JP2006040747A - ラミネート電池の製造方法、ラミネート電池、およびヒートシーラ - Google Patents
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Abstract
【課題】 ラミネート電池の内部の樹脂だまりを低減する。
【解決手段】 正電極101aと負電極101bとをセパレータ101cを介して積層してなる内部電極対101を複数積層し、この各層の正電極101aと負電極101bをそれぞれ正極端子1bと負極端子1cに接合する接合工程と、複数の内部電極対101を電解液102に浸漬させた状態で上下一対の外装材100で包囲し、各外装材100の縁部103aを互いに熱溶着して密封することにより外装材100の内部に密閉空間Sを形成するシール工程とを有し、シール工程において外装材100の縁部103aを熱溶着する際、その縁部103aの密閉空間Sに近い側を熱溶着した後に、密閉空間Sから遠い側を熱溶着する。
【選択図】図7
【解決手段】 正電極101aと負電極101bとをセパレータ101cを介して積層してなる内部電極対101を複数積層し、この各層の正電極101aと負電極101bをそれぞれ正極端子1bと負極端子1cに接合する接合工程と、複数の内部電極対101を電解液102に浸漬させた状態で上下一対の外装材100で包囲し、各外装材100の縁部103aを互いに熱溶着して密封することにより外装材100の内部に密閉空間Sを形成するシール工程とを有し、シール工程において外装材100の縁部103aを熱溶着する際、その縁部103aの密閉空間Sに近い側を熱溶着した後に、密閉空間Sから遠い側を熱溶着する。
【選択図】図7
Description
本発明は、シート状薄型電池であるラミネート電池の製造方法、ラミネート電池、およびヒートシーラに関する。
従来、正電極と負電極とをセパレータを介して積層してなる内部電極対を複数積層し、この複数の内部電極対を電解液に浸漬させた状態で上下一対の外装材により密封して成る平板状のラミネート電池が知られている(例えば特許文献1参照)。これによれば、ヒートシール性のフィルム材とアルミニウム箔等を積層して外装材を形成し、上下の外装材のフィルム材同士を互いに熱溶着して、電池内部をシールする。
ところで、ラミネート電池を電気自動車やハイブリッド車両の二次電池として用いる場合、複数のラミネート電池を筐体内にコンパクトに収容するため、熱溶着された外装材の縁部が折り曲げられる。しかしながら、上記公報記載のものは、単にフィルム材同士を押圧および加熱して熱溶着するものであるため、フィルム材の溶融した樹脂が電池内側の密閉空間に押し出され、樹脂だまりができる。その結果、外装材の縁部を折り曲げた際に、樹脂だまりを起点としてクラックが発生し、電解液に浸漬された内部電極対の絶縁不良が発生するという問題がある。
本発明によるラミネート電池の製造方法は、正電極と負電極とをセパレータを介して積層してなる内部電極対を複数積層し、この各層の正電極と負電極をそれぞれ正極端子と負極端子に接合する接合工程と、複数の内部電極対を電解液に浸漬させた状態で上下一対の外装材で包囲し、各外装材の縁部を互いに熱溶着して密封することにより外装材の内部に密閉空間を形成するシール工程とを有し、シール工程において外装材の縁部を熱溶着する際、その縁部の密閉空間に近い側を熱溶着した後に、密閉空間から遠い側を熱溶着することを特徴とする。
本発明によるラミネート電池は、上記製造方法により製造される。
本発明によるヒートシーラは、上記シール工程に用いられる。
本発明によるラミネート電池は、上記製造方法により製造される。
本発明によるヒートシーラは、上記シール工程に用いられる。
本発明によれば、内部電極対を包囲した外装材の縁部を熱溶着してラミネート電池を製造する際に、外装材の内部の密閉空間に近い側を熱溶着した後に、密閉空間から遠い側を熱溶着するようにした。これにより密閉空間側への樹脂の押し出しを抑えることができ、樹脂だまりの発生を抑制することができる。
−第1の実施の形態−
以下、図1〜図10を参照して本発明によるラミネート電池の製造方法の第1の形態について説明する。
まず、図1〜図4によりラミネート電池の構成を説明する。図1は、ラミネート電池1の上面図、図2は側面図、図3(a)は図2の符号IIIで示す部分の拡大断面図、図3(b)はさらにその部分拡大図、図4はラミネート電池の外装材を取り除いて内部を示す図である。
以下、図1〜図10を参照して本発明によるラミネート電池の製造方法の第1の形態について説明する。
まず、図1〜図4によりラミネート電池の構成を説明する。図1は、ラミネート電池1の上面図、図2は側面図、図3(a)は図2の符号IIIで示す部分の拡大断面図、図3(b)はさらにその部分拡大図、図4はラミネート電池の外装材を取り除いて内部を示す図である。
ラミネート電池1はシート状リチウムイオン二次電池である。平面視略矩形状の可撓性の袋状外装材100は、上側外装材100Uと下側外装材100Lをその縁部103a〜103dで熱溶着して密閉容器とされ、外装材100の縁部103a〜103dはフランジ形状とされている。袋状外装材100の内部(密閉空間S)には、内部電極対101および電解液102が真空密封状態で収容されている。内部電極対101はシート状の正電極101aおよび負電極101bを備えている。
正電極101aは、図3(b)に示すように、アルミ箔の正極集電体(正極箔)104の両面に正極活物質104aを積層したものである。一方、負電極101bは銅箔の負極集電体(負極箔)105の両面に負極活物質105aを積層したものである。正電極101aと負電極101bとは、セパレータ101cを介して交互に積層されている。これら積層体が上述した内部電極対101を構成する。図4に示すように、内部電極対101は外装材100の内部空間の幅寸法と略等しいW1に形成されている。
図3(a)に示すように、負電極101bの負極箔105はそれぞれ負極端子1cに連結されている。負極端子1cは、袋状外装材100の縁部103dを気密に貫通するとともに、縁部103dに固着される。なお、図示していないが、正極端子1bも負極端子1cと同様となっており、正極端子1bには正電極101aの正極箔104がそれぞれ連結されている。
なお、正極箔104はたとえばアルミニューム、正極活物質104aはたとえば、リチウムマンガン酸、リチウムコバルト酸、リチウムニッケル酸である。負極箔105はたとえば銅、負極活物質105aはたとえばカーボンである。絶縁材104bおよび105bはイオン透過性も電子伝導性もない物質が使用でき、たとえばアクリル系樹脂、ウレタン樹脂である。
袋状外装材100は、内面層100a、中間層100bおよび外面層100cの三層構造のラミネートフィルムで形成されている。内面層100aには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどの耐電解液性およびヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂が使用される。中間層100bには、アルミ箔やステンレス箔等の可撓性および強度に優れた金属箔が使用される。外面層100cには、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂が使用される。
ラミネート電池1を製造する場合、例えば図5に示すようなヒートシーラを用いて上側外装材100Uおよび下側外装材100Lの内面層100a同士を溶着する。すなわちベーステーブル10に対して上下動可能に昇降テーブル11を設け、昇降テーブル11に上部シールバー12を取り付け、その下方のベーステーブル10に下部シールバー13を取り付ける。各シールバー12,13はそれぞれヒータを内蔵し、シールバー12,13を所定温度まで加熱した状態で、シールバー12,13により外装材100の縁部103a〜103d(図1)を挟み込んで押圧する。これにより上下の外装材100U,100L同士を熱融着する。
この際、例えば図6に示すように、シールバー12,13の幅w1が縁部103aの幅(密閉空間Sを含む断面での縁部103aの長さ)w2よりも大きく、縁部103aを幅方向にわたって同時に加熱および押圧すると、外装材100の内面層100aの溶融樹脂が密閉空間S側に押し出され、樹脂だまり15ができる。この状態で図6の点線に示すように縁部103aを折り曲げると、内面層100aの表面の曲げ応力が大きくなり、樹脂だまり15を起点としてクラックが発生する。その結果、電解液102が外装材100の中間層100bに達し、内部電極対101の絶縁不良となる。これを防止するため、本実施の形態では以下のようにシールバー12,13を構成する。
図7は、第1の実施の形態に係るラミネート電池1の製造方法を示す図である。なお、図では縁部103aの溶着方法を示しているが、他の縁部103b〜103dの溶着も同様に行うため、図示を省略する。図7に示すように上部シールバー12は幅方向に二分割され(分割バー12A,12B)、これら分割バー12A,12Bはそれぞれ独立して上下動可能となっている。密閉空間Sに近い側の分割バー12Aの幅w3は縁部103aの幅(図6のW2)よりも短く形成されている。なお、樹脂だまり15を抑制する点からは分割バー12Aの幅をできるだけ短くした方がよいが、局所的な押圧力を防止する点を考慮すると分割バー12Aの幅は2mm程度とすることが好ましい。また、縁部103aにおける十分なシール性を確保するためには、分割バー12Aの幅w2は1cm程度とすることが好ましい。
図8は第1の実施の形態に係るヒートシーラのブロック図である。コントローラ20には各種スイッチ等からなる入力装置21が接続されている。コントローラ20は入力装置21からの信号に基づき、分割バー12A(昇降テーブル11)を昇降するための昇降アクチュエータ22,分割バー12B(昇降テーブル11)を昇降するための昇降アクチュエータ23,分割バー12Aを加熱するためのヒータ24,分割バー12Bを加熱するためのヒータ25,およびシールバー13を加熱するためのヒータ26にそれぞれ制御信号を出力する。
次に、第1の実施の形態に係るラミネート電池1の製造方法を具体的に説明する。まず、図3(a)に示すように正電極101aと負電極101bとをセパレータ101cを介し複数積層して内部電極対101を形成し、内部電極対101の各層の正電極101aと負電極101bをそれぞれ正極端子1bと負極端子1cに接合する(接合工程)。そして、この内部電極対101を電解液102に浸漬させた状態で上下一対の外装材100U,100Lにより包囲し、正極端子1bと負極端子1cを外装材の縁部103b,103dから突出させた状態で、各外装材の縁部103a〜103dを互いに熱溶着して密封することにより上下一対の外装材100U,100Lの内側に密閉空間Sを形成する(シール工程)。
縁部103aの溶着を例にして、上述したシール工程を詳細に説明する。始めに、図7に示すように分割バー12A,12Bをそれぞれ上昇させた状態で下部シールバー13の上面に縁部103aを載置する。次いで、昇降アクチュエータ22の駆動により密閉空間Sに近い側(幅方向内側)の分割バー12Aを下降し、分割バー12Aと下部シールバー13により縁部103aを押圧するとともに、ヒータ24,26を通電し、各バー12A,13をそれぞれ所定温度まで加熱する(1)。これにより縁部103aの幅方向内側が熱溶着される。この場合、分割バー12Aによる押圧面積は小さいため、内面層100aの溶融樹脂量は少なく、密閉空間Sへの樹脂の押し出し量を低減できる。
縁部103aの内側の溶着が終了すると、昇降アクチュエータ23の駆動により密閉空間Sから遠い側(幅方向外側)の分割バー12Bを下降し、分割バー12Bと下部シールバー13で縁部103aを押圧するとともに、ヒータ25,26を通電し、各バー12B,13をそれぞれ所定温度まで加熱する(2)。これにより縁部103aの幅方向外側が熱溶着される。この場合、縁部103aの幅方向内側は既に溶着されているため、内面層100aにおける溶融樹脂は全て電池1の外側に押し出され、密閉空間Sへの樹脂の押し出しを防止できる。
このように第1の実施の形態によれば、上部シールバー12を幅方向に分割するとともにこれら分割バー12A,12Bを互いに独立に上下動可能に構成し、分割バー12Aにより縁部103aの幅方向内側を溶着した後、分割バ12Bーにより縁部103aの幅方向外側を溶着するようにした。これにより分割バー12Aによる溶着の際の溶融樹脂量は少ないため密閉空間Sへの樹脂の押し出し量を低減できるとともに、分割バー12Bによる溶着の際には縁部103aの内側が既に溶着されているため密閉空間Sへの樹脂の押し出しを防止できる。その結果、密閉空間Sにおける樹脂だまりの発生を抑えることができ、縁部103aを折り曲げる際のクラックの発生を防止できる。したがって、複数のラミネート電池1を積層して電気自動車やハイブリッド車両の二次電池として使用する場合、縁部103の折り曲げによりラミネート電池1を車両に搭載した筐体内にコンパクトに収容することができる。
なお、分割バー12Aにより縁部103aの幅方向内側を溶着した後、縁部103aの位置を幅方向内側にずらし、分割バー12Aにより縁部103aの幅方向外側を溶着するようにしてもよい。これにより図9に示すように分轄バー12Bを省略することができ、構成が簡素化される。なお、図9ではヒートシーラのベーステーブル10をシールバー12,13の幅方向にスライド可能としている。これにより縁部103の位置をずらすことができ、分割バー12Aとシールバー13により縁部103の幅方向内側および外側を順次溶着することができる。
図9のヒートシーラのブロック図を図10に示す。コントローラ20は、シールバー12(昇降テーブル11)を昇降するための昇降アクチュエータ22,シールバー13(ベーステーブル10)をスライドするためのスライドアクチュエータ27,分割バー12Aを加熱するためのヒータ24,およびシールバー13を加熱するためのヒータ26にそれぞれ制御信号を出力する。このヒートシーラを製造ラインに組み込み、コントーラ20がアクチュエータ22,27およびヒータ24,26を自動制御し、オートメーション化により電池1を生産することもできる。
−第2の実施の形態−
図11,12を参照して本発明によるラミネート電池の製造方法の第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、シール工程における縁部103の溶着方法である。すなわち第1の実施の形態では分割バー12Aにより縁部103の幅方向内側を溶着した後、分割バー12Bにより幅方向外側を溶着するようにしたが、第2の実施の形態では分割バー12A,12Bの代わりに円筒バーを14用いて縁部103を溶着する。
図11,12を参照して本発明によるラミネート電池の製造方法の第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、シール工程における縁部103の溶着方法である。すなわち第1の実施の形態では分割バー12Aにより縁部103の幅方向内側を溶着した後、分割バー12Bにより幅方向外側を溶着するようにしたが、第2の実施の形態では分割バー12A,12Bの代わりに円筒バーを14用いて縁部103を溶着する。
図11は第2の実施の形態に係るヒートシーラの斜視図であり、図12はこのヒートシーラを用いてのラミネート電池1の製造方法を示す縁部103aの断面図である。なお、図5,7と同一の箇所には同一の符号を付し、以下ではその相違点を主に説明する。昇降テーブル11には円筒形状の円筒バー14が取り付けられている。ベーステーブル10は幅方向にスライド可能であり、円筒バー14は下部シールバー13に対して上下方向および幅方向に相対移動可能となっている。
第2の実施の形態に係るヒートシーラのブロック図は図10と同様である。すなわち、コントローラ20は、円筒バー14(昇降テーブル11)を昇降するための昇降アクチュエータ22,シールバー13(ベーステーブル10)をスライドするためのスライドアクチュエータ27,円筒バー14を加熱するためのヒータ24,およびシールバー13を加熱するためのヒータ26にそれぞれ制御信号を出力する。
第2の実施の形態において、縁部103aの溶着は次のように行う。まず、図12に示すように円筒バー14を上昇させた状態で下部シールバー13の上面に縁部103aを載置し、円筒バー14が縁部103aの密閉空間側上方に位置するようにテーブル10の位置を調整する。次に、昇降アクチュエータ22の駆動により円筒バー14を下降し、円筒バー14と下部シールバー13により縁部103aを押圧するとともに、ヒータ24,26を通電し、各バー14,13をそれぞれ所定温度まで加熱する(1)。これにより縁部103aの幅方向内側が溶着される。この場合、円筒バー14による押圧面積は小さいため、内面層100aの溶融樹脂量は少なく、密閉空間Sへの樹脂の押し出しを抑制できる。
縁部103aの内側の溶着が終了すると、円筒バー14を押圧および加熱したまま、スライドアクチュエータ27の駆動によりベーステーブル10を移動し、円筒バー14を縁部103aの幅方向外側にゆっくりとずらす(2)。これにより縁部103aが幅方向内側から外側にかけて溶着される。この場合、縁部103aの内側は既に溶着されているため、内面層100aにおける溶融樹脂は全て電池1の外側に押し出され、密閉空間Sへの樹脂の押し出しを防止できる。
このように第2の実施の形態によれば、昇降テーブル11に円筒バー14を取り付け、円筒バー14により縁部103aの幅方向内側を溶着した後、円筒バー14を外側にずらして縁部103aの幅方向外側を溶着するようにした。これにより縁部103aが幅方向内側から外側にかけて溶着され、密閉空間Sへの樹脂の押し出しを抑えることができる。その結果、樹脂だまりの発生を抑制し、クラックの発生を防止できる。また、円筒バー14を幅方向内側から外側へ移動するので、溶着面が幅方向に延ばされ、縁部103aの厚さを均一化することができる。
なお、円筒バー14を回転可能に設け、縁部103aの上面を幅方向内側から外側にかけて円筒バー14が転動するようにしてもよい。円筒形状以外のシールバーを昇降テーブル11に取り付け、ベーステーブル10の移動により縁部103aの幅方向内側から外側にシールバーをずらしてもよい。ベーステーブル10の代わりに円筒バー14を幅方向にスライド可能としてもく、ベーステーブル10と円筒バー14の双方をスライド可能としてもよい。
−第3の実施の形態−
図13,14を参照して本発明によるラミネート電池の製造方法の第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、シール工程における縁部103の溶着方法である。すなわち、第1の実施の形態では縁部103の幅方向内側を押圧,加熱した後、幅方向外側を押圧,加熱するようにしたが、第3の実施の形態では縁部103を押圧した状態で幅方向内側を加熱した後、幅方向外側を加熱する。
図13,14を参照して本発明によるラミネート電池の製造方法の第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、シール工程における縁部103の溶着方法である。すなわち、第1の実施の形態では縁部103の幅方向内側を押圧,加熱した後、幅方向外側を押圧,加熱するようにしたが、第3の実施の形態では縁部103を押圧した状態で幅方向内側を加熱した後、幅方向外側を加熱する。
図13は第3の実施の形態に係るラミネート電池1の製造方法を示す縁部103aの断面図である。なお、図7と同一の箇所には同一の符号を付し、以下ではその相違点を主に説明する。図11に示すように上部シールバー12は断熱材16を介して二分割され(12a,12b)、内部のヒータも二分割されている。内側のシールバー12aの幅は、第1の実施の形態と同様、2mm程度とすることが好ましい。なお、シールバー12は熱的に分割されているだけであり、第1の実施の形態と異なり、シールバー12a,12bは一体である。
第3の実施の形態に係るヒートシーラのブロック図を図14に示す。なお、図8と同一の箇所には同一の符号を付す。コントローラ20は、シールバー12(昇降テーブル11)を昇降するための昇降アクチュエータ22,シールバー12aを加熱するためのヒータ24,シールバー21bを加熱するためのヒータ25,およびシールバー13を加熱するためのヒータ26にそれぞれ制御信号を出力する。
第3の実施の形態において、縁部103aの溶着は次のように行う。まず、図11に示すようにシールバー12a,12bを上昇させた状態で下部シールバー13の上面に縁部103aを載置する。次いで、アクチュエータ22の駆動によりシールバー12a,12bを一体に下降し、シールバー12a,12bと下部シールバー13により縁部103aを押圧するとともに、ヒータ24,26に通電し、シールバー12a,13を所定温度まで加熱する(1)。これにより縁部103aの幅方向内側が溶着される。この場合、シールバー12aによる押圧面積は小さいため、内面層100aの溶融樹脂量は少なく、密閉空間Sへの樹脂の押し出しを抑制できる。
内側の溶着が終了すると、ヒータ25,26に通電し、シールバー12b,13を所定温度まで加熱する(2)。これにより縁部103aの幅方向外側が溶着される。この場合、縁部103aの幅方向内側は既に溶着されているため、密閉空間Sへの樹脂の押し出しを防止できる。
このように第3の実施の形態によれば、上部シールバー12を断熱材16を介して熱的に分割し、これらシールバー12a,12bにより縁部103aを押圧した状態で内側のシールバー12aを加熱した後、外側のシールバー12bを加熱するすようにした。これにより密閉空間Sへの樹脂の押し出しを抑えることができ、樹脂だまりの発生を抑制することができる。また、第1の実施の形態と異なり、シールバー12a,12bを一体に移動するので、構成を簡素化できる。
なお、ラミネート電池1を製造する際に、シール工程において外装材100の縁部103の密閉空間Sに近い側を熱溶着した後に、密閉空間Sから遠い側を熱溶着するのであれば、他の製造工程はいかなるものでもよい。また、シール工程で用いられるヒートシーラも上述したものに限定されない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態に限定されない。
1 ラミネート電池
1b 正極端子
1c 負極端子
12,12a,12b 上部シールバー
12A,12B 分割バー
13 下部シールバー
14 円筒バー
16 断熱材
100U,100L 外装材
101 内部電極対
101a 正電極
101b 負電極
101c セパレータ
102 電解液
103a〜103d 縁部
S 密閉空間
1b 正極端子
1c 負極端子
12,12a,12b 上部シールバー
12A,12B 分割バー
13 下部シールバー
14 円筒バー
16 断熱材
100U,100L 外装材
101 内部電極対
101a 正電極
101b 負電極
101c セパレータ
102 電解液
103a〜103d 縁部
S 密閉空間
Claims (6)
- 正電極と負電極とをセパレータを介して積層してなる内部電極対を複数積層し、この各層の正電極と負電極をそれぞれ正極端子と負極端子に接合する接合工程と、
前記複数の内部電極対を電解液に浸漬させた状態で上下一対の外装材で包囲し、各外装材の縁部を互いに熱溶着して密封することにより外装材の内部に密閉空間を形成するシール工程とを有し、
前記シール工程において外装材の縁部を熱溶着する際、その縁部の前記密閉空間に近い側を熱溶着した後に、前記密閉空間から遠い側を熱溶着することを特徴とするラミネート電池の製造方法。 - 請求項1に記載のラミネート電池の製造方法において、
前記シール工程では、上下一対の押圧加熱部材により前記外装材の縁部の前記密閉空間に近い側を押圧および加熱して熱溶着した後、前記密閉空間に遠い側を押圧および加熱して熱溶着することを特徴とするラミネート電池の製造方法。 - 請求項1に記載のラミネート電池の製造方法において、
前記シール工程では、少なくとも一方が水平方向に移動可能な上下一対の押圧加熱部材により前記外装材の縁部の前記密閉空間に近い側を押圧および加熱して熱溶着した後、前記押圧加熱部材を水平方向に移動しつつ前記密閉空間に遠い側を押圧および加熱して熱溶着することを特徴とするラミネート電池の製造方法。 - 請求項1に記載のラミネート電池の製造方法において、
前記シール工程では、上下一対の押圧加熱部材により前記外装材の縁部を押圧し、この状態で前記押圧加熱部材により前記密閉空間に近い側を加熱して熱溶着した後、前記密閉空間に遠い側を加熱して熱溶着することを特徴とするラミネート電池の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項記載の製造方法により製造されるラミネート電池。
- 請求項2〜4のいずれか1項記載のシール工程に用いられるヒートシーラ。
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---|---|---|---|
JP2004219882A JP2006040747A (ja) | 2004-07-28 | 2004-07-28 | ラミネート電池の製造方法、ラミネート電池、およびヒートシーラ |
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