JP3329678B2 - シート状樹脂層封止形電池の製造方法およびシート状電池の樹脂層封止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は平板型電池の製造方
法および樹脂層封止装置に係り、さらに詳しくは平板状
の電池要素部を内蔵・仮封止したシール用の樹脂製袋体
内のガス抜きを伴う樹脂封止形電池の製造方法、および
樹脂封止形電池のガス抜き樹脂層封止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば非水溶媒型電池などの二次電池
は、携帯型電話機，ビデオカメラなどの電源として、広
く実用に供されている。また、電源用電池においては、
前記機器類の小形化や高性能化に伴って、小形，軽量
化，高電圧化，高容量化などが求められている。このよ
うな要求に対応して、たとえば厚さ 1mm程度のシート状
の電池が知られている（特開平3-230474号公報，特開平
3-225765号公報など）。

【０００３】すなわち、図４に要部構成を断面的に示す
ごとく、相対するシート状正極層１およびシート状負極
層２と、これら両電極層１，２間に気密に介挿・配置さ
れたシート状のポリマ−電解質系３と、前記電極層１，
２にそれぞれ電気的に接する図示を省略した集電体シー
ト（これらでシート状の電池要素部を形成）と、前記正
極および負極の集電体シート（図示省略）からそれぞれ
離隔して延出（導出）された正極端子および負極端子と
を具備したシート状（平板状）の電池が知られている。

【０００４】ここで、集電体シートは、たとえばステン
レス箔であり、また、電池要素部はリチウムイオンを吸
蔵，放出するリチウム含有金属酸化物（たとえばリチウ
ムマンガン複合酸化物，リチウム含有コバルト酸化物）
や二酸化マンガンなどを主成分とした正極１，ポリプロ
ピレン不織布などからなるセパレータ３，リチウム金属
やリチウムを吸蔵・放出する炭素質材およびリチウム合
金系などの負極２，リチウム塩などのエチレンカーボネ
ート溶液…非水電解液で構成されている。なお、図３に
おいて，４，５はシール用フィルム層で、端部を熱溶着
して袋体に形成されている。また、正極１および負極２
は、柔軟性などを付与するために電解質保持性のポリマ
ーを適宜含有しており、正極端子および負極端子（いず
れも図示省略）は、通常、シート状電池の同一辺で並列
的に、もしくは対向する辺の中央部で突起状に延出（導
出）されている。

【０００５】そして、前記シート状の電池は、一般的
に、次のような方法で製造されている。すなわち、正極
１、負極２および電解質を担持するセパレータ基材など
から成る電池要素部を、一端が開口した樹脂フィルム製
の袋体内に、位置決めして収容・装着する一方、所要の
電解液を注入した後、前記開口部を熱溶着して気密に封
止することによって製造している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種のシート状薄型
（平板形）二次電池は、鉛蓄電池やニッケルカドミウム
二次電池に比べて、高容量化が可能であるだけでなく、
軽量化もできるなどの特長を有する反面、次のような不
都合が認められる。すなわち、上記説明した工程で製造
したリチウムポリマー二次電池は、最初の充電時におい
て、電極１，２で水素ガスが発生し、電池の膨大化ない
し電池内圧が上昇する電池の損傷を招来する恐れがあ
る。したがって、初充電後、樹脂フィルム製の袋体内の
水素ガスを排気してから、別の工程ラインに移し、再び
樹脂製フィルムでラミネートして気密封止する工程を採
ることが試みられている。

【０００７】しかし、前記電池内部からのガス抜きの工
程、および再ラミネートによる気密封止工程とを別々に
行うことは、作業性が劣るだけでなく、製造設備のスペ
ースも増大化するという問題がある。さらに、前記ガス
抜きの工程および再ラミネート気密封止工程間を移送す
る手段を要する一方、この移送段階でガス抜きした電池
内部に、空気などが侵入する恐れがあって、電池性能の
信頼性が損なわれ易いことが懸念される。

【０００８】本発明は、上記事情に対処してなされたも
ので、小形，軽量化などを図るだけでなく、信頼性の高
いシート状の電池を量産的に提供できる樹脂層封止形電
池の製造方法、および樹脂層封止形電池の製造工程にお
けるガス抜き・樹脂層による気密封止に適する封止装置
の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、シー
ト状正極層、セパレータ層およびシート状負極層が順に
積層された電池要素部を一端が開口するシール用の樹脂
製袋体に収容・装着する工程と、前記樹脂製袋体の開口
部を仮封止し、仮封止部近傍に排気用ノズル先端を樹脂
製袋体内部に挿入して内部の排気を行う工程と、前記内
部排気した後、連続的に排気用ノズル先端を挿入した位
置よりも内側で、樹脂製袋体を両側から圧着封止する工
程と、を有することを特徴とするシート状樹脂層封止形
電池の製造方法である。

【００１０】すなわち、請求項１の発明に係る製造方法
は、仮封止の状態で電池内部のガス抜きを行った後、引
き続いて排気用ノズル先端が挿入された位置よりも内側
において樹脂製袋体を熱圧着して封止することを骨子と
する。そして、このガス抜きおよび熱圧着・封止は、被
封止体をほぼ水平に位置させた状態、もしくはほぼ垂直
に位置させた状態など、その位置・状態は限定されな
い。

【００１１】請求項２の発明は、対向して相対的に進退
する一対のバー状弾性体と、前記一対のバー状弾性体と
ほぼ平行に離隔し、かつ対向して相対的に進退する一対
のバー状加熱体と、前記一対のバー状弾性体の対向面間
に配置され、かつ一対のバー状加熱体の対向面より後退
した位置を先端部として臨むように進退可能に装着され
た排気ノズルと、前記排気ノズルの先端部に対向し、か
つ仮封止部が一対のバー状加熱体の対向面を越えるよう
に被排気電池封止体を進退させる搬送機構と、を有する
ことを特徴とするシート状電池のガス抜き樹脂層封止装
置である。

【００１２】すなわち、請求項２の発明に係るガス抜き
樹脂層封止装置は、ガス抜き手段とガス抜き後の樹脂層
封止手段とを一体化し、操作の簡略化および装置のコン
パクト化などを図ったことを骨子とする。

【００１３】ここで、一対のバー状弾性体は、たとえば
ゴム製であり、ガス抜き・樹脂層封止時において、被排
気封止体の一端側の支持機能を果たす。また、一対のバ
ー状加熱体は、ニクロム線などの抵抗発熱体を内蔵した
ヒーターであり、ガス抜き後、排気ノズル先端を挿入し
た位置よりも内側で、袋体を両側から挟み熱圧着して樹
脂層を封止する機能をなす。そして、前記一対のバー状
弾性体およびバー状加熱体の進退は、たとえばエアーシ
リンダーやオイルシリンダーなどを駆動源として行われ
る。

【００１４】さらに、被排気電池封止体を進退させる搬
送機構は、たとえば被排気電池封止体を固定支持するテ
ーブルと、このテーブルを所定の方向に進退させるスラ
イダー機構とで構成される。しかし、被排気電池封止体
の仮封止部が、被排気電池内のガス抜き手段、たとえば
排気用ノズル先端の外側に位置する程度に設定される。
上記発明において、シート状（平板型）電池は、たと
えば金属酸化物などの活物質、非水電解液および電解質
保持性ポリマを含む正極層を集電体に積層して成る正極
と、リチウムイオンを吸蔵，放出する活物質，非水電解
液および電解質保持性ポリマを含む負極層を集電体に積
層して成る負極とを、セパレーターの機能をする電解質
保持性のポリマ−電解質系（たとえばヘキサフロロプロ
ピレン−フッ化ビニリデン共重合体などのポリマーおよ
びリチウム塩などのエチレンカーボネート溶液…非水電
解液…との系）を介して重ね合わせ、かつ正極，負極の
外表面（裏面）側を被覆保護するたとえばポリイミド系
樹脂製シール用シート（袋体）で構成されている。

【００１５】ここで、正極の活物質としては、たとえば
リチウムマンガン複合酸化物，二酸化マンガン，リチウ
ム含有コバルト酸化物，リチウム含有ニッケルコバルト
酸化物，リチウムを含む非晶質五酸化バナジウム，カル
コゲン化合物などが挙げられる。また、負極活物質とし
ては、たとえばビスフェノール樹脂，ポリアクリロニト
リル，セルローズなどの焼成物、コークスやピッチの焼
成物が挙げられ、これらは天然もしくは人口グラファイ
ト，カーボンブラック，アセチレンブラック，ケッチェ
ンブラック，ニッケル粉末，ニッケル粉末などを含有し
た形態を採ってもよい。

【００１６】さらに、電解質系は、たとえばエチレンカ
ーボネート，プロピレンカーボネート，ブチレンカーボ
ネート，ジメチルカーボネート，ジエチルカーボネー
ト，メチルエチルカーボネートなどの非水溶媒に、過塩
素酸リチウム，六フッ化リン酸リチウム，ホウ四フッ化
リチウム，六フッ化ヒ素リチウム，トリフルオロメタン
スルホン酸リチウムなどを 0.2〜 2mol/ l程度に溶解さ
せたものが挙げられる。また、正極の集電体としては、
たとえばアルミニウム箔，アルミニウムメッシュ，アル
ミニウム製エキスバンドメタル，アルミニウム製パンチ
メタルなどが挙げられ、負極の集電体としては、銅箔，
銅メッシュ，銅製エキスバンドメタル，銅製パンチメタ
ルなどが挙げられる。

【００１７】請求項１の発明では、シート状電池がその
製造工程でガス抜きされるとともに、引き続いてシート
状樹脂同士の熱圧着によって気密に封止される。つま
り、連続的な工程で、ガス抜きおよび封止が行われるた
め、操作の煩雑化が回避されるとともに、ガス抜き後の
空気侵入の恐れもなくなり、信頼性の高い、高品質なシ
ート状電池が歩留まりよく製造される。

【００１８】請求項２の発明では、前記被排気封止体に
ついて、良好な生産性で、かつ容易にガス抜き・樹脂封
止を行うことができるだけでなく、製造設備のコンパク
ト化なども図られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下図１，図２および図３を参照
して実施例を説明する。

【００２０】図１は斜視的に、また、図２は断面的に、
本実施例のガス抜き樹脂層封止装置の要部構成を示した
ものである。図１および図２において、6a，6bは対向し
て相対的に進退する一対のバー状弾性体、7a，7bは前記
一対のバー状弾性体6a，6bとほぼ平行に離隔し、かつ対
向して相対的に進退する一対のバー状加熱体である。こ
こで、バー状弾性体6a，6bは、たとえば合成ゴムのブロ
ックであり、図示を省略したガイドに沿って、たとえば
エアーシリンダー8a，8bを駆動源としてほぼ垂直方向に
進退する。また、バー状加熱体7a，7bは、たとえばニク
ロム線から成るヒーターを内蔵したヒーターブロックで
あり、図示を省略したガイドに沿って、たとえばエアー
シリンダー9a，9bを駆動源としてほぼ垂直方向に進退す
る。

【００２１】10は前記一対のバー状弾性体6a，6bの対向
面間に配置され、かつ一対のバー状加熱体7a，7bの対向
面より後退した位置を先端部として臨むように進退可能
に装着された排気ノズルであり、この排気ノズル10の他
端側は真空ポンポ11側に連接し、この排気ノズル10先端
部を被排気封止体（電池要素部を収納・内蔵し仮封止し
た封止体）12の仮封止部近傍にほぼ水平に挿入して、被
排気封止体内に発生・残存している水素ガスなどを排気
する。

【００２２】さらに、13は前記排気ノズル10の先端部に
対向し、かつ被排気封止体12の仮封止部が一対のバー状
加熱体7a，7bの対向面を越えるように，前記被排気電池
封止体12を進退させる搬送機構である。この例では、被
排気電池封止体12をほぼ水平に載置・固定する枠を備え
たテーブル 13aと、前記テーブル 13aを排気ノズル11の
先端部に対向して進退させるスライダー 13bとで構成さ
れている。ここで、テーブル 13aの進退は、載置・固定
された被排気電池封止体12の仮封止部が、排気ノズル11
の先端部を越える位置が進行の限度となる。

【００２３】次に、上記構成のガス抜き樹脂層封止装置
の動作について説明する。

【００２４】まず、シート状正極層、セパレータ層およ
びシート状負極層が順に積層された電池要素部を一端が
開口するシール用の樹脂製袋体に収容・装着し、この樹
脂製袋体の開口部を仮封止して、図３に透視的な平面図
で示す被排気電池封止体12を作製した。図３において、
12aは電池要素部、 12bは仮封止部である。その後、そ
の被排気電池封止体12について、初期の充電処理を行っ
た。この初期の充電処理によって、被排気電池封止体12
内部には水素ガスが発生し、電池内部圧が上昇してい
る。

【００２５】次いで、仮封止部 12bを先端側として、テ
ーブル 13a面に被排気電池封止体12を載置・固定し、排
気用ノズル10先端側に移動させて位置決めする。すなわ
ち、被排気電池封止体12の仮封止部 12bより内側（電池
要素部側）に、排気用ノズル10先端が位置し、かつその
先端が被排気電池封止体12に挿入する位置 12cまで移動
させて位置決めする。一方、バー状の弾性体6a，6bは対
向方向へ相対的に移動し、仮封止部 12b近傍を挟着保持
する状態を採る。

【００２６】その後、排気ノズル10先端が被排気電池封
止体12の設定位置 12cに挿入され、真空ポンプ11の排気
作用によって、被排気電池封止体12に発生・封有されて
いる水素ガスが排気される。このガス抜きを終了した時
点で、バー状加熱体7a，7bが対向方向へ相対的に移動
し、排気ノズル10先端が挿入された設定位置 12cの内側
（電池要素部側 12a）で、両面から挟着する形態を採っ
て、樹脂製袋体を熱圧着して気密に封止する。ここで、
ガス抜きおよび熱圧着封止の工程は、連続的に行われる
ため、高々を15 sec程度であり、従来のガス抜きおよび
熱圧着封止の工程を別けて行う場合の所要時間60 secに
比較して、著しく短縮されている。

【００２７】コンパクトな装置でありながら、上記の工
程・手順によって、被排気電池封止体12は、容易に、か
つ量産的に、信頼性の高いシート状樹脂層封止電池が製
造される。

【００２８】なお、上記では、被排気電池封止体12をほ
ぼ水平に保持した形態で、ガス抜きおよび熱圧着封止す
る構成例を説明したが、被排気電池封止体12をほぼ垂直
に保持した形態で、ガス抜きおよび熱圧着封止する構成
を採ることもできる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、ガス抜きおよ
びシート状樹脂同士の熱圧着による気密封止が、連続的
な工程で行われる。すなわち、操作の煩雑化を回避でき
るだけでなく、ガス抜き後の空気侵入の恐れもなくな
り、信頼性の高い、高品質なシート状（平板形）電池が
歩留まりよく製造される。

【００３０】請求項２の発明によれば、製造設備のコン
パクト化および生産性の向上が図られるとともに、信頼
性の高いシート状樹脂封止形電池を歩留まりよく提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の樹脂封止形電池のガス抜き樹脂封止装
置の要部構成を示す斜視図。

【図２】図１に図示したガス抜き樹脂封止装置の断面
図。

【図３】シート状の被排気電池封止体についてガス抜き
封止の状態を説明するための要部平面図。

【図４】シート状樹脂封止形電池の要部構成を示す断面
図。

【符号の説明】

１……正極層 ２……負極層 ３……ポリマ−電解質系 ４，５……シール用シート 6a，6b……バー状弾性体 7a，7b……バー状加熱体 8a，8b，9a，9b……エアーシリンダー 10……排気ノズル 11……真空ポンプ 12……被排気電池封止体 13……搬送機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 10/04 H02M 2/08 H02M 10/40

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状正極層、セパレータ層およびシ
   ート状負極層が順に積層された電池要素部を一端が開口
   するシール用の樹脂製袋体に収容・装着する工程と、 前記樹脂製袋体の開口部を仮封止し、仮封止部近傍に排
   気用ノズル先端を樹脂製袋体内部に挿入して内部の排気
   を行う工程と、 前記内部排気した後、連続的に排気用ノズル先端を挿入
   した位置よりも内側で、樹脂製袋体を両側から圧着封止
   する工程と、 を有することを特徴とするシート状樹脂層封止形電池の
   製造方法。
2. 【請求項２】 対向して相対的に進退する一対のバー状
   弾性体と、 前記一対のバー状弾性体とほぼ平行に離隔し、かつ対向
   して相対的に進退する一対のバー状加熱体と、 前記一対のバー状弾性体の対向面間に配置され、かつ一
   対のバー状加熱体の対向面より後退した位置を先端部と
   して臨むように進退可能に装着された排気ノズルと、 前記排気ノズルの先端部に対向し、かつ仮封止部が一対
   のバー状加熱体の対向面を越えるように被排気電池封止
   体を進退させる搬送機構と、を有することを特徴とする
   シート状電池のガス抜き樹脂層封止装置。