JPWO2016103753A1 - セパレータ捲回体の製造方法およびセパレータのスリット方法 - Google Patents

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Abstract

セパレータ捲回体における皺や巻きズレの発生を抑制する。スリット装置（６）は、方向転換ローラー（６８）によって第１セパレータ（１２ａ）の搬送方向を第１巻取ローラー（７０Ｕ）側へ転換し、方向転換ローラーと第１タッチローラー（８１Ｕ）との間に、第１タッチローラーまでのローラー間距離を短縮するように設けられた捲回補助ローラー（６９）を介して第１セパレータを搬送し、第１タッチローラーによって捲回される第１セパレータを捲回面へ押さえ付ける。

Description

本発明は、リチウムイオン電池などの電池に用いられるセパレータ捲回体の製造方法に関する。
上記スリット装置は、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この特許文献１に開示の技術は、スリット工程において孔や裂けなどの欠陥を生じにくい電池用セパレータのスリット方法を提供することを目的としており、そのために、スリット後のセパレータにかかる張力に着目している。
日本国公開特許公報「特開２００２−２７３６８４号公報（２００２年９月２５日公開）」
電池用セパレータは、スリット後にコアに捲回された捲回体として、電池の製造工程へと供給される。電池の製造工程では、捲回体から巻き出されたセパレータは、別途、同様に捲回体から巻き出される正電極フィルム及び負電極フィルムと重ね合わされることになる。
ところが、セパレータを捲回する際に皺や巻きズレが生じた捲回体からセパレータを巻き出すと、その巻き出されたセパレータが蛇行しやすくなる。セパレータが蛇行すると、正負電極フィルムとの積層不良を招来してしまう。よって、セパレータの捲回体では、皺や巻きズレの低減要請が高い。
なお、皺や巻きズレの低減要請は、正負電極フィルムにおいても同様に求められるが、セパレータにおいて特にその要請は高い。なぜなら、セパレータは、その製造工程において延伸処理を施す関係上、膜厚のバラツキが生じやすく、その膜厚バラツキが皺や巻きズレの要因となり得るためである。また、多孔質であるセパレータは柔らかいため皺が生じやすい。
上記特許文献１に開示の技術は、上述のとおり、スリット工程において孔や裂けなどの欠陥を生じにくくすべく、スリット後のセパレータにかかる張力に着目したものであり、皺や巻きズレの発生を抑制する方策については開示していない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スリット後のセパレータを捲回する際に、皺や巻きズレの発生を抑制することのできるセパレータ捲回体の製造方法を提供することにある。
本発明の一態様に係るセパレータ捲回体の製造方法は、電池用セパレータ原反を長手方向に沿ってスリットすることにより少なくとも第１及び第２セパレータに切り分けるスリット工程と、１つ以上の方向転換ローラーによって前記第１及び第２セパレータの搬送方向をそれぞれ第１及び第２捲回部側へ転換する方向転換工程と、互いに上下の位置関係となるように設けられた前記第１及び第２捲回部によって、それぞれ前記第１及び第２セパレータを捲回する捲回工程と、第１及び第２タッチローラーによって前記捲回される第１及び第２セパレータを捲回面へ押さえ付ける押付工程と、前記方向転換ローラーと前記第１タッチローラーとの間に、前記第１タッチローラーまでのローラー間距離を短縮するように設けられた第１捲回補助ローラーを介して前記第１セパレータを搬送する搬送工程とを含む。
本発明の一態様に係るセパレータのスリット方法は、電池用セパレータ原反を長手方向に沿ってスリットすることにより少なくとも第１及び第２セパレータに切り分けるスリット工程と、１つ以上の方向転換ローラーによって前記第１及び第２セパレータの搬送方向をそれぞれ第１及び第２捲回部側へ転換する方向転換工程と、互いに上下の位置関係となるように設けられた前記第１及び第２捲回部によって、それぞれ前記第１及び第２セパレータを捲回する捲回工程と、第１及び第２タッチローラーによって前記捲回される第１及び第２セパレータを捲回面へ押さえ付ける押付工程と、前記方向転換ローラーと前記第１タッチローラーとの間に、前記第１タッチローラーまでのローラー間距離を短縮するように設けられた第１捲回補助ローラーを介して前記第１セパレータを搬送する搬送工程とを含む。
本発明の一態様によれば、第１セパレータにおける皺や巻きズレの発生を抑制することができる。
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。 本発明の一実施形態に係るスリット装置について、図４における範囲Ｃを拡大して示す図である。 本発明の他の実施形態におけるスリット装置の一部を拡大して示す図である。
〔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、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。
（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などに固定されている。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。
〔実施形態１〕
図６は、図４のスリット装置における範囲Ｃを拡大して示す図である。スリット装置６は、ローラー６６、６７、方向転換ローラー６８、捲回補助ローラー６９、第１タッチローラー８１Ｕ、第２タッチローラー８１Ｌ、第１アーム８２Ｕ、第２アーム８２Ｌ、第１巻取ローラー７０Ｕ、第２巻取ローラー７０Ｌ、複数の切断装置７を備える。第１タッチローラー８１Ｕ及び第２タッチローラー８１Ｌは、それぞれ第１アーム８２Ｕ及び第２アーム８２Ｌの一端に回転可能に設けられる。第１アーム８２Ｕ及び第２アーム８２Ｌは、それぞれ他端を軸として回動可能である。
搬送された長尺のセパレータ１２の原反は、例えばローラー６６の上流側又は下流側において、切断装置７（スリット部）によって複数のスリットセパレータにスリットされる（スリット工程）。並行する複数のスリットセパレータのうち、奇数番目のスリットセパレータを第１セパレータ１２ａ、偶数番目のスリットセパレータを第２セパレータ１２ｂと呼ぶことにする。第１及び第２セパレータ１２ａ、１２ｂは、ローラー６７を経由して方向転換ローラー６８に搬送される。
方向転換ローラー６８における抱き角は、第１セパレータ１２ａと第２セパレータ１２ｂとで異なる。ここで、抱き角は、ローラーにおいてセパレータが接している円弧の、ローラーの軸に対する角度を意味する。すなわち、ローラーの前後におけるセパレータの搬送方向は、そのローラーの抱き角の分だけ変わる。方向転換ローラー６８は、第１セパレータ１２ａの搬送方向を第１巻取ローラー７０Ｕ側へ転換し、第２セパレータ１２ｂの搬送方向を第２巻取ローラー７０Ｌ側へ転換する（方向転換工程）。第１及び第２セパレータ１２ａ、１２ｂは、方向転換ローラー６８において、搬送方向が分けられる。
第１巻取ローラー７０Ｕ（第１捲回部）には、第１セパレータ１２ａの数に応じて、１つ又は複数のコアｕが着脱可能に取り付けられる。同様に、第２巻取ローラー７０Ｌ（第２捲回部）には、第２セパレータ１２ｂの数に応じて、１つ又は複数のコアｌが着脱可能に取り付けられる。
方向転換ローラー６８によって第２巻取ローラー７０Ｌ側へ搬送された第２セパレータ１２ｂはコアｌに巻き取られ、第２セパレータ捲回体１２Ｌが形成される。第２巻取ローラー７０Ｌはコアｌと共に回転することで第２セパレータ１２ｂを捲回する（捲回工程）。
方向転換ローラー６８によって第１巻取ローラー７０Ｕ側へ搬送された第１セパレータ１２ａは、捲回補助ローラー６９を介して、第１タッチローラー８１Ｕへ向かう（搬送工程）。第１セパレータ１２ａは、コアｕに巻き取られ、第１セパレータ捲回体１２Ｕが形成される。第１巻取ローラー７０Ｕはコアｕと共に回転することで第１セパレータ１２ａを捲回する（捲回工程）。コアは、そこに巻き付けられたセパレータ捲回体と共に巻取ローラーから取り外すことができる。
第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌは、それぞれ捲回される第１及び第２セパレータ１２ａ、１２ｂを、第１及び第２セパレータ捲回体１２Ｕ、１２Ｌの捲回面（表面）へ押さえ付ける（押付工程）。ここでは、第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌは、それぞれその自重によって第１及び第２セパレータ１２ａ、１２ｂを押さえ付ける。第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌによって押さえ付けることにより、捲回される第１及び第２セパレータ１２ａ、１２ｂにしわ等が生じることを抑制する。なお、第１及び第２セパレータ捲回体１２Ｕ、１２Ｌの直径の変化に応じて、捲回面に接するように第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌの位置は変化する。
コアｕ、ｌに巻き取られたセパレータ捲回体１２Ｕ、１２Ｌが互いに接しないように、第１巻取ローラー７０Ｕ及び第２巻取ローラー７０Ｌは、互いにずれた位置に配置される。１つのセパレータ原反をスリットすることで第１セパレータ１２ａ及び第２セパレータ１２ｂが形成されるため、互いに隣り合うセパレータ捲回体１２Ｕ、１２Ｌの間には、横断方向（ＴＤ）において実質的に隙間がない。セパレータ捲回体１２Ｕ、１２Ｌの側面（軸に垂直な面）同士が接すると、その側面に傷又は毛羽立ちが生じうる。そのため、第１巻取ローラー７０Ｕ及び第２巻取ローラー７０Ｌは、セパレータ捲回体１２Ｕ、１２Ｌの側面同士が接しない程度に離れて配置される。ここでは、第１巻取ローラー７０Ｕ及び第２巻取ローラー７０Ｌは、スリット装置６において互いに上下の位置関係となるように設けられている。上下の位置関係に配置することで、スリット装置６の水平方向のサイズを小さくすることができる。第１巻取ローラー７０Ｕ及び第２巻取ローラー７０Ｌは、鉛直方向に並ぶ必要は無く、上下の位置関係とは、水平に並ばない位置関係であればよい。
第１巻取ローラー７０Ｕ及び第２巻取ローラー７０Ｌは、所定の距離離されて配置される。この配置制限により、方向転換ローラー６８から第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌのいずれか一方までのローラー間距離は、比較的長くなってしまう。ここで、ローラー間距離とは、セパレータの搬送経路において隣り合う２つのローラーにおける、搬送経路の上流側のローラーからセパレータが離れる位置から、下流側のローラーにセパレータが接する位置までの距離を意味する。タッチローラーの直前のローラーからタッチローラーまでのローラー間距離が長くなると、セパレータが変形又は蛇行しやすくなり、その結果捲回されるセパレータにおける皺又は巻きずれが生じやすくなる。例えば、捲回補助ローラー６９がない場合、方向転換ローラー６８から第１タッチローラー８１Ｕまでのローラー間距離が長くなり、捲回される第１セパレータ１２ａにおける皺又は巻きずれが生じやすくなる。ここで、皺とは例えばセパレータ捲回体の捲回面（タッチローラーが接する曲面）に生じる皺を意味する。巻きずれとは、円柱状のセパレータ捲回体の軸方向に一部のセパレータがずれることを意味する。巻きずれが生じると、セパレータ捲回体の側面（軸に垂直な面）に凹凸が生じる。なお、多孔質フィルムに耐熱層等の層がコーティングされたセパレータ（例えば耐熱セパレータ）は、横断方向においてカールしやすい。そのため、カールによる皺の発生を抑制するためにも、タッチローラーまでのローラー間距離を短縮する必要がある。また、セパレータの厚みが薄いと、皺が発生しやすくなる。
そこで、搬送経路において方向転換ローラー６８と第１タッチローラー８１Ｕとの間に、第１タッチローラー８１Ｕまでのローラー間距離を短縮するように捲回補助ローラー６９を設ける。捲回補助ローラー６９は、第１セパレータ捲回体１２Ｕには接しない。ここでは、捲回補助ローラー６９は、第１タッチローラー８１Ｕまでのローラー間距離が方向転換ローラー６８から第２タッチローラー８１Ｌまでのローラー間距離と等しくなるように配置される。また、捲回補助ローラー６９から第１巻取ローラー７０Ｕへ第１セパレータ１２ａを導入する角度と、方向転換ローラー６８から第２巻取ローラー７０Ｌへ第２セパレータ１２ｂを導入する角度とを同じにしてもよい。また例えば、捲回補助ローラー６９、第１タッチローラー８１Ｕ、及び第１巻取ローラー７０Ｕの位置関係を、方向転換ローラー６８、第２タッチローラー８１Ｌ、及び第２巻取ローラー７０Ｌの位置関係と同じにしてもよい。これにより、第１セパレータ１２ａと第２セパレータ１２ｂとを同じ条件で捲回することができる。それゆえ、第１セパレータ捲回体１２Ｕと第２セパレータ捲回体１２Ｌとで捲回状態（皺や巻きずれ等の品質）に差が生じることを防止することができる。なお、方向転換ローラー６８、捲回補助ローラー６９、第１及び第２巻取ローラー７０Ｕ、７０Ｌは、第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌからは独立している。すなわち、セパレータ捲回体の製造中において、方向転換ローラー６８、捲回補助ローラー６９、第１及び第２巻取ローラー７０Ｕ、７０Ｌの位置は固定である。第１及び第２アーム８２Ｕ、８２Ｌには、ローラーとしてそれぞれ第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌのみを取り付ければよい。そのため、可動部である第１及び第２アーム８２Ｕ、８２Ｌの構成を簡単にすることができる。
捲回補助ローラー６９によって、第１タッチローラー８１Ｕとその直前のローラとの間のローラー間距離を短縮することにより、第１セパレータ捲回体１２Ｕにおける皺又は巻きずれの発生を抑制することができる。また、方向転換ローラー６８は、第１タッチローラー８１Ｕより第２タッチローラー８１Ｌに近い位置（ローラー間距離が短くなる位置）に配置されている。そのため、第２タッチローラー８１Ｌと方向転換ローラー６８との間に別の捲回補助ローラーを設けることを省略することができる。
なお、第１セパレータ捲回体１２Ｕの捲回位置と捲回補助ローラー６９との間の搬送距離をできるだけ短くするために、捲回補助ローラー６９が、径方向において第１巻取ローラー７０Ｕの最も近くに配置される固定部材（位置が固定されたローラー）であってもよい。この場合、第１巻取ローラー７０Ｕに捲回することができる第１セパレータ捲回体１２Ｕの最大の外径は、第１タッチローラー８１Ｕまたは第１アーム８２Ｕの軸ではなく、捲回補助ローラー６９によって規制される。例えば、第１巻取ローラー７０Ｕの中心から捲回補助ローラー６９の表面までの距離が３００ｍｍである場合、第１セパレータ捲回体１２Ｕの最大の外径は６００ｍｍに制限される。なお、最大の外径を大きくするためには、捲回補助ローラー６９の直径が小さい方が好ましい。例えば、剛性等を考慮し、捲回補助ローラー６９の直径は、６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下としてもよい。同様に、方向転換ローラー６８が、径方向において第２巻取ローラー７０Ｌの最も近くに配置される固定部材（位置が固定されたローラー）であってもよい。この場合、第２巻取ローラー７０Ｌに捲回することができる第２セパレータ捲回体１２Ｌの最大の外径は、方向転換ローラー６８によって規制される。
また、第１タッチローラー８１Ｕは、自重によって第１セパレータ１２ａを押さえ付けるため、第１巻取ローラー７０Ｕより上側に配置される。一方で、切断装置７でスリットされた第１セパレータ１２ａの搬送方向を第１巻取ローラー７０Ｕ側（上側）に転換する方向転換ローラー６８は、スリット装置６のサイズの制約上、第１巻取ローラー７０Ｕより下側に配置されることがある。第１巻取ローラー７０Ｕより下方に位置する方向転換ローラー６８からそのまま第１巻取ローラー７０Ｕへ第１セパレータ１２ａを導入すると、第１セパレータ１２ａが捲回面に接する位置から、第１巻取ローラー７０Ｕの上側にある第１タッチローラー８１Ｕまでの距離が長くなってしまう。その結果、捲回面において皺が生じやすくなる。
そこで、第１巻取ローラー７０Ｕより上側に捲回補助ローラー６９を設けることにより、捲回面より上側の高さから、第１セパレータ１２ａを捲回面に導入することができる。これにより、第１セパレータ１２ａが第１セパレータ捲回体１２Ｕの捲回面に接する位置から第１タッチローラー８１Ｕまでの距離を短縮することができる。これにより、第１セパレータ捲回体１２Ｕにおける皺又は巻きずれの発生を抑制することができる。ここで、ローラー同士の高さは、搬送されるセパレータの通過位置で比較される。捲回補助ローラー６９の上端の高さ（第１セパレータ１２ａが接する円弧の最上点）が、第１巻取ローラー７０Ｕに設置されたコアｕの上端の高さより上側であればよい。また、方向転換ローラー６８の下端の高さ（第１セパレータ１２ａが接する円弧の最下点）は、第１巻取ローラー７０Ｕの上端又は第１巻取ローラー７０Ｕに設置されたコアｕの上端の高さより下側であればよい。巻き取りが進むにつれ第１セパレータ捲回体１２Ｕの直径は大きくなるため、捲回面の位置は高くなる。しかしながら、各ローラーが上記の条件を満たしていれば、少なくとも第１セパレータ捲回体１２Ｕの直径が所定の範囲内である間、捲回面より上側の高さから、第１セパレータ１２ａを捲回面に導入することができる。さらに、第１セパレータ捲回体１２Ｕの上端が捲回補助ローラー６９の上端より下側にある範囲内で第１セパレータ捲回体１２Ｕの製造が完了することが好ましい。製造が完了した第１セパレータ捲回体１２Ｕは、コアｕと共に第１巻取ローラー７０Ｕから取り外される。
同様に、方向転換ローラー６８の下端の高さ（第１セパレータ１２ａが接する円弧の最下点）は、第２巻取ローラー７０Ｌに設置されたコアｌの上端の高さより上側であるのが好ましい。
なお、第１タッチローラー８１Ｕの位置を捲回補助ローラー６９側にシフトさせることで、捲回補助ローラー６９から搬送される第１セパレータ１２ａが、第１セパレータ捲回体１２Ｕの捲回面より先に第１タッチローラー８１Ｕに接するように構成してもよい。第２タッチローラー８１Ｌについても同様である。これにより、第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌの表面でセパレータの皺を伸ばしながら、該セパレータを捲回面に押しつけることができる。
なお、第１タッチローラー８１Ｕは、第１セパレータ捲回体１２Ｕの横側又は下側から第１セパレータ１２ａを捲回面に押さえ付ける構成であってもよい。この場合、例えば、第１アーム８２Ｕに力を加えるために、バネまたはエアシリンダー等の機構をスリット装置６に設けてもよい。第２タッチローラー８１Ｌについても同様である。
本実施形態により皺又は巻きずれの発生が抑制されることの効果は、電池に用いられるセパレータにおいて特に有効である。セパレータ（特に層がコーティングされたセパレータ）は、膜厚の分布が不均一になりやすいため、捲回の際に皺又は巻きずれが生じやすいという性質を有する。一方、セパレータ捲回体に皺又は巻きずれが生じていると、電池製造工程においてセパレータを巻き出す時に、セパレータが蛇行しやすくなる。セパレータが蛇行すると、それを挟む正負の電極フィルムとの積層不良を招来してしまう。このようにセパレータ捲回体においては、皺及び巻きずれの低減要求が高いため、捲回補助ローラー６９を設ける必要が生じる。本実施形態は、耐熱層を有しない単層のセパレータにも、耐熱層を有する耐熱セパレータにも適用可能である。
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図７は、図６のように、本実施形態におけるスリット装置６ａの一部を拡大して示す図である。スリット装置６ａは、ローラー６６、第１方向転換ローラー６８Ｕ、第２方向転換ローラー６８Ｌ、第１捲回補助ローラー６９Ｕ、第２捲回補助ローラー６９Ｌ、第１タッチローラー８１Ｕ、第２タッチローラー８１Ｌ、第１アーム８２Ｕ、第２アーム８２Ｌ、第１巻取ローラー７０Ｕ、第２巻取ローラー７０Ｌ、複数の切断装置７を備える。
搬送されたセパレータ１２の原反は、例えばローラー６６の上流側において、切断装置７（スリット部）によって複数のスリットセパレータ（第１及び第２セパレータ１２ａ、１２ｂ）にスリットされる。第１及び第２セパレータ１２ａ、１２ｂは、ローラー６６において、搬送方向が分けられる。
第１方向転換ローラー６８Ｕの下端は、ローラー６６の上端及び第１巻取ローラー７０Ｕに設置されたコアｕの上端より下側に位置する。第１方向転換ローラー６８Ｕは、第１セパレータ１２ａの搬送方向を上側（第１巻取ローラー７０Ｕ側）に転換する。
第１捲回補助ローラー６９Ｕの上端は、第１方向転換ローラー６８Ｕの下端及び第１巻取ローラー７０Ｕに設置されたコアｕの上端より上側に位置する。第１捲回補助ローラー６９Ｕは、第１タッチローラー８１Ｕとその直前のローラとの間のローラー間距離を短縮するように、搬送経路において第１タッチローラー８１Ｕと第１方向転換ローラー６８Ｕとの間に配置される。第１捲回補助ローラー６９Ｕは、捲回面より上側の高さから、第１セパレータ１２ａを捲回面に導入する。
第２方向転換ローラー６８Ｌの下端は、ローラー６６の上端、第２巻取ローラー７０Ｌの上端、及び第２巻取ローラー７０Ｌに設置されたコアｌの上端より下側に位置する。第２方向転換ローラー６８Ｌは、第２セパレータ１２ｂの搬送方向を上側（第２巻取ローラー７０Ｌ側）に転換する。
第２捲回補助ローラー６９Ｌの上端は、第２方向転換ローラー６８Ｌの下端及び第２巻取ローラー７０Ｌに設置されたコアｌの上端より上側に位置する。第２捲回補助ローラー６９Ｌは、第２タッチローラー８１Ｌとその直前のローラとの間のローラー間距離を短縮するように、搬送経路において第２タッチローラー８１Ｌと第２方向転換ローラー６８Ｌとの間に配置される。第２捲回補助ローラー６９Ｌは、捲回面より上側の高さから、第２セパレータ１２ｂを捲回面に導入する。
第１捲回補助ローラー６９Ｕ及び第２捲回補助ローラー６９Ｌは、第１タッチローラー８１Ｕまでのローラー間距離が第２タッチローラー８１Ｌまでのローラー間距離と等しくなるように配置される。
第１捲回補助ローラー６９Ｕ、第１タッチローラー８１Ｕ、及び第１巻取ローラー７０Ｕの位置関係を、第２捲回補助ローラー６９Ｌ、第２タッチローラー８１Ｌ、及び第２巻取ローラー７０Ｌの位置関係と同じにしてもよい。また、第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌの直前において、第１及び第２セパレータ１２ａ、１２ｂは、共に、第１及び第２捲回補助ローラー６９Ｕ、６９Ｌの上側を搬送される。そのため、第１セパレータ１２ａと第２セパレータ１２ｂとを同じ条件で捲回することができる。なお、セパレータ捲回体の製造中において、第１及び第２方向転換ローラー６８Ｕ、６８Ｌ、第１及び第２捲回補助ローラー６９Ｕ、６９Ｌ、第１及び第２巻取ローラー７０Ｕ、７０Ｌの位置は固定である。
第１及び第２捲回補助ローラー６９Ｕ、６９Ｌによって、第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌとその直前のローラとの間のそれぞれのローラー間距離を短縮することにより、第１及び第２セパレータ捲回体１２Ｕ、１２Ｌにおける皺又は巻きずれの発生を抑制することができる。また、第２捲回補助ローラー６９Ｌを設けることにより、第２方向転換ローラー６８Ｌの配置位置の自由度を高くすることができる。
（変形例）
実施形態２において、第１及び第２捲回補助ローラー６９Ｕ、６９Ｌは、逆クラウンローラーのような凹型ローラーであってもよい。凹型ローラーは、ローラーの横断方向（ＴＤ）における中央部の外径が、両端部の外径より小さい形状をしたローラーである。これにより、回転する凹型ローラーの両端部において搬送されるセパレータが外側に伸ばされ、搬送中にセパレータに生じた皺を伸ばすことができる。皺が伸びた状態で捲回する必要があるので、第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌの直前のローラー（第１及び第２捲回補助ローラー６９Ｕ、６９Ｌ）が凹型ローラーであることが好ましい。凹型ローラーの外径は、両端部の径が徐々に大きくなるように曲線状又は直線状であってもよいし、両端部の径が段階的に大きくなっていてもよい。
ただし、１つの第１セパレータ１２ａ及び１つのコアｕに対して、１つの凹型の第１捲回補助ローラー６９Ｕが設けられることが好ましい。第１セパレータ１２ａ及びコアｕのセットが並行して複数ある場合、複数のセットに対応して複数の凹型の第１捲回補助ローラー６９Ｕが設けられてもよい。なお、複数の第１捲回補助ローラー６９Ｕとして、凹型ローラーと凹型ではない平らな円柱ローラーとを混ぜて用いてもよい。あるいは、１つの第１捲回補助ローラー６９Ｕが複数の第１セパレータ１２ａを搬送する場合、第１捲回補助ローラー６９Ｕの表面において、複数の第１セパレータ１２ａに対応する位置に、複数の凹型の形状が形成されていてもよい。第２捲回補助ローラー６９Ｌについても同様である。
なお、実施形態１では、例えば、第１及び第２タッチローラー８１Ｕ、８１Ｌの直前の、方向転換ローラー６８及び捲回補助ローラー６９が凹型ローラーであってもよい。凹型の方向転換ローラー６８を用いる場合、方向転換ローラー６８には、上記の第１捲回補助ローラー６９Ｕのように、複数の第１及び第２セパレータ１２ａ、１２ｂに対応する位置に、複数の凹型の形状が形成されていてもよい。
〔まとめ〕
本発明の一態様に係るセパレータ捲回体の製造方法は、電池用セパレータ原反を長手方向に沿ってスリットすることにより少なくとも第１及び第２セパレータに切り分けるスリット工程と、１つ以上の方向転換ローラーによって前記第１及び第２セパレータの搬送方向をそれぞれ第１及び第２捲回部側へ転換する方向転換工程と、互いに上下の位置関係となるように設けられた前記第１及び第２捲回部によって、それぞれ前記第１及び第２セパレータを捲回する捲回工程と、第１及び第２タッチローラーによって前記捲回される第１及び第２セパレータを捲回面へ押さえ付ける押付工程と、前記方向転換ローラーと前記第１タッチローラーとの間に、前記第１タッチローラーまでのローラー間距離を短縮するように設けられた第１捲回補助ローラーを介して前記第１セパレータを搬送する搬送工程とを含む。
第１及び第２捲回部は、互いに上下の位置関係となるよう配置されているので、一方のタッチローラーまでのローラー間距離は長くなりがちである。タッチローラーまでのローラー間距離が長いと、捲回されるセパレータに皺や巻きズレが生じやすくなる。
上記の構成によれば、方向転換ローラーと第１タッチローラーとの間に、第１タッチローラーまでのローラー間距離を短縮するように第１捲回補助ローラーが設けられている。これにより、第１セパレータにおける皺や巻きズレの発生を抑制することができる。なお、「ローラー間距離」とは、セパレータの搬送経路において隣り合う２つのローラーにおける、搬送経路の上流側のローラーからセパレータが離れる位置から、下流側のローラーにセパレータが接する位置までの距離を意味する。また、上下の位置関係とは、水平に揃っていない（上下にずれている）位置関係を意味する。
また、前記方向転換ローラーは、前記第１タッチローラーよりも前記第２タッチローラーに近い位置に配置されていてもよい。
上記の構成によれば、方向転換ローラーを前記第１タッチローラーよりも前記第２タッチローラーに近い位置に配置することにより、方向転換ローラーと第２タッチローラーとの間に捲回補助ローラーを設けることを省略することができる。
また、前記搬送工程では、前記方向転換ローラーと前記第２タッチローラーとの間に、前記第２タッチローラーまでのローラー間距離を短縮するように設けられた第２捲回補助ローラーを介して前記第２セパレータを搬送してもよい。
上記の構成によれば、第１及び第２捲回補助ローラーを設けることにより、方向転換ローラーの配置に関する自由度を高くすることができる。
また、前記捲回補助ローラーは、前記第１及び第２タッチローラーまでのローラー間距離が等しくなるように設けられていてもよい。
上記の構成によれば、第１セパレータの捲回体と第２セパレータの捲回体とで捲回状態に差が生じることを防止することができる。
また、前記第１捲回補助ローラーは、前記第１タッチローラーとは独立して設けられていてもよい。
上記の構成によれば、第１タッチローラーを含む可動部の構成を簡単にすることができる。
また、前記押付工程では、前記第１タッチローラーは前記捲回される第１及び第２セパレータを上側から押さえ付け、前記搬送工程では、前記第１捲回補助ローラーは、前記捲回面より上側の高さから前記捲回面に前記第１セパレータを導入する構成であってもよい。
上記の構成によれば、第１セパレータが捲回体の捲回面に接する位置から第１タッチローラーまでの距離（セパレータに沿った距離）を短縮することができる。それゆえ、捲回面における皺又は巻きずれの発生を抑制することができる。
また、前記方向転換工程では、前記第１セパレータは前記方向転換ローラーの下側を通過し、前記捲回工程では、前記第１セパレータは、前記第１捲回部に取り付けられたコアに捲回され、前記方向転換ローラーの下端は、前記コアの上端より下側に位置する構成であってもよい。
上記の構成によれば、方向転換ローラーから第１捲回部上のコアに第１セパレータを直接導入する場合に比べて、第１セパレータが捲回体の捲回面に接する位置から第１タッチローラーまでの距離を短縮することができる。それゆえ、捲回面における皺又は巻きずれの発生を抑制することができる。
また、前記搬送工程では、前記第１セパレータは前記第１捲回補助ローラーの上側を通過し、前記第１捲回部上に形成される前記第１セパレータの捲回体の上端が、前記第１捲回補助ローラーの上端より下側にある範囲内で、前記第１セパレータの捲回体の製造を完了するようにしてもよい。
上記の構成によれば、第１セパレータの捲回体の外径に関わらず、捲回面に常に上側から第１セパレータを導入することができる。
本発明の一態様に係るセパレータのスリット方法は、電池用セパレータ原反を長手方向に沿ってスリットすることにより少なくとも第１及び第２セパレータに切り分けるスリット工程と、１つ以上の方向転換ローラーによって前記第１及び第２セパレータの搬送方向をそれぞれ第１及び第２捲回部側へ転換する方向転換工程と、互いに上下の位置関係となるように設けられた前記第１及び第２捲回部によって、それぞれ前記第１及び第２セパレータを捲回する捲回工程と、第１及び第２タッチローラーによって前記捲回される第１及び第２セパレータを捲回面へ押さえ付ける押付工程と、前記方向転換ローラーと前記第１タッチローラーとの間に、前記第１タッチローラーまでのローラー間距離を短縮するように設けられた第１捲回補助ローラーを介して前記第１セパレータを搬送する搬送工程とを含む。
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、スリット装置、セパレータ捲回体の製造方法等に利用することができる。
１ リチウムイオン二次電池
４ 耐熱層
５ 多孔質フィルム
６、６ａ スリット装置
７ 切断装置
１２、１２ａ、１２ｂ セパレータ、第１及び第２セパレータ
１２Ｕ、１２Ｌ 第１及び第２セパレータ捲回体
６８、６８Ｕ、６８Ｌ 第１及び第２方向転換ローラー
６９Ｕ、６９Ｌ 第１及び第２捲回補助ローラー
７０Ｕ、７０Ｌ 第１及び第２巻取ローラー（第１及び第２捲回部）
８１Ｕ、８１Ｌ 第１及び第２タッチローラー
８２Ｕ、８２Ｌ 第１及び第２アーム
ｌ、ｕ コア

Claims (9)

  1. 電池用セパレータ原反を長手方向に沿ってスリットすることにより少なくとも第１及び第２セパレータに切り分けるスリット工程と、
    １つ以上の方向転換ローラーによって前記第１及び第２セパレータの搬送方向をそれぞれ第１及び第２捲回部側へ転換する方向転換工程と、
    互いに上下の位置関係となるように設けられた前記第１及び第２捲回部によって、それぞれ前記第１及び第２セパレータを捲回する捲回工程と、
    第１及び第２タッチローラーによって前記捲回される第１及び第２セパレータを捲回面へ押さえ付ける押付工程と、
    前記方向転換ローラーと前記第１タッチローラーとの間に、前記第１タッチローラーまでのローラー間距離を短縮するように設けられた第１捲回補助ローラーを介して前記第１セパレータを搬送する搬送工程とを含むことを特徴とするセパレータ捲回体の製造方法。
  2. 前記方向転換ローラーは、前記第１タッチローラーよりも前記第２タッチローラーに近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ捲回体の製造方法。
  3. 前記搬送工程では、前記方向転換ローラーと前記第２タッチローラーとの間に、前記第２タッチローラーまでのローラー間距離を短縮するように設けられた第２捲回補助ローラーを介して前記第２セパレータを搬送することを特徴とする請求項１に記載のセパレータ捲回体の製造方法。
  4. 前記捲回補助ローラーは、前記第１及び第２タッチローラーまでのローラー間距離が等しくなるように設けられてい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捲回体の製造方法。
  5. 前記第１捲回補助ローラーは、前記第１タッチローラーとは独立して設けられている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捲回体の製造方法。
  6. 前記押付工程では、前記第１タッチローラーは前記捲回される第１及び第２セパレータを上側から押さえ付け、
    前記搬送工程では、前記第１捲回補助ローラーは、前記捲回面より上側の高さから前記捲回面に前記第１セパレータを導入することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のセパレータ捲回体の製造方法。
  7. 前記方向転換工程では、前記第１セパレータは前記方向転換ローラーの下側を通過し、
    前記捲回工程では、前記第１セパレータは、前記第１捲回部に取り付けられたコアに捲回され、
    前記方向転換ローラーの下端は、前記コアの上端より下側に位置することを特徴とする請求項６に記載のセパレータ捲回体の製造方法。
  8. 前記搬送工程では、前記第１セパレータは前記第１捲回補助ローラーの上側を通過し、
    前記第１捲回部上に形成される前記第１セパレータの捲回体の上端が、前記第１捲回補助ローラーの上端より下側にある範囲内で、前記第１セパレータの捲回体の製造を完了することを特徴とする請求項６又は７に記載のセパレータ捲回体の製造方法。
  9. 電池用セパレータ原反を長手方向に沿ってスリットすることにより少なくとも第１及び第２セパレータに切り分けるスリット工程と、
    １つ以上の方向転換ローラーによって前記第１及び第２セパレータの搬送方向をそれぞれ第１及び第２捲回部側へ転換する方向転換工程と、
    互いに上下の位置関係となるように設けられた前記第１及び第２捲回部によって、それぞれ前記第１及び第２セパレータを捲回する捲回工程と、
    第１及び第２タッチローラーによって前記捲回される第１及び第２セパレータを捲回面へ押さえ付ける押付工程と、
    前記方向転換ローラーと前記第１タッチローラーとの間に、前記第１タッチローラーまでのローラー間距離を短縮するように設けられた第１捲回補助ローラーを介して前記第１セパレータを搬送する搬送工程とを含むことを特徴とするセパレータのスリット方法。
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