JP2006099970A - 引出端子部の封口方法および封口装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可撓性外装材によって封口した引出端子部の封口特性が良好な電気部品を提供する。
【解決手段】 積層体からなる可撓性外装材による引出端子を有する電気部品の引出端子部の封口方法において、引出端子４ａ、４ｂを引出端子加熱手段６によって加熱した状態で、該引出端子４ａ、４ｂが存在する引出端子部７の可撓性外装材２を熱融着手段８によって熱融着して封口する電気部品の引出端子部の封口方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層体からなる可撓性外装材を封口した密閉型電池等のように、アルミニウム箔等の金属材料層を合成樹脂層と積層した積層体からなる可撓性材料によって封口した電気物品の引出端子部において、漏洩等が生じることがない優れた封口部が得られる引出端子部の封口方法および封口装置に関するものである。

可撓性の外装材を用いた引出端子を有する密閉型電池等の電気部品においては、外部回路と接続するための引出端子部の封口特性を良好なものとすることが求めれられている。
例えば、可撓性外装材を用いたリチウムイオン電池等の密閉型電池は、内側に熱融着性の部材を配した可撓性部材で発電要素を両側から挟み込んで周囲を加熱して熱融着することによって封口が行なわれる。熱融着性面の融着は、熱融着性面同士を接合することは比較的容易であり、しかも封口部から漏洩がない確実な接合部を形成することが可能である。

ところが、密閉型電池においては、発電要素に接合した導電接続用の引出端子を取り出すことが不可欠であり、可撓性外装材の接合面の一部から引出端子を取り出し、引出端子と可撓性外装材との間、および引出端子の周囲のそれぞれの可撓性外装材を熱融着して封口が行われている。

そして、引出端子と可撓性外装材とが接触する部分は、引出端子の厚みによって凹凸が生じるとともに、引出端子を構成する金属材料と合成樹脂層との間に形成される異種物質間を接合することが必要である。このため、引出端子と可撓性外装材との接触面では接合強度が不充分なものとなり、電解液の漏洩等が生じる可能性もあった。
そこで、引出端子の取り出し部での封口不良が生じないものとするために、引出端子の取り出し部に熱融着に用いるヒートシーラーとして引出端子によって形成される凹凸に合致した部材を用いて、凹凸部における封口不良を防止する等の封口特性を改善する各種の方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

図５は、従来の引出端子部の封口方法を説明する図である。図５（Ａ）は、密閉型電池を説明する斜視図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）においてＡ−Ａ’線で切断した断面図である。
図５（Ａ）に示すように、密閉型電池１は、可撓性外装材２によって電池要素３が封口されており、電池要素３に結合された引出端子４ａ，４ｂが、可撓性外装材２の熱融着性が良好な面から取り出されており、密閉型電池１の周囲は、可撓性外装材の相互が引出端子部７において熱融着されて封口されている。
図５（Ｂ）に断面図を示すように、電池要素３に取り付けた引出端子４ａ、４ｂが存在する引出部にあっては、引出端子４ａ，４ｂのために、可撓性外装材２の内層の熱融着性が良好なポリエチレン層２ｃは、引出端子が存在しない部分とは温度に相違が生じるために、引出端子が存在する部分の熱融着特性が充分なものとなり、引出端子４ａ，４ｂが存在する部分の封口特性が不充分なものとなることがあり、封口不良のために電解液の漏液が生じるものがあった。

また、引出端子部では、アルミニウム、ニッケル等の金属材料と合成樹脂との接合面が形成されるのに対し、他方は熱融着性が良好な合成樹脂材料同士の接合面であって接合面の構成が相違し、加圧した場合には圧力分布は均一ではなく、温度、圧力等の接合条件も金属が存在する部分と、そうではない部分では好適な値が異なる。したがって、このように２枚の可撓性外装材の間に引出端子を設けて両面から加熱して軟化させるとともに加圧して、引出端子を含めて熱融着する場合には封口不良が生じると言う問題点があった。
そこで、接着性フィルムとタブすなわち引出端子を可撓性外装材とは別体の接着性フィルムで挟持して、高周波誘導加熱（なお、「誘電加熱」との記載は、「誘導加熱」の誤記である。）とを行うことによってあらかじめタブに接着性フィルムを接合する電池タブ部のシール方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
この方法によって引出端子に接着性フィルムをあらかじめ熱融着した場合には、特性が改善するものと思われるが、封口前に引出端子の封口部をあらかじめ処理することが必要であるという問題点があった。一方、高周波誘導加熱によって、封口部を加熱しようとすると、可撓性外装材を構成するアルミニウム箔等の金属材料が発熱するので、封口部の加熱には有効ではなかった。
特開平１０−２６１３８６号公報 特開２００１−３０７７７７号公報

本発明は、アルミニウム箔等の金属層と合成樹脂層を積層した積層体を可撓性外装材として封口した引出端子を有する電気部品における引出端子部での封口不良を防止した、引出端子部の封口特性が優れた物品を提供することを課題とするものである。

本発明の課題は、積層体からなる可撓性外装材による引出端子を有する電気部品の引出端子部の封口方法において、引出端子を引出端子加熱手段によって加熱した状態で、該引出端子が存在する引出端子部の可撓性外装材を熱融着手段によって熱融着して封口する電気部品の引出端子部の封口方法によって解決することができる。
また、可撓性外装材は、少なくとも一層の金属層を有する前記の電気部品の引出端子部の封口方法である。
電気部品が密閉型電池である前記の電気部品の引出端子部の封口方法である。
また、積層体からなる可撓性外装材で封口した引出端子を有する電気部品の引出端子部の封口装置において、引出端子を加熱する引出端子加熱手段、引出端子加熱手段による加熱時に、該引出端子が存在する引出端子部の可撓性外装材を熱融着する熱融着手段を有する電気部品の引出端子部の封口装置である。

本発明の封口方法および封口装置によって封口した可撓性外装材を用いた電気部品にあっては、内部の構成要素から外部へ取り出された可撓性外装材の外側に位置する引出端子を加熱した状態で、引出端子が存在する引出端子部の可撓性外装材を熱融着して封口したので、引出端子が加熱された状態で可撓性外装材が熱融着され、可撓性外装材の外側から与えられた熱が、低温度の引出端子へと移動して引出端子部の温度が低下して引出端子部における温度が低下することを防止することができる。その結果、引出端子部の封口特性を良好なものとすることができ、電解液を用いた密閉型電池に適用した場合には、引出端子部から漏液等が生じることがない特性が優れた密閉型電池を提供することができる。

本発明は、積層体からなる可撓性外装材によって封口した電気部品において、内部の構成要素に結合した引出端子を取り出す引出端子部での封口は、可撓性外装材の加熱のために加えられる熱が、引出端子の存在によって引出端子へと移動するために、引出端子部は、引出端子が存在しない部分に比べて温度が低下する。その結果、可撓性外装材と引出端子との接合が不充分なものとなり、引出端子部での封口不良が生じることに起因していることに着目し、可撓性外装材の封口を引出端子を加熱した状態で行うことにより、引出端子部においても、引出端子が存在しない部分と同様の温度条件によって良好な封口部を形成することが可能であることを見出したものである。

本発明においては、内部の構成要素から引き出された引出端子を加熱した状態で、封口部の可撓性外装材を加熱および加圧することを特徴としており、引出端子の加熱手段を設けた封口装置によって、封口部の加熱および加圧時に同時に所定の温度に加熱することを特徴としている。

引出端子の加熱に使用する加熱手段には、引出端子のみの温度を短時間に所定の温度に加熱することが可能な加熱手段を用いることができ、電気ヒータ、インパルス式のヒータ、電磁誘導等の加熱手段を用いることができるが、温度調整が容易な電気ヒータを用いることが好ましい。
また、電気ヒータ等によって引出端子を両面から挟持すると、引出端子面には直接に熱伝導が可能であるが、その角部には空間が生じるので電気ヒータ等の加熱手段の表面は、被加熱部材の表面への追従性が良い柔軟なシリコーンゴム等で覆われた、シリコーンラバーヒータ、ラバーヒータ等の名称で知られている加熱手段を用いることが好ましい。

また、引出端子加熱手段は、引出端子部の熱融着に使用する加熱手段とは、独立して上下動する部材に設けても、同一の部材に設けても良いが、同一の部材に設ける場合にも、引出端子加熱手段と熱融着に使用する加熱手段はそれぞれ独立して温度調整が可能なもとすることが好ましい。
引出端子の加熱温度は、可撓性外装材の封口部の加熱温度によりも低く、可撓性外装材を構成する熱融着性のフィルムの軟化温度よりも高い温度とすることが好ましい。

本発明の封口方法を用いることによって引出端子部の封口は良好なものとなるので、引出端子と可撓性外装材とを直接接触させて封口することによって良好な封口部を形成することが可能となるが、引出端子の可撓性外装材の封口部と接触する部位をあらかじめ接着性のフィルムで挟持したものであっても良い。
接着性フィルムとしては、エチレン−アクリレート共重合体、不飽和カルボン酸変性ポリエチレン、不飽和カルボン酸変性ポリエチレン等を挙げることができる。
また、引出端子との封口部に形成される凹凸を防止するために、引出端子と嵌合する凹部を備えた補助部材を配置し、可撓性外装材と接触して封口する面を平面状としても良く、助部材としては、押圧時に変形を防止して形状を保持することが可能な、ヒートシール条件下において、可撓性外装材の接合面に用いるポリエチレンよりも軟化温度が高いポリオレフィン、ポリエステル、ポリフッ化ビニリデン等を挙げることができる。
い。

本発明の電気部品に用いる可撓性外装材としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート等のポリエステル、あるいはナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６／ナイロンＭＸＤ６ブレンドフィルム等の気体および水分の遮断性に優れた合成樹脂フィルムにアルミニウム箔等の金属箔を積層し、金属箔上には、ポリエチレン等の熱融着性樹脂層を形成したものが用いられる。
また熱融着性層は、熱融着性樹脂層には接着層を形成したり、あるいは表面を酸変性処理、グラフト化処理等によって易接着性処理が施されたものであることが好ましい。

以下に、電気部品が密閉型電池である場合について図面を参照して本発明を説明する。
図１は、密閉型電池の封口工程を説明する図である。図１（Ａ）は、密閉型電池を説明する斜視図であり、図１（Ｂ）は、封口工程を説明する断面図であり、図１（Ｃ）は封口工程の拡大図である。
密閉型電池１は、可撓性外装材２によって電池要素３が封口されたものである。可撓性外装材２は、アルミニウム箔の一方の面にポリエチレンフィルム等の熱融着層を有し、他方の面にはポリエステルフィルム等の外層を形成した積層フィルムから形成されている。
電池要素３を可撓性外装材の凹部２ａに収納し、平面状可撓性外装材２ｂによって覆った後に、引出端子４ａ，４ｂを、封口装置５の引出端子加熱手段６によって加熱した状態で、熱融着手段８で引出端子部７を熱融着して封口される。

このように、引出端子部７は、引出端子加熱手段６によって引出端子４ａを加熱した状態で、熱融着手段８によって可撓性外装材が熱融着して封口されるので、引出端子の存在によって引出端子部の可撓性外装材の熱融着温度が低下して熱融着が不良となることはなく、引出端子部を所定の温度において熱融着することができ、確実な封口が実現できる。

図２は、密閉電池の他の例を説明する図であり、斜視図である。
図１に示した例では、可撓性外装材２は、電池要素３を収容する凹部２ａと、凹部２ａに収納した電池要素３を覆う平面状可撓性外装材２ｂが、別体で構成されている例を示したが、図２に示した例では、凹部２ａを有した可撓性外装材と平面状可撓性外装材２ｂは一体に構成されており、折り曲げ部２ｄにおいて折り曲げた後に、周囲を加熱して封口される。そして、図２に示した例では、電池要素の外周の一辺は熱融着が不要であるので熱融着部が少なくなるという特徴を有している。

図３は、本発明の封口に用いる封口装置の一例を説明する図であり、断面図である。
封口装置５は、引出端子加熱手段６、および熱融着手段８から構成されており、引出端子加熱手段６は、引出端子加熱ヒータ９、断熱部１０、および駆動部１１から構成されている。引出端子加熱ヒータ９の引出端子加熱部１２には、引出端子を両面から挟持した場合には、側面にも密着して加熱可能であるラバーヒータ等の可撓性加熱手段１３が装着されていることが好ましい。
これによって、引出端子加熱ヒータ９は、断熱部１０で結合された駆動部１０の作用で、引出端子４ａ，４ｂ（図示しない）を挟持した場合には、引出端子を挟持した面のみではなく側面からも同時に加熱することが可能となるので、引出端子の速やかな加熱が可能となる。また、引出端子加熱部１２には、温度センサ１４が設けられており、これによって引出端子の加熱温度の測定と、それに基づく引出端子加熱ヒータ部９の温度調整が可能となる。
引出端子加熱部１２は、熱融着時に同時に熱融着される引出端子のすべてを同時に挟持して加熱することができるような大きさ、あるいは個数を有していることが必要である。

また、熱融着手段８は、熱融着部加熱ヒータ１５、断熱部１６、および駆動部１７から構成されており、熱融着手段８に設けた熱融着加熱ヒータ１５は、引出端子加熱手段６の引出端子加熱ヒータ９とは独立に温度調整が可能であって、温度センサ１８によって測定された加熱温度に基づいて、引出端子部７の加熱温度が調整される。熱融着加熱ヒータ１５と断熱部１６によって結合された駆動部１７によって、引出端子部７を所定の圧力、および温度で挟持される。
引出端子部７は所定の寸法精度で熱融着を行うことが必要であるので、引出端子部７を熱融着する加熱ヒータの接触部は、変形等をすることがない剛性の大きな部材で構成することが必要である。
また、熱融着時には、電池要素３および可撓性外装材２を固定手段１９によって両面から挟持することが必要であるが、固定手段１９には熱伝導性が良好な部材を用いることによって電池要素３の温度上昇を小さくすることが好ましい。
また、引出端子加熱手段と熱融着手段とは一体に構成されたものであっても、それぞれを独立して駆動可能であるものであっても良い。

図４は、封口工程での引出端子の温度変化を説明する図であり、横軸に時間を示し、縦軸には温度を示している。
引出端子加熱ヒータは温度ＴＢに加熱されており、引出端子を両面から挟持して加熱開始時ｔ１から、引出端子が加熱される。
引出端子の温度が上昇して、引出端子加熱ヒータの温度よりも低い可撓性外装材の熱融着層の融着温度ＴＦを超えた時点で、引出端子加熱ヒータの温度よりも高い熱融着部加熱温度ＴＬで熱融着部を加熱し、加熱終了時ｔ２において熱融着部の加熱および引出端子の加熱を完了する。
以上のように、最初に引出端子を加熱し、引出端子の温度が所定の温度に達した後に、熱融着部を加熱することができるので、熱融着部は、引出端子の存在する個所および存在しない個所のいずれも速やかに熱融着に好適な温度とすることができる。

本発明の封口方法および封口装置によって可撓性外装材を用いた電気部品を封口した場合には、内部の構成要素から外部へ取り出された可撓性外装材の外側に位置する引出端子を加熱した状態で引出端子部の可撓性外装材を熱融着して封口したものであるので、引出端子部が引出端子の存在によって温度が低下することがなく、封口部の温度が一様なものとなるので、引出端子部での封口特性を良好なものとすることができ、密閉型電池にあっては引出端子部から電解液が漏液することがない特性が優れた密閉型電池を提供することができる。

図１は、密閉型電池の封口工程を説明する図である。 図２は、密閉電池の他の例を説明する図である。 図３は、本発明の封口に用いる封口装置の一例を説明する図である。 図４は、封口工程での引出端子の温度変化を説明する図である。 図５は、従来の封口方法を説明する図である。

符号の説明

１…密閉型電池、２…可撓性外装材、２ａ…可撓性外装材の凹部、２ｂ…平面状可撓性外装材、２ｃ…ポリエチレン層、３…電池要素、４ａ，４ｂ…引出端子、５…封口装置、６…引出端子加熱手段、７…引出端子部、８…熱融着手段、９…引出端子加熱ヒータ、１０…断熱部、１１…駆動部、１２…引出端子加熱部、１３…可撓性加熱手段、１４…温度センサ、１５…熱融着加熱ヒータ、１６…断熱部、１７…駆動部、１８…温度センサ、１９…固定手段、ＴＢ…引出端子加熱温度、ｔ１…加熱開始時、ＴＦ…熱融着層の融着温度、ＴＬ…熱融着部加熱温度、ｔ２…加熱終了時

Claims (3)

1. 積層体からなる可撓性外装材による引出端子を有する電気部品の引出端子部の封口方法において、引出端子を引出端子加熱手段によって加熱した状態で、該引出端子が存在する引出端子部の可撓性外装材を熱融着手段によって熱融着して封口することを特徴とする電気部品の引出端子部の封口方法。
2. 可撓性外装材は、少なくとも一層の金属層を有することを特徴とする請求項１記載の電気部品の引出端子部の封口方法。
3. 積層体からなる可撓性外装材で封口した引出端子を有する電気部品の引出端子部の封口装置において、引出端子を加熱する引出端子加熱手段、引出端子加熱手段による加熱時に、該引出端子が存在する引出端子部の可撓性外装材を熱融着する熱融着手段を有することを特徴とする電気部品の引出端子部の封口装置。

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