JP4453454B2 - Manufacturing method and manufacturing apparatus for laminate type secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、ラミネートフィルムにて発電要素が収納された電池(以下、「ラミネート型二次電池」とする)の製造方法及びそのための製造装置に関し、さらに詳細には、ラミネートフィルムのシール部分が強度的に安定した溶着構造となるラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a battery in which a power generation element is stored in a laminate film (hereinafter referred to as “laminated secondary battery”) and a manufacturing apparatus therefor, and more specifically, the sealing portion of the laminate film has a high strength. The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a laminate type secondary battery having a stable welding structure.
近年、ラミネート型二次電池は、携帯型PCや携帯電話を始めとする電子機器のみならず、ハイブリッド車や電気自動車の電源として注目されている。このラミネート型二次電池は、ラミネート外装体であるラミネートフィルムにて発電要素を封止し、その後に常温で電解液を注入するなどの工程を経て作製される。
ラミネート型二次電池は、図8に示すように、発電要素110と、その発電要素110に接した極端子111とを有し、これらが2枚のラミネートフィルム101によって上下から挟み込まれる。発電要素110は、両極シートにセパレータを挟んで捲回され、扁平状に形成されたものである。極端子111はラミネートフィルム101から突出するように配置され、金属箔の両面に樹脂がコーティングされたラミネートフィルム101は、挟み込んだ発電要素110の周囲が加熱溶着によって密封される。
In recent years, laminated secondary batteries have attracted attention as power sources for not only electronic devices such as portable PCs and mobile phones, but also hybrid vehicles and electric vehicles. This laminate type secondary battery is manufactured through steps such as sealing a power generation element with a laminate film as a laminate outer package, and then injecting an electrolyte at room temperature.
As shown in FIG. 8, the laminated secondary battery includes a
こうしたラミネート型二次電池の製造では、従来、ラミネートフィルム周縁部についてのシールを行う場合、例えば下記特許文献1に記載されたような方法がとられていた。図9及び図10は、同公報に記載された溶着方法を示した図である。これは、扁平形電池の製造を示したものであるが、その周囲の加熱溶着はラミネート型二次電池のラミネートフィルムの溶着にも利用される。
ここでは、正極端子板121の周縁部に樹脂層122が設けられ、台形部には正極131が配置され、その上にセパレータ132と負極133が積層されている。正極131、セパレータ132および負極133によって発電素子130が構成されている。そして、更にその上に周縁部に樹脂層123を設けた負極端子板124が重ねられている。
In the manufacture of such a laminate type secondary battery, conventionally, when sealing the periphery of the laminate film, for example, a method described in
Here, the resin layer 122 is provided on the peripheral edge of the
積層された正極端子板121や負極端子板124などは、その周縁部が下部金型140と上部金型としての加熱体150に挟み込まれ、所定の圧力で押さえ付けられている。そして、加熱体150には電流が流されて250℃に加熱され、樹脂層122,123が溶融して周縁部が溶着される。その後、加熱を停止して下部金型140と加熱体150との加圧状態を維持したまま低温空気噴射装置160,170から噴射される空気によって樹脂層122,123が冷却・固化される。
従って、ラミネート型二次電池の製造方法でも、ラミネートフィルムをシールする場合には、重ね合わされたラミネートフィルム101の周縁部が、同様に下部金型140と加熱体150に挟み込まれて加熱され、対面する両面が溶着した後に冷却される。
Therefore, even in the method of manufacturing a laminate type secondary battery, when sealing a laminate film, the peripheral portion of the laminated
こうした従来のラミネート型二次電池の製造方法では、冷却手段として低温空気噴射装置160,170を用いている。しかしながら、冷却時に加熱直後の熱をもった加熱体150によって溶着部が押さえ付けられたたままなので、樹脂層122,123を冷却するためには低温空気噴射装置160,170は加熱体150も同時に冷却しなければならず、エネルギーロスが大きかった。従って、低温空気噴射装置160,170を使用しても、加熱体150も含めて樹脂層122,123を瞬時に冷却することは困難であった。そして、こうした冷却の遅れは生産性を低下させる原因となっていた。
In such a conventional method for manufacturing a laminated secondary battery, the low-temperature
そこで、生産性を向上させるには、加熱溶着の後に加熱体150による押さえ付けを解除し、樹脂層122,123のある溶着部を低温空気噴射装置160,170によって冷却することが考えられる。しかしこれでは、溶融後の樹脂層が開放状態になってしまい、その状態で冷却を行うと、まだ溶融状態の樹脂層に剥がれや膨らみが生じてしまう。これでは、溶着部分の最終的な形状の安定性が悪くなり、また厚みにバラツキが生じてしまって強度低下を引き起こすことになる。ラミネートフィルムの溶着強度は、溶着厚みによって大きく左右されるからである。故に、ラミネートフィルムの溶着部の厚みの管理が溶着強度を管理する上で最も重要な点であり、厚みがばらついた状態では、製品の耐圧性能を保証することができなくなってしまう。
Therefore, in order to improve productivity, it is conceivable that after the heat welding, the pressing by the
このことから、加熱した加熱体150に代えて冷却用押付部材で加圧することも考えられるが、溶融直後の樹脂層を開放することは、その開放が一時的であったとしても樹脂層が膨らんでしまった状態で凝固してしまう。従って、冷却用押付部材への交換はラミネートフィルムの溶着部の厚みの管理が不十分になって、最終的な形状の安定性を損なうことになるため好ましい方法ではない。
以上の点から、従来よりラミネート型二次電池の製造方法では、生産性を向上させるべく瞬間的な冷却を行うことと、品質の良い製品を得るべく溶着後の加圧状態を維持して最終形状を安定性させることが望まれている。
From this, it is conceivable to pressurize with a cooling pressing member instead of the
In view of the above, in the conventional method of manufacturing a laminate type secondary battery, instantaneous cooling is performed to improve productivity, and the pressure state after welding is maintained to obtain a high quality product. It is desired to stabilize the shape.
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、溶着強度を安定させ、製造時間の短縮させるラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus of a laminate type secondary battery that stabilizes the welding strength and shortens the manufacturing time in order to solve such problems.
本発明に係るラミネート型二次電池の製造方法は、発電要素を挟み込んだ2枚のラミネート外装体の周縁部を重ね合わせ、その周縁部を加圧して挟み込んでおいた状態で加熱溶着してシールするものであって、前記周縁部の少なくとも一方の面はレーザ透過性部材で挟み込み、そのレーザ透過性部材を通してレーザ光を照射することにより前記周縁部を溶融する加熱工程と、前記加熱工程後もレーザ透過性部材による前記周縁部の挟み込みを継続することにより、その周縁部を冷却する冷却工程とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造方法は、前記ラミネート外装体の周縁部を一対のレーザ透過性部材で挟み込み、両面からレーザ光を照射するようにしたことを特徴とする。
The method for manufacturing a laminate type secondary battery according to the present invention includes a method in which the peripheral portions of two laminate outer bodies sandwiching a power generating element are overlapped, and the peripheral portions are pressed and sandwiched by heat welding in a state of being sandwiched. A heating step of sandwiching at least one surface of the peripheral portion with a laser transmitting member and irradiating a laser beam through the laser transmitting member to melt the peripheral portion, and after the heating step. A cooling step of cooling the peripheral edge by continuing to sandwich the peripheral edge by the laser transmitting member.
In addition, the method for manufacturing a laminate type secondary battery according to the present invention is characterized in that a peripheral portion of the laminate outer package is sandwiched between a pair of laser transmissive members and laser light is irradiated from both sides.
本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、発電要素を挟み込んだ2枚のラミネート外装体の周縁部を重ね合わせ、その周縁部を加圧して挟み込んでおいた状態で加熱溶着してシールするものであって、前記周縁部を挟み込む一対の押付部材のうち少なくとも一方がレーザ透過性押付部材であり、そのレーザ透過性押付部材を介して前記周縁部にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記押付部材に対して前記周縁部を加圧して挟み込むための加圧手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記周縁部を挟み込む一対の押付部材は両方がレーザ透過性押付部材であり、両方のレーザ透過性押付部材に対して前記レーザ照射手段が設けられたものであることを特徴とする。
An apparatus for manufacturing a laminate type secondary battery according to the present invention is a method in which the peripheral portions of two laminate outer bodies sandwiching a power generation element are overlapped, and the peripheral portions are pressed and sandwiched by heat welding in a state of being sandwiched. And at least one of a pair of pressing members sandwiching the peripheral portion is a laser transmissive pressing member, and a laser irradiation means for irradiating the peripheral portion with laser light through the laser transmissive pressing member; And pressurizing means for pressurizing and sandwiching the peripheral edge portion with respect to the pressing member.
Further, in the laminate type secondary battery manufacturing apparatus according to the present invention, both of the pair of pressing members sandwiching the peripheral edge portion are laser transmitting pressing members, and the laser irradiation means is applied to both laser transmitting pressing members. Is provided.
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記レーザ照射手段は、高出力半導体レーザを積層し、前記ラミネート外装体の周縁部に合わせた形状のレーザ光を照射するようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記レーザ透過性押付部材と前記レーザ照射手段とが重ねられ、そのレーザ透過性部材が、均一な厚さで形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記押付部材が、その一部が切り離されたものであること、又は一部に所定深さの溝が形成されたものであることを特徴とする。
Also, in the laminated secondary battery manufacturing apparatus according to the present invention, the laser irradiating means lays out a high-power semiconductor laser and irradiates a laser beam having a shape matching the peripheral edge of the laminated outer package. It is characterized by being.
In the laminated secondary battery manufacturing apparatus according to the present invention, the laser-transmitting pressing member and the laser irradiating means are stacked, and the laser-transmitting member is formed with a uniform thickness. It is characterized by that.
Moreover, in the apparatus for manufacturing a laminate type secondary battery according to the present invention, the pressing member is a part of which is cut off, or a part of which a groove having a predetermined depth is formed. It is characterized by.
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記レーザ透過性押付部材はその上に載せられた前記レーザ照射手段より横幅が広く形成され、前記レーザ照射手段からはみ出した部分で支持され、又は前記レーザ照射手段からはみ出した部分で前記加圧手段からの力が伝達されるようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記レーザ透過性押付部材は、レーザ透過性ガラスで形成されたものであることを特徴とする。
Further, in the laminated secondary battery manufacturing apparatus according to the present invention, the laser-transmitting pressing member is formed wider than the laser irradiation means placed thereon, and is supported by a portion protruding from the laser irradiation means. Alternatively, the force from the pressurizing means is transmitted at a portion protruding from the laser irradiation means.
In the laminate type secondary battery manufacturing apparatus according to the present invention, the laser transmissive pressing member is formed of a laser transmissive glass.
よって、本発明に係るラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置によれば、ラミネート外装体の周縁部をレーザ透過性押付部材で加圧し、そのレーザ透過性押付部材を透過させたレーザ光で加熱溶着させる。すなわち、レーザ透過性押付部材が、加熱工程からその後の冷却工程にかけて加圧手段になると同時に冷却手段としても機能する。そのため、連続してシール部分となる周縁部を押さえつけておけるので、溶着部の厚みを薄くすることができ、溶着強度を安定させて製品の耐圧性能を保証することができる。また、冷却手段として機能することにより冷却時間の短縮、すなわち製造時間の短縮を図ることができる。 Therefore, according to the method and apparatus for manufacturing a laminate type secondary battery according to the present invention, the peripheral portion of the laminate outer package is pressed with a laser transmitting pressing member, and the laser beam transmitted through the laser transmitting pressing member is used. Heat welding. That is, the laser-transmitting pressing member functions as a pressurizing unit from the heating step to the subsequent cooling step and also functions as a cooling unit. Therefore, since the peripheral edge part which becomes a seal part can be pressed down continuously, the thickness of the welded part can be reduced, the welding strength can be stabilized and the pressure resistance performance of the product can be guaranteed. Further, by functioning as a cooling means, the cooling time can be shortened, that is, the manufacturing time can be shortened.
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置では、レーザ照射手段を高出力半導体レーザを積層して形成するようにしているので、シール部分の形状で照射するように構成でき、スキャニングのための複雑な光学系などが必要なく、小型で簡素な構成とすることができ、しかもシール部に対して一度にレーザ光を照射するため、加熱溶着を短時間に行うことができる。また、レーザ透過性部材の厚さを均一にすることにより、安定した焦点距離を保った状態でレーザ照射を行うことができる。 Further, in the laminate type secondary battery manufacturing apparatus according to the present invention, since the laser irradiation means is formed by laminating high-power semiconductor lasers, it can be configured to irradiate in the shape of the seal portion, Therefore, a complicated and small optical system is not required, and a small and simple configuration can be obtained. Further, since laser light is irradiated onto the seal portion at a time, heat welding can be performed in a short time. Further, by making the thickness of the laser transparent member uniform, laser irradiation can be performed while maintaining a stable focal length.
次に、本発明に係るラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図1は、ラミネート型二次電池を示した斜視図である。
本実施形態のラミネート型二次電池1は、発電要素2がラミネートフィルム3に収納されている。その発電要素2は、正極の電極シートと負極の電極シートとをセパレータとともに重ね合わせて捲回させたものである。発電要素2を構成する各部材の具体例としては、例えば正極の電極シートとしてはコバルト酸リチウム、負極の電極シートとしては黒鉛化炭素材料、セパレータとしてポリエチレン等の樹脂、さらに電解液としてはリチウム塩を溶解させた有機溶媒である。
Next, an embodiment of a method and apparatus for manufacturing a laminated secondary battery according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a laminated secondary battery.
In the laminated
ここで、図2は、加熱溶着したラミネートフィルム3の断面を示した図である。ラミネートフィルム3は、基板としてアルミ層32があり、溶着面側にPP等の接着層(PP層)13が、そして反対の表面側にはポリアミド等の表面保護層(ナイロン層)11がそれぞれコーティングされている。ラミネートフィルム3は、PP層33同士を重ね合わせ、一つに溶融して接着させる。そして、発電要素2を包むようにして溶着されたラミネートフィルム3の周縁部3aからは、正極端子5および負極端子6が突出する。
Here, FIG. 2 is a view showing a cross-section of the heat-laminated
また、ラミネートフィルム3のシール部には、一部に安全弁部7が設けられている。この安全弁部7は、ラミネートフィルム3内の圧力が所定値(例えば、本形態では0.55±0.1MPa)に達すると、シールが裂けることで開弁する構造になっている。過充電状態になるとラミネートフィルム3内に電解液の分解ガスが充満し、ラミネートフィルム3内の圧力が上昇する。従って、ラミネートフィルム3内が所定圧にまで上昇した場合に、内部に充満したガスが決められた箇所、すなわち安全弁部7がら放出するように構成されている。そして、この放出されたガスは適切に回収できるようになっている。
Further, a
ラミネート型二次電池1を製造するには、先ず、正極および負極の電極シートとセパレータとが重ね合わされ、それらが扁平形状に捲回された発電要素2が用意される。そして、正極端子5が正極の電極シートに、負極端子6が負極の電極シートにそれぞれ取り付けられる。発電要素2は2枚のラミネートフィルム3に挟まれ、そのラミネートフィルム3の周縁部3aが加熱溶着によってシールされる。これにより発電要素2がラミネートフィルム3に収納された状態となる。
ただし、安全弁部7となる部分だけは溶着されずに開口した状態になっている。開口部から袋状になったラミネートフィルム3内に電解液を注入するためである。電解液の注入が行われると、その開口部は加熱溶着によって閉じられて安全弁7となる。その後は、充放電による蓄電池としてのコンディショニングなどが行われ、ラミネート型二次電池1が完成する。
In order to manufacture the laminate type
However, only the part which becomes the
ここで、図3は、第1実施形態のラミネート型二次電池の製造装置を概念的に示した斜視図である。
ラミネート型二次電池の製造装置10は、不図示の発電要素2を挟んで重ねられた2枚のラミネートフィルム3を載せる下側押付部材である下部金型11と、その下部金型11との間でラミネートフィルム3の周縁部3aを挟み込む押付ブロック12とが設けられ、更にその押付ブロック12の上には加熱ユニット13が載せられている。下部金型11、押付ブロック12及び加熱ユニット13は、安全弁部7を除くラミネートフィルム3の周縁部3aの形状に合わせて角形C形状をしている。そして、下部金型11の上面および押付ブロック12の下面は、挟み込んだラミネートフィルム3を均等な力で加圧できるように平面で形成されている。
Here, FIG. 3 is a perspective view conceptually showing the laminated secondary battery manufacturing apparatus of the first embodiment.
A laminated secondary
本実施形態のラミネート型二次電池の製造装置では、加熱手段として半導体レーザを使用することとし、そのため加熱ユニット13は半導体レーザを集積して構成している。加熱ユニット13を構成する半導体レーザは、例えば(株)日鐵テクノリサーチ社製の高出力半導体レーザが使用される。ここで、4図及び図5は、その高出力半導体レーザによって構成された加熱ユニット13の構造を示した斜視図である。
In the laminate type secondary battery manufacturing apparatus of the present embodiment, a semiconductor laser is used as the heating means. Therefore, the
加熱ユニット13は、図4に示すように、レーザダイオードバー51を基本構造とし、そのレーザダイオードバー51はヒートシンク52と一組になっている。レーザダイオードバー51からは、図示するように出射端面から複数のレーザ光50が等間隔で照射される。その出力されたレーザ光50は、伝播するにつれて広がっていくが、出射端近傍のレーザ光50はそのビーム形状が保存されているため、レンズなどを用いて集光する場合に比べ、任意にビーム形状を設計することができる。
As shown in FIG. 4, the
ヒートシンク52と組になったレーザダイオードバー51は、図5に示すように複数個が積層され、レーザダイオードアレイ53が構成される。従って、このレーザダイオードアレイ53からは、図示するように、複数のレーザダイオードバー51が重ねられてできた形状のレーザ光50が照射される。すなわち、図5示すレーザダイオードアレイ53は、3枚のレーザダイオードバー51が重ねられて長方形状をなし、レーザ光50もその形状に従って長方形状に照射される。
A plurality of laser diode bars 51 paired with the
加熱ユニット13は、ヒートシンク52と組になったレーザダイオードバー51が複数個が積層されて、レーザダイオードアレイ53が図3に示す形状に形成されたものである。そのため、加熱ユニット13からは、安全弁部7を除くラミネートフィルム3の周縁部3aの形状に合わせた角形C形状にレーザ光50が照射される。
一方、押付ブロック12は、加熱ユニット13から照射されたレーザ光50が透過して、下のラミネートフィルム3が加熱されるように、レーザ透過性ガラスで形成されている。そして、押付ブロック12は、加熱ユニット13からラミネートフィルム3までの照射距離が均一になるように、その厚さが全体にわたって均一に形成されている。
In the
On the other hand, the
次に、図6は、ラミネート型二次電池の製造工程を概念的に示した図である。製造装置10は、前述したように下部金型11、押付ブロック12及び加熱ユニット13が重ねられるが、下部金型11と押付ブロック12によるラミネートフィルム3の挟み込みなどは、押付ブロック12を上下させる加圧手段であるシリンダ15によって行われるように構成されている。すなわち、押付ブロック12はその上に搭載された加熱ユニット13よりも横幅が外側に広く形成され、加熱ユニット13には荷重がかからないように押付ブロック12にシリンダ15が連結されている。
Next, FIG. 6 is a diagram conceptually showing the manufacturing process of the laminated secondary battery. In the
ところで、シリンダ15からの力は、押付ブロック12を介してラミネートフィルム3の周縁部3aに対して均等にかかるようにする必要がある。従って、シリンダ15から押付ブロック12に対して均等に力が加わるように、シリンダ15の配置やシリンダ15と押付ブロック12との連結などに関して構成がとらる。しかし、図6に示した製造装置10では、その点を考慮せず、シリンダ15の動作が分かるように便宜的に示している。すなわち、本例では一対のシリンダ15が垂設して左右に配置され、それらがピストンロッドの伸縮作動により、押付ブロック12を上下に移動させ、且つ下部金型11への押し付けるように構成されている。加熱ユニット13はその押付ブロック12の上に搭載され、シリンダ15の伸縮作動に従って上下動するようになっている。
By the way, the force from the
そこで、こうして構成された製造装置10にれば、ラミネート型二次電池の製造方法、特にそのラミネートフィルム3の溶着は次のようにして行われる。
図1に示すラミネート型二次電池1を製造するには、前述したように、発電要素2が用意され、正極端子5及び負極端子6が電極シートにそれぞれ取り付けられ、2枚のラミネートフィルム3に挟まれる。ラミネートフィルム3は、それぞれ周縁部3aを残して上方又は下方に凹みが形成され、そこに発電要素2が入れられる。製造装置10には、図6(a)に示すようにラミネートフィルム3が上下に重ねられ、その周縁部3aが下部金型11の上に載せられた状態で配置される。このとき押付ブロック12と加熱ユニット13は、伸縮状態のシリンダ15によって上方の位置で待機している。
Therefore, according to the
In order to manufacture the laminate type
次に、シリンダ15が伸長作動し、図6(b)に示すように押付ブロック12及び加熱ユニット13が下降する。そして、シリンダ15からの力を受けた押付ブロック12が、下部金型11上のラミネートフィルム3の周縁部3aを加圧して挟み込む。ラミネートフィルム3は、そのシール部である周縁部3aが下部金型11と押付ブロック12とで押さえ込まれる。そうして、その状態のまま次に、図6(c)に示すように、加熱ユニット13からレーザ光50が照射される。
加熱ユニット13は、図5に示すようにレーザダイオードバー51が複数積層されて形成されたレーザダイオードアレイ53からなるものである。そして、その形状は角形C形状であるためレーザ光もその形状に合わせて照射され、ラミネートフィルム3の周縁部3aが加熱される。
Next, the
The
加熱ユニット13から照射されたレーザ光50は、レーザ透過性ガラスの押付ブロック12を透過してラミネートフィルム3に達する。ラミネートフィルム3の断面は、図2に示すように、上からナイロン層31、アルミ層32そしてPP層33である。そこで、そのナイロン層31側から照射されたレーザ光50は、波長が小さいためナイロン層31を透過してアルミ層32に吸収される。よって、本実施形態のように半導体レーザを利用した加熱ユニット13によれば、アルミ層32への吸収が高いため、効率良くアルミ層32を加熱することができる。そして、アルミ層32が加熱されることにより、熱伝導によって下のPP層33が溶融される。
The
加熱ユニット13からは一定時間だけレーザ光50が照射される。それによって、アルミ層32が加熱されたラミネートフィルム3は、直接重ね合わされた周縁部3aのPP層33同士が互いに溶融して溶着する。
こうして加熱溶着が行われると、本実施形態では、図6(d)に示すように、そのまま押付ブロック12を下部金型11側に押し付けた状態で冷却が行われる。レーザ透過性ガラスの押付ブロック12は、図6(c)の加熱工程でもレーザが透過するため、それ自身は加熱されることなく冷えたままである。
The
When heat welding is performed in this manner, in this embodiment, as shown in FIG. 6D, cooling is performed with the
そこで、続く冷却工程では押付ブロック12がヒートシンクとなり、ラミネートフィルム3の周縁部3aを押さえ付けているその押付ブロック12がシール部の溶着熱を奪っていく。なお、下側の下部金型11もヒートシンクになってラミネートフィルム3の周縁部3aから溶着熱を奪う。従って、下部金型11には熱伝導性の良い銅やアルミ等が適している。
この冷却工程により、周縁部3aが冷却されて凝固することによりラミネートフィルム3のシールが完了する。その後は、図6(e)に示すように、シリンダ15の収縮作動により押付ブロック12と加熱ユニット13が上昇して挟み込みが解除される。
Therefore, in the subsequent cooling step, the
By this cooling step, the
こうして発電要素2を収納したラミネートフィルム3は、開口した安全弁部7から電解液が注入された後、その安全弁部7が封止され、充放電を行うことで蓄電池としてのコンディショニングなどが行われてラミネート型二次電池1が完成する。
ところで、安全弁部7は、他の周縁部3aよりも溶着強度を低下させることが必要である。そこで、安全弁部7を封止する場合は環状の下部金型及び押付ブロックを用意し、安全弁部7に当該部分に浅い段差をつくって他の部分よりも加圧時の荷重が小さくなるようにする。これによって、同じように半導体レーザを使って加熱溶着した場合でも、安全弁部7の溶着厚みが厚くなり、溶着強度が低下して防爆弁として機能するようになる。
In this way, the
By the way, the
以上、本実施形態のラミネート型二次電池の製造装置10及び、同製造装置10によるラミネート型二次電池の製造方法を説明したが、こうした製造装置及び製造方法によれば次のような効果が得られる。
先ず、本実施形態では、ラミネートフィルム3の周縁部3aをレーザ透過性ガラスで形成した押付ブロック12で加圧し、その押付ブロック12を透過させたレーザ光で加熱溶着させるようにしている。すなわち、押付ブロック12が、加熱工程からその後の冷却工程にかけて加圧手段になると同時に冷却手段としても機能するようにしている。そのため、連続してシール部を押さえつけておけるので、溶着部の厚みを薄くすることができ、溶着強度を安定させて製品の耐圧性能を保証することができる。また、冷却手段として機能することにより冷却時間の短縮を図ることができる。
As described above, the laminate type secondary
First, in this embodiment, the
また、本実施形態では、押付ブロック12上に加熱ユニット13を重ねているが、その押付ブロック12の厚さを均一にすることにより、レーザダイオードバー51のレーザヘッドからラミネートフィルム3の周縁部3aまでの距離を一定に保つことができる。そのため、安定した焦点距離を保った状態でラミネートフィルム3にレーザ照射を行うことができる。そして、これによってシール部分を十分な溶融状態にすることができるとともに、シール部のシワや凹凸を防ぎ気密性と見た目の仕上がりを向上させることができる。
In the present embodiment, the
更に、本実施形態では、図5に示すようにレーザダイオードバー51を積層することにより加熱ユニット13を組み立てている。従って、加熱ユニット13は、レーザダイオードバー51の組み立てが可能な範囲で、図3に示すように角形C形状にするなど自由な形状にすることができる。そして、その加熱ユニット13では、その形状に応じたレーザ光50が照射できるため、溶着形状に合わせて形成することにより、スキャニングしたレーザ照射を行うよう必要はない。従って、本実施形態の製造装置10は、スキャニングのための複雑な光学系などが必要なく、小型で簡素な構成とすることができ、しかもシール部に対して一度にレーザ光を照射するため、加熱溶着を短時間に行うことができる。
Furthermore, in this embodiment, the
次に、図7は、第2実施形態のラミネート型二次電池の製造装置の概念的に示した斜視図である。前記実施形態では、重ね合わせたラミネートフィルム3の片面からのみレーザ光を照射して加熱溶着を行った。しかし、本実施形態の製造装置20は、両面からレーザ光を照射して加熱溶着を行うようにしたものである。
Next, FIG. 7 is a perspective view conceptually showing the laminated secondary battery manufacturing apparatus of the second embodiment. In the embodiment, heat welding was performed by irradiating laser light only from one side of the
本実施形態の製造装置20では、両面からレーザ光を照射して加熱溶着を行うため、ラミネートフィルム3を挟んで上下に同じ構成がとられている。すなわち、上下に押付ブロック21,22が配置され、押付ブロック21の上面には上加熱ユニット23が載せられ、押付ブロック22の下面には加熱ユニット24が取り付けられている。それぞれ上下の押付ブロック21,22及び加熱ユニット23,24は、安全弁部7を除くラミネートフィルム3の周縁部3aの形状に合わせ(図1参照)、角形C形状で形成されている。そして、押付ブロック21の下面および押付ブロック22の上面は、挟み込んだラミネートフィルム3の周縁部3aを均等な力で加圧できるよう平面で形成されている。
In the
押付ブロック21,22は、レーザ透過性ガラスで形成されたものあり、加熱ユニット23,24は、図5に示すようにレーザダイオードバー51を積層して形成されたものである。そして、押付ブロック21,22は加熱ユニット23,24よりも横幅が外側に広く形成され、加熱ユニット23,24に荷重がかからないように押付ブロック22が下から支持され、また押付ブロック21は、前記第1実施形態の押付ブロック12と同様にシリンダによって上方から力が加えられるように連結されている。
The
そこで、この製造装置20によるラミネート型二次電池1の製造方法は、図6に示して説明した前記実施形態の場合と同様に、重ね合わせたラミネートフィルム3の周縁部3aが加熱溶着され、正極端子5および負極端子6を突出して発電要素2が収納される。
その際、本実施形態では、ラミネートフィルム3の周縁部3aは押付ブロック21,22によって挟み込まれ、その状態で上下に配置された加熱ユニット23,24からレーザ光が照射される。加熱ユニット23,24から照射されたレーザ光は、それぞれレーザ透過性ガラスで形成された押付ブロック21,22を透過してラミネートフィルム3に達する。
Therefore, in the manufacturing method of the laminate type
At this time, in the present embodiment, the
ラミネートフィルム3に照射されたレーザ光は、波長が小さいため、図2に示すナイロン層31を透過し、アルミ層32に吸収される。そして、上下のアルミ層32が加熱されると、熱伝導によって重ね合わされたPP層33が溶融される。
シール部であるラミネートフィルム3の周縁部3aは、PP層33が互いに溶融して加熱溶着が行われた後は、そのまま押付ブロック21,22によって挟み込んだまま冷却が行われる。レーザ透過性ガラスの押付ブロック21,22は、加熱工程でもレーザ光が透過するため、それ自身は冷えたままである。従って、冷却工程では、上下の押付ブロック21,22がヒートシンクとなり、シール部であるラミネートフィルム3の周縁部3aから溶着熱を奪う。そして、ラミネートフィルム3の周縁部3aにおける溶着が冷却して凝固することによりシールが完了する。
Since the laser light applied to the
After the
以上、本実施形態のラミネート型二次電池の製造装置20及び、同製造装置20によるラミネート型二次電池の製造方法を説明したが、こうした製造装置及び製造方法によれば次のような効果が得られる。
すなわち、押付ブロック21,22が、加熱工程からその後の冷却工程にかけて加圧手段になると同時に冷却手段としても機能するようにしているため、連続してシール部を押さえつけておけるので、溶着部の厚みを薄くすることができ、溶着強度を安定させて製品の耐圧性能を保証することができる。
As described above, the laminate type secondary
That is, since the
また、本実施形態では、上下両方からレーザ光を照射して加熱するため、溶融時間を短縮することができた。しかも、押付ブロック21,22がシール部分を上下から冷却するため冷却時間も短縮することができ、全体として製造時間の短縮を図ることができた。
また、押付ブロック21,22に加熱ユニット23,24を重ねているが、その押付ブロック21,22の厚さを均一にすることにより、レーザダイオードバー51のレーザヘッドからラミネートフィルム3の周縁部3aまでの距離を一定に保つことができる。そのため、安定した焦点距離を保った状態でラミネートフィルム3にレーザ照射を行うことができる。そして、これによってシール部分を十分な溶融状態にすることができるとともに、シール部のシワや凹凸を防ぎ気密性と見た目の仕上がりを向上させることができる。
Moreover, in this embodiment, since it heats by irradiating a laser beam from both upper and lower sides, the melting time could be shortened. In addition, since the
Further, although the
更に、加熱ユニット23,24は、図5に示すようにレーザダイオードバー51を積層して組み立てられている。従って、角形C形状に形成された加熱ユニット23,24では、その形状に応じたレーザ光が照射されるため、溶着形状にすることによってスキャニングしたレーザ照射を行うようなことはない。従って、本製造装置20は、スキャニングのための複雑な光学系などが必要なく、小型で簡素な構成とすることができ、しかも接合部に対して一度にレーザ光を照射するため、加熱溶着を短時間に行うことができる。
Furthermore, the
以上、本発明に係るラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置について、その一実施形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では押付ブロック12,21,22としてレーザ透過性ガラスを使用したが、レーザ透過性があり冷却能力があるものであれば、これに限るものではない。
また、従来例のように低温空気噴射装置などを使用して積極的に冷却させるようにしてもよい。
As mentioned above, although one embodiment was shown and demonstrated about the manufacturing method and manufacturing apparatus of the lamination type secondary battery concerning the present invention, the present invention is not limited to this but various in the range which does not deviate from the meaning. It can be changed.
For example, although laser transmissive glass is used as the
Moreover, you may make it actively cool using a low temperature air injection apparatus etc. like a prior art example.
1 ラミネート型二次電池
3 ラミネートフィルム
3a 周縁部
10 製造装置
11 下部金型
12 押付ブロック
13 加熱ユニット
15 シリンダ
31 ナイロン層
32 アルミ層
33 PP層
50 レーザ光
51 レーザダイオードバー
52 ヒートシンク
53 レーザダイオードアレイ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記周縁部の少なくとも一方の面はレーザ透過性部材で挟み込み、そのレーザ透過性部材を通してレーザ光を照射することにより前記周縁部を溶融する加熱工程と、
前記加熱工程後もレーザ透過性部材による前記周縁部の挟み込みを継続することにより、その周縁部を冷却する冷却工程と、
を備えることを特徴とするラミネート型二次電池の製造方法。 In the manufacturing method of a laminate type secondary battery in which the peripheral portions of the two laminate outer bodies sandwiching the power generation element are overlapped, and the peripheral portions are pressurized and sandwiched by heat welding and sealing.
A heating step in which at least one surface of the peripheral portion is sandwiched between laser transmissive members, and the peripheral portion is melted by irradiating laser light through the laser transmissive member;
A cooling step of cooling the peripheral edge by continuing to sandwich the peripheral edge by the laser transmissive member even after the heating step;
A method for producing a laminated secondary battery, comprising:
前記ラミネート外装体の周縁部を一対のレーザ透過性部材で挟み込み、両面からレーザ光を照射するようにしたことを特徴とするラミネート型二次電池の製造方法。 In the manufacturing method of the laminate type secondary battery according to claim 1,
A method for producing a laminate type secondary battery, wherein a peripheral portion of the laminate outer package is sandwiched between a pair of laser transmissive members and laser light is irradiated from both sides.
前記周縁部を挟み込む一対の押付部材のうち少なくとも一方がレーザ透過性押付部材であり、そのレーザ透過性押付部材を介して前記周縁部にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記押付部材に対して前記周縁部を加圧して挟み込むための加圧手段とを備えることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。 In an apparatus for manufacturing a laminate type secondary battery in which the peripheral portions of two laminate outer bodies sandwiching a power generation element are overlapped, and the peripheral portions are pressed and sandwiched while being heat-welded and sealed,
At least one of the pair of pressing members sandwiching the peripheral portion is a laser transmissive pressing member, a laser irradiation means for irradiating the peripheral portion with laser light via the laser transmissive pressing member, and the pressing member And a pressurizing means for pressurizing and sandwiching the peripheral portion.
前記周縁部を挟み込む一対の押付部材は両方がレーザ透過性押付部材であり、両方のレーザ透過性押付部材に対して前記レーザ照射手段が設けられたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。 In the manufacturing apparatus of the laminate type secondary battery according to claim 3,
A pair of pressing members sandwiching the peripheral portion are both laser-transmitting pressing members, and the laser irradiation means is provided for both laser-transmitting pressing members. Battery manufacturing equipment.
前記レーザ照射手段は、高出力半導体レーザを積層し、前記ラミネート外装体の周縁部に合わせた形状のレーザ光を照射するようにしたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。 In the manufacturing apparatus of the laminate type secondary battery according to claim 3 or 4,
The apparatus for manufacturing a laminate type secondary battery, wherein the laser irradiating means is configured such that a high-power semiconductor laser is stacked and irradiated with a laser beam having a shape matched to a peripheral edge of the laminate outer package. .
前記レーザ透過性押付部材と前記レーザ照射手段とが重ねられ、そのレーザ透過性部材が、均一な厚さで形成されたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。 In the manufacturing apparatus of the laminate type secondary battery according to claim 5,
An apparatus for manufacturing a laminate type secondary battery, wherein the laser transmissive pressing member and the laser irradiating means are overlapped, and the laser transmissive member is formed with a uniform thickness.
前記押付部材は、一部が切り離されたものであること、又は一部に所定深さの溝が形成されたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。 In the laminated secondary battery manufacturing apparatus according to any one of claims 3 to 6,
An apparatus for manufacturing a laminate type secondary battery, wherein the pressing member is partly cut or formed with a groove having a predetermined depth.
前記レーザ透過性押付部材はその上に載せられた前記レーザ照射手段より横幅が広く形成され、前記レーザ照射手段からはみ出した部分で支持され、又は前記レーザ照射手段からはみ出した部分で前記加圧手段からの力が伝達されるようにしたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。 In the laminated secondary battery manufacturing apparatus according to any one of claims 3 to 6,
The laser transmissive pressing member is formed wider than the laser irradiation means placed thereon and is supported by a portion protruding from the laser irradiation means, or the pressing means at a portion protruding from the laser irradiation means A device for manufacturing a laminate type secondary battery, wherein the force from the power is transmitted.
前記レーザ透過性押付部材は、レーザ透過性ガラスで形成されたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。 In the laminated secondary battery manufacturing apparatus according to any one of claims 3 to 8,
The apparatus for manufacturing a laminated secondary battery, wherein the laser transmissive pressing member is formed of a laser transmissive glass.
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