WO2013065535A1 - 渦巻電極体を備えた電池及びその製造方法 - Google Patents

渦巻電極体を備えた電池及びその製造方法 Download PDF

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core
winding
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spiral electrode
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宗一郎 上野
淳 川又
佳之 古小路
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三洋電機株式会社
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Definitions

  • the present invention relates to a battery including a spiral electrode body in which positive and negative electrode plates are spirally wound via a separator, and a method for manufacturing the same.
  • lithium ion secondary has been used as a driving power source for mobile information terminals such as mobile phones, notebook computers, tablet computers, etc., a household power storage system, or a driving power source for hybrid electric vehicles (HEV, PHEV) and electric vehicles (EV).
  • Secondary batteries such as batteries and nickel metal hydride secondary batteries are widely used.
  • a spiral electrode body in which positive and negative electrode plates are wound in a spiral shape via a separator has a large opposing area of the positive and negative electrode plates, and a secondary battery using the same is widely used for the above applications because it is easy to extract a large current. It has been.
  • the spiral electrode body is usually produced by removing the core after winding the positive and negative electrode plates and the separator using the core.
  • the electrode element (separator or positive / negative electrode plate) wound on the innermost periphery may be pulled by the winding core when the winding core is removed, and may be displaced outward.
  • an internal short circuit or a spiral electrode body is out of a predetermined size, resulting in a decrease in manufacturing yield.
  • Patent Documents 1 and 2 as technologies relating to winding of the spiral electrode body.
  • JP 2007-207649 A Japanese Patent Laid-Open No. 05-299120
  • Patent Document 1 discloses an electrode plate winding step in which a positive electrode plate and a negative electrode plate with a lead attached for current collection are wound using a core via a separator to form a group of electrode plates, and the core is removed.
  • a technique is disclosed in which at least two of the separators exposed from the electrode plate width of the group upper part or group bottom part of the electrode plate group are thermally welded at least two times from the innermost periphery.
  • a rectangular non-aqueous electrolyte battery that can increase the winding speed, reduce the amount of the inner separator, and reduce the variation in the position of the current collecting leads. It is said that a manufacturing method can be provided.
  • Patent Document 2 a separator made of a microporous polymer film is inserted into a split groove of a split pin for winding an electrode, and the separator is interposed so that a strip-like positive electrode and a negative electrode are not in contact with each other.
  • the softening point of at least a part of the separator in contact with the split pin is set in advance before the separator is sandwiched in the split groove of the split pin.
  • fusing point is disclosed. According to this technology, when manufacturing a cylindrical spiral battery, the spiral electrode structure wound around the split pin can be easily separated from the split pin without adversely affecting the characteristics of the battery. It can be done.
  • Patent Document 1 or 2 Even if the technique of Patent Document 1 or 2 is used, it is not possible to prevent winding displacement from being pulled by the core without requiring a complicated process.
  • the present invention has been made in view of the above, and without requiring a complicated process or periodic maintenance, a battery capable of suppressing winding displacement associated with removal of the core from the spiral electrode body and the battery
  • An object is to provide a manufacturing method.
  • the present invention relating to a method of manufacturing a battery provided with a spiral electrode body for solving the above-described problems is configured as follows.
  • the winding step removing the core from the winding body wound in a spiral shape, and a core removing step for forming a spiral electrode body.
  • the convex portion formed on the jig is preferably a convex portion having a tapered tip.
  • a jig in which a plurality of small convex portions such as the diameter of the base of the convex portion is 5 to 30 mm and the height of the convex portion is 0.1 to 1.0 mm.
  • the region where the separators are overlapped twice or more is formed, for example, when two separators are simultaneously wound (wound) or when one separator is wound twice or more.
  • a roller is preferably used as the jig on which the convex portion is formed. Further, when the surface of the roller is knurled, and each of the protrusions formed by the knurling constitutes the convex portion, the separators can be suitably pressed together.
  • the knurling process may be either a twill or flat pattern, but a twill pattern is more preferable.
  • the crimping step may be performed by pressing the roller against a region where the separator overlaps twice or more while rotating the core.
  • the crimping portion By pressing the roller while rotating the winding core, the crimping portion can be formed over a wide range without lowering the production efficiency, so that winding displacement can be prevented more effectively.
  • the core is preferably rotated by 72 ° or more, more preferably 90 ° or more, and further preferably 180 ° or more while pressing the roller.
  • the material constituting the convex part and the material constituting the core include stainless steel, cemented carbide, die steel (such as SKD11), pre-hardened steel (such as NAK), MC nylon (registered trademark), unilate ( A resin material having excellent strength such as a registered trademark can be used.
  • a metal material that is harder than the resin material as the material constituting the convex portion in order to ensure the pressure-bonding strength of the separator.
  • the hardness of the material forming the convex portion may be lower than the hardness of the material forming the core.
  • the core can be prevented from being damaged due to the pressing of the convex portion. As a result, it is possible to prevent broken pieces of the core from entering the manufacturing atmosphere, and to reduce maintenance costs.
  • the material constituting the convex portion among the metal materials listed above, stainless steel with low hardness is used, and the material constituting the core is as follows. It is more preferable to use a metal material (hard metal, die steel (SKD11, etc.), pre-hardened steel (NAK, etc.)) harder than stainless steel.
  • a metal material hard metal, die steel (SKD11, etc.), pre-hardened steel (NAK, etc.)
  • the winding core may have a circular cross-sectional shape.
  • the cross-sectional shape of the winding core is other than circular, unevenness is likely to occur in the pressing pressure of the convex portion, and it becomes easy to cause uneven pressing.
  • the cross-sectional shape is circular, this problem is prevented. it can.
  • the circular shape does not have to be a strict perfect circle, and includes a case where a slit is formed in the core.
  • the battery obtained by the manufacturing method of the battery provided with the spiral electrode body according to the present invention has the following characteristics.
  • the battery has a region where the separator overlaps twice or more on a winding center side of the spiral electrode body.
  • the separator located on the outer side has a convex shape on the winding center side, and is provided with a crimping portion that is crimped to the separator located on the winding center side. It is characterized by.
  • the said structure WHEREIN The said crimping
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a winding method of a spiral electrode body using a winding core used in the present invention.
  • FIG. 1 (a) shows only the winding core
  • FIG. 1 (b) shows a slit of the winding core.
  • Fig. 1 (c) shows a state in which two separators are wound around the slit of the core
  • Fig. 1 (d) shows a state in which two separators overlap. The state which pressed the roller to the area
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the wound body wound around the core.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the method for supplying the separator to the core.
  • FIGS. 4B and 4C are diagrams schematically showing the structure of the pressure-bonding portion of the separator.
  • FIG. 4A is a front view
  • FIGS. 4B and 4C are partially enlarged views.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view schematically showing the structure of the roller portion of the knurled roller used in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a partially enlarged view schematically showing the structure of the roller portion of the knurled roller used in the second embodiment.
  • a mode for carrying out the present invention will be described in detail below using an example in which the present invention is applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range that does not change the gist thereof.
  • the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is a flat spiral electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate (positive and negative electrode plates) are spirally wound through a separator in a rectangular outer can and then pressed. And a nonaqueous electrolyte comprising a nonaqueous solvent and an electrolyte salt are housed, a sealing body is fitted into the opening of the bottomed rectangular outer can, and the fitting is sealed by laser welding. . Further, positive and negative electrode external terminals protrude from the sealing bodies, respectively, and are electrically connected to the positive and negative plates of the flat spiral electrode body by metal leads.
  • an insulating member for preventing conductive contact between the flat spiral electrode body and the outer can or the sealing body may be accommodated in the outer can.
  • the sealing body may be provided with a safety mechanism that releases gas or interrupts current when the battery internal pressure increases.
  • an insulating coating may be applied to the surface of the outer can.
  • the present invention has a feature in a method of manufacturing a spiral electrode body using positive and negative electrode plates and a separator, and battery manufacturing steps other than the battery constituent material and the method of manufacturing the spiral electrode body are known materials. Can be used.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a winding process of a spiral electrode body using a winding core used in the present invention.
  • FIG. 1 (a) shows only the winding core
  • FIG. 1 (b) shows a slit of the winding core.
  • Fig. 1 (c) shows a state in which two separators are wound around the slit of the core, and
  • Fig. 1 (d) shows a state in which two separators overlap. The state which pressed the roller to the area
  • the slit is not an essential component of the core, but in order to prevent the separator from moving freely at the start of winding, a separator fixing part such as a grip or slit for fixing or sandwiching the separator is provided on the core. It is preferable to keep it.
  • the core 1 used in the present invention has a circular cross section and is provided with slits 1a along one diameter, whereby the core 1 is divided into two divided members 1b and 1c. It is divided into
  • Winding process First, as shown in FIG. 1 (c), the core 1 is rotated once, and the separator 2 is wound around one split member 1 b of the core 1 divided by the slit, and the end of the separator 2 is attached to the end of the core 2. It fixes with the separator 2 wound around the outer side.
  • the knurled roller 13 constituting the jig 4 is pressed against the separator 2 wound around the core 1 (a region where two sheets overlap), and these are pressure-bonded. Thereafter, the core 1 is further rotated in a state in which the knurled roller 13 is pressed against the separator 2 wound around the core 1 (see FIG. 1D).
  • each protrusion in the knurled portion formed on the roller 13 constitutes a convex portion in the present invention. Since the crimping process is performed at room temperature, the separator is not melted at the crimping portion between the separators as in the case of performing thermal welding.
  • the method of supplying the separator to the core 1 is not limited to this, and for example, as shown in FIG. 3A, the center of the separator 2 passes through the slit 1a of the core 1 as shown in FIG. As shown in FIG. 3B, a method of supplying the two separators 2 so that one end portions thereof are positioned in the slit 1a of the core 1 can be employed.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams schematically showing the structure of the pressure-bonding portion of the separator.
  • FIG. 4A is a front view
  • FIGS. 4B and 4C are partially enlarged views.
  • both the separator located on the outer side and the separator located on the winding center side are convex on the winding center side.
  • the separator located in the outer side should just be crimped
  • the jig used in the crimping process will be further described with reference to FIG.
  • the jig has a shaft portion 14 and a head portion 11, and a knurling process is performed on the surface of the roller shaft portion 12 provided in the head portion 11 (a plurality of convex portions are formed). )
  • a roller 13 is provided. In the figure, three rollers 13 are provided.
  • the widths L3, L5, and L7 of the rollers 13 are preferably the same, and the intervals L4 and L6 of the rollers 13 are preferably the same.
  • the total width (L3 + L5 + L7) of the roller 13 with respect to the separator width L1 is preferably in the range of 0.2 to 0.4L1.
  • the pressing length of the roller 13 against the separator is preferably equal to or longer than the length of 72 ° (1/5 round) of the core, and the length of 90 ° (1/4 round) of the core. More preferably, the length is more than 180 ° (1/2 circumference) of the core, and it is further more preferable.
  • the upper limit of the pressing length to the separator is preferably a length of 720 ° (two rounds) of the core, and more preferably a length of 360 ° (one round) of the core.
  • the widths L3, L5, and L7 of the rollers 13 are 12 mm (total of about 0.327 L1), the intervals L4 and L6 of the rollers 13 are 20 mm, respectively,
  • the distances L2 and L8 from the section to the roller 13 can be 17 mm.
  • the knurled shape applied to the surface of the roller 13 can be flat or twill.
  • the height, angle, module, etc. of the knurls can be appropriately set in consideration of the thickness of the separator. For example, the thicker the separator, the higher the height and the sharper the angle. Modules can be set to match.
  • the height of the mountain (convex portion) can be 0.05 to 0.5 mm, and the module can be 0.2 to 0.5.
  • the number of the crimping parts is not particularly limited, and can be determined by, for example, the knurl shape and the size of the crimping part forming region 6.
  • Example 1 Solid content mass ratio of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, carbon powder as a conductive agent, and N-methylpyrrolidone (NMP) solution of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • a positive electrode active material layer was not formed on both surfaces at one end portion along the longitudinal direction of the positive electrode core body, and a core body exposed portion was formed by exposing the core body. Then, it rolled using the rolling roll, cut
  • Graphite particles as a negative electrode active material, carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, and styrene butadiene rubber (SBR) as a binder were kneaded with water to prepare a negative electrode active material slurry.
  • the mass ratio of the graphite particles, carboxymethyl cellulose, and styrene butadiene rubber was set to 95: 3: 2.
  • the negative electrode slurry was applied to both sides of a copper foil as a negative electrode core, and then dried to remove water used as a solvent during slurry preparation, thereby forming a negative electrode active material layer on the negative electrode core.
  • a negative electrode active material layer was not formed on both surfaces at one end portion along the longitudinal direction of the negative electrode core body, and a core body exposed portion was formed by exposing the core body. Then, it rolled using the rolling roll and cut
  • Non-aqueous electrolyte To a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 3: 5: 2 (1 atm, 25 ° C. condition).
  • EC ethylene carbonate
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • the positive and negative electrode plates are arranged such that the separators 2 are arranged on both surfaces, and the end portion (core body exposed portion) of the positive electrode plate is connected to the end portion (core body) of the negative electrode plate from one end of the separator.
  • the exposed portion was supplied so as to protrude from the other end of the separator, and the core 1 was further rotated (total 25 rotations) to wind up the positive and negative electrode plates.
  • the winding core 1 was removed to produce a spiral electrode body.
  • the carbon tool steel has a Vickers hardness Hv of 600 and is harder than stainless steel having a Hv of 200.
  • the spiral electrode body was pressed into a flat shape, and a positive electrode current collector and a negative electrode current collector were attached to the regions where the core body exposed portions overlapped by welding. Thereafter, the positive electrode current collector, the negative electrode current collector, and the positive and negative electrode external terminals fixed to the sealing body via an insulating member were respectively connected.
  • the flat spiral electrode body was inserted into a bottomed rectangular outer can, the sealing body was fitted into the opening of the outer can, and the fitting portion was laser welded. Then, the nonaqueous electrolyte was injected from the injection hole provided in the sealing body, the injection hole was sealed, and the nonaqueous electrolyte secondary battery according to Example 1 was produced.
  • Example 2 In the production of the spiral electrode body, a polyethylene microporous film having a thickness of 50 ⁇ m, a width of 130 mm, and a length of 4500 mm is used as a separator, and a MC nylon (registered trademark) diameter 30 mm diameter is used as a winding core.
  • a MC nylon (registered trademark) diameter 30 mm diameter is used as a winding core.
  • One sheet is passed through the slit, as shown in FIG. 3 (a), and the core is rotated half a turn so that one separator is wound around each of the two core members divided by the slit, and the second separator is wound. After that, the roller 13 of the jig shown in FIG.
  • Example 2 A non-aqueous electrolyte secondary battery according to Example 2 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that was 1 and a half).
  • Stainless steel is a material harder than MC nylon (Rockwell hardness (R scale) 120).
  • the knurling roller used in Example 2 has the form shown in FIG. 6, the separator width L1 is 130 mm, and the widths L3, L5, and L7 of the roller 13 are 16 mm (about 0.369 L1 in total).
  • the distances L4 and L6 between the rollers 13 are 24 mm, and the distances L2 and L8 from the end of the separator to the rollers 13 are 17 mm.
  • Comparative Example 1 A nonaqueous electrolyte secondary battery according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that crimping using a knurled roller was not performed.
  • this invention is a nonaqueous electrolyte battery, an alkali, if it is a battery provided with the spiral electrode body wound up through the separator on the positive / negative electrode plate.
  • the present invention can be applied regardless of whether the battery is an electrolyte battery or a primary battery or a secondary battery.
  • the spiral electrode body includes a cylindrical electrode or a flat electrode.
  • a cylindrical exterior can, a rectangular exterior can, a film-like exterior body using a laminate, or the like can be used.
  • the separator used in the present invention a microporous film, a nonwoven fabric or the like can be used.
  • the material any material that is resistant to the electrolytic solution used may be used, and a resin material, glass fiber, or the like can be used, and a material made of a mixed material or a laminated material can also be used.
  • a resin separator it is preferable to use a resin separator, and it is particularly preferable to use a polyolefin separator.
  • the present invention is also applicable to a separator in which a heat-resistant layer is formed on the surface of a polyolefin separator. *
  • a knurled roller-shaped jig is used as the jig on which the convex portion is formed.
  • the knurl is used as the convex portion formed on the surface of the jig. It is not limited to the processing part.
  • the shape of the jig is preferably a roller shape, but may be a plate shape or a block shape, or may have a curved surface along the shape of the core.
  • a convex portion formed on the surface of the jig (the jig having the convex portion and the convex portion are integrated, and the jig having the convex portion is formed. It is preferable to use the same material for the convex portion, but a material having a convex portion made of the same or different material as the jig may be used on the surface of the jig.
  • the winding member (positive and negative electrode plates, separator) can be prevented from being detached together with the winding core by a simple method. Therefore, industrial applicability is great.

Abstract

【課題】簡便な手法で渦巻電極体の巻ズレを抑制する方法及びこの方法により得られる電池を提供する。 【解決手段】巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが２重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、前記セパレータが２重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を圧着する圧着工程と、前記圧着工程の後、前記巻芯に、正負電極板を供給し、前記正負電極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた電極体から前記巻芯を取り除く巻芯除去工程と、を備える電池の製造方法。

Description

渦巻電極体を備えた電池及びその製造方法
　本発明は、正負電極板がセパレータを介して渦巻状に巻き取られた渦巻電極体を備えた電池及びその製造方法に関する。
　近年、携帯電話、ノートパソコン、タブレット型コンピュータ等の移動情報端末の駆動電源、家庭用蓄電システム、あるいはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）用の駆動電源として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池が広く利用されている。特に、正負電極板をセパレータを介して渦巻状に巻き取った渦巻電極体は、正負電極板の対向面積が大きく、これを用いた二次電池は大電流を取り出し易いので、上記用途に広く用いられている。
　渦巻電極体は、通常、巻芯を使用して正負電極板及びセパレータを巻き取った後、巻芯を取り除くことにより作製される。この製法においては、最内周に巻き取られた電極要素（セパレータまたは正負電極板）が巻芯を取り除く際に巻芯に引っ張られて外側にズレることがある。このような巻ズレが生じると、内部短絡や、渦巻電極体が所定サイズ外となるなどし、製造歩留まりが低下する。
　この問題を解決する方法として、巻芯に離型剤を塗布する方法がある。巻芯に離型剤を塗布すると、巻芯表面の滑沢性がよくなるので、巻芯からの脱離性が高まる。しかし、離型剤の塗布効果は巻芯の使用のたびに低下する。このため、定期的に巻芯に離型剤を塗布するメンテナンス作業が必要となり、このメンテナンス作業により、製造効率の低下や作業ミスの機会が増加するといった問題が生じる。また、作業時に異物が混入するなどの新たな問題を生じる。
　渦巻電極体の巻き取りに関する技術としては、例えば、特許文献１、２がある。
特開2007-207649号公報 特開平05-299120号公報
　特許文献１は、集電用にリードを取りつけた正極板および負極板を、セパレータを介して巻芯を用いて捲回することにより極板群を構成し、巻芯を抜き取る極板捲回工程中に、極板群の群上部または群底部の極板幅より露出しているセパレータの内、少なくとも最内周から２周分を部分的に熱溶着する技術を開示している。この技術によると、極板群の捲回において、捲回速度を増加でき、かつ内周セパレータ量を減少させ、かつ集電用のリードの位置のバラツキを縮小できる角型非水電解液電池の製造法を提供できるとされる。
　特許文献２は、微多孔性高分子フィルムよりなるセパレーターを電極巻取用の割ピンの割り溝に挟みこんで巻き始め、更に帯状の正極と負極とを相互に接触しないように該セパレーターを介在させながら巻き回すことにより円筒型渦巻式電池を製造する場合に、セパレーターを割りピンの割り溝に挟みこんで巻き始める前に、セパレーターの割りピンに接する部分の少なくとも一部を、予めその軟化点以上、融点未満の温度で熱処理しておく技術を開示している。この技術によると、円筒型渦巻式電池を製造する際に、電池の特性に悪影響を及ぼすことなく、割りピンを中心にして巻回した渦巻式電極構造体を割りピンから容易に抜き離すことができるとされる。
　しかしながら、特許文献１又は２の技術を用いても、煩雑なプロセスを必要とすることなく、巻芯に引っ張られて巻ズレが生じることを防止することはできていない。
　本発明は、上記に鑑みなされたものであって、煩雑なプロセスや定期的なメンテナンスを必要とすることなく、渦巻電極体からの巻芯の取り除きに伴う巻ズレを抑制し得た電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための渦巻電極体を備えた電池の製造方法に係る本発明は、次のように構成されている。
　巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが２重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、前記セパレータが２重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を圧着する圧着工程と、前記圧着工程の後、正極板及び負極板を前記巻芯に供給し、前記正極板及び前記負極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた巻取体から前記巻芯を取り除き、渦巻電極体となす巻芯除去工程と、を備える渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
　この構成では、正極板及び負極板（正負電極板）を巻き取る前に、セパレータのみを巻芯に巻き付け、セパレータが２重以上に重なった領域を形成し、且つ、このセパレータが２重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を圧着している。これにより、巻芯と直接接触しているセパレータは、その外周側に位置する、巻芯と直接接触していないセパレータと圧着される。この結果、その後渦巻状に巻き取られた電極体から巻芯を取り除く際には、巻芯に渦巻状に巻き取られた巻取体が一体的に挙動するようになり、セパレータが巻芯に引っ張られて巻ズレを起こすことが顕著に抑制される。
　また、この方法では、定期的なメンテナンス作業を必要としないので、上述したメンテナンスによる新たな不具合が生じることがない。
　ここで、治具に形成される凸部としては、先端が先細りするような形状の凸部とすることが好ましい。また、凸部の根元の径が５～３０ｍｍ、凸部の高さが０．１～１．０ｍｍのような小さな凸部が複数形成された治具を用いることが好ましい。
　また、渦巻電極体の最も内側のセパレータを圧着する場合、仮にセパレータが部分的に破れたとしても内部短絡を招くことはない。これに対し、正極板又は負極板を圧着させる構成とすると、電極板が破れてセパレータを突き破る等により内部短絡が生じるおそれがある。
　ここで、セパレータが２重以上に重なった領域は、例えば、２枚のセパレータを同時に巻きつける（巻き取る）場合や、１枚のセパレータを２回以上巻きつける場合に形成される。
　凸部が形成された治具としては、ローラを用いることが好ましい。また、当該ローラの表面にローレット加工を施し、このローレット加工により形成される突起の一つ一つが、前記凸部を構成するようにすると、好適にセパレータ相互を圧着できる。ローレット加工は、綾目、平目のいずれでもよいが、綾目の方がより好ましい。
　上記構成において、前記圧着工程は、前記巻芯を回転させつつ、前記ローラをセパレータが２重以上に重なった領域に押し当てることにより行われる構成とすることができる。　
　巻芯を回転させつつローラを押し当てることにより、生産効率を低下させることなく、広範囲に圧着部を形成できるので、より効果的に巻ズレを防止できる。このとき、ローラを押し当てながら、巻芯を７２°以上回転させることが好ましく、９０°以上回転させることがより好ましく、１８０°以上回転させることがさらに好ましい。
　凸部を構成する材料や巻芯を構成する材料としては、ステンレススチール、超硬合金、ダイス鋼（ＳＫＤ１１等）、プレハードン鋼（ＮＡＫ等）の金属材料や、ＭＣナイロン（登録商標）、ユニレート（登録商標）等の強度に優れた樹脂材料を使用できる。特に、凸部を構成する材料としては、セパレータの圧着強度を確保するために、樹脂材料よりも硬い金属材料を用いることが好ましい。
　上記構成において、前記凸部を構成する材料の硬度が、前記巻芯を構成する材料の硬度よりも低い構成とすることができる。
　この構成であると、凸部の押し当てによって巻芯が破損等することを抑制できる。これにより、巻芯の破損片等が製造雰囲気に混入することを防止でき、且つ、メンテナンスコストを低減することができる。
　硬度の関係と、セパレータの圧着性とのバランスをとるために、凸部を構成する材料としては、上記で列挙した金属材料の中でも硬度の低いステンレススチールを用い、巻芯を構成する材料としては、ステンレススチールよりも硬い金属材料（超硬合金、ダイス鋼（ＳＫＤ１１等）、プレハードン鋼（ＮＡＫ等））を用いることがより好ましい。
　ここで、硬度は、金属材料間ではビッカース硬さ、樹脂材料間ではロックウェル硬さのＲスケール等により比較することが好ましい。また、樹脂材料と金属材料とでは、金属材料の方が硬いものとする。
　上記構成において、前記巻芯の横断面形状が、円形である構成とすることができる。
　巻芯の横断面形状が円形以外であると、凸部の押し当ての圧力にムラが生じ易くなり、圧着ムラができやすくなるが、横断面形状が円形であると、このような弊害を防止できる。ここで、円形とは厳密な真円でなくてもよく、巻芯にスリットが形成されているような場合も含むものとする。
　上記本発明に係る渦巻電極体を備えた電池の製造方法により得られる電池は、次のような特徴を備える構成となる。
　正極板及び負極板がセパレータを介して渦巻状に巻き取られた渦巻電極体を備えた電池において、前記渦巻電極体の巻回中心側に、前記セパレータが２重以上に重なった領域を有し、前記セパレータが２重以上に重なった領域には、外側に位置するセパレータが巻回中心側に凸形状となって巻回中心側に位置するセパレータと圧着された圧着部が設けられていることを特徴とする。
　上記構成において、前記圧着部が方形状の領域内に複数設けられ、且つ、前記方形状の領域のセパレータ長さ方向に平行な長さが、当該圧着部が形成された周における前記セパレータの１周の長さの１／５以上である構成とすることができる。
　以上に説明したように、本発明によると、定期的なメンテナンス等を必要としない簡便な手法で、巻芯に引っ張られて巻ズレが生じることを抑制でき、これにより電池の生産性や歩留まりを高めることができる。
図１は、本発明に用いる巻芯を用いた渦巻電極体の巻き取り方法を説明する横断面図であって、図１（ａ）は巻芯のみ、図１（ｂ）は巻芯のスリット（セパレータ固定部）に２枚のセパレータを通した状態、図１（ｃ）は巻芯のスリットに２枚のセパレータを半周巻きつけた状態、図１（ｄ）は２枚のセパレータが重なった領域にローラを押し当てた状態を示す。 図２は、巻芯に巻き取られた巻取体の横断面図である。 図３は、巻芯へのセパレータの供給方法の変形例を示す横断面図である。 図４は、セパレータの圧着部分の構造を模式的に示す図であって、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）及び図４（ｃ）はそれぞれ部分拡大図である。 図５は、実施例１で用いたローレットローラのローラ部分の構造を模式的に示す部分拡大図である。 図６は、実施例２で用いたローレットローラのローラ部分の構造を模式的に示す部分拡大図である。
　本発明を実施するための形態を、本発明を非水電解質二次電池に適用した例を用いて以下に詳細に説明する。本発明は下記実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。
　本実施の形態に係る非水電解質二次電池は、角形外装缶内に、正極板及び負極板（正負電極板）がセパレータを介して渦巻状に巻き取られ、その後プレスされた扁平渦巻電極体と、非水溶媒と電解質塩とを備える非水電解質と、が収容され、有底角形の外装缶の開口部に封口体が嵌合され、嵌合部がレーザ溶接により密閉された構造である。また、封口体からは、それぞれ正負電極外部端子が突出しており、扁平渦巻電極体の正極板及び負極板と、金属製のリードによりそれぞれ電気的に接続されている。
　なお、これ以外に、扁平渦巻電極体と、外装缶や封口体との導電接触を防止するための絶縁部材が外装缶内に収容されていてもよい。また、封口体に、電池内圧上昇時にガスを放出ないし電流を遮断する安全機構が設けられていてもよい。また、外装缶の表面に絶縁被覆が施されていてもよい。
　本発明は、正負電極板とセパレータとを用いて渦巻電極体を作製する方法に特徴を有しており、電池の構成材料や渦巻電極体を作製する方法以外の電池作製工程は、公知の材料や方法を採用できる。
　本発明の特徴部分である、正負電極板とセパレータとを用いて渦巻電極体を作製する方法について、図面を用いて具体的に説明する。
　図１は、本発明に用いる巻芯を用いた渦巻電極体の巻き取り工程を説明する横断面図であって、図１（ａ）は巻芯のみ、図１（ｂ）は巻芯のスリット（セパレータ固定部）に２枚のセパレータを通した状態、図１（ｃ）は巻芯のスリットに２枚のセパレータを半周巻きつけた状態、図１（ｄ）は２枚のセパレータが重なった領域にローラを押し当てた状態を示す。なお、スリットは巻芯の必須の構成ではないが、巻回開始時にセパレータが自由に移動することを防止するために、セパレータを固定ないし挟み込むグリップやスリット等のセパレータ固定部を、巻芯に設けておくことが好ましい。
　図１（ａ）に示すように、本発明に用いる巻芯１は、断面円形であり、１つの直径に沿ったスリット１ａが設けられ、これにより、巻芯１は２つの分割部材１ｂ・１ｃに分割されている。
（セパレータ挿入工程）
　図１（ｂ）に示すように、スリット１ａに２枚のセパレータ２を通し、端部を巻芯１の一方の分割部材１ｃ側に押しつける。
（巻き付け工程）
　まず、図１（ｃ）に示すように、巻芯１を１周回転させ、スリットにより分割された巻芯１の一方の分割部材１ｂにセパレータ２を巻きつけるとともに、セパレータ２の端部をその外側に巻きつけられたセパレータ２により固定する。
（圧着工程）
　このとき、治具４を構成するローレット加工が施されたローラ１３を、巻芯１に巻き付けられたセパレータ２（２枚重なっている領域）に押しつけ、これらを圧着する。この後、ローレット加工が施されたローラ１３を巻芯１に巻き付けられたセパレータ２に押し当てた状態で、さらに巻芯１を回転させる（図１（ｄ）参照）。ここで、ローラ１３に形成されたローレット加工部における突起の一つ一つが本発明における凸部を構成する。圧着工程は常温で行っているため、セパレータ同士の圧着部では、熱溶着を行った場合のようにセパレータは溶融していない。
（巻き取り工程）
　次に、正負電極板を、それぞれの両面にセパレータ２が配されるように供給し、巻芯１をさらに回転させ、正負電極板を巻き取っていき、巻芯に巻き取られた状態の巻取体３が作製される（図２参照）。
（巻芯除去工程）
　次に、巻取体３から巻芯１を取り除いて、渦巻電極体が完成する。
　巻芯１に対するセパレータの供給方法は、これに限定されるものではなく、例えば、図３（ａ）に示すように、１枚のセパレータ２を、その中心付近が巻芯１のスリット１ａを通るように供給する方法や、図３（ｂ）に示すように、２枚のセパレータ２を、それぞれの一方端部が巻芯１のスリット１ａ内に位置するように供給する方法等を採用できる。
　次に、ローレット加工が施されたローラ１３を備える治具によって圧着されたセパレータについて、図４を用いてさらに説明する。図４は、セパレータの圧着部分の構造を模式的に示す図であって、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）及び図４（ｃ）はそれぞれ部分拡大図である。
　治具４を構成するローレット加工が施されたローラ１３をセパレータ２の重なり領域に押し当てることにより圧着を行うと、（ローラ幅×押し当て長さ）に相当する方形状の領域（圧着部形成領域）６に、圧着部が形成される（図４（ａ）参照）。このとき、ローレット加工が施されたローラ１３によりセパレータ２が巻芯（巻回中心）側に押しやられつつ圧着されるので、セパレータ２が巻回中心側に凸形状に変形ないし破断してなる圧着部５が、上記領域内に多数形成される（図４（ｂ）、（ｃ）参照）。なお、図４（ｂ）、（ｃ）では、セパレータが２重に重なった領域において、外側に位置するセパレータ及び巻回中心側に位置するセパレータの両方が巻回中心側に凸形状となって圧着された圧着部を示しているが、外側に位置するセパレータが巻回中心側に凸形状となって巻回中心側に位置するセパレータと圧着されていればよく、必ずしも巻回中心側のセパレータが巻回中心側に凸形状となっている必要はない。このような場合、外側に位置するセパレータの凸形状となった部分が、巻回中心側に位置するセパレータの内部に入り込み嵌合された状態となる。
　圧着工程に用いる治具について、図５を用いてさらに説明する。治具は、軸部１４と、ヘッド部１１と、を有しており、ヘッド部１１に設けられたローラ軸部１２に、表面にローレット加工が施された（複数の凸部が形成された）ローラ１３が設けられている。なお、同図では、ローラ１３は３個設けられている。
　ここで、幅がＬ１のセパレータに押し当てたときに、ローラ１３がセパレータに均等に当たるように、Ｌ２＝Ｌ８となるように押し当てることが好ましい。また、それぞれのローラ１３の幅Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７は、それぞれ同一とし、ローラ１３の間隔Ｌ４，Ｌ６も同一とすることが好ましい。
　ここで、セパレータ幅Ｌ１に対して、ローラ１３の幅の合計（Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌ７）は、０．２～０．４Ｌ１の範囲内であることが好ましい。また、ローラ１３のセパレータへの押し当て長さは、巻芯の７２°（１／５周）分の長さ以上とすることが好ましく、巻芯の９０°（１／４周）分の長さ以上とすることがより好ましく、巻芯の１８０°（１／２周）分の長さ以上とすることがさらに好ましい。また、セパレータへの押し当て長さの上限は、巻芯の７２０°（２周）分の長さとすることが好ましく、巻芯の３６０°（１周）分の長さとすることがより好ましい。
　例えば、セパレータ幅Ｌ１が１１０ｍｍの場合、図５に示すようにローラ１３の幅Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７はそれぞれ１２ｍｍ（合計で約０．３２７Ｌ１）、ローラ１３の間隔Ｌ４，Ｌ６はそれぞれ２０ｍｍ、セパレータ端部からローラ１３までの距離Ｌ２，Ｌ８は、１７ｍｍとすることができる。
　ローラ１３表面に施されたローレット加工の形状は、平目や綾目とすることができる。また、ローレット加工の山の高さ、角度、モジュール等は、セパレータの厚みを考慮して適宜設定することができ、例えば、セパレータの厚みが厚いほど、高さを大きく、角度を鋭くし、これに合わせてモジュールを設定することができる。例えば、山（凸部）の高さは０．０５～０．５ｍｍ、モジュールは０．２～０．５とすることができる。
　また、圧着部の数は、特に限定されることはなく、例えば上記のローレット形状及び圧着部形成領域６の大きさにより定まる数とすることができる。
［実施例１］
［正極板の作製］
　正極活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）と、導電剤としての炭素粉末と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）のＮ-メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液と、を、固形分質量比が、コバルト酸リチウム：炭素粉末：ポリフッ化ビニリデン＝９４：３：３となるように混練し、正極活物質スラリーを作製した。この正極スラリーを正極芯体としてのアルミニウム合金箔の両面に塗布した後、乾燥させてスラリー作製時に溶媒として使用したＮＭＰを除去し、正極芯体上に正極活物質層を形成した。このとき、正極芯体の長手方向に沿って一方端部には両面に正極活物質層を形成せず、芯体を露出させた芯体露出部とした。その後、圧延ロールを用いて圧延し、所定寸法に切断し、長さ４０００ｍｍ、幅１１０ｍｍの正極板を作製した。
［負極板の作製］
　負極活物質としての黒鉛粒子と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）と、を水と共に混練して負極活物質スラリーを作製した。このとき、黒鉛粒子と、カルボキシメチルセルロースと、スチレンブタジエンゴムと、の質量比が、９５：３：２となるようにした。ついで、負極スラリーを負極芯体としての銅箔の両面に塗布した後、乾燥させてスラリー作製時に溶媒として使用した水を除去して、負極芯体上に負極活物質層を形成した。このとき、負極芯体の長手方向に沿って一方端部には両面に負極活物質層を形成せず、芯体を露出させた芯体露出部とした。その後、圧延ロールを用いて圧延し、所定寸法に切断し、長さ４０００ｍｍ、幅１１０ｍｍの負極板を作製した。
　［非水電解質の調製］
　エチレンカーボネート（ＥＣ）と、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）と、を体積比で３：５：２（１気圧、２５℃条件）となるように混合させた混合溶媒に対して、溶質として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットルの割合で溶解させて、非水電解質を調製した。
　［渦巻電極体の作製］
　ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ（厚み１５μｍ、幅１１０ｍｍ、長さ４５００ｍｍ）２を、炭素工具鋼鋼材（ＳＫ材）製の巻芯１（直径４０ｍｍ）のスリット１ａに２枚、図１（ｂ）に示すように通した。この後、巻芯１を１周回転させ、スリット１ａにより分割された巻芯１の一方の分割部材１ｂにセパレータ２を巻きつけた（図１（ｃ）参照）。次に、図１（ｄ）に示すように、他方の分割部材１ｃに巻き付けられたセパレータ２に、図５に示す治具のローラ１３（ステンレススチール製、表面に綾目ローレット加工、モジュール０．２）を押しつけ、これらを圧着した。この圧着は、他方の分割部材１ｃに巻き付けられたセパレータ全体（巻芯半周分）に対して行った。
　次に、上記正負電極板を、それぞれの両面にセパレータ２が配されるように、且つ、正極板の端部（芯体露出部）がセパレータの一方端から、負極板の端部（芯体露出部）がセパレータの他方端から、それぞれ突出するように供給し、巻芯１をさらに回転（合計２５回転）させ、正負電極板を巻き取った。最後に、巻芯１を取り除いて、渦巻電極体を作製した。なお、炭素工具鋼鋼材はビッカース硬さＨｖが６００であり、Ｈｖが２００のステンレススチールよりも硬い材料である。
　［電池の組み立て］
　上記渦巻電極体をプレスして扁平形状となし、芯体露出部が重なり合った領域にそれぞれ正極集電体及び負極集電体を溶接により取り付けた。この後、正極集電体及び負極集電体と封口体に絶縁部材を介して固定された正負電極外部端子とをそれぞれ接続した。この扁平渦巻電極体を有底角形の外装缶内に挿入し、外装缶の開口部に封口体を嵌合し、嵌合部をレーザ溶接した。その後、封口体に設けられた注液孔から上記非水電解質を注液し、注液孔を封止して、実施例１に係る非水電解質二次電池を作製した。
［実施例２］
　渦巻電極体の作製において、セパレータとして、厚み５０μｍ、幅１３０ｍｍ、長さ４５００ｍｍのポリエチレン製微多孔膜を用い、巻芯として、ＭＣナイロン（登録商標）製の直径３０ｍｍのものを用い、巻芯のスリットに１枚、図３（ａ）に示すように通し、巻芯を半周回転させてスリットにより分割された２つの巻芯部材のそれぞれにセパレータを１重巻き付け、２重目のセパレータが巻き付けられた後に、２重目のセパレータに図６に示す治具のローラ１３（ステンレススチール製、表面に綾目ローレット加工、モジュール０．３）を押しつけ、これらを圧着した（圧着は、巻芯の回転が１周半分））こと以外は、上記実施例１と同様にして、実施例２に係る非水電解質二次電池を作製した。なお、ステンレススチールは、ＭＣナイロン（ロックウェル硬さ（Ｒスケール）１２０）よりも硬い材料である。
　ここで、実施例２で用いたローレットローラは、図６に示す形態のものであり、セパレータ幅Ｌ１が１３０ｍｍ、ローラ１３の幅Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７はそれぞれ１６ｍｍ（合計で約０．３６９Ｌ１）でローラ１３の間隔Ｌ４，Ｌ６はそれぞれ２４ｍｍ、セパレータ端部からローラ１３までの距離Ｌ２，Ｌ８は、１７ｍｍである。
［比較例１］
　ローレットローラによる圧着を行わなかったこと以外は、上記実施例１と同様にして、比較例１に係る非水電解質二次電池を作製した。
［巻ズレの測定］
　上記と同様にして、実施例１，２、比較例１に係る渦巻電極体をそれぞれ１００個作製した。そして、渦巻電極体の最内周に配置されたセパレータが巻ズレを起こしているか否かを目視にて観察した。巻ズレを起こしている場合には、所期の位置からのズレの最大値を計測した。この結果、実施例１，２に係る渦巻電極体は、巻ズレ発生数が０であったが、比較例１に係る渦巻電極体では、３個の渦巻電極体に巻ズレが確認された。また、これらの渦巻電極体の巻ズレ量は０．５～０．６ｍｍであった。
　この結果から、本発明の方法を採用することにより、渦巻電極体の巻ズレを顕著に抑制できることが分かった。
　なお、非水電解質二次電池に適用した例を用いて説明したが、本発明は、正負電極板にセパレータを介して巻き取った渦巻電極体を備える電池であれば、非水電解質電池、アルカリ電解質電池の別を問わず、また、一次電池、二次電池の別を問わず適用することができる。また、渦巻電極体には、円筒状や扁平状のものが含まれる。また、外装体としては、円筒形外装缶、角形外装缶、ラミネート等を用いたフィルム状外装体を用いることができる。
　ここで、本発明に用いるセパレータは、微多孔膜や不織布等を用いることができる。材質としては、使用する電解液に耐性を有する材料であればよく、樹脂材料やガラス繊維等を用いることができ、これらの混合材料や積層材料からなるものを用いることもできる。本発明を非水電解質二次電池に適用する場合は、樹脂製セパレータを用いることが好ましく、特にポリオレフィン製セパレータを用いることが好ましい。また、本発明は、ポリオレフィン製セパレータの表面に耐熱層が形成されているセパレータにも適用可能である。　
　また、上記実施例では、凸部が形成された治具として、ローレット加工が施されたローラ状の治具を用いる例を示したが、治具の表面に形成される凸部としては、ローレット加工部に限定されない。また、治具の形状としては、ローラ状が好ましいものの、板状やブロック状であってもよいし、巻芯の形状に沿うように湾曲した面を有するものであってもよい。また、凸部が形成された治具として、治具の表面に凸部を成形したもの（凸部が形成された治具と凸部が一体物であり、凸部が形成された治具と凸部が同一材料）を用いることが好ましいが、治具の表面に治具とは同一ないし別の材料からなる凸部を固定したものを用いてもよい。
　以上に説明したように、本発明によると、簡便な手法で巻芯とともに巻回部材（正負電極板、セパレータ）が脱離することを抑制することができる。よって、産業上の利用可能性は大きい。
１　　　　巻芯
２　　　　セパレータ
３　　　　巻取体
４　　　　治具
５　　　　圧着部
６　　　　圧着部形成領域
１１　　　ヘッド部
１２　　　ローラ軸部
１３　　　ローラ（ローレットローラ）
１４　　　軸部
 
 

Claims (8)

  1. 　巻芯にセパレータを巻き付け、前記セパレータが２重以上に重なった領域を形成する巻き付け工程と、
    　前記セパレータが２重以上に重なった領域に、凸部が形成された治具を押し当て、当該領域のセパレータ相互を圧着する圧着工程と、
    　前記圧着工程の後、正極板及び負極板を前記巻芯に供給し、前記正極板及び前記負極板に前記セパレータを介して渦巻状に巻き取る巻き取り工程と、
    　前記巻き取り工程の後、渦巻状に巻き取られた巻取体から前記巻芯を取り除き、渦巻電極体となす巻芯除去工程と、
    　を備える渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
    　前記凸部が形成された治具が、ローラである、
    　ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
  3. 　請求項２に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
    　前記圧着工程は、前記巻芯を回転させて前記セパレータの巻き取りを行いつつ、前記ローラを前記セパレータが２重以上に重なった領域に押し当てることにより行われる、
    　ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
  4. 　請求項２に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
    　前記ローラには、ローレット加工が施されている、
    　ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
  5. 　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
    　前記凸部を構成する材料の硬度が、前記巻芯を構成する材料の硬度よりも低い、
    　ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
  6. 　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の渦巻電極体を備えた電池の製造方法において、
    　前記巻芯の横断面形状が、円形である、
    　ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池の製造方法。
  7. 　正極板及び負極板がセパレータを介して渦巻状に巻き取られた渦巻電極体を備えた電池において、
    　前記渦巻電極体の巻回中心側に、前記セパレータが２重以上に重なった領域を有し、
    　前記セパレータが２重以上に重なった領域には、外側に位置するセパレータが巻回中心側に凸形状となって巻回中心側に位置するセパレータと圧着された圧着部が設けられている、
    　ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池。
  8. 　請求項７に記載の渦巻電極体を備えた電池において、
    　前記圧着部が方形状の領域内に複数設けられ、且つ、前記方形状の領域のセパレータ長さ方向に平行な長さが、当該圧着部が形成された周における前記セパレータの１周の長さの１／５以上である、
    　ことを特徴とする渦巻電極体を備えた電池。
     
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