JP3696028B2

JP3696028B2 - フィルム封止構造を有する電池及びその製造方法

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Publication number: JP3696028B2
Application number: JP2000034848A
Authority: JP
Inventors: 宏基粟野; 正美江口; 都司佐瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2020-02-14
Also published as: JP2001229889A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン２次電池等のフィルム封止構造を有する電池及びその製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リチウムイオン２次電池等は、電池ケース内に正極、負極、電解液等を封入した構造となっている。この電解液は、酸化防止、液漏れ防止等のために完全密閉する必要がある。この密閉の方法としては、従来より正極、負極、電解液等を樹脂フィルムで覆い、フィルムの開放部を熱溶着する方法が採用されていた。たとえば、特開平１１−４０１９８号公報にも、フィルムの熱溶着による封止構造の例が開示されている。
【０００３】
図５には、従来のリチウムイオン２次電池の内部構造である積層電極の例が示される。積層電極には、少なくとも正極１０、負極１４、電解質を含んだセパレータ１８が含まれる。図５において、正極１０には外部に電流を取り出すための正極タブ１２が接続されている。この正極タブとしては、たとえばアルミニウム箔等が使用される。また、負極１４にも同様の目的で負極タブ１６が接続されている。この負極タブとしては、たとえばステンレス箔等が使用される。これら正極１０及び負極１４の間に介在されたセパレータ１８は、たとえば不織布にゲル物質を含浸させたものである。
【０００４】
図５に示されたリチウムイオン２次電池の積層電極は、図６に示されるようなラミネートフィルム２０により覆われ、その内部に封入される。ラミネートフィルム２０は、たとえば図６に示されるように、中央にアルミニウム層２２があり、その両側をポリエチレン層２４で挟まれた構造となっている。このようなラミネートフィルム２０で図５に示された積層電極を封入するには、まず２枚のラミネートフィルム２０で積層電極を挟み、開放された端部を熱溶着することによって封止していた。
【０００５】
図７には、上記のようにしてラミネートフィルム２０で図５に示された積層電極を封入したフィルム封止構造の例が示される。また、図８には、図７のVIII−VIII断面図が示される。
【０００６】
図８に示されるように、正極１０、負極１４、セパレータ１８からなる積層電極は、ラミネートフィルム２０によって挟まれ、ラミネートフィルムの端部が図の上下方向から金型２６で押され、同時に加熱されることによって熱溶着されてフィルム封止部３０が形成される。これにより、図７に示されたフィルム封止構造が完成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の電池のフィルム封止構造では、図７のIX-IX断面図である図９に示されるように、フィルム封止構造から外に突出している正極タブ１２及び負極タブ１６の両側面付近において、ラミネートフィルム２０の熱溶着が不十分となり、フィルム封止部３０に隙間が生じやすくなる。このため、この隙間から電解液の漏れが発生するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、フィルム封止部におけるフィルムの接着力が強く、かつ外に突出した正、負極タブ周りからの電解液の漏れを防止できるフィルム封止構造を有する電池及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、正極、負極、電解質がフィルム内に封入されたフィルム封止構造を有する電池であって、正極及び負極の一部がフィルム封止構造から外に突出しており、このフィルムの封止部のうち少なくとも正極及び負極の突出部とフィルムとが接する部分にフィルム材が流れ込み溜められたフィルム材溜め部を有することを特徴とする。
【００１０】
また、上記フィルム封止構造を有する電池において、フィルム材溜め部はフィルムの封止部全てに設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、フィルム封止構造を有する電池の製造方法であって、正極及び負極の一部を外に突出させた状態で少なくとも正極、負極、電解質をフィルムで覆う工程と、フィルムの開放部を熱溶着することにより、正極及び負極の一部を外に突出させた状態で少なくとも正極、負極、電解質をフィルム内に封入する工程と、を有し、封入工程の際、少なくとも正極及び負極の突出部とフィルムとが接する部分に設けられたフィルム材溜め部に溶融されたフィルムが流れ込み溜められることを特徴とする。
【００１２】
また、フィルム封止構造を有する電池の製造方法であって、正極及び負極の一部を外に突出させた状態で少なくとも正極、負極、電解質をフィルムで覆う工程と、フィルムを上型と下型との間に配し、少なくとも上型及び下型の一方を加熱することによりフィルムの開放部を熱溶着し、正極及び負極の一部を外に突出させた状態で少なくとも正極、負極、電解質をフィルム内に封入する工程と、を有し、少なくとも上型及び下型の一方のフィルム封止部の、少なくとも正極及び負極の突出部とフィルムとが接する部分にフィルム材溜め部に対応した凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、上記フィルム封止構造を有する電池の製造方法において、フィルム材溜め部に対応した凹部は、少なくとも上型及び下型の一方のフィルム封止部全てに設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、上記フィルム封止構造を有する電池の製造方法において、フィルム材溜め部に対応した凹部は、上型及び下型の両方のフィルム封止部全てに設けられていることを特徴とする。
【００１５】
また、上記フィルム封止構造を有する電池の製造方法において、封入工程の際、フィルムを振動させる工程を有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１７】
図１には、図５に示された積層電極がラミネートフィルム２０内に封入された本発明に係るフィルム封止構造を有する電池の一実施形態が示される。この積層電極には、前述したように、少なくとも正極１０、負極１４、電解質を含んだセパレータ１８が含まれる。また、図１のII-II断面が図２に示され、III−III断面図が図３に示される。図１から図３において、前述した図７から図９に示された従来例と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１８】
本実施形態で特徴的な点は、図２に示されるように、積層電極をラミネートフィルム２０で覆い、そのフィルム封止部３０に、ラミネートフィルム２０の原料であるポリエチレン（ＰＥ）が溜られるフィルム材溜め部２８が設けられている点である。フィルム封止部３０を形成するには、積層電極を２枚のラミネートフィルム２０で挟み込んで覆い、これを図２及び図３に示されるように、上型と下型からなる金型２６の間に配し、図２に示された加圧方向に加圧しながら少なくとも上型及び下型の一方を加熱することによりラミネートフィルム２０の端部の開放部を熱溶着する。この際、上記フィルム材溜め部２８に、溶融されたラミネートフィルム２０の材料であるポリエチレンが流れ込み、フィルム材溜め部２８にポリエチレンが溜まる。なお、ラミネートフィルム２０の熱溶着は、１００〜１４０℃程度の温度で行う。以上により、積層電極がラミネートフィルム２０内に封入される。
【００１９】
本実施形態に係るフィルム封止構造を有する電池では、図１に示されるように、正極１０及び負極１４の一部が正極タブ１２及び負極タブ１６としてフィルム封止構造の外に突出している。上述したフィルム材溜め部２８は、フィルム封止構造の周囲が熱溶着されることによって形成されたフィルム封止部３０のうち、少なくとも上記正極タブ１２及び負極タブ１６の突出部とラミネートフィルム２０とが接する部分に形成される。上述のとおり、このフィルム材溜め部２８には、ラミネートフィルム２０が金型２６の上型、下型によって加圧されながら熱溶着される際にラミネートフィルム２０の材料であるポリエチレンが流れ込むので、正極タブ１２及び負極タブ１６との密着性が向上できる。このため、図３に示されるように、正極タブ１２及び負極タブ１６の側面側に隙間が生じることを防止できる。これにより、フィルム封止構造内から外部に電解液が漏れる等の不具合をなくすことができる。
【００２０】
なお、上述したフィルム材溜め部２８は、フィルム封止部３０の全ての部分すなわちフィルム封止構造の周囲全てに設けられてもよい。これにより、フィルム封止部３０の接着性を向上できる。
【００２１】
以上に述べたフィルム材溜め部２８は、少なくとも重ね合わされるラミネートフィルム２０の一方に設けられている。また、ラミネートフィルムを熱溶着する際にラミネートフィルム２０のフィルム封止部３０を加圧する金型２６のうち上型及び下型の少なくとも一方すなわちフィルム材溜め部２８が形成されたラミネートフィルム２０を押す側にラミネートフィルム２０のフィルム材溜め部２８に対応した凹部が形成されている。なお、フィルム封止部３０において、重ね合わされるラミネートフィルム２０の両方にフィルム材溜め部２８を形成することも好適である。この場合には、金型２６の上型及び下型の両方にフィルム材溜め部２８に対応した凹部が形成されることになる。
【００２２】
図４（ａ）〜（ｅ）には、上述したラミネートフィルム２０の加圧熱溶着に使用される金型２６の例が示される。図４（ａ）は、金型２６のうち上型のみに断面三角形状のフィルム材溜め部に対応した凹部が２個形成された例である。図４（ｂ）は、図４（ａ）と同じ形のフィルム材溜め部に対応した凹部が金型２６の上型及び下型の両方に形成された例である。図４（ｃ）は金型２６の上型のみに断面矩形状のフィルム材溜め部に対応した凹部が２個形成された例である。図４（ｄ）は、図４（ｃ）と同じ形状のフィルム材溜め部に対応した凹部が上型及び下型の両方に形成された例である。さらに、図４（ｅ）は、金型２６の上型に断面半円形状のフィルム材溜め部に対応した凹部が２個形成された例である。このような曲線形状の断面とすることにより、加圧溶着時にラミネートフィルム２０に傷がつきにくくすることができる。また、図示はしないが、断面半円形状のフィルム材溜め部に対応した凹部は、他の例のように、上型及び下型の両方に形成してもよい。このように、金型２６のフィルム材溜め部に対応した凹部は、金型２６の上型及び下型の少なくとも一方に設けられていることになる。なお、フィルム材溜め部に対応した凹部の形状は上記に限られるものではない。例えば、半楕円等の断面形状でもよい。
【００２３】
フィルム封止部３０を形成する際に、金型２６を振動させ、ラミネートフィルム２０を振動溶着させるのも好適である。これにより、溶融したポリエチレンがより流れやすくなり、フィルム材溜め部２８にたまりやすくなる。この場合の振動周波数としては１６ｋＨｚ以下とするのが好適である。
【００２４】
以上のようにして形成した本発明にかかるフィルム封止構造とフィルム材溜め部２８を有さない従来のフィルム封止構造とを比較するために、両方のフィルム封止構造に６０ｋｇの荷重をかけ、電解液の漏れ発生の有無を確認した。この結果、従来品は、正、負極タブ１２、１６の周辺から電解液の漏れが発生したが、本発明品からは漏れが発生しなかった。
【００２５】
また、本発明にかかるフィルム封止構造では、フィルム封止部３０の端末部に生じるバリを低減することもできる。これにより、フィルム封止構造の外観及び寸法精度を向上させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ラミネートフィルムの端部にラミネートフィルムの材料であるポリエチレンが流れ込むフィルム材溜め部を形成することにより、ラミネートフィルムと正極、負極タブ等の密着性を向上でき、正極、負極タブの側面の隙間をなくすことができる。
【００２７】
また、このフィルム材溜め部にポリエチレンが流れ込み溜まる構成とすることにより、フィルム封止部におけるラミネートフィルムの接着性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフィルム封止構造を有する電池の一実施形態の平面図である。
【図２】図１におけるII-II断面図である。
【図３】図１におけるIII-III断面図である。
【図４】図２及び図３に使用される金型の例を示す図である。
【図５】リチウムイオン２次電池の内部構造である積層電極を示す図である。
【図６】図５に示された積層電極を封入するためのラミネートフィルムの構成例を示す図である。
【図７】従来におけるフィルム封止構造を有する電池の平面図である。
【図８】図７におけるVIII-VIII断面図である。
【図９】図７におけるIX-IX断面図である。
【符号の説明】
１０正極、１２正極タブ、１４負極、１６負極タブ、１８セパレータ、２０ラミネートフィルム、２２アルミニウム層、２４ポリエチレン層、２６金型、２８フィルム材溜め部、３０フィルム封止部。

Claims

正極、負極、電解質がフィルム内に封入されたフィルム封止構造を有する電池であって、前記正極及び負極の一部が前記フィルム封止構造から外に突出しており、前記フィルムの封止部のうち少なくとも前記正極及び負極の突出部と前記フィルムとが接する部分にフィルム材が流れ込み溜められたフィルム材溜め部を有することを特徴とするフィルム封止構造を有する電池。
請求項１記載のフィルム封止構造を有する電池において、前記フィルム材溜め部は前記フィルムの封止部全てに設けられていることを特徴とするフィルム封止構造を有する電池。
正極及び負極の一部を外に突出させた状態で少なくとも正極、負極、電解質をフィルムで覆う工程と、
前記フィルムの開放部を熱溶着することにより前記正極及び負極の一部を外に突出させた状態で少なくとも正極、負極、電解質を前記フィルム内に封入する工程と、を有し、
前記封入工程の際、少なくとも前記正極及び負極の突出部と前記フィルムとが接する部分に設けられたフィルム材溜め部に溶融されたフィルムが流れ込み溜められることを特徴とするフィルム封止構造を有する電池の製造方法。
正極及び負極の一部を外に突出させた状態で少なくとも正極、負極、電解質をフィルムで覆う工程と、
前記フィルムを上型と下型との間に配し、少なくとも上型及び下型の一方を加熱することにより前記フィルムの開放部を熱溶着し、前記正極及び負極の一部を外に突出させた状態で少なくとも正極、負極、電解質を前記フィルム内に封入する工程と、を有し、
少なくとも前記上型及び下型の一方のフィルム封止部の、少なくとも前記正極及び負極の突出部と前記フィルムとが接する部分にフィルム材溜め部に対応した凹部が設けられていることを特徴とするフィルム封止構造を有する電池の製造方法。
請求項４記載のフィルム封止構造を有する電池の製造方法において、前記フィルム材溜め部に対応した凹部は、少なくとも前記上型及び下型の一方のフィルム封止部全てに設けられていることを特徴とするフィルム封止構造を有する電池の製造方法。
請求項４記載のフィルム封止構造を有する電池の製造方法において、前記フィルム材溜め部に対応した凹部は、前記上型及び下型の両方のフィルム封止部全てに設けられていることを特徴とするフィルム封止構造を有する電池の製造方法。
請求項３から請求項６のいずれか一項記載のフィルム封止構造を有する電池の製造方法において、前記封入工程の際、前記フィルムを振動させる工程を有することを特徴とするフィルム封止構造を有する電池の製造方法。