JP6825813B2 - シール装置及び二次電池の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、シール装置及び二次電池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。例えば特許文献１では、第１フィルムと第２フィルムとを周囲でヒートシールした外装体に蓄電体が封入されており、タブ端子が上方のヒートシール部から突出している。
タブ端子を外装体の外部へ突出させてヒートシールするには、例えば図７に示すようなシールバー３１が使用されている。下側の受け部３３の上面は平坦に形成され、上側のシールバー３１には、タブ端子１５に対応する位置にタブ端子１５の形状に応じた凹部３１ｃが形成されている。
凹部３１ｃは、断面略四角形のタブ端子１５の形状に応じて、断面略四角形に形成される。
シーラントフィルム１７により両面が被覆されたタブ端子１５を、外装体１３のフィルムからなる対向壁１４，１４間に配置し、シールバー３１により加熱しつつ加圧する。これにより、二次電池のうちヒートシールされたヒートシール部では、タブ端子１５をヒートシール部から突出させた状態で液密に封止することができる。
ヒートシールの際、シールバー３１の凹部３１ｃにおける両側の側壁３１ｄとタブ端子１５との間が広いと、封止後にタブ端子１５の幅方向両側部に溶着不良が生じ、電解質液等の収容液の漏洩が生じる。そのためシールバー３１の凹部３１ｃの幅はタブ端子１５の幅に対応させている。
特開２０１２−１７５０８４号公報
しかしながらヒートシール時には、シーラントフィルム１７により両面が被覆されて外装体１３の対向壁１４，１４間に配置された状態のタブ端子１５と、シールバー３１の凹部３１ｃとの相対位置にズレが生じることがある。
タブ端子１５は硬質材料により断面略四角形に形成され、シールバー３１の凹部３１ｃも硬質材料により形成されている。そのため幅方向に位置ずれが生じると、シールバー３１の凹部３１ｃの側壁とタブ端子１５とが過剰に近接することで、シーラントフィルム１７や外装体１３の対向壁１４，１４に強い剪断力が作用する。
シールバー３１の凹部３１ｃにおける両側の側壁３１ｄとタブ端子１５との間が余裕なく近接させているため、タブ端子１５の両縁ではシーラントフィルム１７や外装体１３が過剰に薄くなり、損傷を受け易い。
その結果、二次電池の使用時にタブ端子１５付近に収容液が漏洩したり、外装体１３の図示しないアルミニウム層にタブ端子１５が接触したりするという問題点がある。
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、タブ端子を外部へ突出させたヒートシール部において、収容液の漏洩をより確実に防止できるシール装置及び二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
本発明のシール装置は、外装体に収容された正極層及び負極層の少なくとも一つのタブ端子を、前記外装体から外部へ突出させて該タブ端子より幅広のシーラントフィルムにより被覆した状態で、前記外装体の対向壁間に配置して外側から加熱しつつ加圧するシールバーと、前記シールバーとともに前記外装体を外側から加熱しつつ加圧する受け部と、を備えるシール装置において、前記シールバーは、前記タブ端子の不在領域を加圧する第１加圧面と、前記タブ端子に対応するように前記第１加圧面より凹ませて形成され、前記タブ端子の存在領域を加圧する凹部と、を備え、前記凹部の幅方向の両側に形成された側壁は、該側壁間の間隔が開口側ほど広くなるように形成され、前記シールバーよりも下方に配置された前記受け部に、前記凹部が対向するように配置され、前記受け部は、前記シールバーに対向する上面が平坦に形成され、前記側壁には、前記第１加圧面に直交し底部側に配置された第１側面と、前記第１側面に対して開口側に連なるように配置され、前記幅方向の内側かつ前記開口側に向かって凸なる曲面形状に形成された第２側面と、がそれぞれ形成され、前記一対の第２側面間の間隔が前記開口側ほど広くなるように形成されていることを特徴とする。
本発明のシール装置によれば、シールバーは、タブ端子の存在領域を加圧するための凹部が開口側ほど広くなるように形成されている。そのためシールバーの凹部とタブ端子との相対位置の位置ズレが生じた状態で加圧しても、シーラントフィルムや外装体の厚みを確保できる。
それ故、加圧時にシーラントフィルムや外装体が損傷することを防止できる。またこのシール装置によりヒートシールして得られた二次電池では、使用時にヒートシール部の厚肉シール部に負荷される応力や振動を分散し易く、ヒートシール部の損傷を防止できる。
従ってタブ端子を外部へ突出させたヒートシール部において、収容液の漏洩をより確実に防止できる二次電池を製造するのに好適なシール装置を提供することが可能である。
本発明の二次電池の製造方法によれば、上述のシール装置を用いてヒートシールすることで、前記タブ端子を前記外装体から突出させた状態で、前記正極層及び前記負極層を前記外装体内に封止する二次電池の製造方法であって、前記シーラントフィルムにより被覆された前記タブ端子を前記外装体の対向壁間に配置し、前記外装体の外側から前記シールバー及び前記受け部により加熱しつつ加圧することで、前記第１加圧面により前記タブ端子の不在領域を加圧するとともに、前記凹部により前記タブ端子の存在領域を加圧することを特徴としている。
本発明の二次電池の製造方法によれば、タブ端子の存在領域を加圧するための凹部が開口側ほど広くなるように形成されたシールバーを用いてヒートシールすることで、タブ端子を外装体から突出させた状態で、正極層及び負極層を収容体内に封止する。そのためシールバーの凹部とタブ端子との相対位置の位置ズレが生じた状態で加圧しても、シーラントフィルムや外装体の厚みを確保できる。
それ故、加圧時にシーラントフィルムや外装体が損傷することを防止できる。また製造された二次電池では、使用時にヒートシール部の厚肉シール部に負荷される応力や振動を分散し易く、ヒートシール部の損傷を防止できる。
従ってタブ端子を外部へ突出させたヒートシール部において、収容液の漏洩をより確実に防止できる二次電池の製造方法を提供することが可能である。
本発明によれば、ヒートシール部の厚肉シール部が頂部側より根元部側で広くなるように形成できるので、シールバーの凹部とタブ端子との相対位置の位置ズレが生じても、シーラントフィルムや外装体の厚みを確保できる。そのため製造時や使用時にヒートシール部の厚肉シール部に負荷される応力や振動を分散し易く、ヒートシール部の破損を防止できる。
従って、タブ端子を外部へ突出させたヒートシール部において、高度に漏洩を防止できるシール装置及び二次電池の製造方法を提供することが可能である。
実施形態の二次電池の概略部分平面図である。 実施形態のタブ端子と外装体との接合部位を示す部分拡大図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 実施形態のシールバーを用いてヒートシールを行う装置の一部を示す部分拡大図断面図である。 変形例のシールバーを用いてヒートシールを行う装置の一部を示す部分拡大図断面図である。 他の変形例のシールバーを用いてヒートシールを行う装置の一部を示す部分拡大図断面図である。 従来のシールバーを用いたシール装置の部分拡大断面図である。
以下に本発明の実施形態について図を用いて説明する。
図１は、二次電池の概略部分平面図であり、図２は、タブ端子と外装体との接合部位を示す部分拡大図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
図１から図３に示すように、本実施形態では、正極層１１及び負極層１２がセパレータ（不図示）を介して積層され、電解質液（不図示）とともに外装体１３内に収容されて封止されることで、二次電池１０が構成されている。
正極層１１及び負極層１２には、それぞれタブ端子１５が接続されている。各タブ端子１５は、シーラントフィルム１７を介して二次電池１０のヒートシール部２１に接合されるとともに外部へ突出している。
外装体１３は、樹脂製シートを有する対向壁１４を一対備える。対向壁１４，１４同士が周縁のヒートシール部２１において互いに液密に接合されることで、中空の外装体１３が構成されている。
各対向壁１４はラミネート材料からなる。ラミネート材料は、適宜選択可能であるが、本実施形態では、対向壁１４は、内層側から変性ＰＰ（ポリプロピレン）層１４ａ、アルミニウム層１４ｂ、ナイロン層１４ｃ、及びＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）層１４ｄが積層されている。
最内層に配置される変性ＰＰ層１４ａは傾斜材料からなり、内層側がシーラントフィルム１７と強固に熱溶着可能であり、外層側がアルミニウム層１４ｂと強固に熱溶着可能となっている。
タブ端子１５は、導電性材料により形成されている。本実施形態では、正極層１１のタブ端子１５と負極層１２のタブ端子１５とで異なる金属板により形成されている。特に限定されるものではないが、本実施形態のタブ端子１５は何れも０．５ｍｍ以下の厚みに形成されている。
正極層１１及び負極層１２の各タブ端子１５は、ヒートシール部２１の一部から外部に突出して、図示しない回路などと接続される。各タブ端子１５はシーラントフィルム１７に被覆された状態で対向壁１４，１４に挟み込まれてヒートシール部２１に一体に接合されている。
ヒートシール部２１のタブ端子１５の存在領域２３ａには、厚肉シール部２２が設けられている。なお、ここで言う存在領域２３ａは、幅方向Ｘにおいてタブ端子１５が存在している領域のことを意味する。後述する不在領域２３ｂは、幅方向Ｘにおいてタブ端子１５が存在していない領域のことを意味する。
厚肉シール部２２は、図３等に示すように、ヒートシール部２１の他の部位よりタブ端子１５の厚さ方向Ｚに突出した形状に形成されている。厚肉シール部２２が厚さ方向Ｚに突出する長さは、例えば０．３〜０．５ｍｍ程度である。
厚肉シール部２２の幅方向Ｘ（タブ端子１５の幅方向でもある）の両側に設けられた側壁２２ａ（一方の側壁２２ａは不図示）は、頂部２２ａ１側よりも根元部２２ａ２側の方が両側壁２２ａ間の間隔が広くなるように形成されている。すなわち、一対の側壁２２ａ，２２ａの頂部２２ａ１間の間隔Ｗ１よりも根元部２２ａ２の間隔Ｗ２の方が広い。
シーラントフィルム１７は、タブ端子１５と接合可能であるとともに外装体１３を構成する対向壁１４，１４と強固に接合可能な樹脂により形成されている。本実施形態では、シーラントフィルム１７は外装体１３の最内層と同じ変性ＰＰにより形成されている。
シーラントフィルム１７は、ヒートシール部２１に対応する形状でタブ端子１５の幅Ｗ３（図３参照）より幅広に形成されている。シーラントフィルム１７は、タブ端子１５の表裏両面をそれぞれ被覆しており、外装体１３の対向壁１４，１４間に配置され、対向壁１４，１４に接合されている。
次に、正極層１１及び負極層１２を外装体１３に収容してタブ端子１５を外装体１３から突出させた状態でヒートシールすることで二次電池１０を製造する、本実施形態の二次電池１０の製造方法について説明する。
図４は、シールバー３１を用いてヒートシールを行うシール装置３０の部分拡大断面図である。
シール装置３０は、上面が平坦に形成された受け部３３と、受け部３３に対向するシールバー３１とを備えている。シールバー３１と受け部３３との間に、外装体１３の対向壁１４，１４を配置する。シールバー３１及び受け部３３を加熱しつつ相対的に変位させることで、外装体１３を加圧可能となっている。
本実施形態のシールバー３１は、タブ端子１５の不在領域２３ｂを加圧する第１加圧面３１ａと、タブ端子１５に対応するように第１加圧面３１ａより凹ませて形成され、タブ端子１５の存在領域２３ａを加圧する凹部３１ｃと、を備えている。凹部３１ｃは、タブ端子１５に対応する部位を加圧するための第２加圧面３１ｂを有してる。
凹部３１ｃは、タブ端子１５よりも広い幅を有するとともにシーラントフィルム１７よりも狭い幅に形成されている。
また、凹部３１ｃの幅方向Ｘの両側に形成された側壁３１ｄ（一方の側壁３１ｄは不図示）は、凹部３１ｃの底面である第２加圧面３１ｂ側よりも凹部３１ｃの開口３１ｃ１側ほど、側壁３１ｄ間の間隔が広くなるように形成されている。
具体的には、図４に示すように、凹部３１ｃの幅方向Ｘの両側に形成された側壁３１ｄは、第２加圧面３１ｂ側の間隔Ｗ５よりも開口３１ｃ１側の間隔Ｗ６の方が広い傾斜面として形成されている。シールバー３１において、第１加圧面３１ａおよび側壁３１ｄにより形成される隅部３１ｅの内角θが鈍角になる。
このシール装置３０により外装体１３の対向壁１４，１４をヒートシールするには、一方側が開口した状態の外装体１３の内部に、正極層１１及び負極層１２をセパレータや電解質液等の収容液とともに外装体１３内に収容する。
収容された正極層１１及び負極層１２のタブ端子１５を、シーラントフィルム１７により両面側を被覆した状態で、タブ端子１５の一部を外装体１３から外部へ突出させて外装体１３の対向壁１４，１４間に配置する。
シールバー３１と受け部３３の間を閉じる方向に相対移動させることで、タブ端子１５を間に配置した外装体１３の対向壁１４，１４を外側からシールバー３１及び受け部３３により加熱しつつ加圧する。シールバー３１の第１加圧面３１ａ及び受け部３３によりタブ端子１５の不在領域２３ｂを加圧し、タブ端子１５を第２加圧面３１ｂ及び受け部３３により加圧し、ヒートシールを行う。
このとき、例えば、対向壁１４の変性ＰＰ層１４ａ及びシーラントフィルム１７が融けて形を変化させる。変性ＰＰ層１４ａ及びシーラントフィルム１７がシールバー３１の両側壁３１ｄに押されることで、シールバー３１の凹部３１ｃとタブ端子１５との幅方向Ｘの相対位置の位置ズレが生じた状態で加圧しても、シーラントフィルム１７や外装体１３の厚みを確保できる。隅部３１ｅの内角θ１が鈍角であることで、加圧時に対向壁１４等が損傷しにくい。
これにより、タブ端子１５を外装体１３から突出させた状態で、正極層１１及び負極層１２を外装体１３内に封止することができる。
その後、適宜残工程を行うことで、二次電池１０を製造することが可能である。
以上説明したように、本実施形態の二次電池１０によれば、タブ端子１５の存在領域２３ａに設けられたヒートシール部２１の厚肉シール部２２が、頂部２２ａ１側より根元部２２ａ２側で間隔が広くなるように形成されている。そのためシールバー３１の凹部３１ｃとタブ端子１５との相対位置の位置ズレが生じても、シーラントフィルム１７や外装体１３の厚みを確保できる。そのため製造時や使用時にヒートシール部２１の厚肉シール部２２に負荷される応力や振動を分散し易く、ヒートシール部２１の損傷を防止できる。
従ってタブ端子１５を外部へ突出させたヒートシール部２１において、収容液の漏洩をより確実に防止することができる。
また、本実施形態のシールバー３１によれば、タブ端子１５の存在領域２３ａを加圧するための凹部３１ｃが開口側ほど広くなるように形成されている。そのためシールバー３１の凹部３１ｃとタブ端子１５との相対位置の位置ズレが生じた状態で加圧しても、シーラントフィルム１７や外装体１３の厚みを確保できる。
それ故、加圧時にシーラントフィルム１７や外装体１３が破損することを防止できる。またこのシールバー３１によりヒートシールして得られた二次電池１０では、使用時にヒートシール部２１の厚肉シール部２２に負荷される応力や振動を分散し易く、ヒートシール部２１の損傷を防止できる。
さらに二次電池１０の製造方法によれば、タブ端子１５の存在領域２３ａを加圧するための凹部３１ｃが開口３１ｃ１側ほど広くなるように形成されたシールバー３１を用いてヒートシールすることで、タブ端子１５を外装体１３から突出させた状態で、正極層１１及び負極層１２を外装体１３内に封止する。そのためシールバー３１の凹部３１ｃとタブ端子１５との相対位置の位置ズレが生じた状態で加圧しても、シーラントフィルム１７や外装体１３の厚みを確保できる。
それ故、加圧時にシーラントフィルム１７や外装体１３が損傷することを防止できる。また製造された二次電池１０では、使用時にヒートシール部２１の厚肉シール部２２に負荷される応力や振動を分散し易く、ヒートシール部２１の損傷を防止できる。
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。
例えば上記実施形態では、シールバー３１における凹部３１ｃの側壁３１ｄを傾斜面として形成したが、特に限定されるものではない。
例えば図５に示すように、側壁３１ｄを複数段の段差状に形成することで、凹部３１ｃの開口３１ｃ１側ほど側壁３１ｄ間の間隔が広くなるように形成してもよい。凹部３１ｃの１段当たりの深さが浅くなることで、加圧時にシーラントフィルム１７や外装体１３が損傷することを防止できる。
さらに図６に示すように、側壁３１ｄの開口３１ｃ１側の端部を曲面形状（円弧状）に形成することで、凹部３１ｃの開口３１ｃ１側ほど側壁３１ｄ間の間隔が広くなるように形成することも可能である。隅部３１ｅの内角θ１が鈍角であることで、加圧時にシーラントフィルム１７や外装体１３が損傷することを防止できる。
また上記ではタブ端子１５を金属板により形成したが、例えば金属パイプや金属棒を扁平形状に押し潰してタブ端子１５を形成することも可能である。タブ端子１５をこのように形成することで、タブ端子１５にバリが形成されにくくなる。
１０…二次電池
１１…正極層
１２…負極層
１３…外装体
１４…対向壁
１４ａ…変成ＰＰ層
１４ｂ…アルミニウム層
１４ｃ…ナイロン層
１４ｄ…ＰＥＴ層
１５…タブ端子
１７…シーラントフィルム
２１…ヒートシール部
２２…厚肉シール部
２２ａ…側壁
２３ａ…存在領域
２３ｂ…不在領域
３０…シール装置
３１…シールバー
３１ａ…第１加圧面
３１ｂ…第２加圧面
３１ｃ…凹部
３１ｄ…側壁
３３…受け部

Claims (2)

  1. 外装体に収容された正極層及び負極層の少なくとも一つのタブ端子を、前記外装体から外部へ突出させて該タブ端子より幅広のシーラントフィルムにより被覆した状態で、前記外装体の対向壁間に配置して外側から加熱しつつ加圧するシールバーと、
    前記シールバーとともに前記外装体を外側から加熱しつつ加圧する受け部と、
    を備えるシール装置において、
    前記シールバーは、
    前記タブ端子の不在領域を加圧する第１加圧面と、
    前記タブ端子に対応するように前記第１加圧面より凹ませて形成され、前記タブ端子の存在領域を加圧する凹部と、を備え、
    前記凹部の幅方向の両側に形成された側壁は、該側壁間の間隔が開口側ほど広くなるように形成され、
    前記シールバーよりも下方に配置された前記受け部に、前記凹部が対向するように配置され、
    前記受け部は、前記シールバーに対向する上面が平坦に形成され、
    前記側壁には、
    前記第１加圧面に直交し底部側に配置された第１側面と、
    前記第１側面に対して開口側に連なるように配置され、前記幅方向の内側かつ前記開口側に向かって凸なる曲面形状に形成された第２側面と、がそれぞれ形成され、
    前記一対の第２側面間の間隔が前記開口側ほど広くなるように形成されていることを特徴とするシール装置。
  2. 請求項１に記載されたシール装置を用いてヒートシールすることで、前記タブ端子を前記外装体から突出させた状態で、前記正極層及び前記負極層を前記外装体内に封止する二次電池の製造方法であって、
    前記シーラントフィルムにより被覆された前記タブ端子を前記外装体の対向壁間に配置し、
    前記外装体の外側から前記シールバー及び前記受け部により加熱しつつ加圧することで、前記第１加圧面により前記タブ端子の不在領域を加圧するとともに、前記凹部により前記タブ端子の存在領域を加圧することを特徴とする二次電池の製造方法。
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