JP2005285506A - ラミネート型電池の製造方法およびラミネート型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 ラミネート外装体の折り返し部近傍に溶着しわを発生させないラミネート型電池の製造方法およびラミネート型電池を提供すること。
【解決手段】 ラミネートフィルム１２の縁辺部を溶着するする前に、ラミネートフィルム１２の折り返し部１２ａの両端に切り込み部１５，１５を形成する。そして、ラミネートフィルム１２の溶着を行うときには、まず最初に、折り返し部１２ａを溶着する。これにより、ラミネートフィルム１２を折り返した際に折り返し部１２ａに発生するたるみを、ラミネートフィルム１２を溶着するときに折り返し部１２ａの両端（切り込み部１５，１５）へ逃がし、折り返し部１２ａ近傍に溶着しわが発生することを防止する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ラミネート外装体に発電要素が収納されたラミネート型電池の製造方法およびラミネート型電池に関する。より詳細には、発電要素をラミネート外装体で確実に封止することができるラミネート型電池の製造方法およびラミネート型電池に関するものである。

近年、ラミネート型電池は、携帯型ＰＣや携帯電話を始めとする電子機器のみならず、ハイブリッド車や電気自動車の電源として注目されている。このラミネート型電池は、ラミネートフィルム（ラミネート外装体）にて発電要素（電極体等）を封止し、その後、常温で電解液を注入することで作製される。

ここで従来は、ラミネートフィルム（エンボス加工されている場合もある）にて発電要素を封止する際には、２枚のラミネートフィルムを用いて発電素子を挟み込み、ラミネートフィルムの縁辺部を溶着していた。ところが、最近では、生産効率やコスト面などから、１枚のラミネートフィルムを折り返し、その中に発電素子を収容した後、ラミネートフィルムの縁辺部を溶着することが行われている。このときに、ラミネートフィルムの折り返し部にしわが発生すると、ラミネートフィルムを確実に溶着することができず、それが溶着不良の原因となることがあった。

そこで、ラミネートフィルムの折り返し部にしわが発生することを防止する技術が、例えば、特開２００１−２９１４９７号公報に開示されている。この技術は、ラミネートフィルムを折り曲げる位置に、あらかじめ線状突起体でラミネートフィルムを押圧して押し罫を設けることにより、折り返し部にしわを発生させないようにしている。

特開２００１−２９１４９７号公報（第２頁、第１図）

しかしながら、ラミネート型電池をハイブリッド車や電気自動車の電源として使用する場合には、電池容量が大きいことや、熱などによるセルの変形を抑制する必要があるため、高い剛性を確保することが要求される。その結果、電子機器に使用するものと比べて、ラミネートフィルムの厚みが厚くなる。そのため、特開２００１−２９１４９７号公報に開示された技術を、ハイブリッド車や電気自動車の電源として使用する電池に適用しても、ラミネートフィルムの折り返し部に折りくせがつきにくく、図７に示すように、たるみが発生してしまう。なお、図７は、ラミネートフィルムを折り曲げた際の折り返し部近傍の状態を説明するための説明図である。

また、特開２００１−２９１４９７号公報では、折り返し部は溶着されていないが、ハイブリッド車や電気自動車の電源として使用する場合には高い剛性が要求されるため、折り返し部も溶着してラミネートフィルムの縁辺部すべてにフランジを形成することが望ましい。

ところが、ラミネートフィルムの折り返し部にたるみが発生したままの状態（図７参照）で、図８に示すように、一対の熱シールバー５０，５０によりラミネートフィルムの溶着を行うと、図９に示すように、折り返し部近傍に溶着しわが発生してしまう。たるみが一方向（図８では右方向）にしか逃げないため、折り返されて重なり合ったラミネートフィルム同士がなじまない（密着しない）まま溶着されるからである。なお、図８は、溶着を行っている際における折り返し部近傍の状態を説明するための説明である。図９は、溶着後の折り返し部近傍の状態を説明するための説明図である。

そして、このような溶着しわが発生しているところでは、図９に示すように、ラミネートフィルム同士が密着せずに隙間が生じているため、溶着不良となってしまう。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ラミネート外装体の折り返し部近傍に溶着しわを発生させないラミネート型電池の製造方法およびラミネート型電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係るラミネート型電池の製造方法は、ラミネート外装体を折り返して、その折り返されたラミネート外装体に発電要素を収容する収容工程と、前記ラミネート外装体の折り返し部の両端に、折り返し辺と平行な切り込みを形成する切り込み形成工程と、前記発電要素を収容した前記ラミネート外装体の縁辺部を溶着する溶着工程と、を有することを特徴とする。

このラミネート型電池の製造方法では、発電要素を収容したラミネート外装体の縁辺部を溶着する前に、ラミネート外装体の折り返し部の両端に、折り返し辺と平行な切り込みを形成する切り込み形成工程が設けられている。これにより、ラミネート外装体の折り返し部両端には切り込みが形成される。このため、ラミネート外装体を折り返した際に折り返し部にたるみが発生しても、ラミネート外装体を溶着するときに、そのたるみを折り返し部の両端（切り込み部分）へ逃がすことができる。したがって、折り返し部近傍に溶着しわが発生することを防止することができる。これにより、発電要素をラミネート外装体で完全に封止し、電解液の漏れが発生しないラミネート型電池を製造することができる。

ここで、切り込み形成工程は、溶着工程の前に実施されればよい。つまり、ラミネート外装体を折り曲げた後に切り込みを形成してもよいし、ラミネート外装体を折り曲げる前にあらかじめ折り目部分に切り込みを形成しておいてもよい。また、ラミネート外装体には、エンボス加工が施されたものとエンボス加工が施されていないものの両方が含まれる。なお、エンボス加工を施す場合には、二つ折りされるラミネート外装体の少なくとも一方にエンボス加工を行えばよい。

本発明に係るラミネート型電池の製造方法においては、前記溶着工程では、前記ラミネート外装体の縁辺部のうち、前記折り返し部を最初に溶着することが望ましい。

このような順番でラミネート外装体の縁縁部の溶着を行うことにより、ラミネート外装体を折り返した際に折り返し部に発生したたるみを、折り返し部の両端（切り込み部分）へ確実に逃がすことができるからである。その結果、折り返し部近傍に溶着しわが発生することを確実に防止することができる。

また、本発明に係るラミネート型電池の製造方法においては、前記切り込み形成工程では、前記縁辺部の溶着部における幅寸法に対して２０％以上の切り込みを入れることが望ましい。なお、縁辺部における溶着部の幅寸法とは、ラミネート外装体同士が溶着されて形成されるフランジの幅寸法を意味する。

こうすることにより、ラミネート外装体を折り返した際に折り返し部に発生したたるみを、ラミネート外装体を溶着するときに、折り返し部の両端（切り込み部分）へより確実に逃がすことができるからである。その結果、折り返し部に溶着しわが発生することをより確実に防止することができる。

上記課題を解決するためになされた本発明に係るラミネート型電池は、ラミネート外装体を折り返して、そのラミネート外装体に発電要素を収容したラミネート型電池において、前記ラミネート外装体の折り返し部の両端に、折り返し辺と平行な切り込みが形成され、前記切り込みも含めて前記ラミネート外装体の縁辺部全周が溶着されていることを特徴とするものである。

このラミネート型電池では、ラミネート外装体の折り返し部の両端に、折り返し辺と平行な切り込みが形成され、その切り込みも含めてラミネート外装体の縁辺部全周が溶着されている。このため、ラミネート外装体を折り返した際に折り返し部に発生するたるみが、折り返し部の両端（切り込み部分）へと逃がされた状態で、折り返し部の溶着が行われている。これにより、このラミネート電池では、ラミネート外装体の折り返し部近傍に溶着しわが形成されない。

本発明に係るラミネート型電池の製造方法およびラミネート型電池によれば、ラミネート外装体の折り返し部の両端には切り込みを形成しているので、ラミネート外装体を折り返した際に折り返し部に発生するたるみを、折り返し部を溶着するときに折り返し部の両端（切り込み部分）へ逃がすことができる。したがって、折り返し部近傍に溶着しわが発生することを防止することができる。

以下、本発明のラミネート型電池の製造方法およびラミネート型電池を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、電気自動車等に車載されるラミネート型電池に本発明を適用したものである。

そこで、本実施の形態に係るラミネート型電池について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係るラミネート型電池の斜視図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ方向における矢視拡大図である。本実施の形態に係るラミネート型電池１０は、図１に示すように、発電要素１１がラミネートフィルム１２に収容された状態のものである。

発電要素１１は、正極の電極シートと負極の電極シートとをセパレータとともに重ね合わせて捲回され、扁平状に形成されたものである。そして、発電要素１１の両極シートには、両極の端子３１，３２が接続されている（図３（Ａ），（Ｂ）参照）。これら正極端子３１および負極端子３２は、ラミネートフィルム１２の縁辺から突出している。

なお、発電要素１１を構成する各部材の具体例としては、例えば、リチウムイオン電池の場合には、正極の電極シートとしてコバルト酸リチウム、負極の電極シートとして黒鉛化炭素材料、セパレータとしてポリエチレン等の樹脂、さらに電解液としてリチウム塩を溶解させた有機溶媒が利用される。

ラミネートフィルム１２は、５０〜１５０μｍ程度の厚さのアルミ箔を基板とし、その片面に３０〜１００μｍ程度の厚さのＣＰＰ（Casted PP）等の内面（接合）層を、もう片面に１０〜３０μｍ程度の厚さのＯ−Ｎｙ（Oriented Nylon），ＰＥＴ，ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の最外層をコーティングしたものである。なお、その他に、保護層や接着層を設ける場合もある。そして、ラミネートフィルム１２は、その縁辺部が熱溶着によってシールされている。これにより、ラミネート型電池１０の縁辺部には、フランジ１３が形成されている。

そして、ラミネートフィルム１２の折り返し部１２ａの両端には、図２に示すように、折り返し辺と平行な切り込み部１５，１５が設けられている。これらの切り込み部１５，１５は、ラミネートフィルム１２が溶着される前に形成されたものである。このため、ラミネートフィルム１２を溶着した後には、これらの切り込み部１５，１５においても、折り重なったラミネートフィルム１２同士が溶着されている。なお、ラミネートフィルム１２の溶着後においても、切り込み部１５，１５の存在を目視により確認することができる。

このような切り込み部１５，１５を折り返し部１２ａの両端に設けることにより、ラミネートフィルム１２を折り返した際に折り返し部１２ａに発生するたるみを、ラミネートフィルム１２を溶着するときに折り返し部１２ａの両端（切り込み部１５，１５）へ逃がすことができるようになっている。したがって、折り返し部１２ａに溶着しわが発生することなくラミネートフィルム１２が溶着され、しっかりとシールされている。つまり、ラミネート型電池１０は、発電要素１１をラミネートフィルム１２で完全に封止しているため、電解液が漏れ出ることがない。

なお、切り込み部１５，１５は、フランジ１３の幅寸法に対して２０％以上の大きさにするのがよい。こうすることにより、ラミネートフィルム１２を折り返した際に折り返し部１２ａに発生したたるみを、折り返し部１２ａの両端（切り込み部１５，１５）へより確実に逃がすことができるからである。

図１に戻って、ラミネートフィルム１２の縁辺部の一部には、安全弁部１４が設けられている。この安全弁部１４は、ラミネートフィルム１２内の圧力が所定値（例えば、０．５ＭＰａ程度）に達すると、シール（溶着）部分が裂けることで開弁する構造となっている。これにより、過充電状態になってラミネートフィルム１２内に電解液の分解ガスが充満してラミネートフィルム１２内の圧力が上昇した場合に、その圧力が上記の所定圧（開弁圧）に達することで安全弁部１４が開弁し、ラミネートフィルム１２内に充満したガスを安全に放出することができるようになっている。

続いて、上記したラミネート型電池１０の製造方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、実施の形態に係るラミネート型電池の製造工程を説明する説明図である。まず、図３（Ａ）に示すように、正極および負極の電極シートとセパレータとを重ね合わせて扁平形状に捲回させたものを用意する。すなわち、発電要素１１を用意する。次に、図３（Ｂ）に示すように、正極端子３１を正極の電極シートに、負極端子３２を負極の電極シートにそれぞれ溶接して取り付ける。

また、図３（Ｃ）に示すように、発電要素１２を収容するためにエンボス加工が施されたラミネートフィルム１２の折り返し部の両端に切り込み部１５，１５を形成する。その後、このラミネートフィルム１２を二つ折りにし、発電要素１１をラミネートフィルム１２で包み込む。なお、切り込み部１５，１５の形成は、ラミネートフィルム１２を二つ折りにした後に行ってもよい。

そして、図３（Ｄ）に示すように、ラミネートフィルム１２の縁辺部を安全弁部１４となる開口部４０を除いて、一対の熱シールバー５０，５０により熱溶着してシールする。なお、ラミネートフィルム１２の溶着は、一番最初に折り返し部１２ａから行う。これにより、発電要素１１がラミネートフィルム１２に被覆された状態となる。また、熱シールバー５０は、アルミニウムの棒材にゴムを介してガラスクロステープを貼り付けたものである。

ここで、ラミネートフィルム１２の折り返し部１２ａ近傍の状態について、図４〜図６
を参照しながら説明する。図４は、ラミネートフィルムを折り曲げた際の折り返し部近傍の状態を説明するための説明図である。図５は、溶着を行っている際における折り返し部近傍の状態を説明するための説明である。図６は、溶着後の折り返し部近傍の状態を説明するための説明図である。

ラミネートフィルム１２に切り込み部１５，１５を設けているので、図４に示すように、ラミネートフィルム１２を二つ折りにした際、折り返し部１２ａに折りくせがつきやすくなっている。このため、切り込みがない場合に比べ、折り返し部１２ａにしわが発生しにくくなっている。

そしてこの状態で、図５に示すように、一対の熱シールバー５０，５０によりラミネートフィルム１２の溶着を行うと、折り返し部１２ａに発生したたるみが両方向（図５では左右方向）に逃げる。このため、折り返されて重なり合ったラミネートフィルム１２同士がなじむ（密着する）。その結果、図６に示すように、折り返し部１２ａ近傍に溶着しわが発生することない。これにより、ラミネートフィルム１２同士が隙間を形成することなくしっかりと接合される。したがって、電解液を注入した際に電解液が漏れることがない。

次に、図３（Ｅ）に示すように、開口部４０からラミネートフィルム１２内に電解液を注入する。電解液の注入後は、図３（Ｆ）に示すように、開口部４０を封止する。このとき、開口部４０のうち、ラミネートフィルム１２の縁辺部近辺のみをシールする。その後、充放電を行うことで蓄電池としてのコンディショニングを行う。そして、コンディショニングが終了すると、図３（Ｇ）に示すように、ラミネート型電池１０が完成する。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るラミネート型電池の製造方法およびラミネート型電池１０では、ラミネートフィルム１２の縁辺部を溶着するする前に、ラミネートフィルム１２の折り返し部１２ａの両端には切り込み部１５，１５を設ける。これにより、ラミネートフィルム１２を折り返した際に折り返し部１２ａに発生するたるみを、ラミネートフィルム１２を溶着するときに折り返し部１２ａの両端（切り込み部１５，１５）へ逃がすことができる。したがって、折り返し部１２ａ近傍に溶着しわが発生することを防止することができる。

次に、本発明を実施した実施例について説明する。以下の手順によって実施例のラミネート型電池１０を製作し、別に製作した比較例とともに電解液の漏れ検査を実施した。まず、本発明のラミネート型電池１０の製作手順を説明する。

ラミネートフィルム１２として、厚さ４０μｍのアルミ層、厚さ８０μｍの接合樹脂層、総厚みが１６３μｍのものを使用した。このようなラミネートフィルム１２に対して、縦８６ｍｍ、横１２７ｍｍ、深さ６ｍｍのエンボス部を２箇所形成した。そして、溶着後にラミネートフィルム１２の縁辺部に形成されるフランジ１３の幅が５ｍｍとなるように、ラミネートフィルム１２をトリミングした。

次に、上記のラミネートフィルム１２のエンボス部が対称となるように、ラミネートフィルム１２を折り曲げ、エンボス部には発電要素１１を固定した。そして、ラミネートフィルム１２の折り返し部１２ａの両端に、３ｍｍ（フランジ１３の幅に対して６０％の大きさ）の切り込み部１５，１５を形成した。

次いで、折り返し部１２ａを熱シールバー５０，５０により溶着した。このときの溶着条件は、設定温度２３０℃、加圧力０．３ＭＰａ、保持時間３０秒である。また、熱シールバー５０は、アルミニウムの棒材に２ｍｍのゴムを接着し、さらにそのゴムに０．２ｍｍのガラスクロステープを貼ったものである。

その後、左右のフランジを形成すべくラミネートフィルム１２の溶着を行った。このときの溶着条件は、設定温度２５０℃、端子３１，３２の加熱温度２７０℃、加圧力０．３ＭＰａ、保持時間９０秒である。さらに、上部のフランジを形成すべく開口部４０を除いてラミネートフィルム１２の溶着を行った。このときの溶着条件は、設定温度２３０℃、加圧力０．３ＭＰａ、保持時間３０秒である。

そして、乾燥機でセルごと乾燥して水分を除去した後に、開口部４０から電解液を注入した。以上の手順によりラミネート型電池１０を作製した。

また、比較例として、ラミネートフィルムの折り返し部の両端に切り込み部を形成しない点以外は全く同じ手順・条件で電池を製作した。

これらの実施例と比較例とをそれぞれ５０セルずつ作製し、電解液の漏れの有無を調べた。本発明の実施例では、電解液が漏れたセルは５０個中０個であった。これに対して、比較例では、５０個中７個のセルから電解液の漏れが確認された。したがって、本発明のラミネート型電池１０によれば、折り返し部１２ａ近傍に溶着しわが発生することなく、ラミネートフィルム１２の縁辺部がしっかりとシールされているといえる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、本発明は電池種に依存することはない。つまり、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、あるいはニッカド電池などの電池種に対しても同様に適用が可能である。

実施の形態に係るラミネート型電池の斜視図である。 図１に示すＡ−Ａ方向の矢視拡大図である。 実施の形態に係るラミネート型電池の製造工程を説明するための説明図である。 本実施の形態においてラミネートフィルムを折り曲げた際の折り返し部近傍の状態を説明するための説明図である。 本実施の形態において溶着を行っている際における折り返し部近傍の状態を説明するための説明である。 本実施の形態において溶着後の折り返し部近傍の状態を説明するための説明図である。 従来技術においてラミネートフィルムを折り曲げた際の折り返し部近傍の状態を説明するための説明図である。 従来技術において溶着を行っている際における折り返し部近傍の状態を説明するための説明である。 従来技術において溶着後の折り返し部近傍の状態を説明するための説明図である。

符号の説明

１０ ラミネート型電池
１１ 発電要素
１２ ラミネートフィルム
１２ａ 折り返し部
１３ フランジ
１５ 切り込み部
３１ 正極端子
３２ 負極端子

Claims (4)

1. ラミネート外装体を折り返して、その折り返されたラミネート外装体に発電要素を収容する収容工程と、
   前記ラミネート外装体の折り返し部の両端に、折り返し辺と平行な切り込みを形成する切り込み形成工程と、
   前記発電要素を収容した前記ラミネート外装体の縁辺部を溶着する溶着工程と、
   を有することを特徴とするラミネート型電池の製造方法。
2. 請求項１に記載するラミネート型電池の製造方法において、
   前記溶着工程では、前記ラミネート外装体の縁辺部のうち、前記折り返し部を最初に溶着することを特徴とするラミネート型電池の製造方法。
3. 請求項１に記載するラミネート型電池の製造方法において、
   前記切り込み形成工程では、前記縁辺部における溶着部の幅寸法に対して２０％以上の切り込みを入れることを特徴とするラミネート型電池の製造方法。
4. ラミネート外装体を折り返して、そのラミネート外装体に発電要素を収容したラミネート型電池において、
   前記ラミネート外装体の折り返し部の両端に、折り返し辺と平行な切り込みが形成され、
   前記切り込みも含めて前記ラミネート外装体の縁辺部全周が溶着されていることを特徴とするラミネート型電池。

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