JP2016509349A - ステップドバッテリーとこの製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ステップドバッテリーとこの製造方法及びその装置に関し、より詳しくは、ステップドバッテリーの段差部に発生する分離フィルムのテント部を処理し、後続工程で不良が発生することを予め防止するためのステップドバッテリーと、この製造方法及びその装置に関する。本発明に係るステップドバッテリーの製造方法は、少なくとも一つ以上の段差面18で発生した分離フィルム16のテント部分を有するステップドバッテリー10を準備する段階、及びステップドバッテリー10の段差面18に対応する形状のプレスツール30でテント部分を押す段階を含む。【選択図】図3

Description

本発明は、ステップドバッテリーとこの製造方法及びその装置に関し、より詳しくは、ステップドバッテリーの段差部に発生する分離フィルムのテント部を処理し、後続工程で不良が発生することを予め防止するためのステップドバッテリーと、この製造方法及びその装置に関する。

最近、各種の電子製品の形状が多様化されるとともに、小型化、スリム化されるに伴い、従前の直方体形状のバッテリーでは小型化かつスリム化された電子製品の内部空間を効率よく用いることができなくなった。

これに伴い、電子製品の内部にバッテリーが収容される空間の形状に合うよう、バッテリーの形状も直方体の形状から外れて多様な形状に製造されているが、そのうち一つがステップドバッテリー(Stepped Battery)である。

ステップドバッテリーは、多様な大きさと形状のセルを順次積層して所望の形状を具現したバッテリーであって、フォールディング方式でこのようなステップドバッテリーを積層する技術が公開されている(公開特許公報第2013-106781号を参照)。

フォールディング方式でセル等を積層してステップドバッテリーを製造することは、製造工程上非常に便利で有利な点が多いが、工程後の分離フィルムがテント形状をなすという点で、これに対する補完が求められている。

図1は、フォールディング方式で積層されたステップドバッテリー10の側面図であり、図2は、図1のステップドバッテリーをパウチに収容する過程を示した側面図である。

図示されている通り、ステップドバッテリー10は、正極-分離膜-負極-分離膜-正極からなる第1バイセル(基本単位体)と、負極-分離膜-正極-分離膜-負極からなる第2バイセル(基本単位体)とがフォールディング用分離フィルム16によって積層及びフォールディングされるが、ステップドバッテリーを積層及びフォールディング(Stack and Folding)方式で製造すれば、図示されている通り、ラージセル12上にスモールセル14が積層され、これらのセル間に存在する段差面18によってフォールディング用分離フィルム16にテント形状が発生することになる。ここで段差面18は、ラージセル12とスモールセル14の大きさの差によって発生する段差部分をなす面を意味することができる。

前記分離フィルム16のテント部分は、図2に示す通り、バッテリーにおいて必要なステップ形状が形成されたパウチ20に収容されるに伴い互いに干渉することになり、分離フィルム16が破損されるか、分離フィルム16が押されながら積層された電極を動かし、さらに他の不良を引き起こす問題があった。

本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、フォールディング(folding)工程などを経て積層されたステップドバッテリーの段差面の上部に形成される分離フィルムのテント部分を、所定の必要な形状を有したパウチの段差部と対応するように処理することにより、電極組立体のパッケージング工程で分離フィルムのテント部とパウチの側壁とが大きく干渉しないので、電極組立体に影響を及ぼすことなく、併せて、ステップドバッテリーの段差部の段部をパウチが支持するようにして、パウチに収容された電極組立体の流動を防止できるようにするステップドバッテリーと、この製造方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明に係るステップドバッテリーの製造方法は、少なくとも一つ以上の段差面18で発生した分離フィルム16のテント部分を有するステップドバッテリー10を準備する段階、及び下部ジグ上に載置された前記ステップドバッテリー10の前記段差面18に対応する形状のプレスツール30で前記テント部分を押す段階を含む。

本発明に係るステップドバッテリーは、少なくとも一つ以上の段差面18を有するステップドバッテリー10に関し、段差面18をカバーリングする分離膜余剰部17を含み、但し、分離膜余剰部17は段差面18に貼り付けられている。

本発明に係るステップドバッテリーは、少なくとも一つ以上の段差面18を有するステップドバッテリー10に関し、段差面18をカバーリングする分離膜余剰部17を含み、但し、分離膜余剰部17は段差面18に対応する形状に段差をなしている。

本発明に係るステップドバッテリーのテント部分処理装置は、ステップドバッテリー10が載置される下部ジグ、及び前記下部ジグ上に載置されたステップドバッテリー10の段差面18に対応する形状を呈し、前記下部ジグに向かって下降するか、前記下部ジグから上昇するプレスツール30を含む。

本発明によれば、ステップドバッテリーのテント形状部位を段差部に貼り付けて取り除くことにより、後続の工程で発生し得る不良を予め防止することができる。

さらに、ステップドバッテリー電極組立体の形状をパウチの形状と対応するようにすることにより、パウチとテント部分の干渉を取り除くことができる。

さらに、本発明は、ステップドバッテリーのテント形状の貼付けにより分離フィルムの破損を防止することができるので、本工程によって発生し得る不良の要因を取り除くことができる。

さらに、本発明は、ステップドバッテリーのテント部分の加圧過程が、ステップドバッテリーの上段を加圧すると同時にまたはその後に行われるようにして、テント部分を加圧することにより発生し得るスモールセル部位の整列不良を予防することができる。

併せて、本発明は、ステップドバッテリーのフォールディング工程後、ホットプレス工程中にテント形状部位の処理工程がともに行われるようにすることにより工程数を低減させることができる利点がある。

前述した効果とともに本発明の具体的な効果は、以下で発明を実施するための具体的な事項を説明しながらともに記述する。

フォールディング方式で積層されたステップドバッテリーの側面図である。 図1のステップドバッテリーをパウチに収容する過程を示した側面図である。 本発明の一実施形態に係るステップドバッテリーの製造方法で、ステップドバッテリーの段差部に形成されたテント部分を処理するプレスツールの作動状態を示す側面図である。 図3のプレスツールが適用されたあとのステップドバッテリーの側面図である。 図3のプレスツールにより分離膜余剰部が段差面の一部に貼り付けられた場合のステップドバッテリーを示す側面図である。 本発明の他の実施形態に係るステップドバッテリーの製造方法であって、ステップドバッテリーの段差面上に形成されたテント部分を処理するプレスツールと上部ジグの作動状態を示す側面図である。

以下、本発明に係る実施形態を、図を参照しながら詳しく説明する。

図1は、フォールディング方式で積層されたステップドバッテリーの側面図である。図2は、図1のステップドバッテリーをパウチに収容する過程を示した側面図である。図3は、本発明の一実施形態に係るステップドバッテリーの製造方法で、ステップドバッテリーの段差部に形成されたテント部分を処理するプレスツールの作動状態を示す側面図である。

先ず、図1から図3を参照し、本発明の一実施形態に係るステップドバッテリーの製造方法を説明する。本発明の一実施形態で説明されるステップドバッテリー10は、スタック及びフォールディング(stack and folding)方式で積層されてなるものであり得る。

スタック及びフォールディング方式は、電極と分離膜が積層されてなる第1バイセル(基本単位体)と第2バイセル(基本単位体)が、フォールディング用分離フィルム16によって積層及びフォールディングされる方式であり得る。

但し、ステップドバッテリー10の製造方法がこのような方式に限定されるものではない。多様な方法が可能であり得る。一例に、ステップドバッテリー10は、個別電極を分離フィルム16に貼り付けてフォールディングする方式でなってもよい。このとき、個別電極と個別電極との間には分離フィルム16が位置し得る。

フォールディング工程が完了したステップドバッテリー10は、ホットプレスジグによって基本単位体等が整列固定される工程を経たあと、下部ジグ(図示省略)の一定の位置に整列されて載置されることになる。このとき、ステップドバッテリー10は少なくとも一つ以上の段差面18を有し、このような段差面18は分離フィルム16によってカバーされている。この場合、分離膜余剰部17は、段差面18をカバーリングする分離フィルム16の部分であり得る。分離膜余剰部17は、フォールディング工程の過程で発生した張力によって張り切ったテント形状を呈することができる。

下部ジグ上で所定の位置に載置されて準備されたステップドバッテリー10に対し、分離膜余剰部17のテント部分を押す段階が行われ得る。このとき、プレスツール30が用いられ得る。プレスツール30は、下部ジグ上に載置されたステップドバッテリー10の段差面18に対応する形状を呈し、下部ジグに向かって下降しながら分離膜余剰部17のテント部分を加圧して押すことができる。

プレスツール30を高温の状態にしたホットプレスツールを利用し、分離膜余剰部17のテント部分を加圧して押すこともできる。この場合、ホットプレスツールは、下降しながらラージセル12とスモールセル14の段差部18上に形成された分離フィルム16のテント形状部を加圧して押し、それに伴い、分離膜余剰部17を段差部18上に熱で貼り付けることができる。

このような工程を経たあとは、分離フィルム16のテント形状部が相当部分取り除かれることを確認することができる(図2と図3を参照)。プレスツール30は、テント部分を加圧して押したあと、下部ジグから上昇して元の位置に戻ることができる。

このとき、プレスツール30と前記段差面18との間の接触面積(X)は、ステップドバッテリー10をパッケージングするパウチ20の段差面の水平部分の面積と同一であるか、それより広くすることができる。このような限定によれば、ステップドバッテリー10をパウチ20に収容する過程で、パウチ20とステップドバッテリー分離フィルム16のテント部分が互いに干渉する現象を防止することができるようになる。

さらに、前記プレスツール30の下段角のうち少なくとも分離フィルム16と触れる角では、チャンファ32が形成されるようにすることができる。分離フィルム16のテント部分の押圧において、プレスツール30の角が鋭い場合、引張力が働く分離フィルム16の損傷をもたらし得る。したがって、本発明は、チャンファ32部位を形成することにより、分離フィルム16の一地点に強い圧力が働くことを防止することができ、チャンファ32の形成角度に応じて分離フィルム16の傾斜面を自然に形成することができる。

図4は、図3のプレスツールが適用されたあとのステップドバッテリーの側面図である。図5は、図3のプレスツールにより分離膜余剰部が段差面の一部に貼り付けられた場合のステップドバッテリーを示す側面図である。

図4には、段差面上の分離フィルム部分が完全に垂直にスモールセルの側面に貼り付けられたもののように示されている。この場合、分離膜余剰部17は、段差面18の全部に完全に貼り付けられ得る。しかし、分離膜余剰部17が必ずしも段差面18の全部に完全に貼り付けられなければならないものではない。分離膜余剰部17が、図3または図5に示す通り、僅かな角度を有して急傾斜に形成され得るのは勿論である。

図5には、分離膜余剰部17が段差面18の一部に貼り付けられていることが示されている。分離膜余剰部17が段差面18の一部に貼り付けられる場合も、場合によっては、パウチと干渉を引き起こさない効果が発生し得る。したがって、この場合も本発明の範囲に属するのは当然である。

このように分離膜余剰部17は、一部だけが段差面18に貼り付けられることもある。分離膜余剰部17が段差面18の一部に貼り付けられるか全部に貼り付けられるかは、プレス工程の条件やパウチ20の形状などによって変わり得る。

そして、分離膜余剰部17は、段差面18に必ず貼り付けられる形態を有しなければならないものではない。分離膜余剰部17が段差面18と貼り付けられてはいなくとも、分離膜余剰部17のテント部分を加圧して押すことにより、分離膜余剰部17が段差面18に対応する形状に段差をなす場合であれば、本発明の効果が発揮され得る。段差面18に対応する形状に段差をなす分離膜余剰部17は、ステップドバッテリー10を収容するパウチ20と干渉を引き起こさないはずである。

ここで、分離膜余剰部17が段差面18に対応する形状に段差をなすとのことは、分離膜余剰部17が段差面18に貼り付けられているのか否かとは独立的に判断される概念であり得る。つまり、分離膜余剰部17が段差面18に対応する形状に段差をなす場合、分離膜余剰部17は段差面18に貼り付けられていてもよく、貼り付けられていなくてもよい。

さらに、分離膜余剰部17が段差面18に対応する形状に段差をなすとのことは、図4及び図5に示される形状を全て含む概念であり得る。

図4に示す通り、分離膜余剰部17が段差面18の全部に完全に貼り付けられて対応される場合は、当然対応の概念に含まれてよく、そして、図5に示す通り、分離膜余剰部17が急傾斜に形成される場合も、分離膜余剰部17のテント部分をよほど無くして十分な効果を得ることができるので、実質的に対応する形状であるとみることができる。

完璧に対応する形状でなくとも、効果の程度、道具の限界、または加工の限界などを考慮し、実質的に対応する形状の場合、対応の概念に含まれ得る。

一方、図4及び図5には、プレスツール30によって押されて段差面18に貼り付けられた分離フィルムの部分が互いに離隔されているもののように示されている。勿論、プレスツール30によって押されて段差面18に貼り付けられた分離フィルムの部分は、互いに貼り付けられている場合が一般的なはずであるが、例外的に、図4または図5に示す通り、所定の間隔を置いて互いに離隔されていることもあり得る。互いに貼り付けられている場合か互いに離隔されている場合かを区別するまでもなく、分離膜余剰部17のテント部分が押されていてパウチ20と干渉を引き起こさない構造であれば、如何なる場合も本発明の範囲に属することができる。

図6は、本発明の他の実施形態に係るステップドバッテリーの製造方法であって、ステップドバッテリーの段差面上に形成されたテント部分を処理するプレスツールと上部ジグの作動状態を示す側面図である。

図6に示す通り、本発明の他の実施形態に係るステップドバッテリーの製造方法は、上部ジグ40が前記ステップドバッテリー10の上段面19を加圧する段階をさらに含むことができる。上部ジグ40は、下部ジグ(図示省略)の上部に設けられてよく、ステップドバッテリー10の上段面19を加圧することができる。この場合、ステップドバッテリー10の上段面19には、上部ジグ40によって加圧された分離フィルム16が貼り付けられ得る。

具体的に、下部ジグと上部ジグ40はホットプレスジグであって、フォールディング工程が完了したステップドバッテリー10は、直ちに下部ジグ上に載置されたあと、ステップドバッテリー10の固定のためのホットプレス工程につながり得る。つまり、フォールディング工程が完了したステップドバッテリー10が、別途のホットプレス工程を経ず、直ちに下部ジグの一定の位置に整列されて載置され得る(勿論、別途のホットプレス工程を先行過程で経るとして、本発明の実施形態のような工程を経ることができないものではない)。そして、所定の位置に載置されたステップドバッテリー10上に設けられた上部ジグ40とプレスツール30が下降しながら、スモールセル14の上段面19を加圧してステップドバッテリー10の貼付固定を行い、さらに、ラージセル12とスモールセル14の段差面18上に形成された分離フィルム16のテント形状部を加圧し、テント形状部を段差面18上に熱で貼付固定させることができる。

このように上部ジグ40とプレスツール30の同時運用においては、プレスツール30と上部ジグ40を一体に形成し、これらが一体に挙動するようにすることができる。このような構成によれば、プレスツール30は、ホットプレスジグの構成である上部ジグ40から熱の伝逹を受け、別途のヒーティング構成を備えなくとも、分離フィルム16のテント部分を加熱加圧することができるようになる(勿論、プレスツール30に別に加熱部を構成しても構わない)。

さらに、このような構成によれば、上部ジグ40がステップドバッテリー10の上段面19を加圧するとともに、前記プレスツール30が段差面18を加圧するようにすることができるので、ホットプレス工程と分離フィルム16のテント形状の除去が一工程上で同時に行われ得る。

これと別に、前記プレスツール30と上部ジグ40を個別構成に形成し、これらが個別的に挙動するようにすることができるのは勿論である。このような構成によるとき、特に上部ジグ40がステップドバッテリー10の上段面19を加圧したあと、前記プレスツール30が段差面18を加圧するように装置を運用することができる。

この場合、プレスツール30がテント部分を押して分離フィルム16が押されることにより、スモールセル14の位置が崩れる現象を一層確実に防止することができる。さらに、一つの工程中にホットプレス工程と分離フィルムのテント部分の除去工程を実施することができるので有利である。

本発明の各構成は、その機能が毀損されない範囲内で適宜変更可能であるのは勿論であり、前述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想の範囲内で自由に変更可能である。

Claims (20)

1. 少なくとも一つ以上の段差面18で発生した分離フィルム16のテント部分を有するステップドバッテリー10を準備する段階；及び
   前記ステップドバッテリー10の前記段差面18に対応する形状のプレスツール30で前記テント部分を押す段階；
   を含むステップドバッテリーの製造方法。
2. 前記プレスツール30は、前記テント部分と前記段差面18より温度が高温であるホットプレスツールであることを特徴とする請求項1に記載のステップドバッテリーの製造方法。
3. 前記テント部分を押す段階で、前記テント部分の押圧に伴い、前記テント部分が前記段差面18に貼り付けられることを特徴とする請求項1に記載のステップドバッテリーの製造方法。
4. 前記ステップドバッテリー10は、スタック及びフォールディング(stack and folding)方式で積層されてなることを特徴とする請求項1に記載のステップドバッテリーの製造方法。
5. 前記ステップドバッテリー10は、個別電極を分離フィルムに貼り付けてフォールディングする方式でなることを特徴とする請求項1に記載のステップドバッテリーの製造方法。
6. 前記プレスツール30と前記段差面18との間の接触面積(X)は、ステップドバッテリーをパッケージングするパウチ20の段差面の水平部分の面積と同一であるか、それより広いことを特徴とする請求項1に記載のステップドバッテリーの製造方法。
7. 前記プレスツール30の下段角のうち分離フィルム16と触れる角では、チャンファ32が形成されることを特徴とする請求項1に記載のステップドバッテリーの製造方法。
8. 上部ジグ40が前記ステップドバッテリー10の上段面19を加圧する段階；をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のステップドバッテリーの製造方法。
9. 前記上部ジグ40が前記ステップドバッテリー10の上段面19を加圧するとともに、前記プレスツール30が前記段差面18を加圧することを特徴とする請求項8に記載のステップドバッテリーの製造方法。
10. 前記上部ジグ40が前記ステップドバッテリー10の上段面19を加圧したあと、前記プレスツール30が前記段差面18を加圧することを特徴とする請求項8に記載のステップドバッテリーの製造方法。
11. 少なくとも一つ以上の段差面18を有するステップドバッテリー10であって、
    前記段差面18をカバーリングする分離膜余剰部17を含み、
    前記分離膜余剰部17は、前記段差面18に貼り付けられていることを特徴とするステップドバッテリー。
12. 前記分離膜余剰部17は、前記段差面18の一部に貼り付けられていることを特徴とする請求項11に記載のステップドバッテリー。
13. 前記分離膜余剰部17と前記段差面18との間の接触面積(X)は、ステップドバッテリーをパッケージングするパウチ20の段差面の水平部分の面積と同一であるか、それより広いことを特徴とする請求項11に記載のステップドバッテリー。
14. 前記ステップドバッテリー10の上段面19には、上部ジグ40によって加圧された分離フィルム16が貼り付けられることを特徴とする請求項11に記載のステップドバッテリー。
15. 少なくとも一つ以上の段差面18を有するステップドバッテリー10であって、
    前記段差面18をカバーリングする分離膜余剰部17を含み、
    前記分離膜余剰部17は、前記段差面18に対応する形状に段差をなしていることを特徴とするステップドバッテリー。
16. 前記分離膜余剰部17は、前記段差面18に貼り付けられていることを特徴とする請求項15に記載のステップドバッテリー。
17. ステップドバッテリー10が載置される下部ジグ；及び
    前記下部ジグ上に載置されたステップドバッテリー10の段差面18に対応する形状を呈し、前記下部ジグに向かって下降するか前記下部ジグから上昇するプレスツール30；
    を含むステップドバッテリーのテント部分処理装置。
18. 前記プレスツール30と前記段差面18との間の接触面積(X)は、前記ステップドバッテリー10をパッケージングするパウチの段差面の水平部分の面積と同一であるか、それより広いことを特徴とする請求項17に記載のステップドバッテリーのテント部分処理装置。
19. 前記プレスツール30の下段角のうち前記ステップドバッテリー10の分離フィルム16と触れる角では、チャンファ32が形成されていることを特徴とする請求項17に記載のステップドバッテリーのテント部分処理装置。
20. 前記下部ジグ上に設けられ、前記ステップドバッテリー10の上段面19を加圧する上部ジグ40をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載のステップドバッテリーのテント部分処理装置。

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