JP2010192154A - 蓄電デバイスとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デッドスペースを減少させることが可能なカップ状部を有する蓄電デバイスとその製造方法を提供する。
【解決手段】ラミネート型電池の電池要素を収容する外包材は、電池要素を収容することができるように成形されたカップ状部１０を有する。カップ状部１０は、底壁部１１と、底壁部１１から延びる立壁部１２と、立壁部１２の端部を外方向に曲げることによって形成された鍔部１３と、立壁部１２と鍔部１３との間で曲面を有するように形成された角部１２２とを有する。底壁部１１と立壁部１２との間には、立壁部１２から外方向へ突出する立壁突出部１２１が形成されており、立壁部１２の内側面と立壁突出部１２１の外側突出端面との間の距離Ｓは、立壁部１２の内側面と鍔部１３の外側端面との間の距離Ｓ１よりも小さい。
【選択図】図４

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池、リチウム二次電池、ポリマー二次電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイスとその製造方法に関するものである。

従来から、たとえば、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスに関しては、多様な用途の拡大に伴って、小型化、軽量化、薄型化、形状の自由度等の要求が高まっている。

そこで、このような要求に応えることができるように、蓄電要素を収容する可撓性の外包材を形成するために多層構造のラミネートフィルム（積層シートともいう）が従来から用いられている。ラミネートフィルムは、蓄電要素に面する内面層と、中間層と、外部に面する外面層とから構成される。内面層は、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の耐電解液性とヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂からなる。中間層は、たとえば、アルミニウム箔等の可撓性と強度に優れた金属箔からなる。外面層は、たとえば、ポリアミド系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂からなる。

このようなラミネートフィルムからなる外包材を用いて、蓄電デバイスの一例として非水電解液電池の正極、セパレータ、負極および非水電解液を収容するために、金型を用いてラミネートフィルムを深絞り成形してカップ状やトレー状の容器に形成する方法を採用することが、たとえば、特開２００５−１１６３２２号公報（以下、特許文献１という）に開示されている。

図１３は、特許文献１に開示されたラミネートフィルムを用いて深絞り成形したカップ状（またはトレー状）の容器の一例を示す斜視図である。図１３に示すように、カップ状容器２０１は、底壁部２０２、側壁部２０３および鍔部２０４から構成されている。底壁部２０２と側壁部２０３とからなる凹部の形状は、収容する電極などの形状や厚み、容量などに応じて適宜設定することができる。

図１４は、特許文献１に開示されたラミネートフィルムを用いて深絞り成形したカップ状の容器を外包材とする非水電解液電池の一例を示す斜視図である。図１４に示すように、ラミネートフィルムからなるカップ状容器４０１内に非水電解液電池を構成する材料が収納されている。カップ状容器４０１の上に、同じ層構成を有するラミネートフィルム４０２を蓋材として使用し、互いのヒートシール性樹脂層面で重ね合わせ、二つのリード線４０４を外部に導出した状態で鍔部４０３でヒートシールされている。

図１５は、特許文献１に開示されたラミネートフィルムを用いて深絞り成形したカップ状容器を外包材とする非水電解液電池の他の例を示す斜視図である。図１５に示すように、二つのカップ状容器５０１と５０２を重ね合わせて、内部に非水電解液電池を構成する材料が収納されている。二つのリード線５０４を外部に導出した状態で鍔部５０３でヒートシールされている。

特開２００５−１１６３２２号公報

特許文献１に開示されたカップ状容器を形成するための深絞り成形では、金型を用いてラミネートフィルムがプレス成形される。金型の角部には、所定の半径で曲面が形成されている。

図１６は、金型を用いてラミネートフィルムが深絞り成形されることによって得られた従来のカップ状の容器を示す端面断面図である。深絞り成形するために用いられた金型の角部に所定の半径で曲面が形成されているため、図１６に示すように、得られたカップ状容器２０１において、底壁部２０２と側壁部２０３との間の角部２０５と、側壁部２０３と鍔部２０４との間の角部２０６に所定の半径Ｒで曲面が形成されている。これにより、デッドスペースＤが形成されてしまう。すなわち、このデッドスペースＤには、電池要素等の構成部材を配置することができない。したがって、非水電解質電池等の蓄電デバイスにおいて体積エネルギー密度が低下するという問題がある。

また、カップ状容器２０１内へ電解液を注入した後、蓋材をカップ状容器２０１の鍔部２０４に重ね合わせて真空引きした際に、側壁部２０３がデッドスペースＤの領域内に向かって内側に変形する。このため、電池要素等の構成部材に対して不必要な応力が付与されるので、構成部材の端部が変形したり、位置ずれするおそれがある。

なお、特許文献１には、カップ状容器を形成するための深絞り成形の方法として、真空成形や圧空成形を採用することが示唆されているが、上記のデッドスペースＤを解消するための具体的な手段については開示も示唆もなされていない。

そこで、この発明の目的は、上述のような従来技術の問題点に鑑みて、デッドスペースを減少させることが可能なカップ状部を有する蓄電デバイスとその製造方法を提供することである。

この発明に従った蓄電デバイスは、蓄電要素と、蓄電要素を収容する外包材と、蓄電要素の正極および負極のそれぞれに電気的に接続された正極接続端子および負極接続端子とを備えた蓄電デバイスである。外包材は、蓄電要素を収容することができるように成形されたカップ状部を有する。カップ状部は、底壁部と、この底壁部から延びる立壁部と、この立壁部の端部を外方向に曲げることによって形成された鍔部と、立壁部と鍔部との間で曲面を有するように形成された角部とを有する。底壁部と立壁部との間には、立壁部から外方向へ突出する立壁突出部が形成されており、立壁部の内側面と立壁突出部の外側突出端面との間の距離は、立壁部の内側面と鍔部の外側端面との間の距離よりも小さい。

この発明の蓄電デバイスにおいては、カップ状部の底壁部と立壁部との間には、立壁部から外方向へ突出する立壁突出部が形成されているので、成形金型に起因して所定の半径で形成される角部が存在しない。また、立壁部の内側面と立壁突出部の外側突出端面との間の距離は、立壁部の内側面と鍔部の外側端面との間の距離よりも小さい。このため、カップ状部において、立壁部と鍔部との間の角部に所定の半径で曲面が形成されることによってカップ状部の外側領域に相対的に大きなデッドスペースの一部領域が形成されるとしても、底壁部と立壁部との間には立壁突出部によって相対的に小さなデッドスペースの一部領域がカップ状部の内側領域に形成されるだけである。これにより、蓄電要素を収容することができるように成形されたカップ状部において、デッドスペースの全体領域を減少させることができる。したがって、デッドスペースの全体領域を減少させることにより、蓄電デバイスの体積エネルギー密度を向上させることができる。

また、デッドスペースの全体領域が相対的に小さくなるので、カップ状部内を真空引きした際に、立壁部がデッドスペースの領域内に向かって内側に変形する度合いを小さくすることができる。このため、カップ状部内に収容される蓄電要素等の構成部材に対して不必要な応力が付与されるのを抑制することができ、構成部材の変形を防止することができる。

この発明の蓄電デバイスにおいて、立壁部の内側面と立壁突出部の外側突出端面との間の距離は、上記の角部の曲面の半径以下であることが好ましい。

このようにすることにより、カップ状部において、立壁部と鍔部との間の角部に所定の半径で曲面が形成されることによってカップ状部の外側領域に相対的に大きなデッドスペースの一部領域が形成されるとしても、底壁部と立壁部との間には立壁突出部によって、より小さなデッドスペースの一部領域がカップ状部の内側領域に形成されるだけである。これにより、蓄電要素を収容することができるように成形されたカップ状部において、デッドスペースの全体領域をより減少させることができる。したがって、デッドスペースの全体領域をより減少させることによって、蓄電デバイスの体積エネルギー密度をさらに向上させることができる。

この発明の蓄電デバイスにおいて、カップ状部の底壁部には、底壁部から外方向へ突出する複数の底壁突出部が形成されていることが好ましい。

このように蓄電要素を収容するカップ状部の底壁部に複数の底壁突出部を形成すると、複数の蓄電デバイスを縦に重ねて、たとえば、蓄電デバイスの一例である電池を複数個、縦に重ねて組電池を構成することにより、複数の電池間に放熱板を介在させることなく、複数の底壁突出部によって複数の電池間に隙間が形成されるので、放熱性を向上させることができる。

この発明の蓄電デバイスは、以下の製造方法によって製造される。

この発明の蓄電デバイスの製造方法は、可撓性を有する外包材を用いた蓄電デバイスの製造方法であって、底壁部と、この底壁部から延びる立壁部と、この立壁部の端部を外方向に曲げることによって形成された鍔部と、立壁部と鍔部との間で曲面を有するように形成された角部と、底壁部と立壁部との間に立壁部から外方向へ突出する立壁突出部とを有するカップ状部に、外包材を真空成形するステップを備え、真空成形は、カップ状部の外側から真空吸引することにより行われる。

以上のようにこの発明によれば、デッドスペースの全体領域を減少させることにより、蓄電デバイスの体積エネルギー密度を向上させることができる。また、カップ状部内を真空引きした際に、カップ状部内に収容される蓄電要素等の構成部材の変形を防止することができる。

本発明の蓄電デバイスの実施の形態であるラミネート型のリチウムイオン二次電池のいくつかの例を示す斜視図である。 図１（Ａ）のＩＩａ−ＩＩａ線もしくはＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った方向から見た断面図、または、図１（Ｃ）のＩＩａ−ＩＩａ線もしくはＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った方向から見た断面図である。 図１（Ｂ）のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線もしくはＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿った方向から見た断面図、または、図１（Ｄ）のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線もしくはＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿った方向から見た断面図である。 図２または図３に示されるカップ状部の詳細な断面を示す端面断面図である。 この発明の一つの実施の形態であるラミネート型電池のカップ状部の第１の成形工程を示す模式的な端面断面図である。 この発明の一つの実施の形態であるラミネート型電池のカップ状部の第２の成形工程を示す模式的な端面断面図である。 この発明の一つの実施の形態であるラミネート型電池のカップ状部の第３の成形工程を示す模式的な端面断面図である。 この発明のもう一つの実施の形態であるラミネート型電池のカップ状部の第２の成形工程を示す模式的な端面断面図である。 図８の成形工程によって得られたカップ状部を用いて電池要素を収納した状態で真空シール前のラミネート型電池の断面を示す断面図である。 図８の成形工程によって得られたカップ状部を用いて電池要素を収納した状態で真空シール後のラミネート型電池の断面を示す断面図である。 この発明のさらに別の実施の形態として、カップ状部を用いて電池要素を収納した状態で真空シール前のラミネート型電池の断面を示す断面図である。 この発明のさらに別の実施の形態として、カップ状部を用いて電池要素を収納した状態で真空シール後のラミネート型電池の断面を示す断面図である。 ラミネートフィルムを用いて深絞り成形した従来のカップ状（またはトレー状）の容器の一例を示す斜視図である。 ラミネートフィルムを用いて深絞り成形したカップ状容器を外包材とする従来の非水電解液電池の一例を示す斜視図である。 ラミネートフィルムを用いて深絞り成形したカップ状容器を外包材とする従来の非水電解液電池の他の例を示す斜視図である。 金型を用いてラミネートフィルムが深絞り成形されることによって得られた従来のカップ状の容器を示す端面断面図である。

以下、この発明の蓄電デバイスの実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の蓄電デバイスの実施の形態であるラミネート型のリチウムイオン二次電池（以下、ラミネート型電池という）のいくつかの例を示す斜視図である。図２は、図１（Ａ）のＩＩａ−ＩＩａ線もしくはＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った方向から見た断面図、または、図１（Ｃ）のＩＩａ−ＩＩａ線もしくはＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った方向から見た断面図である。図３は、図１（Ｂ）のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線もしくはＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿った方向から見た断面図、または、図１（Ｄ）のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線もしくはＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿った方向から見た断面図である。なお、図２と図３において正極接続端子と負極接続端子の図示は省略されている。

図１〜図３を参照して、本発明の蓄電デバイスの一つの実施の形態であるラミネート型電池のいくつかの形態例について以下に説明する。

図１（Ａ）と図２に示すように、蓄電デバイスとしてのラミネート型電池１は、蓄電要素としての電池要素３０と、電池要素３０を被覆して収容する外包材として可撓性フィルムからなるカップ状部（またはトレー状部ともいう）１０および蓋部２０と、電池要素３０の正極および負極のそれぞれに電気的に接続され、カップ状部１０および蓋部２０の封止された箇所から突出して延びる正極接続端子３１および負極接続端子３２とから構成される。カップ状部１０は、電池要素３０を収容することができるように成形されている。カップ状部１０は、底壁部１１と、底壁部１１から延びる立壁部（側壁部）１２と、立壁部１２の端部を外方向に曲げることによって形成された鍔部１３とを有する。カップ状部１０の外周縁部である鍔部１３と蓋部２０の外周端部とが熱溶着されることにより、カップ状部１０と蓋部２０が封止されている。この封止された熱溶着部の箇所から正極接続端子３１と負極接続端子３２は外部に引き出されている。この形態例では、正極接続端子３１と負極接続端子３２は、カップ状部１０および蓋部２０の同じ側から突出するように配置されている。正極接続端子３１は正極集電体と一体となっている端子でもよく、負極接続端子３２は負極集電体と一体となっている端子でもよい。

特に、図２に示すように、ラミネート型電池１のカップ状部１０では、立壁部１２と鍔部１３との間で曲面を有するように角部１２２が形成されている。カップ状部１０の底壁部１１と立壁部１２との間には、立壁部１２から外方向へ突出する立壁突出部１２１が形成されている。

図１（Ｂ）と図３に示すように、蓄電デバイスとしてのラミネート型電池２は、蓄電要素としての電池要素３０と、電池要素３０を被覆して収容する外包材として可撓性フィルムからなる二つのカップ状部（またはトレー状部ともいう）１０ａおよび１０ｂと、電池要素３０の正極および負極のそれぞれに電気的に接続され、カップ状部１０ａおよび１０ｂの封止された箇所から突出して延びる正極接続端子３１および負極接続端子３２とから構成される。封止されたカップ状部１０ａおよび１０ｂは、電池要素３０を収容することができるように成形されている。カップ状部１０ａは、底壁部１１ａと、底壁部１１ａから延びる立壁部（側壁部）１２ａと、立壁部１２ａの端部を外方向に曲げることによって形成された鍔部１３ａとを有する。カップ状部１０ｂは、底壁部１１ｂと、底壁部１１ｂから延びる立壁部（側壁部）１２ｂと、立壁部１２ｂの端部を外方向に曲げることによって形成された鍔部１３ｂとを有する。カップ状部１０ａの外周縁部である鍔部１３ａとカップ状部１０ｂの外周縁部である鍔部１３ｂとが熱溶着されることにより、カップ状部１０ａおよび１０ｂが封止されている。この形態例では、正極接続端子３１と負極接続端子３２は、カップ状部１０ａおよび１０ｂの同じ側から突出するように配置されている。正極接続端子３１は正極集電体と一体となっている端子でもよく、負極接続端子３２は負極集電体と一体となっている端子でもよい。

特に、図３に示すように、ラミネート型電池２のカップ状部１０ａでは、立壁部１２ａと鍔部１３ａとの間で曲面を有するように角部１２２ａが形成されている。カップ状部１０ａの底壁部１１ａと立壁部１２ａとの間には、立壁部１２ａから外方向へ突出する立壁突出部１２１ａが形成されている。

一方、ラミネート型電池２のカップ状部１０ｂでは、立壁部１２ｂと鍔部１３ｂとの間で曲面を有するように角部１２２ｂが形成されている。カップ状部１０ｂの底壁部１１ｂと立壁部１２ｂとの間には、立壁部１２ｂから外方向へ突出する立壁突出部１２１ｂが形成されている。

図１（Ｃ）に示すように、蓄電デバイスとしてのラミネート型電池１は、正極接続端子３１と負極接続端子３２がカップ状部１０および蓋部２０の互いに対向する両端部から突出するように配置されていること以外は、図１（Ａ）に示された形態のラミネート型電池１と同じ構成である。

図１（Ｄ）に示すように、蓄電デバイスとしてのラミネート型電池２は、正極接続端子３１と負極接続端子３２がカップ状部１０ａおよび１０ｂの互いに対向する両端部から突出するように配置されていること以外は、図１（Ｂ）に示された形態のラミネート型電池２と同じ構成である。

なお、図１に示されたラミネート型電池１、２において、電池要素３０は、正極用集電体、正極用集電体に付与された正極活物質を含む正極合剤層、負極用集電体、負極用集電体に付与された負極活物質を含む負極合剤層、非水電解液から構成される。ここで、正極は、正極集電体の両面に正極合剤層が積層されて形成されている。一例として、正極集電体はアルミニウムからなり、正極活物質はコバルト酸リチウム複合酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）からなる。一方、負極は、負極集電体の両面に負極合剤層が積層されて形成されている。一例として、負極集電体は銅からなり、負極活物質は炭素材料からなる。

また、図１に示されたラミネート型電池１、２において、カップ状部１０、１０ａ、１０ｂと蓋部２０を構成する可撓性フィルムは、電池要素３０に面する内面側に位置付けられ、合成樹脂からなる内面層と、ラミネート型電池１、２の外側に位置付けられた外面層と、内面層と外面層との間に介在し、金属からなる中間層とから構成される単一のフィルム、すなわち、三層構造のラミネートフィルムで形成されている。内面層は、一例として、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の耐電解液性とヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂からなり、厚みが２０〜１２０μｍである。中間層は、一例として、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔等の可撓性と強度に優れた金属箔からなり、厚みが１０〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍである。外面層は、ポリアミド系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂、一例として、ナイロン（登録商標）からなり、厚みが２０〜４０μｍである。このように構成されるラミネートフィルムの厚みは５０〜２１０μｍ、好ましくは５０〜１００μｍである。カップ状部１０および蓋部２０、または、カップ状部１０ａおよび１０ｂを構成する２枚の可撓性フィルムが、電池要素３０を挟むようにして収容し、内面層同士が熱溶着されることにより、カップ状部１０および蓋部２０、または、カップ状部１０ａおよび１０ｂの周縁部において熱溶着部が形成されている。

図４は、図２または図３に示されるカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）の詳細な断面を示す端面断面図である。

図４に示すように、カップ状部１０は、電池要素３０を収容することができるように成形されている。カップ状部１０は、底壁部１１と、底壁部１１から延びる立壁部（側壁部）１２と、立壁部１２の端部を外方向に曲げることによって形成された鍔部１３とを有する。カップ状部１０では、立壁部１２と鍔部１３との間で曲面を有するように角部１２２が形成されている。カップ状部１０の底壁部１１と立壁部１２との間には、立壁部１２から外方向へ突出する立壁突出部１２１が形成されている。図４においては、立壁部１２の内側面と立壁突出部１２１の外側突出端面との間の距離Ｓは、立壁部１２の内側面と鍔部１３の外側端面との間の距離Ｓ１よりも小さい。また、立壁部１２の内側面と立壁突出部１２１の外側突出端面との間の距離Ｓは、上記の角部１２２の半径Ｒ以下である。なお、立壁突出部１２１の高さｈは、カップ状部１０の高さＨよりも小さい。

このように、この発明の蓄電デバイスの一つの実施形態であるラミネート型電池１（２）においては、カップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）の底壁部１１と立壁部１２との間には、立壁部１２から外方向へ突出する立壁突出部１２１が形成されているので、成形金型に起因して所定の半径で形成される角部が存在しない。また、上記の立壁突出部１２１の外方向に突出している長さＳは、立壁部１２の内側面と鍔部１３の外側端面との間の距離Ｓ１よりも小さく、かつ、立壁部１２と鍔部１３との間で曲面を有するように形成された角部１２２の曲面の半径Ｒ以下である。このため、カップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）において、立壁部１２と鍔部１３との間の角部１２２に所定の半径Ｒで曲面が形成されることによってカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）の外側領域に相対的に大きなデッドスペースＤの一部領域が形成されるとしても、底壁部１１と立壁部１２との間には立壁突出部１２１によって相対的に小さなデッドスペースＤの一部領域がカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）の内側領域に形成されるだけである。これにより、図４と図１６の比較から明らかなように、蓄電要素としての電池要素３０を収容することができるように成形されたカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）において、デッドスペースＤの全体領域を減少させることができる。したがって、デッドスペースＤの全体領域を減少させることにより、蓄電デバイスの一つの実施形態であるラミネート型電池１（２）の体積エネルギー密度を向上させることができる。なお、上記の立壁突出部１２１の外方向に突出している長さＳが、立壁部１２の内側面と鍔部１３の外側端面との間の距離Ｓ１よりも小さいという条件を少なくとも満たせば、上記の作用効果を得ることができる。

また、デッドスペースＤの全体領域が相対的に小さくなるので、カップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）内を真空引きした際に、立壁部１２がデッドスペースＤの領域内に向かって内側に変形する度合いを小さくすることができる。このため、カップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）内に収容される電池要素３０の構成部材に対して不必要な応力が付与されるのを抑制することができ、構成部材の変形を防止することができる。

次に、本発明の蓄電デバイスの一つの実施の形態であるラミネート型電池１（２）のカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）の成形工程について説明する。

図５〜図７は、この発明の一つの実施の形態であるラミネート型電池１（２）のカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）の成形工程を順に示す模式的な端面断面図である。

まず、図５に示すように、搬送手段（図示せず）により、カップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）の材料として、たとえば、熱処理等により予め軟化された厚みが約１１０μｍのラミネートフィルム１００を上金型５０と下金型６０の上方へ移動させて配置する。その後、ラミネートフィルム１００の固定手段の一例であるチャック部７１、７２を矢印Ｐで示す方向に移動させることにより、ラミネートフィルム１００を所定の位置に固定する。

なお、ラミネートフィルム１００を成形するために用いられる金型は、上下に分割された上金型５０と下金型６０とから構成される。上金型５０は左右に開閉移動可能に設けられた二つの部材からなる。上金型５０の内周側壁の上端縁の角部５３には所定の半径の曲面が形成され、上金型５０の内周側壁の下部には凹面部５２が形成されている。凹面部５２は上金型５０の内周側壁面に沿って環状に形成されている。上金型５０と下金型６０には、内側壁から外側壁に空気を吸引することができるように吸引通路５１（図６参照）、６１が形成されている。図５では、上金型５０における吸引通路の図示が省略されている、あるいは、吸引通路が形成されていない上金型５０の内側壁の部分が示されているが、下金型６０には内側壁から外側壁へ空気を吸引するための吸引通路６１が形成されていることが示されている。

次に、図６に示すように、チャック部７１、７２を矢印Ｕで示す方向に移動させることにより、ラミネートフィルム１００の固定を解除する。その後、矢印Ｑで示す方向に吸引通路５１、６１を通じて空気を吸引することにより、たとえば、金型内の空間が約０．１ＭＰａ程度の内圧になるようにする。このように真空成形法を採用することにより、ラミネートフィルム１００は矢印Ｍで示す方向に移動し、上金型５０と下金型６０の内側壁の形状に倣うように成形される。特に、ラミネートフィルム１００は、上金型５０の内側壁の上端縁の角部５３に形成された曲面と、上金型５０の内周側壁の下部に形成された凹面部５２との形状に倣うように成形される。なお、圧空成形法を採用してもよい。また、真空成形時の吸引圧力は、０．１〜１ＭＰａ程度になるように適宜設定される。

この場合、吸引通路５１、６１の開口部がラミネートフィルム１００の表面に接触するが、その接触の痕がラミネートフィルム１００の表面に残らないように吸引通路５１、６１の開口部の形状等を工夫する必要がある。たとえば、上記の接触の痕がラミネートフィルム１００の表面に残らないようにするために、吸引通路５１、６１の開口部の上に濾紙等の多孔質シートを予め配置した状態でラミネートフィルム１００の真空成形を行うのが好ましい。

そして、真空吸引終了後、図７に示すように、下金型６０を矢印Ｅで示す方向に下方に移動させるとともに、上金型５０を矢印Ｆで示す方向に左右に移動させる。その後、チャック部７１、７２を矢印Ｐで示す方向に移動させることにより、ラミネートフィルム１００の周縁端部を固定した状態で、ラミネートフィルム１００を矢印で示す方向に上方に移動させて、熱溶着される箇所として鍔部１３を確保することが可能な所定の位置Ｃにて、ラミネートフィルム１００を所定の切断手段（図示せず）によって切断する。これにより、成形されたラミネートフィルム１００が金型から分離される。このようにして、底壁部１１と、底壁部１１から延びる立壁部１２と、立壁部１２を外方向に曲げることによって鍔部１３と、立壁部１２と鍔部１３との間で曲面を有する角部１２２とが成形されるとともに、底壁部１１と立壁部１２との間には、立壁部１２から外方向へ突出する立壁突出部１２１が成形される。以上のようにして、本発明の蓄電デバイスの一つの実施の形態であるラミネート型電池１（２）のカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）が製造される。このカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）を用いて、図２または図３に示すように、非水電解液を含む電池要素３０を収容し、注液し、初期充電した後に、開口部の真空シールを行い、熱溶着で開口部を封止することにより、蓄電デバイスの一例としてラミネート型電池１（２）が得られる。図７では、上金型５０における吸引通路の図示が省略されている、あるいは、吸引通路が形成されていない上金型５０の内側壁の部分が示されている。

以上のように説明されたこの発明の蓄電デバイスの一つの実施の形態であるラミネート型電池１の製造方法は、可撓性を有する外包材としてのラミネートフィルム１００を用いたラミネート型電池１の製造方法であり、要約すれば、底壁部１１と、底壁部１１から延びる立壁部１２と、立壁部１２の端部を外方向に曲げることによって形成された鍔部１３と、立壁部１２と鍔部１３との間で曲面を有するように形成された角部１２２と、底壁部１１と立壁部１２との間に立壁部１２から外方向へ突出する立壁突出部１２１とを有するカップ状部１０に、ラミネートフィルム１００を真空成形するステップを備え、真空成形は、カップ状部１０の外側から真空吸引することにより行われる。

なお、上記の実施形態では、金型は、上金型５０と下金型６０というように上下で２分割しているが、左右に２分割してもよい。図７に示すように、成形後に立壁突出部１２１が金型に引っ掛からないようにできるのであれば、金型の分割の形態や箇所は限定されない。

また、上記の実施形態では、図７に示される工程において金型を上下左右方向に移動させて、成形されたラミネートフィルム１００を金型から分離しているが、金型の分割の形態や箇所を工夫して、金型を左右方向に移動させるだけで、または、金型を下方向に移動させるだけで、ラミネートフィルム１００を金型から分離できるようにしてもよい。

さらに、上記の実施形態では、ラミネートフィルムの厚みは約１１０μｍとしたが、特に限定されるものではなく、好ましくは５０〜１００μｍである。特に、ラミネートフィルムを構成する中間層に用いられるアルミニウム箔の厚みは、真空成形の容易性を考慮すると、１０〜３０μｍ程度が好ましい。しかし、アルミニウム箔が薄くなると、外包材のシール性能が低下する。また、ラミネートフィルムを構成する内面層が薄いと、アルミニウム箔との絶縁性が低下する。さらに、ラミネートフィルムを構成する外面層が薄いと、外表面の損傷によって絶縁性が低下する。したがって、ラミネートフィルムの厚みは、上記の性能が低下しない程度に設定するのが好ましい。

また、ラミネートフィルムを構成する中間層としてアルミニウム箔の代わりにアルミニウム蒸着膜を用いてもよい。中間層としてアルミニウム蒸着膜を用いると、外包材のシール性能を維持した上で中間層の薄層化を実現することができる。

図８は、図６に示される成形工程に対応する、この発明のもう一つの実施の形態であるラミネート型電池１（２）のカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）の成形工程を示す模式的な端面断面図である。

図８に示すように、ラミネートフィルム１００を成形するために用いられる金型は、上下に分割された上金型５０と下金型６０とから構成される。上金型５０は左右に開閉移動可能に設けられた二つの部材からなる。上金型５０の内側壁の上端縁の角部５３には所定の半径の曲面が形成され、上金型５０の内周側壁の下部には凹面部５２が形成されている。凹面部５２は上金型５０の内周側壁面に沿って環状に形成されている。この実施形態では、下金型６０の内側壁には、複数の凹面部６２が一方向に並行に延在するように形成されている。凹面部６２は島状に互いに分離して複数個、形成されていてもよい。上金型５０と下金型６０には、内側壁から外側壁に空気を吸引することができるように吸引通路５１、６１が形成されている。

そして、図８に示すように、チャック部７１、７２をラミネートフィルム１００から解放した状態で、矢印Ｑで示す方向に吸引通路５１、６１を通じて空気を吸引することにより、たとえば、金型内の空間が約０．１ＭＰａ程度の内圧になるようにする。このように真空成形法を採用することにより、ラミネートフィルム１００は矢印Ｍで示す方向に移動し、上金型５０と下金型６０の内側壁の形状に倣うように成形される。特に、ラミネートフィルム１００は、上金型５０の内側壁の上端縁の角部５３に形成された曲面と、上金型５０の内周側壁の下部に形成された凹面部５２と、下金型６０の内側壁に形成された凹面部６２との形状に倣うように成形される。

その後、図７に示される工程と同様にして、真空吸引終了後、下金型６０を下方に移動させるとともに、上金型５０を左右に移動させる。その後、チャック部７１、７２を移動させることにより、ラミネートフィルム１００の周縁端部を固定した状態で、ラミネートフィルム１００を矢印で示す方向に上方に移動させて、熱溶着される箇所として鍔部を確保することが可能な所定の位置にて、ラミネートフィルム１００を所定の切断手段によって切断する。これにより、成形されたラミネートフィルム１００が金型から分離される。以上のようにして、本発明の蓄電デバイスのもう一つの実施の形態であるラミネート型電池１（２）のカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）が製造される。

図９は、図８の成形工程によって得られたカップ状部１０を用いて電池要素３０を収納した状態で真空シール前のラミネート型電池１の断面を示す断面図である。

図９に示すように、カップ状部１０においては、底壁部１１と、底壁部１１から延びる立壁部１２と、立壁部１２を外方向に曲げることによって鍔部１３と、立壁部１２と鍔部１３との間で曲面を有する角部１２２とが成形されるとともに、底壁部１１と立壁部１２との間には立壁部１２から外方向へ突出する立壁突出部１２１が成形され、底壁部１１には底壁部１１から外方向へ突出する複数の底壁突出部１１１が一方向に並行に延在するように形成されている。カップ状部１０には電池要素３０が収納されている。カップ状部１０の外周縁部である鍔部１３と蓋部２０の外周端部とを熱溶着することができるように、カップ状部１０の上に蓋部２０が載置されている。

図１０は、図８の成形工程によって得られたカップ状部１０を用いて電池要素３０を収納した状態で真空シール後のラミネート型電池１の断面を示す断面図である。

図１０に示すように、非水電解液を含む電池要素３０を収容し、注液し、初期充電した後に、開口部の真空シールを行い、熱溶着で開口部を封止することにより、ラミネート型電池１が得られる。この場合、真空シール時における真空吸引によって、図９に示された底壁突出部１１１の中央部が凹み、底壁突出部１１１が二つの分離された底壁突出部１１１ａおよび１１１ｂになる。なお、真空シール時における真空吸引によって、立壁突出部１２１は上下方向に縮む。

図１１と図１２は、この発明のさらに別の実施の形態として、カップ状部１０を用いて電池要素３０を収納した状態で真空シール前と真空シール後のラミネート型電池１の断面を示す断面図である。

図１１に示すように、真空シール前では、底壁部１１の外周部には、底壁部１１から外方向へ突出する環状の底壁突出部１１１が形成されている。図１２に示すように、真空シール後では、図１１に示された底壁突出部１１１の中央部が凹み、底壁突出部１１１が二つの分離された環状の底壁突出部１１１ａおよび１１１ｂになる。

このようにして、電池要素３０を収容するカップ状部１０の底壁部１１に複数の底壁突出部１１１ａ、１１１ｂを形成すると、たとえば、蓄電デバイスの一例であるラミネート型電池１を複数個、縦に重ねて組電池を構成することにより、複数の電池間に放熱板を介在させることなく、複数の底壁突出部１１１ａ、１１１ｂによって複数の電池間に隙間が形成されるので、放熱性を向上させることができる。

上記の実施形態では、図２〜図４、図９〜図１２に示すようにカップ状部１０（１０ａ、１０ｂ）の立壁部１２（１２ａ、１２ｂ）は、底壁部１１（１１ａ、１１ｂ）から、ほぼ垂直方向に延びるように形成されているが、外側に傾斜するように形成されていてもよい。また、立壁突出部１２１（１２１ａ、１２１ｂ）の断面形状は、円形状、楕円形状等の曲線を有する形状であるのが好ましい。

上記の実施形態では、蓄電要素としてリチウムイオン二次電池の電池要素３０に適用した例を説明したが、リチウム二次電池、ポリマー二次電池などの電池要素に適用してもよく、電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイスに用いられる蓄電要素に適用してもよく、蓄電要素は特に限定されない。

正極活物質としては、コバルト酸リチウム複合酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）以外に、スピネル型マンガン酸リチウム複合酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、ニッケル酸リチウム複合酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）を用いてもよい。また、正極活物質としてＬｉＮｉＭｎＣｏＯ_２といった３元系材料やＬｉＭｎＮｉＯ_２，ＬｉＭｎＣｏＯ_２，ＬｉＮｉＣｏＯ_２といった２元系材料を用いてもよい。さらに、正極活物質は、これらの主材料を混合したものでもよい。正極活物質は、ＬｉＦｅＰＯ_４といったオリビン系材料でもよい。

負極活物質の炭素材料としては、グラファイトやハードカーボンなどが用いられる。また、負極活物質は、これらの主材料を混合したものでもよい。負極活物質はチタン酸リチウムのようなセラミックや合金系材料でもよい。

上記の実施形態では、外包材として三層構造からなるラミネートフィルムを用いているが、外包材の内面層と中間層との間、中間層と外面層との間に接着層を介在させてもよい。また、中間層の内側に複数層からなる内面層を配置してもよい。中間層の外側に複数層からなる外面層を配置してもよい。中間層を多層構造にしてもよい。中間層の材質としては、水分などに対してバリア性を有し、可撓性と強度に優れた金属であればよく、真空成形法や圧空成形法によって変形可能であれば、ステンレス鋼、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、鉄または鉄合金などでもよい。中間層としては、予め箔状または薄板状に形成されたものを用いてもよいが、薄膜やめっき層によって形成されたものでもよい。

内面層は、耐電解液性とヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂であればよく、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、アイオノマー等の樹脂でもよい。外面層は、電気絶縁性に優れた絶縁樹脂であればよく、ポリエステル（ＰＥＴなど）、その他のポリアミド等の樹脂でもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものであることが意図される。

１，２：ラミネート型電池、１０，１０ａ，１０ｂ：カップ状部、１１，１１ａ，１１ｂ：底壁部、１１１，１１１ａ，１１１ｂ：底壁突出部、１２，１２ａ，１２ｂ：立壁部、１２１，１２１ａ，１２１ｂ：立壁突出部、１２２，１２２ａ，１２２ｂ：角部、１３，１３ａ，１３ｂ：鍔部、２０：蓋部、３０：電池要素、３１：正極接続端子、３２：負極接続端子。

Claims (4)

1. 蓄電要素と、前記蓄電要素を収容する外包材と、前記蓄電要素の正極および負極のそれぞれに電気的に接続された正極接続端子および負極接続端子とを備えた蓄電デバイスであって、
   前記外包材は、前記蓄電要素を収容することができるように成形されたカップ状部を有し、
   前記カップ状部は、底壁部と、この底壁部から延びる立壁部と、この立壁部の端部を外方向に曲げることによって形成された鍔部と、前記立壁部と前記鍔部との間で曲面を有するように形成された角部とを有し、
   前記底壁部と前記立壁部との間には、前記立壁部から外方向へ突出する立壁突出部が形成されており、前記立壁部の内側面と前記立壁突出部の外側突出端面との間の距離は、前記立壁部の内側面と前記鍔部の外側端面との間の距離よりも小さい、蓄電デバイス。
2. 前記立壁部の内側面と前記立壁突出部の外側突出端面との間の距離は、前記角部の曲面の半径以下である、請求項１に記載の蓄電デバイス。
3. 前記カップ状部の底壁部には、前記底壁部から外方向へ突出する複数の底壁突出部が形成されている、請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
4. 可撓性を有する外包材を用いた蓄電デバイスの製造方法であって、
   底壁部と、この底壁部から延びる立壁部と、この立壁部の端部を外方向に曲げることによって形成された鍔部と、前記立壁部と前記鍔部との間で曲面を有するように形成された角部と、前記底壁部と前記立壁部との間に前記立壁部から外方向へ突出する立壁突出部とを有するカップ状部に、前記外包材を真空成形するステップを備え、
   前記真空成形は、前記カップ状部の外側から真空吸引することにより行われる、蓄電デバイスの製造方法。

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