JPWO2015022811A1 - フィルム外装電池の挿入案内装置 - Google Patents
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Abstract
可動プレート（２５）の間隙（３３）にフィルム外装電池（１１）を挿入する際、外装体（１５）の側縁（１５Ａ）からタブ状に張り出した端子（１２）を確実に間隙（３３）内へ案内することを目的とする。可動プレート（２５）の上方位置に配置されたガイド部材（３４）に、反挿入方向（Ｓ１）へ向かって先細りするガイド面部（３７）を設ける。このガイド面部（３７）は、端子（１２）の挿入方向（Ｓ）側の側縁（３９）に対し、外装体（１５）に近い端子の根元部分（４１）に対応する部分を、外装体（１５）から遠い端子の先端部分（４２）に対応する部分に比して、相対的に反挿入方向（Ｓ１）へ張り出させることで、端子（１２）のうち、変形の少ない根元部分（４１）からガイド面部（３７）に摺接させて端子を変形前の形状に矯正する。
Description
この発明は、フィルム外装電池の挿入案内装置に関する。
特許文献１に記載されているように、矩形状の外装体の側縁からタブ状の端子を導出した偏平なフィルム外装電池では、金属異物（コンタミネーション）を検出するスクリーニング等の工程において、加圧装置による加圧が行われる。この加圧では、所定のプレート積層方向に所定の間隙を介して配置された複数のプレートの上記間隙にフィルム外装電池を挿入し、上記プレート積層方向にプレートを押圧することで、フィルム外装電池が加圧される。
例えば導電性金属箔からなるタブ状の端子は非常に薄く脆弱であるために、フィルム外装電池をプレートの間隙に挿入する際、より詳しくは、上記端子が導出する外装体の側縁が挿入方向に沿うように端子を横向きにした姿勢で挿入する際、端子が間隙にうまく挿入されず、プレートに干渉して折れ曲がったり、あるいは隣接する他のプレートの間隙に挿入されてしまうおそれがある。
そこで、挿入時に端子が通過するプレートの上方位置に、端子の挿入を案内するガイド部材を設けることも考えられる。しかしながら、端子が挿入前から曲がっているような場合には、やはり端子がガイド部材に引っ掛かったり、隣接した他の間隙に挿入されてしまう懸念がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、タブ状の端子が曲がっているような場合であっても、所定のプレートの間隙に適切に挿入させることができる新規なフィルム外装電池の挿入案内装置を提供することを目的としている。
本発明は、所定のプレート積層方向に所定の間隔をあけて配置された複数のプレートの上記間隙に、矩形状をなす外装体の側縁よりタブ状の端子を導出した偏平なフィルム外装電池を、上記プレート積層方向と直交する所定の挿入方向に挿入するものを前提としている。上記フィルム外装電池は、上記端子が導出する外装体の側縁が上記挿入方向に沿う姿勢で挿入される。
そして本発明では、上記フィルム外装電池の挿入時に、上記端子を上記プレートの間隙に案内するガイド部材を設けている。このガイド部材は、上記端子のうちで外装体に近い根元部分に対応する部分、つまり端子の根元部分と摺接する部分が、上記端子のうちで外装体から遠い先端部分、つまり端子の先端部分と摺接する部分に比して、相対的に上記反挿入方向へ張り出している。
このような構成により、フィルム外装電池を挿入する際に、端子のうちで変形量の少ない根元部分が先にガイド部材に摺接する形となり、ガイド部材によって端子の変形が根元部分より徐々に矯正・修正されることとなる。従って、端子の先端部分の変形量が大きい場合であっても、端子を良好に正規の間隙へ案内することができる。
更に好ましくは、上記ガイド部材に、上記挿入方向の反対方向である反挿入方向へ向かって先細りするガイド面部を設ける。そして、このガイド面部の形状を、反挿入方向へ向かって先細りする断面三角形状とする。これによって、端子がガイド面部の反挿入方向の頂部付近に当たった場合であっても、このガイド面部の傾斜面によって確実に所定の間隙へと案内することが可能となる。
本発明によれば、プレートの間隙にフィルム外装電池を挿入する際に、外装体から導出する端子を確実に間隙へ案内することができる。
以下、図示実施例により本発明を説明する。初めに図１および図２に基づいて、フィルム外装電池１１について説明する。このフィルム外装電池１１は、例えばリチウムイオン二次電池であり、図１に示すように、偏平な長方形の外観形状を有し、長手方向の一方の端縁に、導電性金属箔からなる一対のタブ状の端子１２，１３を備えている。
図２に示すように、フィルム外装電池１１は、長方形をなす発電要素１４を電解液とともにラミネートフィルムからなる外装体１５の内部に収容したものである。上記発電要素１４は、セパレータ１８を介して交互に積層された複数の正極板１６および負極板１７からなり、例えば、３枚の負極板１７と、２枚の正極板１６と、これらの間の４枚のセパレータ１８と、を含んでいる。つまり、この例では、発電要素１４の両面に負極板１７が位置している。但し、発電要素１４の最外層に正極板１６が位置する構成も可能である。なお、図２における各部の寸法は必ずしも正確なものではなく、説明のために誇張したものとなっている。
正極板１６は、長方形をなす正極集電体１６Ａの両面に正極活物質層１６Ｂ，１６Ｃを形成したものである。正極集電体１６Ａは、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。また、正極活物質層１６Ｂ，１６Ｃは、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ2）、または、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）等のリチウム複合酸化物からなる正極活物質と、カーボンブラック等の導電助剤と、バインダと、を混合したものを、正極集電体１６Ａの主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
負極板１７は、長方形をなす負極集電体１７Ａの両面に負極活物質層１７Ｂ，１７Ｃを形成したものである。負極集電体１７Ａは、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。負極活物質層１７Ｂ，１７Ｃは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、バインダを混合したものを、負極集電体１７Ａの主面に塗布し、乾燥及び圧延させることにより形成されている。
上記負極集電体１７Ａの長手方向の端縁の一部は、負極活物質層１７Ｂ，１７Ｃを具備しない延長部として延びており、その先端が負極端子１３に接合されている。また図２には示されていないが、同様に、上記正極集電体１６Ａの長手方向の端縁の一部が、正極活物質層１６Ｂ，１６Ｃを具備しない延長部として延びており、その先端が正極端子１２に接合されている。
上記セパレータ１８は、正極板１６と負極板１７との間の短絡を防止すると同時に電解質を保持する機能を有するものであって、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜からなり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能を有している。なお、セパレータ１８としては、ポリオレフィン等の単層膜に限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造のものや、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものも用いることができる。
また、電解液としては、特に限定されるものではないが、リチウムイオン二次電池に一般的に使用される電解質として、例えば、有機溶媒にリチウム塩が溶解した非水電解液を用いることができる。
上記のような構成の発電要素１４を電解液とともに収容する外装体１５は、図２に一部を拡大して示すように、熱融着層１５Ａと金属層１５Ｂと保護層１５Ｃとの三層構造を有するラミネートフィルムからなる。中間の金属層１５Ｂは、例えばアルミニウム箔からなり、その内側面を覆う熱融着層１５Ａは、熱融着が可能な合成樹脂例えばポリプロピレン（ＰＰ）からなり、金属層１５Ｂの外側面を覆う保護層１５Ｃは耐久性に優れた合成樹脂例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる。なお、さらに多数の層を有するラミネートフィルムを用いることもできる。また、上記の例では金属層１５Ｂの両面に合成樹脂層をラミネートしているが、金属層１５Ｂの外側の合成樹脂層は必ずしも必須のものではなく、内側表面にのみ合成樹脂層を備えた構成であってもよい。
上記外装体１５は、一つの例では、図２の発電要素１４の下面側に配置される１枚のラミネートフィルムと上面側に配置される他の１枚のラミネートフィルムとの２枚構造をなし、これら２枚のラミネートフィルムの周囲の４辺を重ね合わせ、かつ互いに熱融着した構成となっている。図示例は、このような２枚構造の外装体１５を示している。また、他の一つの例では、外装体１５は１枚の比較的大きなラミネートフィルムからなり、２つ折りとした状態で内側に発電要素１４を配置した上で、周囲の３辺を重ね合わせ、かつ互いに熱融着した構成となっている。
長方形をなすフィルム外装電池１１の短辺側に位置する一対の端子１２，１３は、ラミネートフィルムを熱融着する際に、ラミネートフィルムの接合面を通して外部へ引き出されている。なお、図示例では、同じ一方の端縁に一対の端子１２，１３が並んで配置されているが、一方の端縁に正極端子１２を配置し、かつ他方の端縁に負極端子１３を配置するようにすることも可能である。
上記のフィルム外装電池１１の製造手順としては、以下の通りである。まず、正極板１６、負極板１７およびセパレータ１８を順次積層し、かつ端子１２，１３をスポット溶接等により取り付けて発電要素１４を構成する。次に、この発電要素１４を外装体１５となるラミネートフィルムで覆い、比較的小さな充填口を残して周囲の４辺（上記の２つ折りの場合は３辺）を熱融着する。次に、上記充填口を通して外装体１５の内部に電解液を充填し、その後、充填口を熱融着して外装体１５を密閉状態とする。これによりフィルム外装電池１１が完成するので、次に、適宜なレベルまで充電を行い、この状態で、一定時間、エージングを行う。このエージングの完了後、電圧検査などのスクリーニングのために再度充電を行い、出荷される。
なお、この種のフィルム外装電池１１は、複数個を偏平な箱状のケーシング内に収容したバッテリモジュールとして使用される。この場合、バッテリモジュールのケーシング内で複数のフィルム外装電池１１が積層された配置となり、例えば、ケーシングの一部またはケーシングとは別個の弾性部材によって、外装体１５は、発電要素１４のプレート積層方向（発電要素１４の主面と直交する方向）に多少押圧された状態となり得る。
上記のスクリーニングの工程では、複数のフィルム外装電池１１を加圧装置２０（図３参照）に収納し、後述するようにフィルム外装電池１１を加圧した後、フィルム外装電池１１の内部に金属異物（コンタミネーション）があるか否かを検出・診断する。このスクリーニング工程は、上述した製造工程の中で、電解液の充填および外装体１５の完全密閉（充填口の封止）の後の適宜な時期に実行される。例えば、フィルム外装電池１１としての出荷の直前にスクリーニング工程を設けてもよく、あるいは、外装体１５を完全密閉した直後にスクリーニング工程を設けてもよい。また、上記のエージング工程中に内部で異物が析出することがあるので、エージング工程の直後にスクリーニング工程を設けることも効果的である。
スクリーニング工程を行う理由について説明すると、電池製造工程において金属異物がフィルム外装電池１１の内部に紛れ込むと、この金属異物がセパレータ１８を突き破って貫通し、正極活物質と負極活物質とをショートさせる事態を生じるおそれがあり、この場合、所望の電圧を発生することができない。そこで、フィルム外装電池１１の内部に金属異物が紛れ込んでいるか否かを検出（診断）するスクリーニング工程が必要となる。金属異物によって正極活物質と負極活物質とがショートしたか否かは一対の端子１２，１３間の電圧をモニターすれば良い。すなわち、充電終了後に一定時間が経過しても、フィルム外装電池１１の発生する電圧の低下の程度が、予想される電圧低下の程度より大きく変化しなければ、金属異物は混入していないと診断することができる。逆に、充電終了後に一定時間が経過したときの電圧の低下の程度が、予想される電圧低下の程度を超えて大きく変化していれば、金属異物が混入していたと診断することができる。
また、このスクリーニング工程では、金属異物を確実に検出できるように、つまり金属異物がセパレータ１８を貫通するように、後述の加圧装置２０によってフィルム外装電池１１をプレート積層方向に加圧し、この加圧状態のままで検査が行われる。
図３〜図５は、本実施例の挿入案内装置が適用されるフィルム外装電池１１の加圧装置２０を示している。なお、可動プレート２５やフィルム外装電池１１の枚数は図３等に示された枚数に限定されるものでない。この加圧装置１１は、無蓋箱状のハウジング２４と、複数の矩形板状をなす可動プレート（プレート）２５と、を有している。ハウジング２４は、前壁２４Ａ，後壁２４Ｂ及び両者を繋ぐ底壁２４Ｃを有している。このハウジング２４内に複数の可動プレート２５が所定のプレート積層方向Ｆに移動可能な状態で配置されている。これらの可動プレート２５の形状は同一である。可動プレート２５は、フィルム外装電池１１の発電要素１４の部分にプレート積層方向Ｆの両側から面圧を作用させるためのものである。
可動プレート２５がハウジング２４の底壁２４Ｃを引きずることがないように、各可動プレート２５には、プレート積層方向Ｆに摺動可能なスライド機構が設けられている。このスライド機構は、可動プレート２５の四隅に設けられたガイド孔２６と、このガイド孔２６を緩く貫通するロッド状のガイドロッド２７と、を有している。すなわち、各可動プレート２５の四隅にガイド孔２６を設け、各ガイド孔２６にそれぞれ棒状のガイドロッド２７を貫通させている。すべての可動プレート２５を貫通させた後に棒状のガイドロッド２７の両端をハウジング２４の前壁２４Ａと後壁２４Ｂに固定することで、全ての可動プレート２５はプレート積層方向Ｆに摺動可能となる。
なお、図３にも示すように、各可動プレート２５には、フィルム外装電池１１の下端を支持するように、断面Ｌ字状に折曲した底壁部２８が設けられている。
図３において最左端の可動プレート２５は、他の可動プレート２５よりも少し大きな面積で厚肉な加圧用の厚肉プレート２９となっている。この厚肉プレート２９には外周に雄ネジ３１を切った締付用ロッド３０の一端が固定されている。ハウジング２４の前壁２４Ａには締付用ロッド３０外周の雄ネジ３１と螺合する雌ネジが形成されたネジ孔３２が貫通形成されている。従って、図示せぬナットランナにより締付用ロッド３０の他端（図３で左端）を時計方向にあるいは反時計方向に回すことで、ネジ噛合い部分を介して締付用ロッド３０がハウジング２４の前壁２４Ａに対してプレート積層方向Ｆに移動し、厚肉プレート２９をプレート積層方向Ｆに移動させることができるようになっている。なお、厚肉プレート２９はプレート積層方向Ｆに直線運動をするだけで、締付用ロッド３０の回転は伝わらないようになっている。ナットランナ２３による加圧力（締付けトルク）や加圧時間は図示せぬ制御部によって管理・制御されている。
そして、隣り合う２つの可動プレート２５の間隙にフィルム外装電池１１を挟み、全体をプレート積層方向Ｆの両側から加圧することによって、各フィルム外装電池１１がプレート積層方向Ｆに加圧される。この場合、各フィルム外装電池１１は、その発電要素１４の部分に左右方向の両側から作用する面圧が、出来る限り均一な状態で保持されるようになっている。
図３及び図４に示すように、フィルム外装電池１１は、端子１２，１３が導出する外装体１５の側縁１５Ａが、プレート積層方向Ｆに直交するフィルム外装電池１１の挿入方向Ｓ（図３の下方向）に沿う姿勢で、隣り合う可動プレート２５の間隙３３に挿入される。この際、複数の可動プレート２５は、図示せぬ治具を用いてプレート積層方向Ｆに一定のピッチで等間隔に配列された状態に保持されている。また、挿入前のフィルム外装電池１１もまた、図示せぬ治具を用いて、プレート積層方向Ｆに一定のピッチで等間隔に配列された状態に保持されており、つまり、各フィルム外装電池１１が挿入方向Ｓに沿って可動プレート２５の間隙３３の上方に配置されている。従って、フィルム外装電池１１を挿入方向Ｓに沿って可動プレート２５側に移動させることによって、フィルム外装電池１１が対応する間隙３３内に挿入されることとなる。
そして本実施例では、このフィルム外装電池１１の挿入の際に、タブ状の端子１２，１３の挿入を案内する挿入案内装置としてのガイド部材３４が設けられている。このガイド部材３４は、フィルム外装電池１１を挿入する際に、端子１２，１３が通過することとなる可動プレート２５の上方位置に配置されるもので、プレート積層方向Ｆに延在する取付プレート３５にブロック状の複数のガイドブロック３６が固定されている。これら複数のガイドブロック３６は、上記可動プレート２５と同じくプレート積層方向Ｆに一定のピッチで等間隔に配列されている。
図４にも示すように、各ガイドブロック３６には、挿入方向Ｓの反対方向である反挿入方向Ｓ１へ向かって先細りするガイド面部３７が設けられている。このガイド面部３７は、反挿入方向Ｓ１側の稜線をなす頂部３８へ向かって先細りする断面三角形状をなしており、各頂部３８がプレート積層方向Ｆに関して可動プレート２５の間隙３３の中央に位置するように配置されている。
ガイド面部３７は、その頂部３８を含めて、ガイド面部３７に摺接する端子１２，１３の挿入方向Ｓ側の側縁３９に対し、端子１２，１３のうちで外装体１５に近い根元部分４１に対応する部分、つまり端子１２，１３の根元部分４１に摺接可能な部分が、端子１２，１３のうちで外装体１５から遠い先端部分４２に対応する部分、つまり先端部分４２に摺接可能な部分に比して、相対的に反挿入方向Ｓ１に張り出している。
より具体的には、図５に示すように、頂部３８は、端子１２，１３の挿入方向Ｓ側の側縁３９に対し、端子の先端側から根元側へ向かうに従って（つまり、外装体１５へ近づくに従って）、相対的に反挿入方向Ｓ１（図５の上側）へ傾斜するテーパ形状をなしている。
更に言えば、この実施例では、ガイド面部３７は、２つの傾斜面の内角が比較的小さい第１傾斜面部４３の反挿入方向Ｓ１側に、２つの傾斜面の内角が比較的大きい第２傾斜面部４４が連なるように折曲形成された構造となっており、端子１２，１３の根元側から先端側へ向かうに従って、第２傾斜面部４４の形成範囲が徐々に大きくなるような形状となっている。従って、ガイド面部３７は、その頂部３８のみならず、傾斜面の部分においても、端子の先端から根元側へ向かうに従って反挿入方向Ｓ１へ張り出したものとなっている。
次に、本実施例の作用効果について説明する。図７に示すように、端子１２（１３）は相対的に厚肉な外装体１５側に接続する根元部分４１に対し、先端部分４２の反り等の変形、つまりフィルム外装電池１１の主面中央の基準面４５に対する変形量（反り量）が大きくなる。そこで本実施例では、図４や図５に示すように、ガイド面部３７のうち、根元部分４１に対応する部分を先端部分４２に対応する部分に比して反挿入方向Ｓ１側に張り出させている。これによって、フィルム外装電池１１を挿入する際に、端子１２，１３のうちで、変形量の少ない根元部分４１が先にガイド面部３７に摺接することとなり、ガイド面部３７によって端子１２，１３の変形が根元部分４１より徐々に矯正・修正されていき、先端部分４２の変形量が大きい場合であっても、端子１２，１３を良好に正規の間隙３３へ案内することができる。
また、ガイド面部３７の形状を断面三角形状としているために、端子１２，１３がガイド面部３７の頂部３８の付近に当たった場合であっても、このガイド面部３７の傾斜面によって確実に所定の間隙３３へと案内することができる。
端子側縁３９に対するガイド面部３７の頂部３８の傾斜角度は、例えば０．２°以上の僅かな角度であっても効果が得られる。同様に、ガイド面部３７の頂部３８の高低差は、例えば０．２ｍｍ以上の僅かな寸法であっても所期の効果を得ることができる。
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例のガイド面部３７では、頂部３８を傾斜するテーパ形状とすることで、根元側を先端側よりも反挿入方向Ｓ１へ張り出させているが、例えば図８に示す他の実施例のように、ガイド面部３７Ａの高さが段階的に変化するように、頂部３８Ａを階段状に形成しても良い。この場合であっても、ガイド面部３７の根元側が先端側よりも反挿入方向Ｓ１へ張り出すものとなり、上記実施例と同様の作用効果を得ることができる。
また、上記実施例ではガイド面部３７の形状を断面三角形状としているが、これに限らず、反挿入方向Ｓ１へ向かって先細りする形状のものであれば良く、例えば図９に示すようにガイド面部３７Ｂを断面半円弧状としても良い。但し、このようにガイド面部３７Ｂを断面半円弧状とした場合、頂部３８Ｂの付近の傾斜が比較的緩やかなものとなるために、端子１２，１３が頂部３８Ｂの付近に当たった際に、端子１２，１３が正規の間隙３３とは異なる隣りの間隙へ入るおそれがあるために、上記実施例のようにガイド面部３７を断面三角形状とすることが最も好ましい。
本発明は、所定のプレート積層方向に所定の間隔をあけて配置された複数のプレートの間隙に、矩形状をなす外装体の側縁よりタブ状の端子を導出した偏平なフィルム外装電池を、上記プレート積層方向と直交する所定の挿入方向に挿入するものを前提としている。上記フィルム外装電池は、上記端子が導出する外装体の側縁が上記挿入方向に沿う姿勢で挿入される。
そして本発明では、上記フィルム外装電池の挿入時に、上記端子を上記プレートの間隙に案内するガイド部材を設けている。このガイド部材は、上記端子のうちで外装体に近い根元部分に対応する部分、つまり端子の根元部分と摺接する部分が、先に上記根元部分に摺接するように、上記端子のうちで外装体から遠い先端部分、つまり端子の先端部分と摺接する部分に比して、上記挿入方向の反対方向である反挿入方向へ張り出している。
Claims (4)
- 所定のプレート積層方向に所定の間隔をあけて配置された複数のプレートの上記間隙に、矩形状をなす外装体の側縁よりタブ状の端子を導出した偏平なフィルム外装電池を、上記プレート積層方向と直交する所定の挿入方向に挿入するフィルム外装電池の挿入案内装置において、
上記フィルム外装電池は、上記端子が導出する外装体の側縁が上記挿入方向に沿う姿勢で挿入され、
かつ、上記フィルム外装電池の挿入時に、上記端子を上記プレートの間隙に案内するガイド部材が設けられ、
このガイド部材は、上記端子のうちで外装体に近い根元部分に対応する部分が、上記端子のうちで外装体から遠い先端部分に対応する部分に比して、相対的に上記反挿入方向へ張り出しているフィルム外装電池の挿入案内装置。 - 上記ガイド部材は、上記挿入方向の反対方向である反挿入方向へ向かって先細りするガイド面部を有している請求項１に記載のフィルム外装電池の挿入案内装置。
- 上記ガイド面部の頂部は、上記端子の挿入方向側の側縁に対し、上記端子の根元部分に対応する部分が、上記反挿入方向に張り出すように傾斜している請求項２に記載のフィルム外装電池の挿入案内装置。
- 上記ガイド面部は、上記頂部へ向かって先細りする断面三角形状をなしている請求項２又は３に記載のフィルム外装電池の挿入案内装置。
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