JP6004112B2 - ラミネート型蓄電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は蓄電デバイスに関し、詳しくは、ラミネートフィルムを用いて形成したケース(ラミネートケース)内に蓄電要素が収容され、該蓄電要素に接続された外部端子が、ラミネートケースから外部に引き出された構造を有するラミネート型蓄電デバイスの製造方法に関する。
リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタなどに代表される高エネルギー密度の蓄電デバイスには、例えば、シート状の集電箔(アルミニウム箔または銅箔など)に、活物質(活性炭、リチウム複合酸化物、炭素など)を塗工することにより形成されたシート状の正極部材および負極部材を、両者の接触による短絡を防ぐためのセパレータを介して積層することにより構成された蓄電要素と、電解質とが、ラミネートフィルム(例えば、熱可塑性樹脂層間にアルミニウム箔を挟み込まれたラミネートフィルム)からなるラミネートケースに収容された構造を有する蓄電デバイス(ラミネート型蓄電デバイス)がある。
ところで、このような蓄電デバイスの1つとして、図6に模式的に示すように、電池要素101がラミネートフィルム102a,102bからなるラミネートケース102内に収容され、電池要素101と集電部材105を介して接続された外部端子103(正極端子103aおよび負極端子103b)がラミネートケース102から外部に引き出された構造を有する電池(ラミネート型電池)がある。
このような電池においては、外部端子103に対して、ラミネートケース102を構成するラミネートフィルム102a,102bを溶着させることにより、ラミネートケース102の、外部端子103が引き出されている部分を封止するようにしている。
そして、このような電池を製造する場合に、ラミネートケースの、外部端子103が引き出されている部分を封止する方法として、特許文献1には、例えば、図7に示すように、電池ケース180を構成する、熱可塑性樹脂からなるラミネートフィルム181と、外部端子130とを溶着する際に、外部端子130の端部の表裏両面側に加熱手段205,206を押し当て、外部端子130を介して熱可塑性樹脂からなるシーラント191を予め温め、その後、電池ケース180の端部の表裏両面側に、加熱されたプレス治具201,202を押し当て、ラミネートフィルム181をシーラント191を介して外部端子130に熱溶着させることにより、外部端子130の、電池ケース180からの引き出し部を封止する方法が示されている。
しかし、この方法の場合、外部端子に加熱手段(熱源)を押し当てるようにしているので、外部端子が損傷したり、あるいは、加熱手段(熱源)が押し当てられて外部端子が動くことによって、シーラントによる電池ケースの密封信頼性を低下させたり、外部端子の他端側(ラミネートケースの内部側)に接続されている部材(例えば正極用あるいは負極用の集電箔など)を損傷したりする場合がある。
また、特許文献2には、リード端子の所定の領域を覆うように配設された熱溶着シール材をホットエアーを吹き付けてあらかじめ加熱しておくことにより、ラミネートフィルムのシーラント層とリード端子の熱溶着シール材の一体熱溶着に要する時間を短くする方法(ホットエアー法)が示されている。
しかしながら、上記のホットエアー法は、熱風があたる部分が広範囲にわたるため、電池を構成するセパレータなどの部材が加熱され、損傷するおそれがある。さらに、ホットエアー法の場合、熱圧着用の加熱圧着手段の熱源と、エアを加熱するための熱源が、別途必要になり、設備コストやランニングコストの増大を招くという問題点がある。
本発明は、上記課題を解決するものであり、外部端子などの損傷を招くことがなく、また、外部端子やラミネートケースを構成するラミネートフィルム以外の、蓄電デバイスの構成部材を不必要に加熱することがなく、ラミネートフィルムを外部端子の被熱圧着領域に確実に熱圧着することが可能で、密封信頼性に優れた、信頼性の高い蓄電デバイスを効率よく製造することができる蓄電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のラミネート型蓄電デバイスの製造方法は、
ラミネートフィルムを用いて形成したラミネートケース内に蓄電要素が収容され、前記蓄電要素と電気的に接続された外部端子の一部が前記ラミネートケースの熱圧着部から外部に引き出された構造を有するラミネート型蓄電デバイスの製造方法であって、
前記ラミネートケースから引き出される前記外部端子を、ラミネートフィルムが熱圧着されるべき領域に位置させ、
前記外部端子の前記ラミネートケースから引き出された部分に対向して配設したヒータにより、前記外部端子を加熱し、
前記ラミネートフィルムが熱圧着されるべき領域を、加熱された熱圧着治具により、表裏両主面側から押圧し、前記ラミネートフィルムを前記外部端子に熱圧着することにより、前記ラミネートケースの前記熱圧着部を密封すること
を特徴としている。
ラミネートフィルムを用いて形成したラミネートケース内に蓄電要素が収容され、前記蓄電要素と電気的に接続された外部端子の一部が前記ラミネートケースの熱圧着部から外部に引き出された構造を有するラミネート型蓄電デバイスの製造方法であって、
前記ラミネートケースから引き出される前記外部端子を、ラミネートフィルムが熱圧着されるべき領域に位置させ、
前記外部端子の前記ラミネートケースから引き出された部分に対向して配設したヒータにより、前記外部端子を加熱し、
前記ラミネートフィルムが熱圧着されるべき領域を、加熱された熱圧着治具により、表裏両主面側から押圧し、前記ラミネートフィルムを前記外部端子に熱圧着することにより、前記ラミネートケースの前記熱圧着部を密封すること
を特徴としている。
また、本発明のラミネート型蓄電デバイスの製造方法においては、前記ラミネートフィルムを、シーラント層を介して前記外部端子に熱圧着するように構成されていることが好ましい。
本発明においては、ラミネートフィルムと外部端子との間に、両者の間のシールをより確実なものにするためにシーラント層を介在させるように構成することが可能であり、その場合には、ヒータの熱を外部端子を介してシーラント層およびラミネートフィルムに伝えることにより、熱圧着すべき部分を構成するシーラント層とラミネートフィルムを加熱(予熱)して、ラミネートケースの外部端子が引き出されている部分をより確実に密封することができる。
また、本発明のラミネート型蓄電デバイスの製造方法においては、前記外部端子の前記ラミネートケースから引き出された部分の表裏両面に対向するように前記ヒータを配置し、前記外部端子の表裏両面から前記外部端子を加熱するように構成されていることが好ましい。
ヒータは、外部端子のラミネートケースから引き出された部分の任意の部分の近傍に配設することが可能であるが、ラミネートケースから引き出された部分の表裏両面に対向するように配設することにより、外部端子と接していなくても、十分な熱量を供給することが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。
本発明のラミネート型蓄電デバイスの製造方法においては、ラミネートケースから引き出される外部端子を、ラミネートフィルムが熱圧着されるべき領域に位置させ、外部端子のラミネートケースから引き出された部分に対向して配設したヒータにより、外部端子を加熱し、ラミネートフィルムの熱圧着されるべき領域を、加熱された熱圧着治具により、表裏両主面側から押圧し、ラミネートフィルムを外部端子に熱圧着するようにしているので、ヒータが外部端子に接触して外部端子を損傷することを防止しつつ、ラミネートケースの熱圧着部を短時間で熱圧着して、確実な密封を行うことが可能になる。
また、ヒータを外部端子のラミネートケースから引き出された部分の近傍に位置させて加熱するようにしているので、ホットエアーを吹き付けて加熱する方法を用いた場合のように、温度を上昇させたくない部分を加熱することなく、ラミネートフィルムの熱圧着するのに必要な部分だけを確実に加熱することが可能になり、信頼性を向上させることができる。
また、ヒータにより外部端子を加熱しつつ、熱圧着を行うようにしているので、熱圧着のために加えた熱が外部端子を経て逃げることを防止して、効率よく熱圧着を行うことが可能になる。
また、ヒータの熱源と、熱圧着治具の熱源を同じにすることができるため、設備の構成を簡略化して、信頼性の向上とコストの低減を図ることができる。
なお、ラミネートフィルム間に外部端子を位置させた状態で、熱圧着治具によりラミネートフィルムを挟み込んで熱圧着する場合、外部端子は熱伝導率の高い金属であるために放熱量が大きく、外部端子からの放熱により熱圧着時の温度が低くなると、シール性が低下する。一方、シール性の低下を防止するために、熱圧着治具の熱源の温度を上げると、熱圧着部の温度が高くなり過ぎてラミネートフィルムを構成する熱可塑性材料が過剰に溶け、絶縁抵抗不良などを引き起こすという問題が発生する。また、低温で長時間の熱圧着を行うと、熱圧着に要する時間が長くなり、製造効率が低下するという問題がある。
これに対し、本発明によれば、外部端子からの放熱による温度低下が防止されるため、不必要に熱圧着治具の熱源の温度を上げることが不要になるとともに、熱圧着に要する時間が短くなり、効率よく信頼性の高い蓄電デバイスを製造することが可能になる。
これに対し、本発明によれば、外部端子からの放熱による温度低下が防止されるため、不必要に熱圧着治具の熱源の温度を上げることが不要になるとともに、熱圧着に要する時間が短くなり、効率よく信頼性の高い蓄電デバイスを製造することが可能になる。
以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
[実施形態]
図1は本発明の一実施形態にかかる蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)の構成を示す正面断面図、図2は平面図である。
また、図3は、本発明の一実施形態にかかる蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)を製造する場合の、ラミネートフィルムの熱圧着工程を示す要部拡大正面断面図である。
図1は本発明の一実施形態にかかる蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)の構成を示す正面断面図、図2は平面図である。
また、図3は、本発明の一実施形態にかかる蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)を製造する場合の、ラミネートフィルムの熱圧着工程を示す要部拡大正面断面図である。
本発明の実施形態にかかる蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)100は、図1に示すように、正極部材11と、負極部材12とを、セパレータ(袋状セパレータ)13を介して互いに対向するように積層してなる積層体(蓄電要素)10が、電解質14とともにラミネートケース(外包材)20内に収容された構造を有している。
そして、ラミネートケース20は、一対のラミネートフィルム20a,20bの周縁部どうしを熱圧着して接合し、熱圧着部が形成されている。
なお、ラミネートケース20を構成するラミネートフィルム20a,20bは、例えば、熱可塑性樹脂(ポリプロピレンなど)からなる外側の保護層と、アルミニウム箔からなるガスバリア層と、熱可塑性樹脂(ポリプロピレンなど)からなる内側の接着層とを積層して一体化した積層構造を有する材料(積層シート)である。
また、この蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)100は、複数の集電部材15を介して正極部材11と接続され、ラミネートケース20の一方端側から外部に導出された外部端子(正極端子)16(16a)と、同様に複数の集電部材15を介して負極部材12と接続され、ラミネートケース20の他方端側から外部に導出された外部端子(負極端子)16(16b)を備えている。
なお、この実施形態のリチウムイオン二次電池100において、ラミネートケース20から引き出される外部端子16(16a,16b)の被熱圧着領域Aと、ラミネートケース20を構成するラミネートフィルム20a,20bの端子通過領域Bとは、シーラント層30を介して熱圧着することにより密封されている。この端子通過領域Bはラミネートフィルム20a,20bの熱圧着部の一部である。
また、ラミネートケース20内に封入された電解質14としては、非水電解液が用いられており、この実施形態では、非水電解液として、支持塩を非水溶媒に溶解して調製したものが用いられている。なお、電解質は、ゲル状または固体状の電解質であってもよい。
次に、このリチウムイオン二次電池100の製造方法について、図1〜3を参照しつつ説明する。
(1)まず、複数の正極部材11と複数の負極部材12とがセパレータ13を介して交互に積層された構造を有し、かつ、集電部材15を介して外部端子16(16a,16b)が接続された積層体(電池要素)10を用意する。
この実施形態では、外部端子16(16a,16b)として、ラミネートフィルム20a,20bの端子通過領域Bと接する部分である被熱圧着領域Aを覆うように、熱溶着可能な樹脂(ポリプロピレン)からなるシーラント層30が配設された構造のものが用いられている。
なお、シーラント層30は、外部端子16(16a,16b)の被熱圧着領域Aを周回するように配設されている。
なお、シーラント層30は、外部端子16(16a,16b)の被熱圧着領域Aを周回するように配設されている。
(2)次に、ラミネートケース20を構成する一対のラミネートフィルム20a,20bを用意する。この実施形態では、ラミネートフィルム20a,20bとして、アルミニウム箔からなるガスバリア層の表裏両主面に、熱可塑性樹脂(ポリプロピレン)層が配設された構成のものが用いられている。
(3)そして、上記外部端子16(16a,16b)を備えた積層体(電池要素)10と、ラミネートフィルム20a,20bを、所定の位置関係となるように配置する。すなわち、ラミネートフィルム20a,20bの周縁部を熱圧着することにより形成されるラミネートケース20内に、積層体10が収納され、外部端子16(16a,16b)の一部が、ラミネートケース20から外部に引き出されるような態様で、外部端子16(16a,16b)を備えた積層体(電池要素)10と、ラミネートフィルム20a,20bをセットする。
(4)それから、ラミネートフィルム20a,20bの周縁部を互いに熱圧着する。ここで、ラミネートフィルム20a,20bの周縁部を互いに熱圧着するにあたっては、図3に示すように、熱圧着後に形成されることになるラミネートケース20から引き出される外部端子16(16a,16b)の被熱圧着領域Aの表裏両面に対向するように、ラミネートケース20を構成するラミネートフィルム20a,20bを位置させる。なお、外部端子16の被熱圧着領域Aには、上述のように、シーラント層30が配設されている。
それから、その状態で、外部端子16のラミネートケース20から引き出された部分の、上下両面側に、外部端子16と接触しないように配設したヒータ40(40a,40b)により、ラミネートフィルム20a,20bの、外部端子16の、ラミネートフィルム20a,20bが熱圧着されるべき領域である被熱圧着領域である被熱圧着領域Aの周囲領域である端子通過領域Bを加熱する。このとき、シーラント層30も加熱される。
そして、ヒータ40(40a,40b)により加熱(予熱)された、ラミネートフィルム20a,20bの端子通過領域Bを、所定の温度に加熱された熱圧着治具50(50a,50b)で、表裏両主面側から外部端子16に向かって押圧し、ラミネートフィルム20a,20bを,シーラント層30を介して外部端子16(の被熱圧着領域A)に熱圧着することにより、ラミネートケース20の端子通過領域Bを密封する。なお、このとき、ラミネートフィルム20a,20bの端子通過領域Bが、シーラント層30を介して、外部端子16の被熱圧着領域Bに熱圧着されるため、高い密封信頼性が得られる。
なお、実際には、ラミネートケース20には、電解質(非水電解液)を注入する必要があるため、ラミネートケース20を構成するラミネートフィルム20a,20bの周縁部のうちの一部(例えば、外部端子16が引き出されていない2辺のうちの1つの辺)を非水電解液を注入するための電解液注入口として開放状態のままにしておき、それ以外のラミネートケース20の周縁部を熱圧着(熱溶着)する。
(5)それから、上記電解液注入口からノズルを挿入して、ラミネートケース20の内部に非水電解液14(図1)を注入した後、電解液注入口として用いたラミネートケース20の外周部を封止することにより、図1に示すような構造を有する蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)100を得ることができる。
上記実施形態では、外部端子16のラミネートケース20から引き出された部分の近傍に、外部端子16と接触しないように配設したヒータ40(40a,40b)により、外部端子16を介して、ラミネートフィルム20a,20bの端子通過領域Bを加熱するとともに、加熱されたラミネートフィルム20a,20bの端子通過領域Bを、所定の温度に加熱された熱圧着治具50(50a,50b)により、表裏両主面側から押圧し、ラミネートフィルム20a,20bを外部端子16に熱圧着するようにしているので、ヒータ40(40a,40b)が外部端子16に接触して外部端子16を損傷することを防止しつつ、ラミネートケース20の端子通過領域Bを外部端子16に短時間で熱圧着して、確実に密封することが可能になる。
その結果、信頼性の高い蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)100を効率よく製造することが可能になる。
その結果、信頼性の高い蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)100を効率よく製造することが可能になる。
また、ヒータ(40a,40b)により外部端子16を加熱しつつ、熱圧着を行うようにしているので、熱圧着のために加えた熱が外部端子16を経て逃げることを防止することが可能になり、効率のよい熱圧着を行うことができる。
さらに、上記実施形態の方法によれば、ホットエアーを吹き付けて加熱する方法を用いた場合のように、温度を上昇させたくない部分を加熱することなく、ラミネートフィルム20a,20bを熱圧着するのに必要な部分だけを確実に加熱することが可能になり、信頼性を向上させることができる。
また、この実施形態では、外部端子16のラミネートケース20から引き出された部分の表裏両面に対向するようにヒータ40(40a,40b)を配置し、外部端子16の表裏両面から外部端子16を加熱するようにしているので、外部端子16と接していなくても、十分な熱量を供給することができる。
また、ヒータ40の熱源と、熱圧着治具50の熱源を同じにすることができるため、設備の構成を簡略化して、信頼性の向上とコストダウンを図ることができる。
[変形例]
図4は本発明の一実施形態にかかる蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)の変形例を示す正面断面図、図5は図4の蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)を製造する場合の、ラミネートフィルムの熱圧着工程を示す要部拡大正面断面図である。
図4は本発明の一実施形態にかかる蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)の変形例を示す正面断面図、図5は図4の蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)を製造する場合の、ラミネートフィルムの熱圧着工程を示す要部拡大正面断面図である。
上記実施形態では、実施形態では、ラミネートフィルム20a,20bをシーラント層30を介して外部端子16に熱圧着するようにした蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)の製造方法を例にとって説明したが、本発明は、図4に示すように、シーラント層を備えていない蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)を製造する場合にも適用することが可能であり、その場合も、上記実施形態1の場合に準じる効果を得ることができる。なお、図4において図1と同一符号を付した部分は、同一または相当する部分を示す。
なお、シーラント層を備えていない蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)を製造する場合にあたっては、例えば、図5に示すように、ラミネートケース20から引き出される外部端子16の、シーラント層を備えていない被熱圧着領域Aの表裏両面に対向するように、ラミネートケース20を構成するラミネートフィルム20a,20bを位置させする。
次に、外部端子16のラミネートケース20から引き出された部分の近傍に、外部端子16と接触しないように配設したヒータ40(40a,40b)により、外部端子16を介して、ラミネートフィルム20a,20bの端子通過領域Bを加熱する。
そして、その状態で、ラミネートフィルム20a,20bの端子通過領域Bを、所定の温度に加熱された熱圧着治具50(50a,50b)により、表裏両主面側から押圧し、外部端子16の被熱圧着領域Aに熱圧着する。
なお、その他の点については、上記実施形態の場合と同様に手順で、図4に示すような蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)を得ることができる。
なお、その他の点については、上記実施形態の場合と同様に手順で、図4に示すような蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)を得ることができる。
この変形例の場合も、ヒータ(40a,40b)を外部端子16に接触しないようにしているので、ヒータ(40a,40b)が外部端子16に接触して、外部端子16が損傷することを防止しつつ、ラミネートケース20の端子通過領域Bを確実に密封することができる。
なお、上記実施形態および変形例では、蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池を例にとって説明したが、本発明は、電池に限らず、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタなどにも適用することが可能である。
本発明は、さらにその他の点においても上記実施形態および変形例に限定されるものではなく、ラミネートケースや外部端子の具体的な形状や構造、ヒータや熱圧着治具の構成などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
10 積層体(電池要素)
11 正極部材
12 負極部材
13 セパレータ
14 電解質
16(16a,16b) 外部端子
15 集電部材
20 ラミネートケース
20a,20b ラミネートフィルム
30 シーラント層
40(40a,40b) ヒータ
50(50a,50b) 熱圧着治具
A 被熱圧着領域
B 端子通過領域
11 正極部材
12 負極部材
13 セパレータ
14 電解質
16(16a,16b) 外部端子
15 集電部材
20 ラミネートケース
20a,20b ラミネートフィルム
30 シーラント層
40(40a,40b) ヒータ
50(50a,50b) 熱圧着治具
A 被熱圧着領域
B 端子通過領域
Claims (3)
- ラミネートフィルムを用いて形成したラミネートケース内に蓄電要素が収容され、前記蓄電要素と電気的に接続された外部端子の一部が前記ラミネートケースの熱圧着部から外部に引き出された構造を有するラミネート型蓄電デバイスの製造方法であって、
前記ラミネートケースから引き出される前記外部端子を、ラミネートフィルムが熱圧着されるべき領域に位置させ、
前記外部端子の前記ラミネートケースから引き出された部分に対向して配設したヒータにより、前記外部端子を加熱し、
前記ラミネートフィルムが熱圧着されるべき領域を、加熱された熱圧着治具により、表裏両主面側から押圧し、前記ラミネートフィルムを前記外部端子に熱圧着することにより、前記ラミネートケースの前記熱圧着部を密封すること
を特徴とするラミネート型蓄電デバイスの製造方法。 - 前記ラミネートフィルムを、シーラント層を介して前記外部端子に熱圧着するように構成されていることを特徴とする請求項1記載のラミネート型蓄電デバイスの製造方法。
- 前記外部端子の前記ラミネートケースから引き出された部分の表裏両面に対向するように前記ヒータを配置し、前記外部端子の表裏両面から前記外部端子を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載のラミネート型蓄電デバイスの製造方法。
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