JP2012209124A - 電気化学素子及びその製造方法、素子製造用の封止金型 - Google Patents

Abstract

【課題】金属ラミネートフィルム製の容器の封止性を確保し、素子特性の劣化を回避することができる電気化学素子を提供すること。
【解決手段】リチウム一次電池１０は、正極集電体２３に支持された正極２１と負極集電体３３に支持された負極３１とがセパレータ４１を介して積層されてなる電極積層体１１を有する。電極積層体１１は電解液とともにアルミニウム・ラミネートフィルム５３からなる容器５１内に収容されている。容器５１において、ラミネートフィルム５３を外周縁に沿って熱溶着することで密封封止部５２が形成されている。密封封止部５２において、ラミネートフィルム５３同士の隙間は、溶融樹脂層５７で埋められている。溶融樹脂層５７は、電極積層体１１の厚さよりも薄く、かつ、外周縁からの距離により厚さが異なる多段構造を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、正極と負極とがセパレータを介して積層されてなる電極積層体を有し、電極積層体が電解液とともに金属ラミネートフィルム材からなる容器内に収容されて密封封止されている電気化学素子及びその製造方法、電気化学素子の容器を密封封止するための素子製造用の封止金型に関するものである。

近年、情報の多様化に伴い、電子ペーパ、ＩＣタグ、多機能カード、電子キーなどのさまざまな超薄型電子機器が実用化されており、それら電子機器には電源としてラミネートタイプの電池が組み込まれている。

特許文献１には、扁平な形状の巻回電極体を金属ラミネートフィルムの容器内に収納した薄型電池が開示されている。特許文献１では、金属ラミネートフィルムとして、絶縁性樹脂層、アルミニウム箔及び溶融樹脂層を積層して張り合わせてなるアルミニウム・ラミネートフィルムが用いられている。そして、２枚のラミネートフィルムを重ね合わせ、その外周縁に沿って熱溶着することで密封封止して矩形袋状の容器が形成されている。

図９には、金属ラミネートフィルム８１を熱溶着するための従来の封止金型８２を示している。図９に示されるように、封止金型８２は、上下に配置された上型８３及び下型８４を備えている。そして、溶融樹脂層（図示略）を内側に配置した状態で２枚の金属ラミネートフィルム８１を重ね合わせ、上型８３及び下型８４によって、金属ラミネートフィルム８１の外縁部を挟み込んだ後に加熱加圧する。これにより、各金属ラミネートフィルム８１の溶融樹脂層を溶融させた後、冷却することで各ラミネートフィルム８１が溶融樹脂層を介して溶着される。

特開２００３−１５１５１２号公報

ところで、上述した金属ラミネートフィルム製の容器を用いた薄型電池においては、正極及び負極に繋がるリード端子が容器の密封封止部から容器外部に引き出される。つまり、熱溶着される溶融樹脂層の間に部分的にリード端子を挟み込んだ形で容器が密封封止されている。この密封封止部において溶融樹脂層とリード端子との間に隙間が生じると、その隙間から容器内に水分が浸入して、電池性能の低下や長期保存特性の著しい低下を引き起こすことがある。

このため、溶融樹脂層とリード端子との隙間をなくすために、熱溶着時に圧力を上げて樹脂層の密着度を上げる手法を検討した。しかしながら、温度・圧力を上げすぎると、密封封止部における樹脂の流れ出しが発生し、ラミネートフィルムのアルミニウム箔とリード端子とが短絡するといった問題が発生してしまう。また、図１０に示されるように、密封封止部８６から流れ出した溶融樹脂８７が容器８８の内側に入り込むと、その溶融樹脂８７によって容器外面が膨らみ、外観不良となってしまう。さらに、電池厚みが限定される薄型電池では、密封封止部８６から流れ出した樹脂８７の厚みにより、電池の上限の厚さを超え、製品不良となってしまう。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属ラミネートフィルム製の容器の封止性を確保し、素子特性の劣化を回避することができる電気化学素子を提供することにある。また、別の目的は、上記電気化学素子における金属ラミネートフィルム製の容器の密封封止を正確な寸法で行うことができる電気化学素子の製造方法、及び素子製造用の封止金型を提供することにある。

上記課題を解決するための手段［１］〜［９］を以下に列挙する。

［１］正極と負極とがセパレータを介して積層されてなる電極積層体を有し、前記電極積層体が電解液とともに金属ラミネートフィルム製の容器内に収容され、前記金属ラミネートフィルムを外周縁に沿って熱溶着することで密封封止部が形成されている電気化学素子であって、前記密封封止部において前記フィルム同士の隙間は、溶融樹脂層で埋められているとともに、前記溶融樹脂層は、前記電極積層体の厚さよりも薄く、かつ、前記外周縁からの距離により厚さが異なる多段構造を有していることを特徴とする電気化学素子。

手段１に記載の発明によると、密封封止部における金属ラミネートフィルム同士の隙間が多段構造を有する溶融樹脂層で埋められている。このように、密封封止部の溶融樹脂層を多段構造とすることにより、容器の封止性を十分に確保することができる。また、溶融樹脂層を多段構造とすることで、密封封止部における水分の浸入経路が非直線的な経路となり、水分の混入を確実に防止することができる。また、密封封止部の溶融樹脂層が電極積層体の厚さよりも薄いため、電気化学素子の薄型化が可能となる。さらに、溶融樹脂層の厚い部分が樹脂だまりとなることで、容器内側に入り込む樹脂を制限することができ、電極積層体の収納スペースを増やすことができる。この結果、電気化学素子の容量を十分に確保することができる。

［２］手段１において、前記密封封止部は２段構造を有し、相対的に厚さが薄い薄肉樹脂部が前記外周縁に近い位置に配置され、相対的に厚さが厚い厚肉樹脂部が前記外周縁から遠い位置に配置されていることを特徴とする電気化学素子。

手段２に記載の発明によると、密封封止部における溶融樹脂層は外周縁側が薄肉樹脂部となっているので、容器内に繋がる水分経路を少なくすることができる。また、溶融樹脂層の内側が厚肉樹脂部となっており、その厚肉樹脂部によって金属ラミネートフィルムとの密着強度を十分に確保することができる。この結果、容器内に侵入する水分を抑えることができ、電気化学素子の特性劣化を確実に抑えることができる。

［３］手段２において、前記厚肉樹脂部による封止長さは、前記薄肉樹脂部による封止長さよりも短いことを特徴とする電気化学素子。

手段３に記載の発明によると、容器において内側に位置する厚肉樹脂部が外側に位置する薄肉樹脂部よりも封止長さが短いので、容器内における収納スペースを十分に確保することができる。

［４］金属ラミネートフィルムを封止金型で挟み込んで加熱圧着する熱溶着工程を経て、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気化学素子を製造する方法であって、前記熱溶着工程の際に、前記封止金型の加熱圧着部材が当接する第１圧着領域に隣接した第２圧着領域を非加熱圧着部材で抑えることにより、前記第１圧着領域側から前記第２圧着領域側にはみ出した溶融樹脂により形成される溶融樹脂層の厚さを規制するようにしたことを特徴とする電気化学素子の製造方法。

手段４に記載の発明によると、熱溶着工程では、金属ラミネートフィルムを封止金型で挟み込み、加熱圧着部材によって加熱することで第１圧着領域の樹脂が溶融される。このとき、第１圧着領域側から第２圧着領域側にはみ出した溶融樹脂が非加熱圧着部材によって抑えられることで、密封封止部の厚さが規制される。このようにすると、容器の密封封止部を正確な寸法で形成することができ、密封封止部の厚さを規格範囲内の厚さに収めることができる。

［５］手段４において、前記封止金型は、互いに接離可能な前記加熱圧着部材と、互いに接離可能な前記非加熱圧着部材とを備え、前記非加熱圧着部材は、前記金属ラミネートフィルムを構成する樹脂材料よりも高融点の樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする電気化学素子の製造方法。

手段５に記載の発明によると、金属ラミネートフィルムの密封封止時に、加熱圧着部材によって、金属ラミネートフィルムの樹脂材料をその融点の温度まで加熱して樹脂材料を溶融させる。このとき、樹脂材料よりも高融点の非加熱圧着部材は、加熱圧着部材の加熱温度では溶融しないため、その非加熱圧着部材によって溶融樹脂を確実に抑えることができる。

［６］手段５において、前記非加熱圧着部材は、前記樹脂材料に非金属無機材料を混合してなることを特徴とする電気化学素子の製造方法。

手段６に記載の発明によると、非加熱圧着部材は樹脂材料に非金属無機材料を混合してなるので、非加熱圧着部材の熱膨張係数を低く抑えることができるとともに、熱伝導性も低く抑えることができる。つまり、非加熱圧着部材は、加熱されても寸法変化が少なく、しかも溶融樹脂に熱を伝え難い。従って、この非加熱圧着部材を用いることにより、溶融樹脂を確実に押さえることができ、密封封止部を正確な寸法で確実に形成することができる。

［７］電気化学素子を製造するにあたり、金属ラミネートフィルムを挟み込んで加熱圧着する熱溶着工程にて使用される封止金型であって、互いに接離可能な加熱圧着部材と、互いに接離可能であって前記加熱圧着部材が当接する第１圧着領域に隣接した第２圧着領域を抑える非加熱圧着部材とを備え、前記非加熱圧着部材で前記第２圧着領域を抑えることにより、前記第１圧着領域側から前記第２圧着領域側にはみ出した溶融樹脂により形成される溶融樹脂層の厚さが規制可能であることを特徴とする電気化学素子製造用の封止金型。

手段７に記載の発明によると、金属ラミネートフィルムを封止金型で挟み込み、加熱圧着部材によって加熱することで第１圧着領域の樹脂が溶融される。このとき、第１圧着領域側から第２圧着領域側にはみ出した溶融樹脂が非加熱圧着部材によって抑えられることで、密封封止部の厚さが規制される。このようにすると、容器の密封封止部を正確な寸法で形成することができ、密封封止部の厚さを規格範囲内の厚さに確実に収めることができる。

［８］手段７において、前記非加熱圧着部材は、前記金属ラミネートフィルムを構成する樹脂材料よりも高融点の樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする電気化学素子製造用の封止金型。

手段８に記載の発明によると、金属ラミネートフィルムの密封封止時に、加熱圧着部材によって、金属ラミネートフィルムの樹脂材料をその融点の温度まで加熱して樹脂材料を溶融させる。このとき、樹脂材料よりも高融点の非加熱圧着部材は、加熱圧着部材の加熱温度では溶融しないため、その非加熱圧着部材によって溶融樹脂を確実に抑えることができる。

［９］手段８において、前記非加熱圧着部材は、前記樹脂材料に非金属無機材料を混合したものを用いて形成されていることを特徴とする電気化学素子製造用の封止金型。

手段９に記載の発明によると、非加熱圧着部材は樹脂材料に非金属無機材料を混合してなるので、非加熱圧着部材の熱膨張係数を低く抑えることができるとともに、熱伝導性も低く抑えることができる。つまり、非加熱圧着部材は、加熱されても寸法変化が少なく、しかも溶融樹脂に熱を伝え難い。従って、この非加熱圧着部材を用いることにより、溶融樹脂を確実に押さえることができ、密封封止部を正確な寸法で確実に形成することができる。

なお、封止金型を構成する非加熱圧着部材は、熱膨張係数が２．５×１０^−５以下であり、熱伝導率が０．２４以下であることが好ましい。このような非加熱圧着部材を用いることにより、密封封止部の寸法をより正確に形成することができる。また、封止金型を構成する加熱圧着部材は、ステンレスを用いて形成されることが好ましい。このようにすると、ステンレスは強度が強く耐腐食性に優れているため、加熱圧着部材の耐久性を高めることができる。

以上詳述したように、手段１乃至３のいずれかに記載の発明によると、金属ラミネートフィルム製の容器の封止性を確保し、電気化学素子の素子特性の劣化を回避することができる。また、手段４乃至９のいずれかに記載の発明によると、電気化学素子における金属ラミネートフィルム製の容器の密封封止を正確な寸法で確実に行うことができる。

一実施の形態のリチウム一次電池を示す平面図。 一実施の形態のリチウム一次電池を示す断面図。 アルミニウム・ラミネートフィルムを示す断面図。 封止金型を示す説明図。 封止金型が当接する第１圧着領域及び第２圧着領域を示す説明図。 密封封止部を示す拡大断面図。 封止金型を示す説明図。 リチウム一次電池の高温高湿試験結果を示すグラフ。 従来の封止金型を示す説明図。 従来の密封封止部を示す拡大断面図。

以下、本発明を電気化学素子としてのリチウム一次電池に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態におけるリチウム一次電池１０を示す平面図であり、図２はそのリチウム一次電池１０の断面図である。本実施の形態のリチウム一次電池１０は、０．４５ｍｍ以下の厚さを有する薄型ラミネートタイプの電池である。

図１及び図２に示されるように、リチウム一次電池１０は、正極集電体２３に支持された正極２１と負極集電体３３に支持された負極３１とがセパレータ４１を介して積層されてなる電極積層体１１を備えている。リチウム一次電池１０において、電極積層体１１は、非水電解液とともに容器５１内に密封封止されている。非水電解液としては、ブチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどに溶質としてトリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビストリフルオロメタンスルホンイミド等を溶解させた電解液を用いている。

セパレータ４１は、電解液や電極活物質等に対して耐久性があり、連通気孔を有する非導電性の多孔体等からなる。本実施の形態では、セパレータ４１として、ポリプロピレンからなる不織布が用いられる。セパレータ４１の厚さは、キャパシタの内部抵抗を小さくするために薄いほうが好ましいが、電解液の保持量、流通性、強度等を勘案して適宜設定することができる。

正極２１は、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）からなる正極活物質と、アセチレンブラックまたはグラファイトなどの炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）からなる結着剤とを含んで構成されている。正極集電体２３は、正極２１を支持しつつ集電を行うための金属箔であり、厚みが２０μｍのステンレス箔からなる。正極集電体２３の片面（図２では上面）にニッケルめっき（図示略）が施されており、そのニッケルめっき上に正極２１が形成されている。正極集電体２３は平面視矩形状に形成され、その四辺のうちの一辺に正極用リード端子２５が溶接されている。この正極用リード端子２５は、容器５１の密封封止部５２を介して容器外部に引き出されている。

負極３１は、負極活物質としてのリチウム箔からなり、負極集電体３３の片面に圧着されている。なお、負極３１としては、リチウム箔の代わりにリチウム合金箔（例えば、アルミニウム−リチウム合金箔等）を用いてもよい。負極集電体３３は、負極３１を支持しつつ集電を行うための金属箔であって、例えば、厚みが２０μｍのニッケル箔からなる。負極集電体３３は平面視矩形状に形成され、その四辺のうちの一辺に負極用リード端子３５が溶接されている。この負極用リード端子３５も、正極用リード端子２５と同様に容器５１の密封封止部５２を介して容器外部に引き出されている。

リチウム一次電池１０の容器５１は、アルミニウム箔を樹脂フィルムにラミネートしてなるアルミニウム・ラミネートフィルム（金属ラミネートフィルム）５３を２枚用いて矩形袋状に加工した金属ラミネートフィルム製の容器である。具体的には、本実施の形態のアルミニウム・ラミネートフィルム５３は、ナイロン樹脂かならなる絶縁性樹脂層５５とアルミニウム箔からなる金属層５６と酸変性ポリプロピレン樹脂（ＰＰａ）からなる溶融樹脂層５７とを順に積層した３層構造のラミネートフィルムである（図３参照）。なお、アルミニウム箔以外の他の金属箔からなる金属ラミネートフィルム材を用いて、容器５１を形成してもよい。また、ナイロン樹脂以外の絶縁性樹脂層や酸変性ポリプロピレン樹脂以外の溶融樹脂層からなる金属ラミネートフィルム材を用いて、容器５１を形成してもよい。

容器５１では、外周縁に沿ってラミネートフィルム５３を帯状に熱溶着することで密封封止部５２が形成されており、密封封止部５２により容器５１が密封封止されている。熱溶着による封止は、表裏のラミネートフィルム５３に正極用リード端子２５及び負極用リード端子３５を挟み込んだ状態で行われる。

また、容器５１には、リード端子２５，３５を補強するためのサポートタブ５８が設けられている。容器５１において、サポートタブ５８は、リード端子２５，３５がある辺の密封封止部５２において表裏のラミネートフィルム５３の間に挟み込まれた状態で熱溶着にて固定されている。サポートタブ５８は、ラミネートフィルム５３の溶融樹脂層５７よりも高融点の樹脂材料を用いて形成されたフィルム状の部材である。

図２に示されるように、密封封止部５２においてラミネートフィルム５３同士の隙間は溶融樹脂層５７で埋められている。密封封止部５２の溶融樹脂層５７は、電極積層体１１の厚さよりも薄く形成され、かつ外周縁からの距離により厚さが異なる２段構造を有している。本実施の形態では、密封封止部５２の溶融樹脂層５７は、相対的に厚さが薄い薄肉樹脂部６１が外周縁に近い位置に配置され、相対的に厚さが厚い厚肉樹脂部６２が外周縁から遠い位置に配置されている。また、厚肉樹脂部６２による封止長さＬ１は、薄肉樹脂部６１の封止長さＬ２よりも短くなるよう密封封止部５２が形成されている。

次に、リチウム一次電池１０の製造方法について説明する。

正極２１の作製は下記の手順で行う。先ず、シート状のステンレス箔を準備し、片面に部分ニッケルめっきを施す。さらに、ステンレス箔を所定サイズに切断することで、厚さが２０μの矩形状の正極集電体２３を作製する。

また、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）からなる正極活物質と、アセチレンブラックまたはグラファイトなどの炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）からなる結着剤とを所定の質量比となるように混合する。その混合物に有機溶剤となるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などを加え、溶解させることで正極活物質スラリーを準備する。そして、正極集電体２３のニッケルめっき上に、正極活物質スラリーを１００μｍ程度の厚みとなるよう塗布した後、真空中にて１００℃の温度で乾燥して正極２１を作製する。

負極３１の作製は以下の手順で行う。先ず、シート状のニッケル箔を準備し、ニッケル箔を所定サイズに切断することで、厚さが２０μの矩形状の負極集電体３３を作製する。また、所定サイズに切断したリチウム箔を負極集電体３３に重ね合わせ、所定の圧力で圧着することで、負極集電体３３の片面に負極３１を形成する。

この後、正極集電体２３に正極用リード端子２５を超音波溶接し、かつ、負極集電体３３に負極用リード端子３５を超音波溶接する。さらに、正極集電体２３に支持された正極２１と負極集電体３３に支持された負極３１とをセパレータ４１を介して積層することで電極積層体１１を形成する。また、プロピレンカーボーネートに溶質としてＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２と表記されるリチウムビス（トリフルオロメタンスルホン）イミドを溶解させて非水電解液を作製する。

次に、ラミネートフィルム５３の熱溶着工程を行う。本実施の形態の熱溶着工程は、図４に示す封止金型６４を用いて行われる。図４に示されるように、封止金型６４は、それぞれ接離可能に配置される上型６５及び下型６６を有している。封止金型６４は、容器５１において対向する二辺を同時に封止する金型である。封止金型６４の上型６５及び下型６６は、金属製ヒート部材６７（加熱圧着部材）と、樹脂抑え部材６８（非加熱圧着部材）と、金属製の固定部材６９とからなる加熱加圧部をそれぞれ一対備えている。封止金型６４において、上型６５と下型６６とは同じ構成の金型であり、上型６５に対向して下型６６が配置されている。これら上型６５と下型６６とで２枚のラミネートフィルム５３を挟み込むことで熱溶着工程が実施されるようになっている。

詳しくは、金属製ヒート部材６７はステンレスを用いて矩形板状に形成されている。上型６５及び下型６６において、２枚の金属製ヒート部材６７が、容器５１の各辺の密封封止部５２に応じた間隔をあけて配置されている。樹脂抑え部材６８は、耐熱性に優れた樹脂材料を用いて形成された樹脂板であり、金属製ヒート部材６７の側面に固定部材６９を用いて固定されている。固定部材６９は、ステンレス製の部材であり、図示しないネジやナット等の締結手段を用い、金属製ヒート部材６７との間に樹脂抑え部材６８を挟み込んで固定している。

樹脂抑え部材６８の樹脂材料として、ラミネートフィルム５３を構成する溶融樹脂層５７（酸変性ポリプロピレン樹脂）よりも高融点であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が用いられている。その高融点の樹脂材料にカーボン粉末（非金属無機材料）を混合して樹脂抑え部材６８が形成されている。樹脂抑え部材６８は、その長さが金属製ヒート部材６７よりも若干短く、金属製ヒート部材６７の先端よりも所定距離だけ引いた位置に樹脂抑え部材６８の先端が配置するように固定されている。具体的には、上型６５及び下型６６の樹脂抑え部材６８同士が互いに接近したときにできる隙間Ｓ１（図６参照）は０．４５ｍｍ以下となっている。

ラミネートフィルム５３の熱溶着工程では、先ず、２枚のラミネートフィルム５３を用意する。そして、それらの溶融樹脂層５７を対向させて内側に向け、２枚のラミネートフィルム５３を重ね合わせた状態で封止金型６４の上型６５と下型６６との間に配置する（図４参照）。その後、封止金型６４における上型６５と下型６６とを移動させて金属製ヒート部材６７の先端で各ラミネートフィルム５３を挟み込む。このとき、図５及び図６に示されるように、密封封止部５２となる第１圧着領域Ｒ１に金属製ヒート部材６７が当接して、その第１圧着領域Ｒ１のラミネートフィルム５３を加熱する。これにより、各ラミネートフィルム５３間に介在している溶融樹脂層５７が溶融する。その溶融した樹脂が金属製ヒート部材６７の加圧力により第１圧着領域Ｒ１に隣接した第２圧着領域Ｒ２にはみ出し、溶融樹脂によって第２圧着領域Ｒ２のラミネートフィルム５３が膨らんでいく。そして、樹脂抑え部材６８がその第２圧着領域Ｒ２のラミネートフィルム５３に当接して第２圧着領域Ｒ２の膨らみを抑える。

その後、封止金型６４の上型６５及び下型６６をラミネートフィルム５３から離し、溶融した樹脂を冷却することにより、その樹脂が硬化して密封封止部５２の溶融樹脂層５７が形成される。ここでは、溶融樹脂層５７における薄肉樹脂部６１が第１圧着領域Ｒ１のラミネートフィルム５３間に形成され、厚肉樹脂部６２が第２圧着領域Ｒ２のラミネートフィルム５３間に形成される。また、第１圧着領域Ｒ１から第２圧着領域Ｒ２の反対側（フィルムの外縁部側）となる領域にも溶融樹脂がはみ出すが、後工程の切断工程において、はみ出した樹脂がラミネートフィルム５３の端部（製品とならない不要な外縁部）とともに切断されて除去される。以上の工程によって、２段構造の溶融樹脂層５７（相対的に厚さｔ１が薄い薄肉樹脂部６１及び相対的に厚さｔ２が厚い厚肉樹脂部６２）を有する密封封止部５２が形成される。また、密封封止部５２は、溶融樹脂層５７の厚肉樹脂部６２の厚さｔ２が電極積層体１１の厚さｔ０よりも薄くなるよう形成される。

このように、容器５１の両側辺における密封封止部５２を形成した後、容器５１の底辺（図５では下側の辺）についても、同様に封止金型で挟み込んで加熱圧着することで密封封止する。これにより、一辺を開口させた袋状の容器５１が形成される。

そして、電極積層体１１を容器５１の開口側から容器５１内に収容する。さらに、容器５１の開口を注入口として非水電解液を容器５１内に注入する。その後、容器５１において、開口部分のラミネートフィルム５３により、サポートタブ５８、正極用リード端子２５及び負極用リード端子３５を挟み込んだ状態でその開口部分を熱溶着により密封封止する。

開口部分の封止については、専用の封止金型７０（図７参照）で挟み込んで加熱圧着することで行われる。なお、図７の封止金型７０の上側７１及び下型７２には、金属製ヒート部材６７の両側（容器内側と容器外側）に固定部材６９を介して樹脂抑え部材６８が固定されている。この封止金型７０を用いて密封封止部５２を形成すると、薄肉樹脂部６１の両側に厚肉樹脂部６２を有する多段構造の溶融樹脂層５７が形成される。以上の工程を経てリチウム一次電池１０を製造する。

本発明者らは、上記のように製造したリチウム一次電池１０（実施例）について、高温高湿の条件下（具体的には、温度が６０℃、湿度が９０％の条件下）で保存試験を行い、その保存期間（日数）に対するリチウム一次電池１０の内部抵抗の変化を確認した。また、比較例として、図９に示す従来の封止金型８２を用いてリチウム一次電池（従来例）を製造し、その従来例のリチウム一次電池についても、高温高湿試験における内部抵抗の変化を確認した。それら実施例及び従来例のリチウム一次電池１０の試験結果を図８に示している。

図８に示されるように、従来例のリチウム一次電池では、１０日未満の短い期間で容器５１内に水分が混入し、内部抵抗が急激に上昇した。このように、電池の内部抵抗が大きくなると、電池容量が取り出せなくなり、電池として機能しなくなる。また、容器５１の膨れも発生する。これに対して、実施例のリチウム一次電池１０では、容器５１への水分混入を防止することができ、内部抵抗の上昇が低く抑えられている。このため、実施例のリチウム一次電池１０では、長期間にわたって電池容量を取り出すことができる。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態のリチウム一次電池１０では、容器５１の密封封止部５２においてラミネートフィルム５３同士の隙間が溶融樹脂層５７で埋められている。その溶融樹脂層５７は、電極積層体１１の厚さｔ０よりも薄く、かつ多段構造を有して形成されている。このように密封封止部５２を形成すると、容器５１の封止性を十分に確保することができる。また、溶融樹脂層５７を多段構造とすることで、密封封止部５２における水分の浸入経路が非直線的な経路となり、容器５１内への水分混入を確実に防止することができる。この結果、リチウム一次電池１０の特性劣化を抑えることができ、水分混入による容器５１の膨らみも回避することができる。また、密封封止部５２の溶融樹脂層５７（厚肉樹脂部６２）の厚さｔ２が電極積層体１１の厚さｔ０よりも薄いため、リチウム一次電池１０の薄型化が可能となる。さらに、溶融樹脂層５７の厚肉樹脂部６２が樹脂だまりとなることで、容器５１内側に入り込む樹脂を制限することができ、電極積層体１１の収納スペースを増やすことができる。この結果、リチウム一次電池１０の電池容量を十分に確保することができる。

（２）本実施の形態のリチウム一次電池１０において、容器５１の密封封止部５２に形成される溶融樹脂層５７は、厚肉樹脂部６２の外周縁側が薄肉樹脂部６１となっている。このようにすると、容器５１内に繋がる水分経路を少なくすることができ、容器５１内に侵入する水分を抑えることができる。また、溶融樹脂層５７の内側が厚肉樹脂部６２となっており、その厚肉樹脂部６２によってラミネートフィルム５３との密着強度を十分に確保することができる。この結果、リチウム一次電池１０の特性劣化を確実に抑えることができ、リチウム一次電池１０を長期間にわたって使用することができる。

（３）本実施の形態のリチウム一次電池１０では、容器５１において内側に位置する厚肉樹脂部６２の封止長さＬ１が薄肉樹脂部６１の封止長さＬ２よりも短いので、容器５１内における電極積層体１１の収納スペースを十分に確保することができる。この結果、リチウム一次電池１０の電池容量を増大させることができる。

（４）本実施の形態の場合、熱溶着工程において、ラミネートフィルム５３を封止金型６４で挟み込み、金属製ヒート部材６７によって加熱加圧することで第１圧着領域Ｒ１の溶融樹脂層５７が溶融される。このとき、第１圧着領域Ｒ１側から第２圧着領域Ｒ２側にはみ出した溶融樹脂が樹脂抑え部材６８によって抑えられることで、密封封止部５２の厚さが規制される。このようにすると、容器５１の密封封止部５２を正確な寸法で形成することができ、リチウム一次電池１０の厚さを規格範囲内の厚さ（具体的には、０．４５ｍｍ以下）に収めることができる。

（５）本実施の形態の封止金型６４において、樹脂抑え部材６８は、ラミネートフィルム５３を構成する樹脂材料（酸変性ポリプロピレン樹脂）よりも高融点の樹脂材料（ポリエーテルエーテルケトン）を用いて形成されている。このようにすると、金属製ヒート部材６７によって、ラミネートフィルム５３の溶融樹脂層５７をその融点の温度まで加熱して溶融させた状態でも、樹脂抑え部材６８は溶融しない。従って、樹脂抑え部材６８によって第２圧着領域Ｒ２側にはみ出した溶融樹脂を確実に抑えることができる。

（６）本実施の形態の封止金型６４において、樹脂抑え部材６８は、ポリエーテルエーテルケトンの樹脂材料にカーボンを混合してなる。このようにすると、樹脂抑え部材６８の熱膨張係数を低く抑えることができるとともに、熱伝導性も低く抑えることができる。従って、樹脂抑え部材６８は、加熱されても寸法変化が少なく、しかも溶融樹脂に熱を伝え難い。このため、樹脂抑え部材６８によって第２圧着領域Ｒ２側にはみ出した溶融樹脂を確実に押さえることができ、密封封止部５２を正確な寸法で確実に形成することができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施の形態の封止金型６４において、金属製ヒート部材６７（加熱圧着部材）としてステンレス製の部材を用いたが、ステンレス以外の金属部材を用いてもよい。また、樹脂抑え部材６８（非加熱圧着部材）として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）の樹脂部材を用いたが、これに限定されるものではない。具体的には、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアラミドなどからなる樹脂抑え部材６８を用いてもよい。また、樹脂抑え部材６８は、ポリエーテルエーテルケトンの樹脂材料にカーボン粉末を混合して形成するものであったが、カーボン以外に、ガラス、タルクなどの非金属無機材料を混合して形成してもよい。

・上記実施の形態のリチウム一次電池１０において、一対の正極２１及び負極３１を積層した電極積層体１１を容器５１に収容するものであったが、複数対の正極２１及び負極３１を積層した電極積層体を容器５１に収納してもよい。

・上記実施の形態のリチウム一次電池１０では、正極用リード端子２５及び負極用リード端子３５が同一方向から引き出されていたが、これに限定するものではなく、正極用リード端子２５及び負極用リード端子３５が互いに反対方向に引き出される構成としてもよい。

・上記実施の形態では、リチウム一次電池１０に具体化するものであったが、金属ラミネートフィルム製の容器５１に収納される電気化学素子であれば、リチウム一次電池以外の電池やキャパシタなどに本発明を具体化してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）手段４乃至６のいずれか１項において、前記電気化学素子は一次電池であることを特徴とする電気化学素子の製造方法。

（２）手段４乃至６のいずれか１項において、前記非加熱圧着部材はポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリ４フッ化エチレン及びポリアラミドから選択される少なくとも１つを用いて形成されていることを特徴とする電気化学素子の製造方法。

（３）手段４乃至６のいずれか１項において、前記非加熱圧着部材はポリエーテルエーテルケトンを用いて形成されていることを特徴とする電気化学素子の製造方法。

（４）手段４乃至６のいずれか１項において、前記非加熱圧着部材はポリエーテルエーテルケトンにカーボン粉末を混合したものを用いて形成されていること。を特徴とする電気化学素子の製造方法

（５）手段４乃至６のいずれか１項において、前記非加熱圧着部材の熱膨張係数は２．５×１０^−５以下であることを特徴とする電気化学素子の製造方法。

（６）手段４乃至６のいずれか１項において、前記非加熱圧着部材の熱伝導率は０．２４以下であることを特徴とする電気化学素子の製造方法。

（７）手段４乃至６のいずれか１項において、前記加熱圧着部材はステンレスを用いて形成されていることを特徴とする電気化学素子の製造方法。

（８）手段４乃至６のいずれか１項において、前記加熱圧着部材同士が互いに接近したときにできる隙間は０．４５ｍｍ以下であることを特徴とする電気化学素子の製造方法。

１０…電気化学素子としてのリチウム一次電池
１１…電極積層体
２１…正極
２３…正極集電体
３１…負極
３３…負極集電体
４１…セパレータ
５１…容器
５２…密封封止部
５３…金属ラミネートフィルムとしてのアルミニウム・ラミネートフィルム
５７…溶融樹脂層
６１…薄肉樹脂部
６２…厚肉樹脂部
６４…封止金型
６７…加熱圧着部材としての金属製ヒート部材
６８…非加熱圧着部材としての樹脂抑え部材
Ｌ１…厚肉樹脂部による封止長さ
Ｌ２…薄肉樹脂部による封止長さ
Ｒ１…第１圧着領域
Ｒ２…第２圧着領域
ｔ０…電極積層体の厚さ
ｔ１…薄肉樹脂部の厚さ
ｔ２…厚肉樹脂部の厚さ

Claims (9)

1. 正極と負極とがセパレータを介して積層されてなる電極積層体を有し、前記電極積層体が電解液とともに金属ラミネートフィルム製の容器内に収容され、前記金属ラミネートフィルムを外周縁に沿って熱溶着することで密封封止部が形成されている電気化学素子であって、
   前記密封封止部において前記フィルム同士の隙間は、溶融樹脂層で埋められているとともに、前記溶融樹脂層は、前記電極積層体の厚さよりも薄く、かつ、前記外周縁からの距離により厚さが異なる多段構造を有していることを特徴とする電気化学素子。
2. 前記密封封止部は２段構造を有し、相対的に厚さが薄い薄肉樹脂部が前記外周縁に近い位置に配置され、相対的に厚さが厚い厚肉樹脂部が前記外周縁から遠い位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学素子。
3. 前記厚肉樹脂部による封止長さは、前記薄肉樹脂部による封止長さよりも短いことを特徴とする請求項２に記載の電気化学素子。
4. 金属ラミネートフィルムを封止金型で挟み込んで加熱圧着する熱溶着工程を経て、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気化学素子を製造する方法であって、
   前記熱溶着工程の際に、前記封止金型の加熱圧着部材が当接する第１圧着領域に隣接した第２圧着領域を非加熱圧着部材で抑えることにより、前記第１圧着領域側から前記第２圧着領域側にはみ出した溶融樹脂により形成される溶融樹脂層の厚さを規制するようにした
   ことを特徴とする電気化学素子の製造方法。
5. 前記封止金型は、互いに接離可能な前記加熱圧着部材と、互いに接離可能な前記非加熱圧着部材とを備え、前記非加熱圧着部材は、前記金属ラミネートフィルムを構成する樹脂材料よりも高融点の樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電気化学素子の製造方法。
6. 前記非加熱圧着部材は、前記樹脂材料に非金属無機材料を混合してなることを特徴とする請求項５に記載の電気化学素子の製造方法。
7. 電気化学素子を製造するにあたり、金属ラミネートフィルムを挟み込んで加熱圧着する熱溶着工程にて使用される封止金型であって、
   互いに接離可能な加熱圧着部材と、互いに接離可能であって前記加熱圧着部材が当接する第１圧着領域に隣接した第２圧着領域を抑える非加熱圧着部材とを備え、前記非加熱圧着部材で前記第２圧着領域を抑えることにより、前記第１圧着領域側から前記第２圧着領域側にはみ出した溶融樹脂により形成される溶融樹脂層の厚さが規制可能である
   ことを特徴とする電気化学素子製造用の封止金型。
8. 前記非加熱圧着部材は、前記金属ラミネートフィルムを構成する樹脂材料よりも高融点の樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電気化学素子製造用の封止金型。
9. 前記非加熱圧着部材は、前記樹脂材料に非金属無機材料を混合したものを用いて形成されていることを特徴とする請求項８に記載の電気化学素子製造用の封止金型。

Images