JP2014517458A - パウチ型二次電池のシール方法およびシール装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、パウチ型二次電池のシール方法およびシール装置に関し、より詳細には、パウチ、およびパウチとの電気的連結のために設けられる電極タブ、を有するパウチ型二次電池のシールの際、パウチのシール部の接合表面と電極タブとを接合するタブシーラントに熱を供給するために電極タブを加熱するパウチ型二次電池のシール方法およびシール装置に関する。
【選択図】図２
【選択図】図２
Description
本発明は、パウチ型二次電池のシール方法およびシール装置に関し、より詳細には、パウチ、およびパウチとの電気的連結のために設けられる電極タブ、を有するパウチ型二次電池のシールの際、パウチのシール部の接合表面と電極タブとを接合するタブシーラントに熱を供給するために電極タブを加熱するパウチ型二次電池のシール方法およびシール装置に関する。
通常、一次電池とは異なり充電および放電が可能な二次電池については、デジタルカメラ、携帯電話機、ノートパソコン、ハイブリッドカーなどの先端分野の開発に伴い活発な研究が行われている。二次電池としては、ニッケル‐カドミウム電池、ニッケル‐メタルハイドライド電池、ニッケル‐水素電池、リチウム二次電池が挙げられる。このうち、リチウム二次電池は、携帯用電子機器の電源として用いられたり、多数個を直列連結して高出力のハイブリッドカーに用いられたりしており、また、ニッケル‐カドミウム電池やニッケル‐メタルハイドライド電池より作動電圧が３倍も高く、単位重量当たりのエネルギー密度の特性にも優れており、使用が急速に増加しつつある。
このようなリチウム二次電池は様々な形状に製造できるが、代表的な形状としては、リチウムイオン電池に主に用いられる円筒形（cylinder type）および角形（prismatic type）が挙げられる。近年、脚光を浴びているリチウムポリマー電池は、柔軟性を有するパウチ型（pouch type）に製造される。このようなパウチ型リチウムポリマー電池（以下、「パウチ型二次電池」とする）は、比較的自由な形状を有する。
図１は通常のパウチ型二次電池１０のシール方法およびシール装置２０の側面図である。
図１を参照すると、通常、パウチ型二次電池１０は、パウチ１、および前記パウチ１との電気的連結のために設けられる電極タブ２、を有する。前記パウチ１は、開放された状態で電解液が注入され、前記電極タブ２には、前記パウチ１の外側に突出するように前記パウチ１の内部の電極から延長形成された状態で前記パウチ１が密閉されるようにシールされるシール部３が形成される。この際、前記シール部３の接合表面にパウチシーラント（sealant：少なくとも二つ以上の表面を接合できる物質であって、バリアあるいは保護コーティングの機能を果たす）４がコーティングされ、前記電極タブ２の接合表面にタブシーラント５がコーティングされる。前記のパウチシーラント４およびタブシーラント５を溶融して前記パウチ１を密閉するシール装置２０は、前記シール部３の両側に所定の熱と圧力とを所定時間印加するシールバー（Sealing bar）である。
前記のパウチシーラント４とタブシーラント５とは、同一の密閉剤であってもよく、前記密閉剤は、ポリプロピレン（polypropylene）であってもよく、前記ポリプロピレンの融点は１３９℃〜１４３℃である。しかし、前記パウチ型二次電池１０の電流容量が大きくなるほど、前記シール装置２０のセッティング温度を１４３℃より高い温度に維持しながら圧力と時間とのセッティング条件を上げても前記パウチ型二次電池１０の電解液が漏れないというシール（封止）条件を容易に満たすことができない。これは、前記パウチ型二次電池１０の電流容量を大きくするほど前記パウチ１のサイズが大きくなり、前記シール装置２０が前記シール部３に印加した熱が、前記タブシーラント５を溶融する前に前記パウチ１の内部の電極に奪われるためである。
このように前記パウチ型二次電池１０の電流容量が大きくなるほど前記パウチ１のサイズが大きくなり、前記シールバー２０が前記タブシーラント５を溶融するために前記シール部３に印加した熱が、前記パウチ１の内部の電極に奪われるため、前記パウチ型二次電池１０のシール条件を容易に満たすことができず、前記シール部３をシールするためのシールバー２０の圧力および時間のセッティング条件を上げるほど、設備コストが増加し、シール工程時間が長くなるという問題点がある。
本発明は、前記の問題点を解決するために導き出されたものであって、パウチ、およびパウチとの電気的連結のために設けられる電極タブ、を有するパウチ型二次電池のシールの際にパウチのシール部の接合表面と電極タブとを接合するタブシーラントに熱を供給するために電極タブを加熱するパウチ型二次電池のシール方法およびシール装置を提供することを目的とする。
本発明のパウチ型二次電池のシール方法は、パウチ、パウチとの電気的連結のために前記パウチの外側に突出するように前記パウチの内部の電極から延長形成される電極タブ、および前記パウチに電解質が注入された後に前記パウチが密閉されるようにシールされるシール部、を有するパウチ型二次電池のシール方法であって、前記シール部の内側の接合表面と前記電極タブとを接合するタブシーラントに熱が供給されるように前記電極タブを加熱する段階、および前記シール部をシールする段階、を含むことを特徴とする。
また、本発明のパウチ型二次電池のシール装置は、パウチ、パウチとの電気的連結のために前記パウチの外側に突出するように前記パウチの内部の電極から延長形成される電極タブ、および前記パウチに電解質が注入された後に前記パウチが密閉されるようにシールされるシール部、を有するパウチ型二次電池のシール装置であって、前記シール部の両側に密着して前記シール部を加熱および加圧する一対のシールバー、および前記電極タブの両側に密着して前記電極タブを加熱する一対のヒートバー、含むことを特徴とする。
この際、前記シールバーが前記シール部を加熱する温度は１８５℃〜１９５℃であってもよい。
また、前記ヒートバーが前記電極タブを加熱する温度は１８５℃〜１９５℃であってもよい。
本発明のパウチ型二次電池のシール方法およびシール装置によれば、パウチ型二次電池のシール部の接合表面と電極タブとを接合するタブシーラントに熱が供給されるように電極タブを加熱した後に前記シール部をシールしてタブシーラントを溶融するためにシール部に供給される熱がパウチの内部の電極に奪われないようにすることで、パウチ型二次電池をシールする圧力および時間を最小化することができ、これにより、設備コストを低減し、シール工程時間を短縮することができる。
以下、本発明の技術的思想について添付の図面を参照してより具体的に説明する。
しかし、添付の図面は本発明の技術的思想をより具体的に説明するために示した一例に過ぎず、本発明の技術的思想は添付の図面の形態に限定されない。
図２は本発明のパウチ型二次電池１００のシール方法およびシール装置２００の側面図であり、図３は図２のパウチ型二次電池１００の斜視図であり、図４は図３の正面図であり、図５はシール条件とパウチ型二次電池１００の電流容量によるシール結果を示す表である。
本発明は、パウチ型二次電池１００のシール方法およびシール装置２００に関し、より詳細には、パウチ１１０、および前記パウチ１１０との電気的連結のために設けられる電極タブ１２０、を有するパウチ型二次電池１００のシールの際、前記パウチ１１０のシール部１３０の接合表面と前記電極タブ１２０とを接合するタブシーラント１２１に熱が供給されるように前記電極タブ１２０を加熱するパウチ型二次電池１００のシール方法およびシール装置２００に関する。
図２、図３および図４を参照すると、本発明のパウチ型二次電池１００のシール方法は、パウチ１１０、パウチ１１０との電気的連結のために前記パウチ１１０の外側に突出するように前記パウチ１１０の内部の電極から延長形成される電極タブ１２０、および前記パウチ１１０に電解質が注入された後に前記パウチ１１０が密閉されるようにシールされるシール部１３０、を有する前記パウチ型二次電池１００のシール方法である。前記のシール方法によれば、前記シール部１３０の接合表面にパウチシーラント１３１がコーティングされ、前記電極タブ１２０の接合表面にタブシーラント１２１がコーティングされ、前記シール部１３０の両側に所定の熱と圧力とを所定時間印加して、前記シール部１３０に印加された熱が前記パウチシーラント１３１およびタブシーラント１２１を溶融することで前記シール部１３０および電極タブ１２０の接合表面を接合し、前記パウチ１１０を密閉することができる。しかし、前記パウチ型二次電池１００は、電流容量が大きくなるほど前記パウチ１１０のサイズが大きくなり、シールの際に前記シール部１３０に印加される熱が、前記タブシーラント１２１を溶融する前に前記パウチ１１０の内部の電極に奪われてしまうことがある。この際、前記パウチ１１０のシール部１３０をシールする温度は、前記パウチシーラント１３１およびタブシーラント１２１を短時間で溶融することができ、前記パウチ１１０が破損しない範囲内の温度でなければならないため、前記シール部１３０をシールする条件のうち熱の温度は、前記パウチ型二次電池１００の電流容量が変わっても、変わることなく維持される従属条件であってもよい。また、前記シール部１３０をシールする圧力と時間との条件を上げても前記パウチ１１０に注入された電解質が漏れないというシール条件を容易に満たすことができず、前記シール部１３０をシールする圧力と時間との条件を上げると、設備コストが増加し、シール工程時間が長くなる。そのため、前記シール部１３０の接合表面と前記電極タブ１２０とを接合する前記タブシーラント１２１に熱が供給されるように前記電極タブ１２０を加熱してから前記シール部１３０をシールする。前記の構造によれば、前記パウチ型二次電池１００の電流容量が大きくなって前記パウチ１１０のサイズが大きくなっても前記シール部１３０をシールする圧力および時間を最小化することができ、これにより、設備コストを低減し、シール工程時間を短縮することができる。
図２、図３および図４を参照すると、本発明のパウチ型二次電池１００のシール装置２００は、パウチ１１０、パウチ１１０との電気的連結のために前記パウチ１１０の外側に突出するように前記パウチ１１０の内部の電極から延長形成される前記電極タブ１２０、および前記パウチ１１０に電解質が注入された後に前記パウチ１１０が密閉されるようにシールされる前記シール部１３０、を有する前記パウチ型二次電池１００のシール装置２００である。前記のシール装置２００は、前記シール部１３０の両側に密着して前記シール部１３０を加熱および加圧する一対のシールバー２１０と、前記電極タブの両側に密着して前記電極タブ１２０を加熱する一対のヒートバー（Heating bar）２２０と、を含む。前記のシールバー２１０は、温度、圧力および時間のセッティング条件を有しており、前記シールバー２１０により、前記シール部１３０に、セッティング時間中にセッティング温度の熱とセッティング圧力とが印加され、前記シール部１３０の接合表面の前記パウチシーラント１３１および前記シール部１３０の接合表面と前記電極タブ１２０との間の前記タブシーラント１２１を溶融することで前記シール部１３０を接合し、前記パウチ１１０を密閉することができる。しかし、前記パウチ型二次電池１００において、電流容量が大きくなるほど前記パウチ１１０のサイズが大きくなり、シールの際に前記シール部１３０に印加される熱が、前記タブシーラント１２１を溶融する前に前記パウチ１１０の内部の電極に奪われてしまうことがある。この際、前記シールバー２１０のセッティング温度は、前記パウチシーラント１３１およびタブシーラント１２１を短時間で溶融することができ、前記パウチ１１０が破損しない範囲内の温度でなければならないため、前記シールバー２１０のセッティング条件のうちセッティング温度は、前記パウチ型二次電池１００の電流容量が変わっても、変わることなく維持される従属条件であってもよい。また、前記シールバー２１０にセットされる圧力と時間とを上げても前記パウチ１１０に注入された電解質が漏れないというシール条件を容易に満たすことができず、前記シールバー２１０にセットされる圧力と時間とをあげるとシール工程時間が長くなり、設備コストが増加する。そのため、前記シール装置２００は、前記シール部１３０の両側に密着して熱と圧力とを印加する一対のシールバー２１０、および前記電極タブ１２０の両側に密着して前記電極タブ１２０を加熱する一対のヒートバー２２０、を含み、前記シールバー２１０が前記シール部１３０に印加する熱が、前記タブシーラント１２１を溶融できず、前記パウチ１１０の内部の電極に奪われないように、前記ヒートバー２２０が前記パウチ１１０の内部の電極から延長形成される電極タブ１２０を加熱してから前記シールバー２１０が前記シール部１３０をシールする。前記の構造によれば、前記パウチ型二次電池１００の電流容量が大きくなって前記パウチ１１０のサイズが大きくなっても前記シールバー２１０のセッティング圧力およびセッティング時間を最小化することができ、これにより、設備コストを低減し、シール工程時間を短縮することができる。
この際、前記パウチ型二次電池１００は、正極を有する電極タブ１２０と、負極を有する電極タブ１２０と、を有し、図２、図３および図４に示されたように、前記電極タブは、前記パウチ１１０の一方の側に、正極を有する電極タブ１２０と負極を有する電極タブ１２０とが互いに離隔するように突出形成されてもよく、図面には示されていないが、前記パウチ１１０の一方の側に正極を有する電極タブが形成され、他方の側に負極を有する電極タブが形成されてもよい。
また、前記のシールバー２１０が前記シール部１３０を加熱する温度は１８５℃〜１９５℃であってもよい。前記のパウチシーラント１３１とタブシーラント１２１とは、同一の密閉剤であってもよく、前記密閉剤はポリプロピレン（polypropylene）であってもよく、前記ポリプロピレンの融点は１３９℃〜１４３℃である。また、前記パウチ型二次電池１００のパウチ１１０としては、アルミニウムパウチを用いてもよく、前記アルミニウムパウチの使用温度は２００℃以下である。また、前記シールバー２１０は、セッティング温度を維持するためにＯＮ／ＯＦＦ制御されてもよく、前記シールバー２１０のセッティング温度を基準として前記シールバー２１０の温度が所定温度よりも多くまたは所定温度と同じだけ下がったときにＯＮとなり、所定温度よりも多くまたは所定温度と同じだけ上がったときにＯＦＦとなる。この際、シールバー２１０の設定温度を基準としてＯＮ／ＯＦＦとなる温度差をハンチング（hunting）と言う。したがって、前記シールバー２１０の温度ハンチングを鑑みて、前記パウチ１１０の破損を防止し、且つ前記パウチシーラント１３１およびタブシーラント１２１を短時間で溶融できるように、前記シールバー２１０が前記シール部１３０をシールする温度は１８５℃〜１９５℃にすることが好ましい。
また、前記のヒートバー２２０が前記電極タブ１２０を加熱する温度は１８５℃〜１９５℃であってもよい。前記タブシーラント１２１が前記電極タブ１２０に熱を奪われないようにするためには、前記電極タブ１２０を加熱する前記ヒートバー２２０と前記シール部１３０を加熱する前記シールバー２１０とのセッティング温度が一致しなければならない。また、前記シールバー２１０のセッティング温度は、前記パウチシーラント１３１およびタブシーラント１２１を短時間で溶融することができ、アルミニウムパウチからなる前記パウチ１１０の最高使用温度において前記シールバー２１０の温度ハンチングを鑑みて前記パウチ１１０の破損を防止できる１８５℃〜１９５℃にセットされてもよい。そのため、前記ヒートバー２２０のセッティング温度もまた１８５℃〜１９５℃にすることが好ましい。
図５を参照すると、前記パウチ型二次電池１００が１０ＡＨ未満の電流容量を有するように作製し、且つ前記電極タブ１２０を加熱することなく前記シール部１３０をシールする際に、前記シールバー２１０の条件を１８５℃〜１９５℃の温度、４００〜５００ｋｇの圧力、および３ｓｅｃ〜１０ｓｅｃの時間にセットすると、前記パウチ１１０に注入された電解液が漏れないというシール条件を満たすが、前記パウチ型二次電池１００が１０ＡＨの電流容量より大きい４０ＡＨ〜５０ＡＨの電流容量を有するように作製し、且つ前記電極タブ１２０を加熱することなく前記シール部１３０をシールする際に、前記シールバー２１０の条件を１８５℃〜１９５℃の温度、６００〜７００ｋｇの圧力、および３ｓｅｃ〜２０ｓｅｃの時間にセットすると、前記パウチ１１０に注入された電解液が漏れないというシール条件を満たすことができない。また、前記パウチ型二次電池１００が４０ＡＨ〜５０ＡＨの電流容量を有するように作製し、且つ前記電極タブ１２０を加熱した後に前記シール部１３０をシールする際に、前記シールバー２１０の条件を１８５℃〜１９５℃の温度、６００〜７００ｋｇの圧力、および３ｓｅｃ〜１０ｓｅｃの時間にセットすると、前記パウチ１１０に注入された電解液が漏れないというシール条件を満たす。前記のように前記パウチ型二次電池１００のシールの際に前記電極タブ１２０を加熱するシール方法およびシール装置２００を用いれば、前記パウチ型二次電池１００をシールする圧力および時間を最小化することができ、これにより、設備コストおよび生産性の面において有利である。
前記のパウチ型二次電池１００のシール方法およびシール装置２００によれば、前記シール部１３０の接合表面と前記電極タブ１２０との間の空間に充填される前記タブシーラント１２１に熱が供給されるように前記電極タブ１２０に熱を印加してから前記シール部１３０をシールして、前記タブシーラント１２１を溶融するために前記シール部１３０に供給される熱が前記電極タブ１２０に奪われないようにすることで、前記パウチ型二次電池１００をシールする圧力および時間を最小化することができ、これにより、設備コストを低減し、シール工程時間を短縮することができる。
本発明は、前記の実施例に限定されず、適用範囲が多様であることは言うまでもなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨から離脱することなく多様な変形実施が可能であることは言うまでもない。
１００ パウチ型二次電池
１１０ パウチ
１２０ 電極タブ
１２１ タブシーラント
１３０ シール部
１３１ パウチシーラント
２００ シール装置
２１０ シールバー
２２０ ヒートバー
１１０ パウチ
１２０ 電極タブ
１２１ タブシーラント
１３０ シール部
１３１ パウチシーラント
２００ シール装置
２１０ シールバー
２２０ ヒートバー
Claims (4)
- パウチ、パウチとの電気的連結のために前記パウチの外側に突出するように前記パウチの内部の電極から延長形成される電極タブ、および前記パウチに電解質が注入された後に前記パウチが密閉されるようにシールされるシール部、を有するパウチ型二次電池のシール方法であって、
前記シール部の内側の接合表面と前記電極タブとを接合するタブシーラントに熱が供給されるように前記電極タブを加熱する段階、
および前記シール部をシールする段階、を含む、パウチ型二次電池のシール方法。 - パウチ、パウチとの電気的連結のために前記パウチの外側に突出するように前記パウチの内部の電極から延長形成される電極タブ、および前記パウチに電解質が注入された後に前記パウチが密閉されるようにシールされるシール部、を有するパウチ型二次電池のシール装置であって、
前記シール部の両側に密着して前記シール部を加熱および加圧する一対のシールバー、
および前記電極タブの両側に密着して前記電極タブを加熱する一対のヒートバー、を含む、パウチ型二次電池のシール装置。 - 前記シールバーが前記シール部を加熱する温度は１８５℃〜１９５℃である、請求項２に記載のパウチ型二次電池のシール装置。
- 前記ヒートバーが前記電極タブを加熱する温度は１８５℃〜１９５℃である、請求項２に記載のパウチ型二次電池のシール装置。
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