CN107078334B - 二次电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种二次电池的制造方法，其是用一对膜材料分别覆盖构成电池的层叠体的上表面和下表面，将所述一对膜材料沿着从其中的一端朝向另一端的加工方向依次贴合，从而制造具有膜外装体的二次电池的方法，其特征在于，其包括：第一密封工序，该工序将一对膜材料在夹持构成电池的层叠体的状态下进行重叠，将所述一对膜材料重叠的部分的位于所述加工方向的上游的一端密封；以及，第二密封工序，该工序将重叠的所述膜材料的沿着所述加工方向延伸的两侧端部中的一者或两者沿着所述加工方向依次贴合，进一步地，沿着所述加工方向对重叠的所述膜材料的两侧端部之间的中间部依次按压，对形成于所述一对膜材料之间的内部空间进行脱气。
Description
技术领域
本发明涉及一种二次电池的制造方法。
本申请基于2014年9月18日在日本提出的日本特愿2014-190127号提出，并主张其优先权，在此援引其全部内容。
背景技术
作为二次电池的制造方法，公开了在外装体内容纳使正极板和负极板层叠而成的层叠体，将外装体内的空气减压或排除，进行密封的方法(例如，下述专利文献1)。作为排除外装体内的空气的方法，以往以来，在真空腔内的真空环境下等进行减压的方法是众所周知的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本再公表WO99/040634号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
但是，由于真空腔等装置价格高昂，因此，特别是为了制造大型的二次电池而增大真空腔时，设备费用增加，消耗的能量也增大。即，对于现有的二次电池的制造方法而言，由于制造成本增加，因此，存在难以通过低廉的价格提供特别是大型的二次电池的问题。
于是，鉴于上述问题，本发明提供一种通过降低设备费用和消耗能量来抑制制造成本的二次电池的制造方法。
解决问题的技术方案
本发明的二次电池的制造方法是用一对膜材料分别覆盖构成电池的层叠体的上表面和下表面，将所述一对膜材料沿着从其中的一端朝向另一端的加工方向依次贴合，从而制造具有膜外装体的二次电池的方法，其特征在于，其包括：第一密封工序，该工序将一对膜材料在夹持构成电池的层叠体的状态下重叠，将所述一对膜材料重叠的部分的位于所述加工方向的上游的一端封闭；以及，第二密封工序，该工序将重叠的所述膜材料的沿着所述加工方向延伸的两侧端部中的一者或两者沿着所述加工方向依次贴合，进一步地，沿着所述加工方向对重叠的所述膜材料的两侧端部之间的中间部依次按压，对形成于所述一对膜材料之间的内部空间(容纳所述层叠体的空间)进行脱气。
另外，在本发明中，“将所述一对膜材料重叠的部分的位于所述加工方向的上游的一端封闭”是指，除了以液体密封的方式将重叠的膜材料的端部之间进行贴合的情况以外，还包括通过将膜材料制成折叠袋状而形成封闭的状态的情况等，即通过任何方法形成以液体密封的方式封闭的状态。相对于此，在本发明中，“贴合”是指通过使构成物体表面的分子的分子间力发挥作用，从而使两个物体的表面彼此接触，不易分离。
根据该构成，在将一对膜材料重叠的部分的位于所述加工方向的上游的一端进行封闭的过程中，通过按压膜材料中间部，能够对由膜材料形成的内部空间进行脱气。
本发明也可以设为在所述第二密封工序中，在与所述加工方向正交的同一直线上的位置，在对所述中间部进行按压之前，进行所述侧端部的贴合。
根据该构成，能够抑制液体或者半固体状的电解质从膜材料的两侧端部中的一者或两者溢流。
对本发明而言，也可以使多个压花部形成于所述一对膜材料中的至少一者，通过所述多个压花部和连接所述多个压花部之间的假想线，围绕所述膜材料的与所述内部空间相对应的部位。
根据这种构成，在重叠的膜材料之间夹入层叠体时，能够防止膜材料产生不必要的褶皱。因此，能够适当地进行所述第二密封工序中的脱气。
对于本发明而言，在所述第一密封工序之前，还可以具有膜材料延伸工序，该工序使带状的一对所述膜材料相向配置并连续或间歇地延伸，将延伸的一对所述膜材料用于所述第一密封工序，随着所述带状的膜材料的延伸，反复进行所述第一密封工序和所述第二密封工序，连续或间歇地生产具有膜外装体的二次电池。
根据该构成，能够以良好的效率连续或间歇地进行制造二次电池用的外装体的各工序。
发明效果
本发明发挥能够在抑制设备费用和消耗能量的情况下制造二次电池的效果。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一个实施方式的二次电池的制造方法的立体图。
图2是示意性地表示本发明的一个实施方式的二次电池的制造方法的一个工序的正剖面图。
图3是表示在本发明的一个实施方式的二次电池的制造方法中使用的膜材料的俯视图。
图4是表示在本发明的一个实施方式的二次电池的制造方法中使用的膜材料的其他示例的俯视图。
图5是示意性地表示本发明的一个实施方式的二次电池的制造方法的变形例的立体图。
图6是示意性地表示本发明的一个实施方式的二次电池的制造方法的变形例的立体图。
图7是示意性地表示本发明的一个实施方式的二次电池的制造方法的变形例的立体图。
图8是示意性地表示本发明的一个实施方式的二次电池的制造方法的变形例的立体图。
图9是示意性地表示本发明的一个实施方式的二次电池的制造方法的变形例的立体图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的二次电池的制造方法的实施方式进行说明。
如图1所示，本发明的一个实施方式的二次电池的制造方法至少包括：
(1)膜材料延伸工序，使长条带状的一对膜材料1A、1B相向配置并在L2的方向连续或间歇地延伸；
(2)第一密封工序，将一对膜材料1A、1B在夹持构成电池的层叠体2的状态下重叠，将端部3(以下，也称为“加工开始端部”)封闭，该端部3沿着一对膜材料1A、1B重叠的部分的位于加工方向L1的上游的一边s；以及，
(3)第二密封工序，对重叠的所述膜材料1A、1B的沿着所述加工方向L1延伸的两侧边缘8、8而言，将位于该两侧边缘8、8中的一者或者两者的侧端部4、4沿着所述加工方向L1向远离加工开始端部3的一个方向依次贴合，进一步对重叠的所述膜材料1A、1B的两侧端部4、4间的中间部，沿着所述加工方向L1依次按压，对形成于一对膜材料1A、1B之间的内部空间5进行脱气。
图1中示出了相应于所述工序(1)、(2)以及(3)的部位。
(1)膜材料延伸工序
如图1所示，在膜材料延伸工序中，使长条带状的一对膜材料1A、1B相向配置并连续或间歇地延伸。
对膜材料1A、1B而言，例如，将预先制成辊状等的材料向一个方向延伸。
对于延伸而言，根据此后的工序中的操作所需的时间，以规定的速度或者间隔，连续或间歇地进行。
对于膜材料1A、1B而言，能够使用由铝、不锈钢、黄铜等金属材料、聚酯系树脂、聚烯烃系树脂、聚酰胺系树脂等聚合物膜等的材料以规定的厚度制成片状的部件。
另外，膜材料1也可以由金属与树脂的层叠膜(层压膜)构成。对于这种层叠膜而言，能够使用公知的锂电池用的包装膜。作为层叠时的组合，可举出铝与聚酯树脂的层叠、不锈钢与聚丙烯树脂的层叠等。另外，对于膜材料1A、1B的厚度而言，能够分别设为10～800μm左右，优选分别设为50～200μm左右。更优选的是，作为膜材料1A、1B，使用能贴合的层压材料。通过使用层压膜作为膜材料1A、1B，在重叠一对膜材料1A、1B而形成外装体时，开放端部4、4的贴合变得简便。
(2)第一密封工序
在第一密封工序中，使一对膜材料1A、1B在夹持构成电池的层叠体2的状态下重叠，将端部3封闭，该端部3沿着一对膜材料1A、1B重叠的部分的位于加工方向L1的上游的一边s(在本实施方式中，为膜材料1A、1B的宽度方向)。
对于构成电池的层叠体2而言，省略详细地图示，通过隔膜等间隔件，使正极板与负极板以不直接接触的方式层叠。在正极板与负极板之间夹杂液体、半固体状(凝胶状)的电解质、或者含有液体或半固体状的电解质的、形成为固体状的电解质。正极板是正极活性物质层设置于正极集电体而成的部件，连接有端子6。负极板是负极活性物质层设置于负极集电体而成的部件，连接有端子7。
将膜材料1A配置于基台11(参考图2)，在该膜材料1A上配置层叠体2。此时，使层叠体2的端子6、7从膜材料1A的侧端部4、4中的一者突出。对膜材料1B而言，例如，利用辊R1等，使表面1A、1B彼此相向配置于配置了层叠体2的膜材料1A，将层叠体2夹入所述一对膜材料1A、1B之间并重叠。
然后，相比于形成于一对膜材料1A、1B间的内部空间5，在膜材料1A、1B的延伸方向(箭头L2方向)的前端侧，以贯穿膜材料1A、1B的宽度方向的两侧边缘8、8的方式，将一对膜材料1A、1B进行贴合。此处，被贴合的部分成为沿着一边s封闭的端部3。
对于端部3的贴合而言，通过超声波熔接、激光熔接、膜材料1A、1B为层压膜时进行层压熔接等热熔接、使用贴合剂、热熔剂等密封材料进行的贴合、其他公知方法进行。
(3)第二密封工序
在第二密封工序中，将一对膜材料1A、1B的与加工开始端部3的两侧端部4、4相当的部分向加工方向L1(远离加工开始端部3的方向)依次贴合，进一步地，对于与加工开始端部3的两侧端部4、4之间的中间部相当的部分，从加工开始端部3向加工方向L1方向进行按压，对形成于一对膜材料1A、1B之间的内部空间5进行脱气。
对于两侧端部4、4的贴合而言，通过使用贴合剂、热熔剂等密封材料的贴合、在膜材料1A、1B为层压膜的情况下的层压熔接、超声波熔接、激光熔接等热熔接、其他公知方法进行。
作为加压方法，通过使用加压部件(本实施方式中为辊)R2，使膜材料1A、1B相对于加压部件R2向箭头L2方向相对地移动，从而进行加压。具体而言，例如，使膜材料1A、1B向一个方向(箭头L2方向)连续或间歇地延伸并搬送，通过预先已固定的加压部件R2。
此时，通过使用辊等加压部件R3，使膜材料1A、1B相对于加压部件R3从加工开始端部3向箭头L2方向相对地移动，从而将形成于膜材料1A、1B的两侧端部4、4之间的内部空间5中存在的气体挤出。
作为按压内部空间5的加压部件R3，如图2所示，能够优选使用由能随着层叠体2的形状柔软地弹性形变的材质所形成的部件。
需要说明的是，对于加压部件R2、R3而言，只要是能随着膜材料1A、1B和层叠体2的形状柔软地弹性形变或适当移动的部件，也可以是一体地形成的部件。
对于加压而言，以能够使层叠体2中所含的液体或半固体状的电解质微量溢流并使气体向一个方向移动的程度的压力来进行。
另外，相对于辊等加压部件R3，使膜材料1A、1B从加工开始端部3向箭头L2方向相对地移动，对膜材料1A、1B加压时，可以使用加热机构对膜部件进行加热。通过使用加热机构对膜材料1A、1B进行加热，能使膜材料1A、1B内部的电解质等软化，能够将存在于内部空间5的气体更容易地排出。对加热机构而言，能够使用红外加热器、热风、对加压部件R2、R3进行加热等方法。对加热的温度而言，可根据膜材料、电解质的材料等进行适当选择，优选以使被加热的膜材料的内部温度成为40～150℃的方式进行选择，更优选以使所述内部温度成为50～80℃的方式进行选择。
另外，对内部空间5的加压而言，如图1所示，在与所述加工方向正交的同一直线上的位置，在与将膜材料1A、1B的侧端部4、4进行贴合相比更晚的时刻，换言之，对与将侧端部4、4贴合的位置相比更上游的一侧(加工开始端部3侧)进行加压，更优选在跟随开放端部4、4的贴合的时刻进行加压。需要说明的是，对膜材料1A、1B的加热可以在比对膜材料1A、1B进行加压的时刻略早或者大致同时进行。总之，对膜材料1A、1B进行加压时，能够使膜材料1A、1B、电解质等处于适当软化的状态即可。
如此地，通过使对内部空间5进行加压的时刻晚于对膜材料1A、1B的侧端部4、4进行加压的时刻，从而能够在液体或者凝胶状的电解质被挤出之前对膜材料1A、1B的侧端部4、4进行贴合。另外，能够防止层叠体2中所含的液体或者半固体状的电解质向膜材料1A、1B的两侧端部4、4溢流，将向加工方向L1挤出的液体或者半固体状的电解质朝向与加工方向L1相邻配置的层叠体2挤出。
其结果是，能够防止因液体或半固体状的电解质附着于膜材料1A、1B的侧端部4、4而导致的膜材料1A、1B之间的贴合力的下降。而且,能够防止因液体或半固体状的电解质向膜材料1A、1B的侧方溢流而导致的原料的损失。
由一对膜材料1A、1B将层叠体2完全夹持，截至通过层叠体2的位置为止，进行膜材料1A、1B的侧端部4、4的贴合以及内部空间5的脱气，由此，完成第二密封工序。
然后，在向一个方向通过层叠体2的位置(与加工开始端部3相对的前端侧周缘部)10，以贯穿两侧边缘8、8间的方式将膜材料1A、1B进行贴合，由此，将内部空间5完全地密封，完成二次电池15的制造。
在膜材料延伸工序中，随着膜材料1A、1B的连续延伸或者在规定的时刻的间歇延伸，反复进行第一密封工序和第二密封工序，从而能够高效地制造具有由带状的膜材料1A、1B构成的膜外装体的二次电池15。
需要说明的是，根据上述方法，二次电池15连接成带状而形成，但是这些二次电池15，15··可以将端子6、7串联或者并联而使用，或者也可以将加工开始端部3、10间切断而使用。
如此地，根据本实施方式的二次电池的制造方法，能够不使用真空腔等价格高昂且消耗能量大的设备，而简便地制造内部空间5已脱气的二次电池15，因此，能够以低廉的价格、高效地进行连续生产。因此，本实施方式的二次电池15的制造方法能够发挥在市面上广泛地提供价格低廉的二次电池15的效果。特别地，本实施方式的二次电池的制造方法在制造大型的二次电池15时有利于抑制设备成本。
另外，本实施方式的二次电池的制造方法能够在对配置了层叠体2的内部空间5进行脱气的同时，将一对膜材料1A、1B进行贴合。由此，本实施方式的二次电池的制造方法发挥能够防止因内部空间5中存在气泡而导致的品质的下降的效果。
另外，本实施方式的二次电池的制造方法在液体或者半固体状的电解质从膜材料1A、1B的两边缘8、8溢流前，将膜材料1A、1B的侧端部4、4进行贴合。因此，本实施方式的二次电池的制造方法得到能够防止因电解质附着于膜材料1A、1B的侧端部4、4的贴合面而导致贴合力的降低的效果。
需要说明的是，在上述实施方式中，如图3所示，多个压花部16、16··形成于膜材料1A、1B，通过多个压花部16、16··以及连接多个压花部16、16之间的假想线17，围绕与膜材料1A、1B的内部空间5对应的部位，并且压花部能够使用具有柔性的物质。
对压花部16而言，俯视大致呈L字状，截面呈凹状或凸状，配置于围绕对应于内部空间5(容纳所述层叠体的空间)的部位的矩形的角部。即，压花部16优选沿着膜材料1A、1B与所述层叠体的外周抵接的部分至少设置于一个部位，更优选设置于两个部位以上，进一步优选设置于四个部位以上。将压花部16设置于两个部位以上时，优选以使外周抵接的部分上的相互之间的间隔实质上相等的方式设置。另外，在连接压花部16、16之间的假想线17上，也可以进一步形成一个以上的线状的压花部(省略图示)。
在将一对膜材料1A、1B重叠时，压花部16是成为容纳层叠体2的内部空间5的边缘部的部分，在夹持层叠体2而密封时，压花部16、16间自由地弯曲，从而在一对膜材料1A、1B之间容易地形成凹部。
如图4所示，压花部16、16的形状也可以形成为大致半圆形状。将压花部16、16的形状设为上述任何形状时，都能够容易地形成内部空间5。另外，将一对膜材料1A、1B重叠而包装层叠体2时，能够有效地抑制膜材料1A(1B)产生褶皱，其结果是能够良好地对内部空间5进行脱气。
另外，如上所述地形成有多个压花部16、16··的膜材料也可以用于重叠的所述膜材料1A、1B中的一者。
另外，在上述实施方式中，对在长条带状的膜材料1A、1B的长度方向(一个方向)制造多个二次电池15，15··的实例进行说明，但是，如图5所示，本发明也能够适用于在膜材料1A、1B制造单一的二次电池15的情况。
在该情况下，能够与上述实施方式同样地对膜材料1A、1B实施第一密封工序和第二密封工序，能够得到与上述实施方式同样的作用和效果。
另外，在实施方式中，对使用相互分离的一对膜材料1A、1B、在第二密封工序中将形成于膜材料1A、1B的宽度方向的两端8、8侧的端部4、4进行贴合的实例进行了说明，但不受其限定。即，如图6所示，本发明对一张膜材料1C以其长度方向的中心线作为弯折线Y，进行弯曲，将膜材料1的半个部分1A、1B重叠，在第一密封工序中，在与弯折线Y交叉的方向进行贴合，作为加工开始端部3，在第二密封工序中仅对与弯折的一端8相对的侧端部4进行加压贴合。
另外，在如图6所示的变形例的方法的情况下，也可以从沿着弯折线Y弯曲而形成为袋状的侧端部4至内部空间5的边缘为止，由用假想线表示的加压部件R2将膜材料1A、1B彼此压接或贴合。如此地，在形成为袋状的侧端部4，也对膜材料1A、1B进行加压从而压接或贴合，由此，能够防止因在不需要填充电解质的空间存留电解质而导致的原料的浪费。而且，能够防止在形成为袋状的侧端部4残留气泡。
或者，本发明也可以如图7所示地折叠膜材料1，使膜材料1的半个部分1A、1B重叠并形成为袋状，从而将处于封闭状态的端部作为加工开始端部3，在第二密封工序中，将沿着加工开始端部3的两边缘8、8的端部作为侧端部4进行贴合。
即使如上所述地弯折膜材料1A、1B，使用一对重叠的膜材料1A、1B，也能够优选地使用本发明。
另外，对于本发明而言，也可以如图8和图9所示地配置层叠体2，以使与设置有所述端子6、7的一边相反侧的一边位于一张膜材料1C的长度方向的大致中心线(弯折线Y)上，向箭头所示的方向弯折，并将膜材料1的半个部分1A、1B重叠，在第一密封工序中，在与弯折线Y交叉的方向进行贴合，作为加工开始端部3，在第二密封工序中，仅对与弯折的一端8相对的侧端部4进行加压贴合。在这种情况下，仅对一侧端部4进行加压贴合即可，因此，能简化制造装置、进一步降低消耗能量、节约材料等。
而且，在上述工序后，通过在相邻的层叠体2，2间的中间部分切断膜材料1C，从而能够得到多个独立的二次电池。
附图标记说明
1A、1B 膜材料；
2 层叠体；
3 端部(加工开始端部)；
4 侧端部；
5 内部空间；
6、7 端子；
8 一端；
15 二次电池；
16 压花部；
17 假想线。
Claims (3)
1.一种二次电池的制造方法，其是用一对膜材料分别覆盖构成电池的层叠体的上表面和下表面，将所述一对膜材料沿着从其中的一端朝向另一端的加工方向依次贴合，从而制造具有膜外装体的二次电池的方法，其特征在于，
其包括：
第一密封工序，该工序将一对膜材料在夹持构成电池的层叠体的状态下进行重叠，将所述一对膜材料重叠的部分的位于所述加工方向的上游的一端密封；以及，
第二密封工序，该工序将重叠的所述膜材料的沿着所述加工方向延伸的两侧端部中的一者或两者沿着所述加工方向依次贴合，进一步地，沿着所述加工方向对重叠的所述膜材料的两侧端部之间的中间部依次按压，对形成于所述一对膜材料之间的内部空间进行脱气，
在所述第二密封工序中，在与所述加工方向正交的同一直线上的位置，在对所述中间部进行按压之前，进行所述侧端部的贴合。
2.一种二次电池的制造方法，其是用一对膜材料分别覆盖构成电池的层叠体的上表面和下表面，将所述一对膜材料沿着从其中的一端朝向另一端的加工方向依次贴合，从而制造具有膜外装体的二次电池的方法，其特征在于，
其包括：
第一密封工序，该工序将一对膜材料在夹持构成电池的层叠体的状态下进行重叠，将所述一对膜材料重叠的部分的位于所述加工方向的上游的一端密封；以及，
第二密封工序，该工序将重叠的所述膜材料的沿着所述加工方向延伸的两侧端部中的一者或两者沿着所述加工方向依次贴合，进一步地，沿着所述加工方向对重叠的所述膜材料的两侧端部之间的中间部依次按压，对形成于所述一对膜材料之间的内部空间进行脱气，
多个压花部形成于所述一对膜材料中的至少一者，通过所述多个压花部以及连接所述多个压花部之间的假想线，围绕所述膜材料的与所述内部空间对应的部位。
3.如权利要求1或2所述的二次电池的制造方法，其特征在于，
在所述第一密封工序之前，具有膜材料延伸工序，使带状的一对所述膜材料相向配置并连续或间歇地延伸，
将延伸的一对所述膜材料用于所述第一密封工序，随着所述带状的膜材料的延伸，反复进行所述第一密封工序和所述第二密封工序，连续或间歇地生产具有膜外装体的二次电池。
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