JP6763672B2

JP6763672B2 - シールバー、シールバーシステム、及び袋状物の製造方法

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Publication number: JP6763672B2
Application number: JP2016038300A
Authority: JP
Inventors: 小川　浩; 浩小川
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2020-09-30
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: JP2017154760A

Description

本発明は、シールバー、シールバーシステム、及び袋状物の製造方法に関する。

従来、セパレータを介して正極層及び負極層を積層して外装体内に封止し、正極層及び負極層の各タブ端子を外装体のヒートシール部から突出させた二次電池が知られている。この二次電池のような袋状の外装体により形成される袋状物として、例えば特許文献１に開示されたキャパシタモジュールが知られている。

このキャパシタモジュールは、第１フィルム（シート材）と第２フィルム（シート材）とを周囲でヒートシールした外装体に蓄電体（被収容物）が封入されており、タブ端子が上方のヒートシール部から突出している。

特開２０１２−１７５０８４号公報

一般的に、各フィルムは、加熱することで溶融する変性ＰＰ（ポリプロピレン）層等のシーラント層を内側となる層に有している。例えば、矩形状に形成された各フィルムのシーラント層同士を接触させた状態で重ねる。重ねた両フィルムの３つの縁部を第一のシールバー及び第二のシールバーで挟んで加熱しつつ加圧する（ヒートシールする）。これにより、シーラント層が溶融してシーラント層同士が溶着し、ヒートシール部となる。外装体が、３つの縁部がヒートシールされるとともに１つの縁部が開口した袋状に形成される。
外装体の開口した縁部から外装体内に電解質等を充填する。外装体のこの１つの縁部をヒートシールすることで、製造される。

しかしながら、外装体の縁部をヒートシールすると、溶融したシーラント層が外装体の側面からはみ出してくる。このはみ出したものがシールバーに付着すると、シールバー上で炭化する。このためシーラント層を形成する材料が炭化したものでシールバーが汚れ、このシールバーで続けて袋状物を製造するときに袋状物に炭化した異物が付着したり混入したりするという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、外装体からはみ出した溶融したシーラント層が付着するのを抑えたシールバー、シールバーシステム、及び袋状物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、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のシールバーは、外装体の一対のシート材の縁部を加熱しつつ加圧することで、それぞれの前記シート材に積層されているシーラント層を互いに溶着させるシールバーにおいて、自身の前記シート材の主面に沿う方向の長さが、前記外装体の縁部の前記主面に沿う方向の長さよりも短く、かつ自身が前記外装体の縁部に接触したときに、自身から前記外装体における前記主面に沿う方向の両端部が前記主面に沿う方向にそれぞれ突出するとともに、前記主面に沿う方向の全長にわたって平坦に形成され、前記外装体の縁部を加圧する１つの第一の加圧面と、前記第一の加圧面に連なるように形成され前記第一の加圧面よりも凹んだ凹部と、を備えることを特徴としている。

また、本発明の袋状物の製造方法は、上記に記載のシールバーを用いて前記一対のシート材の縁部を加熱しつつ加圧することで前記外装体内に被収容物が収容された袋状物を製造する袋状物の製造方法であって、前記一対のシート材の縁部に前記シールバーの前記第一の加圧面を、前記縁部から前記主面に沿う方向に前記第一の加圧面が突出しないように接触させ、前記第一の加圧面で前記一対のシート材の縁部を加熱しつつ加圧することで、それぞれの前記シート材のシーラント層を互いに溶着させることを特徴としている。

これらの発明によれば、一対のシート材の縁部にシールバーの第一の加圧面を、シート材の縁部から主面に沿う方向に第一の加圧面が突出しないように接触させる。溶融したシーラント層は外装体の側面からはみ出すが、はみ出したシーラント層の周囲には凹部が形成されている。

また、本発明のシールバーシステムは、上記に記載のシールバーと、補助シールバーと、を備えるシールバーシステムであって、前記シールバーは、前記第一の加圧面よりも突出した第一の凸部を備え、前記補助シールバーは、前記一対のシート材の縁部を、前記第一の加圧面とともに挟むように加圧する第二の加圧面と、前記第二の加圧面よりも突出した第二の凸部と、を備え、前記第一の凸部と前記第二の凸部とが接触したときに、前記第一の加圧面と前記第二の加圧面との間に隙間が形成されることを特徴としている。

また、本発明の袋状物の製造方法は、上記に記載のシールバーシステムを用いて前記一対のシート材の縁部を加熱しつつ加圧することで前記外装体内に被収容物が収容された袋状物を製造する袋状物の製造方法であって、前記一対のシート材の縁部に前記シールバーの前記第一の加圧面及び前記補助シールバーの前記第二の加圧面を、前記一対のシート材の縁部を挟むとともに前記縁部から前記主面に沿う方向に前記第一の加圧面及び前記第二の加圧面が突出しないように接触させ、前記第一の凸部と前記第二の凸部とを接触させ、前記第一の加圧面及び前記第二の加圧面で前記一対のシート材の縁部を加熱しつつ加圧することで、それぞれの前記シート材のシーラント層を互いに溶着させることを特徴としている。
これらの発明によれば、第一の凸部と第二の凸部とを接触させたときに第一の加圧面と第二の加圧面との間に一定の隙間が形成される。このため、外装体の縁部におけるヒートシールされたヒートシール部の厚さを一定にすることができる。

また、前記袋状物の製造方法において、前記第一の凸部と前記第二の凸部とが接触したときの、前記第一の加圧面と前記第二の加圧面との距離は、前記一対のシート材の厚さよりも短くてもよい。

本発明のシールバー、シールバーシステム、及び袋状物の製造方法によれば、外装体からはみ出した溶融したシーラント層が付着するのを抑えることができる。

本発明の一実施形態の二次電池の要部を模式的に示す平面図である。同二次電池のヒートシール部を模式的に示す側面の断面図である。本発明の一実施形態の二次電池の製造方法を説明する断面図である。同二次電池の製造方法を説明する断面図である。

以下、本発明に係るシールバー（ヒートバー）の一実施形態を、袋状物が二次電池である場合について図１から図４を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本実施形態のシールバーで製造される二次電池１０の一例を示す図である。この二次電池１０は、例えばリチウムイオン二次電池であり、一対のシート材１６を有する外装体１５の一対のシート材１６間に被収容物１８を配置して構成されている。

シート材１６の構成は、加熱されると溶融するシーラント層１６ａが最も内側の層であれば特に限定されない。この例では、シート材１６は、最も内側の層からシーラント層１６ａ、アルミニウム層１６ｂ、ナイロン層１６ｃ、及びＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）層１６ｄの順で積層されて構成されている。
シーラント層１６ａは、例えば変性ＰＰの傾斜材料で形成されている。シーラント層１６ａの内側の部分は、後述するシーラントフィルム２１と強固に溶着（熱溶着）可能である。シーラント層１６ａの外側の部分は、アルミニウム層１６ｂと強固に溶着可能である。

シーラント層１６ａは、アルミニウム層１６ｂ、ナイロン層１６ｃ、及びＰＥＴ層１６ｄに比べて融点が低い。シート材１６の縁部に形成される後述するヒートシール部１６ｅのシーラント層１６ａの厚さｔ１は、例えば約５５μｍ（マイクロメートル）であり、ヒートシール部１６ｅを構成するシート材１６の厚さｔ２は、例えば約１２５μｍである。
なお、シーラント層１６ａとアルミニウム層１６ｂとの間に、金属被膜層を設けてもよい。アルミニウム層１６ｂとナイロン層１６ｃとの間に、金属被膜層や接着層を設けてもよい。
シート材１６は、全体として平面視で矩形状のシート状に形成されている。一対のシート材１６は、厚さ方向に重ねられている。
一対のシート材１６は、一対のシート材１６のうちの１つのシート材１６のシーラント層１６ａの縁部と他の１つのシート材１６のシーラント層１６ａの縁部とが溶着することで、互いに接合されている。シート材１６の縁部が熱溶着された部分には、ヒートシール部１６ｅが形成され、ヒートシールされる前よりも厚さが薄くなっている。一対のシート材１６の縁部と外装体１５の縁部とは、同じ意味である。
シート材１６の主面１６ｆは、シーラント層１６ａの外面となる主面、及び、ＰＥＴ層１６ｄの外面となる主面のことを意味する。シート材１６の主面１６ｆに沿う方向Ｘは、例えばシート材１６の縁部に沿う２種類の方向のいずれかである。

被収容物１８は、詳細には図示はしないが、正極層及び負極層がセパレータを介して交互に積層された蓄電体１９と、外装体１５内に充填された電解質と、を有している。正極層には、例えばアルミニウム箔等の主面に正極活物質層を設けたものを用いることができる。負極層には、例えば銅箔等の主面に負極活物質層を設けたものを用いることができる。セパレータを構成する材料は、特に限定されない。例えば、多孔性の高分子膜、不織布、ガラスファイバー等を挙げることができる。

電解質は特に限定されず、例えば、公知のリチウムイオン二次電池で使用される公知の電解液等が適用可能である。電解液としては、有機溶媒に電解質塩を溶解した混合溶液が例示できる。
有機溶媒としては、高電圧に対する耐性を有するものが好ましく、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトロヒドラフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルアセテートなどの極性溶媒、又はこれら溶媒の２種類以上の混合物が挙げられる。
電解質塩としては、例えばＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＰＦ_６ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＳＯ_３ＣＦ_３）_２、Ｌｉ（ＳＯ_２ＣＦ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ_３）_２、及びＬｉＮ（ＣＯＣＦ_２ＣＦ_３）_２等のリチウムを含む塩、又はこれら塩の２種以上の混合物が挙げられる。

正極層及び負極層には、それぞれタブ端子２０の第一の端部が接続されている。図１に示すタブ端子２０は、例えば正極層用のタブ端子である。タブ端子２０は、金属等の導電性材料により、例えば厚さが０．５ｍｍ程度の板状に形成されている。
タブ端子２０の長手方向の中間部の外面には、シーラントフィルム２１が取付けられている。シーラントフィルム２１は、シーラント層１６ａと同一の材料で形成されている。シーラントフィルム２１は、シーラント層１６ａに溶着している。
タブ端子２０の第二の端部は、シート材１６のヒートシール部１６ｅから外部に突出している。

次に、以上のように構成された二次電池１０を製造する本実施形態の二次電池１０の製造方法（以下、単に製造方法と称する）について説明する。
まず、本製造方法で用いられるシールバーシステムについて説明する。
図３に示すように、シールバーシステム１は、第一のシールバー（シールバー）３０と、第二のシールバー（補助シールバー）４０と、を備えている。

第一のシールバー３０は、直方体状に形成された第一の本体３１と、第一の本体３１の外面である第一の加圧面３１ａに連なるように形成され第一の加圧面３１ａよりも第一の本体３１の厚さ方向Ｚの第一の側Ｚ１に凹んだ第一の溝部（凹部）３２と、第一の加圧面３１ａよりも厚さ方向Ｚの第二の側Ｚ２に突出した第一の凸部３３と、を有している。
第一の加圧面３１ａは、例えば矩形状かつ平坦に形成されている。第一の加圧面３１ａの主面１６ｆに沿う方向Ｘの長さＬ１は、外装体１５の縁部の主面１６ｆに沿う方向Ｘの長さＬ２以下になるように形成されている。第一の加圧面３１ａは、外装体１５の縁部を加圧するためのものである。

第一の溝部３２は、第一の加圧面３１ａを挟むように一対形成されている。この例では、第一の溝部３２の断面形状は矩形状であるが、この断面形状は特に限定されない。この断面形状は、例えば半円形状や三角形状等でもよい。
第一の凸部３３は、一対の第一の溝部３２を挟むように一対形成されている。
第一の本体３１、一対の第一の溝部３２、及び一対の第一の凸部３３は、アルミニウム等の熱伝導率の大きい材料で一体に形成されている。

第二のシールバー４０は、第一のシールバー３０と同様の構成である。すなわち、第二のシールバー４０は、直方体状に形成された第二の本体４１と、第二の本体４１の外面である第二の加圧面４１ａに連なるように形成され第二の加圧面４１ａよりも厚さ方向Ｚの第二の側Ｚ２に凹んだ第二の溝部４２と、第二の加圧面４１ａよりも厚さ方向Ｚの第一の側Ｚ１に突出した第二の凸部４３と、を有している。
第二の加圧面４１ａは、例えば矩形状かつ平坦に形成されている。第二の加圧面４１ａの主面１６ｆに沿う方向Ｘの長さＬ３は、外装体１５の縁部の主面１６ｆに沿う方向Ｘの長さＬ２以下になるように形成されている。第二の加圧面４１ａは、第一の加圧面３１ａとともに一対のシート材１６の縁部を挟むように加圧するためのものである。

第二の溝部４２は、第二の加圧面４１ａを挟むように一対形成されている。この例では、第二の溝部４２の断面形状は矩形状であるが、この断面形状は特に限定されない。この断面形状は、例えば半円形状や三角形状等でもよい。
第二の凸部４３は、一対の第二の溝部４２を挟むように一対形成されている。
第二の本体４１、一対の第二の溝部４２、及び一対の第二の凸部４３は、第一のシールバー３０と同一の材料で一体に形成されている。

次に、本製造方法について具体的に説明する。以下では、一対のシート材１６の溶着に重点をおいて説明する。最初に一対のシート材１６の３つの縁部を一度にヒートシールする場合を説明し、次に、一対のシート材１６の残りの１つの縁部をヒートシールする場合を説明する。
最初に、一対のシート材１６の３つの縁部を一度にヒートシールする場合を説明する。この場合、例えば一対のシート材１６は水平面に略平行に配置される。シールバー３０、４０は、加圧面３１ａ、４１ａが対向するとともに、厚さ方向Ｚの第一の側Ｚ１が下方になり、厚さ方向Ｚの第二の側Ｚ２が上方になるように配置される。

まず、一対のシート材１６の縁部に第一のシールバー３０の第一の加圧面３１ａ及び第二のシールバー４０の第二の加圧面４１ａを接触させる（シート材配置工程）。このとき、第一の加圧面３１ａ及び第二の加圧面４１ａが一対のシート材１６の縁部を挟むように配置する。さらに、シート材１６の縁部から主面１６ｆに沿う方向Ｘに第一の加圧面３１ａ及び第二の加圧面４１ａが突出しないように配置する。
ヒートシールする前のシーラント層１６ａの厚さｔ３は、例えば約８０μｍであり、シート材１６の厚さｔ４は、例えば約１５０μｍである。
一対のシート材１６の間に、蓄電体１９等を配置しておく。各タブ端子２０がヒートシールされるシート材１６の縁部から外方に突出するようにしておく。
一対のシート材１６の複数の縁部を一度にヒートシールする場合には、図１に示すように第一のシールバー３０の第一の溝部３２及び第一の凸部３３をシート材１６の複数の縁部に対応した形状に形成しておくことが好ましい。第二のシールバー４０についても同様である。

次に、図４に示すように、第一の凸部３３と第二の凸部４３とを厚さ方向Ｚに接触させ、第一の加圧面３１ａ及び第二の加圧面４１ａで一対のシート材１６の縁部を加熱しつつ加圧することで、それぞれのシート材１６のシーラント層１６ａを互いに溶着させる（シート材溶着工程）。
このとき、第一の加圧面３１ａと第二の加圧面４１ａとの間に一定の隙間Ｓが形成される。第一の加圧面３１ａと第二の加圧面４１ａとの距離Ｌ４は、前述の厚さｔ２の２倍の例えば約２５０μｍである。シールバー３０、４０による加熱にはヒータ等の公知の加熱手段を用い、シールバー３０、４０による加圧には油圧シリンダー、エアーシリンダー等の公知の加圧手段を用いる。一対のシート材１６の縁部をヒートシールすることで、一対のシート材１６の全体としての厚さは約３００μｍから約２５０μｍへと、約５０μｍ薄くなる。

一対のシート材１６の縁部のシーラント層１６ａを互いに接触させた状態で溶融させ、これらのシーラント層１６ａ同士を溶着させる。溶融したシーラント層１６ａである溶融樹脂１６ａ１が外装体１５の側面からはみ出してくる。溶融樹脂１６ａ１は重力の影響を受けて、主に下方である厚さ方向Ｚの第一の側Ｚ１に向かってはみ出す。はみ出した溶融樹脂１６ａ１の周囲に、第一のシールバー３０の第一の溝部３２及び第二のシールバー４０の第二の溝部４２が形成されていることで、シールバー３０、４０に溶融樹脂１６ａ１が付着しにくい。
以上の工程で、一対のシート材１６の３つの縁部が一度にヒートシールされる。

なお、溶融樹脂１６ａ１は主に厚さ方向Ｚの第一の側Ｚ１に向かってはみ出すため、第二のシールバー４０に代えて第二の溝部４２が形成されていない従来のシールバーを用いてもよい。
この場合、本実施形態の第一のシールバー３０と従来のシールバーとを用いて、二次電池１０が製造される。

次に、外装体１５のまだヒートシールしていない縁部が上方になるように外装体１５を配置して、外装体１５内に電解質等を充填する。次に、一対のシート材１６の残りの１つの縁部をヒートシールする。
ここで前述のシート材配置工程及びシート材溶着工程を行うが、この場合には外装体１５を配置する向きが変わるので、厚さ方向Ｚが水平面に沿う方向となる。このため、シート材溶着工程において、図４に形状Ｐとして示すように、溶融樹脂１６ａ１は厚さ方向Ｚの第一の側Ｚ１及び第二の側Ｚ２にほぼ均等にはみ出す。
この場合においても、シールバー３０、４０に溝部３２、４２が形成されていることで、シールバー３０、４０に溶融樹脂１６ａ１が付着しにくい。
以上の工程で、シールバーシステム１を用いて外装体１５内に被収容物１８が収容された二次電池１０が製造される。

以上説明したように、本実施形態のシールバーシステム１及び製造方法によれば、一対のシート材１６の縁部にシールバー３０、４０の加圧面３１ａ、４１ａを、シート材１６の縁部から主面１６ｆに沿う方向Ｘに加圧面３１ａ、４１ａが突出しないように接触させる。溶融したシーラント層１６ａである溶融樹脂１６ａ１は外装体１５の側面からはみ出すが、はみ出した溶融樹脂１６ａ１の周囲には溝部３２、４２が形成されている。
したがって、外装体か１５らはみ出した溶融樹脂１６ａ１がシールバー３０、４０に付着するのを抑えることができる。

第一のシールバー３０が第一の凸部３３を備え、第二のシールバー４０が第二の凸部４３を備えることで、第一の凸部３３と第二の凸部４３とを接触させたときに第一の加圧面３１ａと第二の加圧面４１ａとの間に一定の隙間Ｓが形成される。このため、外装体１５の縁部におけるヒートシールされたヒートシール部の厚さを一定にすることができる。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記実施形態では、第一のシールバー３０が第一の凸部３３を備えないように構成してもよい。このように構成しても第一のシールバー３０が第一の溝部３２を備えていれば、外装体１５からはみ出した溶融樹脂１６ａ１が第一のシールバー３０に付着するのを抑えることができるからである。
同様に、第二のシールバー４０が第二の溝部４２や第二の凸部４３を備えないように構成してもよい。

第一のシールバー３０において、第一の溝部３２は第一の加圧面３１ａの一方側のみに形成されていてもよい。
実施形態では、袋状物が二次電池であるとしたが、袋状物はこれに限定されずリチウムイオン二次電池以外の二次電池や、キャパシタモジュール等でもよい。

１シールバーシステム
１０二次電池（袋状物）
１５外装体
１６シート材
１６ａシーラント層
１６ｆ主面
１８被収容物
３０第一のシールバー（シールバー）
３１ａ第一の加圧面
３２第一の溝部（凹部）
３３第一の凸部
４０第二のシールバー（補助シールバー）
４１ａ第二の加圧面
４３第二の凸部
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３長さ
Ｓ隙間
Ｘ主面に沿う方向

Claims

外装体の一対のシート材の縁部を加熱しつつ加圧することで、それぞれの前記シート材に積層されているシーラント層を互いに溶着させるシールバーにおいて、
自身の前記シート材の主面に沿う方向の長さが、前記外装体の縁部の前記主面に沿う方向の長さよりも短く、かつ自身が前記外装体の縁部に接触したときに、自身から前記外装体における前記主面に沿う方向の両端部が前記主面に沿う方向にそれぞれ突出するとともに、前記主面に沿う方向の全長にわたって平坦に形成され、前記外装体の縁部を加圧する１つの第一の加圧面と、
前記第一の加圧面に連なるように形成され前記第一の加圧面よりも凹んだ凹部と、
を備えることを特徴とするシールバー。
請求項１に記載のシールバーと、補助シールバーと、を備えるシールバーシステムであって、
前記シールバーは、前記第一の加圧面よりも突出した第一の凸部を備え、
前記補助シールバーは、
前記一対のシート材の縁部を、前記第一の加圧面とともに挟むように加圧する第二の加圧面と、
前記第二の加圧面よりも突出した第二の凸部と、
を備え、
前記第一の凸部と前記第二の凸部とが接触したときに、前記第一の加圧面と前記第二の加圧面との間に隙間が形成されることを特徴とするシールバーシステム。
請求項１に記載のシールバーを用いて前記一対のシート材の縁部を加熱しつつ加圧することで前記外装体内に被収容物が収容された袋状物を製造する袋状物の製造方法であって、
前記一対のシート材の縁部に前記シールバーの前記第一の加圧面を、前記縁部から前記主面に沿う方向に前記第一の加圧面が突出しないように接触させ、
前記第一の加圧面で前記一対のシート材の縁部を加熱しつつ加圧することで、それぞれの前記シート材のシーラント層を互いに溶着させることを特徴とする袋状物の製造方法。
請求項２に記載のシールバーシステムを用いて前記一対のシート材の縁部を加熱しつつ加圧することで前記外装体内に被収容物が収容された袋状物を製造する袋状物の製造方法であって、
前記一対のシート材の縁部に前記シールバーの前記第一の加圧面及び前記補助シールバーの前記第二の加圧面を、前記一対のシート材の縁部を挟むとともに前記縁部から前記主面に沿う方向に前記第一の加圧面及び前記第二の加圧面が突出しないように接触させ、
前記第一の凸部と前記第二の凸部とを接触させ、
前記第一の加圧面及び前記第二の加圧面で前記一対のシート材の縁部を加熱しつつ加圧することで、それぞれの前記シート材のシーラント層を互いに溶着させることを特徴とする袋状物の製造方法。
前記第一の凸部と前記第二の凸部とが接触したときの、前記第一の加圧面と前記第二の加圧面との距離は、前記一対のシート材の厚さよりも短い請求項４に記載の袋状物の製造方法。