JP2016031829A - 電気化学デバイスの絶縁性検査方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気化学デバイス(1)はデバイス本体(30)が外装体(20)内に密封収納されている。前記デバイス本体(30)の正極および負極にそれぞれタブリード(31),(32)が接合され、外装体(20)が、金属箔層の第1の面に耐熱性樹脂層が貼り合わされ第2の面に熱融着性樹脂層が貼り合わされたラミネート外装材の熱融性樹脂層同士を内側に向けて配置されて形成され、かつ前記外装体(20)の外面の一部に耐熱性樹脂層が除去された通電用端子部(7)を有し前記タブリード(31),(32)の端部が前記外装体(20)から引き出された状態で、外装体(20)の縁部がラミネート外装材の熱融着性樹脂層同士が融着している。
【選択図】 図1A
Description
外装体が、金属箔層の第1の面に耐熱性樹脂層が貼り合わされ第2の面に熱融着性樹脂層が貼り合わされたラミネート外装材の熱融着性樹脂層同士を内側に向けて配置されて形成され、かつ前記外装体の外面の一部に耐熱性樹脂層が除去された通電用端子部を有し、
前記タブリードの端部が前記外装体から引き出された状態で、外装体の縁部がラミネート外装材の熱融着性樹脂層同士が融着することにより、デバイス本体が外装体内に密封収納されていることを特徴とする電気化学デバイス。
外装体の通電用端子部と、正極タブリートまたは負極タブリードとの間の電気抵抗値を測定し、測定した電気抵抗値に基づいて前記外装体とデバイス本体との絶縁性を検査することを特徴とする電気化学デバイスの絶縁性検査方法。
外装体が、金属箔層の第1の面に耐熱性樹脂層が貼り合わされ第2の面に熱融着性樹脂層が貼り合わされたラミネート外装材の熱融性樹脂層同士を内側に向けて配置されて形成され、かつ前記外装体の外面の一部に耐熱性樹脂層が除去された通電用端子部を有し、
前記デバイス本体を外装体内に収納し、タブリードが前記外装体から引き出された状態で、外装体の縁部の熱融着性樹脂層同士を熱融着させてヒートシール部を形成することにより、外装体を密封することにより電気化学デバイスを組み立てる組み立て工程と、
前記組み立て工程によって組み立てられた電気化学デバイスに対し、外装体の通電用端子部と、正極タブリートまたは負極タブリードとの間の電気抵抗値を測定し、測定した電気抵抗値に基づいて前記外装体とデバイス本体との絶縁性を検査する絶縁性検査工程と、を備えることを特徴とする電気化学デバイスの製造方法。
図1Aおよび図1Bに、本発明の電気化学デバイスの一実施形態であるラミネート外装電池(1)を示す。前記ラミネート外装電池(1)は、ラミネート外装材(10)からなる外装体(20)と、ベアセル(30)と、ベアセル(30)の正極および負極に接合されたタブリード(31)(32)とを備えている。前記ベアセル(30)は本発明におけるデバイス本体に対応する。
一例として図3に示すように、前記ラミネート外装電池(1)の負極タブリード(32)と外装体(20)の通電用端子部(7)との間に絶縁抵抗測定器(41)を設置してこれらを接続し、所定の電圧を印加して抵抗値を測定する。なお、負極タブリード(32)の代わりに正極タブリード(31)に接続して測定しても問題ない。測定した抵抗値に基づいて基準値となる抵抗値より高いか低いかを確認することで、ラミネート外装電池(1)の内部短絡による絶縁性を評価する。
ラミネート外装材(10)を構成する各層の材料は電気化学デバイスの外装材として使用できる限り、任意の材料を使用できる。好ましい材料は以下のとおりである。
外側層である耐熱性樹脂層(2)としては、例えば、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム等が挙げられ、これらの延伸フィルムが好ましく用いられる。中でも、成形性および強度の点で、二軸延伸ポリアミドィルムまたは二軸延伸ポリエステルフィルム、あるいはこれらを含む複層フィルムが特に好ましく、さらに二軸延伸ポリアミドィルムと二軸延伸ポリエステルフィルムとが貼り合わされた複層フィルムを用いることが好ましい。前記ポリアミドフィルムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、6ナイロンフィルム、6,6ナイロンフィルム、MXDナイロンフィルム等が挙げられる。また、二軸延伸ポリエステルフィルムとしては、二軸延伸ポリブチレンテレフタレート(PBT)フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等が挙げられる。
内側層である熱融着性樹脂層(3)は、リチウムイオン二次電池等で用いられる腐食性の強い電解液などに対しても優れた耐薬品性を具備させるとともに、包材にヒートシール性を付与する役割を担うものである。
前記金属箔層(4)は、ラミネート外装材(1)に酸素や水分、電解液の侵入を阻止するガスバリア性を付与する役割を担うものである。例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔、あるいはこれのクラッド箔、これらの焼鈍箔または未焼鈍箔等が挙げられる。また、ニッケル、錫、銅、クロム等の導電性金属でめっきした金属箔、たとえばめっきしたアルミニウム箔を用いることも好ましい。前記導電性めっき皮膜は金属箔層の少なくとも通電用端子部に対応する部分に形成されていれば良い。また、前記金属箔層(4)は下地処理として下記の化成処理を施して化成皮膜を形成することも好ましい。
ラミネート外装材(10)の外側層および内側層は樹脂からなる層であり、これらの樹脂層には極微量ではあるが、ケースの外部からは光、酸素、水分が入り込むおそれがあり、内部からは電解液、がしみ込むおそれがある。これらの侵入物が金属箔層に到達すると金属箔層の腐食原因となる。本発明のラミネート外装材(1)においては、金属箔層(4)の表面に耐食性の高い化成皮膜を形成することにより、金属箔層(4)の耐食性向上を図ることができる。
1)リン酸と、クロム酸と、フッ化物の金属塩およびフッ化物の非金属塩のうちの少なくとも一方と、の混合物
2)リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂およびフェノール系樹脂のうちのいずれかと、クロム酸およびクロム(III)塩のうちの少なくとも一方と、の混合物
3)リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂、フェノール系樹脂のうちのいずれかと、クロム酸およびクロム(III)塩のうちの少なくとも一方と、フッ化物の金属塩およびフッ化物の非金属塩のうちの少なくとも一方と、の混合物
前記第1接着剤層(5)は、金属箔層(4)と外側層である耐熱性樹脂層(2)との接合を担う層であり、例えば、主剤としてのポリエステル樹脂と硬化剤としての多官能イソシアネート化合物とによる二液硬化型ポリエステル−ウレタン系樹脂、あるいはポリエーテル−ウレタン系樹脂を含む接着剤が挙げられる。
前記第2接着剤層(6)は、金属箔層(4)と内側層である熱融着性樹脂層(3)との接合を担う層であり、例えば、ポリウレタン系接着剤、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリオレフィン系接着剤、エラストマー系接着剤、フッ素系接着剤等により形成された接着剤層が挙げられる。中でも、アクリル系接着剤、ポリオレフィン系接着剤を用いるのが好ましく、この場合には、包装材1の耐電解液性および水蒸気バリア性を向上させることができる。また、ラミネート外装材を電池ケースとして使用する場合は、酸変成したポリプロピレンやポリエチレン等の接着剤を使用することが好ましい。
絶縁性検査時の通電用端子部として利用する金属露出部(7)は、ラミネート外装材を作製する過程で形成することができ、また、作製後に形成することもできる。以下に、金属露出部(7)の形成する複数の方法について説明する。
(i)金属箔層(4)の第1の面に通電用端子部(7)の寸法に対応するマスキングテープ(40)を貼る。このマスキングテープ(40)の接着剤は次の(ii)の工程で金属箔層(4)と耐熱性樹脂層(2)の貼り合わせに用いる接着剤よりも接着力が弱い。
(ii)マスキングテープ(40)を貼付した金属箔層(4)の全面、または耐熱性樹脂層(2)の全面、あるいは金属箔層(4)および耐熱性樹脂層(2)の全面に第1接着剤層(5)となる接着剤を塗布し、金属箔層(4)と耐熱性樹脂層(2)を貼り合わせて適宜養生する。前記マスキングテープ(40)は金属箔層(4)よりも耐熱性樹脂層(2)に強く接着されている。貼り合わせ手法として上述したドライラミネート法を例示できる。
(iii)金属箔層(4)の第2の面に対して、周知の手法により第2接着剤層(6)を形成して熱融着性樹脂層(3)を貼り合わせる。
(iv)耐熱性樹脂層(2)のマスキングテープ(40)の貼付部の周縁に切り込みを入れ、耐熱性樹脂層(2)を除去する。マスキングテープ(40)の金属箔層(4)に対する接着力は弱いので、耐熱性樹脂層(2)とともにマスキングテープ(40)が金属箔層(4)から剥離して除去される。マスキングテープ(40)が除去された部分は金属箔層(4)が露出し、この部分が通電用端子部(7)となる。耐熱性樹脂層(2)への切り込みはカッターナイフ、レーザー照射などにより行う。
第1接着剤層(5)を形成する際に、金属箔層(4)または耐熱性樹脂層(2)に対し、外周面に凹凸を有するロール等を用いて接着剤を塗布することにより、接着剤を付着させない接着剤未塗布部(8)を形成する。金属箔層(4)の第2の面に対しては、周知の手法により第2接着剤層(6)を形成して熱融着性樹脂層(3)を貼り合わせる。そして、耐熱性樹脂層(2)側から、接着剤未塗布部(8)の周縁に沿ってレーザー照射等により耐熱性樹脂層(2)を切断し金属箔層(4)を露出させる。前記接着剤未塗布部(8)は耐熱性樹脂層(2)と金属箔層(4)とが接合されておらず第1接着剤層(5)が無いので、耐熱性樹脂層(2)を切断すれば、接着剤未塗布部(8)にある耐熱性樹脂層(2)が除去されて金属箔層(4)を露出させることができる。
周知に手法により、金属箔層(4)の第1の面に耐熱性樹脂層(2)を貼り合わせ、第2の面に熱融着性樹脂層(3)を貼り合わせる。即ち、金属箔層(4)と樹脂層(2)(3)との間には接着剤層(5)(6)のみが介在し、これらの接着剤層(5)(6)は合わせ面の全面に形成された周知のラミネート外装材を作製する。
図1Aおよび図1Bのラミネート外装電池(1)は以下の順序で組み立てる。
(i)外装体(20)の凹部(22)にベアセル(30)を装填して凹部(22)の蓋板部(24)と対向する一辺から正極タブリード(31)および負極タブリード(32)の端部を引き出しておく。
(ii)外装体(20)の本体部(21)と蓋板部(24)との境界線(27)で蓋板部(24)を折り曲げて本体部(21)に被せてフランジ(23)に蓋板部(24)の縁部を重ねる。外装体(20)は4辺のうちの境界線(27)を含む辺を除く3辺が開口している。
(iii)開口する3辺のうちの、タブリード(31)(32)が引き出されている辺を含む2辺において、本体部(21)のフランジ(23)の熱融着性樹脂層(3)と蓋体部(24)の縁部の熱融着性樹脂層(3)を熱融着させ、タブ位置の辺と接触する辺に位置するヒートシール部(28a)タブ位置の辺のヒートシール部(28b)を形成する。
(iv)開口する1辺から凹部(22)内に電解液を注入する。
(v)電解液の注入に利用した残りの1辺において、本体部(21)のフランジ(23)の熱融着性樹脂層(3)と蓋体部(24)の縁部の熱融着性樹脂層(3)を熱融着させ、ヒートシール部(28a)を形成する。これにより、3辺にヒートシール部(28a)(28b)が形成されて、タブリード(31)(32)の端部が外装体(20)から引き出された状態でベアセル(30)が外装体(20)内に密封収納される。
金属箔層(4):厚さ40μmの軟質アルミニウム箔(JIS H4160 で規定される A8079H)の両面に化成処理を施したものを使用した。化成処理は、前記軟質アルミニウム箔を、ポリアクリル酸、リン酸、クロムとフッ素の化合物の混合物の25℃水溶液に5秒浸漬した後に引き上げて、150℃の恒温槽で30秒乾燥させることにより行った。この化成処理により軟質アルミニウム箔の表面に付着したクロム量は片面につき3mg/m2である。
熱融着性樹脂層(3):厚さ40μmの未延伸ポリプロピレンフィルム
第1接着剤層(5):二液硬化型ポリエステル−ウレタン系接着剤、塗布厚さは3μm
第2接着剤層(6):二液硬化型酸変性ポリプロピレン系接着剤、塗布厚さは2μm
図2に参照されるように、本体部(21)と蓋板部(24)とを1枚のラミネート外装材で一体に形成された二つ折りタイプの外装体(20)であり、凹部(22)の底壁(26)寸法が100mm×100mm、側壁(25)の高さが5mm、凹部(22)の開口縁の3辺から延びるフランジ(23)の幅が5mmである。従って、本体部(21)および蓋板部(24)の平面寸法は110mm×105mmである。
図12に示すように、厚さ30μmのポリプロピレンフィルム(34)、厚さ30μmの硬質アルミニウム箔(JIS H4160 で規定される A1N30)からなる正極(35)、厚さ30μmのポリプロピレンフィルム(34)、厚さ30μmの硬質銅箔からなる負極(36)を重ねたものを1単位とし、30単位を重ねたものをベアセル(30)とした。
エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートおよびジメチルカーボネートを1:1:1の体積比率で混合した混合カーボネート液にLiPF6を添加し、LiPF6濃度が1モル/Lとなるように調製した電解液を用いた。
図2に示す外装体(20)、即ち、凹部(22)の底壁(26)の中央に通電用端子部(7)が形成された外装体(20)を作製し、ラミネート外装電池を作製した。
図13に示すラミネート外装電池(70)を作製した。このラミネート外装電池(70)は、外装体(71)の蓋板部(24)のタブリード(31)(32)が引き出された辺に通電用端子部(7)が形成されている。前記通電用端子部(7)はヒートシール部(28b)の辺中央で蓋板部(24)の面の端から1mm内側に寄ったところにあり、ヒートシール部(28b)上に存在する。
図14に示すラミネート外装電池(72)を作製した。このラミネート外装電池(72)は、外装体(71)の本体部(21)のタブリード(31)(32)が引き出されていない辺のフランジ(23)に通電用端子部(7)が形成されている。前記通電用端子部(7)、ヒートシール部(28a)の辺中央でフランジ(23)の面の端から1mm内側に寄ったところにあり、ヒートシール部(28a)上に存在する。
通電用端子部(7)の位置は実施例1と同じく凹部(22)の底壁(26)の中央であるが、実施例1とは通電用端子部(7)の形成方法が異なる。
ラミネート外装材に通電用端子部を形成しなかったことを除き、実施例1と同じ方法でラミネート外装電池を作製した。
実施例1〜4のラミネート外装電池に対し、通電用端子部(7)と負極タブリード(32)との間に絶縁抵抗測定器(41)を設置してこれらを接続し、抵抗値を測定した。
前記絶縁性検査後、実施例1〜4のラミネート外装電池について、以下の方法で通電用端子の導通を調べた。
2…耐熱性樹脂層
3…熱融着性樹脂層
4…金属箔層
5…第1接着剤層
6…第2接着剤層
7…通電用端子部(金属露出部)
10…ラミネート外装材
20、71、73…外装体
21…本体部
22…凹部
23…フランジ
24…蓋板部
25…側壁
26…底壁
27…境界線(折り曲げ線)
28a、28b…ヒートシール部
30ベアセル(デバイス本体)
31正極タブリード
32負極タブリード
40マスキングテープ
65…樹脂フィルム(絶縁材)
60、61、62…屈曲部
Claims (11)
- デバイス本体の正極および負極にそれぞれタブリードが接合され、
外装体が、金属箔層の第1の面に耐熱性樹脂層が貼り合わされ第2の面に熱融着性樹脂層が貼り合わされたラミネート外装材の熱融着性樹脂層同士を内側に向けて配置されて形成され、かつ前記外装体の外面の一部に耐熱性樹脂層が除去された通電用端子部を有し、
前記タブリードの端部が前記外装体から引き出された状態で、外装体の縁部がラミネート外装材の熱融着性樹脂層同士が融着することにより、デバイス本体が外装体内に密封収納されていることを特徴とする電気化学デバイス。 - 前記外装体の通電用端子部はその全域で金属箔層が露出する金属露出部である請求項1に記載の電気化学デバイス。
- 前記外装体はラミネート外装材の塑性変形加工によって成形されたデバイス本体収納用の凹部を有し、前記通電用端子部が前記塑性変形加工によって屈曲しない部分に形成されている請求項1または2に記載の電気化学デバイス。
- 前記通電用端子部が凹部外側の側壁または底壁に形成されている請求項3に記載の電気化学デバイス。
- 前記通電用端子部が外装体の縁部の熱融着性樹脂層同士が融着したヒートシール部に形成されている請求項3に記載の電気化学デバイス。
- 前記通電用端子部がタブリードが引き出されていない辺に形成されている請求項5に記載の電気化学デバイス。
- 請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載された電気化学デバイスに対し、
外装体の通電用端子部と、正極タブリートまたは負極タブリードとの間の電気抵抗値を測定し、測定した電気抵抗値に基づいて前記外装体とデバイス本体との絶縁性を検査することを特徴とする電気化学デバイスの絶縁性検査方法。 - デバイス本体の正極および負極にそれぞれタブリードが接合され、
外装体が、金属箔層の第1の面に耐熱性樹脂層が貼り合わされ第2の面に熱融着性樹脂層が貼り合わされたラミネート外装材の熱融性樹脂層同士を内側に向けて配置されて形成され、かつ前記外装体の外面の一部に耐熱性樹脂層が除去された通電用端子部を有し、
前記デバイス本体を外装体内に収納し、タブリードが前記外装体から引き出された状態で、外装体の縁部の熱融着性樹脂層同士を熱融着させてヒートシール部を形成することにより、外装体を密封することにより電気化学デバイスを組み立てる組み立て工程と、
前記組み立て工程によって組み立てられた電気化学デバイスに対し、外装体の通電用端子部と、正極タブリートまたは負極タブリードとの間の電気抵抗値を測定し、測定した電気抵抗値に基づいて前記外装体とデバイス本体との絶縁性を検査する絶縁性検査工程と、を備えることを特徴とする電気化学デバイスの製造方法。 - 前記絶縁性検査工程後に、通電用端子部を絶縁材で覆う請求項8に記載の電気化学デバイスの製造方法。
- 前記絶縁性検査工程後に、外装体のヒートシール部を折り返すことにより通電用端子部を覆う請求項8に記載の電気化学デバイスの製造方法。
- 請求項8〜10のうちのいずれか1項に記載された方法により製造されたことを特徴とする電気化学デバイス。
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