JP2021114375A - Manufacturing apparatus of laminate battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラミネート電池の製造装置に関する。詳しくは、ラミネートフィルム製の外装体の内部に電極体が収容されたラミネート電池の製造に使用される装置に関する。 The present invention relates to a laminated battery manufacturing apparatus. More specifically, the present invention relates to an apparatus used for manufacturing a laminated battery in which an electrode body is housed inside an outer body made of a laminated film.
近年、リチウムイオン二次電池などの二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、リチウムイオン二次電池は、軽量で高いエネルギー密度が得られるため、車両搭載用の高出力電源として好ましく用いられている。この種の二次電池の一形態として、ラミネートフィルム製の外装体の内部に電極体が収容された電池(以下「ラミネート電池」ともいう)が挙げられる。かかるラミネート電池を構築する際には、一対の外装フィルムの間に電極体を挟み込んだ状態で当該外装フィルムの外周縁部を加圧・加熱して溶着する。これによって、外周縁部に溶着部を有する袋状の外装体が形成され、当該外装体の内部に電極体が収容される。 In recent years, secondary batteries such as lithium ion secondary batteries have become increasingly important as power sources for vehicles, personal computers and mobile terminals. In particular, a lithium ion secondary battery is preferably used as a high-output power source for mounting on a vehicle because it is lightweight and can obtain a high energy density. As one form of this type of secondary battery, a battery in which an electrode body is housed inside an outer body made of a laminated film (hereinafter, also referred to as “laminated battery”) can be mentioned. When constructing such a laminated battery, the outer peripheral edge portion of the exterior film is pressed and heated to be welded while the electrode body is sandwiched between the pair of exterior films. As a result, a bag-shaped exterior body having a welded portion is formed on the outer peripheral edge portion, and the electrode body is housed inside the exterior body.
ラミネート電池は、通常、外装体内の電極体と外部機器(他の電池やモータ等)とを電気的に接続する長尺な板状の電極端子を備えている。この電極端子の一方の端部は外装体内の電極体と接続され、他方の端部は外装体の外部に露出する。このため、外装体の外周縁部の溶着部には、外装フィルム同士が溶着したフィルム溶着部と、板状の電極端子の表面(両面)に外装フィルムが溶着した端子溶着部とが形成される。このとき、端子溶着部では、フィルム溶着部と比べて溶着欠陥が生じやすくなる傾向がある。 Laminated batteries usually include long plate-shaped electrode terminals that electrically connect an electrode body inside the exterior to an external device (other battery, motor, etc.). One end of the electrode terminal is connected to the electrode body inside the exterior body, and the other end portion is exposed to the outside of the exterior body. For this reason, a film welded portion in which the exterior films are welded to each other and a terminal welded portion in which the exterior film is welded to the surface (both sides) of the plate-shaped electrode terminals are formed in the welded portion on the outer peripheral edge portion of the exterior body. .. At this time, the terminal welded portion tends to have a welding defect more easily than the film welded portion.
例えば、フィルム溶着部と端子溶着部を含む溶着部を加圧・加熱した場合、フィルム溶着部と端子溶着部との間で熱移動の挙動が異なる。また、端子溶着部では、熱溶着のための熱が電極端子に移動してしまうため、外装フィルムを溶着に使用される熱が不足する可能性がある。これに対して、特許文献1に記載の技術では、電極の端子部に対応する部分において、熱溶着治具の治具本体とヒーターとの間に断熱材を介装している。これによって、電極端子が導出している部分(端子溶着部)と、そうでない部分(フィルム溶着部)との溶着温度を均一化して溶着不良を抑制できる。
For example, when a welded portion including a film welded portion and a terminal welded portion is pressurized and heated, the behavior of heat transfer differs between the film welded portion and the terminal welded portion. Further, in the terminal welding portion, heat for heat welding is transferred to the electrode terminals, so that the heat used for welding the exterior film may be insufficient. On the other hand, in the technique described in
また、ラミネート電池では、溶着部と電極体との間に隙間が生じると、使用時にシワが生じる原因になる。これに対して、特許文献2に記載の技術では、弾性部材を介在させた加圧治具で、電極体の少なくとも一部(セパレータ、電極シート等)を挟み込んで押圧する。これによって、電極体と溶着部との間に隙間が生じることを防止できる。 Further, in a laminated battery, if a gap is formed between the welded portion and the electrode body, it causes wrinkles during use. On the other hand, in the technique described in Patent Document 2, at least a part (separator, electrode sheet, etc.) of the electrode body is sandwiched and pressed by a pressurizing jig having an elastic member interposed therebetween. As a result, it is possible to prevent a gap from being formed between the electrode body and the welded portion.
また、ラミネート電池の端子溶着部を溶着する際には、電極端子が存在する端子溶着部に強い圧力が掛かり、外装フィルム(内側樹脂層)等が破損・変形する可能性がある。特許文献3に記載の製造方法では、凹みが形成されたプレス板を使用し、当該プレス板の凹みと電極端子(端子溶着部)とを位置合わせした状態で溶着を実施している。これによって、端子溶着部の外装フィルムに過大な圧力が掛かることを防止できる。 Further, when the terminal welded portion of the laminated battery is welded, a strong pressure is applied to the terminal welded portion where the electrode terminals are present, and the outer film (inner resin layer) or the like may be damaged or deformed. In the manufacturing method described in Patent Document 3, a press plate having a recess is used, and welding is performed in a state where the recess of the press plate and the electrode terminal (terminal welding portion) are aligned. This makes it possible to prevent excessive pressure from being applied to the exterior film of the terminal welded portion.
ところで、ラミネート電池の溶着部では、電極端子が存在する端子溶着部の方がフィルム溶着部よりも厚みが厚くなるため凹凸形状が形成される。この凹凸形状に追従した加圧ができないと、溶着部に溶着欠陥が生じる可能性がある。例えば、フィルム溶着部の好適な溶着を目的として圧力を加えると、端子溶着部に過剰な圧力が掛かって外装フィルムが溶出する可能性がある。一方、端子溶着部の好適な溶着を目的として圧力を加えると、フィルム溶着部への圧力が不足して溶着不良が発生する可能性がある。また、端子溶着部とフィルム溶着部との境界には段差が形成され、当該段差部分において溶着不良が発生する可能性がある。そして、これらの溶着欠陥が生じたラミネート電池は、外装体内への水分の侵入による性能劣化が生じる可能性があり、出荷前の品質検査において破棄又は修正されるため、生産性低下の原因となる。 By the way, in the welded portion of the laminated battery, the terminal welded portion in which the electrode terminals are present is thicker than the film welded portion, so that an uneven shape is formed. If pressure cannot be applied to follow this uneven shape, welding defects may occur in the welded portion. For example, when pressure is applied for the purpose of suitable welding of the film welded portion, excessive pressure may be applied to the terminal welded portion to elute the exterior film. On the other hand, if pressure is applied for the purpose of suitable welding of the terminal welded portion, the pressure on the film welded portion may be insufficient and welding failure may occur. Further, a step is formed at the boundary between the terminal welding portion and the film welding portion, and there is a possibility that welding failure may occur at the step portion. Laminated batteries with these welding defects may deteriorate in performance due to the intrusion of moisture into the exterior body, and are discarded or corrected in the quality inspection before shipment, which causes a decrease in productivity. ..
しかしながら、上記端子溶着部とフィルム溶着部との厚みの違いに適切に追従して溶着を実施できる技術は未だ提案されていない。例えば、特許文献1に記載の技術では、端子溶着部を加圧する領域に、弾性部材として機能する断熱材が配置されている。しかし、この技術では、フィルム溶着部を加圧する領域に弾性部材が配置されていないため、製造公差によって電極端子が薄くなった際に、フィルム溶着部に過大な圧力が掛かって外装フィルムの溶出が生じるおそれがある。また、多量のラミネート電池が製造される製造現場において、全てのラミネート電池の端子溶着部と加圧装置の弾性部材とを正確に位置合わせすることは困難であり、弾性部材が配置されていない金属部材で端子溶着部が加圧される可能性がある。この場合、上述した溶着欠陥だけでなく、電極端子の変形・破損という修正できない欠陥が生じる可能性もある。
However, a technique capable of appropriately following the difference in thickness between the terminal welded portion and the film welded portion to perform welding has not yet been proposed. For example, in the technique described in
また、特許文献2では、加圧治具の全面に弾性部材が配置されている。これによって、溶着部の凹凸形状に応じて弾性部材を変形させながら溶着できる。しかし、端子溶着部とフィルム溶着部の各々に掛かる圧力が依然として不均一なままであるため、溶着欠陥を確実に防止することは難しい。一方、特許文献3では、プレス板の凹みと端子溶着部とを位置合わせして溶着するため、端子溶着部とフィルム溶着部との各々に掛かる圧力を均一化できる。しかし、特許文献1に記載の技術と同様に、位置合わせのズレによる電極端子の変形・破損や溶着欠陥の発生を防止することが困難である。また、特許文献3では、弾性変形しない金属部材で加圧を行っているため、端子溶着部とフィルム溶着部との境界における段差への追従が不十分であり、境界部分における溶着不良が生じるおそれがある。
Further, in Patent Document 2, an elastic member is arranged on the entire surface of the pressurizing jig. As a result, the elastic member can be welded while being deformed according to the uneven shape of the welded portion. However, since the pressure applied to each of the terminal welding portion and the film welding portion still remains non-uniform, it is difficult to reliably prevent welding defects. On the other hand, in Patent Document 3, since the recess of the press plate and the terminal welded portion are aligned and welded, the pressure applied to each of the terminal welded portion and the film welded portion can be made uniform. However, as in the technique described in
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、ラミネート電池の外装体の溶着部における溶着欠陥の発生を防止し、高品質のラミネート電池を高い生産性で製造できる製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and its main purpose is to prevent the occurrence of welding defects in the welded portion of the exterior body of the laminated battery, and to obtain a high quality laminated battery with high productivity. It is an object of the present invention to provide a manufacturing apparatus capable of manufacturing.
上記課題を解決するために、本発明によって以下の構成のラミネート電池の製造装置(以下、単に「製造装置」ともいう)が提供される。 In order to solve the above problems, the present invention provides a laminated battery manufacturing apparatus having the following configuration (hereinafter, also simply referred to as “manufacturing apparatus”).
ここに開示される製造装置は、ラミネート電池を製造する製造装置である。このラミネート電池は、電極体と、電極体を挟んで対向した一対の外装フィルムで構成された外装体と、一端が電極体に接続され、他端が外装体の外部に露出する板状の電極端子とを備え、外装フィルム同士が溶着されたフィルム溶着部と、電極端子の表面に外装フィルムが溶着された端子溶着部とからなる溶着部が外装体の外周縁部に形成されている。また、ここに開示される製造装置は、外装フィルムを挟み込む一対の加圧板と、加圧板を加熱する加熱手段と、加圧板を近接および離間させる移動手段とを備えており、加圧板は、移動手段と接続された金属製の基体部と、外装フィルムと対向する基体部の表面全体に取り付けられた弾性部材とを備えている。そして、一対の加圧板のうち少なくとも一方の加圧板の端子溶着部を加圧する領域では、基体部に凹部が形成されると共に、弾性部材に凸部が形成されており、基体部の凹部に弾性部材の凸部が嵌合している。 The manufacturing apparatus disclosed herein is a manufacturing apparatus for manufacturing a laminated battery. This laminated battery has an electrode body, an exterior body composed of a pair of exterior films facing each other across the electrode body, and a plate-shaped electrode having one end connected to the electrode body and the other end exposed to the outside of the exterior body. A welded portion including a terminal and a film welded portion in which the exterior films are welded to each other and a terminal welded portion in which the exterior film is welded to the surface of the electrode terminal is formed on the outer peripheral edge portion of the exterior body. Further, the manufacturing apparatus disclosed herein includes a pair of pressure plates for sandwiching an exterior film, heating means for heating the pressure plates, and moving means for moving the pressure plates closer to and apart from each other. It includes a metal base portion connected to the means and an elastic member attached to the entire surface of the base portion facing the exterior film. In the region where the terminal welded portion of at least one of the pressure plates of the pair of pressure plates is pressed, a concave portion is formed in the base portion and a convex portion is formed in the elastic member, and the concave portion of the base portion is elastic. The convex part of the member is fitted.
まず、ここに開示される製造装置では、外装フィルムと対向する基体部の表面全体に弾性部材が取り付けられている。換言すると、ラミネート電池の溶着部に対する加圧面が全て弾性部材で構成されている。これによって、端子溶着部とフィルム溶着部との境界の段差に追従するように弾性部材を変形させながら溶着できるため、当該境界部分の段差における溶着不良を防止できる。また、製造公差や位置合わせのずれ等を弾性部材で吸収できるため、これらによる溶着欠陥や電極端子の変形・破損を防止できる。そして、ここに開示される製造装置では、加圧板の端子溶着部を加圧する領域における基体部に凹部が形成されると共に、弾性部材に凸部が形成されている。これによって、端子溶着部とフィルム溶着部の各々に掛かる圧力を均一にできるため、端子溶着部における外装フィルムの溶出やフィルム溶着部における溶着不良などの溶着欠陥を好適に防止できる。このように、ここに開示される製造装置によると、外装体の溶着部における溶着欠陥の発生を防止できるため、高品質のラミネート電池を高い生産性で製造できる。 First, in the manufacturing apparatus disclosed here, an elastic member is attached to the entire surface of the substrate portion facing the exterior film. In other words, all the pressure surfaces of the laminated battery with respect to the welded portion are made of elastic members. As a result, welding can be performed while deforming the elastic member so as to follow the step at the boundary between the terminal welding portion and the film welding portion, so that welding failure at the step at the boundary portion can be prevented. Further, since the elastic member can absorb the manufacturing tolerance and the misalignment, it is possible to prevent welding defects and deformation / damage of the electrode terminals due to these. Then, in the manufacturing apparatus disclosed herein, a concave portion is formed in the base portion in the region where the terminal welding portion of the pressure plate is pressed, and a convex portion is formed in the elastic member. As a result, the pressure applied to each of the terminal welding portion and the film welding portion can be made uniform, so that welding defects such as elution of the exterior film at the terminal welding portion and welding failure at the film welding portion can be suitably prevented. As described above, according to the manufacturing apparatus disclosed herein, it is possible to prevent the occurrence of welding defects in the welded portion of the exterior body, so that a high-quality laminated battery can be manufactured with high productivity.
以下、ここに開示されるラミネート電池の製造装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、移動手段や加熱手段の具体的な構造等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。なお、本明細書にて示す各図において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚み等)は実際の寸法関係を反映するものではない。そして、各図における符号Xは「幅方向」を示し、符号Yは「奥行方向」を示し、符号Zは「高さ方向」を示す。なお、これらの方向は説明の便宜上定めた方向であり、ここに開示される技術を限定することを意図したものではない。 Hereinafter, an embodiment of the laminated battery manufacturing apparatus disclosed herein will be described with reference to the drawings. In addition, matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention (for example, specific structures of moving means and heating means) are based on prior art in the art. It can be grasped as a design matter of a person skilled in the art. In each of the figures shown in the present specification, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. Further, the dimensional relations (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relations. Then, reference numeral X in each figure indicates "width direction", reference numeral Y indicates "depth direction", and reference numeral Z indicates "height direction". It should be noted that these directions are defined for convenience of explanation, and are not intended to limit the techniques disclosed herein.
1.ラミネート電池の構造
本実施形態に係る製造装置は、ラミネート電池の製造に用いられる。本明細書では、製造装置を説明する前に、製造対象であるラミネート電池について説明する。図1はラミネート電池を模式的に示す平面図である。図2は図1中のII−II矢視断面図である。当該図1および図2に示すように、このラミネート電池100は、電極体110と、外装体120と、電極端子130とを備えている。以下、各部材について説明する。
1. 1. Structure of Laminated Battery The manufacturing apparatus according to this embodiment is used for manufacturing a laminated battery. In this specification, before explaining the manufacturing apparatus, the laminated battery to be manufactured will be described. FIG. 1 is a plan view schematically showing a laminated battery. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the
電極体110の詳細な構造は特に限定されず、従来公知の構造の電極体を特に制限なく使用できる。例えば、電極体110は、セパレータを介して長尺な電極シートを捲回した捲回電極体であってもよい。また、電極体110は、セパレータを介して矩形の電極シートを複数枚積層させた積層型電極体であってもよい。なお、電極体を構成する各部材(例えば、電極シートやセパレータ等)の構造および材料は、特に限定されず、この種の二次電池に使用され得るものを特に制限なく使用できるため詳細な説明を省略する。
The detailed structure of the
外装体120は、電極体110を挟んで対向した一対の外装フィルム122、124によって構成されている。かかる外装フィルム122、124は、絶縁性の樹脂層を含むラミネートフィルムである。この外装フィルム122、124は、電極体110を挟んで樹脂層が対向するように配置される。なお、樹脂層は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレンなどによって構成される。そして、外装体120の外周縁部には、対向した外装フィルム122、124を加圧・加熱することによって形成された溶着部Wが形成されている。なお、外装フィルム122、124は、樹脂層以外の層を有する多層構造のフィルムでもよい。例えば、強度向上の観点から、アルミニウム等の金属材料からなる金属層を樹脂層で挟んだ3層構造の外装フィルムが好ましい。また、外装フィルム122、124の厚みt1は、10μm〜200μm程度である。
The
電極端子130は、電極体110を外部機器と電気的に接続するための導電部材である。かかる電極端子130は、アルミニウム、銅、ニッケル等の導電性材料によって構成される。この電極端子130は、幅方向Xに延びる板状の部材であり、一端132が電極体110に接続され、他端134が外装体120の外部に露出する。なお、図1に示す電極端子130は、電極体110の正極に接続される正極端子と、負極に接続される負極端子とを備えている。なお、電極端子130の厚みt2は、0.1mm〜1.0mm程度である。
The
このラミネート電池100の溶着部Wは、フィルム溶着部W1と端子溶着部W2から構成される。フィルム溶着部W1は、外装フィルム122、124同士が溶着された部分であり、外装体120の両側縁部の全域と両端部の一部に形成されている。一方、端子溶着部W2は、電極端子130の表面に外装フィルム122、124が溶着された部分である。この端子溶着部W2は、幅方向Xにおける外装体120の両端部に形成されている。図2に示すとおり、このラミネート電池100におけるフィルム溶着部W1の厚みは、一対の外装フィルム122、124の厚みt1の合計と略同等である。一方、端子溶着部W2の厚みは、外装フィルム122、124の厚みt1の合計に、電極端子130の厚みt2を加えた厚みと略同等である。このように、溶着部Wでは、電極端子130が存在する端子溶着部W2の方がフィルム溶着部W1よりも厚みが厚くなるため凹凸形状が形成され、フィルム溶着部W1と端子溶着部W2との境界に段差が生じている。
The welded portion W of the
2.ラミネート電池の製造装置
以下、上述の構造を有するラミネート電池100の製造に使用される製造装置(ラミネート電池の製造装置)について説明する。図3は、本実施形態に係るラミネート電池の製造装置を模式的に示す斜視図である。図4は、本実施形態に係るラミネート電池の製造装置の加圧板の高さ方向に沿った断面を模式的に示す図である。図5は、本実施形態に係るラミネート電池の製造装置による溶着処理を模式的に示す断面図である。
2. Laminated Battery Manufacturing Device Hereinafter, a manufacturing device (laminated battery manufacturing device) used for manufacturing the
図3に示すように、本実施形態に係る製造装置1は、加圧板10と、加熱手段20と、移動手段30とを備えている。以下、各構成について説明する。
As shown in FIG. 3, the
(1)加圧板
この製造装置1は、外装フィルム122、124を挟み込む一対の加圧板10を備えている。具体的には、各々の加圧板10は、奥行方向Yに沿って延びる矩形の板状部材である。そして、下側の加圧板10の上面と、上側の加圧板10の底面とが対向するように配置されており、その間にラミネート電池100の外装フィルム122、124が配置されている。図4に示すように、加圧板10は、基体部12と弾性部材14とを備えている。基体部12は、所定の熱伝導性と強度を有した金属製の部材である。この基体部12は、例えば、鉄、アルミニウム、クロム、ニッケルもしくはこれらの合金などによって構成される。また、基体部12は、後述の移動手段30に接続されている。
(1) Pressurizing Plate This
一方、弾性部材14は、所定の耐熱性と弾性を有する材料によって構成されている。この弾性部材14は、例えば、ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等などによって構成される。これらの中でも、ゴムは、好適な弾性を有するため好適であり、ゴムの中でも耐熱性に優れたシリコンゴムが特に好適である。そして、本実施形態に係る製造装置1において、弾性部材14は、外装フィルム122、124と対向する基体部12の表面全体に取り付けられている。すなわち、本実施形態では、ラミネート電池100の溶着部Wに対する加圧面が全て弾性部材14によって構成されている。なお、基体部12の表面のうち、外装フィルム122、124と対向しない面(すなわち、非加圧面)には、弾性部材14が取り付けられていてもよいし、取り付けられていなくてもよい。
On the other hand, the
そして、本実施形態に係る製造装置1の加圧板10の端子溶着部W2を加圧する領域では、基体部12に凹部12aが形成されていると共に、弾性部材14に凸部14aが形成されている。そして、基体部12の凹部12aに、弾性部材14の凸部14aが嵌合されている。このため、本実施形態に係る製造装置1では、弾性部材14の端子溶着部W2を加圧する部分(端子加圧部14b)の厚みL1aが、弾性部材14のフィルム溶着部W1を加圧する部分(フィルム加圧部14c)の厚みL2aよりも厚くなる。
In the region where the terminal welding portion W2 of the
(2)加熱手段
加熱手段20は、加圧板10を加熱する機構である。本実施形態に係る製造装置1では、上側の加圧板10の上面と下側の加圧板10の底面の各々に加熱手段20が取り付けられている(図3参照)。なお、加圧板の加圧面全体を所望の温度まで均一に加熱することができれば、加熱手段の設置位置は特に限定されない。例えば、加熱手段は、加圧板の基体部に内蔵されていてもよい。また、加熱手段20の具体的な構造は、特に限定されず、従来公知のヒーターを特に制限なく使用できる。なお、加熱手段20による加熱温度は、加圧板10の熱伝導性や外装フィルム122、124の溶着温度などを考慮して設定されることが好ましい。例えば、加熱手段20による加熱温度は、加圧板10を介して外装フィルム122、124を150℃〜250℃の範囲まで加熱できるように設定されていると好ましい。
(2) Heating means The heating means 20 is a mechanism for heating the
(3)移動手段
移動手段30は、加圧板10を近接および離間させる機構である。かかる移動手段30が高温の加圧板10を近接させ、一対の加圧板10の間に外装フィルム122、124を挟み込ませることによって、外装フィルム122、124を加圧・加熱して溶着することができる。なお、移動手段30の具体的な構造は、特に限定されず、従来公知の構造を特に制限なく使用できる。例えば、移動手段30は、高さ方向Zに沿って加圧板10を移動させる駆動部(エアシリンダ等)と、加圧対象に掛かる圧力を測定する圧力計と、当該圧力計の測定結果に基づいて駆動部の動作を制御する制御部とを備えていると好ましい。これによって、溶着中に外装フィルム122、124に掛かる圧力を安定させることができる。
(3) Moving means The moving means 30 is a mechanism for bringing the
なお、本実施形態に係る製造装置1では、加圧板10の基体部12に移動手段30が直接取り付けられている。しかし、ここに開示される製造装置は、かかる構造に限定されない。例えば、移動手段30は、他の部材(例えば加熱手段20)を介して基体部12に取り付けられていてもよい。また、図3に示す製造装置1では、上下一対の加圧板10の両方に移動手段30が取り付けられている。しかし、移動手段は、上下一対の加圧板のいずれか一方のみに取り付けられていてもよい。この場合、固定された一方の加圧板に他方の加圧板を近接させることによって外装フィルムを加圧できる。
In the
(4)外装フィルムの溶着
本実施形態に係る製造装置1を用いて溶着処理を行う場合、最初に、図3および図4に示すように、ラミネート電池100の幅方向Xにおける一方の端部を上下一対の加圧板10の間に配置する。このとき、加圧板10の基体部12の凹部12aと、ラミネート電池100の端子溶着部W2とが高さ方向Zに沿って揃うように、奥行方向Yにおけるラミネート電池100の位置を調整する。この状態で加熱手段20を稼働させて加圧板10を所定の温度まで昇温させた後、移動手段30を稼働させて上下一対の加圧板10を近接させる。そして、図5に示すように、上下一対の加圧板10の間に、ラミネート電池100の溶着部Wを挟み込ませて加圧・加熱する。そして、この状態を所定時間(1秒〜200秒程度)維持することによって、フィルム溶着部W1において外装フィルム122、124同士を溶着させると共に、端子溶着部W2において電極端子130の表面に外装フィルム122、124を溶着させる。これによって、溶着部Wを有する袋状の外装体120が形成され、当該外装体120の内部に電極体110(図1参照)が収容される。
(4) Welding of Exterior Film When performing the welding process using the
このとき、本実施形態では、ラミネート電池100に対する加圧面が全て弾性部材14によって構成されている。これによって、フィルム溶着部W1と端子溶着部W2との境界における段差に追従するように加圧面(弾性部材14)を変形させながら溶着を実施できる。このため、当該境界部分での溶着不良を防止できる。また、加圧板10の基体部12の凹部12aと、ラミネート電池100の端子溶着部W2との位置がずれたとしても、当該位置ずれを弾性部材14において吸収できる。このため、位置ずれによる溶着欠陥や電極端子の変形・破損を抑制できる。また、電極端子130の厚みのばらつき等の製造公差も弾性部材14において吸収できるため、製造公差による溶着欠陥も防止できる。
また、本実施形態に係る製造装置1では、加圧板10の端子溶着部W2を加圧する領域における基体部12に凹部12aが形成されると共に、弾性部材14に凸部14aが形成されている。これによって、端子溶着部W2とフィルム溶着部W1の各々に掛かる圧力を均一にできるため、圧力の不均一化による溶着欠陥を防止できる。
以上の通り、本実施形態に係る製造装置1によると、ラミネート電池100の外装体120の溶着部Wにおける種々の溶着欠陥の発生を防止し、高品質のラミネート電池100を高い生産性で製造できる。
At this time, in the present embodiment, all the pressure surfaces for the
Further, in the
As described above, according to the
(5)加圧板の設計
なお、本実施形態に係る製造装置1では、奥行方向Yの全域において加圧前後の弾性部材14の変形率が均一になるように、弾性部材14の端子加圧部14bの厚みL1aとフィルム加圧部14cの厚みL2aが調節されていることが好ましい。これによって、ラミネート電池100の溶着部Wに掛かる圧力をより均一にし、溶着欠陥の発生をさらに好適に防止できる。以下、具体的に説明する。
(5) Design of Pressurizing Plate In the
先ず、上記「弾性部材の変形率」とは、加圧前の弾性部材14の厚みに対する加圧後の弾性部材14の変形量の割合を指す。例えば、加圧前の端子加圧部14bの厚みを「L1a」とし、加圧後の端子加圧部14bの厚みを「L1b」とした場合の「端子加圧部の変形率」は、下記の式(1)に基づいて算出される。一方、加圧前のフィルム加圧部14cの厚みを「L2a」とし、加圧後のフィルム加圧部14cの厚みを「L2b」とした場合の「フィルム加圧部の変形率」は、下記の式(2)に基づいて算出される。
端子加圧部の変形率 =(L1a−L1b)/L1a (1)
フィルム加圧部の変形率=(L2a−L2b)/L2a (2)
First, the "deformation rate of the elastic member" refers to the ratio of the amount of deformation of the
Deformation rate of terminal pressurizing part = (L1a-L1b) / L1a (1)
Deformation rate of film pressurizing part = (L2a-L2b) / L2a (2)
そして、上記「端子加圧部の変形率」と「フィルム加圧部の変形率」が略同等になるように、加圧前の端子加圧部14bの厚みL1aとフィルム加圧部14cの厚みL2aの各々を調節することによって、溶着部Wに掛かる圧力をより好適に均一にできる。例えば、弾性部材14の縦弾性率E(Pa)の3分の1の圧力(1/3E(Pa))を溶着部Wに加えようとする場合、弾性部材14の全領域において加圧時の変形率を1/3にする必要がある。このとき、端子加圧部14bは、上記境界部分の段差の高さT(図2参照)の分、フィルム加圧部14cよりも大きく変形することになる。このため、加圧前のフィルム加圧部14cの厚みL2aが上記境界の段差の高さTの3倍(3T)になり、かつ、加圧前の端子加圧部14bの厚みL1aを境界の段差の高さTの6倍(6T)になるように、基体部12の凹部12aの深さ(すなわち、弾性部材14の凸部14aの突出量)を調節する。そして、フィルム加圧部14cが上記境界部分の段差の高さTと同じ程度に弾性変形するように移動手段30からの加圧力を制御する。これによって、加圧後のフィルム加圧部14cの厚みL2bが2Tになる一方で、加圧後の端子加圧部14bの厚みL1bが4Tになる。このときの端子加圧部14bとフィルム加圧部14cの各々の変形率を上記式(1)、(2)に基づいて算出すると、両方が1/3になり、溶着部Wの全域に均一な圧力を加えることができる。
Then, the thickness L1a of the
なお、上述の説明は、フィルム溶着部W1と端子溶着部W2の各々への圧力をほぼ同一にするための例を挙げたものであり、端子加圧部14bの厚みL1aとフィルム加圧部14cの厚みL2aはこれに限定されない。例えば、端子加圧部14bの変形率に対するフィルム加圧部14cの変形率の割合が0.5倍〜2.0倍の範囲内になるように各々の厚みL1a、L2aを調節することによって、溶接欠陥が生じない程度に溶着部Wへの圧力を均一にできる。また、より確実に溶接欠陥の発生を防止するという観点から、上記端子加圧部14bの変形率に対するフィルム加圧部14cの変形率の割合は、0.75倍〜1.25倍がより好ましく、0.8倍〜1.2倍がさらに好ましく、0.85倍〜1.15倍が特に好ましく、例えば0.9倍〜1.1倍である。
The above description gives an example for making the pressures on each of the film welding portion W1 and the terminal welding portion W2 substantially the same, and the thickness L1a of the
3.他の実施形態
ここに開示されるラミネート電池の製造装置は、上述の実施形態に限定されず、種々の実施形態を包含する。以下、ここに開示される製造装置の他の実施形態について説明する。図6は他の実施形態に係るラミネート電池の加圧板の高さ方向に沿った断面を模式的に示す図である。
3. 3. Other Embodiments The laminated battery manufacturing apparatus disclosed herein is not limited to the above-described embodiment, and includes various embodiments. Hereinafter, other embodiments of the manufacturing apparatus disclosed herein will be described. FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross section of the pressure plate of the laminated battery according to another embodiment along the height direction.
上述の実施形態では、図4に示すように、押圧面が平坦な弾性部材14が加圧板10に形成されている。しかし、弾性部材の押圧面の形状は、上述の実施形態に限定されない。例えば、図6に示すように、弾性部材14の端子溶着部W2を加圧する領域(端子加圧部14b)に凹部14dが形成されていてもよい。このように、弾性部材14の端子加圧部14bに凹部14dを形成することによって、端子溶着部W2とフィルム溶着部W1の各々に掛かる圧力をより容易に均一にすることができる。一方、ラミネート電池100の位置合わせをより容易にするという観点からは、図4に示される実施形態のように、弾性部材14の押圧面を平坦にした方が好ましい。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 4, an
なお、上記した通り、端子溶着部W2とフィルム溶着部W1の各々への圧力をより均一にするには、端子加圧部14bの変形率とフィルム加圧部14cの変形率を近似させた方が好ましい。このとき、本実施形態のように端子加圧部14bに凹部14dを形成する場合は、端子加圧部14bの厚みL1aとフィルム加圧部14cの厚みL2aが略同等になるように、端子加圧部14bの凹部14dと基体部12の凹部12aの各々の深さを調節すると好ましい。例えば、端子加圧部14bの凹部14dの深さを、フィルム溶着部W1と端子溶着部W2との境界の段差の高さTと略同等(典型的には0.8倍〜1.2倍、好ましくは0.9倍〜1.1倍、例えば1倍)とし、端子加圧部14bの厚みL1aとフィルム加圧部14cの厚みL2aとが略同等になるように基体部12の凹部12aの深さを調節することによって、各々の部分の変形率を近似させて溶着部Wへの圧力をより好適に均一にできる。
As described above, in order to make the pressures on each of the terminal welding portion W2 and the film welding portion W1 more uniform, the deformation rate of the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.
1 製造装置
10 加圧板
12 基体部
12a 凹部
14 弾性部材
14a 凸部
14b 端子加圧部
14c フィルム加圧部
14d 凹部
20 加熱手段
30 移動手段
100 ラミネート電池
110 電極体
120 外装体
122 外装フィルム
124 外装フィルム
130 電極端子
W 溶着部
W1 フィルム溶着部
W2 端子溶着部
1
Claims (1)
前記外装フィルムを挟み込む一対の加圧板と、
前記加圧板を加熱する加熱手段と、
前記加圧板を近接および離間させる移動手段と
を備え、
前記加圧板は、
前記移動手段と接続された金属製の基体部と、
前記外装フィルムと対向する前記基体部の表面全体に取り付けられた弾性部材と
を備えており、
前記一対の加圧板のうち少なくとも一方の加圧板の前記端子溶着部を加圧する領域では、前記基体部に凹部が形成されると共に、前記弾性部材に凸部が形成されており、前記基体部の凹部に前記弾性部材の凸部が嵌合している、ラミネート電池の製造装置。 An electrode body, an exterior body composed of a pair of exterior films facing each other across the electrode body, and a plate-shaped electrode terminal having one end connected to the electrode body and the other end exposed to the outside of the exterior body. A welded portion including a film welded portion in which the exterior films are welded to each other and a terminal welded portion in which the exterior film is welded to the surface of the electrode terminal is formed on the outer peripheral edge portion of the exterior body. A manufacturing device that manufactures laminated batteries.
A pair of pressure plates that sandwich the exterior film,
A heating means for heating the pressure plate and
The pressure plate is provided with a moving means for bringing the pressure plate closer to and further away from the pressure plate.
The pressure plate is
A metal substrate connected to the means of transportation and
It is provided with an elastic member attached to the entire surface of the substrate portion facing the exterior film.
In the region where the terminal welding portion of at least one of the pair of pressure plates is pressed, a concave portion is formed in the base portion and a convex portion is formed in the elastic member of the base portion. A device for manufacturing a laminated battery in which a convex portion of the elastic member is fitted in a concave portion.
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