JP7398050B2 - ラミネート電池およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ラミネート電池およびその製造方法に関する。詳しくは、ラミネートフィルム製の外装体の内部に電極体が収容されたラミネート電池に関する。
近年、リチウムイオン二次電池などの二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、リチウムイオン二次電池は、軽量で高いエネルギー密度が得られるため、車両搭載用の高出力電源として好ましく用いられている。この種の二次電池の一形態として、ラミネートフィルム製の外装体の内部に電極体が収容された電池（以下「ラミネート電池」ともいう）が挙げられる。かかるラミネート電池を構築する際には、一対の樹脂製の外装フィルムの間に電極体を挟み込んだ状態で当該外装フィルムの外周縁部を加圧・加熱して溶着する。これによって、外周縁部に溶着部を有する袋状の外装体が形成され、当該外装体の内部に電極体が収容される。
上記ラミネート電池は、外装体の内部の電極体と外部機器（他の電池やモータ等）とを電気的に接続するために板状の電極端子を備えている。この電極端子の一方の端部は外装体の内部の電極体と接続され、他方の端部は外装体の外部に露出する。このため、外装体の外周縁部の溶着部には、一対の外装フィルムの間に電極端子が挟み込まれ、当該電極端子に外装フィルムが溶着した領域が生じる。以下では、一対の外装フィルム同士が溶着している溶着部を「フィルム溶着部」といい、電極端子に一対の外装フィルムが溶着している溶着部を「端子溶着部」という。
上記ラミネート電池の端子溶着部では、金属材料（電極端子）と樹脂材料（外装フィルム）という異なる材料の間で溶着が行われるため、電極端子と外装フィルムとの界面に溶着不良が生じる可能性がある。これに対して、金属材料と樹脂材料の両方に好適な溶着性を有する熱溶着フィルムを電極端子と外装フィルムとの間に介在させる技術が従来から提案されている。かかる技術の一例が特許文献１、２に開示されている。例えば、特許文献１では、帯状の熱溶着フィルムを環状に繋いだものを押し潰した扁平な環状の熱溶着フィルムにタブ（電極端子）を挿通させている。このような熱溶着フィルムを電極端子に取り付けた場合、電極端子の両側面から熱溶着フィルムが所定の長さで突出する。
特開２００５－２４３５２６号公報 特開２０１７－１３９１２１号公報
ところで、ラミネート電池の端子溶着部は、電極端子の厚みの分、フィルム溶着部よりも厚くなる。このため、溶着部に形成された端子溶着部とフィルム溶着部との境界には段差が形成される。大量生産を行う製造現場では、この段差の近傍において電極端子と外装フィルムとの間に隙間が生じた電池が製造されることがある。溶着部に隙間が生じた電池は、外装体内部への水分の侵入による性能劣化や、減圧不足による体積膨張などが生じやすいため、出荷前に破棄又は修正を行う必要があり、生産性低下の原因となる。このため、近年では、溶着部の形成に使用する溶着装置の押圧面に弾性部材を取り付け、上記段差に追従するように押圧面を変形させることが検討されている。しかし、このような溶着装置の改善のみでは限界があり、依然として、溶着部の段差近傍に隙間が生じた電池が製造されることがあった。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、外装体の溶着部の段差の近傍において電極端子と外装フィルムとの間に隙間が生じることを好適に防止できるラミネート電池および当該ラミネート電池の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために、上記溶着部の段差の近傍において隙間が生じる原因を検討した結果、以下の新規な知見を見出した。
本発明者が見出した知見を説明する前提として、一般的なラミネート電池の溶着部の形成手順を具体的に説明する。図１０～図１３は、従来のラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。ラミネート電池の製造では、最初に、電極体（図示省略）と外装フィルムとを積層させた積層体１００Ａを作製する。このとき、積層体１００Ａの端部（外周縁部の一辺）では、図１０に示すように、熱溶着フィルム１４０を介して、一対の外装フィルム１２２、１２４の間に電極端子１３０が配置される。次に、押圧面に弾性部材Ｐ２を有する一対の加圧板Ｐの間に、上記積層体１００Ａの端部を配置して当該一対の加圧板Ｐを近接させる。なお、図中の符号Ｐ１は、加圧板Ｐの基体部である。そして、図１１～図１３に示すように、電極端子１３０の形状に応じて弾性部材Ｐ２を弾性変形させながら積層体１００Ａの端部を加圧・加熱する。これによって、フィルム溶着部Ｗ１と端子溶着部Ｗ２とから構成された溶着部Ｗが形成される。このとき、外装フィルム１２２、１２４の変形が溶着部Ｗの段差Ｄの形状に追従できないと、段差Ｄの近傍における外装フィルム１２２、１２４と電極端子１３０との間に隙間Ｓが形成される。
本発明者は、上述の従来技術において溶着部Ｗの段差Ｄの近傍に隙間Ｓが形成される理由を次のように考えた。図１０に示すように、溶着部の形成を開始すると、最初に、加圧板Ｐ（弾性部材Ｐ２）が、外装フィルム１２２、１２４と熱溶着フィルム１４０を介して電極端子１３０に接触する。このとき、外装フィルム１２２、１２４が電極端子１３０の両端部と加圧板Ｐとの間に挟持され、第１の固定点Ｆ１が形成される。次に、図１１に示すように、弾性部材Ｐ２を弾性変形させながら一対の加圧板Ｐを近接させると、外装フィルム１２２、１２４の両端部が加圧板Ｐに挟持され、第２の固定点Ｆ２が形成される。この状態で加圧板Ｐをさらに近接させると、図１１および図１２中の矢印Ａに示すように、第１の固定点Ｆ１と第２の固定点Ｆ２において固定された外装フィルム１２２、１２４に強い張力が掛かる。このように、強い張力が掛かった外装フィルム１２２、１２４は、フィルム溶着部Ｗ１と端子溶着部Ｗ２との境界の段差Ｄに沿うような変形ができなくなる可能性がある。このような場合に、段差Ｄの近傍における電極端子１３０と外装フィルム１２２、１２４との間に隙間Ｓが形成される。
本発明者は、上述の知見に基づいて、溶着部Ｗの形成中に外装フィルム１２２、１２４に掛かる張力を緩和できれば、段差Ｄに沿うように外装フィルム１２２、１２４を変形させ、隙間Ｓの形成を防止できると考えた。そして、張力を緩和させる手段として、熱溶着フィルム１４０の突出部１４２の長さＬＰに着目した。具体的には、図１２に示すように、上記第１の固定点Ｆ１と第２の固定点Ｆ２の形成後、さらに加圧板Ｐを近接させると、外装フィルム１２２、１２４を介して突出部１４２の先端１４２ａが加圧板Ｐと接触する接触点Ｃが生じる。本発明者は、図１１に示される第２の固定点Ｆ２の形成と同じ程度のタイミングで、突出部１４２の先端１４２ａと加圧板Ｐとを接触させることができれば、この接触点Ｃが第３の固定点となり、溶着部Ｗの形成中に外装フィルム１２２、１２４に掛かる張力を分散できると考えた。そして、本発明者は、かかる仮定の下で、熱溶着フィルム１４０の突出部１４２の長さＬＰを検討した結果、当該突出部１４２の長さＬＰが端子溶着部Ｗ２の厚みＴＥの５０％以上になった場合、第２の固定点Ｆ２と同程度のタイミングで第３の固定点が形成され、段差Ｄの近傍における隙間Ｓの形成が防止されることを発見した。
ここに開示されるラミネート電池は、上述の知見に基づいてなされたものである。このラミネート電池は、電極体と、電極体を挟んで対向した一対の外装フィルムからなる外装体と、幅方向の一端が電極体に接続され、他端が外装体の外部に露出する板状の電極端子とを備えている。そして、外装体の外周縁部には、外装フィルム同士が溶着されたフィルム溶着部と、電極端子に外装フィルムが溶着された端子溶着部とからなる溶着部が形成されている。そして、溶着部において一対の外装フィルムの間に配置された電極端子の表面が熱溶着フィルムによって被覆されており、当該熱溶着フィルムは、電極端子の側面から奥行方向の外側に向かって突出する突出部を有している。ここに開示されるラミネート電池の熱溶着フィルムの突出部の長さＬＰは、端子溶着部の厚みＴＥの５０％以上であり、かつ、フィルム溶着部の長さＬＦの１００％未満である。
ここに開示されるラミネート電池では、電極端子の側面から突出する突出部が熱溶着フィルムに形成されており、当該突出部の長さＬＰが端子溶着部の厚みＴＥの５０％以上である。これによって、溶着部形成中の外装フィルムには、上述の第１の固定点と第２の固定点の他に、突出部の先端と加圧板との間に当該外装フィルムが挟持された第３の固定点が生じる。このように、溶着部形成中の外装フィルムに３つの固定点を形成することによって、外装フィルムに掛かる張力を分散・緩和できるため、フィルム溶着部と端子溶着部との境界の段差の近傍に隙間が形成されることを防止できる。
なお、ここに開示されるラミネート電池において、熱溶着フィルムの突出部の長さＬＰを長くしすぎると、当該突出部が外装フィルムの外側に露出し、第３の固定点が形成されなくなる。このため、ここに開示されるラミネート電池における熱溶着フィルムの突出部の長さＬＰの上限は、フィルム溶着部の長さＬＦの１００％未満に設定される。
ここに開示されるラミネート電池の好適な一態様では、突出部の厚みＴＰは、端子溶着部の厚みＴＥの２０％以上５０％以下である。これによって、第２の固定点と第３の固定点の各々が形成されるタイミングをより近づけることができるため、溶着部の形成中に外装フィルムに掛かる張力をより好適に分散・緩和できる。
ここに開示されるラミネート電池の好適な一態様では、突出部の長さＬＰは、フィルム溶着部の長さＬＦの３５％以上６５％以下である。これによって、第２の固定点と第３の固定点の各々が形成されるタイミングをより近づけることができるため、溶着部の形成中に外装フィルムに掛かる張力をより好適に分散・緩和できる。
ここに開示されるラミネート電池の好適な一態様では、外装フィルムは、電極体と対向する樹脂層と、樹脂層の外側に形成された金属層とを少なくとも備えた多層構造のラミネートフィルムである。これによって、外装フィルムの強度を向上させ、より高品質なラミネート電池を構築できる。
また、上記金属層を備えた多層構造の外装フィルムを使用する態様では、熱溶着フィルムの幅方向の一端が外装体の外部に露出していることが好ましい。これによって、外装フィルムの金属層と電極端子とが導通することを防止できる。
また、ここに開示される技術の他の側面として、ラミネート電池の製造方法が提供される。かかる製造方法は、電極体と、電極体を挟んで対向した一対の外装フィルムで構成された外装体と、一方の端部が電極体に接続され、他方の端部が外装体の外部に露出する板状の電極端子とを備えたラミネート電池を製造する方法である。かかる製造方法は、電極端子が接続された電極体が一対の外装フィルムの間に配置され、かつ、電極端子の端部が一対の外装フィルムの外部に露出した積層体を形成する積層工程と、一対の外装フィルムの間に電極端子が介在した積層体の端部を一対の加圧板の間に配置する配置工程と、一対の加圧板を所定の温度まで加熱する加熱工程と、加熱された一対の加圧板で一対の外装フィルムの外周縁部を挟み込んで加圧・加熱することによって、外装フィルム同士が溶着されたフィルム溶着部と、電極端子に外装フィルムが溶着された端子溶着部とからなる溶着部を形成する溶着工程とを備えている。そして、ここに開示される製造方法では、一対の外装フィルムの間に配置された電極端子の表面が熱溶着フィルムによって被覆され、当該熱溶着フィルムは、電極端子の側面から奥行方向に向かって突出する突出部を有しており、突出部の長さＬＰは、端子溶着部の厚みＴＥの５０％以上であり、かつ、フィルム溶着部の長さＬＦの１００％未満である。
上記した通り、ここに開示される製造方法では、端子溶着部の厚みＴＥの５０％以上であり、かつ、フィルム溶着部の長さＬＦの１００％未満である長さＬＰを有した突出部が熱溶着フィルムに形成されている。これによって、溶着工程における外装フィルムに、第１～第３の３つの固定点を形成し、当該外装フィルムに掛かる張力を分散・緩和することができる。このため、ここに開示される製造方法によると、フィルム溶着部と端子溶着部との境界の段差の近傍において外装フィルムと電極端子との間に隙間が形成されることを防止できる。
本発明の一実施形態に係るラミネート電池を模式的に示す平面図である。 図１中のＩＩ－ＩＩ矢視断面図である。 本発明の一実施形態に係るラミネート電池に使用される電極端子を模式的に示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るラミネート電池の製造方法を説明する斜視図である。 本発明の一実施形態に係るラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係るラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係るラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係るラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係るラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。 従来のラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。 従来のラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。 従来のラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。 従来のラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。
以下、ここに開示される技術の一実施形態について図面を参照しながら説明する。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極体の詳細な構造や材料、溶着装置の詳細な構造等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。
なお、本明細書にて示す各図において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。そして、各図における符号Ｘは「幅方向」を示し、符号Ｙは「奥行方向」を示し、符号Ｚは「高さ方向」を示す。これらの方向は、説明の便宜上定めた方向であり、ここに開示される技術（例えば、製造・使用時のラミネート電池の向き）を限定することを意図したものではない。
１．ラミネート電池
図１は、本実施形態に係るラミネート電池を模式的に示す平面図である。図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ矢視断面図である。図３は、本実施形態に係るラミネート電池に使用される電極端子を模式的に示す平面図である。
図１に示すように、本実施形態に係るラミネート電池１は、電極体１０と、一対の外装フィルム２２、２４からなる外装体２０と、端部３４が外装体２０の外部に露出した電極端子３０とを備えている。また、このラミネート電池１では、外装体２０の外周縁部に溶着部Ｗが形成されており、当該溶着部Ｗに配置された電極端子３０の表面は熱溶着フィルム４０に被覆されている。以下、各々の構成について具体的に説明する。
（１）電極体
本実施形態に係るラミネート電池１では、扁平な矩形の外形を有する電極体１０が用いられている。なお、電極体１０の詳細な構造は特に限定されず、従来公知の構造を特に制限なく使用できる。例えば、電極体１０は、セパレータを介して長尺な電極シートを捲回した捲回電極体であってもよい。また、電極体１０は、セパレータを介して矩形の電極シートを複数枚積層させた積層型電極体であってもよい。なお、電極体を構成する各部材（例えば、電極シートやセパレータ等）の構造および材料についても、特に限定されず、この種の二次電池に使用され得るものを特に制限なく使用できる。
（２）外装体
外装体２０は、電極体１０を挟んで対向した一対の外装フィルム２２、２４（図２参照）の外周縁部を溶着させることによって形成された袋状の電池ケースである。かかる外装フィルム２２、２４は、絶縁性の樹脂層を含むラミネートフィルムである。この外装フィルム２２、２４の樹脂層は、電極体１０と対向するように配置される。なお、樹脂層は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレンなどによって構成されている。また、図示は省略するが、外装フィルム２２、２４は、上記電極体１０と対向する樹脂層の他に、樹脂層の外側に形成された金属層を備えた多層構造のラミネートフィルムであると好ましい。このように、金属層を含む多層構造のラミネートフィルムを使用することによって、高い強度を有する外装体２０を形成できる。なお、金属層の材料としては、アルミニウム、ステンレス、銅などが挙げられる。また、外装体２０の耐擦過性を向上させるという観点から、上記多層構造のラミネートフィルムの中でも、金属層の外側に樹脂層がさらに積層された３層以上のラミネートフィルムが特に好ましい。
この外装フィルム２２、２４の厚みｔ１は、３０μｍ以上が好ましく、６０μｍ以上がより好ましく、９０μｍ以上がさらに好ましく、１２０μｍ以上が特に好ましい。これによって、外装フィルム２２、２４の強度を十分に確保できる。また、外装フィルム２２、２４の厚みｔ１の上限は、特に限定されず、５００μｍ以下であってもよく、３５０μｍ以下であってもよい。但し、後述の熱溶着フィルム４０への熱伝導性を考慮すると、外装フィルム２２、２４の厚みｔ１の上限は、２７０μｍ以下が好ましく、２４０μｍ以下がより好ましく、２１０μｍ以下がさらに好ましく、１８０μｍ以下が特に好ましい。
（３）電極端子
電極端子３０は、電極体１０と外部機器とを電気的に接続する導電部材である。この電極端子３０は、アルミニウム、銅、ニッケル等の導電性材料によって構成される。図３に示すように、電極端子３０は、幅方向Ｘにおいて所定の寸法を有する板状の部材である。そして、図１に示すように、電極端子３０の幅方向Ｘの一方（中央側）の端部３２は、電極体１０に接続されている。また、他方（外側）の端部３４は、外装体２０の外部に露出している。なお、詳細な説明は省略するが、電極体１０の正極側に接続された電極端子３０は正極端子となり、負極側に接続された電極端子３０は負極端子となる。
また、図２に示す電極端子３０の厚みｔ２は、５０μｍ以上が好ましく、１００μｍ以上がより好ましく、２００μｍ以上がさらに好ましく、３００μｍ以上が特に好ましい。これによって、電極端子３０の電気抵抗を十分に低下させることができる。また、電極端子３０の厚みｔ２の上限は、特に限定されず、１５００μｍ以下であってもよく、１０００μｍ以下であってもよい。但し、電極端子３０の厚みｔ２の上限は、８００μｍ以下が好ましく、７００μｍ以下がより好ましく、６００μｍ以下がさらに好ましく、５００μｍ以下が特に好ましい。これによって、フィルム溶着部Ｗ１と端子溶着部Ｗ２との境界における段差Ｄを低くし、電極端子３０と外装フィルム２２、２４との溶着を容易にできる。
（４）溶着部
上述した通り、本実施形態に係るラミネート電池１では、外装体２０の外周縁部に溶着部Ｗが形成されている。この溶着部Ｗは、フィルム溶着部Ｗ１と端子溶着部Ｗ２とから構成される。
フィルム溶着部Ｗ１は、外装フィルム２２、２４同士が溶着された部分である。図１に示すように、フィルム溶着部Ｗ１は、外装体２０の両側縁に沿って延びると共に、幅方向Ｘの両端部の一部（典型的には、当該両端部の奥行方向Ｙの両外側）に形成されている。そして、図２に示すように、幅方向Ｘの両端部に形成されたフィルム溶着部Ｗ１は、一対の外装フィルム２２、２４同士が直接溶着した第１フィルム溶着部Ｗ１ａと、熱溶着フィルム４０の突出部４２を介して外装フィルム２２、２４同士が溶着した第２フィルム溶着部Ｗ１ｂとから構成される。なお、第１フィルム溶着部Ｗ１ａの厚みＴＦａは、一対の外装フィルム２２、２４の合計厚み（ｔ１×２）と略同等である。また、第２フィルム溶着部Ｗ１ｂの厚みＴＦｂは、一対の外装フィルム２２、２４の合計厚み（ｔ１×２）と、熱溶着フィルム４０の突出部４２の厚み（ＴＰ）との合計（（ｔ１×２）＋ＴＰ）と略同等である。
一方、端子溶着部Ｗ２では、電極端子３０に外装フィルム２２、２４が溶着されている。具体的には、端子溶着部Ｗ２では、熱溶着フィルム４０の端子被覆部４４を介して電極端子３０の表面に外装フィルム２２、２４が溶着されている。なお、この端子溶着部Ｗ２は、外装体２０の幅方向Ｘの両端部にのみ形成される（図１参照）。そして、図２に示すように、幅方向Ｘの両端部に形成された溶着部Ｗでは、奥行方向Ｙの中央部に端子溶着部Ｗ２が形成され、当該端子溶着部Ｗ２の両外側に第２フィルム溶着部Ｗ１ｂが形成され、第２フィルム溶着部Ｗ１ｂのさらに外側に第１フィルム溶着部Ｗ１ａが形成される。また、端子溶着部Ｗ２の厚みＴＥは、一対の外装フィルム２２、２４の合計厚み（ｔ１×２）と、電極端子３０の厚み（ｔ２）と、熱溶着フィルム４０の端子被覆部４４の合計厚み（ｔ３×２）との合計（（ｔ１×２）＋ｔ２＋（ｔ３×２））と略同等である。
（５）熱溶着フィルム
熱溶着フィルム４０は、溶着部Ｗにおいて一対の外装フィルム２２、２４の間に配置された電極端子３０の表面を被覆する樹脂部材である。かかる熱溶着フィルム４０を介在させることによって、金属製の電極端子３０と外装フィルム２２、２４の樹脂層とを好適に溶着できる。なお、熱溶着フィルム４０の材料は、外装フィルム２２、２４と同程度の温度で溶融し、かつ、樹脂材料と金属材料の両方に対して好適な溶着性を発揮する樹脂材料を適宜選択でき、ここに開示される技術を限定するものではない。一例として、熱溶着フィルム４０には、変性ポリプロピレンや、ポレオレフィン層を含む多層構造のフィルムなどを使用できる。
以下、熱溶着フィルム４０のうち、電極端子３０の表面を被覆する部分を端子被覆部４４と称する。この端子被覆部４４の厚みｔ３は、４０μｍ以上が好ましく、６０μｍ以上がより好ましく、８０μｍ以上がさらに好ましく、１００μｍ以上が特に好ましい。これによって、電極端子３０と外装フィルム２２、２４とを溶着する際の中間層としての機能を好適に発揮できる。また、端子被覆部４４の厚みｔ３の上限は、特に限定されない。但し、端子被覆部４４が厚すぎると、溶着部Ｗ形成中の端子被覆部４４の溶融が不十分になり、溶着不良の原因となる可能性がある。かかる観点から、端子被覆部４４の厚みｔ３の上限は、３５０μｍ以下が好ましく、３００μｍ以下がより好ましく、２５０μｍ以下がさらに好ましく、２００μｍ以下が特に好ましい。
なお、図１に示す幅方法Ｘにおける熱溶着フィルム４０の長さｌ２は、幅方向Ｘにおける溶着部Ｗの長さｌ１よりも長くなるように設定されていると好ましい。これによって、溶着部Ｗの形成中に各部材の位置ずれが生じたとしても、熱溶着フィルム４０を介して電極端子３０と外装フィルム２２、２４とを溶着できる。具体的には、幅方向Ｘにおける溶着部Ｗの長さｌ１が４ｍｍ～６ｍｍである場合、幅方向Ｘにおける熱溶着フィルム４０の長さｌ２は、７ｍｍ以上が好ましく、８ｍｍ以上がより好ましく、９ｍｍ以上がさらに好ましく、１０ｍｍ以上が特に好ましい。さらに、本実施形態に係るラミネート電池１では、幅方向Ｘにおける熱溶着フィルム４０の一方の端部４６が外装体２０の外部に露出している。これによって、外装体２０の金属層と電極端子３０との導通による短絡の発生を防止できる。
そして、図２に示すように、熱溶着フィルム４０は、電極端子３０の側面３０ａから奥行方向Ｙの外側に向かって突出する突出部４２を有している。本実施形態に係るラミネート電池１は、この熱溶着フィルム４０の突出部４２の長さＬＰが端子溶着部Ｗ２の厚さＴＥの５０％以上であり、かつ、フィルム溶着部Ｗ１の長さＬＦの１００％未満であることによって特徴付けられる。このような長さの突出部４２を形成することによって、フィルム溶着部Ｗ１と端子溶着部Ｗ２との境界の段差Ｄの近傍において、電極端子３０と外装フィルム２２、２４との間に隙間（図１３中の符号Ｓ参照）が生じることを防止できる。以下、かかる効果が得られる理由について、本実施形態に係るラミネート電池の製造方法を参照しながら説明する。
２．ラミネート電池の製造方法
図４は、本実施形態に係るラミネート電池の製造方法を模式的に示す斜視図である。また、図５～図９は、本実施形態に係るラミネート電池の製造方法を説明する断面図である。
（１）溶着装置
先ず、本実施形態に係る製造方法で使用される溶着装置について説明する。図４に示すように、この溶着装置は、一対の加圧板Ｐを備えている。具体的には、各々の加圧板Ｐは、奥行方向Ｙに延びる矩形の板状部材である。そして、下側の加圧板Ｐの上面と、上側の加圧板Ｐの底面とが対向するように配置されており、その間にラミネート電池の前駆体である積層体１Ａの外周縁部の一辺が配置される。
図５に示すように、加圧板Ｐは、押圧面に弾性部材Ｐ２を備えている。具体的には、加圧板Ｐは、金属製の基体部Ｐ１と、当該基体部Ｐ１の押圧面に取り付けられた弾性部材Ｐ２とを備えている。基体部Ｐ１には、所定の熱伝導性と強度を有した金属材料が使用されていると好ましい。当該金属材料の一例として、鉄、アルミニウム、クロム、ニッケルもしくはこれらの合金などが挙げられる、一方、弾性部材Ｐ２は、所定の耐熱性と弾性を有した材料によって構成されていると好ましい。この弾性部材Ｐ２は、例えば、ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等などの樹脂材料によって構成される。これらの中でも、ゴムは、好適な弾性を有するため好適であり、ゴムの中でも耐熱性に優れたシリコンゴムが特に好適である。また、弾性部材Ｐ２は、一定の弾性を有する無機材料（シリコンなど）で構成されていてもよい。このような無機材料は、熱伝導性に優れているため、溶着対象をより効率よく加熱できる。
また、溶着装置は、上述の加圧板Ｐの他に、加熱手段や移動手段を備えている。加熱手段は、加圧板を加熱する機構である。かかる加熱手段としては、従来公知のヒーターを特に制限なく使用できる。また、移動手段は、加圧板Ｐを近接および離間させる機構である。かかる移動手段が加圧板Ｐを近接させることによって、加圧板Ｐの間に積層体１Ａの端部を挟み込んで加圧することができる。なお、加熱手段や移動手段の具体的な構造は、積層体１Ａの端部に均一かつ十分な熱と圧力を加えることができれば特に限定されず、従来公知の構造を特に制限なく採用することができる。
（２）外装フィルムの溶着
本実施形態に係る製造方法では、上述の溶着装置を用いて外装体２０の外周縁部を溶着して溶着部Ｗを形成する。かかる製造方法は、積層工程と、配置工程と、加熱工程と、溶着工程を備えている。以下、各工程について説明する。
なお、図１に示すように、本実施形態に係るラミネート電池１では、外装体２０の外周縁部に溶着部Ｗが形成される。しかし、外装体２０の両側縁に沿って形成される溶着部Ｗには、端子溶着部Ｗ２が形成されないため、「フィルム溶着部Ｗ１と端子溶着部Ｗ２との境界の段差Ｄの近傍における隙間の発生」という問題が生じない。このため、以下では、当該外装体２０の両側縁に沿った溶着部Ｗの形成に関する説明を省略する。なお、外装体２０の両側縁に沿った溶着部Ｗは、従来公知の方法で形成でき、ここに開示される技術を限定するものではない。
（ａ）積層工程
本工程では、上述したラミネート電池１の構成部材を積層させて、ラミネート電池１の前駆物質である積層体１Ａを形成する。具体的には、先ず、幅方向Ｘの両端部に電極端子３０が接続された電極体１０を準備し、当該電極体１０を一対の外装フィルム２２、２４の間に配置する。これによって、一対の外装フィルム２２、２４の間に電極体が配置された積層体１Ａが形成される。そして、一対の外装フィルム２２、２４の外部に電極端子３０の端部３４が露出するように各部材の位置を調節する。これによって、積層体１Ａの端部では、外装フィルム２４、熱溶着フィルム４０、電極端子３０、熱溶着フィルム４０、外装フィルム２２がこの順番で積層される。
（ｂ）配置工程
図５に示すように、本工程では、上述した積層体１Ａの端部を一対の加圧板Ｐの間に配置する。このとき、奥行方向Ｙにおいて、積層体１Ａの中央部と加圧板Ｐの中央部とが揃うように、各々の部材の位置を調節することが好ましい。これによって、後述の溶着工程において積層体１Ａの端部に掛かる圧力をより均一にできる。
（ｃ）加熱工程
次に、本工程では、溶着装置の加熱手段を稼働し、加圧板Ｐを所定の温度まで加熱する。このときの加圧板Ｐの温度は、外装フィルム２２、２４と熱溶着フィルム４０の溶着温度や加圧板Ｐの熱伝導性などを考慮して設定されていると好ましい。一例として、加圧板Ｐの温度は、弾性部材Ｐ２を介して外装フィルム２２、２４を１５０℃～２５０℃の範囲に加熱できるように設定されていると好ましい。
（ｄ）溶着工程
本工程では、加熱された一対の加圧板Ｐで積層体１Ａの端部を挟み込んで加圧・加熱することによって、外装フィルム２２、２４同士が溶着されたフィルム溶着部Ｗ１と、電極端子３０に外装フィルム２２、２４が溶着された端子溶着部Ｗ２とからなる溶着部Ｗを形成する（図６～図９参照）。具体的には、溶着装置の移動手段を稼働させて上下一対の加圧板Ｐを近接させ、一対の加圧板Ｐの間に積層体１Ａの端部を挟み込んで加圧・加熱する。これによって、フィルム溶着部Ｗ１と端子溶着部Ｗ２とから構成された溶着部Ｗが形成される。
このとき、本実施形態では、熱溶着フィルム４０の突出部４２の長さＬＰが、端子溶着部の厚さＴＥの５０％以上であり、かつ、フィルム溶着部Ｗ１の長さＬＦの１００％未満になるように設定されている。これによって、フィルム溶着部Ｗ１と端子溶着部Ｗ２との境界の段差Ｄの近傍において、電極端子３０と外装フィルム２２、２４との間に隙間が生じることを防止できる。以下、かかる効果が発揮される理由について具体的に説明する。
図６に示すように、溶着工程において一対の加圧板Ｐが近接すると、外装フィルム２２、２４と熱溶着フィルム４０（端子被覆部４４）を介して、電極端子３０が加圧板Ｐと接触する。このとき、電極端子３０の両端部と加圧板Ｐとの間に外装フィルム２２、２４が挟持され、第１の固定点Ｆ１が形成される。次に、図７に示すように、一対の加圧板Ｐをさらに近接させると、電極端子３０の外形に沿うように加圧板Ｐの弾性部材Ｐ２が弾性変形する。このとき、外装フィルム２２、２４の両端部が加圧板Ｐの間に挟持され、第２の固定点Ｆ２が形成される。そして、本実施形態では、端子溶着部の厚さＴＥの５０％以上という十分な長さＬＰを有した突出部４２が熱溶着フィルム４０に形成されている。このため、上記第２の固定点Ｆ２の形成と同程度のタイミングで、突出部４２の先端４２ａと加圧板Ｐとの間に外装フィルム２２、２４が挟持され、第１の固定点Ｆ１と第２の固定点Ｆ２との間に第３の固定点Ｆ３が形成される。
そして、図８に示すように、一対の加圧板Ｐをさらに近接させると、外装フィルム２２、２４が奥行方向Ｙの外側に引っ張られる。しかし、本実施形態では、第１の固定点Ｆ１と第２の固定点Ｆ２との間に第３の固定点Ｆ３が生じているため、図中の矢印Ａ１、Ａ２に示すように、外装フィルム２２、２４に掛かる張力が分散・緩和される。これによって、従来技術（図１１および図１２参照）のように外装フィルム２２、２４が強い張力で斜めに引っ張られることを防止できる。このため、図９に示すように、本実施形態では、フィルム溶着部Ｗ１と端子溶着部Ｗ２との境界の段差Ｄに追従するように外装フィルム２２、２４を変形させながら溶着部Ｗを形成でき、当該段差Ｄの近傍において外装フィルム２２、２４と電極端子３０との間に隙間が形成されることを防止できる。従って、本実施形態によると、外装体２０内部への水分侵入による性能低下や、減圧不足による体積膨張などが好適に防止された高品質のラミネート電池を高い生産性で製造できる。
さらに、本実施形態では、フィルム溶着部Ｗ１に、外装フィルム２２、２４同士が直接溶着した第１フィルム溶着部Ｗ１ａと、熱溶着フィルム４０の突出部４２を介して外装フィルム２２、２４同士が溶着した第２フィルム溶着部Ｗ１ｂとが形成されている。これによって、奥行方向Ｙの両外側（第１フィルム溶着部Ｗ１ａ）から中央部（端子溶着部Ｗ２）に向かって段階的に厚みが増加するような溶着部Ｗが形成される。このため、フィルム溶着部Ｗ１と端子溶着部Ｗ２との境界の段差Ｄが小さくなり、当該段差Ｄに沿うように外装フィルム２２、２４を変形させることが容易になる。かかる点も、段差Ｄの近傍における隙間の防止に貢献している。
３．各部材の寸法
なお、ここに開示されるラミネート電池１では、上述した溶着工程において、第２の固定点Ｆ２と第３の固定点Ｆ３が形成されるタイミングがより近似するように、各部材の寸法を設定すると好ましい。例えば、上述の通り、熱溶着フィルム４０の突出部４２の長さＬＰが端子溶着部Ｗ２の厚みＴＥの５０％以上であれば、段差Ｄの近傍における隙間の発生を防止できることが確認されている。但し、図２に示す突出部４２の長さＬＰは、端子溶着部Ｗ２の厚みＴＥの７５％以上であると好ましく、１００％以上であるとより好ましく、１２５％以上であるとさらに好ましく、１５０％以上であると特に好ましい。これによって、第２の固定点Ｆ２と第３の固定点Ｆ３が形成されるタイミングを更に近似させ、段差Ｄの近傍における隙間の発生をより好適に防止することができる。
また、熱溶着フィルム４０の突出部４２が長くなりすぎると、突出部４２の先端４２ａが外装フィルム２２、２４の外側に露出し、第３の固定点Ｆ３が形成されなくなる。このため、上記熱溶着フィルム４０の突出部４２の長さＬＰは、フィルム溶着部Ｗ１の長さＬＦの１００％未満であることが求められる。なお、第２の固定点Ｆ２と第３の固定点Ｆ３が形成されるタイミングをより近似させるという点を考慮すると、突出部４２の先端４２ａがフィルム溶着部Ｗ１の中央部の近傍に配置されるように、フィルム溶着部Ｗ１の長さＬＦを調節すると好ましい。かかる観点から、フィルム溶着部Ｗ１の長さＬＦに対する突出部４２の長さＬＰの上限は、９０％以下が好ましく、８５％以下がより好ましく、７５％以下がさらに好ましく、６５％以下が特に好ましい。一方、上記フィルム溶着部Ｗ１の長さＬＦに対する突出部４２の長さＬＰの下限は、１５％以上が好ましく、２５％以上がより好ましく、３５％以上がさらに好ましい。
また、溶着工程において第３の固定点Ｆ３が形成されるタイミングは、端子溶着部Ｗ２の厚みＴＥに対する突出部４２の厚みＴＰの割合が大きくなるにつれて早くなり、小さくなるにつれて遅くなる傾向がある。この点を考慮すると、図２に示す突出部４２の厚みＴＰは、端子溶着部Ｗ２の厚みＴＥの５％以上であると好ましく、１０％以上であるとより好ましく、１５％以上であるとさらに好ましく、２０％以上であると特に好ましい。一方、突出部４２の厚みＴＰは、端子溶着部Ｗ２の厚みＴＥの８０％以下であると好ましく、７０％以下であるとより好ましく、６０％以下であるとさらに好ましく、５０％以下であると特に好ましい。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
１ ラミネート電池
１Ａ 積層体
１０ 電極体
２０ 外装体
２２、２４ 外装フィルム
３０ 電極端子
３０ａ 電極端子の側面
３２、３４ 電極端子の端部
４０ 熱溶着フィルム
４２ 突出部
４２ａ 突出部の先端
４４ 端子被覆部
４６ 熱溶着フィルムの端部
Ｆ１ 第１の固定点
Ｆ２ 第２の固定点
Ｆ３ 第３の固定点
Ｗ１ フィルム溶着部
Ｗ１ａ 第１フィルム溶着部
Ｗ１ｂ 第２フィルム溶着部
Ｗ２ 端子溶着部

Claims (6)

  1. 電極体と、前記電極体を挟んで対向した一対の外装フィルムからなる外装体と、幅方向の一方の端部が前記電極体に接続され、他方の端部が前記外装体の外部に露出する板状の電極端子とを備えたラミネート電池であって、
    前記電極端子は、前記幅方向における前記電極体の両端部の各々に１つずつ接続され、前記外装体の外部に露出するように前記幅方向の外側に向かって突出する一対の電極端子であり、
    前記外装体の外周縁部には、前記外装フィルム同士が溶着されたフィルム溶着部と、前記電極端子に前記外装フィルムが溶着された端子溶着部とからなる溶着部が形成され、
    前記幅方向の両端部の各々における前記フィルム溶着部は、１つの前記電極端子を挟むように、前記幅方向と直交する方向である奥行方向に沿って延びる一対のフィルム溶着部を有しており、
    前記溶着部において前記一対の外装フィルムの間に配置された前記電極端子の表面が熱溶着フィルムによって被覆され、当該熱溶着フィルムは、前記奥行方向の外側に向かって前記電極端子の両側面の各々から突出する一対の突出部を有しており、
    前記奥行方向における前記一対の突出部の各々の長さＬＰは、前記端子溶着部の厚みＴＥの５０％以上であり、かつ、前記奥行方向における前記一対のフィルム溶着部の長さＬＦの各々の１５％以上９０％以下である、ラミネート電池。
  2. 前記突出部の厚みＴＰは、前記端子溶着部の厚みＴＥの２０％以上５０％以下である、請求項１に記載のラミネート電池。
  3. 前記突出部の長さＬＰは、前記フィルム溶着部の長さＬＦの３５％以上６５％以下である、請求項１または２に記載のラミネート電池。
  4. 前記外装フィルムは、前記電極体と対向する樹脂層と、前記樹脂層の外側に形成された金属層とを少なくとも備えた多層構造のラミネートフィルムである、請求項１～３のいずれか一項に記載のラミネート電池。
  5. 前記熱溶着フィルムの幅方向の一方の端部が前記外装体の外部に露出している、請求項４に記載のラミネート電池。
  6. 電極体と、前記電極体を挟んで対向した一対の外装フィルムで構成された外装体と、幅方向の一方の端部が前記電極体に接続され、他方の端部が前記外装体の外部に露出する板状の電極端子とを備えたラミネート電池を製造する方法であって、
    前記電極端子が接続された前記電極体が前記一対の外装フィルムの間に配置され、かつ、前記電極端子の端部が前記一対の外装フィルムの外部に露出した積層体を形成する積層工程と、
    前記一対の外装フィルムの間に前記電極端子が介在した前記積層体の端部を一対の加圧板の間に配置する配置工程と、
    前記一対の加圧板を所定の温度まで加熱する加熱工程と、
    加熱された前記一対の加圧板で前記積層体の端部を挟み込んで加圧・加熱することによって、前記外装フィルム同士が溶着されたフィルム溶着部と、前記電極端子に前記外装フィルムが溶着された端子溶着部とからなる溶着部を形成する溶着工程と
    を備えており、
    前記電極端子は、前記幅方向における前記電極体の両端部の各々に１つずつ接続され、前記外装体の外部に露出するように前記幅方向の外側に向かって突出する一対の電極端子であり、
    前記幅方向の両端部の各々における前記フィルム溶着部は、１つの前記電極端子を挟むように、前記幅方向と直交する方向である奥行方向に沿って延びる一対のフィルム溶着部を有しており、
    前記一対の外装フィルムの間に配置された前記電極端子の表面が熱溶着フィルムによって被覆され、当該熱溶着フィルムは、前記奥行方向に向かって前記電極端子の両側面の各々から突出する一対の突出部を有しており、
    前記奥行方向における前記一対の突出部の各々の長さＬＰは、前記端子溶着部の厚みＴＥの５０％以上であり、かつ、前記奥行方向における前記一対のフィルム溶着部の長さＬＦの各々の１５％以上９０％以下である、ラミネート電池の製造方法。
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