JP2019207857A - 電池、ヒートシール装置、及び電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<1−1.電池の概要>
図1は、本実施の形態1に従う電池10の平面図である。図2は、図1のII−II断面図である。電池10は、タブ300の正極と負極が反対側に配置されており、たとえば電池を多数直列接続して高電圧で使用する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両用に配慮した形態である。
図3は、収容体100を示す図である。図3に示されるように、収容体100は、包装材料110,120を含んでいる。包装材料110,120の各々は、いわゆるラミネートフィルムで構成されており、平面視における形状は略同一の矩形形状である。
基材層31は、包装材料110,120の基材として機能する層であり、収容体100の最外層側を形成する層である。
接着剤層32は、基材層31に密着性を付与するために、基材層31上に必要に応じて配置される層である。すなわち、接着剤層32は、基材層31とバリア層33との間に必要に応じて設けられる。
バリア層33は、包装材料110,120の強度向上の他、電池10内に水蒸気、酸素、光等が侵入することを防止する機能を有する層である。バリア層33を構成する金属としては、たとえば、アルミニウム、ステンレス、チタン等が挙げられ、好ましくはアルミニウムが挙げられる。バリア層33は、たとえば、金属箔や金属蒸着膜、無機酸化物蒸着膜、炭素含有無機酸化物蒸着膜、及び、これらの蒸着膜を設けたフィルム等により形成することができ、金属箔により形成することが好ましく、アルミニウム箔により形成することがさらに好ましい。各包装材料の製造時に、バリア層33にしわやピンホールが発生することを防止する観点からは、バリア層は、たとえば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS H4160:1994 A8021H−O、JIS H4160:1994 A8079H−O、JIS H4000:2014 A8021P−O、JIS H4000:2014 A8079P−O)等軟質アルミニウム箔により形成することがより好ましい。
接着層34は、熱融着性樹脂層35を強固に接着するために、バリア層33と熱融着性樹脂層35との間に、必要に応じて設けられる層である。
熱融着性樹脂層35は、収容体100の最内層を形成する。熱融着性樹脂層35は、収容体100の周縁において、対向する熱融着性樹脂層と熱融着することによって、電池素子400を収容体100内に密封する。また、熱融着性樹脂が一定の膜厚以上でバリア層を覆う事で、電解液とバリア層金属との絶縁性を保つことができる。
図5は、弁装置200の平面図である。図5に示されるように、弁装置200は、弁機能部210と、シール取付け部220とを含んでいる。詳細については後述するが、シール取付け部220は、少なくともその一部が、包装材料110,120(図2)に挟まれて固定されている部分であり、ヒートシールされることで、シール取付け部220の外側の周面と包装材料110,120の最内層である熱融着性樹脂層35とが融着して接合された状態となっている。
図8は、図1のVIII−VIII断面図であり、弁装置200の取付け状態を説明するための図である。図8に示されるように、弁装置200の弁機能部210は、周縁接合部130の端縁よりも外側に位置している。一方、弁装置200のシール取付け部220の一部分は、周縁接合部130において、包装材料110の熱融着性樹脂層35と包装材料120の熱融着性樹脂層35との間に挟まれて、シール取付け部220の外側の周面と包装材料110,120の最内層である熱融着性樹脂層35とが融着して接合された状態となっている。なお、図8では、弁装置200が包装材料110,120の最内層である熱融着性樹脂層35と融着して接合された状態であることを説明するため、便宜的に、熱融着性樹脂層35を周縁接合部130付近のみ部分的に図示しているが、熱融着性樹脂層35は包装材料110,120の全面に備えられている。 図9は、周縁接合部130のうちシール取付け部220が熱融着性樹脂層35によって挟まれている部分の拡大図である。図9に示されるように、周縁接合部130のうちシール取付け部220が包装材料110,120によって挟まれている部分の外表面には、凹条部105及び凸条部106によって凹凸が形成されている。
図10は、本実施の形態1に従う電池10の製造に使用されるヒートシール装置500の部分拡大図である。ヒートシール装置500は、たとえば、収容体100の周縁に圧力及び熱を加えて、収容体100の周縁をヒートシールするように構成されている。
図11は、電池10の製造手順を示すフローチャートである。たとえば、電池10は、ヒートシール装置500を含む製造装置によって製造される。
以上のように、本実施の形態1に従う電池10において、周縁接合部130のうちシール取付け部220が包装材料110,120によって挟まれている部分の外表面には、凹条部105及び凸条部106によって凹凸が形成されている。電池10においては、凹条部105により熱融着性樹脂層35がシール取付け部220に押し付けられることによって、熱融着性樹脂層35とシール取付け部220とが強固に接合している。したがって、電池10によれば、シール取付け部220の周囲における密封性の低下を抑制することができ、収容体100の密封性を維持することができる。また、電池10においては、熱融着性樹脂が凹条部105によって区分けされるため、熱融着性樹脂が必要以上に流れない。したがって、電池10においては、熱融着樹脂層35全体が(矢印BF方向にわたる全体が)必要以上に薄くならない。その結果、電池10によれば、シール取付け部220の周囲、特に矢印B方向の内端部におけるシール取付け部220と包装材料110とのシール部において絶縁破壊が生じる可能性を抑制することができる。
本実施の形態2においては、上記実施の形態1と比較して、周縁接合部の構成が異なる。他の構成は、基本的に実施の形態1と同様である。ここでは、実施の形態1と異なる部分について説明する。
図13は、本実施の形態2に従う電池10Xの平面図である。図13に示されるように、電池10Xは、収容体100Xを含んでいる。収容体100Xの周縁には周縁接合部130Xが形成されている。収容体100Xは、周縁に周縁接合部130Xが形成されている点を除いて、収容体100と同様である。
図14は、本実施の形態2に従う電池10Xの製造に使用されるヒートシール装置500Xの部分拡大図である。図14に示されるように、ヒートシール装置500Xは、シールヘッド520Xを含んでいる。
本実施の形態3においては、上記実施の形態1と比較して、周縁接合部の構成が異なる。他の構成は、基本的に実施の形態1と同様である。ここでは、実施の形態1と異なる部分について説明する。
本実施の形態4においては、上記実施の形態1と比較して、弁装置の構成が異なる。他の構成は、基本的に実施の形態1と同様である。ここでは、実施の形態1と異なる部分について説明する。
実施の形態5においては、上記実施の形態1と比較して、弁装置の構成が異なる。他の構成は、基本的に実施の形態1と同様である。ここでは、実施の形態1と異なる部分について説明する。
本実施の形態6においては、上記実施の形態1と比較して、弁装置の構成が異なる。他の構成は、基本的に実施の形態1と同様である。ここでは、実施の形態1と異なる部分について説明する。
本実施の形態7においては、上記実施の形態1と比較して、弁装置の構成が異なる。他の構成は、基本的に実施の形態1と同様である。ここでは、実施の形態1と異なる部分について説明する。
以上、実施の形態1〜7について説明したが、本発明は、上記実施の形態1〜7に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。以下、変形例について説明する。但し、以下の変形例は適宜組合せ可能である。
上記実施の形態1〜7において、シール取付け部(シール取付け部220等)の断面は、円形をベースにした形状を有していた。しかしながら、シール取付け部の断面形状は、これに限定されない。たとえば、シール取付け部の断面形状は、多角形をベースにした形状を有してもよい。
上記実施の形態1〜7において、包装材料110のフランジ部114は、フラットな状態であった。しかしながら、フランジ部114の形状は、これに限定されない。たとえば、フランジ部114には、弁装置200のシール取付け部220を配置するための弁装置配置部が予め成形されていてもよい。
上記実施の形態1〜7においては、弁装置(たとえば、弁装置200)において、弁機能部(たとえば、弁機能部210)とシール取付け部(たとえば、シール取付け部220)との境界に段差が形成されていた。しかしながら、弁機能部とシール取付け部との境界には、必ずしも段差が形成されていなくてもよい。たとえば、弁機能部の断面の直径とシール取付け部の断面の直径とが同一であり、弁機能部とシール取付け部とがフラットに繋がっていてもよい。
上記実施の形態1〜7において、シール取付け部(シール取付け部220等)内に形成された通気路(たとえば、通気路A1)の断面は、円形をベースにした形状を有していた。しかしながら、通気路の断面形状は、これに限定されない。たとえば、通気路の断面形状は、多角形をベースにした形状であってもよい。
上記実施の形態1〜7において、シール取付け部(たとえば、シール取付け部220)の弁機能部(たとえば、弁機能部210)と反対側の端部の角にはRが形成されていた。しかしながら、該角には必ずしもRが形成されていなくてもよい。
上記実施の形態1〜7において、弁装置(たとえば、弁装置200)は、いわゆる復帰弁であった。しかしながら、弁装置は、必ずしも復帰弁である必要はない。弁装置は、たとえば、いわゆる破壊弁や、選択透過弁であってもよい。
再び図1を参照して、上記実施の形態1〜7においては、タブ300が収容体100の矢印LR方向の両端部に設けられ、弁装置(たとえば、弁装置200)が収容体100の矢印F方向の端部に設けられた。しかしながら、弁装置200及びタブ300の位置関係は、これに限定されない。たとえば、両方のタブ300が収容体100の周縁の同一の辺に配置され、弁装置が2つのタブ300の間に配置されてもよいし、両方のタブ300が収容体100の周縁の同一の辺に配置され、タブ300が配置された辺以外の三辺のいずれかの一辺に弁装置が配置されてもよい。
上記実施の形態1〜7において、収容体100は、エンボス成形等によって成形された包装材料110と、包装材料110とは別体の包装材料120とを含んでいた。しかしながら、収容体100は、必ずしもこのような構成でなくてもよい。
上記実施の形態1〜7において、弁機能部(たとえば、弁機能部210)の筐体とシール取付け部(たとえば、シール取付け部220)の筐体とは同一の材料(樹脂)で形成されていた。しかしながら、弁機能部の筐体とシール取付け部の筐体とは、必ずしも同一の材料で形成されている必要はない。たとえば、弁機能部の筐体とシール取付け部の筐体とが異なる材料で構成され、弁機能部の材質の融点がシール取付け部の材質の融点よりも高くてもよい。たとえば、弁機能部がポリプロピレン(PP)で構成され、シール取付け部がPPより融点が高い樹脂(たとえば、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル樹脂)や金属で構成されてもよい。シール取付け部に用いる樹脂としては、バリアが高いフッ素樹脂が好ましい。
上記実施の形態1〜7においては、弁装置200の筐体が樹脂製であるとし、シール取付け部220が熱融着性樹脂層35に直接挟まれた。しかしながら、弁装置200の筐体は必ずしも樹脂製である必要はなく、たとえば、金属(たとえば、アルミニウム、ステンレス)製であってもよい。この場合には、シール取付け部220と熱融着性樹脂層35との間に接着性保護フィルムが配置されてもよい。接着性保護フィルムは、一方の面が少なくとも樹脂に接着するように構成されており、他方の面が少なくとも金属に接着するように構成されている。接着性保護フィルムとしては、公知の種々の接着性保護フィルムを採用することができ、たとえば、タブフィルム310と同じ接着性保護フィルムを使用することも可能である。
上記実施の形態1〜7において、シール取付け部(たとえば、シール取付け部220)の外周側(シール取付け部の弁機能部(たとえば、弁機能部210)側とは反対側の端部の角)にはRが形成されていたが、シール取付け部の内周側(通気路(たとえば、通気路A1)の縁部)にはRが形成されていなかった。しかしながら、シール取付け部の内周側にRが形成されてもよい。シール取付け部の内周側にRが形成されることによって、シール取付け部の内周側の角が削れてゴミ(たとえば、樹脂、金属等)が収容体100内に落下する可能性を低減することができる。
再び図23を参照して、上記実施の形態7においては、弁機能部210F及びシール取付け部220Fの両方の外表面において平面が形成された。しかしながら、必ずしも弁機能部210F及びシール取付け部220Fの両方の外表面において平面が形成される必要はない。弁機能部210F及びシール取付け部220Fの少なくとも一方の外表面に平面が形成されていればよい。
上記実施の形態1〜7においては、弁装置(たとえば、弁装置200)のうちシール取付け部(たとえば、シール取付け部220)のみが熱融着性樹脂層35によって挟まれることとした。しかしながら、熱融着性樹脂層35によって挟まれる対象は、シール取付け部のみである必要はない。たとえば、弁機能部(たとえば、弁機能部210)の全部又は一部が熱融着性樹脂層35によって挟まれてもよい。
また、上記実施の形態1〜7の電池10は、二次電池ではあるが、電気を出力するものとの概念で定義するものであるから、例えば、キャパシタ、電気二重層コンデンサ(EDLC)、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスも包含するものであり、さらに、二次電池の種類についても特に限定されず、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛畜電池、ニッケル・水素畜電池、ニッケル・カドミウム畜電池、ニッケル・鉄畜電池、ニッケル・亜鉛畜電池、酸化銀・亜鉛畜電池、金属空気電池、多価カチオン電池、全固体電池等が挙げられる。
Claims (9)
- 電池素子と、
少なくとも、基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に有する積層体によって構成されており、前記電池素子を内部に収容する収容体と、
前記収容体の内部と連通する弁装置とを備え、
前記収容体の周縁においては、前記熱融着性樹脂層が対向しており、
前記収容体の周縁には、対向する前記熱融着性樹脂層が互いに融着した周縁接合部が形成されており、
前記弁装置は、前記収容体の内部において発生したガスに起因して前記収容体の内部の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成されており、
前記弁装置は、前記周縁接合部の端縁よりも外側に位置している第1部分と、前記周縁接合部において前記熱融着性樹脂層に挟まれている第2部分とを含み、
前記周縁接合部のうち前記第2部分が前記熱融着性樹脂層によって挟まれている挟持部分の外表面には、凹凸が形成されている、電池。 - 前記凹凸は、前記挟持部分の外表面において前記弁装置の周方向に延びる凹条によって構成されており、
前記凹条の深さは、0.05mm〜1mmである、請求項1に記載の電池。 - 平面視において、前記電池の上面側に設けられた前記凹条の位置と、前記電池の下面側に設けられた前記凹条の位置とは、重ならない、請求項2に記載の電池。
- 前記凹凸は、前記挟持部分の外表面に形成されたナシ地によって構成されており、
前記ナシ地の表面粗さRaは、1μm〜20μmである、請求項1に記載の電池。 - 前記電池の上面側において、前記凹凸は、第1凹部と、前記第1凹部よりも前記電池の上面側に突出した第1凸部とを含み、
前記電池の下面側において、前記凹凸は、第2凹部と、前記第2凹部よりも前記電池の下面側に突出した第2凸部とを含み、
前記第1凹部の下端部、及び、前記第2凹部の上端部は、丸みを帯びている、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電池。 - 電池の製造に使用されるヒートシール装置であって、
前記電池は、
電池素子と、
少なくとも、基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に有する積層体によって構成されており、前記電池素子を内部に収容する収容体と、
前記収容体の内部と連通する弁装置とを備え、
前記収容体の周縁においては、前記熱融着性樹脂層が対向しており、
前記収容体の周縁には、対向する前記熱融着性樹脂層が互いに融着した周縁接合部が形成されており、
前記弁装置は、前記収容体の内部において発生したガスに起因して前記収容体の内部の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成されており、
前記弁装置は、前記周縁接合部の端縁よりも外側に位置している第1部分と、前記周縁接合部において前記熱融着性樹脂層に挟まれている第2部分とを含み、
前記ヒートシール装置は、
前記収容体の周縁のうち前記熱融着性樹脂層が前記第2部分を挟む挟持部分の外表面を挟むように構成されたシールヘッドと、
前記シールヘッドを加熱するように構成された加熱部とを備え、
前記シールヘッドのうち前記挟持部分の外表面を挟む挟み面には、凹凸が形成されている、ヒートシール装置。 - 前記凹凸は、前記挟み面に形成された凸条によって構成されており、
前記凸条は、前記ヒートシール装置の使用時に前記電池の幅方向となる方向に延びており、
前記凸条の高さは、0.05mm〜1mmである、請求項6に記載のヒートシール装置。 - 前記凹凸は、前記挟み面に形成されたナシ地によって構成されており、
前記ナシ地の表面粗さRaは、1μm〜20μmである、請求項6に記載のヒートシール装置。 - 請求項6から請求項8のいずれか1項に記載のヒートシール装置を用いた電池の製造方法であって、
前記シールヘッドを加熱するステップと、
前記シールヘッドによって、前記収容体の周縁のうち前記熱融着性樹脂層が前記第2部分を挟む挟持部分の外表面を挟むステップとを含む、電池の製造方法。
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