CN1812157B - 电化学器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

通过本发明，在电池、电双层电容器等的电化学器件中，能够防止水分从外装体的密封部分侵入。电化学器件(10)将层叠体(18)收纳到由盖部金属层压材料(12)和收纳部金属层压材料(14)构成的外装体(16)内而构成，外装体(16)的最外周部的一部分或者全部的结构为：构成金属层压材料的一部分的金属层(20A)、(20B)的外周端部(21A)、(21B)相互接近或者接触，并覆盖直接夹住层叠体(18)的金属层压材料内侧的2张树脂制密封层(22A)、(22B)的外周端部(23A)、(23B)的至少一部分。

Description

电化学器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种二次电池、电双层电容器、电解电容器、钽质电容器、气敏元件等的电化学器件。
背景技术
二次电池作为移动电话或手提电脑、数码照相机等的电源或备用电源而装载在其上，并面临其容量增大、小型化、薄型化、轻量化的需求。
还有，电双层电容用于便携式仪器电源的备用件，或者用于打印机、遥控器、存储卡、游戏机等的存储时钟功能的备用电源或者瞬间电压降低补偿装置等，近年来，期待着也利用于混合动力车辆用的补助电源或热电联供装置等。
这些电化学器件中，提出并利用的有在层叠了正极片、隔板、负极片的层叠体含浸了非水电解液的状态，收纳密封到由铝层压材料构成的外装体来制造出来的电极积层型的二次电池或电双层电容。
该电极积层型的电化学器件，由于没有将金属罐作为外装体使用，所以具有与卷绕型的电双层电容等相比更薄，成本低且能够大量生产的优点。
这种采用了非水电解液的二次电池以及电双层电容等的电化学器件，由于空气中的水分侵入到内部而急剧劣化是公知的。
为此，在这些二次电池或电双层电容的制造过程中，对外装体密封前的材料，全部进行干燥而除去水分，进一步进行能够使其在密封后的使用环境中承受的密封。还有，外装体采用没有针孔的铝箔作为中间层，而外侧采用保护层(树脂制保护层)、内侧采用密封层(树脂制密封层)的材料，在层叠体含浸非水电解液之后收纳到外装体，并以将该外装体外周部的树脂制保护层的相互之间，通过加热与施加压力进行熔化粘接的方式完成密封。
如上所述，电双层电容等中用于防止水分向内部的侵入的发明，公开在以下的JP特开平10-291081号公报、WO01/056093号公报、JP特开2001-68073公报中。
JP特开平10-291081号公报所记载的发明涉及到积层复合材料的接合方法，该方法的步骤为：将低熔点材料彼此的面重叠在一起，加热接合部而软化低熔点材料，利用具有比接合部的宽度更窄的截面的凸状部的金属模进行加压压缩而排出低熔点材料，被排除的低熔点材料在接合部的外侧形成树脂存留区而接合，并对高熔点材料彼此进行超声波接合。
WO01/056093号公报所记载的发明为层叠有金属层与树脂层的薄膜的一部分被粘合在一起的袋状结构的非水溶剂含有物用包装体，具有夹在金属层之间的粘合部的厚度越靠近包装体的内侧厚度越薄的结构。
JP特开2001-68073公报所记载的发明为将电解质封入到铝层压材料内的电池的包装体，铝层压材料具有，单侧面上形成有高分子层，将铝彼此重叠而进行熔融，将其作为融着部分，而通过该固化了的融着部分将铝彼此熔着接合的结构。
但是，在前述JP特开平10-291081号公报所记载的发明中，利用金属模进行加压压缩将低熔点材料从接合部排出，可是由于金属模与被其加压的材料是面接触，所以很难使压力充分且均匀，从而存在无法完全排出低熔点材料的同时，粘接力大幅度下降的问题。还有，通过利用金属模加压而使铝邻近的部分位于粘接部的大致中央，其粘接宽度内的外侧存在树脂层，因此存在无法充分抑制从外部的水分的侵入的问题。
WO01/056093号公报所记载的发明，具有将夹在金属层之间的粘合部的厚度方向上靠近内侧的部分形成为比较薄的结构，因此粘接宽度变长，从而无法在粘接宽度较短的电双层电容等上利用，进一步，金属层邻近的部分靠近粘接部的内侧，因此粘接部的外侧连续存在树脂，而存在无法充分抑制水分的侵入的问题。进一步，该专利文献2所记载的发明中，存在产生粘接剂层变薄的部分而粘接力降低的问题。
JP特开2001-68073公报所记载的发明是通过熔融了的铝将铝彼此融着粘接，所以熔着部上不存在树脂层，但由于铝比较脆弱，而在接合部附近发生裂纹，存在水分从这里侵入的可能性。进一步，该发明中需要用于熔融粘接铝的特殊设备，而在制造成本以及批量生产率上存在问题。
发明内容
本发明鉴于上述以往的问题，其目的在于提供一种能够降低向外装体内部的水分子的侵入而能够抑制劣化的电化学器件以及其制造方法。
本发明人经研究的结果发现，通过将构成外装体的铝等的金属层在比其内侧的树脂制密封材料更靠外侧的位置形成为使前端邻近或者接触的结构，由此能够构成以简单的工序制造，且可降低水分子的侵入的电化学器件。
就是说，通过以下的本发明，可以解决上述课题。
(1)、一种电化学器件，具有外装体与层叠体，前述外装体是将2张每个至少层叠金属层以及树脂制密封层而构成的金属层压材料，以使树脂制密封层成为内侧的方式将外周部粘合在一起而构成的，而前述层叠体是将正极片、隔板、负极片层叠而构成的，并且前述层叠体以含浸非水电解液的状态被收纳、密封于前述外装体内，其特征在于，
在前述外装体的最外周部的至少一部分，前述2张金属层压材料的金属层外周端部之间的距离下欧邻接于内侧的2层树脂制密封层22的厚度之和，并且，粘合在一起的2层树脂制密封层的最外周端面的至少一部分被前述金属层的外周端部覆盖住。
(2)、如上述(1)所述的电化学器件，其特征在于，前述2张金属层压材料中的一张金属层压材料，形成为大致平面的形状，而另一张金属层压材料形成为具有对前述层叠体进行收纳的收纳凹部和其周围的平面部的结构。
(3)、如上述(1)或者(2)所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层的外周端部之间的距离为前述粘合在一起的2层树脂制密封层的厚度之和的1/2以下。
(4)、如上述(1)～(3)的任何项所述的电化学器件，其特征在于，粘合在一起的2层树脂制密封层的外周端部的截面形状为，面向外装体的厚度方向的一方，向斜向外侧前端变细的楔子形状，与前述前端变细的方向相反方向侧的金属层的外周端部紧贴在前述树脂制密封层的楔子形状的外周端部的外侧面，并且，形成面向外装体的厚度方向的一方，向斜向外侧前端变细的楔子形状。
(5)、如上述(1)～(4)的任何项所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层由铝、以铝为主成分的合金中的任意一种构成，而且，其厚度为15μm以上、50μm以下。
(6)、如上述(1)～(5)的任何项所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层压材料是，分别在前述金属层的一侧的面上层叠前述树脂制密封层，而在另一侧面上层叠树脂制保护层而构成的。
(7)、一种电化学器件的制造方法，用于制造具有外装体与层叠体的电化学器件，前述外装体是将2张每个至少层叠金属层以及树脂制密封层而构成的金属层压材料，以使树脂制密封层成为内侧的方式将外周部粘合在一起而构成的，而前述层叠体是将正极片、隔板、负极片层叠而构成的，并且前述层叠体以含浸非水电解液的状态被收纳、密封于前述外装体内，其特征在于，包括：将前述正极片、隔板以及负极片加工成规定的形状，并在正极片与负极片之间隔着隔板而形成层叠体的工序；以在该层叠体含浸非水电解液的状态收纳到前述外装体内部的工序；在比前述层叠体更靠外侧的位置，对前述2张金属层压材料的树脂制密封层进行热熔融粘接的工序；加热前述外装体的成为产品最终形状的部分，并且，边施加压力边进行碾压的工序；在前述外装体上的前述碾压位置，通过前端为锐角的压切刀刃，将金属层以及树脂制密封层向着厚度方向的一方进行剪切的工序。
本发明是在电池或者电双层电容等的电化学器件中，在收纳含浸了非水电解液的层叠体的外装体的最外周部，通过使构成外装体的金属层压材料的金属层相互邻近或者接触的结构，能够有效地抑制水分子向外装体的侵入。
还有，不需大幅度增大工序以及制造成本，而能够简单地制造这样的电化学器件。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的电化学器件的立体图。
图2是沿着图1中的Ⅱ-Ⅱ线的放大剖面图。
图3是表示本发明的实施例1的电化学器件的制造过程的层叠体的收纳步骤的立体图。
图4是表示在该制造过程中将层叠体收纳到外装体内的状态的立体图。
图5是表示在该制造过程中对外装体的外周部进行了热熔融粘接的状态的立体图。
图6是沿着图5中的Ⅵ-Ⅵ的放大剖面图。
图7是表示在该实施例的制造工程中的外装体最外周部被剪切之前的状态的放大剖面图。
图8是表示完成切断后的状态的放大剖面图。
图9是表示电化学器件的制造方法的实施例的流程图。
具体实施方式
将2张在铝等金属层的一面层叠树脂制密封材料而在另一面层叠树脂制保护层而构成的金属层压材料，以使树脂制密封层成为内侧的方式将外周部粘合在一起而构成外装体，并向该外装体中，以在层叠了正极片、隔板、负极片的层叠体含浸非水电解液的状态进行收纳，还有，将外装体的最外周部的至少一部分按照以下方式构成：使粘贴的2张金属层压材料中的金属层的外周端部之间的距离小于在其内侧的2层树脂制密封层的厚度，而且，使金属层的外周端部覆盖该2层树脂制密封层的外周端面的一部分或全部。
实施例1
以下，参照附图1～图3，对于本发明的实施例1进行说明。
本实施例1的电化学器件10为二次电池或电双层电容器，在由收纳部金属层压材料14和盖部金属层压材料12构成的外装体16内，以含浸非水电解液的状态收纳、密封层叠体18而构成。
前述盖部金属层压材料12的构造是一种层压结构，该层压结构是在由铝或以铝为主成分的铝合金构成的金属层20A的一面上层叠树脂制密封层22A，而在另一面上层叠树脂制保护层24A。还有，前述收纳部金属层压材料14构造是一种层压构造，该层压构造与前述盖部金属层压材料12的构造相同，是在由铝或以铝为主成分的铝合金构成的金属层20B的一面上层叠树脂制密封层22B，而在另一面上层叠树脂制保护层24B。
还有，前述层叠体18是层叠正极片26A、隔板26B、负极片26C而构成的。图1中的符号27A、27B分别表示正极片26A和负极片26C的引线端子。
如图2所示，前述盖部金属层压材料12沿着层叠体18的一面(图2中是上表面)形成为大致平面形状。
还有，另一个收纳部金属层压材料14是具有收纳前述层叠体18的收纳凹部15以及作为其周围的平面部的粘合区域17的结构。
从而，变成以下的结构：将层叠体18收纳到形成在收纳部金属层压材料14的前述收纳凹部15内，而将其以盖部金属层压材料12盖住。
前述盖部金属层压材料12和收纳部金属层压材料14，在这两者重叠的范围内的层叠体18的外侧位置的前述粘合区域17上，前述树脂制密封层22A、22B彼此热熔融粘接在一起。
进而，在外装体16的最外周部28上，前述2层树脂制密封层22A、22B的外周端部23A、23B，形成面向远离盖部金属层压材料12的表面的方向而向斜向外侧前端变细的楔子的形状，进一步，盖部金属层压材料12的金属层20A的外周端部21A紧贴在前述树脂制密封层22A、22B的外周端部23A、23B的外侧面，并且，形成面向接近收纳部金属层压材料14的金属层20B的外周端部21B的方向而向斜向外侧前端变细的楔子形状。
在此，盖部金属层压材料12的树脂制密封层24A以及金属层20A的外周端部25A、21A、收纳部金属层压材料14的金属层20的外周端部21B、还有树脂制保护层24B的外周端部25B，形成有连续的锥形外周面29。
该实施例1的电化学器件10中，树脂制密封层22A、22B的外周端部23A、23B的外侧是通过盖部金属层压材料12的金属层20A的外周端部21A覆盖住，而且，外周端部21A为与收纳部金属层压材料14的金属层20B的外周部21B相接触的结构，因此可抑制空气中的水分透过构成密封材料的树脂而侵入到外装体16的内部。
进而，该实施例1中，由于2层金属层20A、20B的外周端部21A、21B的外侧不存在密封层或者树脂层，所以能够更加有效地抑制水分的侵入。
在该实施例1中，前述金属层20A、20B的外周端部21A、21B相互接触，但本发明并非仅限于此，只要外周端部21A、21B之间的距离比邻接于其内侧的2层树脂制密封层22的厚度之和小，则变成树脂制密封层22的外周端部23A、23B的至少一部分被金属层20A覆盖住，因此在该范围内，能够抑制水分的侵入。还有，前述金属层20A、20B的外周端部21A、21B之间的距离，最佳设定为前述相粘合的2层树脂制密封层22A、22B的厚度之和的1/2以下。
还有，该实施例1中，从外装体16的俯视角度上看，除了前述引线端子27A、27B突出的边以及从盖部金属层压材料12到收纳部金属层压材料14的折弯接触部的边以外，均形成有前述外周端部21A、21B、23A、23B、25A、25B，但本发明也适用于只在外装体16的最外周部28的一部分形成这些外周端部21A～25B的情况。
在此，前述盖部金属层压材料12以及收纳部金属层压材料14的金属层20，只要是铝、以铝为主成分的合金、其他的金属即可。还有，铝或者铝合金的情况下，其厚度最佳为15μm以上、50μm以下。
这是因为，厚度不到15μm的情况，在铝、以铝为主成分的合金上易发生针孔，而若15μm以上且50μm以下，则能够完全消除在铝、或者以铝为主成分的合金上的针孔的影响。
实施例2
接着，针对电化学器件的制造方法的实施例2，参考图3～图8以及图9的流程图进行说明。
首先，在步骤101中，将具有一面上层叠树脂制密封层而另一面上层叠树脂制保护层的结构的金属层压材料水平放置，并将其一半作为盖部金属层压材料12，而将剩下的一半作为收纳部金属层压材料14(参考图3)。收纳部金属层压材料14上，事先形成有收纳凹部15。
在下一个步骤102中，向前述收纳部金属层压材料14的收纳凹部15内层叠正极片26A、隔板26B、负极片26C而构成层叠体18，在下一个步骤103中，在层叠体18含浸非水电解液。在步骤104中，将盖部金属层压材料12折弯，使其成为图4的形状。
此外，也可以在层叠体18含浸非水电解液以后再设置在收纳凹部15内。
在步骤105中，根据一定的条件，例如190℃、1MPa、3秒钟的条件，将上述盖部金属层压材料12与收纳部金属层压材料14在粘合领域17(参考图6)的范围内进行热熔融粘接，此时注意不要让层叠体18受到热以及压力的影响。
在下一个步骤106中，以在图5中利用双点划线表示的修整线30为中心，以200℃加热成为产品的最终形状的部分，并边施加压力边进行碾压。
接着，在步骤107中，通过具有锐角的前端的压切刀刃32的前端，沿着前述修整线30对粘合在一起的盖部金属层压材料12以及收纳部金属层压材料14以如图7、图8所示的方式进行剪切，而形成前述外周端部21A～25B。
此时，通过锐角的压切刀刃32，被粘合在一起的盖部金属层压材料12与收纳部金属层压材料14切断成V字形。图7、图8中的附图标记34是压切刀刃32的承受台，其沿着修整线30从图中的下方支撑外装体16。
通过前述锐角的压切刀刃32进行剪切时，盖部金属层压材料12的树脂制保护层24A、金属层20A、树脂制密封层22A以及收纳部金属层压材料14的树脂制密封层22B、金属层20B以及树脂制保护层24B的、图8中沿着剪切截面的材料向下方向流动，而构成如前所述的外周端部21A～25B，这些外周端部，构成沿着压切刀刃32的锥形外周面29，由此，形成图2所示的状态。
此外，在上述实施例中，盖部金属层压材料12以及收纳部金属层压材料14分别具有树脂制保护层24A、24B，但本发明并非仅限与此，也适用于不设置树脂制保护层24A、24B的情况。

Claims (12)

1.一种电化学器件，具有外装体与层叠体，前述外装体是将2张每个至少层叠金属层以及树脂制密封层而构成的金属层压材料，以使树脂制密封层成为内侧的方式将外周部粘合在一起而构成的，前述层叠体是层叠正极片、隔板、负极片而构成的，并且前述层叠体以含浸非水电解液的状态被收纳、密封于前述外装体内，其特征在于，
在前述外装体的最外周部的至少一部分，前述2张金属层压材料的金属层的外周端部之间的距离小于邻接于内侧的粘合在一起的2层树脂制密封层的厚度之和，并且，粘合在一起的2层树脂制密封层的最外周端面的至少一部分被前述金属层的外周端部覆盖。
2.根据权利要求1所述的电化学器件，其特征在于，前述2张金属层压材料中的一张金属层压材料形成为大致平面形状，而另一张金属层压材料为具有收纳前述层叠体的收纳凹部和其周围的平面部的结构。
3.根据权利要求1所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层的外周端部之间的距离为前述粘合在一起的2层树脂制密封层的厚度之和的1/2以下。
4.根据权利要求2所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层的外周端部之间的距离为前述粘合在一起的2层树脂制密封层的厚度之和的1/2以下。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的电化学器件，其特征在于，
上述粘合在一起的2层树脂制密封层的外周端部的截面形状为面向外装体的厚度方向的一方而向斜向外侧前端变细的楔子形状，
与前述前端变细的方向相反方向侧的金属层的外周端部紧贴在前述树脂制密封层的楔子形状的外周端部的外侧面，并且，形成为面向外装体的厚度方向的一方而向斜向外侧前端变细的楔子形状。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层由铝、以铝为主成分的合金中的任意一种构成，且其厚度为15μm以上、50μm以下。
7.根据权利要求5所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层由铝、以铝为主成分的合金中的任意一种构成，且其厚度为15μm以上、50μm以下。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层压材料是分别在前述金属层的一侧面上层叠前述树脂制密封层，而在另一侧面上层叠树脂制保护层的结构。
9.根据权利要求5所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层压材料是分别在前述金属层的一侧面上层叠前述树脂制密封层，而在另一侧面上层叠树脂制保护层的结构。
10.根据权利要求6所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层压材料是分别在前述金属层的一侧面上层叠前述树脂制密封层，而在另一侧面上层叠树脂制保护层的结构。
11.根据权利要求7所述的电化学器件，其特征在于，前述金属层压材料是分别在前述金属层的一侧面上层叠前述树脂制密封层，而在另一侧面上层叠树脂制保护层的结构。
12.一种电化学器件的制造方法，上述电化学器件具有外装体与层叠体，前述外装体是将2张每个至少层叠金属层以及树脂制密封层而构成的金属层压材料，以使树脂制密封层成为内侧的方式，将外周部粘合在一起而构成的，而前述层叠体是层叠正极片、隔板、负极片而构成的，并且前述层叠体以含浸非水电解液的状态被收纳、密封于前述外装体内，其特征在于，包括：
将前述正极片、隔板以及负极片加工成规定的形状，并在正极片与负极片之间隔着隔板而形成层叠体的工序；
以在该层叠体含浸非水电解液的状态收纳到前述外装体内部的工序；
在前述层叠体的外侧位置，将前述2张金属层压材料的树脂制密封层进行热熔融粘接的工序；
加热前述外装体的成为产品最终形状的部分，并且，边施加压力边进行碾压的工序；
在前述外装体上的前述碾压位置，通过前端为锐角的压切刀刃，将金属层以及树脂制密封层向着厚度方向的一方进行剪切的工序。
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