JP6373208B2 - 薄型電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に代表されるようにラミネートシートを外装体とする偏平状をなす薄型電池の製造方法に関する。

金属層の表面に樹脂層を備えたラミネートシート二枚を重ね合わせた状態で周囲を溶着することによって形成した袋状の外装体内部に、正極および負極の電極板（導電箔上に正極活物質が塗布された正極板および導電箔上に負極活物質が塗布された負極板）とセパレータとを順次積層して形成された発電要素を電解質とともに収容して封止し、発電要素に接続した出力端子としての正負極タブを外装体外部に導出した偏平状のいわゆる薄型二次電池が知られている。

このような薄型電池の製造工程において、例えば特許文献１に記載されているように、開口を有する箱体（ハウジング）の内部が可動式の仕切り板（スペーサ）により複数のスロット部に仕切られたマガジンを用い、該マガジンの各スロット部に対して薄型電池を縦置き姿勢で挿入して整列保持した後に、仕切り板同士の間隔を縮小化することで各スロット部に挿入支持されている薄型電池を一斉に加圧することが行われている。

そして、薄型電池の量産工程においては、薄型電池をいわゆる平置き姿勢とした場合に比べて上記のような縦置き姿勢の方が何かと好都合であることから、加圧工程以外の各種の加工工程においても、仕切り板が可動式であるか否かにかかわらず、複数種類のマガジンを使い分けながら複数の薄型電池を縦置き姿勢で整列した状態で所定の加工や作業を施したり、あるいは工程間移送を行うことが試みられている。この場合において、加工工程ごとにマガジンを使い分けることで、マガジンへの薄型電池の挿入と取り出しとが何回か繰り返されることになる。

特開２０１２−３９５０号公報

しかしながら、薄型電池をマガジンの各スロット部に挿入する際に、各スロット部を隔離している両側の仕切り板と薄型電池の表裏両面とが平行にならないと、薄型電池と仕切り板との偏った接触によって薄型電池に擦れ等のダメージを与えてしまうおそれがあった。

より具体的には、薄型電池はその平面視において中央部に発電要素が収容されている一方、周縁部では二枚のラミネートシート同士が直接突き合わされた溶着部となっていて、その溶着部は発電要素が収容されている中央部に比べて極端に薄肉状のものとなっている。そのため、仕切り板で仕切られたマガジンのスロット部に薄型電池を挿入する際に、スロット部の開口に対して薄型電池が傾斜姿勢であると、薄型電池の周囲の溶着部が仕切り板等のマガジン各部への接触し、さらにそのまま薄型電池をスロット部内に挿入すると、薄型電池にダメージを与えてしまうおそれがあった。なお、ここでの傾斜姿勢とは、薄型電池の表裏面が各スロット部の仕切り板に対して傾斜する薄型電池の傾斜を問題としている。

本発明者の考察では、薄型電池の周縁部のうちでも特に縦置き姿勢において荷重がかかる下側の溶着部の負担が大きく、その下側の溶着部の長手方向両端の角隅部がマガジンとの接触によってカールしてしまい、この状態からさらに薄型電池をスロット部に挿入することで、薄型電池のダメージを助長しているものと推測される。そして、この溶着部の角隅部のカールの度合い、およびそれに起因する薄型電池へのダメージの度合いは、マガジンに対する薄型電池の挿入と取り出しを繰り返すほど顕著となる。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、薄型電池の周囲の溶着部の角隅部に起因する二次的不具合の発生を未然に防止できるようにした薄型電池の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、金属層の表面に樹脂層を備えたラミネートシートで形成された袋状の外装体内部に、電極板とセパレータとを順次積層して形成された発電要素を電解質とともに収容して封止してなる偏平形状の薄型電池を製造する方法であって、方形状の二枚のラミネートシートの周縁部同士を重ね合わせた状態でその周縁部の少なくとも三辺を溶着して溶着部を形成することにより袋状の外装体を形成するとともに、その外装体の内部に発電要素を収納して電池構造体とする溶着工程と、上面が解放された筐体の内部が仕切り板により所定の間隔で複数のスロット部に仕切られているマガジンを用い、外装体の前記少なくとも三辺に形成した溶着部のうちの一辺の溶着部を挿入始端部側としてそれぞれのスロット部に対し電池構造体を個別に挿入して整列する整列工程と、を含んでいる。

その上で、さらに、上記溶着工程の後であって且つ上記整列工程に移行する前に、電池構造体の外装体のうちスロット部への挿入始端部側となる溶着部の長手方向両側の角隅部を挿入方向に対して傾斜した角度で切断する切断工程を含んでいるものである。

本発明によれば、溶着工程の後であって且つ上記整列工程に移行する前に、外装体のうち溶着部の長手方向両側の角隅部を挿入方向に対して傾斜した角度で切断してしまうことにより、従来のように当該部位がカールしてしまうこともなければ、それに起因する薄型電池へのダメージも未然に防止することができ、薄型電池の品質向上に寄与することができる。

薄型電池の一例としてリチウムイオン二次電池の概略構造を示す説明図。 図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面説明図。 図１に示した薄型電池における四周の溶着部の詳細を示す説明図。 本発明に係る薄型電池の製造方法の第１の実施の形態を示す図で、全体の製造工程の概略を示す工程説明図。 図４の電解液注液工程で使用されるマガジンの構成説明図。 図５のＢ方向矢視図。 図５の正面説明図。 図７の要部拡大説明図。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、図７と同等部位の正面説明図。

図１〜８は本発明に係る薄型電池の製造方法を実施するためのより具体的な形態を示していて、特に図１は薄型電池の一例としてリチウムイオン二次電池の概略構造を、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図を示している。

図１，２に示す薄型電池１は、矩形状または長方形状の正極板と負極板およびセパレータを交互に複数組積層してなる発電要素２を、アルミニウム等の金属層３ａの表裏両面に例えばポリエチレン系等の樹脂層３ｂが形成された矩形状または長方形状の上下二枚のラミネートシート４，５で上記積層方向の表裏両面側から挟むようにして包囲するとともに、上記ラミネートシート４，５の周縁部同士を重合させ、ラミネートシート４，５の長辺側および短辺側の四周の重合部に熱溶着を施して溶着部７ａ〜７ｄを形成して封止したもので、溶着部７ｄからは正負の端子板（タブまたはリード端子）８，９が外部に突出している。発電要素２を包囲している二枚のラミネートシート４，５は外装体６として機能する。なお、上記ラミネートシート４，５による収容空間には発電要素２とともに電解液（電解質）が封入される。また、図２では、構造の理解を容易にするために、発電要素２の構成要素である正極板や負極板、さらには外装体６であるラミネートシート４，５等の厚みを一部誇張して描いてある。

図３の下側の図は図１，２の薄型電池１として仕上げられる前の中間製品Ｗを示していて、外装体６の四周の溶着部７ａ〜７ｄの外側に付帯している非製品部領域Ｑ１〜Ｑ３を最終工程においてトリムラインＣ１〜Ｃ３からトリミングすることで図１２の薄型電池１として仕上げられることになる。なお、図３の上側の図については後述する。

ここで、図１，２のほか図４を用いて薄型電池１の製造工程の概略を説明する。

図４の積層工程Ｓ１では、図２のように正極板と負極板およびセパレータを交互に複数組積層して発電要素２を形成し、さらにその発電要素２を表裏両面から外装体６である二枚のラミネートシート４，５で包囲する。

図４の封止工程Ｓ２は溶着工程でもあり、外装体６としての二枚のラミネートシート４，５の四周の周縁部のうち図１の長辺側の溶着部７ｂに相当する一辺のみを残して三辺に熱溶着を施し、図１の三辺の溶着部７ａ，７ｃ，７ｄを形成することで当該部位を封止する。これにより、図１の一辺の溶着部７ｂのみが封止されずに開口していることになる。なお、ここでは、この状態の中間製品を電池構造体と称するものとする。また、溶着部７ｂの一部のみを未溶着として、溶着部７ｂの一部に未溶着部を形成すると共に他を溶着することにより、溶着部７ｂの一部のみに開口を形成しても良い。以下では溶着７ｂの全てを未溶着として開口を形成した場合を例として説明する。

図４のマガジン挿入工程Ｓ３では、後述するマガジンに対して複数の電池構造体を縦置き姿勢でマガジンに挿入して整列する。この場合、電池構造体のうち図１の一辺の溶着部７ｂのみが封止されずに開口していることから、この開口部が上向きとなるように電池構造体をマガジンに整列する。

図４の注液工程Ｓ４では、マガジンに整列されている複数の電池構造体に対して、上記開口部から順次電解液を定量づつ注入する。そして、図４の含浸工程Ｓ５での処理として、電解液が注入された電池構造体をマガジンごと静置させて発電要素２に含浸させるものとする。

この含浸処理後に、図４のマガジン取り出し工程Ｓ６において電池構造体をマガジンから取り出し、次の仮封止工程Ｓ７において電解液の注液に関与した開口部（溶着部７ｂに相当する部分）を仮封止する。この仮封止は、図３の上部に示すように唯一未封止で残されている溶着部７ｂに相当する一辺に熱溶着を施して、チャンネル状の屈曲部７ｅを含む仮溶着部７ｂ₁を形成することで行う。この場合において、仮溶着部７ｂ₁の長手方向の中央部にはなおも未溶着部Ｒが残されているものとする。

続いて、図４のマガジン挿入工程Ｓ８において、仮封止後の中間製品を再び所定のマガジンに挿入して整列する。

図４の初充電工程Ｓ９では、マガジンに整列されている中間製品に対して初充電を行い、続くエージング工程Ｓ１０ではそのまま静置させてエージングを行う。そして、図４のマガジン取り出し工程Ｓ１１においてエージング後の中間製品をマガジンから取り出す。

図４のガス抜き工程Ｓ１２では、初充電およびエージングを終えた中間製品についてガス抜きを行う。このガス抜きは、図３の上部に示すように、仮溶着部７ｂ₁の内側に残された未溶着部Ｒの領域に例えばカッターにてスリット（切り込み）７ｆを形成して、このスリット７ｆから内部のガスを放出する。

図４の再封止工程Ｓ１３では、先にガス抜きのために形成したスリット７ｆを封止するべく再封止を施す。この再封止は、図３の下部に示すように、先に形成した仮溶着部７ｂ₁のうちチャンネル状の屈曲部７ｆを避けて、屈曲部７ｆ以外の仮溶着部７ｂ₁を接続するように図３の未溶着部Ｒの内側領域に熱溶着を施して接続溶着部７ｇを形成する。これにより、仮溶着部７ｂ₁同士が接続溶着部７ｇで相互に接続されて溶着部７ｂとなり、外装体６は再び確実に封止されることになる。

図４の加圧式マガジン挿入工程Ｓ１４では、後述するマガジンに再封止後の中間製品を縦置き姿勢で挿入して整列し、それぞれの中間製品を厚み方向から所定の加圧力で加圧した状態で、続く充電工程Ｓ１５にて充電を行う。その後、図４のエージング工程Ｓ１６では充電した中間製品をマガジンごと静置させてエージングを行う。さらに、図４のスクリーニング工程Ｓ１７では、エージングを終えた中間製品についてスクリーニングとして電気特性検査を行う。この後、図４の加圧式マガジン取り出し工程Ｓ１８ではスクリーニング処理後の中間製品を加圧式マガジンから取り出す。

図４の外観検査工程Ｓ１９では、スクリーニング処理後の中間製品について外観検査を行い、さらに、図４のトリミング工程Ｓ２０では、外装体６であるラミネートシート４，５の外形を切断してトリミングを施す。このトリミングは、図３の下部に示すように、外装体６であるラミネートシート４，５のうちそれぞれの溶着部７ａ〜７ｄの周囲に付帯している非製品部領域Ｑ１〜Ｑ３をとトリムラインＣ１〜Ｃ３から切断して除去するものとする。この場合において、先のガス抜きの際に形成したスリット７ｆは略チャンネル状の屈曲部７ｅとともに切断除去されることになるので、製品には付帯しなくなる。以上をもって図１，２のような薄型電池１が完成することになる。

図５，６は図４の注液工程Ｓ４に先立つマガジン挿入工程Ｓ３で使用されるマガジンの一例を示している。図５はマガジンの破断説明図であり、図６は図５のＢ方向矢視図である。

このマガジン１０は、電解液の注液前の複数の電池構造体Ｗ１をその端子板８，９が横向きとなるような縦置き姿勢で収容して整列することを目的とするもので、上面と一側面が開放された変形箱状の筐体１１の内部を互いに平行な複数の仕切り板１２で仕切り、それぞれに縦置き姿勢の電池構造体Ｗ１を収容可能なスロット部１３を複数個並設したものである。上記の縦置き姿勢とは、外装体６であるラミネートシート４，５の四周のうち唯一残された一辺（長辺）の未溶着部である開口部１４が上向きとなる姿勢とほかならない。したがって、マガジン１０への電池構造体Ｗ１の挿入に際しては、上記未溶着部の対辺である長辺側の溶着部７ａを挿入始端部として各スロット部１３の上方から挿入することになる。

そして、筐体１０の内底部、より詳しくは各スロット部１３の内底部には電池構造体Ｗ１の挿入とその位置決めを容易にするために内側に向かって傾斜したガイド部としてのガイド面１５ａ，１５ｂを形成してある。このガイド面１５ａ，１５ｂは上記のような各スロット部１３への電池構造体Ｗ１の挿入方向を考慮したものとし、外装体６としてのラミネートシート４，５のうちスロット部１３への挿入始端部側となる溶着部７ａの長手方向に対応する寸法が挿入方向奥部側に向かって漸次縮小するように挿入方向に対して傾斜したかたちでガイド部１５ａ，１５ｂを形成してある。

その一方、電池構造体Ｗ１については、図４の封止工程Ｓ２を経た後であって且つマガジン挿入工程Ｓ３にてマガジン１０に挿入する前に、前加工として図４の切断工程Ｓ３０での切断加工を施すものとする。

この切断工程Ｓ３０での加工は、図７に示すように、外装体６である二枚のラミネートシート４，５のうちスロット部１３への挿入始端部側となる長辺側の溶着部７ａについて、その長手方向の両端部の角隅部６ａ，６ｂをマガジン１０側のガイド面１５ａ，１５ｂとほぼ同じ傾斜角度となるように斜めに切断除去して、傾斜面１６ａ，１６ｂを形成するものとする。この場合において、図８に拡大して示すように、ガイド面１５ａ側の角度をθａとし、傾斜面１６ａの角度をθｂとした場合に、少なくともθａ＝θｂ、望ましくはθａ≧θｂとする。

したがって、こうして図７の切断工程Ｓ３０を経た電池構造体Ｗ１を図５，７に示すようにマガジン１０に挿入する場合、先に角隅部６ａ，６ｂを切断除去する切断加工が施されて両端部に傾斜面１６ａ，１６ｂが形成された溶着部７ａを挿入始端部側としてマガジン１０の上方から各スロット部１３に挿入することになる。このため、電池構造体Ｗ１のマガジンへの挿入方向始端側、すなわち図７における電池構造体Ｗ１の下方端部辺の寸法αは、角隅部６ａ，６ｂを切断除去しない場合の寸法βに比して小さくなる。これにより、マガジンへの挿入方向から見て電池構造体Ｗ１表裏面と平行な方向と、スロット部１３の仕切り板１２の延在方向が平行でない場合であっても、電池構造体Ｗ１の挿入方向始端辺の長手方向両側端部と仕切り板１２とが接触することによって電池構造体Ｗ１にダメージを与えることを防止することができる。また、電池構造体Ｗ１はマガジン１０側のガイド面１５ａ，１５ｂと傾斜面１６ａ，１６ｂとの当接による案内効果によって案内され、溶着部７ａの長手方向での位置決めが施されながらスロット部１３に落ち込んで着底することになる。なお、ガイド面１５ａ，１５ｂと傾斜面１６ａ，１６ｂとの当接による案内効果は、図８に示したようにガイド面１５ａ，１５ｂと傾斜面１６ａ，１６ｂとの角度をθａ≧θｂの関係に設定すると、より顕著となる。そのため、電池構造体Ｗ１が安定した姿勢でマガジン１０の各スロット部１３に挿入されることになる。

なお、図３から明らかなように、電池構造体Ｗ１の溶着部７ａに付帯している傾斜面１６ａ，１６ｂは、後工程である図４のトリミング工程Ｓ２０において非製品部領域Ｑ１としてカットラインＣ１から切断除去されることになるので、傾斜面１６ａ，１６ｂの一時的な存在が製品機能の上で問題となることはない。

このように本実施の形態によれば、電池構造体Ｗ１のうちマガジン１０への挿入始端部側となる溶着部７ａの両端部の角隅部６ａ，６ｂを予め切除して傾斜面１６ａ，１６ｂを形成することにより、電池構造体Ｗ１をマガジン１０のスロット部１３に挿入する際に、電池構造体Ｗ１の挿入方向始端が仕切り板１２に接触する（引っ掛かる）ことによって、電池構造体Ｗ１にダメージが与えられることを防止することができる。

ここで、図４の初充電工程Ｓ９に先立つマガジン挿入工程Ｓ８においても図５と同様のマガジンが使用される。

図９は本発明の第２の実施の形態としてマガジンの別の例を示し、ここでは仕切り板を可動式としたマガジンを示している。

図４の充電工程Ｓ１５に先立つ加圧式マガジン挿入工程Ｓ１４においては、基本構造は図５のマガジン１０と同じでも、特許文献１に記載されたものと同様に各仕切り板が可動式のものが使用される。すなわち、図９に示すように、マガジン１０の筐体２１の内部に互いに平行に配置された複数の仕切り板２２がそれぞれに独立していて、各仕切り板２２は複数のガイドロッド２３によって当該ガイドロッド２３の長手方向にスライド可能に案内支持されている。そして、図５と同様に各仕切り板２２で隔離されたスロット部に同図のような薄型電池１の中間製品Ｗを縦置き姿勢で挿入した上で、図示しない加圧板にて仕切り板２２同士の間隔を縮小化するようにして、マガジン１０内の複数の中間製品Ｗを各仕切り板２２とともに積層方向に圧締することで、それぞれの中間製品Ｗを厚み方向に一斉に所定の圧力で加圧することができることになる。

なお、図９において、筐体２１がガイド面１５ａ，１５ｂを有しているとともに、中間製品Ｗ側に傾斜面１６ａ，１６ｂが形成されている点は図５の場合と同様である。

この第２の実施の形態におけるマガジン１０においても、先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることになる。

１…薄型電池
２…発電要素
３ａ…金属層
３ｂ…樹脂層
４，５…ラミネートシート
６…外装体
６ａ，６ｂ…角隅部
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…溶着部
１０…マガジン
１１…筐体
１２…仕切り板
１３…スロット部
１５ａ，１５ｂ…ガイド面（ガイド部）
１６ａ，１６ｂ…傾斜面
Ｗ…中間製品
Ｗ１…電池構造体

Claims (4)

1. 金属層の表面に樹脂層を備えたラミネートシートで形成された袋状の外装体内部に、電極板とセパレータとを順次積層して形成された発電要素を電解質とともに収容して封止してなる偏平形状の薄型電池を製造する方法であって、
   方形状の二枚のラミネートシートの周縁部同士を重ね合わせた状態でその周縁部の少なくとも三辺を溶着して溶着部を形成することにより袋状の外装体を形成するとともに、その外装体の内部に発電要素を収納して電池構造体とする溶着工程と、
   上面が解放された筐体の内部が仕切り板により所定の間隔で複数のスロット部に仕切られているマガジンを用い、外装体の前記少なくとも三辺に形成した溶着部のうちの一辺の溶着部を挿入始端部側としてそれぞれのスロット部に対し電池構造体を個別に挿入して整列する整列工程と、
   上記溶着工程の後であって且つ上記整列工程に移行する前に、電池構造体の外装体のうちスロット部への挿入始端部側となる溶着部の長手方向両側の角隅部を挿入方向に対して傾斜した角度で切断する切断工程と、
   を含んでいることを特徴とする薄型電池の製造方法。
2. 上記溶着工程で形成される電池構造体の外装体は、三辺を溶着すると共に、一辺に溶着していない未溶着部を形成することによって未溶着部を開口部とする袋状のものであって、
   上記整列工程は、外装体の開口部からその外装体内部に電解質を注入することを特徴とする請求項１に記載の薄型電池の製造方法。
3. 上記整列工程で用いるマガジンの各スロット部の内部には、外装体のうちスロット部への挿入始端部側となる溶着部の長手方向に対応する寸法が挿入方向奥部側に向かって漸次縮小するように挿入方向に対して傾斜したガイド部が形成されていて、
   このガイド部の傾斜角度は、上記スロット部への挿入始端部側となる溶着部の角隅部を切断する際の傾斜角度と同等もしくはそれよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の薄型電池の製造方法。
4. 金属層の表面に樹脂層を備えたラミネートシートで形成された袋状の外装体内部に、電極板とセパレータとを順次積層して形成された発電要素を電解質とともに収容して封止してなる偏平形状の薄型電池を製造する方法であって、
   方形状の二枚のラミネートシートの周縁部同士を重ね合わせた状態でその周縁部の少なくとも三辺を溶着して溶着部を形成することにより袋状の外装体を形成するとともに、その外装体の内部に発電要素を電解質とともに収納して薄型電池の中間製品とする溶着工程と、
   上面が解放された筐体の内部が仕切り板により所定の間隔で複数のスロット部に仕切られているマガジンを用い、外装体の三辺の溶着部のうちいずれか一辺の溶着部を挿入始端部側としてそれぞれのスロット部に対し中間製品を個別に挿入して整列する整列工程と、
   上記マガジンに整列されているそれぞれの中間製品に対して発電要素の積層方向から外力を加えて当該中間製品を加圧する加圧工程と、
   上記溶着工程の後であって且つ上記整列工程に移行する前に、中間製品の外装体のうちスロット部への挿入始端部側となる溶着部の長手方向両側の角隅部を挿入方向に対して傾斜した角度で切断する切断工程と、
   を含んでいて、
   上記加圧工程では、マガジン内部を複数のスロット部に仕切っている仕切り板同士の間隔を縮小化することで各中間製品を加圧することを特徴とする薄型電池の製造方法。

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