JP2013196930A

JP2013196930A - 蓄電デバイス及び蓄電デバイスの封止方法

Info

Publication number: JP2013196930A
Application number: JP2012063352A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kubo; 英之久保
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】タブ端子周辺のシール性を向上させることができる蓄電デバイスと蓄電デバイスの封止方法を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る蓄電デバイス１は、周縁部７が熱溶着されるラミネートフィルム２，３と、ラミネートフィルム２，３に包囲された電池要素１１と、電池要素１１に一端が接合され、他端が周縁部７から露出するタブ端子５，６と、を備える蓄電デバイス１において、タブ端子５，６は、周縁部７で、ラミネートフィルム２，３と対向する対向面５ｅと、対向面５ｅに対して傾斜する曲面またはテーパ面となる縁部５ａ〜５ｄとを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの封止方法に関する。より詳細には、タブ端子の封止構成及び方法に関する。

近年、携帯機器の電源や自動車の補助電源として、キャパシタや電池などの蓄電デバイスが用いられている。小型軽量化のため、これらの蓄電デバイスは、電極をラミネートフィルムなどで包囲している。

外部機器との電気的接続のため、蓄電デバイスの一辺からタブ端子が露出している。タブ端子の露出部はラミネートにより封止されている。そのような封止法が特許文献１及び特許文献２に記載されている。

特許文献１は、正極タブ端子および／または負極タブ端子を含む１辺をラミネートで封止する際に、ヒートツールの加圧する面のタブ端子による段差に接触しない部分に一定の厚みの断熱材を有することで、同じヒートツールを使用しながら、十分な熱量が必要となるタブ端子近傍とそれ以外の部分とで入熱量を制御している。これにより、過剰入熱による電極間の短絡防止効果が得られる。

特許文献２は、ヒートツールの電極側エッジ部をエアーノズルから出る冷気にて封止中または封止直後に冷却し、封止部以外への熱伝導を遮断することで、電極部とラミネートとの溶着による短絡を防止している。

特開２００５−１１６２２８号公報特開２００５−１０８６３３号公報

以上説明した従来技術には次のような課題がある。先ず、特許文献１では、一般的にヒートツールは２００℃前後の高温になるため、このヒートツールと断熱材間の熱膨張差による断熱材の劣化および断熱材の寸法が変化することによる信頼性が低下する恐れがある。更に、量産化した際に、断熱材には熱が蓄積されていくために徐々に断熱材の効果が失われてしまう。

また、特許文献２では、エアーノズルから出る冷気により、封止部の熱分布が不均一となり、信頼性が低下する恐れがある。更に、シール直後に冷却した場合には、冷却時間が余分にかかり、生産性が悪くなるという課題もある。

更に、特許文献１及び特許文献２に共通する課題として、従来の蓄電デバイスは、図９に示すように、タブ端子１０５の封止部分において、タブ端子の縁部（エッジ部）１０６乃至１０９が断面で見ると鋭角であり、タブ端子の縁部付近にはヒートツールからの荷重が十分加わらないため、シールの信頼性が低下する恐れがある。

従来、タブ端子を含む一辺をシールする際にはヒートツールにタブ端子の形状に合わせて凹形状の掘り込みをつけていた。このとき、タブ端子やヒートツールの位置ズレを許容するために、この凹形状は大きめに作製する必要があった。このため、タブ端子の縁部付近は直接ヒートツールと接触しておらずシール品質低下が懸念されていた。

そこで、本発明は、タブ端子周辺のシール性を向上させることができる蓄電デバイスと蓄電デバイスの封止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、本発明の蓄電デバイスにおいて、
周縁部が熱溶着されるラミネートフィルムと、
前記ラミネートフィルムに包囲された電池要素と、
前記電池要素に一端が接合され、他端が前記周縁部から露出するタブ端子と、を備える蓄電デバイスにおいて、
前記タブ端子は、前記周縁部で、前記ラミネートフィルムと対向する対向面と、前記対向面に対して傾斜する曲面またはテーパ面となる縁部とを有することを特徴とする。

また、本発明の蓄電デバイスを封止する方法は、
周縁部が熱溶着されるラミネートフィルムからタブ端子が露出する蓄電デバイスの封止方法において、
前記タブ端子を準備する工程と、
前記タブ端子の一端に接合される電池要素を前記ラミネートで包囲し、前記タブ端子の他端を前記周縁部より外側に配置させる工程と、
前記周縁部に、一対の型で加圧しながら熱を加える加熱工程を含み、
前記タブ端子を準備する工程では、前記周縁部で、前記ラミネートフィルムと対向する対向面と、前記対向面に対して傾斜する曲面またはテーパ面となる縁部とを有するタブ端子を準備することを特徴とする。

以上説明した本発明によれば、以下のような効果が得られる。
タブ端子の縁部の形状を制御することでタブ端子の縁部付近にもヒートツールからの荷重が過不足なく加わり、シールの品質向上が実現可能となる。

本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスの断面図である。図２のＢ−Ｂ線に沿った断面である。本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスの上面図である。本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスの部分断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。本発明の他の実施形態に係る蓄電デバイスの部分断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。本発明の他の実施形態に係るタブ端子の縁部の形状を示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るタブ端子の斜視図である。図５に示す本発明の実施形態に係る蓄電デバイスの部分断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿った部位の断面図である。本発明の蓄電デバイスの封止方法に係る入熱方法の一例を示す断面図である。本発明の蓄電デバイスの封止方法に係る入熱方法の他例を示す断面図である。本発明の蓄電デバイスの封止方法に係る入熱方法の更に他の例を示す断面図である。従来の蓄電デバイスを示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の各実施の形態を詳細に説明する。尚、図面において同一部分は同一符号にて説明してある。また以下説明する実施の形態は本発明を例示として説明するものであり、限定するものでないことは言うまでもない。

本明細書で使用する用語「三辺」は、図２において説明される蓄電デバイスの３箇所の封止部８を含む。つまり、四辺のうち開口部９を有する辺を除いた三辺を示している。三辺はタブ端子が設けられた封止部８を有する辺も含んでいる。

蓄電デバイスが、図２に示すような矩形以外の形状であっても、同時に封止される複数の辺にはタブ端子が設けられる辺を含むことは言うまでもない。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスの断面図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスの上面図である。図１は、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図１及び図２において、蓄電デバイス１は、周縁部７が熱溶着されるラミネートフィルム２及び３と、ラミネートフィルム２及び３によって上下から包囲された電池要素１１と、一端を電池要素１２に接して、他端がラミネートフィルム２及び３の周縁部７から露出したタブ端子５とを有している。

電池要素１１は、複数の正極板と複数の負極板とから構成される複数の電極４とを備え、各電極４の間にセパレータ１０が介装されている。底部のラミネートフィルム３の上にセパレータ１０が配置され、その上に、電極４とセパレータ１０とが交互に積層されており、最上層はセパレータ１０で保護されている。

積層された電極４の最下層と下部のラミネートフィルム３との間にタブ端子５が固定されている。タブ端子５の電極４とは反対の端部はラミネートフィルム２及び３から外部に露出したリード部６となっている。

図２に示すように、上から見るとほぼ矩形の形状をした蓄電デバイス１は、その周縁部７の３辺に封止部８を有している。またタブ端子５は、２つ並列で設けられており、いずれか一方が正極で、いずれか他方が負極となっている。封止部８のない辺は、蓄電デバイス１に電解液を充填するための開口部９となっている。電解液の充填後、開口部９は所定の方法によって封止され、蓄電デバイス１は密封状態になる。

ラミネートフィルム２及び３は、電池要素１１に対向する側に、封止部８の封止をする第１の融着性樹脂層としての融着性樹脂層１２を有する。更に、融着性樹脂層１２の外側に金属薄膜層を設けることもできる。

次に、タブ端子の封止部について詳細に説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスの部分断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、図４は、本発明の他の実施形態に係る蓄電デバイスの部分断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図３に示すように、ラミネートフィルム２及び３でシールされる２つのタブ端子５は、断面形状で、四つの縁部６ａから６ｄがすべて曲面として形成されている。接合面１３で上下から接合されるラミネートフィルム２及び３は、融着性樹脂層１２を接合面１３側に配置して、封止部８においてタブ端子５を封止している。

タブ端子５の封止は、封止部８の上下に設けた一対の型としてのヒートツール１４及び１５により行われる。ヒートツール１４及び１５は、それぞれタブ端子５に対向し、タブ端子５の外形形状に相補的な凹部１６及び１７を備えている。凹部１６は、縁部６ａ及び６ｂの曲面に対応した曲面として形成された縁部１４ａ及び１４ｂを有する。また、凹部１７は、縁部６ｃ及び６ｄの曲面に対応した曲面として形成された縁部１５ａ及び１５ｂを有する。

タブ端子５は、周縁部７でラミネートフィルム２，３と対向する対向面５ｅ、５ｅを備えている。タブ端子５の縁部６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄは対向面５ｅに対して傾斜する曲面を有する。

以上のような構成のヒートツール１４及び１５は、タブ端子５を封止する封止部８を凹部１６と凹部１７との間に挟み込み、上下から加圧及び加熱する。このとき、タブ端子５の縁部５ａ乃至５ｄが、ヒートツール１４及び１５の対応する縁部１４ａ及び１４ｂ、縁部１５ａ及び１５ｂと相補的な形状を有するため、タブ端子５の全ての縁部５ａ乃至５ｄがヒートツールと接触するようになる。これにより、タブ端子を含む封止部８の一辺全体にヒートツール１４及び１５から均一な圧力が加わり、シール品質が向上する。

図４は、タブ端子５の縁部の別形状の例を示している。図４に示すように、ラミネートフィルム２及び３で封止される２つのタブ端子５は、断面形状で、四つの縁部５ａから５ｄがすべてテーパ面として形成されている。図４の例と同様に、接合面１３で上下から接合されるラミネートフィルム２及び３は、融着性樹脂層１２を接合面１３側に配置して、封止部８においてタブ端子５を封止している。

図３及び図４に示すように、タブ端子５は、周縁部７に接触し熱溶着される部分に、予め第２の熱溶着性樹脂層５１が形成されている。

ヒートツール１４及び１５は、それぞれタブ端子５に対向し、タブ端子５の外形形状に相補的な凹部１６及び１７を備えている。凹部１６は、縁部６ａ及び６ｂのテーパ面に対応したテーパ面として形成された縁部１４ａ及び１４ｂを有する。また、凹部１７は、縁部６ｃ及び６ｄのテーパ面に対応したテーパ面として形成された縁部１５ａ及び１５ｂを有する。各テーパ面は、接合面１３に対して所定の角度をもっている。

前述のようにタブ端子５は、周縁部７でラミネートフィルム２，３と対向する対向面５ｅ、５ｅを備えている。本例においては、タブ端子５の縁部６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄは対向面５ｅに対して傾斜するテーパ面を有する。

図４の場合でも、タブ端子５の縁部５ａ乃至５ｄが、ヒートツール１４及び１５の対応する縁部１４ａ及び１４ｂ、縁部１５ａ及び１５ｂと相補的な形状を有するため、タブ端子５の全ての縁部５ａ乃至５ｄがヒートツールと接触するようになる。これにより、タブ端子を含む封止部８の一辺全体にヒートツール１４及び１５から均一な圧力が加わり、シール品質が向上する。

図５は、本発明の他の実施形態に係るタブ端子の縁部の形状を示す断面図である。タブ端子５の縁部６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄは、対向面５ｅに対して外側方向に凹凸を有するように形成されている。縁部６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄをこのような形状とすることで、タブ端子５が融着樹脂層１２、５１に接触する部分での電解液漏れを堰き止めることができる。

図６は、本発明の他の実施形態に係るタブ端子の斜視図である。また、図７は、図６に示す本発明の他の実施形態に係る蓄電デバイスの部分断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った部位の断面図である。

この実施態様では、タブ端子５の縁部には曲面もテーパ面も形成されていない。しかしながら、タブ端子５の上下の対向面５ｅに凹凸形状が形成されている。図７は、その一例を示し、断面が三角形である複数の溝が設けられている。上面には溝２０が、下面には溝２１が設けられている。溝２０及び２１は、タブ端子５の長手方向と直交する方向であって、封止部８に対応した領域にタブ端子５の全幅に渡って設けられている。

本実施態様では、溝２０及び２１は、それぞれ４本設けられているが、溝の数は必要に応じて任意に設定できる。また、溝の深さ、断面形状なども同様である。図４及び図７に示すように、タブ端子５の溝２０を設けた上面とラミネートフィルム２との間にシーラント２２が配置されている。図４及び７ではタブ端子５の下面に設けるシーラントとラミネートフィルム３は図示を省略してある。また、対向面５ｅに設けた溝２０，２１は、本発明の全ての実施例のタブ端子５に設けることができる。

平坦な面を有する公知のヒートツールにより封止部８がシーラント２２と共に加圧及び加熱され、タブ端子５がラミネートフィルムで封止される。溝２０及び２１による凹凸構造により、蓄電デバイス１から電解液が漏れることを防止できる。特に、溝２０及び２１の凹部にシーラント２２や融着性樹脂層１２が食い込むことで、シール性が向上する。

以下、本発明の蓄電デバイスの封止方法、すなわちタブ端子を含む一辺の封止方法を説明する。

ラミネートフィルム２及び３で電池要素１１を包囲した蓄電デバイス１を封止するには、複数の電池４とセパレータ１０からなる電池要素１１に接触してタブ端子５を配置する。次に、ラミネートフィルム２及び３で電池要素１１及びタブ端子５を上下から包囲し、タブ端子５のリード部６を露出した状態で周縁部７においてラミネートフィルム２とラミネートフィルム３とを対向させる。タブ端子５の一部であるリード部６を周縁部７より外側に配置させる。この状態で、周縁部７を一対のヒートツール１４及び１５で加圧及び加熱する。

ヒートツール１４及び１５による加圧及び加熱の直前、またはそれと同時に、周縁部７から露出したタブ端子５のリード部６を加熱する。これにより、ヒートツールからのタブ端子への放熱を防ぎ、タブ端子を含まない辺と同条件でシールすることが可能となる。また、三辺同時に封止することが可能となり、ラミネートシール工程の工数低減効果が得られる。

このとき、ヒートツール１４及び１５による加圧及び加熱は、図１に示した電解液封入用の開口部９を除く３つの封止部８、つまり蓄電デバイス１の３辺同時に行われる。従来のように一辺ずつ封止した場合に発生するシール端部が二重で熱履歴を受けることがなくなり、過剰シールによるラミネート間の短絡等々の品質不良が防げる。

ここで、周縁部７より外側に露出するタブ端子５の他端であるリード部６を加熱するタブ端子加熱工程を説明する。以下、タブ端子５の露出したリード部６への入熱機構を三例説明する。蓄電デバイス１の基本的な構成は同じであるため、入熱に関する部分のみを説明する。図８は、本発明の蓄電デバイスの封止方法に係る入熱方法の一例を示す断面図である。ラミネートフィルム２及び３から露出したタブ端子５のリード部６は、入熱用のヒートツール３０及び３１に上下から挟まれる状態でヒートツール３０及び３１に接触している。タブ端子加熱工程は、ヒートツール１４及び１５による加圧及び加熱工程の間、または直後に行われる。

入熱用のヒートツール３０及び３１が発生する熱がリード部６に伝達されることでタブ端子５全体が加熱される。これにより、ヒートツール１４及び１５によるタブ端子５が封止される辺の加熱量を他の２辺と同じにすることができ、三辺同時に封止することが可能となる。入熱用のヒートツール３０及び３１は、ラミネートフィルム２及び３の封止に使われるものと同じヒートツールを使うこともできる。

図９は、本発明の蓄電デバイスの封止方法に係る入熱方法の他例を示す断面図である。図９の例では、リード部６の上下に一対の赤外線照射器３２及び３３を配置している。赤外線照射器３２及び３３は、タブ端子５のリード部６に非接触である。赤外線照射器３２及び３３からの赤外線がリード部６に照射されることで、リード部６に熱が発生し、その熱はタブ端子５に伝達される。これによりタブ端子５全体が加熱される。従って、ヒートツール１４及び１５によるタブ端子５が封止される辺の加熱量を他の２辺と同じにすることができ、三辺同時に封止することが可能となる。

図１０は、本発明の蓄電デバイスの封止方法に係る入熱方法の更に他の例を示す断面図である。図１０の例では、リード部６の上下に一対の熱風発生器３４及び３５を配置している。熱風発生器３４及び３５は、タブ端子５のリード部６に非接触である。熱風発生器３４及び３５からの熱風がリード部６に加えられることで、リード部６に熱が発生し、その熱はタブ端子５に伝達される。これによりタブ端子５全体が加熱される。従って、ヒートツール１４及び１５によるタブ端子５が封止される辺の加熱量を他の２辺と同じにすることができ、三辺同時に封止することが可能となる。

タブ端子を含む一辺では、ヒートツールから入熱された熱がラミネートだけでなくタブ端子にまで放熱していくため、タブ端子のない辺とでは最適な入熱容量が異なっていた。従って、タブ端子を含む辺と含まない辺の入熱条件を変えてシールする必要があるため、従来は一辺ずつシールを行っていたが、本発明によれば、上述のように三辺同時に封止することが可能となる。

更に、蓄電デバイスへの電解液注入工程前のタブ端子が配置された辺を含み三辺あるラミネートの封止をタブ端子への入熱機構を加えることで、品質を確保しながら三辺同時に封止することができ、工程の削減が可能となる。

シール直前またはシール中にタブ端子に入熱する機構を加えることで、ヒートツールからのタブ端子への放熱を防ぎ、タブ端子を含まない辺と同条件でシールすることが可能となる。これにより、三辺同時に封止することが可能となり、ラミネートフィルムの封止工程の工数低減効果が得られる。

更に、従来のように一辺ずつ三辺を封止した場合にはシール端部が二重で熱履歴を受けるため、過剰シールによるラミネート間の短絡等の品質不良が懸念されるが、三辺を同時に封止することでこれを回避できるため、品質の向上効果も得られる。

タブ端子５に入熱する手段としては、赤外線照射器や熱風発生器に代えて超音波発生器なども用いることができる。

１：蓄電デバイス、２：ラミネートフィルム、３：ラミネートフィルム、５、タブ端子、４：電極、５ａ〜５ｄ：縁部、５ｅ：対向面、６：リード部、７：周縁部、８：封止部、１１：電池要素、１２、５１：融着性樹脂層、１４：ヒートツール、１５：ヒートツール、２０：溝、２１：溝、３０：ヒートツール、３１：ヒートツール、３２：赤外線照射器、３３：赤外線照射器、３４：熱風発生器、３５：熱風発生器

Claims

周縁部が熱溶着されるラミネートフィルムと、
前記ラミネートフィルムに包囲された電池要素と、
前記電池要素に一端が接合され、他端が前記周縁部から露出するタブ端子と、を備える蓄電デバイスにおいて、
前記タブ端子は、前記周縁部で、前記ラミネートフィルムと対向する対向面と、前記対向面に対して傾斜する曲面またはテーパ面となる縁部とを有する、ことを特徴とする蓄電デバイス。
前記縁部は、前記対向面に対して外側方向に凹凸を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
前記対向面に、凹凸を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電デバイス。
周縁部が熱溶着されるラミネートフィルムからタブ端子が露出する蓄電デバイスの封止方法において、
前記タブ端子を準備する工程と、
前記タブ端子の一端に接合される電池要素を前記ラミネートで包囲し、前記タブ端子の他端を前記周縁部より外側に配置させる工程と、
前記周縁部に、一対の型で加圧しながら熱を加える加熱工程を含み、
前記タブ端子を準備する工程では、前記周縁部で、前記ラミネートフィルムと対向する対向面と、前記対向面に対して傾斜する曲面またはテーパ面となる縁部とを有するタブ端子を準備することを特徴とする蓄電デバイスの封止方法。
前記周縁部より外側に露出する前記タブ端子の他端を加熱するタブ端子加熱工程が、前記加熱工程の間または直前に行われることを特徴とする請求項４に記載の蓄電デバイスの封止方法。