JP6738271B2 - 樹脂成形方法及び外装体に樹脂部材を備えるラミネート型電池。 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形方法に係り、更に詳細には、ラミネートフィルム等の周囲の端部を樹脂部材で封止する樹脂成形方法及び外装体に樹脂部材を備えるラミネート型電池に関する。

過酷な環境下で使用される電子部品等を樹脂で包んで保護することが行われており、上記電子部品等を金型に納めて樹脂を注入する封止成形が行われている。

特許文献１には、電子部品を納めた金型内に樹脂を注入する際、射出圧力等によって電子部品が金型内で位置ずれを起こすことを防止するため、電子部品に金型に当接する凸部を設けて、上記位置ずれを防止することが開示されている。

実公平６−１４４２０号公報

しかしながら、特許文献１の封止成形法は、電子部品の両側の端子を金型で挟んで固定し、電子部品本体部を樹脂で包み封止する方法であり、電子部品の端部を金型で挟んで押圧するため、金型で上記端子を損傷することがある。加えて、端子の端面を封止することができない。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外装体の端面を封止する樹脂部材を形成する際、上記外装体を金型で損傷ことを防止する共に、金型内における外装体の位置ずれを防止して、外装体周囲の端面を確実に包んで封止する樹脂部材を形成できる樹脂成形方法を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ズレ止め部を設けてキャビティが注入した溶融樹脂で満たされる前に固化して外装体を金型に固定すると共に、上記ズレ止め部を周方向に分断させることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の樹脂成形方法は、金属層の両面を樹脂層で被覆したシート状の外装材において上記外装材の端面に上記金属層が露出しており、その露出面を封止するように上記外装材の端部に樹脂部材を形成する樹脂成形方法であり、上記外装材の端部を金型内に納めて樹脂を注入して、上記樹脂部材を形成する工程を備える。
そして、上記金型が、上記外装体の端部が遊挿されて上記端部と共にキャビティを形成し、上記樹脂部材にズレ止め部を形成する成形部を有するものであり、
上記樹脂部材が、上記外装体の端面を包む封止部と、該封止部の外装体本体側に上記封止部よりも薄くかつ外装体の周方向に分断されたズレ止め部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明のラミネート型電池は、金属層の両面を樹脂層で被覆したシート状の外装材を備える。
そして、上記外装材の外周の少なくとも一部に、上記外装材の端面を封止した樹脂部材を備え、
上記樹脂部材が、上記外装材の端面を包む封止部と、該封止部の電池本体側に上記封止部よりも薄くかつ外装材の周方向に分断したズレ止め部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、外装材の端面を包む封止部と、該封止部の外装材本体側に上記封止部よりも薄いズレ止め部を形成することとしたため、ズレ止め部の樹脂が素早く固化し外装材を金型で挟持し固定しなくても外装材の位置ずれを防止できる。
加えて、上記ズレ止め部を分断させて形成することとしたため、外装材がキャビティ内で垂れさがって金型の内壁に接触することが防止され、外装材の端面を確実に包んで封止することができる。

ラミネート型電池の一例を示す斜視図である。 ラミネート型電池本体部の断面図である。 外装体の接着部の拡大断面図である。 樹脂部材を形成する金型の断面図である。 キャビティの拡大断面図である。 外装体の接着部の位置ずれを説明する図である。 外装体の接着部の垂れ下がりを説明する図である。 ズレ止め部が分断した樹脂部材の平面図である。 エジェクターピンを備える箇所と備えない箇所の封止部の幅の関係を説明する図である。 ラミネート型電池を金型にセットする状態を説明する図である。 キャビティに溶融樹脂を注入する状態を説明する図である。 金型を開いて樹脂部材を形成したラミネート型電池を離型する状態を説明する図である。

本発明の樹脂成形方法は、外装体の外周の少なくとも一部に上記外装体の端面を封止する樹脂部材を形成する方法である。
上記樹脂成形方法を、ラミネート型電池の外装体を例に詳細に説明する。

＜ラミネート型電池＞
まず、ラミネート型電池について説明する。
上記ラミネート型電池１は、図１に示すように、電池本体２と、必要に応じて電池本体の外側にスペーサ等の支持部材３を備えて成り、上記電池本体２は、図２に示すように、外装体２１の内部に発電要素２２を収容して成る。

上記外装体２１を構成する外装材には、電池反応等による熱の放熱性向上のため、熱伝導性が優れるものであることが好ましく、金属箔の両面に樹脂層を有する樹脂−金属薄膜ラミネートフィルムが用いられる。

上記ラミネートフィルムとしては、例えば、図２中の拡大図Ａに示すような、内側樹脂層２１１、金属層２１２及び外側樹脂層２１３が順に積層された３層構造のラミネートフィルムを挙げることができる。

上記内側樹脂層２１１を構成する材料としては、耐電解液性及び熱融着性を有するものを使用することができ、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン又はアイオノマー等の樹脂を挙げることができる。

上記金属層２１２を構成する金属材料としては、アルミニウム、ニッケル、銅等の金属箔を挙げることができ、中でもアルミニウムは熱伝導性が高く電池反応等による熱がこもり難いため、好ましく使用できる。

また、上記外側樹脂層２１３を構成する材料としては、電気絶縁性に優れる樹脂を使用することができ、例えば、樹脂ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂等を挙げることができる。

本発明の外装体２１は、樹脂−金属薄膜ラミネートフィルムを重ねその端部を接着（以下、「接着部」ということがある。）して成り、その外周の少なくとも一部に上記樹脂部材４を備える。具体的には、電池本体２の外周の接着部２１４において支持部材等が取り付けられていない箇所に、接着部の端面２１５を包むように樹脂部材４を備える。

上記ラミネートフィルムは、内側樹脂層２１１を重ね合せ、熱溶着や接着剤等により接着すると、図２中の拡大図Ｂに示すように、接着部の端面２１５に金属層２１２が露出するが、接着部の端面２１５を上記樹脂部材４で包み封止することで絶縁されて電池の外装体として使用できる。

上記樹脂部材４で封止された接着部の端面２１５の拡大図を図３に示す。
上記樹脂部材４は、図３に示すように、上記金属層２１２が露出した接着部の端面２１５を包んで封止する封止部４１と、該封止部の外装体本体側に上記封止部４１よりも薄くかつ外装体の周方向に分断したズレ止め部４２と、を有する。

上記分断したズレ止め部４２を有することで、金型内における接着部２１４の位置ずれや垂れさがりが防止されて、樹脂部材４で接着部端面を確実に包んで封止し絶縁することができる。

上記樹脂部材４を構成する材料としては、加硫ゴム、熱硬化性樹脂エラストマ、熱可塑性樹脂エラストマ、ポリアミド系樹脂（ホットメルトグレード）など、射出成形可能な樹脂であれば使用することができるが、ホットメルトモールディング可能な樹脂材料であることが好ましい。

また、上記発電要素２２は、図２に示すように、正極板２２１、セパレータ２２２、及び負極板２２３を順に積層した積層体と、図示しない電解質とから構成される。
上記正極板２２１は、正極側集電体を介して、金属箔製の正極端子に接続され、負極板２２３は、負極側集電体を介して、上記正極板と同様に金属箔製の負極端子にそれぞれ接続されて電力が取り出される。

上記ラミネート型電池としては、リチウムイオン電池、ニッケル−カドミウム電池等のアルカリ蓄電池や鉛蓄電池等を挙げることができる。

＜樹脂成形方法＞
本発明の樹脂成形方法で成形される上記樹脂部材４は、周囲が接着されて形成された外装体の接着部の端面２１５を金型５内に納め、溶融樹脂４３を注入して冷却固化し、外装体の接着部の端面２１５を包んで封止することで作製できる。

上記樹脂部材４を形成するための金型５は、下型と該下型に対応する上型とを有する。
上記金型５は、図４に示すように、電池本体の三次元形状に対応する凹部５１が中央部分に形成され、上記凹部の外側、すなわち外装体の接着部の端面に対応する箇所に外装体の接着部の端面を封止する樹脂部材を形成するための溝５２を有する。

そして、上記凹部５１と溝５２との間の凸部５３が、外装体の接着部２１４の厚さに対応した高さに調整されて外装体の接着部を押圧せずに、上記接着部が遊挿されることで上記接着部２１４と共に、接着部の端面２１５を囲んだキャビティＣを形成する。図５にキャビティＣの拡大図を示す。

金型５の上記凸部５３と外装体の接着部２１４の間に、溶融樹脂４３が漏れ出ない程度の微少隙間Ｖを形成し、上記接着部２１４を金型５で挟持せずに遊びを持たせて遊挿することで外装体の損傷や強度低下を防止できる。

しかし、外装体の接着部を金型で挟持し固定していないと、図６に示すように、キャビティＣに溶融樹脂４３を注入し、該キャビティＣが溶融樹脂４３で満たされると、注入圧によって上記接着部２１４が電池本体側に押されて位置ずれが生じる。

本発明の樹脂部材４は、外装体の接着部の端面２１５を包む封止部４１の電池本体側に上記封止部よりも薄いズレ止め部４２を備えることで、外装体の接着部２１４が金型５に固定されて上記注入圧等により生じる位置ずれが防止される。

つまり、図３に示すように、上記ズレ止め部４２の厚さＴ２が封止部４１の厚さＴ１よりも薄いため、キャビティＣのズレ止め形成部に流れ込んだ溶融樹脂４３はキャビティ全体が溶融樹脂で満たされるよりも前に固化し、接着部２１４を金型５に固定する。したがって、キャビティＣが溶融樹脂４３で満たされて注入圧がかかっても、上記接着部２１４が電池本体側にずれることがない。

上記ズレ止部の厚さＴ２は、封止部の厚さＴ１の１／１０〜１／２であることが好ましく、また、ズレ止部の幅Ｗ２は、封止部の幅Ｗ１の１／５〜１／１であることが好ましい。ズレ止部の厚さ及び幅が上記範囲であることで、溶融樹脂が速やかに固化すると共に溶融樹脂の注入圧に抗して接着部２１４を金型５に固定することができる。

また、溶融樹脂を封止部側から注入することが好ましい。溶融樹脂は充填装置で加熱されており、ズレ止部から離れた封止部側から注入することで、金型のズレ止形成部の温度が高くならずに溶融樹脂が速やかに冷却されて固化する。

また、外装体２１の全周に亘って上記ズレ止め部４２を形成すると、外装体は薄く可撓性を有するため、図７に示すように、外装体の接着部２１４がキャビティＣ内で折れ曲がり、接着部の端面２１５が金型５の内壁に接触して樹脂部材で接着部の端面２１５を包み封止することが困難になることがある。

本発明の樹脂部材４は、図８に示すように、上記ズレ止め部４２が外装体の周方向に分断しており、上記樹脂部材４を形成する金型５は、ズレ止め部４２を形成せずに封止部のみを形成する箇所を有する。したがって、ズレ止め部が分断した箇所で接着部２１４を支えるため、図５に示すように、ズレ止め部を形成する箇所において、接着部の端面２１５が金型５の内壁に接触することを防止でき、封止部で接着部の端面２１５を確実に包んで封止することができる。

上記ズレ止め部４２は、外装体本体部側、すなわち電池本体側が薄いテーパ形状であることが好ましい。電池本体側が薄く接着部の端面側が厚いことで、溶融樹脂４３がズレ止め形成部に流れ込み易く、かつ溶融樹脂４３が電池本体側から冷却されて固化し金型５の内壁に引っかかるため、接着部の位置ずれを防止できる。
なお、ズレ止め部がテーパ形状である場合のズレ止め部の厚さＴ２は、封止部との接続する箇所の厚さをいう。

また、上記金型５は、図９に示すように、封止部を形成する箇所の一部に当接するエジェクターピン５４を備える。
エジェクターピン５４は、冷却固化した樹脂部材４を押して金型５から剥がして取り外すものであり、樹脂部材４に刺さることなく、樹脂部材４を面で押すことができる幅を有する。したがって、エジェクターピン５４が当接する封止部の幅Ｗ１は、抜き角を考慮するとエジェクターピンの幅よりも広くなり、使用する樹脂の量が増加してしまう。

上記金型のエジェクターピンを備える箇所以外の封止部の幅が、エジェクターピンを備える箇所の幅よりも狭いことで、使用する樹脂の量を少なくすることができ、軽量化することができる。

上記エジェクターピン５４は上記ズレ止め部４２が分断した箇所の封止部形成箇所に備えることが好ましい。ズレ止め部４２が形成される箇所の樹脂部材の幅は、ズレ止め部が分断した箇所の幅よりも広く、さらに封止部の幅を広くしてエジェクターピン５４を当接させると、外装体の接着部２１４の幅を広くする必要が生じる。しかし、ズレ止め部が分断した箇所にエジェクターピンを設けることで、接着部の幅を拡げずにエジェクターピン５４を当接させることができ、さらに軽量化することができる。

上記樹脂部材の形成手順を具体的に説明する。
図１０に示すように、金型５の下型の凹部に電池本体２セットする。そして、上型を下型にセットして押圧して型締めを行う。このときの金型の温度は、キャビティに充填する溶融樹脂４３の融点よりも低い温度となっている。

次いで、金型のスプールに充填装置のノズル６を挿入して、図１１に示すように、上記キャビティＣに溶融樹脂４３を注入する。このときの溶融樹脂を注入する圧力は、２．０Ｍｐａ〜６．５Ｍｐａである。

キャビティＣに溶融樹脂４３を充填し終わると、ノズル６をスプールに挿入したままの状態で待機し、溶融樹脂４３を冷却固化して樹脂部材４を形成する。

次いで、図１２に示すようにノズル６を金型５から引き離して金型を開き、エジェクターピンで樹脂部材４を押して金型５から離型することで、樹脂部材４によって接着部の端面２１５が封止されたラミネート型電池１を得ることができる。

１ ラミネート型電池
２ 電池本体
２１ 外装体
２１１ 内側樹脂層
２１２ 金属層
２１３ 外側樹脂層
２１４ 接着部
２１５ 端面
２２ 発電要素
２２１ 正極板
２２２ セパレータ
２２３ 負極板
２２４ 端子
３ 支持部材
４ 樹脂部材
４１ 封止部
４２ ズレ止め部
４３ 溶融樹脂
５ 金型
５１ 凹部
５２ 溝
５３ 凸部
５４ エジェクターピン
６ ノズル

Ｃ キャビティ
Ｖ 隙間
Ｔ１ 封止部の厚さ
Ｔ２ ズレ止部の厚さ
Ｗ１ 封止部の幅
Ｗ２ ズレ止め部の幅

Claims (6)

1. 金属層の両面を樹脂層で被覆したシート状の外装材において上記外装材の端面に上記金属層が露出しており、その露出面を封止するように上記外装材の端部に樹脂部材を形成する樹脂成形方法であって、
   上記外装材の端部を金型内に納めて樹脂を注入して、上記樹脂部材を形成する工程を備え、
   上記金型が、上記外装材の端部が遊挿されて上記端部と共にキャビティを形成し、上記樹脂部材にズレ止め部を形成する成形部を有するものであり、
   上記樹脂部材が、上記外装材の端部の端面を包む封止部と、該封止部の外装材本体側に上記封止部よりも薄くかつ外装材の周方向に分断されたズレ止め部と、を備えるものであることを特徴とする樹脂成形方法。
2. 上記ズレ止め部が、外装材本体部側が薄いテーパ形状であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形方法。
3. 上記金型が上記封止部形成箇所の一部にエジェクターピンを備え、
   上記エジェクターピンを備える箇所以外の封止部の幅が、エジェクターピンを備える箇所の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂成形方法。
4. 上記エジェクターピンを、上記ズレ止め部が分断した箇所の封止部形成箇所に備えることを特徴とする請求項３に記載の樹脂成形方法。
5. 上記外装材が樹脂−金属薄膜ラミネートフィルムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の樹脂成形方法。
6. 金属層の両面を樹脂層で被覆したシート状の外装材を備えるラミネート型電池であって、
   上記外装材の外周の少なくとも一部に、上記外装材の端面を封止した樹脂部材を備え、
   上記樹脂部材が、上記外装材の端面を包む封止部と、該封止部の電池本体側に上記封止部よりも薄くかつ外装体の周方向に分断したズレ止め部と、を備えることを特徴とするラミネート型電池。

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