JP2006185713A - 電池及び電池の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミラミネートフィルムの溶着部に皺部を形成することにより、電池ケースの内圧が異常に上昇したときにこの皺部から内部の高圧ガスを徐々に放出することができる電池及び電池の製造装置を提供する。
【解決手段】内面が熱可塑性樹脂のシーラント層２１ｅ、２２ｅからなるアルミラミネートフィルム２１、２２を上下に重ね合わせて周縁の平坦な溶着部２１ｂ、２２ｂを熱溶着することにより内部に発電要素を封止収納する電池ケース２を構成した電池において、アルミラミネートフィルム２１、２２が上下から重なり合って熱溶着された溶着部２１ｂ、２２ｂの一部に、これらのアルミラミネートフィルム２１、２２が上下方向に細かく撓んだ皺部５が形成された構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルミラミネートフィルム等のフレキシブルフィルムからなる電池ケースを用いた電池及び電池の製造装置に関するものである。

電池ケースにアルミラミネートフィルムを用いた非水電解質二次電池の構成例を図３に示す。この非水電解質二次電池は、発電要素１を収納する電池ケース２が上下２枚の方形のアルミラミネートフィルム２１、２２からなる。発電要素１は、帯状の正極と負極をセパレータを介して巻回し長円筒形とした発電要素であり、前後の端面から正負極のリード端子３、３を突出させている。また、これらのリード端子３、３の前後方向の途中には、事前に熱可塑性樹脂からなる被覆材４、４が熱溶着されている。

電池ケース２を構成する２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２には、長円筒形の発電要素１を嵌め込むことができるように、それぞれ事前に中央の大部分に絞り加工によって凹部２１ａ、２２ａが形成されている。そして、これら２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２は、凹部２１ａ、２２ａの窪みを向かい合わせにして上下から重ね合わせると共に、これらの凹部２１ａ、２２ａによって形成された空間に発電要素１を嵌め込んで非水電解液を充填し、周縁の平坦な溶着部２１ｂ、２２ｂの内側面にラミネートされた熱可塑性樹脂を熱溶着することにより、内部を密閉した電池ケース２となる。また、発電要素１から突出するリード端子３、３は、２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２が前後の溶着部２１ｂ、２２ｂで重なり合った間を通し電池ケース２の外部に突出するようになっている。

ところが、非水電解質二次電池は、過充電等により内部の非水電解液が分解してガスが発生し、電池ケース２内部の圧力が異常に上昇することがある。しかしながら、上記構成の非水電解質二次電池は、この電池ケース２の前後左右の周縁の平坦な溶着部２１ｂ、２２ｂが確実に熱溶着されるので、電池ケース２の内圧が極めて高い状態になるまで溶着部２１ｂ、２２ｂが密着している。そして、この内圧が限度を超すと、溶着部２１ｂ、２２ｂが一気に剥がされて開き、高圧ガスが短時間に放出されることになる。このため、従来の非水電解質二次電池は、電池ケース２の内圧上昇により高圧ガスが放出された場合に、このガスや非水電解液の飛沫が広い範囲に飛散して、周囲の配線を腐食する等の問題が生じていた。

また、上記問題を解消するために、アルミラミネートフィルム２１、２２の凹部２１ａ、２２ａのいずれかの位置に、内圧が所定圧力以上に上昇すると内部を開放する安全弁（圧力開放手段）を取り付ける発明が従来からなされている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この発明では、アルミラミネートフィルム２１、２２に貫通孔を形成して安全弁を封止固着したり、このアルミラミネートフィルム２１、２２の一部に安全弁として機能する破断用切溝等の加工を施す必要があり、非水電解質二次電池のコストアップに繋がるという問題が生じていた。しかも、このような安全弁に代えてアルミラミネートフィルム２１、２２の溶着部２１ｂ、２２ｂの熱溶着強度自体を弱めたのでは、たとえ熱溶着強度を弱める範囲をある程度限定したとしても、内圧の上昇によりその部分の熱溶着が一気に剥がれて高圧ガスが短時間に放出されるという問題を解消することはできない。さらに、溶着部２１ｂ、２２ｂの熱溶着強度を弱めると、曲げ等の機械的な力に対しても弱くなるので、これらの界面が容易に剥離して液漏れが生じるおそれがあるという問題も生じる。
特開平９−１９９０９９号公報

本発明は、フレキシブルフィルムの溶着部に皺部を形成することにより、電池ケースの内圧が異常に上昇したときにこの皺部から内部の高圧ガスを徐々に放出することができる電池及び電池の製造装置を提供しようとするものである。

請求項１の電池は、少なくとも内面が熱可塑性樹脂からなるフレキシブルフィルムを上下に重ね合わせて発電要素収納部周縁の平坦部を熱溶着することにより電池ケースを構成した電池において、前記溶着部の一部に、上下方向に撓んだ皺部が形成されたことを特徴とする。

請求項２の電池は、発電要素収納部の平面形状が方形であり、前記皺部がこの収納部の角部に形成されたことを特徴とする。

請求項３の電池の製造装置は、少なくとも内面が熱可塑性樹脂からなるフレキシブルフィルムを上下に重ね合わせ、発電要素収納部周縁の平坦部を上方と下方から加熱した熱溶着金型で圧迫して熱溶着することにより電池ケースを形成する電池の製造装置において、上下の熱溶着金型におけるフレキシブルフィルムの溶着部の圧迫面の一部に、互いに噛み合う上下方向の凹凸部が形成されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、フレキシブルフィルムの溶着部に皺部が形成されるので、電池ケースの内圧が異常に上昇すると、この圧力によって皺部に生じた僅かな隙間を通じて内部の高圧ガスを少しずつ放出することができるようになる。このため、過充電等により電池ケースから高圧ガスが放出された場合であっても、このガスや電解液の飛沫が広い範囲に飛散するようなことがなくなる。

請求項２の発明によれば、皺部が方形の電池ケースの角部に形成されるので、この方形の辺の中央部からリード端子を引き出しているような場合にも、このリード端子を封止している部分に皺部が形成されることによりこの封止が不十分になるようなことがなくなる。

請求項３の発明によれば、上下の熱溶着金型の凹凸部によってフレキシブルフィルムの溶着部に皺部を形成するので、電池ケースの内圧が異常に上昇しても、この皺部を通じて内部の高圧ガスを少しずつ放出することができるようになり、このガスや電解液の飛沫が広い範囲に飛散するようなことがなくなる。しかも、熱溶着金型の凹凸部によって意図的に皺部を形成するので、高圧ガスの放出が開始される圧力を比較的正確に設定することができるようになる。また、この皺部を意図的に特定の位置に形成することができるので、熱溶着の際の熱可塑性樹脂の収縮等による歪みをこの皺部に集中させることができるようになり、他の部分に歪みが生じて熱溶着が不完全になるのを防止することもできるようになる。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図２を参照して説明する。なお、これらの図においても、図３に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

本実施形態は、図１に示すように、電池ケース２にアルミラミネートフィルム２１、２２を用いた非水電解質二次電池及びこの非水電解質二次電池の製造装置について説明する。この非水電解質二次電池は、図３に示した従来例と同様に、前後左右の周縁の平坦な溶着部２１ｂ、２２ｂの中央に凹部２１ａ、２２ａが形成された方形の上下２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２を重ね合わせて熱溶着することにより電池ケース２が構成される。

２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２は、図２に示すように、アルミニウム箔からなる金属層２１ｃ、２２ｃの外側面にナイロンやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のようにバリア性や強度の高い樹脂からなるベースフィルム層２１ｄ、２２ｄを積層すると共に、他方の面にポリプロピレンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂からなるシーラント層２１ｅ、２２ｅを積層した３層構造の方形のフレキシブルなラミネートフィルムである。そして、上記凹部２１ａ、２２ａは、シーラント層２１ｅ、２２ｅ側の面が窪むように形成される。なお、この図２では、アルミラミネートフィルム２１、２２の層構造を分かり易くするために、左右方向に比べて上下方向を拡大して示している。

上記２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２は、凹部２１ａ、２２ａの窪みを向かい合わせにして上下から重ね合わせ、周縁の平坦な溶着部２１ｂ、２２ｂ同士を密着させて熱溶着することにより内部を密閉して電池ケース２となる。従って、これらの溶着部２１ｂ、２２ｂでは、上下のアルミラミネートフィルム２１、２２のシーラント層２１ｅ、２２ｅ同士が、図２に示すように、熱溶着により互いに界面が区別できないほどに溶融密着する。そして、このシーラント層２１ｅ、２２ｅの上下の外側を、それぞれ金属層２１ｃ、２２ｃとベースフィルム層２１ｄ、２２ｄとが覆うことになる。

上記２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２の熱溶着の際には、図３の従来例と同様に、凹部２１ａ、２２ａによって形成された空間に、図１及び図２では図に現れない発電要素１を嵌め込んで非水電解液を充填する。そして、この発電要素１の前後の端面から突出するリード端子３、３は、２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２が方形の前後の辺の溶着部２１ｂ、２２ｂの中央部で重なり合った間を通し、被覆材４、４を介して封止されて、電池ケース２の外部に突出するようになっている。金属製のリード端子３、３と樹脂製の被覆材４、４は、異種の材料同士であるが、事前に最適な溶着条件で確実に熱溶着されることにより界面が完全に密着している。そして、アルミラミネートフィルム２１、２２のシーラント層２１ｅ、２２ｅは、同種の熱可塑性樹脂からなる被覆材４、４と容易に馴染んで十分に熱溶着されるので、これらのリード端子３、３の突出部の確実な封止を行うことができる。

上記電池ケース２を構成するアルミラミネートフィルム２１、２２の周縁の平坦な溶着部２１ｂ、２２ｂは、方形の四方の辺におけるほぼ全ての部分で、従来例と同様に、平坦なまま熱溶着されるが、これらのアルミラミネートフィルム２１、２２の方形の各角部の溶着部２１ｂ、２２ｂには、それぞれ皺部５が形成される。皺部５は、溶着部２１ｂ、２２ｂにおいて上下から重なり合って熱溶着されたアルミラミネートフィルム２１、２２が上下方向に細かく撓んだ部分をいう。上方への撓みと下方への撓みは、少なくとも１回ずつ以上、交互に形成され、図１及び図２では、上方に２回撓むと共に、これらの間で下方に１回撓んだ皺部５を示している。また、各皺部５は、凹部２１ａ、２２ａの周縁を方形に囲む溶着部２１ｂ、２２ｂの各角部ではあるが、これらの溶着部２１ｂ、２２ｂのうちの前後の辺となるものの左右の端部に形成されている。さらに、前方側の左右の皺部５は、前方の辺となる溶着部２１ｂ、２２ｂが凹部２１ａ、２２ａと接する部分からこの溶着部２１ｂ、２２ｂの前方端に至るまで形成されると共に、後方側の左右の皺部５も、後方の辺となる溶着部２１ｂ、２２ｂが凹部２１ａ、２２ａと接する部分からこの溶着部２１ｂ、２２ｂの後方端に至るまで形成される。

上記皺部５は、図２に示すように、熱溶着のための熱溶着金型６、６の圧迫面に設けられた凹凸部６ａ、６ａによって形成される。アルミラミネートフィルム２１、２２の熱溶着は、中央が凹部２１ａ、２２ａの突出形状に沿って方形にくり抜かれた熱溶着金型６、６を加熱して、上下から前後左右の溶着部２１ｂ、２２ｂのみを圧迫することにより行われる。そして、従来の熱溶着金型６、６は、圧迫面が全面にわたって平坦であったが、本実施形態では、皺部５が形成される各角部にそれぞれ４箇所ずつ凹凸部６ａ、６ａが設けられている。これら上下の熱溶着金型６、６の凹凸部６ａ、６ａは、上下から圧迫したときに一方の凸状部分が他方の凹状部分に噛み合うような位置関係に設けられる。また、図２では、下方の熱溶着金型６の各凹凸部６ａは、２箇所の凸状部分とこれらの間の１箇所の凹状部分とからなり、上方の熱溶着金型６の各凹凸部６ａは、２箇所の凹状部分とこれらの間の１箇所の凸状部分とからなる。従って、このような凹凸部６ａ、６ａを設けた熱溶着金型６、６で溶着部２１ｂ、２２ｂを熱溶着することにより、上方に２回撓むと共に、これらの間で下方に１回撓んだ皺部５が形成されることになる。

上記構成によれば、過充電等により非水電解質二次電池の電池ケース２の内圧が異常に上昇すると、溶着部２１ｂ、２２ｂの皺部５を通じて内部の高圧ガスが少しずつ放出されるので、このガスや非水電解液の飛沫が広い範囲に飛散するのを防止することができるようになる。溶着部２１ｂ、２２ｂの皺部５では、上下のアルミラミネートフィルム２１、２２のシーラント層２１ｅ、２２ｅ間の界面の沿面距離が撓みによって引き伸ばされるために大きな歪みを受けると共に、この部分でシーラント層２１ｅ、２２ｅの層厚が不均一となるために、電池ケース２の内圧の異常な上昇により内側から上下に引き裂かれる方向の強い力を受けると、上下のシーラント層２１ｅ、２２ｅが十分に熱溶着されているにもかかわらず、これらの間に微細な亀裂や裂け目ができて僅かな隙間が生じるようになる。従って、皺部５以外の平坦な溶着部２１ｂ、２２ｂでは、この内圧の異常な上昇により影響を受けることがなくても、この皺部５では、内圧がある程度以上に上昇すると、僅かな隙間が生じて、ここから内部の高圧ガスが少しずつ放出されるようになる。しかも、この皺部５では、シーラント層２１ｅ、２２ｅは十分に溶融して熱溶着されているので、機械的な力を受けても界面が剥離するようなことはなく、皺部５自体がリブとして機能することにより曲がりも生じないので、外部の力によって液漏れが生じるようなおそれもない。

また、これらの皺部５を熱溶着金型６、６に設けた凹凸部６ａ、６ａによって定まった形状に形成すれば、高圧ガスの放出が開始される圧力を比較的正確に設定することができるようになる。従って、この放出開始圧力を、電池ケース２の内圧が異常となる最低限の圧力に設定すれば、これらの皺部５を非水電解質二次電池の安全弁として機能させることができるようになる。

さらに、本実施形態では、皺部５を方形のアルミラミネートフィルム２１、２２の各角部に形成しているので、溶着部２１ｂ、２２ｂに意図しない歪みが生じるのを防止することもできるようになる。即ち、本実施形態のように、意図的に各角部に皺部５を形成すると、ここに意図しない歪みが生じるのを防止することができるだけでなく、溶着部２１ｂ、２２ｂ全体の歪みも吸収することができるようになる。特に、本実施形態の場合、方形の前後の辺の溶着部２１ｂ、２２ｂの中央部からリード端子３、３を突出させるようになっていて、この部分に歪みが生じると液漏れが発生し易くなるので、このような液漏れも確実に防止することができるようになる。

なお、上記実施形態では、上下双方のアルミラミネートフィルム２１、２２が一体となって上下に撓む皺部５を示したが、例えば上方のアルミラミネートフィルム２１のみが撓んで、下方のアルミラミネートフィルム２２は平坦なままとなるような皺部５であってもよい。

また、上記実施形態では、皺部５を溶着部２１ｂ、２２ｂの各角部に前後方向に沿って形成する場合を示したが、この皺部５は、少なくとも電池ケース２内の高圧ガスを放出させることができればよいので、この各角部での形成方向は任意であり、必ずしも全ての角部に形成する必要もなく、角部以外の溶着部２１ｂ、２２ｂに形成することもできる。ただし、リード端子３、３を外部に突出させる部分の近辺は、液漏れが生じ易くなるので、避けて形成することが好ましい。

また、上記実施形態では、溶着部２１ｂ、２２ｂが凹部２１ａ、２２ａと接する部分からこの溶着部２１ｂ、２２ｂの前後の端に至るまで皺部５を形成する場合を示したが、この皺部５の両端は、必ずしもこれら凹部２１ａ、２２ａや溶着部２１ｂ、２２ｂの前後の端にまで達している必要はない。なぜなら、皺部５がこれらに少し達していなかったとしても、電池ケース２の内圧が異常に上昇すると、アルミラミネートフィルム２１、２２が異常な高圧により上下に引き裂かれるような力を受けるので、これによって皺部５の僅かな隙間が広がることになるからである。しかも、たとえ皺部５が達していない部分が異常な高圧により一気に引き裂かれたとしても、高圧ガスはこの皺部５の僅かな隙間を通らなければ放出されないので、短時間に外部に放出されるのを確実に防止できる。

また、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２にそれぞれ予め凹部２１ａ、２２ａを形成する場合を示したが、いずれか一方のアルミラミネートフィルム２１、２２にのみ凹部を形成したり、いずれのアルミラミネートフィルム２１、２２にも凹部を形成しないようにすることもできる。さらに、上記実施形態では、方形のアルミラミネートフィルム２１、２２を用いる場合を示したが、この形状も任意である。さらに、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２を重ね合わせて電池ケース２を構成する場合を示したが、この電池ケース２の構成も任意であり、例えば１枚のアルミラミネートフィルムを二つ折りにして電池ケース２を構成したり、筒状のアルミラミネートフィルムを側面から押さえて電池ケース２を構成することもできる。そして、これらの場合には、アルミラミネートフィルムが上下から重なり合って熱溶着される溶着部は、電池ケース２の全周の周縁ではなく、折り目となる部分や筒状の両側部を除いた他の周縁となる。

また、上記実施形態では、電池ケース２にアルミラミネートフィルムを用いる場合を示したが、アルミニウム箔に代えて他のバリア性を有する金属層を用いた金属・樹脂ラミネートフィルムを用いることもできる。さらに、十分な強度とバリア性を確保し確実な封止が可能なフレキシブルフィルムであれば材質は任意であり、例えばラミネートフィルムではない樹脂のみからなるフレキシブルフィルムを用いることも可能である。ただし、このフレキシブルフィルムは、熱溶着により封止されるので、ラミネートフィルムを用いる場合には、内面層が必ず熱可塑性樹脂である必要があり、ラミネートフィルムではない場合には、フレキシブルフィルム全体が熱可塑性樹脂である必要がある。

また、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、フレキシブルフィルムにより電池ケースを構成する電池であれば、この電池の種類は限定されない。さらに、発電要素１も、上記実施形態のような長円筒形の巻回型のものに限らず、任意の形状の巻回型や積層型のものであってもよい。

本発明の一実施形態を示すものであって、アルミラミネートフィルムの電池ケースを用いた非水電解質二次電池の全体斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池とこの非水電解質二次電池の電池ケースのアルミラミネートフィルムを熱溶着させる熱溶着金型とを示す正面図である。 アルミラミネートフィルムの電池ケースを用いた非水電解質二次電池の分解斜視図である。

符号の説明

１ 発電要素
２ 電池ケース
２１ アルミラミネートフィルム
２１ｂ 溶着部
２１ｅ シーラント層
２２ アルミラミネートフィルム
２２ｂ 溶着部
２２ｅ シーラント層
５ 皺部
６ 熱溶着金型
６ａ 凹凸部

Claims (3)

1. 少なくとも内面が熱可塑性樹脂からなるフレキシブルフィルムを上下に重ね合わせて発電要素収納部周縁の平坦部を熱溶着することにより電池ケースを構成した電池において、前記溶着部の一部に、上下方向に撓んだ皺部が形成されたことを特徴とする電池。
2. 発電要素収納部の平面形状が方形であり、前記皺部がこの収納部の角部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 少なくとも内面が熱可塑性樹脂からなるフレキシブルフィルムを上下に重ね合わせ、発電要素収納部周縁の平坦部を上方と下方から加熱した熱溶着金型で圧迫して熱溶着することにより電池ケースを形成する電池の製造装置において、
   上下の熱溶着金型におけるフレキシブルフィルムの溶着部の圧迫面の一部に、互いに噛み合う上下方向の凹凸部が形成されたことを特徴とする電池の製造装置。

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