JPH10294123A - 電池用電極素子の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池電極素子の巻き取りを行う巻き取り
ピンの引き抜き特性を向上する電池用電極素子の製造方
法および製造装置を提供する。 【解決手段】 二次電池電極素子は正極１および負極
２、ならびにセパレータ３、４を巻き取りピン５で巻き
上げ、巻き上げ終了後に巻き取りピン５を抜き取って電
極素子１０とする。巻き上げ終了後の電極素子１０はセ
パレータ３、４と巻き取りピン５とが密着しているの
で、所定の機械を用いて巻き取りピン５を引き抜く機構
としている。この際、セパレータ同士の層間摩擦係数
Ｘ、および巻き取りピンとセパレータの層間摩擦係数Ｙ
を測定により求め、その差Ｚが０．１以上となる表面処
理を施した巻き取りピン５を使用することにより巻き取
りピンの引き抜き特性を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばリチウムイ
オン二次電池などの電池用電極素子の製造方法および製
造装置に関し、更に詳しくは、二次電池の電極素子製造
時に用いるものであって、電極素子巻き取り終了後の巻
き取りピンを電極素子から抜き取り易くした電池用電極
素子の製造方法および製造装置に関する。

【０００２】近年の電子技術の進歩により電子機器の高
性能化が進み、それに伴い電子機器に使用される電池の
高エネルギー密度化の要求が高まっている。従来、これ
らの電子機器に使用される二次電池としてはニッケルカ
ドミウム電池やニッケル水素電池などがあるが、これら
の電池は放電電位が低くエネルギー密度が充分でないた
め、上述した要求には充分に応えられていないのが実情
である。

【０００３】最近、これらの要求を満たす二次電池とし
て、非水電解液二次電池に属するリチウムイオン二次電
池が実用化されるようになった。このリチウムイオン二
次電池は体積当たりの容量密度が高く、ニッケルカドミ
ウム電池やニッケル水素電池に比して約３倍の高電圧と
なるうえ、電池内のリチウムはイオン状態で存在してい
るため極めて高い安全性を有している。そのため、リチ
ウムイオン二次電池は携帯用電子機器などの電源として
多方面で数多く使用され、用途の急拡大とともに需要が
急増しつつある。

【０００４】図１はリチウムイオン二次電池のセルの内
部構造を示す一部切り欠き断面斜視図である。図におけ
るリチウムイオン二次電池のセル内部は例えば２５μｍ
微多孔性ポリプロピレンフィルムなどのセパレータ３、
４を挟み、所定幅のフィルム状の正極１と負極２とが密
着状態に巻かれている。正極１は、例えば厚さ数十μｍ
のアルミニウム箔の両面にリチウム複合酸化物が塗布さ
れたものである。

【０００５】負極２は、例えば銅箔の集電体の両面に負
極活性物であるハードカーボンと添加物であるシュウ酸
とバインダであるＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロドリ
ン）とＰＶＤＦで分散混練した負極塗料が塗布されたも
のである。

【０００６】リチウムイオン二次電池電極素子は図２お
よび図３に示すように、フィルム状金属箔からなる正極
１および負極２、ならびにフィルム状絶縁物からなるセ
パレータ３、４をそれぞれ所定位置に重ね合わせて得ら
れる帯状の先端を、巻き取りピン５の二つ割り部５ａに
挟んでペーパ押さえローラ６、７（図３参照）により押
圧しながら、巻き取りピン５を回転して規定長さを巻き
上げ、巻き上げ終了後の最終端を粘着テープで固定し、
その後、巻き取りピン５を抜き取って電極素子１０とす
る。

【０００７】巻き取り終了後の電極素子１０はセパレー
タ３、４と巻き取りピン５とが密着しているので、図２
に示すように巻き取りピン受け９に支持された巻き取り
ピン５と素子抜き取りガイド８に正極１と負極２を含む
電極素子１０の端面を押し当てて、巻き取りピン５を図
示しないカムまたはエアーシリンダなどで矢印Ａ方向に
引き抜く機構としている。

【０００８】しかしながら、巻き取りピン５への巻き取
りが終了した後の電極素子１０はセパレータ３、４が巻
き取りピン５に密着して摩擦抵抗力が大きいので、巻き
取りピン５の抜き取りに際してセパレータ３、４に傷を
付けて内部ショートの原因となったり、セパレータ３、
４を引きずり出して電極素子１０を不良品としてしまう
などの問題点があった。

【０００９】電極素子１０から巻き取りピン５を抜き取
りやすくするために、巻き取り開始前に巻き取りピン５
に潤滑性を有する乾式潤滑剤スプレーを吹き付ける方法
があるが、スプレーを吹き付ける方法はスプレーに同伴
して異物が混入して電極素子１０の内部ショートの原因
となることがあるだけでなく、各巻き取りピン５に対す
る乾式潤滑剤スプレー量を一定にしてもセパレータ３、
４の材質が変わると摩擦特性が変化するために巻き取り
ピン５の引き抜き力が変化するので、電極素子１０の生
産管理上、この方法は著しく不都合であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
に鑑みてなされたもので、その課題は、二次電池の電極
素子製造時に、電極素子の巻き取りを行う巻き取りピン
の引き抜きを容易にして二次電池の生産性向上と品質向
上を図った電池用電極素子の製造方法および製造装置を
提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに本発明の電池用電極素子の製造方法は、フィルム状
金属箔からなる正極および負極、ならびにフィルム状絶
縁物からなるセパレータをそれぞれ所定位置に重ね合わ
せてから規定の回数巻き取りを行い、二次電池の電極素
子を製造する電池用電極素子の製造方法において、電極
素子の巻き取りを行う巻き取りピンの引き抜きに際し
て、セパレータ同士の層間摩擦係数から、巻き取りピン
とセパレータとの層間摩擦係数を差し引いた値が０．１
以上となるように処理を施された巻き取りピンを使用す
る電池用電極素子の製造方法である。

【００１２】本発明の電池用電極素子の製造装置は、フ
ィルム状金属箔からなる正極および負極、ならびにフィ
ルム状絶縁物からなるセパレータをそれぞれ所定位置に
重ね合わせてから巻き取りピンに規定の回数巻き取りを
行い、電池用電極素子を製造する電池用電極素子の製造
装置において、電極素子の巻き取りを行う巻き取りピン
に、セパレータ同士の層間摩擦係数から、巻き取りピン
とセパレータとの層間摩擦係数を差し引いた値が０．１
以上となるように処理を施された製造装置である。

【００１３】本発明の電池用電極素子の製造方法および
製造装置によれば、巻き取りピンの引き抜きに際して、
セパレータ同士の層間摩擦係数から、巻き取りピンとセ
パレータとの層間摩擦係数を差し引いた値が０．１以上
となるように巻き取りピンに層間摩擦係数を下げる処理
を施すことにより、セパレータ同士の摩擦力および巻き
取りピンとセパレータとの摩擦力のバランスを保つこと
ができる。これにより、電池用電極素子の巻き取り終了
後の巻き取りピンの引き抜きに際して、セパレータに傷
を付けて内部ショートの原因となったり、電極素子の内
側のセパレータを引きずり出して電極素子に損傷を与え
ることがなくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】先ず、図４を参照して本発明の電池用電極
素子の製造方法の概要を説明する。図４はリチウムイオ
ン二次電池の電極素子巻き取り初期工程を説明する断面
図である。

【００１６】リチウムイオン二次電池の電極素子は前述
のように正極１および負極２、ならびにセパレータ３、
４を巻き取りピン５で巻き上げ、巻き上げ終了後に巻き
取りピン５を抜き取って電極素子とする。巻き上げ終了
後の電極素子はセパレータ３、４と巻き取りピン５とが
密着しているので、所定の機械を用いて巻き取りピン５
を引き抜く機構としている。

【００１７】この際、本発明の電池用電極素子の製造方
法によれば、図４に示すようにセパレータ同士の層間摩
擦係数Ｘ、および巻き取りピンとセパレータの層間摩擦
係数Ｙを測定により求め、その差Ｚ（詳細は後述する）
を算出して巻き取りピン５の引き抜きに最適な条件を見
い出し、その条件を満たす表面処理を施した巻き取りピ
ン５を使用するようにしている。

【００１８】すなわち、表１に示すようにＣａｓｅ：
１、Ｃａｓｅ：２、およびＣａｓｅ：３のセパレータと
して各々Ａ社、Ｂ社、Ｃ社製セパレータを用意し、これ
らセパレータを用いて各々セパレータ同士の層間摩擦係
数Ｘを求める。

【表１】

【００１９】本発明の電池用電極素子の製造方法に用い
る摩擦係数測定器の概要を図５に示す。先ず、Ｃａｓ
ｅ：１すなわちＡ社製のセパレータ同士の層間摩擦係数
Ｘの測定において、図５（ａ）に示されるような例えば
φ６ｍｍの超硬合金製ドラム１１に第１のセパレータ１
２ａを巻着する。第１のセパレータ１２ａと同一材料の
第２のセパレータ１２ｂを第１のセパレータ１２ａに当
接するようにドラム抱き角θ＝９０°にて架け渡す。

【００２０】そして、第２のセパレータ１２ｂの垂直方
向の一端にウエイト１３（一例として５０ｇ：Ｔ１に相
当）をバックテンションとして印加し、第２のセパレー
タ１２ｂの水平方向の他端には張力センサ１４を接続し
て例えばＳＰＥＥＤ１０ｍｍ／ｓｅｃにて牽引してＴ２
を求める。

【００２１】この結果を図５（ｂ）の換算式に代入して
Ｃａｓｅ：１におけるセパレータ同士の層間摩擦係数Ｘ
を求める。同様にしてＣａｓｅ：２およびＣａｓｅ：３
のセパレータ同士の層間摩擦係数Ｘを求める。その結果
を表１に合わせて表示した。

【００２２】以下、本発明の二次電池用電極およびその
製造方法に用いられる巻き取りピンの具体的な実施２例
および比較例につき、順次説明する。

【００２３】実施例１ 本発明の巻き取りピンの実施例１として、図４に示され
るような巻き取りピン５を例えば中心部の直径φ４ｍｍ
とし、その表面をテフロン（商標名）・ニッケル系の特
殊処理にて表面加工することにより、上記引き抜きに最
適な条件を満たす巻き取りピン５を作成した。

【００２４】実施例２ 本発明の巻き取りピンの実施例２として、図４に示され
るような巻き取りピン５を同じく中心部の直径φ４ｍｍ
とし、その表面を酸化被膜系の被膜処理により表面処理
することにより、上記引き抜きに最適な条件を満たす巻
き取りピン５を作成した。

【００２５】比較例 実施例１および実施例２における巻き取りピンとの性能
比較のため、従来から標準的に用いられている超硬合金
製巻き取りピン５を試作して比較例とした。試作された
比較例における巻き取りピン５の表面は、研磨仕上げさ
れておりＪＩＳ０．８Ｓ相当となされている。

【００２６】次に、このように作成・試作した実施例
１、２および比較例の巻き取りピン５を持ち来て、図５
（ａ）に示されるドラム１１を作成・試作した実施例
１、２および比較例の巻き取りピン５と交換し、表１で
示したＣａｓｅ：１、Ｃａｓｅ：２、およびＣａｓｅ：
３の各々セパレータ材料における巻き取りピンとセパレ
ータの層間摩擦係数Ｙを求める。

【００２７】すなわち、図５（ａ）に示されるドラム１
１を比較例、実施例１、および実施例２の巻き取りピン
５と交換し、Ｃａｓｅ：１のセパレータ材料を巻き取り
ピン５に当接するようにドラム抱き角θ＝９０°にて架
け渡す。

【００２８】そして、Ｃａｓｅ：１のセパレータ材料の
垂直方向の一端にはウエイト１３（５０ｇ：Ｔ１に相
当）を印加し、水平方向の他端には張力センサ１４を接
続して例えばＳＰＥＥＤ１０ｍｍ／ｓｅｃにて牽引して
Ｔ２を求める。

【００２９】この結果を図５（ｂ）の換算式に代入して
Ｃａｓｅ：１における比較例、実施例１、および実施例
２の巻き取りピンとセパレータの層間摩擦係数Ｙを求め
る。以下同様にして比較例、実施例１、および実施例２
の巻き取りピンにおけるＣａｓｅ：２およびＣａｓｅ：
３毎の巻き取りピンとセパレータの層間摩擦係数Ｙを求
めた。その結果を表２に示す。

【表２】

【００３０】更に、表１に示されるセパレータ同士の層
間摩擦係数Ｘ、および表２に示される巻き取りピンとセ
パレータの層間摩擦係数Ｙからその差を求める。すなわ
ち、セパレータ同士の層間摩擦係数Ｘ−巻き取りピンと
セパレータの層間摩擦係数Ｙ＝層間摩擦係数の差Ｚとし
て算出して求め、その結果を表３に示した。

【表３】

【００３１】この表３を基に、本発明の要件であるセパ
レータ同士の層間摩擦係数Ｘから巻き取りピンとセパレ
ータの層間摩擦係数Ｙを差し引いた層間摩擦係数の差Ｚ
が０．１以上となる点を求め、巻き取りピンの抜け性の
指標として表４に示した。

【表４】

【００３２】なお、表４における「○」「△」「×」の
判定は図６に示す如く行った。すなわち、図６（ａ）に
示すように巻き上げ終了後の電極素子１０から上記比較
例、実施例１、および実施例２の巻き取りピン５を所定
手段により引き抜き、巻き取りピン引き抜き後の状態に
よって「○」「△」「×」と判定した。つまり、巻き取
りピン５の引き抜き後の状態により図６（ｂ）に示すよ
うにセパレータの飛び出しがない場合を「○」、図６
（ｃ）に示すように一部セパレータの飛び出しがある場
合を「△」、図６（ｄ）に示すようにセパレータの飛び
出しが顕著な場合を「×」とした。ここに「△」として
表示したものは生産に使用して差し支えないものであ
る。

【００３３】表３および表４に示す比較例、実施例１、
および実施例２の試験結果から明らかなように、Ｃａｓ
ｅ：１、Ｃａｓｅ：２においては、層間摩擦係数の差が
０．１以上であり、この値以上ではセパレータ同士の層
間摩擦係数Ｘの方が巻き取りピンとセパレータの層間摩
擦係数Ｙよりも十分勝っていると考えられる。これによ
り、巻き取りピン５と接しているセパレータ３、４が巻
き取りピン５に引きずられることなく電極素子１０から
引き抜かれ、良好な巻き取りピン抜け性を示すことが知
見される。

【００３４】一方、表３に示されるＣａｓｅ：３のセパ
レータでは、セパレータ同士の層間摩擦係数Ｘから巻き
取りピンとセパレータの層間摩擦係数Ｙを差し引いた値
Ｚが０．１未満である。このため、電極素子１０に対す
る巻き取りピン５の引き抜きに際して、電極素子１０の
最内周のセパレータ３、４が巻き取りピン５に引きずら
れることになり、巻き取りピンの抜け性が悪くなること
が知見される。

【００３５】以上の事実により、巻き取りピンの抜け性
を良好に得るためには、表３に示す如き層間摩擦係数の
差が０．１以上となるように巻き取りピン５の表面処理
を行えば良いことが見い出される。

【００３６】以上本発明の好適な実施の形態例につき詳
細な説明を加えたが、本発明はこの実施の形態例以外に
も各種実施態様が可能である。例えば、巻き取りピンに
施される層間摩擦係数を下げる処理は、本実施の形態で
例示した以外にも各種処理により対応可能である。ま
た、本発明は円筒型、角型、および偏平型などの二次電
池に適用可能であり、二次電池の形状に何ら限定されな
い。更に、本発明の主旨を逸脱することなく種々の形態
に応用発展できることは言うまでもない。

【００３７】

【発明の効果】本発明の電池用電極素子の製造方法およ
び製造装置によれば、リチウムイオン二次電池などの電
極素子製造工程における電極素子から巻き取りピンの引
き抜きに際して、セパレータ同士の層間摩擦係数から巻
き取りピンとセパレータの層間摩擦係数を差し引いた値
が０．１以上となる表面処理を施した巻き取りピンを用
いることにより、巻き取りピンの抜け性を向上すること
ができる。また、巻き取りピンがセパレータを引きずら
ないので電極素子に損傷を与えることがなく、内部ショ
ートの発生原因が減少して二次電池の性能向上に大きな
効果があるうえ、二次電池電極素子製造上の能率向上に
も優れた効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 リチウムイオン二次電池のセルの内部構造を
示す一部切り欠き断面斜視図である。

【図２】 リチウムイオン二次電池の巻き取りピン抜き
取り装置の概略を示す側面図である。

【図３】 リチウムイオン二次電池の電極素子巻き取り
装置の概略を示す側面図である。

【図４】 リチウムイオン二次電池の電極素子巻き取り
初期工程を説明する断面図である。

【図５】 リチウムイオン二次電池の電極素子製造に用
いる摩擦係数測定器の概要を示す図であり、（ａ）は摩
擦係数測定器の側面図、（ｂ）は摩擦係数を求める換算
式である。

【図６】 リチウムイオン二次電池の巻き取りピン抜け
性判定基準を示す図であり、（ａ）は巻き取りピン引き
抜き試験の説明図、（ｂ）は巻き取りピン引き抜き後の
「○」判定図、（ｃ）は巻き取りピン引き抜き後の
「△」判定図、（ｄ）は巻き取りピン引き抜き後の
「×」判定図である。

【符号の説明】

１…正極、２…負極、３，４…セパレータ、５…巻き取
りピン、６，７…ペーパ押さえローラ、８…素子抜き取
りガイド、９…巻き取りピン受け、１０…電極素子、１
１…ドラム、１２ａ…第１のセパレータ、１２ｂ…第２
のセパレータ、１３…ウエイト、１４…張力センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィルム状金属箔からなる正極および負
   極、ならびにフィルム状絶縁物からなるセパレータをそ
   れぞれ所定位置に重ね合わせてから規定の回数巻き取り
   を行い、二次電池の電極素子を製造する電池用電極素子
   の製造方法において、 前記電極素子の巻き取りを行う巻き取りピンの引き抜き
   に際して、前記セパレータ同士の層間摩擦係数から、前
   記巻き取りピンおよび前記セパレータとの層間摩擦係数
   を差し引いた値が０．１以上となる如く処理を施された
   巻き取りピンを使用することを特徴とする電池用電極素
   子の製造方法。
2. 【請求項２】 フィルム状金属箔からなる正極および負
   極、ならびにフィルム状絶縁物からなるセパレータをそ
   れぞれ所定位置に重ね合わせてから巻き取りピンに規定
   の回数巻き取りを行い、電池用電極素子を製造する電池
   用電極素子の製造装置において、 前記電極素子の巻き取りを行う巻き取りピンに、前記セ
   パレータ同士の層間摩擦係数から、前記巻き取りピンお
   よび前記セパレータとの層間摩擦係数を差し引いた値が
   ０．１以上となる如く処理を施すことを特徴とする電池
   用電極素子の製造装置。