JP2016072209A - パウチ型電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パウチ型電池における外装体の封止信頼性を向上する。
【解決手段】電極および電解質を収容する収容空間が少なくとも第１方向において湾曲した湾曲形状を有する外装体を備える湾曲パウチ型電池であって、外装体は、収容空間を内側に有するカップ部が設けられた第１フィルム材と、第１フィルム材に対向して配置される第２フィルム材と、カップ部の周囲において、第１および第２フィルム材が互いに接合されて収容空間を封止する封止部と、を備え、第１フィルム材のカップ部の天面は湾曲形状を有するとともに複数の凹部または凸部が設けられ、第１方向に沿った封止部は湾曲形状を有するとともに凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成される。
【選択図】図４

Description

本開示は、パウチ型電池およびその製造方法に関する。

従来、スマートフォンなどコンパクトな形状を有する携帯電子機器では、薄型形状を有するパウチ型電池が用いられている。

このような携帯電子機器では、その使用形態に応じて様々な形状が採用されており、様々な形状の携帯電子機器に適用できるパウチ型電池に対して、薄型化やフレキシブル化が求められている。

そのため、従来のパウチ型電池では、フィルム状の外装体全体に波状部を形成することで、外装体全体のフレキシブル性（柔軟性）が高めることが提案されている。また、外装体同士の接合部分（封止部分）では、波状部の山部分と谷部分とが重なり合うようにすることで、外装体の封止信頼性を高めることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１２／１４０７０９号

近年、携帯電子機器として、人の体の一部に装着して用いるようなウェアラブル携帯端末が注目されている。例えば、手首に装着する腕時計型のウェアラブル携帯端末では、手首の表面に沿うような湾曲形態を有するため、内蔵されるパウチ型電池に対しても湾曲形状を有することが求められる。このように湾曲形状を有するパウチ型電池では、電極および電解質を収容する外装体自体も湾曲形状を有するため、外装体同士の封止部分も湾曲形状を有することになり、その封止信頼性を向上させることが求められる。

また、湾曲形状ではなく平面形状を有するようなパウチ型電池に対して、湾曲させるような外力が付与された場合にも、外装体同士の封止部分が事後的に湾曲形状を有することになり、このような場合にも封止信頼性が求められる。

従って、本開示の目的は、外装体の封止信頼性を向上できるパウチ型電池およびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本開示のパウチ型電池およびその製造方法は以下のように構成する。

本開示の一の態様によれば、シート状の電極と、電解質と、電極および電解質を収容する収容空間を有する外装体と、を備え、外装体は、収容空間を内側に有するカップ部が設けられた第１フィルム材と、第１フィルム材に対向して配置される第２フィルム材と、カップ部の周囲において、第１および第２フィルム材が互いに接合されて収容空間を封止する封止部と、を備え、第１フィルム材のカップ部の天面に複数の凹部または凸部が設けられ、封止部は凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成される、パウチ型電池を提供する。

本開示の別の一の態様によれば、第１フィルム材に対して、複数の凹部または凸部が設けられた天面を有するカップ部を成形し、シート状の電極および電解質を第１フィルム材のカップ部の内側の収容空間に収容するとともに、第１フィルム材に対向して第２フィルム材を配置して、カップ部の周囲の封止部にて第１および第２フィルム材を互いに接合して収容空間を封止し、その後、第１および第２フィルム材を少なくとも第１方向において湾曲させて、第１フィルム材のカップ部の天面を湾曲形状に成形するとともに、凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成される第１方向に沿った封止部を形状に成形する、湾曲パウチ型電池の製造方法を提供する。

本開示によれば、外装体の封止信頼性を向上できるパウチ型電池およびその製造方法を提供できる。

本開示の比較例であって、外装体を湾曲形状に成形した後に外装体にカップ部を成形する方法の説明図 本開示の比較例であって、外装体にカップ部を形成した後に外装体を湾曲形状に成形する方法の説明図 フィルム材の表面にしわが発生するメカニズムの説明図 本開示の一の実施の形態にかかる湾曲形状を有する湾曲パウチ型電池の外観図 実施の形態の湾曲パウチ型電池の製造方法の工程説明図 実施の形態の湾曲パウチ型電池の製造方法の工程説明図 実施の形態の湾曲パウチ型電池の製造方法の工程説明図 実施の形態の湾曲パウチ型電池の製造方法の工程説明図 実施の形態の湾曲パウチ型電池の製造方法の工程説明図 実施の形態の湾曲パウチ型電池の製造方法の工程説明図 実施の形態の湾曲パウチ型電池の製造方法の工程説明図 実施の形態の湾曲パウチ型電池の製造方法の工程説明図 実施の形態の湾曲パウチ型電池の製造方法の工程説明図 カップ部および波形構造の成形工程の工程説明図 カップ部および波形構造の成形工程の工程説明図 カップ部および波形構造の成形工程の工程説明図 外装体の湾曲成形工程の工程説明図 外装体の湾曲成形工程の工程説明図 外装体の湾曲成形工程の工程説明図 外装体の湾曲成形工程の工程説明図 波形構造の説明図（フラット形状時および湾曲形状時） 本開示の別の一の実施の形態にかかる平面状のパウチ型電池の外観図 実施の形態の変形例にかかる湾曲パウチ型電池の第１フィルム材の外観図 実施の形態の別の変形例にかかる湾曲パウチ型電池の第１フィルム材の外観図

（本開示の基礎となった知見）
本願の発明者らは、湾曲形状を有する湾曲パウチ型電池を鋭意研究したところ、湾曲形状に成形する際に、外装体の封止部に形態を予測できないしわが生じ、湾曲形状を有する外装体における封止信頼性が低下するという新たな課題（新たな知見）を見出した。この新たな課題について以下に説明する。

まず、湾曲形状を有する湾曲パウチ型電池を製造する場合、外装体を湾曲形状に成形した後に電極等の収容空間を形成するカップ部を外装体に成形する方法と、外装体にカップ部を成形した後に外装体を湾曲形状に成形する方法との２通りの方法が考えられる。

ここで、外装体を湾曲形状に成形した後に外装体にカップ部を成形する方法（本開示の比較例）について、図１に示す説明図を用いて説明する。

まず、外装体となる第１フィルム材１１１を曲げて湾曲形状に成形する（図１（ａ）参照）。次に、収容空間を内側に有するカップ部１１３を第１フィルム材１１１の湾曲面に成形する（図１（ｂ）参照）。同様に湾曲形状に成形された第２フィルム材１１２および電極１１４を第１フィルム材１１１と重ね合わせて、カップ部１１３の収容空間内に電極１１４を収容する（図１（ｃ）参照）。その後、カップ部１１３の周囲３辺におけるフィルム材１１１、１１２の重ね合わせ部分を封止し（図１（ｄ）参照）、残りの１辺である端面より収容空間内に電解質液（電解質）１１５を注液する（図１（ｅ）参照）。最後に、端面を封止するとともにカップ部１１３周囲の封止部分１１６の外側のフィルム材１１１、１１２を切断して外形形状を整えることで、湾曲形状を有する湾曲パウチ型電池１０１が完成する。

しかしながら、図１に示すように外装体を湾曲形状に成形した後に外装体にカップ部を成形する方法では、最初に外装体を湾曲形状に成形することになるため、その後の工程では、湾曲形状を有する部材（フィルム材１１１、１１２等）を搬送することになる。そのため、部材の搬送性が低下するという問題がある。また、フィルム材１１１、１１２の重ね合わせ工程では、それぞれの部材における湾曲形状を同一としておく必要があり、また重ね合わせ時の位置合わせに手間を要するという問題もある。さらに、湾曲形状を有するフィルム材同士を確実に接合して外装体の封止処理を行う必要があり、封止信頼性を向上させることが難しいという課題もある。また、外装体が湾曲形状とされた状態にて電解質液の注液が行われるため、収容空間内に電解質液を均一に注液できないという問題も生じる。

このような背景のもと、本願の発明者らは、生産性、封止信頼性、および電池性能向上の観点から、湾曲パウチ型電池を製造するには、外装体にカップ部を成形した後に、外装体を湾曲形状に成形する方法が望ましいという考えに至った。ここで、外装体にカップ部を成形した後に外装体を湾曲形状に成形する方法（本開示の比較例）について、図２に示す説明図を用いて説明する。

まず、外装体となるフラット形状を有する第１フィルム材２１１を用意し（図２（ａ）参照）、フラット形状のままで第１フィルム材２１１にカップ部２１３を成形する（図２（ｂ）参照）。同様にフラット形状を有する第２フィルム材２１２および電極を第１フィルム材２１１と重ね合わせて、カップ部２１３の収容空間内に電極を収容する（図２（ｃ）参照）。その後、カップ部２１３の周囲３辺におけるフィルム材２１１、２１２の重ね合わせ部分を封止し、残り１辺である端面より収容空間内に電解質液を注液するとともに、その端面を封止する。その後、外装体を曲げて湾曲形状に成形し、湾曲形状を有する湾曲パウチ型電池２０１が完成する（図２（ｄ）参照）。

しかしながら、図２（ｄ）に示すように、カップ部２１３が成形された状態の外装体を湾曲形状に成形しようとすると、カップ部２１３の周囲におけるフィルム材２１１の表面、特に封止部分２１６にしわが生じることが判明した。また、図２（ｅ）に示すように、第２フィルム材２１２の表面にもしわが生じることが判明した。

このようなしわの形態は予測できるものではなく、特に第１フィルム材２１１と第２フィルム材２１２との接合部分である封止部分２１６に予測できないようなしわ（皺）が形成される。封止された部分にしわが発生すると、封止部分が剥離してしまう可能性があり、封止信頼性を低下させる。剥離するとその部分から中の電解質液が漏れて（漏液）しまうおそれがある。

このように、本願の発明者らは、湾曲形状を有する湾曲パウチ型電池において、外装体を湾曲形状に成形する際にフィルム材の表面にしわが生じ、このしわが外装体の封止信頼性を低下させるという新たな課題を見出し、この課題を解決すべく本開示に至った。

なお、平面形状を有する平面状のパウチ型電池に対して、外力が付与されて事後的に湾曲形状とされるような場合においても、フィルム材の表面にしわが生じ、このしわが外装体の封止信頼性を低下させるという課題は共通している。

（本開示の態様）
本開示の第１態様によれば、シート状の電極と、電解質と、電極および電解質を収容する収容空間を有する外装体と、を備え、外装体は、収容空間を内側に有するカップ部が設けられた第１フィルム材と、第１フィルム材に対向して配置される第２フィルム材と、カップ部の周囲において、第１および第２フィルム材が互いに接合されて収容空間を封止する封止部と、を備え、第１フィルム材のカップ部の天面に複数の凹部または凸部が設けられ、封止部は凹部および凸部が設けられていない平らな面（凹凸のない面）により構成される、パウチ型電池を提供する。

本開示の第２態様によれば、外装体において収容空間は少なくとも第１方向において湾曲した湾曲形状を有し、第１フィルム材のカップ部の天面は湾曲形状を有するとともに複数の凹部または凸部が設けられ、第１方向に沿った封止部は湾曲形状を有するとともに凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成される、第１態様に記載のパウチ型電池を提供する。

本開示の第３態様によれば、第１フィルム材のカップ部の天面は平面形状を有するとともに複数の凹部または凸部が設けられ、第１方向に沿った封止部は平面形状を有するとともに凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成される、第１態様に記載のパウチ型電池を提供する。

本開示の第４態様によれば、第１フィルム材のカップ部の天面において、複数の凹部または凸部は第１方向に交差する第２方向に沿って延在している、第１から第３態様に記載のパウチ型電池を提供する。

本開示の第５態様によれば、第１フィルム材のカップ部において、天面の一端から他端にまで複数の凹部または凸部が延在している、第４態様に記載のパウチ型電池を提供する。

本開示の第６態様によれば、第１フィルム材のカップ部の天面が、第１方向に沿って凹部と凸部とが交互に配置された波形構造を有する、第４または第５態様に記載のパウチ型電池を提供する。

本開示の第７態様によれば、第１フィルム材のカップ部の天面の波形構造において、第１方向端部側の凹凸高さは中央部分の凹凸高さよりも高い、第６態様に記載のパウチ型電池を提供する。

本開示の第８態様によれば、第１フィルム材のカップ部の天面の波形構造において、第１方向端部側の凹凸ピッチは中央部分の凹凸ピッチよりも狭い、第６態様に記載のパウチ型電池を提供する。

本開示の第９態様によれば、第２フィルム材は凹部および凸部が設けられていない平らな面に形成されている、第１から第８態様のいずれか１つに記載のパウチ型電池を提供する。

本開示の第１０態様によれば、第１フィルム材に対して、複数の凹部または凸部が設けられた天面を有するカップ部を成形し、シート状の電極および電解質を第１フィルム材のカップ部の内側の収容空間に収容するとともに、第１フィルム材に対向して第２フィルム材を配置して、カップ部の周囲の封止部にて第１および第２フィルム材を互いに接合して収容空間を封止し、その後、第１および第２フィルム材を少なくとも第１方向において湾曲させて、第１フィルム材のカップ部の天面を湾曲形状に成形するとともに、凹部および凸部が設けられていない平らな面（凹凸のない面）により構成される第１方向に沿った封止部を湾曲形状に成形する、パウチ型電池の製造方法を提供する。

（実施の形態）
以下に、本開示にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本開示の一の実施の形態にかかるパウチ型電池の構成を説明するに先だって、外装体を曲げて湾曲形状に成形する際に、フィルム材の表面にしわが発生するメカニズムについて、図３の説明図を用いて説明する。

図３（ａ）に示すように、外装体を構成する第１フィルム材２１１について考える。第１フィルム材２１１の中央部分には、収容空間を構成する凹状の部分であるカップ部２１３が成形されている。ここで、フラット形状を有する状態にて、カップ部２１３の天面（すなわち凹状の部分の底面）の表面長さをＡとし、カップ部２１３の周囲側方におけるカップ部２１３の表面長さＡに対応する第１フィルム材２１１の表面長さをＢとする。なお、これらの表面長さＡ、Ｂは、第１フィルム材２１１を曲げる方向である第１方向Ｄ１に沿った第１フィルム材２１１の表面の長さである。

図３（ｂ）に示すように、第１フィルム材２１１がフラット形状を有する状態では、表面長さＡ＝表面長さＢとなる。図３（ｃ）に示すように、第１フィルム材２１１を第１方向Ｄ１において湾曲させて湾曲形状を有する状態とすると、カップ部２１３の表面における湾曲形状の曲率半径Ｒ１と、カップ部２１３の周囲側方部分の表面における湾曲形状の曲率半径Ｒ２とは、Ｒ１＞Ｒ２と相違する。そのため、カップ部２１３の表面における湾曲形状の湾曲長さ（周長）Ｃ（表面長さＡに相当する部分）は、カップ部２１３の周囲側方部分の表面における湾曲形状の湾曲長さ（周長）Ｄ（表面長さＢに相当する部分）とは、Ｃ＞Ｄと相違することになる。

第１フィルム材２１１としては、金属製フィルム材などが用いられることが多く、第１フィルム材２１１自体は大きな収縮性を有するような材料ではない。そのため、カップ部２１３の表面における湾曲形状の湾曲長さ（周長）Ｃが、フラット形状時の表面長さＡよりも伸びることは難しい。その結果、カップ部２１３の周囲側方部分の表面における湾曲形状の湾曲長さ（周長）Ｄが、フラット形状時の表面長さＢよりも小さくなるようにカップ部２１３の周囲側方部分の表面にしわが生じる。カップ部２１３の天面よりも曲率半径が小さいフィルム材２１１、２１２の表面では、カップ部２１３の周囲側方部分の表面と同様にしわが生じる可能性がある。これが、しわ発生のメカニズムである。

（湾曲パウチ型電池）
本開示の一の実施の形態にかかるパウチ型電池として、湾曲形状を有する湾曲パウチ型電池の構成を、図４の外観図を用いて説明する。

図４に示すように、本実施の形態の湾曲パウチ型電池１は、第１フィルム材１１と第２フィルム材１２とが接合され、内部に収容空間を有する外装体１０と、収容空間内に収容されるシート状の電池および電解質液（電解質）とを備える。

外装体１０は、略四角形シート状の形状を有しており、収容空間が第１方向Ｄ１において湾曲した湾曲形状を有する。具体的には、外装体１０は、第１方向Ｄ１における図示右側部分に湾曲形状を有し、図示左側部分に湾曲されていない平坦部分を有している。なお、本実施の形態では、外装体１０が部分的に湾曲形状を有する場合を例として説明するが、外装体１０が第１方向Ｄ１に沿って全体的に湾曲形状を有するような場合であってもよい。

第１フィルム材１１は、その中央部分が上方に向かって突出形成（下方に向かって凹状の部分として形成）されたカップ部１３を有している。カップ部１３の内側には収容空間が設けられている。カップ部１３は、第１方向Ｄ１に沿って概ね延在するように形成されている。カップ部１３を含む第１フィルム材１１は、第１方向Ｄ１において湾曲した湾曲形状を有する。

カップ部１３の天面１４（突出形状の天面または凹状部分の底面）における湾曲形状を有する部分（第１方向右側部分）は、複数の凹部１５ａと凸部１５ｂとが交互に配置された波形構造１５を有する。具体的には、第１方向Ｄ１と直交する方向である第２方向Ｄ２に沿って、天面１４の一端から他端にまで延在するように、複数の凹部１５ａと凸部１５ｂとが形成されている。また、凹部１５ａと凸部１５ｂとは第１方向Ｄ１に沿って交互に配置されている。図４に示す形態では、それぞれの凹部１５ａおよび凸部１５ｂの凹凸高さは実質的に同じ高さ形成されており、一定の凹凸ピッチにて第１方向Ｄ１に沿って配置されている。なお、図４に示す形態では、天面１４の湾曲形状を有する部分にのみ波形構造１５が形成されているが、天面１４の平坦部分にも波形構造が形成されていてもよい。

第２フィルム材１２は、凹部および凸部が設けられていない平らな面に形成されており、第１方向Ｄ１において湾曲した湾曲形状を有する。第１フィルム材１１および第２フィルム材１２には、収容空間内に収容された電解質液が漏洩しないような封止特性と、外力を受けた場合に容易に破損しないような耐性とが求められる。それぞれのフィルム材１１、１２は、例えば金属製フィルム材により構成され、本実施の形態では、例えば、表裏面に樹脂層がコーティングされたアルミニウム製のフィルム材が用いられている。

第２フィルム材１２は第１フィルム材１１に重ね合わせられており、カップ部１３の周囲において、第１フィルム材１１と第２フィルム材１２とは互いに接合されている。この接合部分が収容空間を電池外部に対して封止する封止部１６となっており、封止部１６はカップ部１３の周囲全体（４辺周囲全体）を囲むように四角形状に連続して設けられている。なお、封止部１６となっている第１フィルム１１および第２フィルム１２の表面は、凹部および凸部は設けられていない平らな面により構成されている。

外装体１０の略四角形状の一辺には２本の端子１７が設けられており、それぞれの端子１７は外装体１０に内蔵された電池（図示せず）に電気的に接続されている。

このような構成を有する本実施の形態の湾曲パウチ型電池１は、薄型かつ湾曲形状を有するような各種電子機器、例えば腕時計型のウェアラブル携帯端末などに用いることができる。

次に、本実施の形態の湾曲パウチ型電池１の製造方法について、図５Ａ〜図５Ｉの工程説明図を用いて説明する。

図５Ａに示すように、樹脂コーティングされたアルミニウム製のフィルム材を所定の形状に切断し、第１フィルム材１１および第２フィルム材１２を作製する。

次に、図５Ｂに示すように、第１フィルム材１１の表面にカップ部１３を成形する。このカップ部１３の成形工程は、第１フィルム材１１表面に対して、所定の金型（図示せず）を押し当てる型押し成形を行うことにより行われる。

具体的には、図６Ａに示すように、型押し成形装置２０において、上型２１と下型２２との間に第１フィルム材１１を挿入配置する。上型２１および下型２２はカップ部１３の大きさ・形状に応じて形成されているとともに、上型２１および下型２２の表面には、波形構造１５に相当する形状を有する波型２３が設けられている。図６Ｂおよび図６Ｃに示すように、型押し成形装置２０において、上型２１と下型２２とを相対的に近づけて、第１フィルム材１１に押し当てることにより、第１フィルム材１１にカップ部１３が突出形成される。それとともに、カップ部１３の天面１４に波形構造１５が成形される。図５Ｂに示すように、波形構造１５は、第２方向Ｄ２に沿って延在する凹部１５ａおよび凸部１５ｂが、第１方向に沿って交互に配置された構造を有する。その後、図５Ｃに示すように、第１フィルム材１１の一部の端面を切断して外形形状が整えられる。

次に、図５Ｄに示すように、第１フィルム材１１のカップ部１３内に電極１８を収容するとともに、第１フィルム材１１と第２フィルム材１２とを位置決めして重ね合わせる（積層する）。カップ部１３の内側には、収容される電極１８の形状（あるいは電解質液の容量）に合わせた収容空間が設けられている。この収容空間内に電極１８が収容された状態で、カップ部１３の開口（凹状部分の開口）が第２フィルム材１２により覆われる。なお、シート状の電極１８は、例えば、シート状の正極とシート状の負極とを電解質層（電解質をシート状のセパレータに含浸させたもの）を間に挟んで積層した積層構造を有し、電極組立体と称することもできる。

その後、図５Ｅに示すように、カップ部１３の周囲における３辺において第１フィルム材１１と第２フィルム材１２とが接合され、封止部１６が形成される。フィルム材１１、１２同士の接合は、例えば熱圧着によりフィルム材表面の樹脂層を溶融して固化させることにより行われるが、接着剤を介して接合するなど、その他の接合方法を採用してもよい。なお、電極１８に電気的に接続されている２本の端子は、それぞれのフィルム材１１、１２により構成される外装体１０の外側に位置された状態で、フィルム材１１、１２の接合が行われる。なお、図５Ｅにおいて、封止部１６の形成位置を理解しやすくするために、第１フィルム材１１の表面において封止部１６に相当する位置にハッチング模様を付している。

次に、図５Ｆに示すように、外装体１０において未だ封止されていない一辺の端面より、外装体１０の収容空間内に電解質液１９を注液する。その後、図５Ｇに示すように、この一辺の端面において第１フィルム材１１と第２フィルム材１２とを接合する。これにより、外装体１０において、カップ部１３の周囲全体を囲むように封止部１６が形成されたことになる。よって、外装体１０において、電極１８および電解質液１９が収容空間内に収容された状態にて、収容空間が封止部１６によって電池外部に対して封止された状態となる。その後、図５Ｈに示すように、外装体１０の外周の一部を切断することで外形形状が整えられる。

次に、図５Ｉに示すように、外装体１０が第１方向Ｄ１において湾曲した湾曲形状を有するように湾曲成形を行う。これにより、第１方向Ｄ１において湾曲形状を有する湾曲パウチ型電池１が完成する。ここで、この湾曲成形工程について、図７Ａ〜図７Ｄに示す工程説明図を用いて、具体的に説明する。

図７Ａ〜図７Ｄに示すように、湾曲成形工程にて用いられる湾曲成形装置３０は、外装体１０が載置される載置台３１と、外装体１０における平坦部分を載置台３１との間で挟んで保持する押さえ部材３２と、湾曲形状を有する湾曲型３３とを備える。湾曲型３３は、第１フィルム材１１のカップ部１３を含めた湾曲形状（電池完成品における湾曲形状）に対応する湾曲形状を有する。また、載置台３１は、第２フィルム材１２の湾曲形状に応じた載置面を有している。この載置台３１の載置面と湾曲型３３との間で外装体１０が挟まれて押圧されて、外装体１０が湾曲形状に成形される。

図５Ａ〜図５Ｉを用いて説明した湾曲パウチ型電池１の製造方法は一例であり、その他の方法またはその他の装置を用いてもよい。例えば、湾曲成形工程では、湾曲面を有する載置台上に外装体を載置して、ローラを移動させながら湾曲面に倣うように外装体を押しつけることで湾曲成形を行ってもよい。

ここで、波形構造１５を有するカップ部１３を備えた第１フィルム材１１のフラット形状時の模式図を図８（ａ）に示し、湾曲形状時の模式図を図８（ｂ）に示す。

図８（ａ）、（ｂ）に示すように、外装体１０の湾曲形状において、カップ部１３の天面１４の湾曲の曲率半径Ｒ１は、カップ部１３の周囲側方の封止部１６における第１フィルム材１１の表面の曲率半径Ｒ２よりも大きい。本実施の形態の湾曲パウチ型電池１では、フラット形状時にカップ部１３の天面１４に予め波形構造１５を設けている。これにより第１方向Ｄ１におけるカップ部１３の天面１４の表面長さＬ１が長く（すなわち、波形構造１５が設けられない場合よりも長く、またカップ部１３の周囲側方の封止部１６における表面長さＬ２よりも長く）なっている。さらに、このような波形構造１５は、湾曲方向である第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２に沿って延在する複数の凹部１５ａおよび凸部１５ｂとにより構成されている。

これにより、第１方向Ｄ１において外装体１０が曲げられる際に、カップ部１３の天面１４における波形構造１５において、波（凹部１５ａおよび凸部１５ｂ）の高さが低くなり、かつ、波のピッチが第１方向Ｄ１に伸びる。その結果、カップ部１３の周囲側方の封止部１６の表面を第１方向Ｄ１に縮めようとする力を抑制できる。よって、湾曲形状を成形する際に、第１フィルム材１１における封止部１６の表面にしわが発生することを抑制できる。特に、フラット形状時のカップ部１３の天面１４の表面長さＬ１（波形構造１５の凹凸表面の長さ：凹凸の展開長さ）を、湾曲形状時のカップ部１３の湾曲長さＬ３（波形構造１５の凹凸表面を考慮しない周長）以上の長さに設定しておくことが好ましい。湾曲成形が行われる際に、カップ部１３の天面１４を第１方向Ｄ１に十分に伸ばすことができ、カップ部１３の周囲側方の封止部１６の表面を第１方向Ｄ１に縮めようとする力を効果的に抑制できる。

また、外装体１０における湾曲形状の最外層表面となる第１フィルム材１１のカップ部１３の天面１４に波形構造１５を設けることで、それよりも内側に位置する層において、湾曲成形時に表面を第１方向Ｄ１に縮めようとする力が生じることを抑制できる。よって、外装体１０の第２フィルム材１２の表面においてもしわが生じることを抑制できる。なお、カップ部１３の天面１４の表面長さＬ１は、波形構造１５を構成する凹部１５ａおよび凸部１５ｂの凹凸高さや間隔ピッチなどを調整することにより、所望の長さに設定できる。

本実施の形態の湾曲パウチ型電池１によれば、外装体１０が第１方向Ｄ１において湾曲形状を有する場合であっても、カップ部１３の天面１４に波形構造１５を設けていることにより、カップ部１３の天面１４以外の部分においてしわが発生することを抑制できる。特に、第１フィルム材１１と第２フィルム材１２との接合部分である封止部１６の表面において、湾曲成形時に予測できないようなしわが発生することを抑制できるため、湾曲形状を有する外装体１０の封止信頼性を向上できる。また、湾曲パウチ型電池１における外観（見た目）も良好にできる。

また、第１フィルム材１１のカップ部１３の天面１４には、第１方向Ｄ１に湾曲させた後でも波形構造１５が形成されており、この波形構造１５を構成する凹部１５ａおよび凸部１５ｂは湾曲方向である第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に沿って延在するように設けられている。そのため、湾曲形状に対して第１方向Ｄ１に多少の柔軟性（フレキシブル性）を構造的に持たせることができる。例えば、第１方向Ｄ１にさらに湾曲させるような外力が外装体１０に付加されるような場合であっても、構造的な柔軟性により外力を吸収でき、封止部１６等に応力がかかることを抑制できる。このような観点からも、外装体１０の封止信頼性を向上できる。また、波形構造１５の凹部１５ａおよび凸部１５ｂは、第２方向Ｄ２に沿って延在しているため、第２方向Ｄ２における強度が向上する。さらに、電池が放電すると電池自身の温度が上昇するが、波形構造１５により表面積が大きくなっているため、放熱性が向上する。

（平面状のパウチ型電池）
本開示の一の実施の形態にかかるパウチ型電池として、湾曲形状を有する湾曲パウチ型電池について述べてきたが、本開示は、湾曲形状を有さない平面状のパウチ型電池にも適用することができる。ここで、本開示における別の一の実施の形態にかかるパウチ型電池として、平面形状を有する平面状のパウチ型電池の構成を、図９の外観図を用いて説明する。なお、図９の平面状のパウチ型電池７１において、図４の湾曲パウチ型電池１と同じ構成部材には、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。

図９に示すように、平面状のパウチ型電池７１は、第１フィルム材８１と第２フィルム材８２とが接合され、内部に収容空間を有する外装体８０と、収容空間内に収容されるシート状の電池および電解質液（電解質）とを備える。

第１フィルム材８１は、その中央部分が上方に向かって突出形成（下方に向かって凹状の部分として形成）されたカップ部８３を有している。カップ部８３の内側には収容空間が設けられている。

カップ部８３の天面８４（突出形状の天面または凹状部分の底面）には、複数の凹部８５ａと凸部８５ｂとが交互に配置された波形構造８５を有する。具体的には、天面８４の一端から他端にまで延在するように、第２方向Ｄ２に沿って、複数の凹部８５ａと凸部８５ｂとが形成されている。また、凹部８５ａと凸部８５ｂとは交互に配置されている。なお、図９に示す形態では、天面８４の全面に波形構造８５が形成されているが、天面８４の部分的に波形構造が形成されていてもよい。さらに、第２方向Ｄ２に傾斜した方向に沿って凹部と凸部とが形成されるような場合であってもよい。

平らな第２フィルム材８２は第１フィルム材８１に重ね合わせられており、カップ部８３の周囲において、第１フィルム材８１と第２フィルム材８２とは互いに接合されている。この接合部分が収容空間を電池外部に対して封止する封止部８６となっており、封止部８６はカップ部８３の周囲全体（４辺周囲全体）を囲むように四角形状に連続して設けられている。なお、封止部８６となっている第１フィルム８１および第２フィルム８２の表面は、凹部および凸部は設けられていない平らな面により構成されている。

このように、パウチ型電池７１では、第１フィルム材８１のカップ部８３の天面８４は平面形状を有するとともに複数の凹部８５ａまたは凸部８５ｂが設けられている。さらに、第１方向Ｄ１に沿った封止部８６は平面形状を有するとともに凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成される。

図９に示す平面状のパウチ型電池７１においては、カップ部８３の天面８４に波形構造８５が設けられていることにより、外装体８０の柔軟性が向上する。そのため、外装体８０に対して湾曲させるような外力が作用し、外装体８０が変形するような場合であっても、カップ部８３の天面８４以外の部分においてしわが発生することを抑制できる。特に、第１フィルム材８１と第２フィルム材８２との接合部分である封止部８６の表面において、湾曲時にしわが発生することを抑制できるため、外装体８０の封止信頼性を向上できる。なお、外装体８０に対して湾曲させるような外力が作用するような場合としては、平面状のパウチ型電池７１に外力を付加して湾曲形態とした状態にて、装置に装備させるような場合だけでなく、一時的に外力が付加されて一時的に弾性変形するような場合を含む。

（実施の形態の変形例）
上述の実施の形態にかかる湾曲パウチ型電池１および平面上パウチ型電池７１の形態は、本開示の一の形態であり、本開示のパウチ型電池はその他様々な形態を採り得る。例えば、上述の実施の形態の変形例にかかるパウチ型電池として、湾曲パウチ型電池の第１フィルム材５１のカップ部５３の構成を図１０に示す。なお、図１０では、第１フィルム材５１が湾曲される前の状態（すなわちフラット形状状態）を示している。

図１０に示すように、カップ部５３の天面５４には第２方向Ｄ２に沿って延在する複数の凹部５５ａおよび凸部５５ｂが設けられている。これらの凹部５５ａおよび凸部５５ｂが第１方向Ｄ１において交互に配置されることにより天面５４に波形構造５５が設けられている。

波形構造５５は、カップ部５３における中央部分Ｐ０より第１方向Ｄ１に離れるにしたがって、凹凸高さが高くなっている。例えば、中央部分Ｐ０より第１方向Ｄ１に離れた第１方向端部Ｐ１における凹部５５ａおよび凸部５５ｂの凹凸高さＨ１（厚み方向の変位高さ）は、中央部分Ｐ０における凹凸高さＨ０よりも高く設定されている。

カップ部５３の周囲では、中央部分Ｐ０に近い位置よりも第１方向端部Ｐ１に近い位置の方が、湾曲成形時に第１方向Ｄ１に縮めようとする応力が大きくなる。波形構造５５において、上述のように凹凸高さを設定することで、中央部分Ｐ０よりも第１方向端部Ｐ１付近における第１方向Ｄ１の表面長さを長くでき、第１方向端部Ｐ１に近い位置にてしわの発生を抑制できる。

また、このような観点から、図１１に示す第１フィルム材６１のように、カップ部６３の天面６４に設けられる波形構造６５の凹凸ピッチを中央部分Ｐ０と第１方向端部Ｐ１において異ならせることで、表面長さ（展開長）を変えるようにしてもよい。具体的には、波形構造６５の第１方向端部Ｐ１付近の凹凸ピッチ（凹部６５ａまたは凸部６５ｂの間隔）Ｍ１を、中央部分Ｐ０付近の凹凸ピッチＭ０よりも狭く設定することで、第１方向端部Ｐ１付近における表面長さ（展開長）を長く設定できる。

上述の実施の形態の説明では、カップ部１３の天面１４に設けられる波形構造１５が、第２方向Ｄ２に沿ってカップ部１３の一端から他端にまで延在する複数の凹部１５ａおよび凸部１５ｂにより構成される場合を例として説明している。湾曲成形時にしわ発生を抑制する構造としては、このような構造のみに限定されない。

例えば、カップ部の天面に凹部または凸部が設けられていれば、第１方向Ｄ１における天面の表面長さ（凹凸表面の長さ、展開長）を長くすることができる。このような凹部および凸部は、第２方向Ｄ２に沿って延在するような場合に限られず、例えば延在しないような形状（例えば円形状）の凹部または凸部を設けてもよい。凹部または凸部がある方向に延在するような場合に、凹部または凸部が部分的に途切れているような形態であってもよい。凹部または凸部が延在する方向は、湾曲方向である第１方向Ｄ１に交差する方向であればよく、第１方向Ｄ１に対して直交する第２方向Ｄ２に限られない。

凹部または凸部は、カップ部の天面にのみ設けられる場合に限られず、フィルム材の表面におけるその他の場所にも設けてもよい。ただし、外装体において、少なくともカップ部の周囲側方、すなわち第１方向Ｄ１に沿った封止部は、凹部および凸部が設けられていない平らな面（凹凸がない面）により構成される。また、カップ部の周囲全体、すなわち封止部全体が、凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成されることがより好ましい。上述の実施の形態の波形構造をカップ部の天面に設けることで、平らな面により構成される封止部にしわが生じることを抑制でき、外装体の封止信頼性を向上できる。

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本開示の湾曲パウチ型電池は、ウェアラブル携帯端末など湾曲形態を有するパウチ型電池を内蔵する携帯電子端末への適用が有用である。

１ 湾曲パウチ型電池
１０ 外装体
１１ 第１フィルム材
１２ 第２フィルム材
１３ カップ部
１４ 天面
１５ 波形構造
１５ａ 凹部
１５ｂ 凸部
１６ 封止部
１７ 端子
１８ 電極
１９ 電解質液
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向

Claims (10)

1. シート状の電極と、
   電解質と、
   電極および電解質を収容する収容空間を有する外装体と、を備え、
   外装体は、
   収容空間を内側に有するカップ部が設けられた第１フィルム材と、
   第１フィルム材に対向して配置される第２フィルム材と、
   カップ部の周囲において、第１および第２フィルム材が互いに接合されて収容空間を封止する封止部と、を備え、
   第１フィルム材のカップ部の天面に複数の凹部または凸部が設けられ、封止部は凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成される、パウチ型電池。
2. 外装体において収容空間は少なくとも第１方向において湾曲した湾曲形状を有し、
   第１フィルム材のカップ部の天面は湾曲形状を有するとともに複数の凹部または凸部が設けられ、第１方向に沿った封止部は湾曲形状を有するとともに凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成される、請求項１に記載のパウチ型電池。
3. 第１フィルム材のカップ部の天面は平面形状を有するとともに複数の凹部または凸部が設けられ、第１方向に沿った封止部は平面形状を有するとともに凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成される、請求項１に記載のパウチ型電池。
4. 第１フィルム材のカップ部の天面において、複数の凹部または凸部は第１方向に交差する第２方向に沿って延在している、請求項１から３のいずれか１つに記載のパウチ型電池。
5. 第１フィルム材のカップ部において、天面の一端から他端にまで複数の凹部または凸部が延在している、請求項４に記載のパウチ型電池。
6. 第１フィルム材のカップ部の天面が、第１方向に沿って凹部と凸部とが交互に配置された波形構造を有する、請求項４または５に記載のパウチ型電池。
7. 第１フィルム材のカップ部の天面の波形構造において、第１方向端部側の凹凸高さは中央部分の凹凸高さよりも高い、請求項６に記載のパウチ型電池。
8. 第１フィルム材のカップ部の天面の波形構造において、第１方向端部側の凹凸ピッチは中央部分の凹凸ピッチよりも狭い、請求項６に記載のパウチ型電池。
9. 第２フィルム材は凹部および凸部が設けられていない平らな面に形成されている、請求項１から８のいずれか１つに記載のパウチ型電池。
10. 第１フィルム材に対して、複数の凹部または凸部が設けられた天面を有するカップ部を成形し、
    シート状の電極および電解質を第１フィルム材のカップ部の内側の収容空間に収容するとともに、第１フィルム材に対向して第２フィルム材を配置して、カップ部の周囲の封止部にて第１および第２フィルム材を互いに接合して収容空間を封止し、
    その後、第１および第２フィルム材を少なくとも第１方向において湾曲させて、第１フィルム材のカップ部の天面を湾曲形状に成形するとともに、凹部および凸部が設けられていない平らな面により構成される第１方向に沿った封止部を湾曲形状に成形する、パウチ型電池の製造方法。

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