JP4702969B2

JP4702969B2 - 薄型電池の製造方法

Info

Publication number: JP4702969B2
Application number: JP28294599A
Authority: JP
Inventors: 俊也照井; 保彦保科; 元高山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2019-10-04
Also published as: JP2001110374A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高容量化および小形化に対応した薄型電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば携帯電話機、もしくは携帯型ノートパーソナルコンピューターなどの電子機器のコードレス化に当たっては、駆動電源として使用される二次電池について、高容量化、小形化、軽量化などが求められている。そして、この種の二次電池としては、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池が一般的であるが、最近では、さらに軽量化を図ることができる薄型電池に関心が払われている。
【０００３】
すなわち、正極層、ポリマ−電解質層および負極層を重ね合わせ、熱・圧着により電池要素をシート状に一体化構成し、各電極端子（リード端子）を導出させながら外装フイルムで液密に封装して成るシート状のポリマー電池（ポリマー電解質二次電池）が開発されつつある（たとえば米国特許第 5,296,318号明細書）。
【０００４】
ここで、正極層はリチウムイオンを吸蔵、放出する炭素質材料（たとえばポリアニリン、ポリアセン）および組成式 LiCoO₂で示されるリチウムコバルト複合酸化物を含有する正極シートである。また、負極層はリチウムイオンの吸蔵、放出が可能な活物質を含むリチウム金属、炭素質およびリチウム合金系シートである。なお、正極層および負極層は、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するとともに、集電体を有している。
【０００５】
図４は、従来の薄型電池の要部構成を断面的に示したものである。図４において、１は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と、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）、２はリチウムイオンを吸蔵、放出する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、３は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である。なお、ポリマ−電解質系１、正極２および負極３の積層体は、電極要素を形成する。
【０００６】
また、４，５は前記正極２および負極３の裏面側を被覆保護する外装フイルム（シート）、たとえばポリイミド樹脂などの熱可塑性樹脂層であり、正極２および負極３の各集電体に電気的に接続するリード端子2a，3aを導出しながら、対向端縁部4a，5aを熱溶着などさせて気密に封着してある。
【０００７】
そして、外装フイルム４，５の対向端縁部4a，5aの熱溶着は、たとえば図５(a) に要部構成を斜視的に、また、図５(b) 押圧端面を平面的に、それぞれ示すように、前記対向端縁部4a，5aに、押圧端面6a，6a′が長方形に設定された加熱型加圧具６，６′を位置決め配置し、長方形の押圧端面6a，6a′で熱押圧して行っており、さらに、要すれば、前記熱溶着した領域の一部を切断除去し、薄型電池の外形加工を行っている。
【０００８】
なお、外装フイルムによる電極要素の封装（封止）は、上記のように２枚の外装フイルム４，５で挟み、各外端縁部を熱溶着により封装する４方シール包装、１枚の外装フィルムを筒状化し、この筒状体内に電極要素を位置決め配置して両端部を熱溶着により封装するビロー包装、あるいは１枚の外装フィルムを折り曲げ、電極要素を挟み開口端縁部を熱溶着により封装する３方シール包装などがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ポリマー電池の製造方法の場合、次のような不都合がある。すなわち、外装フイルム４，５の対向端縁部4a，5aを加熱型加圧具６，６′で押圧し、対向端縁部4a，5aを熱溶着する段階で、溶融した樹脂の食み出しなどが往々発生する。
【００１０】
そして、この溶融樹脂の食み出しは、薄形電池の外観などを損なうだけでなく、薄形電池の外形・寸法の変動やバラツキを招来し、仕様管理ないし品質管理の上で問題を提起する。特に、リード端子2a，3aを封止・導出する辺は、対応機器に対し薄形電池を装着する際、信頼性の高い電気的・機械的な接続に影響する。
【００１１】
さらに言及すると、上記熱溶着段階における溶融樹脂の食み出しによって、リード端子2a，3aが折り曲げられ、隣接するリード端子2a，3aが接触を起こし易い状態を採ったり、あるいは対応機器類に対する接続操作が煩雑化する恐れもある。このように、前記リード端子2a，3aの封止・導出辺における樹脂食み出し（外形寸法の変動・バラツキ）は、使用上由々しい問題の提起が懸念される。
【００１２】
上記溶融樹脂の食み出し対策としては、溶融食み出した樹脂の切削除去やリード端子2a，3aの整形などの手段もあるが、熱溶着・封止作業が結果的に煩雑化し、コストアップを招来するともに、生産性が大幅に損なわれる。
【００１３】
本発明は、上記事情に対処してなされたもので、軽量、高容量の薄型電池を歩留まりよく得ることができる製造方法の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、薄板状の電極要素を外装フィルムで被覆する工程と、前記電極要素のリード端子を導出させて前記外装フィルムの対向端縁部に加熱型加圧具を位置合わせして配置する工程と、前記加熱型加圧具で押圧して前記外装フィルムの前記対向端縁部を熱溶着して気密に封止する工程とを有する薄型電池の製造方法であって、前記封止する工程では、前記外装フィルムを全周にわたって熱溶着するときに、前記外装フィルムにおける前記対向端縁部上の前記リード端子を導出させている近傍の領域において、前記外装フィルムの外端側の一部を避けて押圧できる端面凸型の加熱型加圧具を用いることを特徴とする薄型電池の製造方法である。
【００１５】
請求項２の発明は、薄板状の電極要素を外装フィルムで被覆する工程と、前記電極要素のリード端子を導出させて外装フィルムの対向端縁部に加熱型加圧具を位置合わせして配置する工程と、前記加熱型加圧具で押圧して前記外装フィルムの前記対向端縁部を熱溶着して気密に封止する工程とを有する薄型電池の製造方法であって、前記リード端子を導出する領域近傍の先端縁部の一部を避けて押圧できる端面凸型の加熱型加圧具で押圧し、押圧を避ける前記先端縁部の一部は、導出する前記リード端子に隣接していることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１もしくは請求項２記載の薄型電池の製造方法において、前記外装フィルムは、前記電極要素と対向する面に熱溶着性の樹脂層を有し、かつ金属箔を内層する多層型のフィルムであることを特徴とする。
【００１７】
請求項１〜３の発明において、薄板状の電極要素は、一般的に、いわゆるリチウム電池、もしくはリチウムイオン電池と呼称されるもので有る。また、電極要素を封止する外装フィルムは、たとえば厚さ10〜 150μm 程度のポリイミド系樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム、アラミド樹脂フィルム、あるいは薄い金属箔を内層した多層型フィルムなどが挙げられる。
【００１８】
また、外装フィルムの対向端縁部に、位置合わせ・配置する加熱型加圧具は、熱圧着する外装フィルムの端縁部に対応した押圧端面を有するもので、その基本的な構造は、この種の薄型電池の製造に使用される加熱型加圧具に準じたものである。
【００１９】
すなわち、薄型電池の形状および熱溶着・封止部に対応した押圧端面を備えた加熱型加圧具であるが、リード端子を導出する外装フィルムの端縁部領域に対応する押圧面の一部が、前記端縁部の先端（外端側）の一部を避けて選択的に押圧できるように、押圧面を凸型（もしくは凹型）化してある点で特徴付けられる構成を成している。
【００２０】
そして、外装フィルム端縁部の熱溶着・封止に当たっては、加熱型加圧具の押圧端面に対し、外装フィルムの端縁部をコンパクト化などを損なわない程度で、かつ所定寸法・形状を採るように設定する。ここで、熱溶着・封止領域の幅は、外装フィルムの材質（熱溶着し易いか否かなど）、構造（ラミネート型か否かなど）、厚さなどによっても異なるが、一般的には、 3〜 8mm程度である。
【００２１】
請求項１〜３の発明では、外装フィルムの対向端縁部を加熱型加圧具の押圧端面で押圧し、対向端縁部を熱溶着して電極要素を気密に封止する際、特に、リード端子を導出する領域辺においては、外端側の一部を非圧着（非押圧）に設定し、加熱、押圧で食み出す溶融樹脂量をコントロールする。
【００２２】
すなわち、薄形電池の装着基準となるリード端子を導出する領域辺では、外端側の一部が非圧着部に設定されるので、少なくとも非圧着部での樹脂溶融が抑制・抑止される。したがって、その分、溶融樹脂の食み出しが低減され、逆に、非圧着部が溶融樹脂の滞留領域として機能し、外装フィルムの端縁部が所要の基準線を保持する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１(a) 〜(c) 、図２(a) ，(b) および図３(a) ，(b) を参照して実施例を説明する。
【００２４】
アルミニウム製ラスメタルから成る多孔質集電体の一端部に、長さ10mmの未塗工部を残しながら、ナイフコーターを用いて、正極用ペーストを塗工し、乾燥空気で乾燥を行った。その後、正極用ペースト塗工部分の外形寸法30×20mm、未塗工分の寸法長さ 5mm、幅 5mmに裁断し、両面に電解液未含浸正極層を有する一方、端子部と成る未塗工部分が突設（延設）されたシート状正極を作製した。
【００２５】
銅製ラスメタルから成る多孔質集電体の一端部に、長さ10mmの未塗工部を残しながら、ナイフコーターを用いて、負極用ペーストを塗工して、乾燥空気で乾燥を行った。その後、負極用ペースト塗工部分の外形寸法32×22mm、未塗工部分の寸法長さ 5mm、幅 5mmに裁断し、両面に電解液未含浸負極層を有する一方、端子部と成る未塗工部分が突設（延設）されたシート状負極を作製した。
【００２６】
平滑なガラス板面に電解質用ペーストを塗工し、乾燥空気で乾燥を行った。その後、ガラス板から剥がして外形寸法32×22mmに裁断し、電解液未含浸固体ポリマー電解質素材を作製した。
【００２７】
上記作製した固体ポリマー電解質素材の両主面側に、シート状負極およびシート状正極を位置決め積層した後、 130℃に加熱した剛性ローラ間を通過させ、加熱加圧して多数個のユニットセルを作製した。その後、各ユニットセルをメタノール中に浸漬し、シート状正極、シート状負極および固体ポリマー電解質素材中のジブチルフタレートを溶出・除去し、多孔質構造化させた。
【００２８】
次いで、前記多孔質構造化させたユニットセルの端子部を成す集電体突設（延設）部に、外部端子を成す厚さが 0.1mmのアルミニウム箔片（リード端子）、厚さが 0.1mmの銅箔片（リード端子）を溶接などにより、機械的および電気的に接合する。
【００２９】
一方、厚さ50μm 程度の酸変性ポリプロピレン樹脂フィルム、厚さ15μm 程度のポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、厚さ20μm 程度のアルミニウム箔、および厚さ15μm 程度のポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムを積層・一体化して成る厚さ 0.1mm，外形寸法 120×43mmの多層形外装フィルムを用意する。
【００３０】
ここで、多層形外装フィルムは、酸変性ポリプロピレン樹脂フィルム面を内側にして、断面長方形の筒体を成すように折り曲げ、重ねた端縁同士を熱融着したものである。なお、外装フィルムは、長辺方向の中央部で折り曲げ（折り返し）て、ユニットセルを位置決め・配置し挟むことができる構成であってもよい。
【００３１】
次いで、前記多層形外装フィルム筒体内面に、前記ユニットセル（電池要素部）延出させたリード端子を一端開口部から導出させて、ユニットセルを位置決め・配置する。その後、リード端子を導出させた外装フィルムの一端開口部を熱圧着し、外装フィルムの一部を成す樹脂層の溶融により封止する。
【００３２】
図１(a) ，(b) ，(c) は、ユニットセルを内装した多層形外装フィルムの一端開口部を熱圧着する状態を模式的に示す斜視図である。図１(a) 〜(c) において、６，６′は加熱型加圧具であり、ユニットセルから延出されたリード端子2a，3aを導出する外装フイルム４の対向端縁部4a，4a′を押圧する押圧端面6b，6b′を備えている。
【００３３】
ここで、加熱型加圧具６，６′の押圧端面6b，6b′は、リード端子を導出する外装フィルム４の端縁部領域4a，4a′に対応する押圧端面6b，6b′の一部が、前記端縁部の先端（外端側）の一部を避けて選択的に押圧できるように、押圧端面6b，6b′を凸型（もしくは凹型）化している。つまり、対向端縁部領域4a，4a′を加熱型加圧具６，６′の押圧端面を6b，6b′で押圧したとき、先端側に、一部が熱溶着を起こさないおい対向端縁部4a，4a′が残り、溶融した樹脂の食み出しを生じない部分が形成されるようにしてある。
【００３４】
上記加熱型加圧具６，６′に、図１(b) に図示するように、ユニットセルを内装した外装薄型電池本体７を位置決めセットし、加熱型加圧具６，６′を駆動して、外装薄型電池本体７の一開口端の対向端縁部4a，4a′を押圧端面6b，6b′で押圧する。この押圧端面6b，6b′による対向端縁部4a，4a′の押圧では、リード端子2a，3a間の領域で先端側（外端側）が非圧着となり、この部分では熱融着状態を採らない。
【００３５】
したがって、図１(c) に図示するように、この非圧着領域での溶融樹脂の食み出しは起こらず、対向端縁部4a，4a′外端側の一部は、当初の対向端縁部4a，4a′の外端線を維持する（基準線の確保）ことになる。
【００３６】
なお、図２(a) は、前記加熱型加圧具６，６′による押圧状態を拡大して模式的に示したものであり、また、図２(b) は、押圧端面6b，6b′の形状を示す平面図である。
【００３７】
次いで、上記リード端子2a，3aの導出辺を熱融着封止した外装薄型電池本体７内に、前記非水電解液を注入する。この非水電解液注入後、外装薄型電池本体７の他開口部（リード端子の延出・導出部と反対側）の対向端縁部4b，4b′を、前記加熱型加圧具６，６′の押圧端面6b，6b′で押圧し、対向端縁部4b，4b′辺の熱融着・封止を行う。なお、この対向端縁部4b，4b′辺の熱融着・封止に当たっては、通常、使用されている押圧端面が長方形（一般的なシーリングバー型）で行ってもよい。
【００３８】
上記では、ユニットセルの外装フィルムによるを封装を、ビロー包装型で行った例を示したが、３方シール包装型、４方シール包装型の場合でも同様であり、また、加熱型加圧具６，６′の押圧端面6b，6b′の形状も、図３(a) ，(b) にそれぞれ平面的に例示するように、リード端子2a，3aを導出する領域、あるいはリード端子2a，3aを導出する領域以外の領域を非圧着部とする形状であってもよい。
【００３９】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。たとえば、電池要素の構成において、シート状正極、固体ポリマー電解質素材（セパレータシート）、およびシート状負極の対に設定してもよいし、また、複数個のユニットセルを積層した構成を採ることもできる。さらに、外装樹脂フィルムも例示以外の多層型あるいは単層型でもよい。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１〜３の発明によれば、少なくともリード端子を導出する領域辺においては、外端側の一部を非圧着（非押圧）に設定し、加熱・押圧で食み出しす溶融樹脂量がコントロールされる。つまり、薄形電池の装着基準となるリード端子を導出する領域辺には、外端側の一部が非圧着部に設定され樹脂溶融が抑制・抑止される。
【００４１】
そして、その分、溶融樹脂の食み出しが低減され、逆に、非圧着部が溶融樹脂の滞留領域として機能し、外装フィルムの端縁部が所要の基準線を保持する。したがって、装着・使用時を考慮した仕上げ作業など省略でき、その分生産性の向上を図れるだけでなく、信頼性の高い装着・接続が可能な薄型電池を容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a) ，(b) ，(c) は実施例に係る製造方法の実施態様の要部を工程順に模式的に示す斜視図。
【図２】 (a) は図１(b) 図示の実施態様を拡大して示す斜視図、(b) は使用する加熱型加圧具の押圧端面形状を示す平面図。
【図３】 (a) ，(b) は加熱型加圧具の他の押圧端面形状をそれぞれ示す平面図。
【図４】従来の薄型電池の概略構成を示す断面図。
【図５】 (a) は従来の実施態様を拡大して示す斜視図、(b) は従来使用している加熱型加圧具の押圧端面形状を示す平面図。
【符号の説明】
１……ポリマ−電解質系（セパレーター）
２……正極
2a……正極リード端子
３……負極
3a……負極リード端子
４，５……外装フイルム（シート）
4a，5a……リード端子導出辺（対向端縁部）
６，６′……加熱型加圧具
6a，6a′，6b，6b′……加熱型加圧具の押圧端面
７……外装薄型電池本体

Claims

薄板状の電極要素を外装フィルムで被覆する工程と、
前記電極要素のリード端子を導出させて前記外装フィルムの対向端縁部に加熱型加圧具を位置合わせして配置する工程と、
前記加熱型加圧具で押圧して前記外装フィルムの前記対向端縁部を熱溶着して気密に封止する工程とを有する薄型電池の製造方法であって、
前記封止する工程では、前記外装フィルムを全周にわたって熱溶着するときに、前記外装フィルムにおける前記対向端縁部上の前記リード端子を導出させている近傍の領域において、前記外装フィルムの外端側の一部を避けて押圧できる端面凸型の加熱型加圧具を用いる
ことを特徴とする薄型電池の製造方法。
薄板状の電極要素を外装フィルムで被覆する工程と、
前記電極要素のリード端子を導出させて外装フィルムの対向端縁部に加熱型加圧具を位置合わせして配置する工程と、
前記加熱型加圧具で押圧して前記外装フィルムの前記対向端縁部を熱溶着して気密に封止する工程とを有する薄型電池の製造方法であって、
前記リード端子を導出する領域近傍の先端縁部の一部を避けて押圧できる端面凸型の加熱型加圧具で押圧し、
押圧を避ける前記先端縁部の一部は、導出する前記リード端子に隣接している
ことを特徴とする薄型電池の製造方法。
前記外装フィルムは、前記電極要素と対向する面に熱溶着性の樹脂層を有し、かつ金属箔を内層する多層型のフィルムであることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の薄型電池の製造方法。