JP2019008954A - ヒートブロック - Google Patents

Abstract

【課題】２つの直線部３１Ａ，３１Ｂが交わる角部３１Ｄにおいて、棒状ヒータ５１Ａ，５１Ｂの発熱領域が連続するようにする。【解決手段】ヒートブロック３０は、セルの２つの辺の加熱封止を同時に行うように第１直線部３１Ａと第２直線部３１ＢとがＬ字形に連続している。第１直線部３１Ａを加熱する第１棒状ヒータ５１Ａと第２直線部３１Ｂを加熱する第２棒状ヒータ５１Ｂは、角部３１Ｄにおいては互いに立体交差しており、それぞれヒータ挿入孔４１Ａ，４１Ｂを貫通している。これにより、加工面と直交する方向に透視したときに、各々の発熱領域が互いに重なりあっている。【選択図】図１１

Description

この発明は、熱融着層を備えたラミネートフィルムを外装体としたフィルム外装電池の封止工程に用いるヒートブロックに関する。

例えばリチウムイオン二次電池として、複数のシート状の正極および負極をセパレータを介して積層してなる電極積層体（発電要素とも呼ばれる）が、熱融着層を備えたラミネートフィルムからなる外装体の中に電解液とともに収容された偏平形状をなすフィルム外装電池が知られている。フィルム外装電池における外装体の各辺の封止は、一般に、２枚のラミネートフィルムを各々の熱融着層が内側となるようにして一対のヒートブロックの間に挟み込み、適宜な荷重で加圧しながら加熱することで、熱融着層同士を接合させる、加熱封止の手法が採用されている。

このヒートブロックを用いたラミネートフィルムの加熱封止は、矩形状をなす外装体の各辺の一辺毎になされる。つまり、一般に、ヒートブロックは、直線状の細長い棒状の金属ブロックからなり、金属ブロックの中に配置する棒状ヒータや金属ブロックの底面に重ねて用いるプレート状ヒータ等の熱源と組み合わせた構成となっている。

このような一辺毎に封止加工を行うヒートブロックに対し、特許文献１では、三辺に対応する３つの直線状部分を略Ｕ字形に連結して、外装体の三辺を同時に加熱封止することを可能としたヒートブロックが提案されている。

特開２００６−１４７２３０号公報

上記特許文献１においては、略Ｕ字形に連続したヒートブロックをどのようにして加熱するのか具体的な開示がないが、複数の直線状部分を例えば９０°の角度で連続させた場合に、直線状部分が交わる角部の加熱の確保が困難であり、この角部付近での加工面の温度が不十分となりやすい。ひいては、ワークとなるフィルム外装電池の角部におけるシール不良が生じやすい。すなわち、例えば各々の直線状部分の中に配置した２本の棒状ヒータの先端部を角部で直角に突き合わせたとすると、棒状ヒータの先端部にはある長さに亘って非発熱部（つまり温度の低い部分）が存在するので、９０°に折れ曲がった形に連続した発熱領域を確保することができない。

従って、特許文献１のような形状のヒートブロックを棒状ヒータを用いて加熱しようとすると、角部での熱量の確保のために、直線状部分の各々の棒状ヒータに加えて、角部に別の棒状ヒータを追加することが必要となる。

また、棒状ヒータによらずにプレート状ヒータをヒートブロックに重ねて用いると、外部へ逃げる熱量が多くなるとともに、ヒータからヒートブロックの実際の加工面までの距離が長くなるので、加工面の温度制御の精度が低くなる、という問題が生じる。

この発明に係るヒートブロックは、
少なくとも２つの辺を同時に加圧・加熱加工するように、各辺にそれぞれ対応した直線部が少なくとも２つ連結されて構成され、かつ各辺のシール線に対応した加工面を各直線部に備えた金属製のブロック部材と、
このブロック部材の直線部の各々に、各直線部の長手方向に沿って直線状に貫通形成され、かつ、２つの直線部が交わる角部において互いに干渉することなく立体交差するように、上記加工面と直交する方向の高さ位置が互いに異なって設けられたヒータ挿入孔と、
各辺のヒータ挿入孔にそれぞれ挿入配置され、かつ上記角部において、上記加工面と直交する方向に投影したときに、互いに重なりあっている棒状ヒータと、
を備えて構成されている。

本発明のヒートブロックによれば、ブロック部材の２つの直線部が交わる角部の内部に、２つの棒状ヒータが立体交差した形に配置されることとなり、ブロック部材の角部を確実に加熱することができる。これにより、２つの辺が交わる角部を含めて外装体の複数の辺を良好に加熱封止することが可能となる。

フィルム外装電池の製造工程の概略を示した工程説明図。 封止工程を経たセルの正面図。 封止工程の工程説明図。 タブ領域の封止加工の説明図。 タブ領域用ヒートブロックのブロック部材の斜視図。 封止加工されたタブ領域を示す説明図。 非タブ領域の封止加工の説明図。 封止加工された非タブ領域を示す説明図。 一実施例の非タブ領域用ヒートブロックのブロック部材の斜視図。 異なる方向から示すブロック部材の斜視図。 棒状ヒータを組み付けた非タブ領域用ヒートブロックの斜視図。 異なる方向から示す非タブ領域用ヒートブロックの斜視図。 第１の辺における非タブ領域用の加工面の詳細を示す斜視図。 非タブ領域用ヒートブロックの平面図。 ２つの棒状ヒータの上下の関係を逆にした変形例を示す斜視図。 異なる方向から示す同変形例の斜視図。 ３つの直線部を有する第２実施例のヒートブロックのブロック部材の斜視図。 異なる方向から示す第２実施例のブロック部材の斜視図。 棒状ヒータを組み付けた第２実施例のヒートブロックの斜視図。 異なる方向から示す第２実施例のヒートブロックの斜視図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。初めに図１の工程説明図を参照して、フィルム外装電池の製造工程の概略を説明する。この実施例では、ワークとなるフィルム外装電池の一例として、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両駆動用電源パックを構成する偏平形状をなすフィルム外装型リチウムイオン二次電池を対象としている。このフィルム外装電池は、矩形のシート状に構成した正極および負極をセパレータを介して複数積層して電極積層体（すなわち発電要素）を構成し、この電極積層体を、ラミネートフィルムからなる袋状の外装体の中に電解液とともに収容したものである。なお、以下の実施例の説明では、電極積層体がフィルム状外装体の中に収容された後の電池を、製造工程の如何に拘わらず、単に「セル」と呼ぶこととする。

図１にステップＳ１として示す工程は、電極積層体を構成する電極積層工程である。ここでは、それぞれロール状に巻回されている正極、負極およびセパレータを、矩形のシート状に切断しながら順次積層することで、複数の正極および負極がセパレータを介して積層された発電要素つまり電極積層体を形成する。正極は、集電体となるアルミニウム箔の両面に正極活物質をバインダを含むスラリとして塗布し、乾燥かつ圧延して所定の厚みの活物質層を形成したものである。負極は、同様に、集電体となる銅箔の両面に負極活物質をバインダを含むスラリとして塗布し、乾燥かつ圧延して所定の厚みの活物質層を形成したものである。セパレータは、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等の合成樹脂の微多孔性膜あるいは不織布からなる。

これらの正極、負極およびセパレータは、所定枚数積層されることで、発電要素つまり電極積層体となる。複数の正極の集電体の端部は、互いに重ねられ、正の端子となる電極タブつまり正極タブが超音波溶接される。同様に、複数の負極の集電体の端部は、互いに重ねられ、負の端子となる電極タブつまり負極タブが超音波溶接される。正極タブは、帯状の薄いアルミニウム板からなり、負極タブは、帯状の薄い銅板からなる。つまり、それぞれ集電体と同種の金属から構成される。

このように構成された電極積層体は、次のステップＳ２として示す封止工程において、可撓性を有するフィルム状外装体の中に配置される。外装体は、例えば、アルミニウム箔の内側にポリプロピレンからなる熱融着層をラミネートするとともに、外側にポリアミド樹脂層およびポリエチレンテレフタレート樹脂層を保護層としてラミネートしてなる四層構造を有するラミネートフィルムからなる。ラミネートフィルム全体の厚さは、例えば、０．１５ｍｍ程度である。本実施例では、外装体は、電極積層体の下面側に配置される１枚のラミネートフィルムと上面側に配置される他の１枚のラミネートフィルムとの２枚構造をなし、これら２枚のラミネートフィルムの間に電極積層体を配置した上で、周囲の四辺を一辺の注入口を残して重ね合わせ、かつ互いに熱融着する。従って、外装体は、注入口が開いた袋状の構成となる。ここで、正極タブおよび負極タブは、注入口を具備する一辺を上方へ向けたときに側方へ向かう辺に位置し、ラミネートフィルムの接合面から外側へ導出されている。本発明のヒートブロックは、この封止工程で用いられるものであり、その詳細は後述する。

なお、他の例では、１枚の比較的大きなラミネートフィルムを二つ折りにし、２片の間に発電要素を挟み込んだ形に外装体を構成することも可能である。この場合は、三辺を一辺の注入口を残して熱融着することとなる。

このように封止工程においてフィルム状外装体の中に電極積層体が収容された状態に構成されたセルは、次に、ステップＳ３として示す注液工程に搬送される。注液工程では、例えば減圧チャンバ内にセルを立てた状態に配置し、所定の減圧下で外装体の注入口にディスペンサの注液ノズルを差し入れて、電解液の充填（注液）を行う。

注液が完了したら、セルの姿勢をそのまま保った状態で、注入口封止工程（ステップＳ４）として、注入口を熱融着により封止する。なお、ここでの封止はいわゆる仮封止であり、後述する充電後に、充電に伴って発生したガス抜きのために注入口（あるいはその近傍）が開封されるので、ガス抜き後に、最終的な封止を行うこととなる。

ステップＳ４の注入口封止工程の次に、ステップＳ５の含浸工程として、電解液の電極積層体への十分な浸透を待つために、所定時間（例えば数時間ないし数十時間）、放置する。その後、ステップＳ６において、初充電を行う。そして、図外のエージング工程等の次工程に進む。

図２は、ステップＳ２の封止工程を経たセル１を示しており、前述したように、ラミネートフィルムからなる外装体２の内部に仮想線で示す電極積層体３が収容されている。電極積層体３は、互いに並んで配置された正極タブ４と負極タブ５とを備えている。外装体２は、正極タブ４および負極タブ５（両者を総称して電極タブとも呼ぶ）が導出された第１の辺７と、この第１の辺７に対向する第２の辺８と、負極タブ５側において第１の辺７と第２の辺８とを結ぶ第３の辺９と、注液口となる第４の辺１０と、の四辺を有する長方形状に構成されている。

そして、封止工程において、注入口となる第４の辺１０を除く３つの辺７，８，９が一対のヒートブロックによって加熱封止されている。図２には、ヒートブロックを用いた熱融着により構成される細い帯状のシール線１１，１２，１３が斜線を施して示されている。これら３本のシール線１１，１２，１３は、基本的には直線状に延びており、端部において互いに交差することで、連続したシール線を構成している。第２の辺８のシール線１２および第３の辺９のシール線１３は、ラミネートフィルム同士を接合したものとなる。これに対し、第１の辺７のシール線１１は、正極タブ４と負極タブ５とを横切って１本の直線をなすように連続的に設定されており、２枚のラミネートフィルムが正極タブ４および負極タブ５を挟み込んだ形に接合されている。

換言すれば、第１の辺７におけるシール線１１は、電極タブ４，５とラミネートフィルムとが重なる２つの領域（これをタブ領域と呼ぶこととする）１１ａと、電極タブ４，５と重ならずにラミネートフィルム同士が接合される３つの領域（これを非タブ領域と呼ぶこととする）１１ｂと、を有し、これらが連続して１本の細長い帯状のシール線１１を構成している。詳しくは、電極タブ４，５の表面には、シール線１１が横切る部分に対応して、「先付け樹脂」と呼ばれる合成樹脂層が予め帯状に設けられており、タブ領域１１ａでは、この合成樹脂層の上にラミネートフィルムの熱融着層が接合されている。一実施例においては、２枚の帯状のポリプロピレンフィルムを電極タブ４，５の両面から該電極タブ４，５を挟み込むようにして電極タブ４，５表面に貼着することで、図２に示すように、先付け樹脂１５がそれぞれ形成されており、この先付け樹脂１５の上をシール線１１が横切っている。

上記のタブ領域１１ａの封止加工（タブ領域封止加工）と上記の非タブ領域１１ｂの封止加工（非タブ領域封止加工）とは、それぞれ後述するタブ領域用ヒートブロックもしくは非タブ領域用ヒートブロックを用いて、個別に行われる。

図３は、上述した３本のシール線１１，１２，１３を封止加工する具体的な工程の順序の一例を示している。最初の工程（ａ）では、第１の辺７において正極タブ４および負極タブ５とそれぞれ重なっている２箇所のタブ領域１１ａの封止加工を行う。これは、２つのタブ領域１１ａを含むように構成された一対のタブ領域用ヒートブロックを用い、ラミネートフィルムと電極タブ４，５（詳しくは表面の先付け樹脂１５）との接合に適した圧力および温度でもって加圧しながら加熱することにより行う。

次の工程（ｂ）では、第１の辺７におけるシール線１１の中で電極タブ４，５と重なっていない３箇所の非タブ領域１１ｂの封止加工と、第３の辺９におけるシール線１３の封止加工と、を同時に行う。これは、２つの辺７，９に対応するＬ字形に構成された一対の非タブ領域用ヒートブロックを用い、ラミネートフィルム同士の接合に適した圧力および温度でもって加圧しながら加熱することにより行う。工程（ａ）および工程（ｂ）によって、電極タブ４，５を横切る第１の辺７に沿ったシール線１１および第３の辺９に沿ったシール線１３が封止状態に完成する。

次の工程（ｃ）では、第２の辺８に沿ったシール線１２の封止加工を行う。これは、シール線１２に対応した形状の一対のヒートブロックを用い、ラミネートフィルム同士の接合に適した圧力および温度でもって加圧しながら加熱することにより行う。なお、シール線１２の下端部はシール線１３の端部と交差する。これによって外装体２つまりラミネートフィルムが袋状に構成される。

図４は、上記の工程（ａ）におけるタブ領域１１ａの封止加工の説明図であって、ここでは、シール線１１に沿って２枚のラミネートフィルム２０を電極タブ４，５とともに両側から挟み込む一対のタブ領域用ヒートブロック２１が用いられる。図の（Ａ）は一対のタブ領域用ヒートブロック２１が互いに開いている状態を示し、図の（Ｂ）は、一対のタブ領域用ヒートブロック２１によって加圧・加熱を行っている状態を示している。なお、図４の説明図における各部の寸法関係などは必ずしも正確なものではない。

図５は、タブ領域用ヒートブロック２１の概略形状を示した斜視図である。ヒートブロック２１は、直線状をなす鋼製のブロック部材２１Ａのヒータ挿入孔２５に図示しない棒状ヒータを挿入配置したものである。一対のタブ領域用ヒートブロック２１は、基本的に対称形状をなしており、ラミネートフィルム２０の表面と接することがないように設定された基準面２２に対し、２つのタブ領域１１ａにそれぞれ対応する２つの加工部２３，２４が突出した形に形成されている。正極タブ４に対応した一方の加工部２３は正極タブ４の厚さに対応した突出量を有し、負極タブ５に対応した他方の加工部２４は負極タブ５の厚さに対応した突出量を有する。正極タブ４と負極タブ５は互いに厚さが異なることから、両者の突出量は互いに異なっている。一例を挙げると、正極タブ４および負極タブ５のそれ自体の厚さは、それぞれ、０．４ｍｍおよび０．２ｍｍ程度であり、先付け樹脂１５を含む厚さは、それぞれ、０．７ｍｍおよび０．４ｍｍ程度である。さらに、加工部２３は、より詳細には、正極タブ４と重なったラミネートフィルム２０を加圧・加熱する主加工面２３ａと、この主加工面２３ａの両端部において主加工面２３ａからさらに微小量突出した状態に設けられた補助加工面２３ｂと、を備えている。主加工面２３ａは、金属製の正極タブ４の幅よりも極僅かだけ大きな幅を有し、補助加工面２３ｂは、金属製の正極タブ４から側方へ張り出した状態となる先付け樹脂１５の張り出し部１５ａ（図４（Ｂ）参照）に重なる位置に設けられている。加工部２４も同様であり、負極タブ５と重なったラミネートフィルム２０を加圧・加熱する主加工面２４ａと、この主加工面２４ａの両端部において主加工面２４ａからさらに微小量突出した状態に設けられた補助加工面２４ｂと、を備えている。主加工面２４ａは、金属製の負極タブ５の幅よりも極僅かだけ大きな幅を有し、補助加工面２４ｂは、金属製の負極タブ５から側方へ張り出した状態となる先付け樹脂１５の張り出し部１５ａ（図４（Ｂ）参照）に重なる位置に設けられている。

タブ領域１１ａの封止加工は、図４の図（Ｂ）に示すように、上記のタブ領域用ヒートブロック２１を用い、電極タブ４，５とともにラミネートフィルム２０を両側から加圧・加熱して行う。これにより、ラミネートフィルム２０は、金属製の電極タブ４，５の表面に先付け樹脂１５を介して接合される。また、先付け樹脂１５の全体が主加工面２３ａ，２４ａによって加圧される結果、軟化した先付け樹脂１５の一部が張り出し部１５ａとして側方へ伸び、この張り出し部１５ａの先端縁が、ラミネートフィルム２０とともに補助加工面２３ｂ，２４ｂによって狭圧される。つまり、電極タブ４，５の近傍において、単純に２枚のラミネートフィルム２０が重なっている部分と、２枚のラミネートフィルム２０の間に先付け樹脂１５の張り出し部１５ａが介在している部分と、の厚さの異なる２つの部分の境界周辺が、補助加工面２３ｂによって加圧・加熱される。

このようにして、図６に斜線を施して示すタブ領域１１ａの封止加工が完了する。このタブ領域１１ａの封止加工は、電極タブ４，５の熱容量が大きいこと、ならびに、金属製の電極タブ４，５を介して内部の電極積層体３の集電体等に熱が伝わること、を考慮して、比較的に高い加工温度、例えば２３０℃程度の温度でもって、比較的長い時間、例えば６秒程度、加圧・加熱する。加工時の圧力も比較的高く設定され、例えば７ＭＰａ程度の圧力がタブ領域用ヒートブロック２１に与えられる。このように電極タブ４，５と重なるタブ領域１１ａのみを最適な加工条件で封止加工することにより、電極タブ４，５とラミネートフィルム２０との確実な封止が得られる。

図７は、図３の工程（ｂ）における第１の辺７での非タブ領域１１ｂの封止加工の説明図である。ここでは、シール線１１に沿って２枚のラミネートフィルム２０同士を両側から挟み込む一対の非タブ領域用ヒートブロック３０が用いられる。図の（Ａ）は一対の非タブ領域用ヒートブロック３０が互いに開いている状態を示し、図の（Ｂ）は、一対の非タブ領域用ヒートブロック３０によって加圧・加熱を行っている状態を示している。

図９〜図１２は、本発明の一実施例であるＬ字形に構成された非タブ領域用ヒートブロック３０を示している。一対の非タブ領域用ヒートブロック３０は、基本的に対称形状をなしており、各図は、その一方のみを示している。この非タブ領域用ヒートブロック３０は、熱伝導に優れた金属例えば鋼製のブロック部材３１と、２本の棒状ヒータ５１（第１棒状ヒータ５１Ａおよび第２棒状ヒータ５１Ｂ）と、から大略構成されている。ブロック部材３１は、非タブ領域１１ｂを有する第１の辺７に対応した第１直線部３１Ａと、第３の辺９に対応した第２直線部３１Ｂと、が角部３１Ｄにおいて互いに直角に接続されている。つまり２つの直線部３１Ａ，３１ＢがＬ字形に連結された構成となっている。

図７に示すように、第１の辺７に対応する第１直線部３１Ａにおいては、ラミネートフィルム２０の表面と接することがないように設定された基準面３２に対し、３つの非タブ領域１１ｂにそれぞれ対応する３つの加工部３３，３４，３５が突出した形に形成されている。これら３つの加工部３３，３４，３５は、いずれも等しい突出量を有する。さらに、加工部３３，３４，３５は、より詳細には、ラミネートフィルム２０同士を加圧・加熱する主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａと、これら主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａの端部において主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａから微小量後退した状態に設けられた補助加工面３３ｂ，３４ｂ，３５ｂと、を備えている。主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａは、非タブ領域１１ｂの中で先付け樹脂１５の張り出し部１５ａと重ならない範囲に設けられており、補助加工面３３ｂ，３４ｂ，３５ｂは、金属製の電極タブ４，５から側方へ張り出した先付け樹脂１５の張り出し部１５ａの先端縁（つまり２枚のラミネートフィルム２０同士の接合部との境界）に重なる位置に設けられている。特に、タブ領域１１ａの封止加工の際に用いられるタブ領域用ヒートブロック２１の補助加工面２３ｂ，２４ｂと上記の非タブ領域用ヒートブロック３０（第１直線部３１Ａ）の補助加工面３３ｂ，３４ｂ，３５ｂとが、上記の張り出し部１５ａの先端縁の上で互いにオーバラップするように構成されている。なお、図７の説明図における各部の寸法関係などは必ずしも正確なものではない。また、図１３は、３つの加工部３３，３４，３５の細部を示した斜視図である。

非タブ領域１１ｂの封止加工は、図７の図（Ｂ）に示すように、上記の非タブ領域用ヒートブロック３０を用い、電極タブ４，５と重ならない２枚のラミネートフィルム２０同士を両側から加圧・加熱する。これにより、２枚のラミネートフィルム２０は、互いに接合される。また、タブ領域１１ａの封止加工によって既に融着されている先付け樹脂１５の張り出し部１５ａの先端縁付近が、ラミネートフィルム２０とともに補助加工面３３ｂ，３４ｂ，３５ｂによって再度加圧・加熱される。つまり、タブ領域用ヒートブロック２１による加圧・加熱領域と非タブ領域用ヒートブロック３０による加圧・加熱領域とが僅かにオーバラップしており、このオーバラップ領域が、張り出し部１５ａの先端縁の上に位置している。

一例を挙げると、タブ領域用ヒートブロック２１の補助加工面２３ｂ，２４ｂは２ｍｍ程度の幅を有するのに対し、非タブ領域用ヒートブロック３０（第１直線部３１Ａ）の補助加工面３３ｂ，３４ｂ，３５ｂは１ｍｍ程度の幅を有しており、両者は、非タブ領域用ヒートブロック３０の補助加工面３３ｂ，３４ｂ，３５ｂの幅（つまり１ｍｍ程度）だけオーバラップしている。このようにタブ領域封止加工の加工領域と非タブ領域封止加工の加工領域とがオーバラップしていることで、シール線１１における連続した封止が確実なものとなる。そして、タブ領域用ヒートブロック２１の補助加工面２３ｂ，２４ｂが主加工面２３ａ，２４ａから僅かに突出し、非タブ領域用ヒートブロック３０の補助加工面３３ｂ，３４ｂ，３５ｂが主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａから僅かに後退していることで、電極タブ４，５の近傍において、単純に２枚のラミネートフィルム２０が重なっている部分と、２枚のラミネートフィルム２０の間に先付け樹脂１５の張り出し部１５ａが介在している部分と、の段差が吸収される。

このようにして、第１の辺７におけるシール線１１の中で図８に斜線を施して示す非タブ領域１１ｂの封止加工が完了する。この非タブ領域１１ｂの封止加工は、電極タブ４，５による吸熱がなくラミネートフィルム２０同士は比較的容易に熱融着することを考慮して、比較的に低い加工温度、例えば２００℃程度の温度でもって、比較的短い時間、例えば１〜２秒程度、加圧・加熱する。加工時の圧力も比較的低く設定され、例えば１ＭＰａ程度の圧力が非タブ領域用ヒートブロック３０に与えられる。このように電極タブ４，５と重ならない非タブ領域１１ｂをタブ領域１１ａとは別に最適な加工条件で封止加工することにより、ラミネートフィルム２０を過度に加熱することなく良好な封止が得られる。

そして、非タブ領域１１ｂの封止加工領域は、図８に示すように、第１の辺７において先に行ったタブ領域１１ａの封止加工領域と連続するので、１本の連続したシール線１１が得られる。従って、シール線１１全体として、良好な封止品質を確保することができる。

このように、上記実施例では、第１の辺７の電極タブ４，５を横切るシール線１１について、タブ領域１１ａと非タブ領域１１ｂとをそれぞれ最適な加工条件（温度、圧力、時間、等）で封止加工することができ、全体として高い封止品質を得ることができる。すなわち、仮に第１の辺７のタブ領域１１ａと非タブ領域１１ｂとを同時にヒートブロックによって加圧・加熱して熱融着させようとすると、温度、圧力、時間といった加工条件を個別に設定することができないため、両者の妥協点となる加工条件で封止加工せざるを得ず、封止品質が低下しやすい。また、タブ領域１１ａと非タブ領域１１ｂとを同時に加圧・加熱する場合には、ヒートブロックとして、タブ領域１１ａに対する加工面と非タブ領域１１ｂに対応する加工面との間で電極タブ４，５の厚さに応じた段差を有するヒートブロックが用いられることとなるが、仮に段差を適切に設定しても、加工時の樹脂層の軟化・溶融に伴う厚さの変化がタブ領域１１ａと非タブ領域１１ｂとで異なることから、加工の途中で実質的な受圧面積が変動し、適切な加圧力を維持できなくなる。上記実施例では、このような実質的な受圧面積の変化による加圧力変化も抑制できる。

一方、非タブ領域用ヒートブロック３０の第３の辺９に対応した第２直線部３１Ｂには、該第２直線部３１Ｂの全長に亘って直線状に連続した細長い帯状の加工面３７が形成されている。この加工面３７は、第３の辺９におけるシール線１３に対応した形状を有しており、第１直線部３１Ａにおける３つの主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａと同一の平面上に設けられている。そして、角部３１Ｄにおいては、加工面３７の端部が第１直線部３１Ａにおける主加工面３５ａと直角に交わっており、図８に示すように、第１の辺７と第３の辺９との間で連続したシール線１１，１３が得られるように構成されている。

図９および図１０に示すように、ブロック部材３１は、主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａおよび加工面３７を含む平面（以下、この平面を「加工面平面」ともいう）と平行な平面に沿った取付面３９を備えている。この取付面３９において、非タブ領域用ヒートブロック３０は、図示せぬ加熱封止装置の開閉機構部に取り付けられる。取付面３９は、第１直線部３１Ａと第２直線部３１Ｂの双方に亘ってＬ字形に連続している。

ブロック部材３１の第１直線部３１Ａにおいては、主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａと取付面３９との間に、加工面平面と平行に延びた断面円形の第１ヒータ挿入孔４１Ａを備えている。この第１ヒータ挿入孔４１Ａは、第１直線部３１Ａを該第１直線部３１Ａの長手方向に沿って直線状に貫通しており、その両端は、第１直線部３１Ａの開放端部（つまり第２直線部３１Ｂが連結していない方の端部）側の端面４２ａおよび角部３１Ｄ側の端面４２ｂにおいて、それぞれ円形の開口４１ａ，４１ｂとして開口している。

同様に、ブロック部材３１の第２直線部３１Ｂにおいては、加工面３７と取付面３９との間に、加工面平面と平行に延びた断面円形の第２ヒータ挿入孔４１Ｂを備えている。この第２ヒータ挿入孔４１Ｂは、第２直線部３１Ｂを該第２直線部３１Ｂの長手方向に沿って直線状に貫通しており、その両端は、第２直線部３１Ｂの開放端部（つまり第１直線部３１Ａが連結していない方の端部）側の端面４３ａおよび角部３１Ｄ側の端面４３ｂにおいて、それぞれ円形の開口４１ｃ，４１ｄとして開口している。なお、第２直線部３１Ｂの角部３１Ｄ側の端面４３ｂは、実質的に、第１直線部３１Ａの外側の側面と同一面となっている。

ここで、第１ヒータ挿入孔４１Ａと第２ヒータ挿入孔４１Ｂは、角部３１Ｄにおいて互いに干渉することなく立体交差するように、加工面平面と直交する方向の高さ位置が互いに異なっている。一実施例では、第１ヒータ挿入孔４１Ａが加工面平面に相対的に近い位置に、第２ヒータ挿入孔４１Ｂが加工面平面から相対的に遠い位置に、それぞれ形成されている。

また、第１直線部３１Ａ内部の第１ヒータ挿入孔４１Ａよりも主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａに近い位置に、温度センサ挿入孔４５Ａが形成されている。この温度センサ挿入孔４５Ａは、第１直線部３１Ａの角部３１Ｄ側の端面４２ｂに基端が開口しており、封止された先端が、第１直線部３１Ａのほぼ中央に達している。

同様に、第２直線部３１Ｂ内部の第２ヒータ挿入孔４１Ｂよりも加工面３７に近い位置に、温度センサ挿入孔４５Ｂが形成されている。この温度センサ挿入孔４５Ｂは、第２直線部３１Ｂの開放端部側の端面４３ａに基端が開口しており、封止された先端が、第２直線部３１Ｂのほぼ中央に達している。

図１１および図１２は、ブロック部材３１の第１ヒータ挿入孔４１Ａおよび第２ヒータ挿入孔４１Ｂにそれぞれ棒状ヒータ５１（第１棒状ヒータ５１Ａおよび第２棒状ヒータ５１Ｂ）を取り付けるとともに、温度センサ挿入孔４５Ａ，４５Ｂにそれぞれ温度センサ５２（第１温度センサ５２Ａおよび第２温度センサ５２Ｂ）を取り付けた状態を示している。なお、図１１および図１２においては、内部構成を示すためにブロック部材３１を仮想線でもって示している。

第１，第２棒状ヒータ５１Ａ，５１Ｂは、基本的な構成はいずれも同一のものであり、円管状のシース５４の中に粉末状ないし固体状の絶縁材料とともにコイル状の電熱線が収容され、かつ電熱線の両端に接続された一対のリード線５５がシース５４の一端（基端）から引き出されたカートリッジヒータからなる。なお、この種のカートリッジヒータの基本的な構成は、例えば、特開２０１７−６２９５７号公報や特開２００７−１３４１７１号公報等に開示されている。リード線５５が引き出されたシース５４の基端には、取付フランジ５６が設けられている。またシース５４の先端は、直線的に切り落とした形で封止されている。この先端部においては、内部の電熱線は、リード線５５との接続構造等が存在することから、シース５４の先端面から少なくとも数ｍｍ程度は離れた位置で終端している。すなわち、シース５４の先端付近では、内部に電熱線は存在しない。

ヒータ挿入孔４１Ａ，４１Ｂは、いずれもシース５４の外径にほぼ一致した内径を有し、シース５４すなわち棒状ヒータ５１が比較的密に嵌合する。第１棒状ヒータ５１Ａは、第１ヒータ挿入孔４１Ａに角部３１Ｄ側の開口４１ｂから挿入されており、取付フランジ５６が第１直線部３１Ａの角部３１Ｄ側の端面４２ｂに固定されている。そして、第１棒状ヒータ５１Ａの先端は、第１直線部３１Ａの開放端部側の端面４２ａにおけるヒータ挿入孔４１Ａの開口４１ａから僅かに突出している。つまり、第１棒状ヒータ５１Ａは、第１直線部３１Ａの全長を貫通して配置されている。

第２棒状ヒータ５１Ｂは、第２ヒータ挿入孔４１Ｂに開放端部側の開口４１ｃから挿入されており、取付フランジ５６が第２直線部３１Ｂの開放端部側の端面４３ａに固定されている。そして、第２棒状ヒータ５１Ｂの先端は、第２直線部３１Ｂの角部３１Ｄ側の端面４３ｂにおけるヒータ挿入孔４１Ｂの開口４１ｄから僅かに突出している。つまり、第２棒状ヒータ５１Ｂは、第２直線部３１Ｂの全長を貫通して配置されている。

従って、Ｌ字形をなすブロック部材３１の角部３１Ｄにおいては、第１棒状ヒータ５１Ａの基端側の端部と第２棒状ヒータ５１Ｂの先端側の端部とが立体交差した形となる。つまり、図１４に示すように、加工面平面と直交する方向に投影して見たときに、第１棒状ヒータ５１Ａと第２棒状ヒータ５１Ｂとが互いに重なり合っている。そのため、それぞれの内部に電熱線が存在する領域（つまり発熱領域）が部分的に重なり合ったものとなり、角部３１Ｄにおいて発熱領域が不連続となることがない。

すなわち、前述したように、棒状ヒータのシース５４の先端部には、電熱線とリード線５５との接続構造等に起因して、少なくとも数ｍｍ程度の非発熱部が存在する。従って、仮に２本の棒状ヒータの先端を互いに突き当てた形に配置すると、発熱領域が不連続となる。これに対し、上記実施例では、２本の棒状ヒータ５１Ａ，５１Ｂの発熱領域が互いに重なり合うように２本の棒状ヒータ５１Ａ，５１Ｂが立体交差しているので、角部３１Ｄにおける加工面３７ないし主加工面３５ａの局部的な加熱不足ひいては局部的な接合不良を回避することができる。

第１直線部３１Ａおよび第２直線部３１Ｂのヒータ挿入孔４１Ａ，４１Ｂにそれぞれ配置された温度センサ５２（第１温度センサ５２Ａおよび第２温度センサ５２Ｂ）は、いずれも熱電対からなり、先端部が測温点となる。第１温度センサ５２Ａは、第１棒状ヒータ５１Ａと同様に角部３１Ｄ側から挿入され、第２温度センサ５２Ｂは、第２棒状ヒータ５１Ｂと同様に開放端部側から挿入されている。第１温度センサ５２Ａは、加工面平面からの距離として第１棒状ヒータ５１Ａよりも主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａに近い位置に位置し、主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａ付近の温度を検出している。第２温度センサ５２Ｂは、同様に、加工面平面からの距離として第２棒状ヒータ５１Ｂよりも加工面３７に近い位置に位置し、加工面３７付近の温度を検出している。

棒状ヒータ５１Ａ，５１Ｂの温度制御機構については特に図示していないが、第１棒状ヒータ５１Ａは第１温度センサ５２Ａの検出温度に基づいて、第２棒状ヒータ５１Ｂは第２温度センサ５２Ｂの検出温度に基づいて、それぞれ個別に温度制御される。例えば、目標温度と検出温度との偏差を用いたフィードバック制御により各棒状ヒータ５１Ａ，５１Ｂの発熱量（通電量）が制御される。なお、第１直線部３１Ａ（第１棒状ヒータ５１Ａ）側の目標温度と第２直線部３１Ｂ（第２棒状ヒータ５１Ｂ）側の目標温度とは、基本的には等しく設定されるが、実際の加熱封止の試験結果等から両者を異なる温度に設定することも可能である。

なお、好ましい一実施例においては、棒状ヒータ５１Ａ，５１Ｂの全長の中で、図１４に領域Ｌ１，Ｌ２として示す開放端部に近い端部領域では、シース５４内部のコイル状の電熱線が、他の領域（例えば直線部３１Ａ，３１Ｂの中央部分）に比較して相対的に密に巻回されている。つまり、単位長さにおける発熱量が領域Ｌ１，Ｌ２では高く設定されている。このように開放端部の領域Ｌ１，Ｌ２で電熱線を密に配置することにより、外気等への放熱量が多く温度低下しやすい開放端部付近での熱量を補うことができ、より均一な温度分布を得ることができる。

このように、図９〜図１２に示すＬ字形の非タブ領域用ヒートブロック３０を用いることにより、第１の辺７と第３の辺９の２つの辺における加熱封止を同時に処理することができる。従って、封止工程の作業効率の向上が図れる。特に、上記実施例では、第１の辺７について、タブ領域１１ａと非タブ領域１１ｂとで２回の加熱処理が必要であるが、第１の辺７の非タブ領域１１ｂと第３の辺９とを同時に処理することで、実質的な工程数の増加を回避することができる。

図３の工程（ｃ）については、ヒートブロックは特に図示しないが、単純な直線状のヒートブロックを用いて加熱封止され、第２の辺８に沿ったシール線１２が形成される。ここでは、非タブ領域１１ｂと同様に２枚のラミネートフィルム２０同士の接合となるので、基本的には、非タブ領域１１ｂの封止加工と同様の加工条件でもって封止加工が行われる。

上記のようなＬ字形の非タブ領域用ヒートブロック３０において、互いに立体交差する第１棒状ヒータ５１Ａと第２棒状ヒータ５１Ｂの上下の関係を入れ替えることも可能である。図１５，図１６は、第２棒状ヒータ５１Ｂが配置される第２ヒータ挿入孔４１Ｂを加工面平面に近い位置に設け、第１棒状ヒータ５１Ａが配置される第１ヒータ挿入孔４１Ａを加工面平面から離れた位置に設けた変形例を示している。

次に、図１７〜図２０は、工程（ｃ）の第２の辺８におけるシール線１２の封止加工を上記の第１の辺７の非タブ領域１１ｂおよび第３の辺９の封止加工と同時に行うようにした第２実施例の非タブ領域用ヒートブロック３００を示している。この第２実施例の非タブ領域用ヒートブロック３００のブロック部材３１０は、前述した第１実施例における第１直線部３１Ａおよび第２直線部３１Ｂに加えて、さらに第３直線部３１Ｃを備え、全体として略Ｕ字形をなしている。そして、この第３直線部３１Ｃに、第１直線部３１Ａとほぼ対称形状をなすように、第３ヒータ挿入孔４１Ｃおよび温度センサ挿入孔４５Ｃが形成されており、第１実施例のものと同様の棒状ヒータ５１（第３棒状ヒータ５１Ｃ）および温度センサ５２（第３温度センサ５２Ｃ）が挿入配置されている。

ここで、第２直線部３１Ｂと第３直線部３１Ｃとが直角に交わる角部３１Ｅにおいては、やはり、第２ヒータ挿入孔４１Ｂと第３ヒータ挿入孔４１Ｃとが、互いに干渉することなく立体交差した配置となっている。第２棒状ヒータ５１Ｂおよび第３棒状ヒータ５１Ｃは、これらのヒータ挿入孔４１Ｂ，４１Ｃを貫通しており、加工面平面と直交する方向に投影したときに、互いに重なりあっている。従って、前述した実施例と同様に、角部３１Ｅにおいて、確実な加熱が可能である。

第３直線部３１Ｃは、第２の辺８に必要な直線状のシール線１２に対応して、該第３直線部３１Ｃの全長に亘って直線状に連続した細長い帯状の加工面３８を備えている。この加工面３８は、第１直線部３１Ａにおける３つの主加工面３３ａ，３４ａ，３５ａや第２直線部３１Ｂにおける加工面３７と同一の平面上に設けられており、角部３１Ｅにおいて、加工面３７の端部に直角に交わっている。

第３直線部３１Ｃの第３棒状ヒータ５１Ｃは、やはり第３温度センサ５２Ｃの検出温度に基づいて個別に温度制御することが可能である。

このように、３つの直線部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが連結された第２実施例の非タブ領域用ヒートブロック３００によれば、セル１の注入口となる第４の辺１０を除く３つの辺７，８，９を同時に封止加工することが可能である。

なお、上記各実施例のようにタブ領域１１ａと非タブ領域１１ｂとを個別に加熱封止する場合に、非タブ領域１１ｂの加熱封止を先に行うようにしてもよい。

また上記の各実施例においては、第１の辺７についてタブ領域１１ａと非タブ領域１１ｂとを個別に加熱封止することを前提として、第１直線部３１Ａが非タブ領域１１ｂのみを加圧・加熱する構成となっているが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、２つの辺あるいは３つの辺を連続したシール線として同時に加熱封止するヒートブロックに広く適用することができる。

１…セル
２…外装体
４…正極タブ
５…負極タブ
７…第１の辺
８…第２の辺
９…第３の辺
１１，１２，１３…シール線
３０，３００…非タブ領域用ヒートブロック
３１，３１０…ブロック部材
３１Ａ…第１直線部
３１Ｂ…第２直線部
３１Ｃ…第３直線部
４１…ヒータ挿入孔
４５…温度センサ挿入孔
５１…棒状ヒータ
５２…温度センサ

Claims (6)

1. 熱融着層を備えたラミネートフィルムを２枚重ねもしくは二つ折りとした矩形状の外装体の中に、複数の正極および負極をセパレータを介して積層してなる電極積層体を収容し、上記外装体の周縁の各辺を加熱封止するフィルム外装電池の封止工程に用いられるヒートブロックであって、
   少なくとも２つの辺を同時に加圧・加熱加工するように、各辺にそれぞれ対応した直線部が少なくとも２つ連結されて構成され、かつ各辺のシール線に対応した加工面を各直線部に備えた金属製のブロック部材と、
   このブロック部材の直線部の各々に、各直線部の長手方向に沿って直線状に貫通形成され、かつ、２つの直線部が交わる角部において互いに干渉することなく立体交差するように、上記加工面と直交する方向の高さ位置が互いに異なって設けられたヒータ挿入孔と、
   各辺のヒータ挿入孔にそれぞれ挿入配置され、かつ上記角部において、上記加工面と直交する方向に投影したときに、互いに重なりあっている棒状ヒータと、
   を備えてなるヒートブロック。
2. 上記棒状ヒータは、コイル状の電熱線が円管状のシースの中に収容されたカートリッジヒータからなり、
   一連の直線部の両端となる開放端部に対応する部位では、上記電熱線が相対的に密に巻回されている、ことを特徴とする請求項１に記載のヒートブロック。
3. 上記ブロック部材は、２つの直線部が角部において直角に接続されたＬ字形をなしている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートブロック。
4. 上記ブロック部材は、３つの直線部が２つの角部においてそれぞれ直角に接続された略Ｕ字形をなしている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートブロック。
5. 一つの直線部が、フィルム外装電池の電極タブを備えた辺に対応しており、当該直線部の加工面は、上記辺に沿って直線状に連続したシール線の中で電極タブと重ならない領域に対応して形成されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヒートブロック。
6. 上記直線部の各々が、各々の加工面付近の温度を検出する温度センサを備えており、各々の温度センサの検出温度に基づいて、各直線部の棒状ヒータが個別に温度制御される、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヒートブロック。

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