JP2017134960A - ラミネート型蓄電素子およびラミネート型蓄電素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記正極と負極の電極端子板は、前記外装体の所定の縁辺から同方向に導出され、
前記電極端子板の一主面側に、前記所定の縁辺に沿いつつ電極端子板の先端までを覆う領域に絶縁性と耐熱性を有するフィルム状の樹脂からなるサポート部が形成されている、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子としている。
扁平袋状に成形された外装体内にシート状の正極と負極がセパレーターを介して積層された電極体が電解液とともに密封されているとともに、正極と負極のそれぞれの電極端子板が前記外装体の所定の縁辺から同方向に導出されてなるラミネート型の蓄電素子本体を用意し、
離型シートに未硬化状態にある絶縁性と耐熱性を有する樹脂を塗布するステップと、
前記離型シートを前記蓄電素子本体における前記正極と負極の電極端子板の双方に架けわたしつつ、前記樹脂の塗布面を当該電極端子板の一主面に対面させるとともに、当該樹脂の塗布面に前記電極端子板の前記一主面に密着させるステップと、
前記電極端子板の前記一主面が前記樹脂の塗布面に押し当てられた状態で、当該樹脂を硬化させるステップと、
前記離型シートを硬化後の当該樹脂から剥離して前記サポート部を形成するステップと、
を含むことを特徴とするラミネート型蓄電素子の製造方法としている。
<構造>
本発明の実施例に係るラミネート型蓄電素子(以下、蓄電素子)はサポートタブに替わる特殊な構成を備えて熱圧着工程による電極体の損傷を防止しつつ、当該特殊な構成によって電極端子間の短絡も防止することができるようになっている。なお実施例に係る蓄電素子の内部構造は図1(B)に示した蓄電素子1と同じである。図5と図6に本発明の実施例に係るラミネート型蓄電素子(以下、蓄電素子1aとも言う)を示した。なお以下では、図3と同様にして上下前後左右の各方向を規定することとする。図5(A)は蓄電素子1aを上方から見たときの外観図であり、図5(B)は下方から見たときの外観図である。また図6(A)は図5(A)におけるc−c矢視断面の前方側を拡大した図であり、図6(B)は、図6(A)の円100内を拡大した図である。そして図6(C)は図6(A)におけるd−d矢視断面を拡大した図である。図5(A)、(B)に示したように、実施例に係る蓄電素子1aは、先に図1に示したサポートタブがない一般的な蓄電素子1と同様の構造を有する蓄電素子本体1の電極端子板(23、33)の背面側に実装時の熱圧着の温度でも溶融しない矩形フィルム状の耐熱性樹脂(例えば、エポキシ系樹脂)からなる領域(以下、サポート部16とも言う)が外装体11の左右幅とほぼ同じ幅にわたって形成されている。
つぎに当該蓄電素子1aの製造方法について説明する。図7は当該製造法を示す図であり、図7(A)〜(D)にその製造手順を示した。まず図7(A)に示したように、サポート部と同様の外形を有するとともにフッ素系樹脂などから形成された離型シート16aの表面に絶縁性を有するペースト状の耐熱性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)をスクリーン印刷などの方法によって塗布する。つぎに図7(B)に示したように、別途用意しておいた蓄電素子本体1の電極端子板(23、33)の背面51側に耐熱性樹脂16bの塗布面を対面させるように離型シート16aを配置する。このとき離型シート16aをサポート部16の形成領域に一致するように位置合わせをするとともに、図7(C)に示したように、耐熱性樹脂16bの塗布面に電極端子板(23、33)の背面51に密着させる。この例では電極端子板(23、33)の背面51を耐熱性樹脂16bの塗布面に押し当てて、当該電極端子板(23、33)の背面51の表層部分をペースト状の耐熱性樹脂16bに埋没させている。そしてこの状態で耐熱性樹脂を熱硬化、あるいは熱可塑性によって溶融後に冷却硬化させたのち、図7(D)に示したように離型シート16aをフィルム状に成形された耐熱性樹脂からなるサポート部16から剥離する。それによって図5に示した蓄電素子1aが完成する。
上述したように実施例に係る蓄電素子は、熱圧着時の電極体の破損を防止するというサポートタイプのラミネート型蓄電素子と同様の効果に加え、当該サポートタイプのラミネート型蓄電素子において問題となっていた外部短絡も発生しないという効果を奏するものである。そこで本実施例の蓄電素子では熱圧着工程に起因する外部短絡が発生しないことを確認するために、本実施例に係る蓄電素子(以下、実施例)と従来のサポートタイプのラミネート型蓄電素子(以下、比較例)をサンプルとして、各サンプルを多数個作製した。なお比較例に係るサンプルは、上記非特許文献2に製品として記載されているサポートタイプのラミネート型のリチウム一次電池(例えば、FDK株式会社、CF052039型)であり、実施例に係るサンプルはサポートタブに代えてサポート部が形成されているだけで蓄電素子としての構成は全く同じである。そして全個体を同じ条件(例えば、治具の温度170℃、圧力3MPa、時間8秒)で回路基板に実装した。なお実施例の蓄電素子1aを回路基板に実装する際には、図8に示したように、電極端子板(23、33)の下方にACF70と回路基板60とをこの順に積層し、サポート部16の上方からヒーターを内蔵した治具80を用いて熱圧着すればよい。そして実装前後での正極と負極の端子間の電圧を測定し、電圧降下の有無を確認した。その結果、比較例に係るサンプルでは42%の個体に電圧降下が発生し、一方実施例に係るサンプルでは電圧が降下した個体が一つも発生しなかった。
上述したように、本実施例の蓄電素子では絶縁性の耐熱樹脂からなるサポート部を介して熱圧着することで回路基板に実装している。それによって外部短絡を確実に防止することができる。しかしながら外部短絡が発生しなくても、実装の信頼性、すなわち回路基板と電極端子板との接着強度が低下すれば、実用上問題がある。そこで本実施例の蓄電素子における実装の信頼性について検討してみた。具体的には、実装状態にある実施例に係るサンプルおよび比較例に係るサンプルのそれぞれについて、引張試験機を用い、回路基板を固定しつつサポート部およびサポートタブを剥離する方向に引っ張る接着強度試験を作製した全個体に対して行った。そして電極端子板が回路基板から剥がれたときの接着強度(N)を測定した。その結果、比較例に係るサンプルでは接続強度が2N〜6Nの範囲であったのに対し、実施例のサンプルでは8N〜16Nであり接続強度が飛躍的に向上していた。これは実装工程において、比較例では実質的に柔らかく表面の平坦性に乏しいラミネートフィルムそのものであるサポートタブの上面から熱圧着しているのに対し、実施例では硬化状態にあって平坦性に優れ、かつサポートタブよりも剛性の高いサポート部の上面から熱圧着していることに起因するものと考えることができる。すなわち実施例に係る蓄電素子では、硬化した状態で平坦性に優れたサポート部の上方から熱圧着しているため、治具の熱が電極端子板およびその下方のACFの面内に均一に加わり、接続強度が向上したと考えることができる。このように実施例に係る蓄電素子では、熱圧着工程による外部短絡を防止するだけではなく実装の信頼性も向上することが分かった。
サポート部を構成する樹脂材料としては熱硬化樹脂、熱可塑性樹脂のどちらを用いてもよい。一般的には熱硬化樹脂の方が耐熱性に優れているが、熱圧着時に溶融しないのであれば、熱可塑性樹脂であってもよい。また蓄電素子に要求される仕様や性能に応じ、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、合成ゴム系樹脂、シリコン系樹脂など、適宜なものを採用することができる。例えば、ラミネート型蓄電素子は、対面するラミネートフィルムの周縁領域を熱圧着により溶着させた構造の外装体内に発電要素を収納したものであり、従前から電極端子板が導出する縁辺から水分が侵入しやすいという問題があった。そこでサポート部に水分を透過させない特性(水分バリア性)を有する樹脂(例えば、エポキシ系樹脂)を用いることでラミネート型蓄電素子における水分侵入の問題も解決することが期待できる。すなわちサポート部を形成する際に外装体の縁辺において、電極端子板が導出している領域が水分バリア性を有する樹脂材料によって覆われ、水分の侵入経路が遮断されるのである。
1a 本発明の実施例に係るラミネート型蓄電素子、
1s サポートタイプのラミネート型蓄電素子、
11 外装体、11a,11b ラミネートフィルム、12 周縁領域、
13,13a,13b 電極端子が導出している側の外装体の縁辺(前縁辺)、
16 サポート部、16a 離型フィルム、16b 未硬化状態の耐熱性樹脂、
20 正極、21 正極集電体、22 正極材料、23 正極端子板、
24、正極端子部の先端部分、30 負極、31 負極集電体、32 負極材料、
33 負極端子板、34 負極端子板の先端部分、40 セパレーター、
50 電極端子板の下面(実装面)、51 電極端子板の上面、60 回路基板、
61 回路基板の給電用端子パッド、70 異方導電膜(ACF)、
80 熱圧着用の治具、
Claims (4)
- 扁平袋状に成形された外装体内にシート状の正極と負極がセパレーターを介して積層された電極体が電解液とともに密封されているとともに、正極と負極のそれぞれの電極端子板が前記外装体の外方に導出されてなるラミネート型蓄電素子であって、
前記正極と負極の電極端子板は、前記外装体の所定の縁辺から同方向に導出され、
前記電極端子板の一主面側に、前記所定の縁辺に沿いつつ電極端子板の先端までを覆う領域に絶縁性と耐熱性を有するフィルム状の樹脂からなるサポート部が形成されている、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子。 - 請求項1において、上記サポート部は、水分バリア性を有する樹脂によって形成されているとともに、前記所定の縁辺にて電極端子板の導出領域を覆っていることを特徴とするラミネート型蓄電素子。
- 請求項1または2において、電子回路と電源を内蔵したカード型電子機器の前記電源として使用されることとを特徴とするラミネート型蓄電素子。
- 請求項1〜3のいずれか記載の前記ラミネート型蓄電素子の製造方法であって、
扁平袋状に成形された外装体内にシート状の正極と負極がセパレーターを介して積層された電極体が電解液とともに密封されているとともに、正極と負極のそれぞれの電極端子板が前記外装体の所定の縁辺から同方向に導出されてなるラミネート型の蓄電素子本体を用意し、
離型シートに未硬化状態にある絶縁性と耐熱性を有する樹脂を塗布するステップと、
前記離型シートを前記蓄電素子本体における前記正極と負極の電極端子板の双方に架けわたしつつ、前記樹脂の塗布面を当該電極端子板の一主面に対面させるとともに、当該樹脂の塗布面に前記電極端子板の前記一主面に密着させるステップと、
前記電極端子板の前記一主面が前記樹脂の塗布面に押し当てられた状態で、当該樹脂を硬化させるステップと、
前記離型シートを硬化後の当該樹脂から剥離して前記サポート部を形成するステップと、
を含むことを特徴とするラミネート型蓄電素子の製造方法。
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