JP2001076690A - 薄型電池の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外観良好で、また、軽量、高容量の薄型電池
を歩留まりよく得ることができる製造方法および製造装
置の提供。 【解決手段】 製造方法の発明は、薄板状の電極要素を
外装フィルムで被覆する工程と、前記電極要素リード端
子を導出させて外装フィルムの対向端縁部11a に加熱型
加圧具６，６′を位置合わせして配置する工程と、前記
加熱型加圧具６，６′で押圧して外装フィルムの対向端
縁部11a を熱融着して気密に封止する工程とを有する薄
型電池の製造方法であって、前記外装フィルムの対向端
縁部11a の被押圧端面と加熱型加圧具６，６′の押圧端
面6a，6a′との間に接離可能な剥離性フィルム８，８′
を介挿することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高容量化および小
形化に対応した薄型電池の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば携帯電話機、もしくは携帯型ノ
ートパーソナルコンピューターなどの電子機器のコード
レス化に当たっては、駆動電源として使用される二次電
池について、高容量化、小形化、軽量化などが求められ
ている。そして、この種の二次電池としては、リチウム
イオン二次電池などが知られているが、最近では、さら
に軽量化を図ることができる薄型電池に関心が払われて
いる。

【０００３】すなわち、正極層、ポリマ−電解質層およ
び負極層を重ね合わせ、熱・圧着により電池要素をシー
ト状に一体化構成し、各電極端子（リード端子）を導出
させながら外装フイルムで液密に封装して成るシート状
のポリマー電池（ポリマー電解質二次電池）が開発され
つつある（たとえば米国特許第 5,296,318号明細書）。

【０００４】ここで、正極層はリチウムイオンを吸蔵、
放出する炭素質材料（たとえばポリアニリン、ポリアセ
ン）および組成式 LiCoO₂ で示されるリチウムコバルト
複合酸化物を含有する正極シートである。また、負極層
はリチウムイオンの吸蔵、放出が可能な活物質を含むリ
チウム金属、炭素質およびリチウム合金系シートであ
る。なお、正極層および負極層は、柔軟性などを付与す
るために電解質保持性のポリマーを適宜含有するととも
に、集電体を有している。

【０００５】図３は、従来の薄型電池の要部構成を断面
的に示したものである。図３において、１はヘキサフロ
ロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体などのポリ
マ、およびリチウム塩などのエチレンカーボネート溶液
…非水電解液…で形成されたセパレーターの機能をする
電解質保持性のポリマ−電解質、２はリチウムイオンを
吸蔵、放出する金属酸化物などの活物質、非水電解液お
よび電解質保持性ポリマを含む正極層を集電体に積層し
て成る正極、３はリチウムイオンを吸蔵、放出する活物
質、非水電解液および電解質保持性ポリマを含む負極層
を集電体に積層して成る負極である。なお、ポリマ−電
解質系１、正極２および負極３の積層体は、電極要素を
形成する。

【０００６】また、４，５は前記正極２および負極３の
裏面側を被覆保護する外装フイルム（シート）、たとえ
ばポリイミド樹脂などの熱可塑性樹脂フィルム、あるい
は薄いアルミニウム層を内層するアルミニウムラミネー
トフィルムなどである。そして、正極２および負極３の
各集電体に電気的に接続するリード端子2a，3aを導出し
ながら、対向端縁部をたとえば熱融着させて気密に封着
してある。なお、外装フイルム４，５の対向端縁部4a，
5aの熱融着は、位置決め配置した加熱型加圧具で押圧し
て行っており、さらに、要すれば、前記熱融着した領域
の一部を切断除去し、薄型電池の外形加工を行ってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ポリマ
ー電池の製造方法、特に、外装フイルム４，５の対向端
縁部4a，5aの熱溶着による一体化および封止が、熱溶着
する対向端縁部4a，5aに、加熱型加圧具を位置決め配置
して押圧して行われる。そして、この加熱型加圧具を押
圧し、対向端縁部4a，5aを熱融着する段階で、溶融した
樹脂が食み出して、加熱型加圧具に付着する場合が往々
発生する。

【０００８】この溶融樹脂の食み出しは、加熱型加圧具
の付着・汚染を招来するだけでなく、その後の加熱加圧
による溶着にも悪影響を及ぼして、熱溶着の強度低下や
熱溶着部の汚染なども引き起こし、封止の信頼性や製造
歩留まり、および外観などが損なわれ易い問題を提起す
る。一方、加熱型加圧具に付着した樹脂を除去すること
により、信頼性の高い熱溶着・封止および良好な外観を
確保できるが、熱融着・封止作業を一時的に停止するこ
とになるので、生産性が大幅に損なわれる。

【０００９】上記食み出し樹脂による加熱型加圧具の付
着・汚染に対して、加熱型加圧具の押圧端面を耐熱性樹
脂フィルムで、一体的に被覆することも試みられてい
る。しかし、外装フィルムの封止領域を加熱型加圧具に
より圧着した後、その封止領域から耐熱性樹脂フィルム
が離れる時点では、前記封止領域の熱融着性樹脂が溶融
状態にあるため、耐熱性樹脂フィルムへの付着が依然と
して招来する。つまり、改善策も立てられているが、十
分な対策となっておらず、熱融着不良や溶融樹脂の糸引
きなどによる外観不良の発生を解消するに至っていな
い。

【００１０】本発明は、上記事情に対処してなされたも
ので、外観良好で、また、軽量、高容量の薄型電池を歩
留まりよく得ることができる製造方法および製造装置の
提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、薄板
状の電極要素を外装フィルムで被覆する工程と、前記電
極要素リード端子を導出させて外装フィルムの対向端縁
部に加熱型加圧具を位置合わせして配置する工程と、前
記加熱型加圧具で押圧して外装フィルムの対向端縁部を
熱融着して気密に封止する工程とを有する薄型電池の製
造方法であって、 前記外装フィルムの対向端縁部の被
押圧端面と加熱型加圧具の押圧端面との間に接離可能な
剥離性フィルムを介挿することを特徴とする薄型電池の
製造方法である。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載の薄型電
池の製造方法において、外装フィルムが対向面に熱溶着
性の樹脂層を有し、かつ金属箔を内層する多層型である
ことを特徴とする。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１もしくは請求
項２記載の薄型電池の製造方法において、外装フィルム
が薄いアルミニウム層を内層する多層型であるあること
を特徴とする。

【００１４】請求項４の発明は、押圧端面を対向させて
配置される一対の加熱型加圧具と、前記加熱型加圧具を
同軸的に進退させ、押圧端面で外装フィルムの対向端縁
部を熱圧着・開放する進退駆動機構と、前記外装フィル
ムの対向端縁部面−押圧端面間に架張され、熱圧着時に
両対向面間に介挿する一対の剥離性フィルムと、前記加
熱型加圧具の押圧端面の熱圧着・開放に応じ、前記介挿
させた剥離性フィルムを接離する剥離性フィルム接離機
構とを有することを特徴とする薄型電池の製造装置であ
る。

【００１５】請求項１〜４の発明において、薄板状の電
極要素は、一般的に、いわゆるリチウム電池、もしくは
リチウムイオン電池と呼称されるもので有る。また、電
極要素を封止する外装フィルムは、たとえば厚さ10〜 1
50μm 程度のポリイミド系樹脂フィルム、ポリエステル
樹脂フィルム、アラミド樹脂フィルム、あるいは薄い金
属層（箔）を内層したラミネートフィルムなどが挙げら
れる。

【００１６】また、外装フィルムの対向端縁部に、位置
合わせ・配置する一対の加熱型加圧具は、熱圧着する外
装フィルムの端縁部に対応した押圧端面を有するもの
で、この種の薄型電池の製造に使用される加熱源を内蔵
する加熱型加圧具ならいずれも使用できる。すなわち、
薄型電池の形状および熱融着・封止部に対応した押圧端
面を備え、かつ加熱源を内蔵するとともに、互いに対向
する押圧端面が同軸的に進退する用に構成された加熱型
加圧具を使用する。

【００１７】ここで、一対の加熱型加圧具の進退は、た
とえばエアーシリンダーもしくはオイルシリンダーなど
の進退駆動機構によって行われる。また、外装フィルム
端縁部の熱融着・封止に当たっては、加熱型加圧具の押
圧端面に対し、外装フィルムの端縁部をコンパクト化な
どを損なわない程度、外方に僅かながら延長させてお
き、外周縁に未熱溶着・封止部が形成（もしくは残存）
するように設定してもよい。

【００１８】請求項１〜４の発明において、外装フィル
ムの対向端縁部の被押圧面と加熱型加圧具の押圧端面と
の間に介挿する剥離性フィルムは、たとえばアラミド繊
維系などの耐熱性樹脂フィルムであり、機械的な強度や
耐久性を考慮すると、厚さ 0.1〜 0.3mm程度が好まし
い。そして、この剥離性フィルムは、外装フィルムの対
向端縁部の被押圧端面および加熱型加圧具の押圧端面に
対し、容易に接離できるように配置されている必要があ
る。

【００１９】すなわち、外装フィルムおよび加熱型加圧
具のいずれとも一体化せずに、両者間の接離・圧着に対
応して挟着・挟着開放が行われるように架張・配置され
ている。より具体的には、一対の加熱型加圧具の押圧端
面間に、この押圧端面からそれぞれ離し、かつ外装フィ
ルムの被押圧面からもそれぞれ離れた状態で、一対の剥
離性フィルムを架張・配置した構成を採る。

【００２０】そして、外装フィルムの被押圧面を加熱型
加圧具の押圧端面で圧着する時点で、架張・配置されて
いる一対の剥離性フィルムが、前記圧着動作に対応して
進退・開閉し、両外装フィルムの被押圧面と加熱型加圧
具の押圧端面との間に圧着・介挿したり、この圧着・介
挿を開放するように動作する。

【００２１】請求項１〜３の発明では、外装フィルムの
対向端縁部を加熱型加圧具の押圧端面で押圧し、対向端
縁部を熱融着して電極要素を気密に封止する際、被熱融
着面領域に、進退可能な剥離性フィルムが介挿される。
この剥離性フィルムの介挿に伴って、押圧で食み出した
溶融樹脂の加熱型加圧具に対する付着が回避ないし解消
され、加熱型加圧具は、常時、清浄な状態で所要の熱溶
着・封止に寄与する。

【００２２】一方、熱融着領域で食み出した樹脂は剥離
性フィルムに付着しても、その離型性によって容易に排
除できるし、また、その付着程度や排除の困難さによっ
ては、剥離性フィルムの着脱交換も容易であるため、生
産性などを損なうことなく、信頼性の高い外装封止が外
観良好に行われ、高品質の薄型電池を歩留まりよく提供
できる。

【００２３】請求項４の発明では、上記高品質の薄型電
池を量産的、かつ歩留まりよく提供できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図１(a) ，(b) および図２
(a) ，(e) を参照して実施例を説明する。

【００２５】図１は、実施例に係る製造装置の概略構成
を示すもので、(a) は側面図、(b)は正面図である。図
１(a) ，(b) において、６，６′は押圧端面6a，6a′を
対向させて同軸的に配置される一対の加熱型加圧具、
７，７′は前記加熱型加圧具６，６′を同軸的に進退さ
せ、押圧端面6a，6a′で外装フィルムの対向端縁部を熱
圧着・開放する進退駆動機構である。

【００２６】ここで、加熱型加圧具６，６′は、図示を
省略した加熱源（たとえば電熱ヒーター）を内蔵し、ま
た、被加工部である外装フィルムの熱融着封止幅および
長さに対応する押圧端面6a，6a′を有する構造と成って
いる。一方、加熱型加圧具６，６′を同軸的に進退させ
る進退駆動機構７，７′は、たとえばエアーシリンダー
であり、加熱型加圧具６，６′の押圧端面6a，6a′を平
行に進退させる。

【００２７】さらに、８，８′は被加工部である対向端
縁部面−押圧端面6a，6a′間に架張され、熱圧着時に両
対向面間に介挿する一対の剥離性フィルム、９，９′は
前記加熱型加圧具６，６′の押圧端面6a，6a′の熱圧着
・開放に応じ、前記介挿させた剥離性フィルム８，８′
を接離する剥離性フィルム進退駆動機構である。

【００２８】ここで、剥離性フィルム８，８′は、たと
えば厚さ 0.1〜 0.3mm 程度のアラミド繊維系樹脂フィ
ルムであり、その幅および長さは、前記加熱型加圧具
６，６′の押圧端面6a，6a′の幅および長さよりも若干
大きめに設定されている。また、この剥離性フィルム
８，８′は、それぞれ両端側が支持装着され、対を成す
進退駆動機構（たとえばエアーシリンダー）9a，9a′、
9b，9b′によって、対向して進退（接離）するように配
置されている。

【００２９】なお、図１(a) ，(b) において、10は被加
工体である外装フィルムを被覆した薄型電池11を位置決
め載置する支持体（たとえばターンテーブル）、12a は
一方の進退駆動機構７を含む加熱型加圧具６系を支持装
着する基台、12b は前記基台12a に直立的に設置された
筐体、12c は前記筐体12b に支持され他方の進退駆動機
構７′を含む加熱型加圧具６′系を支持装着する枠体で
ある。

【００３０】次に、上記製造装置の動作を模式的に示す
図２(a) 〜(d) を参照し、製造例を説明する。

【００３１】先ず、30×52mmに裁断する一方、集電体の
一部を延出させた（リード端子）を有するシート状正
極、集電体の一部を延出させ（リード端子）を有する同
形状のシート状負極、および外形寸法32×54mmに裁断し
たセパレータシート（固体ポリマー電解質素材）を用意
する。そして、シート状負極の両主面側に、固体ポリマ
ー電解質素材およびシート状正極を順次、位置決め積層
した後、 125℃に加熱した剛性ローラ間を通過させ、加
熱加圧して理論容量が90 mAhの非水電解液未含浸のユニ
ットセルを作製する。その後、前記ユニットセル（電池
要素部）を 100mlのｎ−デカン中に浸漬し、ユニットセ
ルから可塑剤(DBP）を溶出・除去してから、各シート状
電極のリード端子に対応する電極リードをそれぞれ接続
する一方、固体ポリマー電解質素材に電解液を含有させ
る。

【００３２】次いで、予め用意しておいた、厚さ 0.1mm
の外装樹脂フィルムの熱融着性樹脂面を内側とし、長辺
方向の中央部で折り曲げ（折り返し）、前記ユニットセ
ルを挟着・配置した。ここで、外装樹脂フィルムは、ポ
リエチレンテレフタレート樹脂フィルム、アルミニウム
箔、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムおよび酸
変性した主鎖がポリプロピレンカから成る熱融着性樹脂
フィルムの順で積層・一体化して成るラミネートフィル
ムである。また、外装樹脂フィルムの幅は、ユニットセ
ルを封装するとき、外周縁の幅 8mmを加熱型加圧具で加
圧・熱融着できるようにした。

【００３３】上記組み立て・配置ないし位置決めした被
加工体６を、図２(a) に示すように、支持体５上に位置
決め載置する。このとき、被加工体11の対向端縁部11a
が互いに対向隔離している剥離性フィルム８，８′を介
して加熱型加圧具６，６′の押圧端面6a，6a′に対向す
る状態になる。すなわち、被加工体11の被熱融着領域11
a 面に対し、隔離して剥離性フィルム８，８′が、さら
に、隔離して加熱型加圧具６，６′の押圧端面6a，6a′
が同一線上に位置する位置決め配置する。

【００３４】次に、図２(b) に示すように、エアーシリ
ンダー9a，9a′、9b，9b′を駆動し、被加工体11の被熱
融着領域11a 面に、剥離性フィルム８，８′対接させる
一方、エアーシリンダー７，７′を駆動し、加熱型加圧
具６，６′の押圧端面6a，6a′を剥離性フィルム８，
８′に対接させる。つまり、被加工体11の被熱融着領域
11a は、剥離性フィルム８，８′を介挿して、加熱型加
圧具６，６′の押圧端面6a，6a′の圧着により熱融着・
封止される。

【００３５】その後、図２(c) に示すように、エアーシ
リンダー７，７′を駆動し、加熱型加圧具６，６′を後
退させ、押圧端面6a，6a′を剥離性フィルム８，８′か
ら離し、さらに、図２(d) に示すように、エアーシリン
ダー9a，9a′、9b，9b′を駆動し、剥離性フィルム８，
８′を後退させて、被加工体11の熱融着領域11a 面から
離す。ここで、加熱型加圧具６，６′の後退から、剥離
性フィルム８，８′の後退までの時間（冷却時間）は、
1〜 2秒間程度で十分である。

【００３６】なお、前記加熱型加圧具６，６′および剥
離性フィルム８，８′の後退に当たって、前記押圧端面
6a，6a′および被熱融着領域11a 面のいずれに対して
も、剥離性フィルム８，８′が容易に離脱する。したが
って、前記被熱融着領域11a で食み出した樹脂が押圧端
面6a，6a′に付着する恐れも解消し、また、食み出した
樹脂の線引きの発生も回避される。つまり、熱融着樹脂
の付着、熱融着不良、電池の外観不良の発生などが全面
的に防止され、外観良好で、かつ外形寸法の揃った高品
質の薄型電池を歩留まりよく製造できる。

【００３７】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を
採ることができる。たとえば、電池要素の構成におい
て、シート状正極、固体ポリマー電解質素材（セパレー
タシート）、およびシート状負極の対に設定してもよい
し、また、ユニットセルの複数を積層した構成を採るこ
ともできる。さらに、外装樹脂フィルムも例示以外のラ
ミネートフィルムあるいは単純な樹脂フィルムでもよ
い。

【００３８】

【発明の効果】請求項１〜３の発明によれば、対向端縁
部を熱融着して電極要素を気密に封止する被熱融着面領
域において、押圧で食み出した溶融樹脂が加熱型加圧具
に対して付着する問題が回避ないし解消する。したがっ
て、加熱型加圧具は、常時、清浄な状態で所要の熱溶着
・封止に寄与する一方、熱融着領域で食み出した樹脂は
剥離性フィルムに付着しても、その離型性によって容易
に排除できる。すなわち、剥離性フィルムの着脱交換も
容易に行えるため、生産性などを損なうことなく、信頼
性の高く、かつ外観良好な外装封止を行えるので、高品
質の薄型電池を歩留まりよく提供できる。

【００３９】請求項４の発明によれば、上記高品質の薄
型電池を量産的、かつ歩留まりよく製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る製造装置の概略構成を示すもの
で、(a) は側面図、(b) は正面図。

【図２】(a) ，(b) ，(c) ，(d) は図１に図示した製造
装置による製造実施態様を工程順に示す模式図。

【図３】従来の薄型電池の概略構成を示す断面図。

【符号の説明】

６，６′……加熱型加圧治具 6a，6a′……加熱型加圧治具の押圧端面 ７，７′……加熱型加圧治具の進退駆動機構 ８，８′……剥離性フィルム 9a，9a′9b，9b′……剥離性フィルムの進退駆動機構 10……支持体 11……被加工体 11a ……外装フイルムの対向端縁部（被熱融着部） 12a ……基台 12b ……筐体 12c ……枠体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高山 元 東京都品川区南品川３丁目４番10号 東芝 電池株式会社内 Ｆターム(参考） 5H011 AA09 CC02 CC06 CC10 DD13 DD26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板状の電極要素を外装フィルムで被覆
   する工程と、 前記電極要素リード端子を導出させて外装フィルムの対
   向端縁部に加熱型加圧具を位置合わせして配置する工程
   と、 前記加熱型加圧具で押圧して外装フィルムの対向端縁部
   を熱融着して気密に封止する工程とを有する薄型電池の
   製造方法であって、 前記外装フィルムの対向端縁部の被押圧端面と加熱型加
   圧具の押圧端面との間に接離可能な剥離性フィルムを介
   挿することを特徴とする薄型電池の製造方法。
2. 【請求項２】 外装フィルムが対向面に熱溶着性の樹脂
   層を有し、かつ金属箔を内層する多層型であることを特
   徴とする請求項１記載の薄型電池の製造方法。
3. 【請求項３】 外装フィルムが薄いアルミニウム層を内
   層する多層型であるあることを特徴とする請求項１もし
   くは請求項２記載の薄型電池の製造方法。
4. 【請求項４】 押圧端面を対向させて配置される一対の
   加熱型加圧具と、 前記加熱型加圧具を同軸的に進退させ、押圧端面で外装
   フィルムの対向端縁部を熱圧着・開放する進退駆動機構
   と、 前記外装フィルムの対向端縁部面−押圧端面間に架張さ
   れ、熱圧着時に両対向面間に介挿する一対の剥離性フィ
   ルムと、 前記加熱型加圧具の押圧端面の熱圧着・開放に応じ、前
   記介挿させた剥離性フィルムを接離する剥離性フィルム
   接離機構と、を有することを特徴とする薄型電池の製造
   装置。