KR20190082309A - 필름 외장 전지의 제조 방법 및 필름 외장 전지 - Google Patents

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Abstract

전극 탭(4, 5)이 라미네이트 필름(20)의 제1 변(7)에 있어서의 접합면으로부터 도출되어 있는 필름 외장 전지(1)에 있어서, 제1 변(7)을 따른 시일선(11)이 전극 탭(4, 5)을 가로지르고 있다. 시일선(11) 중 탭 영역(11a)만을 탭 영역용 히트 블록(21)을 사용하여 가압ㆍ가열하고, 그 후에, 비탭 영역(11b)만을 비탭 영역용 히트 블록(31)을 사용하여 가압ㆍ가열한다.

Description

필름 외장 전지의 제조 방법 및 필름 외장 전지
본 발명은 가요성을 갖는 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체 내에 전해액과 함께 발전 요소가 수용된 필름 외장 전지의 제조 방법에 관한 것이며, 특히 발전 요소로부터 돌출되는 전극 탭을 집은 상태에서 라미네이트 필름을 열융착하는 밀봉 공정의 개량에 관한 것이다.
예를 들어 리튬 이온 이차 전지로서, 복수의 정극 및 부극을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층하여 이루어지는 발전 요소가, 열융착층을 구비한 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체 내에 전해액과 함께 수용된 편평 형상을 이루는 필름 외장 전지가 알려져 있다. 이러한 종류의 필름 외장 전지에 있어서는, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 전극 탭이 도출된 외장체의 하나의 변에서는, 얇은 금속판으로 이루어지는 정부의 전극 탭을 접합면에 끼워 넣은 형태로 2매의 라미네이트 필름이 열융착된다.
특허문헌 1에서는, 전극 탭이 도출되는 외장체의 1변의 전체를 제1 히트 블록에 의해 열융착한 후에, 전극 탭에 인접하는 부위만을 제2 히트 블록에 의해 가열 압박하여, 전극 탭에 인접한 간극을 메우도록 하고 있다.
즉, 제1 히트 블록에 의한 밀봉 가공에 있어서는, 전극 탭을 개재시키지 않고 라미네이트 필름끼리를 접합하는 부위와, 전극 탭이 개재되는 부위의 양쪽을 동일한 히트 블록에 의해 동시에 가열 밀봉하도록 하고 있다.
그러나, 금속으로 이루어지는 전극 탭은, 그 자체의 열용량이 클 뿐만 아니라, 외장체의 내부에서 발전 요소에 접속되어 있기 때문에 정극이나 부극의 금속제 집전체에 열을 빼앗기게 된다. 그 때문에, 가열 밀봉하는 하나의 변 중에서, 전극 탭을 개재시키지 않고 라미네이트 필름끼리를 접합하는 부위와, 전극 탭이 개재되는 부위에서는, 적합한 온도 조건이나 압력 조건이 서로 다르게 된다. 따라서, 양쪽을 동일한 히트 블록에 의해 가열ㆍ가압하여 열융착시키는 종래의 방법으로는, 반드시 각 부위를 최적의 조건에서 밀봉할 수는 없어, 밀봉의 품질이 낮은 것이 된다.
일본 특허 공개 제2010-244725호 공보
본 발명에서는, 적어도 하나의 전극 탭이 배치된 외장체의 1변에 있어서, 상기 전극 탭을 가로질러 연속적으로 설정되는 시일선 중에서, 전극 탭과 겹친 영역을 탭 영역용 히트 블록에 의해 가열 밀봉하는 탭 영역 밀봉 가공과, 상기 시일선 중에서, 전극 탭과 겹치지 않는 영역을 비탭 영역용 히트 블록에 의해 가열 밀봉하는 비탭 영역 밀봉 가공을 개별적으로 행하도록 하였다.
이와 같이 2개의 영역을 개별적으로 가열 밀봉함으로써, 각각의 가공 조건(예를 들어 온도나 압력 혹은 가열 시간 등)을 개별적으로 최적화할 수 있다.
따라서, 전극 탭을 포함하는 외장체의 1변에 있어서의 밀봉 품질이 향상된다.
도 1은, 일 실시예의 전지 제조 방법의 주요부를 도시한 공정 설명도.
도 2는, 밀봉 공정을 거친 셀의 정면도.
도 3은, 밀봉 공정의 공정 설명도.
도 4는, 탭 영역의 밀봉 가공의 설명도.
도 5는, 탭 영역용 히트 블록의 사시도.
도 6은, 밀봉 가공된 탭 영역을 도시하는 설명도.
도 7은, 비탭 영역의 밀봉 가공의 설명도.
도 8은, 비탭 영역용 히트 블록의 사시도.
도 9는, 밀봉 가공된 비탭 영역을 도시하는 설명도.
도 10은, 제2 실시예에 있어서의 비탭 영역의 밀봉 가공의 설명도.
도 11은, 밀봉 가공된 비탭 영역을 도시하는 설명도.
도 12는, 제2 실시예에 있어서의 탭 영역의 밀봉 가공의 설명도.
도 13은, 밀봉 가공된 탭 영역을 도시하는 설명도.
도 14는, 제3 실시예에 있어서의 비탭 영역을 포함하는 밀봉 가공의 영역을 도시하는 설명도.
도 15는, 제3 실시예에 사용되는 비탭 영역용 히트 블록의 사시도.
이하, 본 발명의 일 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 일 실시예의 전지 제조 방법의 주요부를 도시한 공정 설명도이다. 이 실시예에서는, 필름 외장 전지의 일례로서, 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등의 차량 구동용 전원 팩을 구성하는 편평 형상을 이루는 필름 외장형 리튬 이온 이차 전지를 대상으로 하고 있다. 일 실시예의 필름 외장 전지는, 일본 특허 공개 제2013-140782호 공보나 일본 특허 공개 제2015-37047호 공보 등에 기재된 것과 기본적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있으며, 직사각형의 시트 형상으로 구성한 정극 및 부극을 세퍼레이터를 사이에 두고 복수 적층하여 발전 요소(이것은 전극 적층체라고도 불림)를 구성하고, 이 발전 요소를, 라미네이트 필름으로 이루어지는 주머니형의 외장체 내에 전해액과 함께 수용한 것이다. 또한, 이하의 실시예의 설명에서는, 발전 요소가 필름 형상 외장체 내에 수용된 후의 전지를, 제조 공정의 여하에 상관없이, 간단히 「셀」이라고 칭하기로 한다.
스텝 S1로서 나타내는 공정은, 발전 요소를 구성하는 전극 적층 공정이다. 여기서는, 각각 롤 형상으로 권회되어 있는 정극, 부극 및 세퍼레이터를, 직사각형의 시트 형상으로 절단하면서 순차적으로 적층함으로써, 복수의 정극 및 부극이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 발전 요소 즉 전극 적층체를 형성한다. 정극은, 집전체로 되는 알루미늄박의 양면에 정극 활물질을 바인더를 포함하는 슬러리로서 도포하고, 건조 및 압연하여 소정의 두께의 활물질층을 형성한 것이다. 부극은, 마찬가지로, 집전체로 되는 구리박의 양면에 부극 활물질을 바인더를 포함하는 슬러리로서 도포하고, 건조 및 압연하여 소정의 두께의 활물질층을 형성한 것이다. 세퍼레이터는, 정극과 부극의 사이의 단락을 방지함과 동시에 전해액을 보유하는 기능을 갖는 것이며, 예를 들어 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 합성 수지의 미다공성막 혹은 부직포로 이루어진다.
이들 정극, 부극 및 세퍼레이터는, 소정 매수 적층된 상태로, 테이프에 의해 고정되어, 발전 요소 즉 전극 적층체로 된다. 복수의 정극의 집전체의 단부는, 서로 겹쳐져, 정의 단자로 되는 전극 탭 즉 정극 탭이 초음파 용접된다. 마찬가지로, 복수의 부극의 집전체의 단부는, 서로 겹쳐져, 부의 단자로 되는 전극 탭 즉 부극 탭이 초음파 용접된다. 정극 탭은, 띠형의 얇은 알루미늄판으로 이루어지고, 부극 탭은, 띠형의 얇은 동판으로 이루어진다. 즉, 각각 집전체와 동종의 금속으로 구성된다.
이와 같이 구성된 발전 요소는, 다음 스텝 S2로서 나타내는 밀봉 공정에 있어서, 가요성을 갖는 필름 형상 외장체 내에 배치된다. 외장체는, 예를 들어 알루미늄박의 내측에 폴리프로필렌으로 이루어지는 열융착층을 라미네이트함과 함께, 외측에 폴리아미드 수지층 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지층을 보호층으로서 라미네이트하여 이루어지는 4층 구조를 갖는 라미네이트 필름으로 이루어진다. 라미네이트 필름 전체의 두께는, 예를 들어 0.15mm 정도이다. 본 실시예에서는, 외장체는, 발전 요소의 하면측에 배치되는 1매의 라미네이트 필름과 상면측에 배치되는 다른 1매의 라미네이트 필름의 2매 구조를 이루며, 이들 2매의 라미네이트 필름의 사이에 발전 요소를 배치한 후에, 주위의 4변을 1변의 주입구를 남기고 중첩하며, 또한 서로 열융착한다. 따라서, 외장체는, 주입구가 개방된 주머니형의 구성으로 된다. 여기서, 정극 탭 및 부극 탭은, 주입구를 구비하는 1변을 상방으로 향하였을 때 측방을 향하는 변에 위치하며, 라미네이트 필름의 접합면으로부터 외측으로 도출되어 있다. 이 밀봉 공정의 상세는 후술한다.
또한, 다른 예로는, 1매의 비교적 큰 라미네이트 필름을 둘로 접고, 2편의 사이에 발전 요소를 끼워 넣은 형태로 외장체를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 3변을 1변의 주입구를 남기고 열융착하게 된다.
이와 같이 밀봉 공정에 있어서 필름 형상 외장체 내에 발전 요소가 수용된 상태로 구성된 셀은, 이어서 스텝 S3으로서 나타내는 주액 공정으로 반송된다. 주액 공정에서는, 예를 들어 감압 챔버 내에 셀을 세운 상태로 배치하고, 소정의 감압 하에서 외장체의 주입구에 디스펜서의 주액 노즐을 꽂아서, 전해액의 충전(주액)을 행한다.
주액이 완료되면, 셀의 자세를 그대로 유지한 상태에서, 주입구 밀봉 공정(스텝 S4)으로서, 주입구를 열융착에 의해 밀봉한다. 또한, 여기서의 밀봉은 소위 임시 밀봉이며, 후술하는 충전 후에, 충전에 수반하여 발생한 가스 배출을 위해 주입구(혹은 그 근방)가 개봉되므로, 가스 배출 후에, 최종적인 밀봉을 행하게 된다.
스텝 S4의 주입구 밀봉 공정 다음에, 스텝 S5의 함침 공정으로서, 전해액의 발전 요소에 대한 충분한 침투를 기다리기 위해, 소정 시간(예를 들어 수 시간 내지 십수 시간) 방치한다. 그 후, 스텝 S6에 있어서, 첫 충전을 행한다. 그리고, 도시하지 않은 에이징 공정 등의 다음 공정으로 진행한다.
이어서, 본 발명의 주요부인 스텝 S2의 밀봉 공정에 대하여 설명한다.
도 2는, 밀봉 공정을 거친 셀(1)을 도시하고 있으며, 전술한 바와 같이, 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체(2)의 내부에 가상선으로 나타내는 발전 요소(전극 적층체)(3)가 수용되어 있다. 발전 요소(3)는, 서로 배열하여 배치된 정극 탭(4)과 부극 탭(5)을 구비하고 있다. 외장체(2)는, 정극 탭(4) 및 부극 탭(5)(양자를 총칭하여 전극 탭이라고도 칭함)이 도출된 제1 변(7)과, 이 제1 변(7)에 대향하는 제2 변(8)과, 부극 탭(5)측에 있어서 제1 변(7)과 제2 변(8)을 연결하는 제3 변(9)과, 주액구로 되는 제4 변(10)의 4변을 갖는 직사각형으로 구성되어 있다.
그리고, 밀봉 공정에 있어서, 주입구로 되는 제4 변(10)을 제외한 3개의 변(7, 8, 9)이 한 쌍의 히트 블록에 의해 가열 밀봉되어 있다. 도 2에는, 히트 블록을 사용한 열융착에 의해 구성되는 가는 띠형의 시일선(11, 12, 13)이 사선으로 도시되어 있다. 이들 3개의 시일선(11, 12, 13)은, 기본적으로는 직선상으로 연장되어 있고, 단부에 있어서 서로 교차함으로써, 연속된 시일선을 구성하고 있다. 제2 변(8)의 시일선(12) 및 제3 변(9)의 시일선(13)은, 라미네이트 필름끼리를 접합하게 된다. 이에 비해, 제1 변(7)의 시일선(11)은, 정극 탭(4)과 부극 탭(5)을 가로질러 하나의 직선을 이루도록 연속적으로 설정되어 있고, 2매의 라미네이트 필름이 정극 탭(4) 및 부극 탭(5)을 집은 형태로 접합되어 있다.
바꾸어 말하면, 제1 변(7)에 있어서의 시일선(11)은, 전극 탭(4, 5)과 라미네이트 필름이 겹치는 2개의 영역(이것을 탭 영역이라고 칭하기로 함)(11a)과, 전극 탭(4, 5)과 겹치지 않고 라미네이트 필름끼리 접합되는 3개의 영역(이것을 비탭 영역이라고 칭하기로 함)(11b)을 가지며, 이들이 연속해서 하나의 가늘고 긴 띠형의 시일선(11)을 구성하고 있다. 상세하게는, 전극 탭(4, 5)의 표면에는, 시일선(11)이 가로지르는 부분에 대응하여, 「선부착 수지」라고 불리는 합성 수지층이 미리 띠형으로 마련되어 있고, 탭 영역(11a)에서는, 이 합성 수지층 상에 라미네이트 필름의 열융착층이 접합되어 있다. 이 실시예에 있어서는, 2매의 띠형의 폴리프로필렌 필름을 전극 탭(4, 5)의 양면으로부터 해당 전극 탭(4, 5)을 집도록 하여 전극 탭(4, 5) 표면에 접착함으로써, 도 2에 도시하는 바와 같이, 선부착 수지(15)가 각각 형성되어 있고, 이 선부착 수지(15) 위를 시일선(11)이 가로지르고 있다.
상기 탭 영역(11a)의 밀봉 가공(탭 영역 밀봉 가공)과 상기 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공(비탭 영역 밀봉 가공)은, 각각 후술하는 탭 영역용 히트 블록 혹은 비탭 영역용 히트 블록을 사용하여, 개별적으로 행해진다.
도 3은, 상술한 3개의 시일선(11, 12, 13)을 밀봉 가공하는 구체적인 공정의 순서의 일례를 도시하고 있다. 최초의 공정 (a)에서는, 정극 탭(4) 및 부극 탭(5)과 각각 겹쳐 있는 2개소의 탭 영역(11a)의 밀봉 가공을 행한다. 이것은, 2개의 탭 영역(11a)을 포함하도록 구성된 한 쌍의 탭 영역용 히트 블록을 사용하여, 라미네이트 필름과 전극 탭(4, 5)(상세하게는 표면의 선부착 수지(15))의 접합에 적합한 압력 및 온도로써 가압하면서 가열함으로써 행한다.
다음 공정 (b)에서는, 시일선(11) 중에서 전극 탭(4, 5)과 겹치지 않은 3개소의 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공을 행한다. 이것은, 3개의 비탭 영역(11b)을 포함하도록 구성된 한 쌍의 비탭 영역용 히트 블록을 사용하여, 라미네이트 필름끼리의 접합에 적합한 압력 및 온도로써 가압하면서 가열함으로써 행한다. 공정 (a) 및 공정 (b)에 의해, 전극 탭(4, 5)을 가로지르는 제1 변(7)을 따른 시일선(11)이 밀봉 상태로 완성된다.
다음 공정 (c)에서는, 제2 변(8)을 따른 시일선(12)의 밀봉 가공을 행한다. 이것은, 시일선(12)에 대응한 형상의 한 쌍의 히트 블록을 사용하여, 라미네이트 필름끼리의 접합에 적합한 압력 및 온도로써 가압하면서 가열함으로써 행한다. 또한, 시일선(12)과 시일선(11)은 교차하지 않으므로, 하나의 셀(1)에 대하여, 공정 (b)의 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공과 공정 (c)의 시일선(12)의 밀봉 가공을 실질적으로 동시에 행하는 것도 가능하다.
다음 공정 (d)에서는, 주액 시에 저변으로 되는 제3 변(9)을 따른 시일선(13)의 밀봉 가공을 행한다. 이것은, 시일선(13)에 대응한 형상의 한 쌍의 히트 블록을 사용하여, 라미네이트 필름끼리의 접합에 적합한 압력 및 온도로써 가압하면서 가열함으로써 행한다. 또한, 시일선(13)의 양단부는 시일선(11) 및 시일선(12)의 단부와 교차하는 위치까지 연장되어 있으며, 이에 의해 외장체(2) 즉 라미네이트 필름이 주머니형으로 구성된다.
각각의 공정에서 사용되는 히트 블록은, 모두 가늘고 긴 직육면체 형상을 이루는 강제의 본체부 내에 막대형의 전열 히터(도시하지 않음)를 내장한 기본적인 구성을 갖고 있다.
도 4는, 상기 공정 (a)에 있어서의 탭 영역(11a)의 밀봉 가공의 설명도이며, 여기서는, 시일선(11)을 따라 2매의 라미네이트 필름(20)을 전극 탭(4, 5)과 함께 양측으로부터 집는 한 쌍의 탭 영역용 히트 블록(21)이 사용된다. 도 4의 (A)는 한 쌍의 탭 영역용 히트 블록(21)이 서로 개방되어 있는 상태를 도시하고, 도 4의 (B)는, 한 쌍의 탭 영역용 히트 블록(21)에 의해 가압ㆍ가열을 행하고 있는 상태를 도시하고 있다. 또한, 도 4의 설명도에 있어서의 각 부의 치수 관계 등은 반드시 정확한 것은 아니다. 도 5는, 탭 영역용 히트 블록(21)의 개략 형상을 도시한 사시도이다. 한 쌍의 탭 영역용 히트 블록(21)은, 기본적으로 대칭 형상을 이루고 있고, 라미네이트 필름(20)의 표면과 접하는 일이 없도록 설정된 기준면(22)에 대하여, 2개의 탭 영역(11a)에 각각 대응하는 2개의 가공부(23, 24)가 돌출된 형태로 형성되어 있다. 정극 탭(4)에 대응한 한쪽 가공부(23)는 정극 탭(4)의 두께에 대응한 돌출량을 갖고, 부극 탭(5)에 대응한 다른 쪽 가공부(24)는 부극 탭(5)의 두께에 대응한 돌출량을 갖는다. 정극 탭(4)과 부극 탭(5)은 서로 두께가 상이하다는 점에서, 양자의 돌출량은 서로 다르다. 일례를 들면, 정극 탭(4) 및 부극 탭(5)의 그 자체의 두께는, 각각 0.4mm 및 0.2mm 정도이고, 선부착 수지(15)를 포함하는 두께는, 각각 0.7mm 및 0.4mm 정도이다. 또한, 가공부(23)는, 보다 상세하게는 정극 탭(4)과 겹친 라미네이트 필름(20)을 가압ㆍ가열하는 주 가공면(23a)과, 이 주 가공면(23a)의 양단부에 있어서 주 가공면(23a)으로부터 더 미소량 돌출된 상태로 마련된 보조 가공면(23b)을 구비하고 있다. 주 가공면(23a)은, 금속제의 정극 탭(4)의 폭보다 극히 조금만 큰 폭을 가지며, 보조 가공면(23b)은, 금속제의 정극 탭(4)으로부터 측방으로 튀어나온 상태로 되는 선부착 수지(15)의 돌출부(15a)(도 4의 (B) 참조)에 겹치는 위치에 마련되어 있다. 가공부(24)도 마찬가지이며, 부극 탭(5)과 겹친 라미네이트 필름(20)을 가압ㆍ가열하는 주 가공면(24a)과, 이 주 가공면(24a)의 양단부에 있어서 주 가공면(24a)으로부터 더 미소량 돌출된 상태로 마련된 보조 가공면(24b)을 구비하고 있다. 주 가공면(24a)은, 금속제 부극 탭(5)의 폭보다 극히 조금만 큰 폭을 가지며, 보조 가공면(24b)은, 금속제의 부극 탭(5)으로부터 측방으로 튀어나온 상태로 되는 선부착 수지(15)의 돌출부(15a)(도 4의 (B) 참조)에 겹치는 위치에 마련되어 있다.
탭 영역(11a)의 밀봉 가공은, 도 4의 (B)에 도시하는 바와 같이, 상기 탭 영역용 히트 블록(21)을 사용하여, 전극 탭(4, 5)과 함께 라미네이트 필름(20)을 양측으로부터 가압ㆍ가열하여 행한다. 이에 의해, 라미네이트 필름(20)은, 금속제의 전극 탭(4, 5)의 표면에 선부착 수지(15)를 통하여 접합된다. 또한, 선부착 수지(15)의 전체가 주 가공면(23a, 24a)에 의해 가압되는 결과, 연화된 선부착 수지(15)의 일부가 돌출부(15a)로서 측방으로 신장되고, 이 돌출부(15a)의 선단 에지가, 라미네이트 필름(20)과 함께 보조 가공면(23b, 24b)에 의해 압착된다. 즉, 전극 탭(4, 5)의 근방에 있어서, 단순하게 2매의 라미네이트 필름(20)이 겹쳐 있는 부분과, 2매의 라미네이트 필름(20)의 사이에 선부착 수지(15)의 돌출부(15a)가 개재되어 있는 부분의 두께가 상이한 2개 부분의 경계 주변이, 보조 가공면(23b)에 의해 가압ㆍ가열된다.
이와 같이 하여, 도 6에 사선으로 나타내는 탭 영역(11a)의 밀봉 가공이 완료된다. 이 탭 영역(11a)의 밀봉 가공은, 전극 탭(4, 5)의 열용량이 큰 것, 그리고 금속제의 전극 탭(4, 5)을 통하여 내부의 발전 요소(3)의 집전체 등에 열이 전달되는 것을 고려하여, 비교적 높은 가공 온도, 예를 들어 230℃ 정도의 온도로써, 비교적 긴 시간, 예를 들어 6초 정도 가압ㆍ가열한다. 가공 시의 압력도 비교적 높게 설정되며, 예를 들어 7MPa 정도의 압력이 탭 영역용 히트 블록(21)에 부여된다. 이와 같이 전극 탭(4, 5)과 겹치는 탭 영역(11a)만을 최적의 가공 조건에서 밀봉 가공함으로써, 전극 탭(4, 5)과 라미네이트 필름(20)의 확실한 밀봉이 얻어진다.
도 7은, 도 3의 공정 (b)에 있어서의 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공의 설명도이며, 여기서는, 시일선(11)을 따라 2매의 라미네이트 필름(20)끼리를 양측으로부터 집는 한 쌍의 비탭 영역용 히트 블록(31)이 사용된다. 도 7의 (A)는 한 쌍의 비탭 영역용 히트 블록(31)이 서로 개방되어 있는 상태를 도시하고, 도 7의 (B)는, 한 쌍의 비탭 영역용 히트 블록(31)에 의해 가압ㆍ가열을 행하고 있는 상태를 도시하고 있다. 도 8은, 비탭 영역용 히트 블록(31)의 개략 형상을 도시한 사시도이다. 한 쌍의 비탭 영역용 히트 블록(31)은, 기본적으로 대칭 형상을 이루고 있으며, 라미네이트 필름(20)의 표면과 접하는 일이 없도록 설정된 기준면(32)에 대하여, 3개의 비탭 영역(11b)에 각각 대응하는 3개의 가공부(33, 34, 35)가 돌출된 형태로 형성되어 있다. 이들 3개의 가공부(33, 34, 35)는, 모두 동등한 돌출량을 갖는다. 또한, 가공부(33, 34, 35)는, 보다 상세하게는 라미네이트 필름(20)끼리를 가압ㆍ가열하는 주 가공면(33a, 34a, 35a)과, 이들 주 가공면(33a, 34a, 35a)의 단부에 있어서 주 가공면(33a, 34a, 35a)으로부터 미소량 후퇴된 상태로 마련된 보조 가공면(33b, 34b, 35b)을 구비하고 있다. 주 가공면(33a, 34a, 35a)은, 비탭 영역(11b) 내에서 선부착 수지(15)의 돌출부(15a)와 겹치지 않는 범위에 마련되어 있고, 보조 가공면(33b, 34b, 35b)은, 금속제의 전극 탭(4, 5)으로부터 측방으로 튀어나온 선부착 수지(15)의 돌출부(15a)의 선단 에지(즉 2매의 라미네이트 필름(20)끼리의 접합부와의 경계)에 겹치는 위치에 마련되어 있다. 특히, 탭 영역(11a)의 밀봉 가공 시에 사용되는 탭 영역용 히트 블록(21)의 보조 가공면(23b, 24b)과 상기 비탭 영역용 히트 블록(31)의 보조 가공면(33b, 34b, 35b)이, 상기 돌출부(15a)의 선단 에지 상에서 서로 오버랩하도록 구성되어 있다.
비탭 영역(11b)의 밀봉 가공은, 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이, 상기 비탭 영역용 히트 블록(31)을 사용하여, 전극 탭(4, 5)과 겹치지 않는 2매의 라미네이트 필름(20)끼리를 양측으로부터 가압ㆍ가열한다. 이에 의해, 2매의 라미네이트 필름(20)은, 서로 접합된다. 또한, 탭 영역(11a)의 밀봉 가공에 의해 이미 융착되어 있는 선부착 수지(15)의 돌출부(15a)의 선단 에지 부근이, 라미네이트 필름(20)과 함께 보조 가공면(33b, 34b, 35b)에 의해 다시 가압ㆍ가열된다. 즉, 탭 영역용 히트 블록(21)에 의한 가압ㆍ가열 영역과 비탭 영역용 히트 블록(31)에 의한 가압ㆍ가열 영역이 약간 오버랩되어 있고, 이 오버랩 영역이, 돌출부(15a)의 선단 에지 상에 위치하고 있다.
일례를 들면, 탭 영역용 히트 블록(21)의 보조 가공면(23b, 24b)은 2mm 정도의 폭을 갖는 것에 비해, 비탭 영역용 히트 블록(31)의 보조 가공면(33b, 34b, 35b)은 1mm 정도의 폭을 갖고 있으며, 양자는, 비탭 영역용 히트 블록(31)의 보조 가공면(33b, 34b, 35b)의 폭(즉 1mm 정도)만큼 오버랩되어 있다. 이와 같이 탭 영역 밀봉 가공의 가공 영역과 비탭 영역 밀봉 가공의 가공 영역이 오버랩되어 있음으로써, 시일선(11)에 있어서의 연속된 밀봉이 확실하게 된다. 그리고, 탭 영역용 히트 블록(21)의 보조 가공면(23b, 24b)이 주 가공면(23a, 24a)으로부터 약간 돌출되고, 비탭 영역용 히트 블록(31)의 보조 가공면(33b, 34b, 35b)이 주 가공면(33a, 34a, 35a)으로부터 약간 후퇴되어 있음으로써, 전극 탭(4, 5)의 근방에 있어서, 단순하게 2매의 라미네이트 필름(20)이 겹쳐 있는 부분과, 2매의 라미네이트 필름(20)의 사이에 선부착 수지(15)의 돌출부(15a)가 개재되어 있는 부분의 단차가 흡수된다.
이와 같이 하여, 도 9에 사선으로 나타내는 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공이 완료된다. 이 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공은, 전극 탭(4, 5)에 의한 흡열이 없으며 라미네이트 필름(20)끼리는 비교적 용이하게 열융착되는 것을 고려하여, 비교적 낮은 가공 온도, 예를 들어 200℃ 정도의 온도로써, 비교적 짧은 시간, 예를 들어 1 내지 2초 정도 가압ㆍ가열한다. 가공 시의 압력도 비교적 낮게 설정되며, 예를 들어 1MPa 정도의 압력이 비탭 영역용 히트 블록(31)에 부여된다. 이와 같이 전극 탭(4, 5)과 겹치지 않는 비탭 영역(11b)을 탭 영역(11a)과는 별도로 최적의 가공 조건에서 밀봉 가공함으로써, 라미네이트 필름(20)을 과도하게 가열하지 않고 양호한 밀봉이 얻어진다.
그리고, 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공 영역은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 먼저 행한 탭 영역(11a)의 밀봉 가공 영역과 연속되므로, 하나의 연속된 시일선(11)이 얻어진다. 따라서, 시일선(11) 전체로서, 양호한 밀봉 품질을 확보할 수 있다.
도 3의 공정 (c) 및 공정 (d)는, 비탭 영역(11b)과 마찬가지로 2매의 라미네이트 필름(20)끼리의 접합으로 되므로, 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공과 마찬가지의 가공 조건으로써 밀봉 가공이 행해진다.
또한, 전술한 바와 같이, 공정 (c)의 시일선(12)의 밀봉 가공을 상기 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공과 실질적으로 동시에 행하는 것이 가능하다.
이와 같이, 상기 실시예의 밀봉 방법에 따르면, 전극 탭(4, 5)을 가로지르는 시일선(11)에 대하여, 탭 영역(11a)과 비탭 영역(11b)을 각각 최적의 가공 조건(온도, 압력, 시간 등)에서 밀봉 가공할 수 있어, 전체로서 높은 밀봉 품질을 얻을 수 있다. 즉, 종래와 같이 탭 영역(11a)과 비탭 영역(11b)을 동시에 히트 블록에 의해 가압ㆍ가열하여 열융착시키려고 하면, 온도, 압력, 시간과 같은 가공 조건을 개별적으로 설정할 수 없기 때문에, 양자의 타협점으로 되는 가공 조건에서 밀봉 가공하지 않을 수 없어, 밀봉 품질이 저하되기 쉽다. 또한, 탭 영역(11a)과 비탭 영역(11b)을 동시에 가압ㆍ가열하는 경우에는, 히트 블록으로서, 탭 영역(11a)에 대한 가공면과 비탭 영역(11b)에 대응하는 가공면의 사이에서 전극 탭(4, 5)의 두께에 따른 단차를 갖는 히트 블록이 사용되게 되지만, 가령 단차를 적절하게 설정해도, 가공 시의 수지층의 연화ㆍ용융에 수반하는 두께의 변화가 탭 영역(11a)과 비탭 영역(11b)에서 상이하다는 점에서, 가공 도중에 실질적인 수압 면적이 변동되어, 적절한 가압력을 유지할 수 없게 된다. 상기 실시예에서는, 이러한 실질적인 수압 면적의 변화에 따른 가압력 변화도 억제할 수 있다.
상기 실시예에서는, 도 3의 공정 (a), (b)의 순서에 따라, 탭 영역(11a)을 먼저 밀봉 가공하고, 다음으로 비탭 영역(11b)을 밀봉 가공하고 있지만, 이들 순서는 반대로 하는 것도 가능하다.
도 10 내지 도 13은, 이와 같이 비탭 영역(11b)을 먼저 밀봉 가공하고, 다음으로 탭 영역(11a)을 밀봉 가공하도록 한 제2 실시예를 도시하고 있다.
도 10은, 먼저 실행되는 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공의 설명도이며, 도 10의 (A)는 한 쌍의 비탭 영역용 히트 블록(31)이 서로 개방되어 있는 상태를 도시하고, 도 10의 (B)는, 한 쌍의 비탭 영역용 히트 블록(31)에 의해 가압ㆍ가열을 행하고 있는 상태를 도시하고 있다. 즉, 전술한 구성의 비탭 영역용 히트 블록(31)을 사용하여, 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공을 행한다. 이에 의해, 도 11에 사선으로 나타내는 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공이 완료된다. 이 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공은, 전술한 실시예와 마찬가지로, 전극 탭(4, 5)에 의한 흡열이 없으며 라미네이트 필름(20)끼리는 비교적 용이하게 열융착되는 것을 고려하여, 비교적 낮은 가공 온도, 예를 들어 200℃ 정도의 온도로써, 비교적 짧은 시간, 예를 들어 1 내지 2초 정도 가압ㆍ가열한다. 가공 시의 압력도 비교적 낮게 설정되며, 예를 들어 1MPa 정도의 압력이 비탭 영역용 히트 블록(31)에 부여된다. 이와 같이 전극 탭(4, 5)과 겹치지 않는 비탭 영역(11b)만을 탭 영역(11a)과는 별도로 최적의 가공 조건에서 밀봉 가공함으로써, 라미네이트 필름(20)을 과도하게 가열하지 않고 양호한 밀봉이 얻어진다.
비탭 영역용 히트 블록(31)이 구비하는 보조 가공면(33b, 34b, 35b)은, 금속제 전극 탭(4, 5)으로부터 측방으로 튀어나온 선부착 수지(15)의 돌출부(15a)의 선단 에지(즉 2매의 라미네이트 필름(20)끼리의 접합부와의 경계)에 겹치는 부위를 가압ㆍ가열한다.
도 12는, 비탭 영역(11b)의 밀봉 후에 실행되는 탭 영역(11a)의 밀봉 가공의 설명도이며, 도 12의 (A)는 한 쌍의 탭 영역용 히트 블록(21)이 서로 개방되어 있는 상태를 도시하고, 도 12의 (B)는, 한 쌍의 탭 영역용 히트 블록(21)에 의해 가압ㆍ가열을 행하고 있는 상태를 도시하고 있다. 즉, 전술한 구성의 탭 영역용 히트 블록(21)을 사용하여, 탭 영역(11a)의 밀봉 가공을 행한다. 이에 의해, 도 13에 사선으로 나타내는 탭 영역(11a)의 밀봉 가공이 완료된다. 이 탭 영역(11a)의 밀봉 가공은, 전술한 실시예와 마찬가지로, 전극 탭(4, 5)의 열용량이 큰 것, 그리고 금속제의 전극 탭(4, 5)을 통하여 내부의 발전 요소(3)의 집전체 등에 열이 전달되는 것을 고려하여, 비교적 높은 가공 온도, 예를 들어 230℃ 정도의 온도로써, 비교적 긴 시간, 예를 들어 6초 정도 가압ㆍ가열한다. 가공 시의 압력도 비교적 높게 설정되며, 예를 들어 7MPa 정도의 압력이 탭 영역용 히트 블록(21)에 부여된다. 이와 같이 전극 탭(4, 5)과 겹치는 탭 영역(11a)만을 최적의 가공 조건에서 밀봉 가공함으로써, 전극 탭(4, 5)과 라미네이트 필름(20)의 확실한 밀봉이 얻어진다.
탭 영역용 히트 블록(21)이 구비하는 보조 가공면(23b, 24b)은, 금속제의 전극 탭(4, 5)으로부터 측방으로 튀어나온 선부착 수지(15)의 돌출부(15a)의 선단 에지에 겹치는 부위를 가압ㆍ가열한다. 전술한 실시예와 마찬가지로, 이 보조 가공면(23b, 24b)에 의해 가압ㆍ가열되는 영역은, 비탭 영역용 히트 블록(31)의 보조 가공면(33b, 34b, 35b)에 의해 가압ㆍ가열되는 영역과 부분적으로 오버랩되어 있으며, 이에 의해, 탭 영역(11a)과 비탭 영역(11b)이 확실하게 연속된 시일선(11)이 구성된다.
이와 같이 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공을 먼저 행하는 제2 실시예에 있어서는, 상대적으로 가열 온도가 낮은 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공이 먼저 행해지므로, 다음 공정에서 가열해야 할 탭 영역(11a)의 열융착층을 불필요하게 가열해 버리는 일이 없다고 하는 이점이 있다.
또한, 도 10, 도 11에 도시하는 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공은, 도 3의 공정 (c)의 시일선(12)의 밀봉 가공과 실질적으로 동시에 행하는 것이 가능하다.
이어서, 도 14 및 도 15는, 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공을 주액 시에 저변으로 되는 제3 변(9)을 따른 시일선(13)의 밀봉 가공과 동시에 행하도록 한 제3 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서는, 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공 시에, 도 15에 도시하는 바와 같은 구성을 갖는 한 쌍의 L형 히트 블록(41)이 사용된다. 이 L형 히트 블록(41)은, 제1 변(7)을 따른 직선상의 제1 히트 블록부(41A)와 제3 변(9)을 따른 직선상의 제2 히트 블록부(41B)가 90°의 각도로 연속된 형태로 일체로 형성되어 있다. 제1 히트 블록부(41A)는, 전술한 비탭 영역용 히트 블록(31)과 기본적으로 마찬가지의 구성을 가지며, 비탭 영역(11b)에 대응하는 3개의 가공부(33, 34, 35)를 갖고 있다. 또한, 제2 히트 블록부(41B)는, 직선상으로 연속된 가공부(42)를 구비하고 있다.
이러한 L형 히트 블록(41)에 의해, 도 14에 사선으로 도시하는 바와 같이, 시일선(11) 중 비탭 영역(11b)과 시일선(13)이 동시에 밀봉된다.
이와 같이 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공을 다른 변에 있어서의 시일선(13) 혹은 시일선(12)의 밀봉 가공과 동시에 행함으로써, 사이클 타임의 단축이 가능하다. 바꾸어 말하면, 탭 영역(11a)의 밀봉 가공과 비탭 영역(11b)의 밀봉 가공을 개별적으로 행하는 것에 수반하는 사이클 타임의 증가를 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 탭 영역(11a)만을 개별적으로 밀봉 가공하는 데 필요한 가공 시간은, 일반적으로, 종전과 같이 탭 영역(11a)과 비탭 영역(11b)을 동일한 히트 블록으로 동시에 밀봉 가공하는 데 필요한 가공 시간보다 짧아진다. 따라서, 밀봉 가공 전체로서, 종전보다 사이클 타임을 단축하는 것도 가능하다.
상기 각 실시예에서는, 제1 변(7)의 시일선(11)에 대하여, 정극 탭(4)에 대한 탭 영역(11a)의 밀봉 가공과 부극 탭(5)에 대한 탭 영역(11a)의 밀봉 가공을 동시에 행하고 있지만, 또한 이들 2개의 밀봉 가공을, 각각 별개의 히트 블록을 사용하여 별도 공정으로서 행하도록 해도 된다. 전술한 바와 같이, 정극 탭(4)과 부극 탭(5)은 두께 및 재질이 상이하지만, 각각 별도 공정에서 행하면, 개별적으로 적합한 가공 조건에서 밀봉을 행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 복수의 정극 및 부극을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층하여 이루어지는 발전 요소가, 열융착층을 구비한 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체 내에 전해액과 함께 수용되고, 상기 발전 요소의 전극 탭이 상기 라미네이트 필름의 접합면으로부터 도출되어 이루어지는 필름 외장 전지의 제조 방법이며,
    적어도 하나의 전극 탭이 배치된 상기 외장체의 1변에 있어서, 상기 전극 탭을 가로질러 연속적으로 설정되는 시일선 중에서, 전극 탭과 겹친 영역을 탭 영역용 히트 블록에 의해 가열 밀봉하는 탭 영역 밀봉 가공과,
    상기 시일선 중에서, 전극 탭과 겹치지 않는 영역을 비탭 영역용 히트 블록에 의해 가열 밀봉하는 비탭 영역 밀봉 가공
    을 개별적으로 행하는, 필름 외장 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탭 영역 밀봉 가공을 행한 후에, 상기 비탭 영역 밀봉 가공을 행하는, 필름 외장 전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비탭 영역 밀봉 가공을 행한 후에, 상기 탭 영역 밀봉 가공을 행하는, 필름 외장 전지의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비탭 영역 밀봉 가공과 비교하여, 상기 탭 영역 밀봉 가공을 상대적으로 높은 온도에서 행하는, 필름 외장 전지의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비탭 영역 밀봉 가공과 비교하여, 상기 탭 영역 밀봉 가공을 상대적으로 높은 가압력으로써 행하는, 필름 외장 전지의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비탭 영역 밀봉 가공을, 전극 탭이 배치되어 있지 않은 다른 변의 밀봉 가공과 동시에 행하는, 필름 외장 전지의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 탭은, 상기 시일선이 가로지르는 부위에, 미리 합성 수지층을 구비하고 있고,
    상기 비탭 영역 밀봉 가공의 가공 영역과 상기 탭 영역 밀봉 가공의 가공 영역이, 상기 전극 탭으로부터 측방으로 튀어나온 상기 합성 수지층의 돌출부 상에서, 서로 오버랩되어 있는, 필름 외장 전지의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탭 영역용 히트 블록에는, 상기 돌출부에 대응한 보조 가공면이 상기 전극 탭에 대응한 주 가공면으로부터 미소량 돌출되어 마련되어 있고,
    상기 비탭 영역용 히트 블록에는, 상기 돌출부에 대응한 보조 가공면이 상기 라미네이트 필름에 대응한 주 가공면으로부터 미소량 후퇴되어 마련되어 있는, 필름 외장 전지의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 외장체의 밀봉을 행한, 필름 외장 전지.
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