JP2006294351A - フィルム外装電気デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て作業効率を向上させることができるフィルム外装電気デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のフィルム外装電池の製造方法は、
充放電可能な発電要素２と、発電要素２を包囲して配されたラミネートフィルム７とを有するフィルム外装電池の製造方法において、外部の衝撃から発電要素２を保護するための保護部材１０を、ラミネートフィルム７の表面上であり、発電要素２の周囲を囲む位置に設ける保護部材配置工程と、保護部材配置工程後、ラミネートフィルム７の周縁に形成されている熱融着部７ａを熱融着することで発電要素２を封止する封止工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィルム外装電気デバイスの製造方法に関するものである。

近年、モータ駆動用のバッテリを搭載する電気自動車やハイブリッド電気自動車（以下、単に「電気自動車等」ともいう）の開発が急速に進められつつある。電気自動車等に搭載される電池にも、電気自動車の操縦特性、走行距離を向上させるため、当然ながら、軽量、薄型化が求められている。電池を軽量かつ薄型とするため、その外装体にアルミニウムなどの金属層と熱溶着性の樹脂層とを接着剤層を介して重ね合わせて薄いフィルムとなしたラミネート材を用いたフィルム外装電池が開発されている。ラミネート材は、一般に、アルミニウム等の薄い金属層の両表面を薄い樹脂層で被覆した構造をなしており、酸やアルカリに強く、かつ軽量で柔軟な性質を有するものである。

発電要素をラミネート材で被覆したフィルム外装電池は軽量である一方、剛性が低く、振動、衝撃の影響を受け易いため、車両に搭載する場合、これらの課題を解決する必要がある。この課題を解決するため、特許文献１に開示されているように、ケース内にフィルム外装電池を挟持固定する技術が従来より知られている。この方法は、剛性の確保、あるいは衝撃からの保護といった点では有利であるが、振動を吸収することは困難である。

振動を吸収する方法としては低硬度のゴムを圧縮して用いる方法がある。しかしながら、いくら低硬度のゴムとはいえ、圧縮ではその反力が圧縮変形量に比べて急激に立ち上がることは既知であり、良好な振動吸収特性を得ることは困難であった。また、ゴムの場合、重量が増加してしまう傾向にあった。

一方、特許文献２ではフィルム外装電池をケース内に収納し、ケースとフィルム外装電池との間にポッティング材を充填するモジュール電池が開示されている。

特許文献２に開示されている構造は、ゴムのように反力が急激に立ち上がることもなく、また、ゴムに比べて軽量化が可能である。しかしながら、特許文献２に開示されている構造は、ポッティング材が発電要素を含む電池全体を覆い尽くすようにしてケースと電池との間に充填されている。このため、放熱特性に問題を生じる場合がある。すなわち、ポッティング材が断熱材として機能してしまい、発電要素からの熱を外部に放熱しきれず、電池が過熱状態となり、その結果、電池寿命を短くしてしまう場合がある。一方、箱の中に電池要素を収納する方法は、電池要素を外部の衝撃からの保護という点では好ましい。しかし、この方法は、電池要素の全面を覆う構成の箱を各電池ごとに用意し、これを組電池化して電気自動車等に搭載することとなり、重量増加や、占有容積の増加、冷却特性の低下といった問題を生じてしまう場合がある。

そこで、本発明者らは、電池要素の周囲を囲む枠形状のケースを用い、そのケース内に衝撃吸収部材を充填し、充填された衝撃吸収部材によって電池要素を保持する構成を開発した。このような構成とすることで、電池全面を衝撃吸収部材で覆わずに外周部のみを保持することとなり、その分軽量化を図ることができ、また、発電要素からの熱を外部に放熱しやすい構造であるため、電池が過熱状態となるのを防止することができ、その結果、電池の長寿命化を図ることも可能となる。

図６に枠形状のケースを有する従来のフィルム外装電池の分解斜視図を示す。また、図７に枠形状のケースに収納された従来のフィルム外装電池の断面図を示す。

フィルム外装電池１００の製造工程の概略を説明する。

まず、発電要素１０２を、２枚のラミネートフィルム１０７に形成された凹部１０７ｂ内に収納するようにして挟み込む。なお、本実施形態では各ラミネートフィルム１０７には発電要素１０２および枠部材１１０を収納するための凹部１０７ｂが予め形成されたものを例に示しているが、凹部１０７ｂが形成されておらずシート状のラミネートフィルム１０７を用いるものであってもよい。

ラミネートフィルム１０７で発電要素１０２を挟み込む際、正極用電極端子１０３および負極用電極端子１０４が熱融着部１０７ａ側から延出した状態にしておく。その後、ラミネートフィルム１０７の熱融着部１０７ａのうちの３辺を熱融着する。３辺を熱融着後、真空引きする。真空引きした後、残る１辺を熱融着することで、発電要素１０２を封止する。真空引きによりラミネートフィルム１０７の凹部１０７ｂは、概ね、発電要素１０２の形状に倣った形状に変形する。

次に、ラミネートフィルム１０７によって発電要素１０２を封止することで形成されたフィルム外装電池１００を、向かい合わせた２つの枠部１１０ａの空間部１１０ｄに配置されるように位置合わせする。次いで発電要素１０２から延出した正極用電極端子３および負極用電極端子４を、向かい合わせた２つの枠部１１０ａの挟持部１１０ｅで挟み込んで固定する。枠部１１０ａ同士の固定は、図示しないが一方の枠部１１０ａに係合爪と他方の枠部１１０ａの係合穴とを係合させて固定する構成としてもよいし、あるいは接着剤で固定してもよい。

次いで、枠部材１１０の壁面に形成された不図示の穴から発泡性樹脂１２０を注入部１１０ｆ内に流し込む。発泡性樹脂１２０が注入部１１０ｆ内にて硬化することで、熱融着部１０７ａが挟持される。これにより、フィルム外装電池１００が枠部材１１０に固定保持される。また、発泡性樹脂１２０は外部からの衝撃を吸収する機能を有するため、衝撃が発電要素１０２に直接的にかかるのを防止することができる。

以上のように、枠部材１１０は、発電要素１０２の外周部分だけを囲っているのみであるので、発電要素全体を覆う箱形状の保護部材に比べて軽量化を図ることができる。
特開平１０−０１２２７８号公報 特開２００４−３９４８５号公報

しかしながら、図６に示した枠部材１１０内に発泡性樹脂１２０を注入してフィルム外装電池１００を固定保持する方法は図７に示すように発泡性樹脂１２０が注入部１１０ｆ内に完全に注入されずに空隙部１２０ａが形成されてしまう場合がある。このような状態では、均一な力を印加してフィルム外装電池１００を固定保持することが困難となる。

また、組み立て工程において、枠部材１１０にフィルム外装電池１００を収納し、そして、最後に別途用意した発泡性樹脂１２０を注入するため、発泡性樹脂１２０の硬化を待ってからでないと、次の工程へと進むことができない。すなわち、発泡性樹脂１２０を硬化させながら、次の工程を行うことができず、組み立てに要する時間がかかり、作業効率が悪かった。

そこで、組み立て作業効率を向上させることができるフィルム外装電気デバイス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気デバイスの製造方法は、充放電可能な電気デバイス要素と、電気デバイス要素を包囲して配された２枚の外装フィルムと、外部の衝撃から電気デバイス要素を保護するための保護部材とを有するフィルム外装電気デバイスの製造方法において、予め固化された保護部材を、外装フィルムの表面上であり、電気デバイス要素の周囲を囲む位置に設ける保護部材配置工程と、保護部材配置工程後、外装フィルムの周縁の熱融着領域を熱融着することで電気デバイス要素を封止する封止工程とを含むことを特徴とする。

上記の通りの本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、固化されている保護部材を予め外装フィルムの表面上に設けておき、その後、熱融着することで電気デバイス要素を封止する。このため、保護部材と外装フィルムとを一体的に取り扱うことができる。

また、従来、枠部材内に発泡性樹脂を流し込んで充填する方法は、樹脂が固化するまで次の工程に進むことができなかったが、本発明では保護部材を予め固化させているため、樹脂の固化に要する時間を待つことなく次の工程に進むことができる。また、樹脂を充填させる方法では充填する最中に樹脂と外装フィルムとの間で擦れを生じてしまい、外装フィルムにとって好ましくない。一方、本発明の場合、樹脂を充填するといった工程がないため、樹脂と外装フィルムとの間で擦れが発生することはない。

また、本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、電気デバイス要素の周囲を囲むようにして前記外装フィルムの周縁を保持する枠部材を用意する工程と、封止工程にて形成されたフィルム外装電気デバイスの保護部材が枠部材の内壁面に密着するように枠部材内に収納する工程とを含むものであってもよい。この場合、保護部材が枠部材の内壁面に密着することで、均一な力をフィルム外装電気デバイスにかけることができる。よってフィルム外装電気デバイスの確実なる固定保持が可能となる。

また、本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、保護部材は紫外線硬化型の発泡性樹脂を固化したものであってもよい。
。この場合、熱による影響を電気デバイス要素に与えることなく保護部材を硬化させることができる。

本発明によれば、固化された保護部材を予め外装フィルムの表面上に設けておき、その後、熱融着することで電気デバイス要素を封止する。このため、保護部材と外装フィルムとを一体的に取り扱うことができるとともに、保護部材の固化を待つことなく次の工程に進めるので、フィルム外装電気デバイスの組み立て作業の効率を向上させることができる。

［フィルム外装電池および保護部材］
図１に本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図を示す。

本実施形態のフィルム外装電池１は、不図示の正極側活電極、負極側活電極、および電解液を有する発電要素２と、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせて形成したラミネートフィルム７を熱融着部７ａの４辺で熱融着して密封した構造を有しており、熱融着部７ａには発泡性樹脂からなる保護部材１０が一体的に取り付けられている。なお、保護部材１０の取り付けについては、接着剤等を用いて取り付けるものであってもよいし、ラミネートフィルム７に後述する凹部７ｂを形成する際に同時に成形加工するものであってもよい。

フィルム外装電池１の発電要素２は、不図示のセパレータを介して積層された正極側活電極と負極側活電極とからなる積層型であってもよいし、あるいは、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とが交互に積層された構造の捲回型であってもよい。

また、発電要素２としては、正極、負極および電解質を含むものであれば、通常の電池に用いられる任意の発電要素が適用可能である。一般的なリチウムイオン二次電池における発電要素は、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔などの両面に塗布した正極板と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を銅箔などの両面に塗布した負極板とを、セパレータを介して対向させ、それにリチウム塩を含む電解液を含浸させて形成される。発電要素２としては、この他に、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の発電要素が挙げられる。

フィルム外装電池１の短手方向の熱融着部７ａからは、正極側活電極に接続された正極用電極端子３および負極側活電極に接続された負極用電極端子４がそれぞれ対向して延出している。正極用電極端子３としてはアルミニウムが多く用いられ、また、負極用電極端子４としては銅またはニッケルがその電気的特性により多く用いられている。以下、正極用電極端子３と負極用電極端子４とをまとめて単に電極と称する場合もある。

発泡性樹脂からなる保護部材１０は、外部の衝撃を吸収することで発電要素２を保護する機能を有し、その形状は熱融着部７ａに対応し、かつ、後述する枠部材２０の収納部２１内に収まる枠形状をなしている。なお、保護部材１０は、外部の衝撃を吸収することで発電要素２を保護する機能を有するものであれば材質については特に限定されるものではないが、紫外線硬化型の発泡性樹脂を用いるとより好ましい。熱による影響を発電要素２に与えることなく硬化させることができるからである。

この保護部材１０は、枠部材２０に収納する前に、熱融着部７ａに一体的に取り付けられた状態にしておく。
［フィルム外装電池の製造手順］
次に、フィルム外装電池１の製造手順について図２〜図５を参照して説明する。図２は、フィルム外装電池の分解斜視図である。図３は、保護部材を取り付けたラミネートフィルムで発電要素を挟み込む前の状態を示した側断面図である。図４は、保護部材を取り付けたラミネートフィルムで発電要素を挟み込んだフィルム外装電池の側断面図である。図５は、図４で示したフィルム外装電池を枠部材で固定保持した状態の側断面図である。

正極用電極端子３および負極用電極端子４がそれぞれ対向して延出している発電要素２を、保護部材１０が予め取り付けられた２枚のラミネートフィルム７で挟み込む。図２には２枚のラミネートフィルム７の双方に発電要素２を収納可能なように予め凹部７ｂが形成されているが本発明はこれに限定されるものではない。ラミネートフィルム７の一方にのみ凹部が形成されているものであってもよい。なお、この場合、凹部が形成されていないラミネートフィルム７についても熱融着部７ａには保護部材１０が取り付けられている。また、本実施形態で例示する保護部材１０は熱融着部７ａの正極用電極端子３および負極用電極端子４に対応する部分にのみ保護部材１０が設けられた構成を示しているがこれに限定されるものではなく、ラミネートフィルム７の熱融着部７ａと凹部７ｂの底面を繋ぐ斜面７ｃ（図３、図４参照）にも保護部材１０が設けられているものであってもよいし、あるいは斜面７ｃのみに保護部材１０が設けられているものであってもよい。これら構成の場合、活電極が電極３、４にまとめられる集電部２ａを外部からの衝撃等から保護することができる。また、保護部材１０は２枚のラミネートフィルム７のうちの一方にのみ設けられているものであってもよい。

保護部材１０付きの２枚のラミネートフィルム７で発電要素２を挟み込んだ後、熱融着部７ａを熱融着する。これにより、図３に示すように、保護部材１０が予め設けられたフィルム外装電池１を形成することができる。なお、熱融着に際して、保護部材１０が設けられていない領域は直接的に熱をかけて熱融着する。一方、保護部材１０に覆われている領域については接着剤を用いて接合する。場合によっては、保護部材１０に覆われていない領域のみを熱融着するものであってもよい。なお、斜面７ｃのみに保護部材１０が設けられている構成の場合は、熱融着部７ａを両側から挟み込んで熱融着するという、通常の方法で熱融着する。

次に、図５に示すように保護部材１０と一体化されたフィルム外装電池１を２つの枠部材２０で挟み込む。これにより、保護部材１０の上面１０ａおよび側面１０ｂ（図３参照）は、枠部材２０の内面２０ａに密着する。すなわち、本実施形態の場合、保護部材１０の形状を予め枠部材２０の内面２０ａに対応するように成形しているので、保護部材１０と枠部材２０との間に図７に示したような不均一な空隙部１２０ａが形成されることはない。なお、保護部材１０の大きさを、枠部材２０の保護部材１０を収納する部分よりも少し大きくしておいてもよい。この場合、保護部材１０が枠部材２０の収納部分に収納される際、ある程度力を加えて押込むこととなるので、保護部材１０と枠部材２０との密着性がより高められる。

以上説明したように、本実施形態のフィルム外装電池１は、予めラミネートフィルム７の表面に、枠部材２０の内面２０ａに対応する形状の保護部材１０が設けられたラミネートフィルム７を用意しておき、この保護部材１０付きのフィルム外装電池１に枠部材２０を取り付ける。

以上、本実施形態の製造方法によりフィルム外装電池を製造することで以下の効果が得られる。

まず、保護部材１０とフィルム外装電池１とを一体的に取り扱うことができるため、
組み立て工程においてラミネートフィルム７と充填材とをそれぞれ用意しておき、その後、充填材を充填する従来の方法に比べて組み立て作業の高効率化を図ることができる。

また、従来、枠部材内に発泡性樹脂を流し込んで充填する方法は、樹脂が固化するまで次の工程に進むことができなかったが、本実施形態では保護部材１０を予め固化させているため、樹脂の固化に要する時間を待つことなく次の工程に進むことができる。また、樹脂を充填させる方法では充填する最中に樹脂とラミネートフィルム７との間で擦れを生じてしまい、ラミネートフィルム７にとって好ましくない。一方、本実施形態の場合、樹脂を充填するといった工程がないため、樹脂とラミネートフィルム７との間で擦れが発生することはない。

さらに、保護部材１０の形状を枠部材２０の内面２０ａに対応するように成形しているので、保護部材１０が枠部材２０の内面２０ａに密着し、これにより、均一な力でフィルム外装電池１を固定保持することができる。

本発明のフィルム外装電池の一例の外観斜視図である。 図１に示したフィルム外装電池の分解斜視図である。 本発明の保護部材を取り付けたラミネートフィルムで発電要素を挟み込む前の状態を示した側断面図である。 保護部材を取り付けたラミネートフィルムで発電要素を挟み込んだフィルム外装電池の側断面図である。 図４で示したフィルム外装電池を枠部材で固定保持した状態の側断面図である。 従来の、枠形状のケースを有するフィルム外装電池の一例の分解斜視図である。 従来の、枠形状のケースに収納されたフィルム外装電池の断面図である。

符号の説明

１ フィルム外装電池
２ 発電要素
２ａ 集電部
３ 正極用電極端子
４ 負極用電極端子
７ ラミネートフィルム
７ａ 熱融着部
７ｂ 凹部
７ｃ 斜面
１０ 保護部材１０
１０ａ 上面
１０ｂ 側面
２０ａ 内面
２０ 枠部材
２１ 収納部

Claims (3)

1. 充放電可能な電気デバイス要素と、前記電気デバイス要素を包囲して配された２枚の外装フィルムと、外部の衝撃から前記電気デバイス要素を保護するための保護部材とを有するフィルム外装電気デバイスの製造方法において、
   予め固化された前記保護部材を、前記外装フィルムの表面上であり、前記電気デバイス要素の周囲を囲む位置に設ける保護部材配置工程と、
   前記保護部材配置工程後、前記外装フィルムの周縁の熱融着領域を熱融着することで前記電気デバイス要素を封止する封止工程とを含むことを特徴とするフィルム外装電気デバイスの製造方法。
2. 前記電気デバイス要素の周囲を囲むようにして前記外装フィルムの周縁を保持する枠部材を用意する工程と、
   前記封止工程にて形成された前記フィルム外装電気デバイスの前記保護部材が前記枠部材の内壁面に密着するように前記枠部材内に収納する工程とを含む、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイスの製造方法。
3. 前記保護部材は紫外線硬化型の発泡性樹脂である、請求項１または２に記載のフィルム外装電気デバイスの製造方法。

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