。一方、平均ピーク間隔が比較的広い実施例４の「セパレータのＲａ」の「１周目」の値は、実施例５の「セパレータのＲａ」の「１周目」の値よりも大きくなっている。

そして、コア表面の凹凸がより大きく転写されたセパレータは、電池等の製品に利用されたときに、不具合を生じる可能性がより高くなる。このため、外周面の凹凸が一定の基準よりも大きなコア（以下「凹凸コア」）に捲回されたセパレータは、製品として利用できない。ゆえに、凹凸コアにセパレータを捲回するときには、セパレータの、コアの表面近くに巻かれた部分であり、コア表面の凹凸が比較的大きく転写される部分（いわゆる「捨て巻部分」）が長くなる。このため、凹凸コアは、セパレータ捲回体のコアとして好ましくない。

（コアのＲａに基づく効果）
表１において、実施例１〜５・比較例１および２（以下「全コア」）の「コアのＲａ」は、０．１μｍ以上５０μｍ以下である。このとき、全コアとセパレータ１２との間の、全コアの溝方向と垂直な方向における静摩擦係数を、上述のセパレータ捲回体の分野における基準に対して充分に大きくすることができる。

ただし、上述のとおり、セパレータがコアの外周面からずれ動くときには、セパレータが、コアの幅方向へ動くことが多い。ゆえに、実施例コアのように溝パターン方向が「Ｃ」である、つまり外周面に形成された溝がコアの円周方向に沿う方向へ延びているとともに、「コアのＲａ」が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。そして、コアのＲａが５０μｍを越えると、そのコアに捲回されたセパレータへのコア表面の凹凸の転写が、顕著になる傾向にある。

「コアのＲａ」は、０．３μｍ以上がより好ましく、０．５μｍ以上がさらに好ましい。コアのＲａが０．３μｍ以上であると、コアとセパレータ１２との間の、コアの幅方向における静摩擦係数を、より充分に大きくすることができる。また、より好ましくは３０μｍ以下であり、さらに好ましくは１５μｍ以下であり、さらに好ましくは１０μｍ以下であり、さらに好ましくは５μｍ以下である。コアのＲａが３０μｍを以下であると、そのコアに捲回されたセパレータへのコア表面の凹凸の転写を、より抑えることができる。言い換えれば、「コアのＲａ」は、０．３μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましく、０．５μｍ以上１５μｍ以下であることがさらにより好ましい。

（溝の形態による効果）
図１０は、図８の（ａ）に示されるコア８から巻き出したセパレータ１２を備えるリチウムイオン二次電池１の構成を示す模式図である。リチウムイオン二次電池１は、上述のカソード１１・セパレータ１２・アノード１３とは別に、捲回芯１９をさらに備える。

捲回芯１９には、セパレータ１２が層状に捲回されている。カソード１１およびアノード１３は、層状に捲回されているセパレータ１２の層の間に挟持されている。

図１０の（ａ）は、リチウムイオン二次電池１のセパレータ１２に、螺旋状の凹凸形状Ｔが形成されている構成を示す。凹凸形状Ｔは、セパレータ１２を捲回していたコア８の外周面Ｓに形成されている溝が転写されたものである。

図８の（ｄ）に示されるように、溝Ｇａ〜Ｇｃは、切削刃４０をコア８の外周面Ｓに当て、コア８を回転させることにより形成される。このとき、図８の（ｄ）に示される断面において、切削刃４０を、コア８が一回転する間に、溝Ｇａの位置から溝Ｇｂの位置まで、方向Ｄへ移動させる。これにより、溝Ｇａと溝Ｇｂとが、コア８の外周面Ｓにおいて連続した螺旋状の溝として形成される。そして、切削刃４０を、溝Ｇｂの位置から溝Ｇｃの位置まで同様に移動させることにより、螺旋状の溝を方向Ｄへ伸ばすことができる。また、切削刃４０を同様に移動させることにより、螺旋状の溝をコア８の全幅に伸ばすことができる。

図１０の（ａ）に示されるリチウムイオン二次電池１のセパレータ１２の凹凸形状Ｔは、コア８の全幅に伸ばされた螺旋状の溝が転写されたものである。図１０の（ａ）に示されるリチウムイオン二次電池１の方向Ｃは、図８の（ａ）に示されるコア８の方向Ｃに対応している。また、図１０の（ａ）に示されるリチウムイオン二次電池１の方向Ｄは、図８の（ａ）に示されるコア８の方向Ｄに対応している。なお、図１０の（ａ）では、凹凸形状Ｔが疎らに描写されているが、これは図を簡潔にするための描写である。実際には、凹凸形状Ｔは、セパレータ１２の表面に密に転写されている。

図１０の（ｂ）は、図１０の（ａ）に示されるリチウムイオン二次電池１の方向Ｄに垂直な断面を示す断面図である。図１０の（ｂ）では、捲回芯１９と、一層のセパレータ１２とが描写されている。その断面において、一層のセパレータ１２には、凹凸形状Ｔが点状に存在している。同様に、他の層（非図示）のセパレータ１２にも、凹凸形状Ｔが点状に存在している。

図３の（ａ）に示されるように、リチウムイオン３は、セパレータ１２の孔Ｐを介し、セパレータ１２の厚み方向、つまり方向Ｄに垂直な方向へ移動する。そして、上述の凹凸形状Ｔは、リチウムイオン３の移動を阻害することがある。

図１０の（ｂ）に示される方向Ｄに垂直な断面において、セパレータ１２の各層には、凹凸形状Ｔが点状に存在している。このため、リチウムイオン３は、セパレータ１２の凹凸形状Ｔが存在していない位置に形成された孔Ｐを介し、セパレータ１２の厚み方向へ移動できる。

そして、図１０の（ａ）に示されるリチウムイオン二次電池１では、リチウムイオン二次電池１のセパレータ１２を捲回していたコア８の外周面Ｓの溝が、方向Ｄに垂直な断面において、点状に偏りなくセパレータ１２に対して転写されている。よって、リチウムイオン二次電池１のリチウムイオン３の流れが、リチウムイオン二次電池１の全体として均一化される。

（溝の形態の比較例）
図１０の（ｃ）は、リチウムイオン二次電池１のセパレータ１２に、複数の凹凸形状Ｔａ、Ｔｂ、…が形成されている構成を示す。図１０の（ｄ）は、図１０の（ｃ）に示されるリチウムイオン二次電池１の方向Ｄに垂直な断面を示す断面図である。なお、図１０の（ｃ）では、凹凸形状Ｔａ、Ｔｂ、…が疎らに描写されているが、これは図を簡潔にするための描写である。実際には、これらの凹凸形状は、セパレータ１２の表面に密に転写されている。

図１０の（ｄ）に示される方向Ｄに垂直な断面において、セパレータ１２の各層には、複数の凹凸形状Ｔａ、Ｔｂ、…のいずれかである凹凸形状Ｔｘが存在していることがある。このとき、リチウムイオン二次電池１のリチウムイオン３の流れが、リチウムイオン二次電池１の全体として不均一となり得る。

（セパレータ捲回体の製造方法）
図８の（ａ）に示されるように、方向Ｃに沿った溝が外周面Ｓに形成されたコア８を準備する工程と、図６の（ａ）に示されるように、外周面Ｓにセパレータ１２を捲回する工程とを含むセパレータ捲回体の製造方法も、本発明に含まれる。以上の製造方法によれば、搬送および電池製造に好適なセパレータ捲回体を得ることができる。

〔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、およ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. 外周面の周方向に沿った溝が上記外周面に形成されている、樹脂製であるコアと、
   上記コアの上記外周面に捲回された、多孔質フィルムに全芳香族ポリアミドを含む耐熱層が積層された電池用セパレータと、を備え、
   上記外周面の周方向に沿った上記溝は、上記外周面の周方向に延びる直線と交わってなす鋭角の大きさが１０°以下となる方向に延びる溝であるセパレータ捲回体。
2. 外周面の周方向に沿った溝が上記外周面に形成されている、樹脂製であるコアと、
   上記コアの上記外周面に捲回された、多孔質フィルムに全芳香族ポリアミドを含む耐熱層が積層された電池用セパレータと、を備え、
   上記外周面の周方向に垂直な方向における、上記溝の両端がなす頂点の間隔であるピーク間隔の平均値が５０μｍ以上５００μｍ以下であるセパレータ捲回体。
3. 上記ピーク間隔の平均値は、２５０μｍ以下である請求項２に記載のセパレータ捲回体。
4. 上記溝は、上記外周面において螺旋状に形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のセパレータ捲回体。
5. 上記コアと上記電池用セパレータとの間の、上記周方向に垂直な方向における静摩擦係数は、０．２１以上０．５以下である請求項１から４のいずれか一項に記載のセパレータ捲回体。
6. 外周面の周方向に沿った溝が上記外周面に形成されたコアを準備する工程と、
   上記外周面に、多孔質フィルムに全芳香族ポリアミドを含む耐熱層が積層された電池用セパレータを捲回する工程と、を含み、
   上記外周面の周方向に沿った上記溝は、上記外周面の周方向に延びる直線と交わってなす鋭角の大きさが１０°以下となる方向に延びる溝であるセパレータ捲回体の製造方法。
7. 外周面の周方向に沿った溝が上記外周面に形成されたコアを準備する工程と、
   上記外周面に、多孔質フィルムに全芳香族ポリアミドを含む耐熱層が積層された電池用セパレータを捲回する工程と、を含み、
   上記外周面の周方向に垂直な方向における、上記溝の両端がなす頂点の間隔であるピーク間隔の平均値が５０μｍ以上５００μｍ以下であるセパレータ捲回体の製造方法。