JP2005259391A - フィルム外装電池の製造装置およびフィルム外装電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱融着後の冷却過程で樹脂フィルムの一部の膜厚が薄くなることで絶縁性が低下してしまうのを防止することができるフィルム外装電池の製造装置およびフィルム外装電池の製造方法を提供する
【解決手段】 ヒータ５０の押圧面５１には、ヒータ５０の中心線よりも内側面５３側に凹部５２が形成されている。ラミネートフィルム５、６の熱融着部７の熱融着は、ヒータ５０の内側面５３側にフィルム外装電池１の電池要素２が内包された側を配置し、外側面５４側に熱融着部７の外縁側を配置した状態で、各ヒータ５０によって挟み込んで押圧加熱して行う。ヒータ５０の奥行きがＬのとき、押圧加熱することで凹部５２に形成されるラミネートフィルム５、６の凸部５ａ、６ａの断面積の総和２Ｓと、樹脂溜まり６０ａ１の溜まり量Ｄとの関係は２Ｓ・Ｌ＞Ｄを満たす。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池要素をフィルムからなる外装材に収納したフィルム外装電池、および複数のフィルム外装電池を電池要素の厚み方向に積層した積層型組電池に関する。

従来、熱融着性のフィルムを外装材として用いたフィルム外装電池としては、金属層と熱融着性樹脂層とを積層したラミネートフィルムで電池要素を包囲し、電池要素に接続された正極および負極のリード端子をラミネートフィルムから引き出した状態でラミネートフィルムの開放した縁部を熱融着（シール）することによって、電池要素を気密封止（以下、単に「封止」ともいう）した構成のものが知られている。

図６に、従来の、熱融着性のフィルムを外装材として用いたフィルム外装電池の分解斜視図を、また、ラミネートフィルムの縁部の従来の熱融着方法を図７に示す。

フィルム外装電池１０１は、電池要素１０２と、電池要素１０２に設けられた正極集電部１０３ａおよび負極集電部１０３ｂと、電池要素１０２を電解液とともに収納する、２枚のラミネートフィルム１０５、１０６からなる外装体と、正極集電部１０３ａに接続された正極タブ１０４ａと、負極集電部１０３ｂに接続された負極タブ１０４ｂとを有する。

電池要素１０２は、複数の正極板と複数の負極板とを、セパレータを介して交互に積層して構成されている。

電池要素１０２をその厚み方向両側から挟んで包囲する２枚のラミネートフィルム１０５、１０６の代表的な例としては、アルミニウム薄膜である金属層１１１の片面に熱融着性を有する熱融着性樹脂層１１０を積層するとともに、他方の面に保護フィルム１１２を積層してなる３層ラミネートフィルムが挙げられる。

このような構成のフィルム外装電池１０１のラミネートフィルム１０５、１０６は図７に示すようにして熱融着部１０５ａ、１０６ａが熱融着されて封止される。

まず、熱融着性樹脂層１１０が互いに向かい合うようにして電池要素１０２をその厚み方向両側から挟み、熱融着部１０５ａ、１０６ａを押圧面１５１が対向するようにして配置された２つのヒータ１５０の間に配置する。次いで、ヒータ１５０によって上下から（矢印ａ方向）挟み込んで圧力を印加しながら加熱する。この押圧および加熱により熱融着部１０５ａ、１０６ａの熱融着性樹脂層１１０が溶融して熱融着されることとなる。

ラミネートフィルムの熱融着部をヒータで挟み込んで圧力をかけながら加熱すると、図８に示すように、溶融した熱融着性樹脂は、熱融着部から電池内部および電池外部（図示せず）へとはみ出して樹脂溜まり１６０を形成することとなる。ヒータ１５０により、熱融着部１０５ａ、１０６ａを融着させた後、ヒータ１５０をラミネートフィルム１０５、１０６から離反させて冷却固化させることで熱融着部１０５ａ、１０６ａを互いに融着させる。電池の周辺部をこのようにして熱融着して封止することで、電池内部からの電解液の漏洩を防止することができる構成となる。

特許文献１では、熱融着による密着性を向上させることを目的として上型および下型に凹部を形成したヒータを用いて熱融着し、熱融着部に凸部を形成する製造方法が開示されている。
特開２００１−２２９８８９号公報

しかしながら、樹脂溜まりが形成された状態で熱融着部が冷却固化されると以下のような問題を生じる場合がある。

熱融着性樹脂層の線膨張率はアルミニウム薄膜である金属層よりも大きい。すなわち、金属層の収縮量に比べ熱融着性樹脂層の収縮量が大きいので、冷却固化する際に、図９に示すように、樹脂溜まり１６０が破線で示す領域まで収縮し、樹脂溜まり１６０近傍の熱融着性樹脂層１１０をも樹脂溜まり１６０の方に引き込んでしまう。この樹脂の引き込みにより樹脂溜まり近傍の熱融着性樹脂層に膜厚の薄い領域１７０が形成されることとなり、この領域１７０の絶縁性が他の領域に比べて低くなってしまうという問題を生じる場合がある。また、領域１７０の場所に、熱融着性樹脂のマイクロクラックが生じる場合もある。このマイクロクラックが発生すると、その大小にもよるが、大きなものになると、封止性能に影響を及ぼす。

熱融着部における樹脂溜まりの発生を防止するには、熱融着部からの溶融した樹脂の流れを阻止する必要がある。例えば、ヒータに凹部を形成し、この凹部にてラミネートフィルムに凸部を形成し、この凸部に樹脂を溜め込む方法が考えられる。

特許文献１では、正極及び負極の突出部とフィルムとが接する部分に設けられた凹部に溶融された樹脂を溜める電池の製造方法が開示されているが、これは、引き出し端子とフィルムの密着性を向上させることで電解液の漏洩を防止するものであり、上述のような樹脂溜まりに起因する絶縁性の低下やマイクロクラックの発生という問題についての認識は一切なされていない。よって、樹脂溜まりを生じさせないために必要な凹部の寸法についての検討も一切なされていない。

樹脂の引き込みにより形成された樹脂溜まり近傍の熱融着性樹脂層に膜厚の薄い領域１７０に生じるマイクロクラックがもし限度を超えて大きくなると金属層まで達するおそれもある。マイクロクラックが金属層まで達すると、電解液が金属層と直接接触する危険性がある。電解液が金属層と直接接触することで、金属層から異種金属が電解液中に溶出して電極表面に析出したり、リチウムイオン二次電池の場合には、溶出した異種金属が電解液中のリチウムイオンと合金化するため、金属層に腐食が生じるおそれもある。

そこで、本発明は、熱融着後の冷却過程で樹脂フィルムの一部の膜厚が薄くなることで絶縁性が低下してしまうことや、マイクロクラックの発生を防止することができるフィルム外装電池の製造装置およびフィルム外装電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のフィルム外装電池の製造装置は、複数の正極板と複数の負極とを対向させて積層させた電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、熱融着性樹脂層を内側にして電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで電池要素を封止する外装体フィルムとを有するフィルム外装電池の熱融着に用いる、押圧面により接合部を押圧加熱することで熱融着するヒータを有するフィルム外装電池の製造装置において、接合部の、電池要素を内包する側の端部に樹脂溜まりを形成しようとする熱融着性樹脂層の樹脂を貯留する凸部を外装体フィルムに形成する凹部がヒータの押圧面に形成されていることを特徴とする。

上記のとおり構成された本発明のフィルム外装電池の製造装置は、凸部を外装体フィルムに形成するための凹部がヒータの押圧面に形成されている。すなわち、ヒータの凹部によって形成された外装体フィルムの凸部は、接合部の中心から電池要素を内包する側に向けて流れて樹脂溜まりを形成しようとする溶融した樹脂を溜めることができるため、接合部の電池要素を内包する側に大きな樹脂溜まりが形成されるのを防止することができる。よって、樹脂溜まりが冷却固化する際に、樹脂溜まりが近傍の樹脂を樹脂溜まりの方に引き込む樹脂量を少なくすることができる。

また、本発明のフィルム外装電池の製造装置は、電池要素を内包する側の端部に樹脂溜まりを形成しようとする溶融した熱融着性樹脂層の量をＤ、凸部の断面積を２Ｓ、ヒータの奥行きをＬとしたとき、凹部が、２Ｓ・Ｌ＞Ｄを満たすように凸部を形成するようにすることで、接合部の中心から電池要素を内包する側に向けて流れる樹脂を全て凸部に溜めることができるため好適である。

また、本発明のフィルム外装電池の製造装置は、ヒータの電池要素を内包する側の面であるヒータ内側面から凹部までの距離をＶとし、ヒータ内側面から凹部までの間の押圧面から凹部に向けて流れる溶融した熱融着性樹脂層の量をｄとしたとき、凹部が、２Ｓ・Ｌ＞Ｄ＋ｄを満たすように凸部を形成するものであってもよい。この場合、ヒータ内側面からＶ／２の位置を境に、ヒータ内側面から凹部に向かい流れる樹脂を凸部内に溜めることができ、よって、樹脂溜まりをより小さくすることができる。

また、本発明のフィルム外装電池の製造装置のヒータにおける、ヒータの電池要素を内包する側の面であるヒータ内側面から凹部までの距離Ｖは、距離Ｖの部分を残しつつ凹部を形成する加工の難易度、距離Ｖの部分が接合部を押圧加熱する際の応力に耐え得る強度を確保できるかどうか、さらにはヒータ内側面からＶ／２の位置を境に凹部からヒータ内側面５３に向かう流れによる樹脂溜まりをできるだけ小さくすることを考慮して、０．０５〜２ｍｍの範囲内とするのが好ましい。

本発明のフィルム外装電池の製造方法は、複数の正極板と複数の負極とを対向させて積層させた電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、熱融着性樹脂層を内側にして電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで電池要素を封止する外装体フィルムとを有するフィルム外装電池の製造方法において、押圧面に凹部が形成されているヒータであって、凹部が、接合部の中心に対応するヒータの中心から、ヒータの電池要素を内包する側の面であるヒータ内側面より距離Ｖだけ空けた位置までの間に形成されているヒータを用意する工程と、ヒータの押圧面で接合部を押圧加熱し、凸部を外装体フィルムに形成して凸部に樹脂溜まりを形成しようとする樹脂を貯留させる工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明のフィルム外装電池の製造方法は、電池要素を内包する側の端部に樹脂溜まりを形成しようとする溶融した熱融着性樹脂層の量をＤ、凸部の断面積を２Ｓ、ヒータの奥行きをＬとしたとき、凹部によって、２Ｓ・Ｌ＞Ｄを満たすように凸部を形成するものであってもよい。

また、本発明のフィルム外装電池の製造方法は、ヒータの電池要素を内包する側の面であるヒータ内側面から凹部までの距離をＶとし、ヒータ内側面から凹部までの間の押圧面から凹部に向けて流れる溶融した熱融着性樹脂層の量をｄとしたとき、凹部によって、２Ｓ・Ｌ＞Ｄ＋ｄを満たすように凸部を形成するものであってもよい。

本発明によれば、ヒータの凹部によって外装体フィルムに凸部を形成し、この凸部に溶融した樹脂を溜めることができるため、接合部の電池要素を内包する側に大きな樹脂溜まりが形成されるのを防止することができる。これにより、冷却固化時に、樹脂溜まりが近傍の熱融着性樹脂層の樹脂を引き込む樹脂量を少なくすることができ、よって、熱融着性樹脂層が薄くならず、絶縁性の低下の防止およびマイクロクラックの発生を防止することができる。さらには、凸部に溜まった樹脂により接着強度を向上させることができる。

図１は、本実施形態によるフィルム外装電池の分解斜視図である。

フィルム外装電池１は、電池要素２と、電池要素２に設けられた正極集電部３ａおよび負極集電部３ｂと、電池要素２を電解液とともに収納する、２枚のラミネートフィルム５、６からなる外装体と、正極集電部３ａに接続された正極タブ４ａと、負極集電部３ｂに接続された負極タブ４ｂとを有する。

電池要素２は、複数の正極板と複数の負極板とを、セパレータを介して交互に積層して構成されている。

各正極板はアルミニウム箔に正極電極が塗布されており、負極は銅箔に負極電極が塗布されており、積層領域から延出している、電極材料が塗布されていない延出部は、正極板の延出同士、および負極板の延出部同士がそれぞれ一括して超音波溶接されて、中継部である正極集電部３ａおよび負極集電部３ｂが形成される。これと同時に正極集電部３ａへの正極タブ４ａの接続、および負極集電部３ｂへの負極タブ４ｂの接続も超音波溶接がなされる。

外装体は、電池要素２をその厚み方向両側から挟んで包囲する２枚のラミネートフィルム５、６からなる。各ラミネートフィルム５、６は、熱融着性を有する熱融着性樹脂層１０、金属層１１、および保護層１２を積層してなる（図５等参照）ものであり、ＰＰ（ポリプロピレン）からなる熱融着性樹脂層１０が電池の内側の層となるようにしてラミネートフィルム５、６の熱融着部７を熱融着することで、電池要素２が封止される。

ラミネートフィルム５、６としては、電解液が漏洩しないように電池要素２を封止できるものであれば、この種のフィルム外装電池に用いられるフィルムを用いることができ、一般的には、金属薄膜層と熱融着性樹脂層とを積層したラミネートフィルムが用いられる。この種のラミネートフィルムとしては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの金属箔に厚さ３μｍ〜２００μｍの熱融着性樹脂を貼りつけたものが使用できる。金属箔、すなわち、金属層１１の材質としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などが使用できる。熱融着性樹脂、すなわち、熱融着性樹脂層１０としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。また、保護層１２としては、ナイロン等が好適である。

図２は、フィルム外装電池の製造装置のうちの、ラミネートフィルムの熱融着部を熱融着するヒータの側断面図である。

本実施形態のフィルム外装電池の製造装置は、２つのヒータ５０が、押圧面５１が互いに対向するようにして矢印Ａ方向に移動可能に有している。ラミネートフィルム５、６の熱融着部７の熱融着は、熱融着部７を各ヒータ５０によって挟み込んで押圧加熱して行う。ラミネートフィルム５、６の熱融着部７は、ヒータ５０の内側面５３側にフィルム外装電池１の電池要素２が内包された側が配置され、外側面５４側に熱融着部７の外縁側が配置される。

これら各ヒータ５０の押圧面５１には、ヒータ５０の中心線よりも内側面５３側に凹部５２が形成されている。すなわち、凹部５２は、押圧面５１の内側面５３から距離Ｖだけ空けた位置に形成されている。

これらヒータ５０に形成されている凹部５２の寸法は以下の手順によって決定されている。この決定手順について図３および図４のモデル図を用いて説明する。なお、各図においては、ヒータに挟まれて押圧加熱された熱融着性樹脂層の流動状況をより理解しやすくするため、ラミネートフィルム５、６の金属層１１および保護層１２についてはまとめて１本のラインとして示し、また、熱融着性樹脂層もヒータに挟まれている領域のみ示している。さらに、押圧加熱により押し出された樹脂溜まりは独立した固まりとして記載している。

まず、凹部が形成されていないヒータにより押圧加熱された際の、ラミネートフィルムの周縁部における樹脂の流動状況を、図３に示す模式図により説明する。

ここでは、ラミネートフィルム５、６の各熱融着性樹脂層１０の１枚の初期厚さをＴとし、熱融着により潰れた後の厚さをｔとする。また、凹部が形成されていないヒータ５０ａの幅をＷとし、ヒータ５０ａの奥行きをＬ（図示せず）とする。

ラミネートフィルム５およびラミネートフィルム６を２枚重ねることで、熱融着性樹脂層１０の厚さは２Ｔとなる（図３（ａ））。

厚さ２Ｔの熱融着性樹脂層１０をヒータ５０ａ間に配置して上下からヒータ５０ａにより押圧加熱することで、幅Ｗのヒータ５０ａに挟まれた領域の熱融着性樹脂層１０は溶融し、潰れて厚さ２ｔとなる（図３（ｂ））。よって、樹脂の潰れ量Ｐは、
Ｐ＝（２Ｔ−２ｔ）Ｗ・Ｌ ・・・（１）
となる。ここで、押し潰された分の熱融着性樹脂層１０、すなわち、潰れ量Ｐの樹脂は中心線Ｂを境に内側面５３ａ方向と外側面５４ａ方向とに二分して押し出され、それぞれ樹脂溜まり６０ａ１、６０ａ２を形成するとするならば、熱融着された領域の両側にできた樹脂溜まり６０ａ１、６０ａ２の各溜まり量Ｄは、それぞれ、
Ｄ＝Ｐ／２＝（Ｔ−ｔ）Ｗ・Ｌ ・・・（２）
で表されることとなる。

次に、凹部５２が形成されたヒータ５０により押圧加熱された際の、ラミネートフィルムの周縁部における樹脂の流動状況を、図４に示す模式図により説明する。なお、凹部５２の幅、および内側面５３から凹部５２までの間の距離Ｖは、ヒータ５０の幅Ｗに比べて十分小さいものとする。

ラミネートフィルム５およびラミネートフィルム６を２枚重ねることで、熱融着性樹脂層１０の厚さは２Ｔとなる（図４（ａ））。

厚さ２Ｔの熱融着性樹脂層１０をヒータ５０間に配置して上下からヒータ５０により押圧加熱することで、幅Ｗのヒータ５０に挟まれた領域の熱融着性樹脂層１０は溶融し、潰れて厚さ２ｔとなる（図４（ｂ））。このとき、樹脂の潰れ量Ｐは、凹部が形成されていないヒータによって押圧加熱された場合と同様に（１）式で表され、Ｐ＝（２Ｔ−２ｔ）Ｗ・Ｌとなるが、ヒータ５０の熱融着された領域の両側に流れ出る樹脂の量は、ヒータ５０には凹部５２が形成されているため、内側面５３に形成される樹脂溜まり６０’と外側面５４に形成される樹脂溜まり６０とでその量は異なる。

すなわち、ヒータ５０に凹部５２が形成されているため、ラミネートフィルム５、６の熱融着部７をヒータ５０で挟み込み、押圧加熱することで凸部５ａ、６ａがそれぞれ形成され、この凸部５ａ、６ａ内に、中心線ｃから内側面５３に向かって流れる熱融着性樹脂層１０が入り込む。このため、内側面５３に形成される樹脂溜まり６０’と外側面５４に形成される樹脂溜まり６０とでその量が異なることとなる。

ここで、凸部５ａ、６ａの断面積の総和を２Ｓとし、
２Ｓ・Ｌ＞Ｄ ・・・（３）
となるようにすれば、中心線Ｃから内側面５３に向かって流れる熱融着性樹脂層１０が電池内部で樹脂溜まりとなるのを防止することができる。すなわち、凹部５２に形成される凸部５ａ、６ａの各断面積Ｓが（３）式を満たすようにすることで中心線Ｃから内側面５３に向かって流れる量Ｄの熱融着性樹脂層１０を２つの凸部５ａ、６ａ内で全て受容することができ、よって電池内部の樹脂溜まり６０’を生じることなく熱融着することができる。

なお、上記取扱いは、内側面５３から凹部５２までの間（距離Ｖの部分）で押し潰された熱融着性樹脂層１０に関しては、距離Ｖがヒータ５０の幅Ｗに比べて十分小さいものとして考慮しなかったが、この距離Ｖの部分において押し潰された熱融着性樹脂層１０についても考慮する場合は以下のとおりとなる。

すなわち、距離Ｖの部分で押し潰された熱融着性樹脂層１０も、内側面５３からＶ／２の位置を境に内側面５３から凹部５２に向かう流れは凸部５ａ、６ａ内に流れ込み、反対に凹部５２から内側面５３に向かう流れは樹脂溜まり６０’となる。この樹脂溜まり６０’として溜まる量ｄ、および凹部５２への樹脂の流れ込む量ｄは、それぞれ上記と同様に取り扱うことで
ｄ＝（Ｔ−ｔ）Ｖ ・・・（４）
となる。よって、この量ｄをも考慮すると、
２Ｓ・Ｌ＞Ｄ＋ｄ ・・・（５）
とするのが好ましい。

なお、内側面５３から凹部５２までの間の距離Ｖは、距離Ｖの部分を残しつつ凹部５２を形成する加工の難易度、距離Ｖの部分が熱融着部７を押圧加熱する際の応力に耐え得る強度を確保できるかどうか、さらには内側面５３からＶ／２の位置を境に凹部５２から内側面５３に向かう流れによる樹脂溜まり６０’の量をできるだけ少なくするといったことを考慮して０．０５〜２ｍｍの範囲となるように設定するのが好適である。すなわち、距離Ｖが０．０５ｍｍ以下では、樹脂溜まり６０’を小さくすることはできるが、研削加工により距離Ｖの部分を残しつつ凹部５２を形成することが困難であり、また、形成できたとしても熱融着部７の押圧加熱する際の応力に耐えることができず、距離Ｖの部分が潰れてしまうおそれがある。一方、距離Ｖが２ｍｍとすると、これとは反対に、研削加工が容易になるとともに、距離Ｖの部分を潰れにくくすることができるが、この距離Ｖの部分により押し出されて内側面５３に向かう樹脂が増加し、樹脂溜まり６０’が大きくなってしまう。よって、距離Ｖの部分は０．０５〜２ｍｍの範囲内で形成するのが好ましい。

次に、図５に本実施形態の、凹部５２が形成されたヒータ５０によって熱融着されたラミネートフィルム５、６の熱融着部７の一部拡大断面図を示す。

熱融着部７の凸部５ａ、６ａ内に熱融着性樹脂層１０が流れ込むことで樹脂凸部１０ａが形成され、これにより、電池内部の樹脂溜まり６０’を小さくすることができる。

熱融着性樹脂層１０の線膨張率は、アルミニウム薄膜である金属層１１よりも大きいが、形成された樹脂溜まり６０’が小さいため、押圧加熱後の冷却過程における樹脂溜まり６０’の収縮は図中破線で示した収縮域までに留まる。すなわち、従来の大きな樹脂溜まりが収縮する場合に比べて樹脂溜まり６０’の収縮量は非常に小さく、このため、樹脂溜まり６０’近傍の熱融着性樹脂層１０まで樹脂溜まり６０’の方に引き込む量を小さくすることができる。これにより、樹脂溜まり６０’近傍の熱融着性樹脂層１０が薄くなるのを防止することができ、よって、絶縁性が低下してしまうのを防止することができるとともに、マイクロクラックの発生を防止することができる。

また、樹脂凸部１０ａが形成されたことで、熱融着部７における熱融着に寄与する樹脂量が増えて接着強度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、各ヒータ５０に凹部５２がそれぞれ１箇所ずつ形成された例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各ヒータ５０に複数の凹部が形成されているものであってもよい。また、凹部５２が形成されている位置も中心線Ｃから内側面５３側のみでなく、中心線Ｃから外側面５４側にも形成されているものであってもよい。また、複数の凹部が形成されている場合には、上述した断面積の総和２Ｓは、各凹部の断面積の合計が（３）式、あるいは（５）式を満たしているものであればよく、個々の大きさは全て同じでなくてもよい。

また、本実施形態では、対向して配置された各ヒータ５０に凹部５２がそれぞれ１箇所ずつ形成された例を示したが、対向するヒータ５０のいずれか一方にのみ凹部５２が形成されているものであってもよい。
この場合、上述した断面積の総和２Ｓは凸部５ａ、６ａのそれぞれの断面積がＳであってもよいし、あるいは２つのヒータ５０のうちの一方のみに断面積が２Ｓの凹部５２を形成するものであってもよい。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、以下に、フィルム外装電池の各部の構成について補足する。

（リード端子）
リード端子は、その材質として、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、燐青銅、真鍮、ステンレスなどを用いることができ、必要に応じて焼き鈍し処理を施してもよい。リード端子の厚さは、０．０８〜１．０ｍｍが好ましい。

また、リード端子の少なくとも外装材と密着される部分に、外装材との密着性を向上させるための表面処理を施すことも好ましい。この種の表面処理としては、例えば、化学的エッチング処理などによる粗面化処理、部分アミノ化フェノール系重合体と燐酸化合物とチタン化合物とからなる皮膜や燐酸亜鉛系皮膜などによる耐食性皮膜下地処理、チタニウム系カップリング剤やアルミネート系カップリング剤などによる表面処理などが挙げられる。

リード端子には、金属接着性樹脂を含む樹脂膜を予め融着しておくことが好ましい。金属接着性樹脂としては、金属平板であるリード端子の表面に接着するものが用いられ、例えば、酸変性ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリ（エチレン−プロピレン）コポリマー、アイオノマーなどが使用可能である。

（外装材）
外装材としては、電解液が漏洩しないように電池要素を覆うことが可能であって柔軟性を有するものであれば特に限定されるものではないが、金属層と熱融着性樹脂層とを積層したラミネートフィルムが特に好ましく用いられる。この種のラミネートフィルムとしては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの金属箔に厚さ３μｍ〜２００μｍの熱融着性樹脂を貼りつけたものが使用できる。金属箔の材質としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などが使用できる。熱融着性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。

（電池要素）
電池要素は、正極板および負極板がセパレータを介して交互に積層された構造を有していれば、積層型でも捲回型であってもよい。積層型は、それぞれ複数の正極板および負極板をセパレータを間において交互に積層し、各正極板および負極板から延びるタブを、集電部として正極板および負極板ごとにまとめ、各集電部をそれぞれリード端子に接続したものである。捲回型は、正極板、負極板、およびセパレータを帯状に形成し、これらを積層した後、捲回し、さらに圧縮して扁平状とし、正極板および負極板から延びたタブをそれぞれリード端子に接続したものである。

これら積層型および捲回型のうち、特に積層型の電池要素を用いることによって、本発明の利点が生かされる。その理由は、リード端子からそれぞれの正極板（負極板）に集電部を経由して直接熱が逃げる構成であるため、リード端子が引き出される部分での外装材の熱融着時にリード端子が温まりにくいからである。

正極板は、放電時に正イオンを吸収するもの又は負イオンを放出するものであれば特に限定されず、（i）ＬｉＭｎＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂等の金属酸化物、（ii）ポリアセチレン、ポリアニリン等の導電性高分子、（iii）一般式（Ｒ−Ｓｍ）ｎ（Ｒは脂肪族または芳香族、Ｓは硫黄であり、ｍ、ｎは、ｍ≧１、ｎ≧１の整数である）で示されるジスルフィド化合物（ジチオグリコール、２、５−ジメルカプト−１、３、４−チアジアゾール、Ｓ−トリアジン−２、４、６−トリチオール等）等の二次電池の正極材料として従来公知のものが使用できる。また、正極板に正極活物質（図示せず）を適当な結着剤や機能性材料と混合して形成することもできる。これらの結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等のハロゲン含有高分子等が、機能性材料としては、電子伝導性を確保するためのアセチレンブラック、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子、イオン伝導性を確保するための高分子電解質、それらの複合体等が挙げられる。

負極板は、カチオンを吸蔵・放出可能な材料であれば特に限定されず、天然黒鉛、石炭・石油ピッチ等を高温で熱処理して得られる黒鉛化炭素等の結晶質カーボン、石炭、石油ピッチコークス、アセチレンピッチコークス等を熱処理して得られる非晶質カーボン、金属リチウムやＡｌＬｉ等のリチウム合金など、二次電池の負極活物質として従来公知のものが使用できる。

電池要素に含浸される電解液としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ―ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、ｍ−クレゾール等の、二次電池の電解液として利用可能な極性の高い塩基性溶媒に、ＬｉやＫ、Ｎａ等のアルカリ金属のカチオンとＣｌＯ₄ ^-、ＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、ＣＦ₃ＳＯ₃ ^-、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ^-、（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂Ｎ^-、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃ^-、（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₃Ｃ^-等のハロゲンを含む化合物のアニオンからなる塩を溶解したものが挙げられる。また、これらの塩基性溶媒からなる溶剤や電解質塩を単独、あるいは複数組み合わせて用いることもできる。また、電解液を含むポリマーゲルとしたゲル状電解質としてもよい。また、スルホラン、ジオキサン、ジオキソラン、１，３―プロパンスルトン、テトラヒドロフラン、ビニレンカーボネートなどを微量添加してもよい。

以上はリチウムイオン二次電池としての材料系であるが、本発明は鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池にも応用しうるものである。また本発明は、電池のみならず、電気二重層コンデンサ、非水電解液コンデンサなどにも応用しうるものである。

本発明の一実施形態によるフィルム外装電池の分解斜視図である。 本発明のフィルム外装電池の製造装置のヒータの側断面図である。 凹部が形成されていないヒータにより押圧加熱された際の、ラミネートフィルムの周縁部における樹脂の流動状況を示す模式図である。 凹部が形成されている本実施形態のヒータにより押圧加熱された際の、ラミネートフィルムの周縁部における樹脂の流動状況を示す模式図である。 凹部が形成されたヒータによって熱融着されたラミネートフィルムの熱融着部の一部拡大断面図である。 従来の、熱融着性のフィルムを外装材として用いたフィルム外装電池の分解斜視図である。 従来のヒータにより押圧加熱された際の、ラミネートフィルムの周縁部における樹脂の流動状況を示す模式図である。 熱融着部の電池内部側に形成された樹脂溜まりを示す模式図である。 樹脂の引き込みにより絶縁性の低い領域が形成された状態を示す模式図である。

符号の説明

１ フィルム外装電池
２ 電池要素
３ａ 正極集電部
３ｂ 負極集電部
４ａ 正極タブ
４ｂ 負極タブ
５、６ ラミネートフィルム
５ａ 凸部
７ 熱融着部
１０ 熱融着性樹脂層
１０ａ 樹脂凸部
１１ 金属層
１２ 保護層
５０、５０ａ ヒータ
５１ 押圧面
５２ 凹部
５３、５３ａ 内側面
５３ 内側面
５４、５４ａ 外側面

Claims (7)

1. 複数の正極板と複数の負極とを対向させて積層させた電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで前記電池要素を封止する外装体フィルムとを有するフィルム外装電池の熱融着に用いる、押圧面により前記接合部を押圧加熱することで熱融着するヒータを有するフィルム外装電池の製造装置において、
   前記接合部の、前記電池要素を内包する側の端部に樹脂溜まりを形成しようとする前記熱融着性樹脂層の樹脂を貯留する凸部を前記外装体フィルムに形成する凹部が前記ヒータの前記押圧面に形成されていることを特徴とするフィルム外装電池の製造装置。
2. 前記電池要素を内包する側の端部に樹脂溜まりを形成しようとする溶融した前記熱融着性樹脂層の量をＤ、前記凸部の断面積を２Ｓ、前記ヒータの奥行きをＬとしたとき、前記凹部は、
   ２Ｓ・Ｌ＞Ｄ
   を満たすように前記凸部を形成するものである請求項１に記載のフィルム外装電池の製造装置。
3. 前記ヒータの前記電池要素を内包する側の面であるヒータ内側面から前記凹部までの距離をＶとし、前記ヒータ内側面から前記凹部までの間の前記押圧面から前記凹部に向けて流れる溶融した前記熱融着性樹脂層の量をｄとしたとき、前記凹部は、
   ２Ｓ・Ｌ＞Ｄ＋ｄ
   を満たすように前記凸部を形成するものである請求項２に記載のフィルム外装電池の製造装置。
4. 前記距離Ｖは、０．０５〜２ｍｍの範囲内である、請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルム外装電池の製造装置。
5. 複数の正極板と複数の負極とを対向させて積層させた電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで前記電池要素を封止する外装体フィルムとを有するフィルム外装電池の製造方法において、
   押圧面に凹部が形成されているヒータであって、前記凹部が、前記接合部の中心に対応する前記ヒータの中心から、前記ヒータの前記電池要素を内包する側の面である前記ヒータ内側面より距離Ｖだけ空けた位置までの間に形成されている前記ヒータを用意する工程と、
   前記ヒータの前記押圧面で前記接合部を押圧加熱し、凸部を前記外装体フィルムに形成して前記凸部に前記樹脂溜まりを形成しようとする樹脂を貯留させる工程とを含むことを特徴とするフィルム外装電池の製造方法。
6. 前記電池要素を内包する側の端部に樹脂溜まりを形成しようとする溶融した前記熱融着性樹脂層の量をＤ、前記凸部の断面積を２Ｓ、前記ヒータの奥行きをＬとしたとき、前記凹部によって、
   ２Ｓ・Ｌ＞Ｄ
   を満たすように前記凸部を形成する請求項５に記載のフィルム外装電池の製造方法。
7. 前記ヒータの前記電池要素を内包する側の面であるヒータ内側面から前記凹部までの距離をＶとし、前記ヒータ内側面から前記凹部までの間の前記押圧面から前記凹部に向けて流れる溶融した前記熱融着性樹脂層の量をｄとしたとき、前記凹部によって、
   ２Ｓ・Ｌ＞Ｄ＋ｄ
   を満たすように前記凸部を形成する請求項６に記載のフィルム外装電池の製造方法。

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