WO2015019749A1 - ラミネートフィルムの製造方法及び穿孔刃 - Google Patents

ラミネートフィルムの製造方法及び穿孔刃 Download PDF

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伸明 阿久津
昭市 山川
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日産自動車株式会社
オートモーティブエナジーサプライ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a rectangular flat film-covered battery using a laminate film as an outer package, and particularly relates to an improvement of a perforating blade for forming an opening for venting gas in the laminate film.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 a power generation element in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated with a separator interposed therebetween, and an exterior body made of a laminate film in which a synthetic resin layer is laminated on the surface of a metal layer.
  • a film-covered battery having a rectangular flat shape sealed with an electrolyte inside is known.
  • gas may be generated from the power generation element sealed together with the electrolyte in the exterior body due to the aging process or the passage of time. Degassing to be discharged / removed is performed.
  • degassing for example, a method is known in which the exterior body is cut along a cutting line inside the sealing line at the edge of the exterior body, and the exterior body outside the cutting line is cut and opened. Yes. However, in this case, since the distance of a cutting line becomes long, it takes time for cutting.
  • Patent Document 2 As another example of degassing, in Patent Document 2 described above, a power generation element is arranged inside a bag-shaped exterior body in which three sides are sealed, and an electrolyte is injected, and then the opened side is sealed. At this time, the opening is temporarily sealed by pressurizing and sandwiching the exterior body without welding, and the degassing is performed by releasing the pressurization and sandwiching after the aging process.
  • the degassing is performed by releasing the pressurization and sandwiching after the aging process.
  • an opening for venting gas having a predetermined length is formed inside the sealing line by using a perforating blade.
  • the cutting line does not become excessively long, and the opening can be reliably sealed by welding or the like, but there are the following problems.
  • a perforating blade In order to form an opening of a predetermined length with a perforating blade, first, a perforating blade is formed through two laminated films sealed with an electrolyte solution, and then a perforating blade is formed on the surface of the laminated film. It is necessary to move in a predetermined traveling direction along.
  • the perforating blade is penetrated through the laminate film to form perforations, the inclined portions on the opposite side and the back side of the perforating blade are easily damaged by the metal layer of the laminate film, and the life of the perforating blade There is a problem that becomes shorter.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and suppresses damage to the perforation blade during perforation, improving the durability and reliability (life) of the perforation blade, and using the perforation blade to laminate the film. It is an object to satisfactorily form an opening for degassing in an exterior body made of
  • the present invention relates to a method for manufacturing a film-clad battery having a rectangular flat shape in which a power generation element is sealed together with an electrolyte inside an exterior body made of a laminate film in which a synthetic resin layer is laminated on the surface of a metal layer. Further, by moving the perforating blade along the direction orthogonal to the main surface of the laminate film with respect to the two laminated films whose edges are sealed along the sealing line, the perforated blade is moved to the two laminating films. After the perforation is formed by penetrating the film, the perforation blade is moved in a predetermined traveling direction parallel to the surface of the laminate film, thereby providing a predetermined portion on the inner side of the sealing line of the two laminate films. An opening forming step of forming an opening for degassing the length.
  • the above-described perforating blade has a triangular shape with the first inclined portion and the second inclined portion on the cutting edge side, and the blade is formed at least on the first inclined portion located on the traveling direction side.
  • the first angle formed between the first inclined portion and the surface of the laminate film is an acute angle smaller than 90 degrees
  • the second angle formed between the second inclined portion and the surface of the laminate film Smaller than that.
  • the second angle formed by the second inclined portion on the opposite side (back side) of the drilling blade and the surface of the laminate film is relatively large, and is typically set to an angle close to approximately 90 degrees.
  • the interference between the second inclined portion of the perforating blade and the laminate film, particularly the metal layer thereof is suppressed, and the damage received by the metal layer is suppressed. be able to.
  • the punching blade is penetrated through the laminate film. By moving in the traveling direction, the laminate film can be smoothly cut.
  • the perforating blade is a double-edged blade having blades formed on both the first inclined portion and the second inclined portion.
  • the laminate film can be torn at the second inclined portion at the time of drilling, and the drilling operation is further smoothened. While being able to perform, the damage which a 2nd inclination part receives can be suppressed further more reliably.
  • a land portion having a predetermined length substantially parallel to the surface of the laminate film is formed at the tip portion of the punching blade.
  • an opening having a predetermined length is provided in an exterior body made of a laminate film by a perforating blade while suppressing damage to the perforating blade during perforation and improving the durability and reliability (life) of the perforating blade. Can be formed satisfactorily.
  • Sectional drawing which shows an example of the film-clad battery used as the object of manufacture which concerns on this invention.
  • Sectional drawing which similarly shows a film exterior battery.
  • the top view which shows the aspect which formed the opening part in the exterior body of the film exterior battery which sealed the edge along the sealing line.
  • the top view which shows the film-clad battery which sealed the inner side of the said opening part again.
  • the perspective view which shows a part of a series of drilling operations using the drilling blade which concerns on a present Example.
  • the perspective view which shows a part of a series of opening formation processes using the perforated blade similarly.
  • the perspective view which shows a part of a series of opening formation processes using the perforated blade similarly.
  • the perspective view which shows a part of a series of opening formation processes using the perforated blade similarly.
  • the perspective view which shows a part of a series of opening formation processes using the perforated blade similarly.
  • Sectional drawing which shows the support structure of the said perforation blade.
  • Sectional drawing which shows the attitude
  • the top view which shows the said perforation blade single-piece
  • the film-clad battery 1 is, for example, a lithium ion secondary battery, and has a flat rectangular external shape as shown in FIG. 1 and a pair of terminals made of a conductive metal thin plate at one edge in the longitudinal direction. 2 and 3.
  • the film-clad battery 1 is a battery in which a rectangular power generation element 4 is accommodated in an exterior body 5 made of a laminate film together with an electrolytic solution.
  • the power generation element 4 includes a plurality of positive plates 41 and negative plates 42 that are alternately stacked with separators 43 interposed therebetween.
  • the three negative plates 42, the two positive plates 41, and the gap therebetween And four separators 43 are located on both surfaces of the power generation element 4.
  • a configuration in which the positive electrode plate 41 is located on the outermost layer of the power generation element 4 is also possible.
  • the dimension of each part in FIG. 2 is not necessarily exact, and is exaggerated for explanation.
  • the positive electrode plate 41 is obtained by forming positive electrode active material layers 41b and 41c on both surfaces of a rectangular positive electrode current collector 41a.
  • the positive electrode current collector 41a is made of an electrochemically stable metal foil such as an aluminum foil, an aluminum alloy foil, a copper foil, or a nickel foil.
  • the positive electrode active material layers 41b and 41c are made of, for example, a positive electrode active material made of a lithium composite oxide such as lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), or lithium cobaltate (LiCoO 2 ).
  • a mixture of a conductive additive such as carbon black and a binder is applied to the main surface of the positive electrode current collector 41a, dried and rolled.
  • the negative electrode plate 42 is obtained by forming negative electrode active material layers 42b and 42c on both surfaces of a rectangular negative electrode current collector 42a.
  • the negative electrode current collector 42a is made of, for example, an electrochemically stable metal foil such as nickel foil, copper foil, stainless steel foil, or iron foil.
  • the negative electrode active material layers 42b and 42c are made of, for example, a negative electrode active material that occludes and releases lithium ions of the positive electrode active material, such as amorphous carbon, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, or graphite.
  • the mixture of the binder is applied to the main surface of the negative electrode current collector 42a, dried and rolled.
  • a part of the edge in the longitudinal direction of the negative electrode current collector 42 a extends as an extension portion that does not include the negative electrode active material layers 42 b and 42 c, and the tip thereof is joined to the negative electrode terminal 3.
  • a part of the edge in the longitudinal direction of the positive electrode current collector 41a extends as an extension portion that does not include the positive electrode active material layers 41b and 41c, and the tip thereof Is joined to the positive terminal 2.
  • the separator 43 has a function of preventing a short circuit between the positive electrode plate 41 and the negative electrode plate 42 and at the same time holding an electrolyte.
  • the separator 43 is made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP).
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • the separator 43 is not limited to a single-layer film such as polyolefin, but may also be a three-layer structure in which a polypropylene film is sandwiched with a polyethylene film, or a laminate of a polyolefin microporous film and an organic nonwoven fabric. .
  • the electrolyte solution is not particularly limited, but for example, a non-aqueous electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent can be used as an electrolyte generally used in a lithium ion secondary battery. .
  • the exterior body 5 that houses the power generation element 4 configured as described above together with the electrolyte includes, as shown in an enlarged view in FIG. 2, a heat-sealing layer 51 as a synthetic resin layer, a metal layer 52, and a synthetic resin. It consists of a laminate film having a three-layer structure with a protective layer 53 as a layer.
  • the intermediate metal layer 52 is made of, for example, an aluminum foil, and the heat-sealing layer 51 that covers the inner surface thereof is made of a synthetic resin that can be heat-fused, for example, polypropylene (PP), and is a protection that covers the outer surface of the metal layer 52.
  • PP polypropylene
  • the layer 53 is made of, for example, polyethylene terephthalate (PET) which is a synthetic resin having excellent durability.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a laminate film having a larger number of layers can also be used.
  • the synthetic resin layers are laminated on both surfaces of the metal layer 52.
  • the synthetic resin layer on the outer side of the metal layer 52 is not necessarily essential, and the configuration includes the synthetic resin layer only on the inner surface. It may be.
  • the outer package 5 has a two-sheet structure of one laminate film disposed on the lower surface side of the power generation element 4 in FIG. 2 and another laminate film disposed on the upper surface side.
  • the four sides around the two laminated films are overlapped and thermally fused together to form a bag-like configuration in which the power generation element 4 can be accommodated.
  • the illustrated example shows such a two-layer exterior body 5.
  • the exterior body 5 is made of a single relatively large laminate film, and the power generation element 4 is arranged inside in a folded state, and the surrounding three sides are overlapped, and It has a bag-like configuration that is heat-sealed to each other.
  • the pair of terminals 2 and 3 located on the short side of the rectangular film-clad battery 1 are drawn out through the bonding surface of the laminate film when the laminate film is heat-sealed.
  • a pair of terminals 2 and 3 are arranged side by side on the same edge, but the positive terminal 2 is arranged on one edge and the negative terminal 3 is arranged on the other edge. It is also possible to do so.
  • this kind of film-clad battery 1 is used as a battery module in which a plurality are accommodated in a flat box-shaped casing.
  • stacked within the casing of the battery module, for example, the exterior body 5 is the lamination direction ( It can be in a state of being slightly pressed in the direction orthogonal to the main surface of the power generation element 4.
  • the power generation element 4 is configured by sequentially stacking the positive electrode plate 41, the negative electrode plate 42, and the separator 43, and attaching the terminals 2 and 3 by spot welding or the like.
  • the power generation element 4 is covered with a laminate film that becomes the outer package 5 and, as shown in FIG. 3, among the peripheral edges of the outer package 5, the remaining sealing line 12 that serves as a filling port is left.
  • the bag-shaped exterior body 5 having one side (sealing line 12) opened is formed.
  • the exterior body 5 is filled with the electrolytic solution through one side, and then the remaining one side of the edge is once heat-sealed along the sealing line 12 to make the exterior body 5 sealed.
  • the battery is charged to an appropriate level, and in this state, aging is performed for a predetermined time. After this aging is completed, the gas generated by aging is removed.
  • a perforated blade 20 described later is used to form an opening 14 having a predetermined length cut inside the sealing line 12 (, 13) (opening forming step). 14, the gas generated inside the battery is discharged.
  • the film-clad battery 1 is completed by heat-sealing one side again with the re-sealing line 15 inside the opening 14 to make the outer package 5 sealed again.
  • the first sealing line 12 is formed with a gas reservoir portion 12 ⁇ / b> A protruding so as to partially protrude upward, and this gas reservoir portion.
  • An opening 14 is formed in 12A.
  • gas collects in the gas reservoir 12A that protrudes upward. Therefore, by forming the opening 14 in the gas reservoir 12A, the opening 14 is formed as a short length of a part of the sealing line 12.
  • the gas inside the battery can be surely discharged while maintaining (less than half the width of the entire sealing line 12 and about 1/3).
  • the reseal line 15 is set at a position that substantially overlaps the first seal line 12 except for the gas reservoir 12A.
  • FIG. 5 to 9 show a series of openings 15 forming step (opening forming step) by the punching device provided with the punching blade 20 described above.
  • this punching device is roughly constituted by a blade support portion 31 that supports the punching blade 20 and a pair of clamps 32 and 33 that grip the exterior body 5 from both sides.
  • the perforation blade 20 is fixed to the blade support portion 31 in a state where the perforation blade 20 is positioned by one fixing bolt 34 and three positioning pins 35, and the perforation blade 20 is formed from the laminate film via the blade support portion 31. It is driven in the main surface orthogonal direction Y1 of the outer package 5 and the predetermined traveling direction Y2 along the surface of the outer package 5.
  • the clamps 32 and 33 are formed with slits 36 and grooves 37 that avoid interference with the exterior body 5 at positions corresponding to the openings 14.
  • the film-clad battery 1 is pulled up from the state shown in FIG. 5, and the vicinity of the edge part of the outer package 5 including the part that becomes the opening 15 as shown in FIG.
  • the drilling blade 20 is driven (moved) toward the exterior body 5 along the principal surface orthogonal direction Y1.
  • the perforation blade 20 penetrates through the two laminate films of the exterior body 5, and a perforation 14 ⁇ / b> A serving as one end of the opening 14 is formed.
  • the perforating blade 20 is driven (moved) in the traveling direction with the perforating blade 20 penetrating the laminate film. Thereby, the opening 14 having a predetermined length is cut and formed.
  • FIG. 8 the perforating blade 20 is driven (moved) in the traveling direction with the perforating blade 20 penetrating the laminate film.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a support structure of the drilling blade 20 in the blade support portion 31.
  • the perforated blade 20 is sandwiched between a metal plate-like mounting base 38 of the blade support 31 and a metal auxiliary plate 39, and the punching blade 20
  • the fixing bolt 34 is fastened together.
  • the auxiliary plate 39 is set to be sufficiently large, and more than half of the entire length of the drilling blade 20 is sandwiched between the mounting base 38 and the auxiliary plate 39. Therefore, in spite of the simple fixing structure that is fixed at one point by the fixing bolt 34, the vibration of the drilling blade 20 can be suppressed and the occurrence of wavy chipping or the like due to the vibration can be suppressed.
  • the perforating blade 20 has a parallelogram-shaped thin metal plate shape as a whole, and a bolt hole 21 through which the fixing bolt 34 penetrates is formed on the opposite side to the blade tip.
  • the cutting edge side of the drilling blade 20 has a triangular shape in a top view (viewed in the direction perpendicular to the paper in FIG. 11) by a pair of inclined portions 22 and 23, and a linear first inclined portion 22 located on the traveling direction Y2 side, The linear 2nd inclination part 23 located in the opposite direction and back surface side with respect to the advancing direction Y2 is provided.
  • the angle formed by the first inclined portion 22 and the second inclined portion 23 is set to 60 degrees.
  • the drilling blade 20 has a double-edged structure in which blades 22A and 23A are formed over both the first inclined portion 22 and the second inclined portion 23, respectively.
  • the first angle ⁇ 1 formed by the first inclined portion 22 and the surface of the laminate film (5) is smaller than 90 degrees and smaller than the second angle ⁇ 2 formed by the second inclined portion 23 and the surface of the laminated film. It is set ( ⁇ 1 ⁇ 2).
  • the first angle ⁇ 1 is too small, the displacement of the position where the first and second laminate films are cut increases, and vibration is likely to occur in the process of tearing the second laminate film. Since there is a risk of leakage of the electrolyte inside, it is preferably set to 40 degrees or more.
  • the second angle ⁇ 2 is desirably an angle close to 90 degrees in order to suppress interference with the laminate film during perforation, and is specifically set to an angle of about 80 to 90 degrees. Further, the second angle ⁇ 2 may be an angle larger than 90 ( ⁇ 2> 90 °).
  • a land portion 24 having a predetermined length that is substantially parallel to the surface of the laminate film is formed at the cutting edge portion of the perforating blade 20. That is, the land portion 24 is formed so as to remove the sharp edge portion of the drilling blade 20.
  • the land portion 24 is not provided with a blade in consideration of durability, but the first and second inclined surface portions 22 and 23 immediately on both sides of the land portion 24 are provided with blades 22A and 23A.
  • the laminate film of the outer package 5 can be sufficiently penetrated and perforated.
  • the second angle ⁇ 2 formed by the second inclined portion 23 on the opposite side (back surface side) of the drilling blade 20 and the surface of the laminate film is set to a large angle close to 90 °. Further, when the two laminating films are penetrated and perforated by the perforating blade 20, interference between the second inclined portion 23 and the laminate film, particularly the metal layer 52 is suppressed, and the second inclined portion 23 is formed by the metal layer 52. The damage received can be suppressed. As a result, the durability and reliability of the drilling blade 20 can be improved and the life can be extended.
  • the blades 23A are also formed on the second inclined portion 23 located on the back side in the traveling direction Y2, even if the laminate film interferes with the second inclined portion 23 during drilling, The laminated film is torn by the two inclined portions 23, and the damage received by the second inclined portion 23 can be more reliably suppressed, and the perforating operation can be performed smoothly.
  • the laminate film is cut by the movement of the punching blade 20 in the traveling direction Y2. Work can be performed smoothly.
  • the land portion 24 having a predetermined length substantially parallel to the surface of the laminate film is formed at the blade tip portion of the punching blade 20, the sharp brittle portion at the blade tip of the punching blade 20 is eliminated.
  • the cutting edge is not chipped, and the durability and life of the drilling blade 20 can be greatly improved.

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Abstract

　縁辺が封止ラインに沿って封止された２枚のラミネートフィルム（５）に対し、穿孔刃（２０）を主面直交方向（Ｙ１）に移動させて穿孔を形成し、次いで穿孔刃（２０）を進行方向（Ｙ２）に移動させて、封止ラインの内側に所定長さのガス抜き用の開口部を形成する。この穿孔刃（２０）は、三角形状をなす先端の両傾斜部（２２，２３）に刃が形成された両刃であり、かつ、ラミネートフィルムの表面に対する進行方向側の第１傾斜部（２２）の第１角度（θ１）が、進行方向と反対側の第２傾斜部（２３）の第２角度（θ２）よりも小さい。

Description

ラミネートフィルムの製造方法及び穿孔刃
　本発明は、ラミネートフィルムを外装体とした矩形偏平形状のフィルム外装電池の製造方法に関し、特に、ラミネートフィルムにガス抜き用の開口部を形成するための穿孔刃の改良に関する。
　特許文献１や特許文献２に開示されているように、正極板と負極板とをセパレータを挟んで積層した発電要素を、金属層の表面に合成樹脂層をラミネートしたラミネートフィルムからなる外装体の内部に、電解液とともに密封した矩形偏平形状をなすフィルム外装電池が知られている。
　このような薄型のフィルム外装電池の製造工程では、エージング工程や時間の経過によって外装体内部に電解液とともに密封された発電要素からガスが発生することがあるために、発生したガスを電池内部から排出・除去するガス抜きが行われる。
　ガス抜きの一例として、例えば、外装体の縁辺の封止ラインよりも内側の切断線に沿って外装体を切断し、切断線よりも外側の外装体を切除して開口する方法が知られている。しかしながら、この場合、切断線の距離が長くなるために、切断に時間がかかる。
　また、ガス抜きの他の例として、上記特許文献２では、三辺を封止した袋状の外装体の内部に発電要素を配置するととともに電解液を注入した後、開口した一辺を封止する際に、溶着せずに外装体を加圧・挟持することで開口部を仮に封止し、エイジング工程の後に加圧・挟持を開放してガス抜きを行っている。但し、この場合、外装体を長い時間加圧により封止し続ける必要があるとともに、開口部を確実に封止することが困難である。
特開２００４－３４２５２０号公報 特開２００９－１８７７１１号公報
　本発明は、穿孔刃を用いて封止ラインよりも内側部分に所定長さのガス抜き用の開口部を形成するものである。この場合、上述したように切断線が過度に長くなることがなく、また、開口部を溶着等により確実に封止することができるものの、次のような問題がある。
　穿孔刃で所定長さの開口部を形成するためには、先ず、電解液を密封した２枚のラミネートフィルムにわたって穿孔刃を貫通させて穿孔を形成し、続いて穿孔刃をラミネートフィルムの表面に沿って所定の進行方向に移動させる必要がある。ここで、穿孔刃をラミネートフィルムに貫通させて穿孔を形成する際に、この穿孔刃の進行方向と反対側・裏側の傾斜部分がラミネートフィルムの金属層によってダメージを受け易く、ひいては穿孔刃の寿命が短くなる、という問題がある。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、穿孔時に穿孔刃が受けるダメージを抑制して、穿孔刃の耐久性・信頼性（寿命）を向上しつつ、穿孔刃によりラミネートフィルムからなる外装体にガス抜き用の開口部を良好に形成することを目的としている。
　本発明は、金属層の表面に合成樹脂層がラミネートされたラミネートフィルムからなる外装体の内部に発電要素が電解液とともに密封された矩形偏平形状をなすフィルム外装電池の製造方法に関する。また、縁辺が封止ラインに沿って封止された２枚のラミネートフィルムに対し、穿孔刃を上記ラミネートフィルムの主面直交方向に沿って移動させることによって、この穿孔刃を上記２枚のラミネートフィルムに貫通させて穿孔を形成した後、この穿孔刃を上記ラミネートフィルムの表面と平行な所定の進行方向に移動させることによって、上記２枚のラミネートフィルムの上記封止ラインよりも内側部分に所定長さのガス抜き用の開口部を形成する開口形成工程を有する。
　上記穿孔刃は、その刃先側が直線状の第１傾斜部及び第２傾斜部により三角形状をなし、少なくとも進行方向側に位置する第１傾斜部に刃が形成されている。そして本発明では、上記第１傾斜部とラミネートフィルムの表面とのなす第１角度が、９０度より小さい鋭角であって、かつ、上記第２傾斜部とラミネートフィルムの表面とのなす第２角度よりも小さいものである。
　穿孔刃の進行方向と反対側（裏面側）の第２傾斜部とラミネートフィルムの表面とのなす第２角度が相対的に大きく、典型的にはほぼ９０度に近い角度に設定されているために、穿孔刃で２枚のラミネートフィルムを貫通・穿孔する際に、穿孔刃の第２傾斜部とラミネートフィルム、特にその金属層との干渉が抑制されて、この金属層によって受けるダメージを抑制することができる。
　一方、穿孔刃の進行方向側の第１傾斜部とラミネートフィルムの表面とのなす第１角度は相対的に小さく設定された鋭角であるために、この穿孔刃をラミネートフィルムに貫通させた状態で進行方向へ移動することによって、ラミネートフィルムを円滑に切り裂くことができる。
　好ましくは、穿孔刃を第１傾斜部と第２傾斜部の双方に刃が形成された両刃とする。このように進行方向のカットには寄与しない進行方向と反対側の第２傾斜部にも刃を設けることで、穿孔時に第２傾斜部でもラミネートフィルムを切り裂くことができ、穿孔作業を更に円滑に行うことができるとともに、第２傾斜部が受けるダメージを更に確実に抑制することができる。
　穿孔刃の刃先が尖っていると、この刃先部分が脆くかけ易いことから、好ましくは、穿孔刃の先端部分に、ラミネートフィルムの表面とほぼ平行な所定長さのランド部を形成する。このように先端にランド部を形成して先端の尖っている部分を無くすことで、穿孔刃の耐久性・信頼性を大幅に向上することができる。
　本発明によれば、穿孔時に穿孔刃が受けるダメージを抑制して、穿孔刃の耐久性・信頼性（寿命）を向上しつつ、穿孔刃によってラミネートフィルムからなる外装体に所定長さの開口部を良好に形成することができる。
本発明に係る製造の対象となるフィルム外装電池の一例を示す断面図。 同じくフィルム外装電池を示す断面図。 縁辺を封止ラインに沿って封止したフィルム外装電池の外装体に開口部を形成した態様を示す平面図。 上記開口部の内側を再び封止したフィルム外装電池を示す平面図。 本実施例に係る穿孔刃を用いた一連の穿孔作業の一部を示す斜視図。 同じく穿孔刃を用いた一連の開口形成工程の一部を示す斜視図。 同じく穿孔刃を用いた一連の開口形成工程の一部を示す斜視図。 同じく穿孔刃を用いた一連の開口形成工程の一部を示す斜視図。 同じく穿孔刃を用いた一連の開口形成工程の一部を示す斜視図。 上記穿孔刃の支持構造を示す断面図。 ラミネートフィルムからなる外装体に対する上記穿孔刃の姿勢を示す断面図。 上記穿孔刃を単体で示す平面図及び刃先部分の拡大図。
　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、この発明による製造の対象となるフィルム外装電池１の一例を説明する。フィルム外装電池１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、導電性金属薄板からなる一対の端子２，３を備えている。
　図２に示すように、フィルム外装電池１は、長方形をなす発電要素４を電解液とともにラミネートフィルムからなる外装体５の内部に収容したものである。上記発電要素４は、セパレータ４３を介して交互に積層された複数の正極板４１および負極板４２からなり、例えば、３枚の負極板４２と、２枚の正極板４１と、これらの間の４枚のセパレータ４３と、を含んでいる。つまり、この例では、発電要素４の両面に負極板４２が位置している。但し、発電要素４の最外層に正極板４１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４１は、長方形をなす正極集電体４１ａの両面に正極活物質層４１ｂ，４１ｃを形成したものである。正極集電体４１ａ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４１ｂ，４１ｃ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４１ａ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４２は、長方形をなす負極集電体４２ａの両面に負極活物質層４２ｂ，４２ｃを形成したものである。負極集電体４２ａ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４２ｂ，４２ｃ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４２ａ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４２ａの長手方向の端縁の一部は、負極活物質層４２ｂ，４２ｃ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３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４１ａの長手方向の端縁の一部が、正極活物質層４１ｂ，４１ｃ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２に接合されている。
　上記セパレータ４３は、正極板４１と負極板４２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４３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４を電解液とともに収容する外装体５は、図２に一部を拡大して示すように、合成樹脂層としての熱融着層５１と金属層５２と合成樹脂層としての保護層５３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５２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５１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５２の外側面を覆う保護層５３は耐久性に優れた合成樹脂である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５２の両面に合成樹脂層をラミネートしているが、金属層５２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５は、一つの例では、図２の発電要素４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、かつ互いに熱融着することにより、内部に発電要素４を収納可能な袋状の構成となっている。図示例は、このような２枚構造の外装体５を示している。また、他の一つの例では、外装体５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４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袋状の構成となっている。
　長方形をなすフィルム外装電池１の短辺側に位置する一対の端子２，３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２，３が並んで配置されているが、一方の端縁に正極端子２を配置し、かつ他方の端縁に負極端子３を配置するようにすることも可能である。
　なお、この種のフィルム外装電池１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１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５は、発電要素４の積層方向（発電要素４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。
　次に、上記のフィルム外装電池１の製造手順について説明する。まず、正極板４１、負極板４２およびセパレータ４３を順次積層し、かつ端子２，３をスポット溶接等により取り付けて発電要素４を構成する。次に、この発電要素４を外装体５となるラミネートフィルムで覆い、図３に示すように、外装体５の周囲の縁辺のうち、充填口となる一辺の封止ライン１２を残して残りの３辺を封止ライン１３に沿って熱融着することで、一辺（封止ライン１２）が開口した袋状の外装体５を形成する。次に、一辺を通して外装体５の内部に電解液を充填し、その後、縁辺の残りの一辺を封止ライン１２に沿って一旦熱融着して外装体５を密閉状態とする。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、エージングにより発生したガス抜きを行う。
　このガス抜き工程では、後述する穿孔刃２０を用いて、封止ライン１２（，１３）よりも内側に所定長さの切り込み形成された開口部１４を形成し（開口形成工程）、この開口部１４より電池内部で発生したガスを排出する。次いで、図４に示すように、この開口部１４よりも内側の再封止ライン１５で一辺を再度熱溶着して外装体５を再び密閉状態とすることで、フィルム外装電池１が完成する。
　ここで、図３及び図４に示すように、最初の封止ライン１２には、部分的に上方へ凸状に張り出すように突出したガス溜まり部１２Ａが形成されており、このガス溜まり部１２Ａに開口部１４を形成している。上記のエージング工程では、上方へ張り出したガス溜まり部１２Ａにガスが集まるため、開口部１４をガス溜まり部１２Ａに形成することで、この開口部１４を封止ライン１２の一部の短い長さ（封止ライン１２全体の横幅の半分以下、１／３程度）としつつ、電池内部のガスを確実に排出することができる。なお、図４に示すように、再封止ライン１５はガス溜まり部１２Ａを除く最初の封止ライン１２とほぼ重なる位置に設定されている。
　図５～図９は、上記の穿孔刃２０を備えた穿孔装置による一連の開口部１５の形成工程（開口形成工程）を示している。図５にも示すように、この穿孔装置は、穿孔刃２０を支持する刃支持部３１と、外装体５を両側から把持する一対のクランプ３２，３３と、により大略構成される。刃支持部３１には、一本の固定ボルト３４及び３本の位置決めピン３５により穿孔刃２０が位置決めされた状態で固定されており、この刃支持部３１を介して穿孔刃２０がラミネートフィルムからなる外装体５の主面直交方向Ｙ１及びこの外装体５の表面に沿う所定の進行方向Ｙ２に駆動される。
　クランプ３２，３３には、開口部１４に対応した位置に、外装体５との干渉を回避するスリット３６及び溝３７が形成されている。
　図５に示す状態からフィルム外装電池１が引き上げられて、図６に示すように開口部１５となる部分を含む外装体５の縁辺部分の近傍がクランプ３２，３３により把持される。次いで、図７に示すように、穿孔刃２０が主面直交方向Ｙ１に沿って外装体５側へ駆動（移動）される。これによって、穿孔刃２０が外装体５の２枚のラミネートフィルムを貫通して、開口部１４の一端となる穿孔１４Ａが形成される。次いで、図８に示すように、穿孔刃２０をラミネートフィルムに貫通させた状態で、この穿孔刃２０を進行方向に駆動（移動）する。これによって、所定長さの開口部１４が切り込み形成される。次いで、図５に示すように、穿孔刃２０，クランプ３２，３３及び外装体５を元の位置（図５参照）に待避させて、このフィルム外装電池１に対する作業が終了する。そして、次のフィルム外装電池が図５に示す状態にセットされて、上記の作業が繰り返される。
　図１０は、刃支持部３１における穿孔刃２０の支持構造を示す断面図である。同図に示すように、穿孔刃２０は、刃支持部３１の金属製のプレート状の取付基部３８と、同じく金属製の補助プレート３９と、の間に挟持された状態で、一本の上記固定ボルト３４によって共締め固定されている。特に、本実施例では、補助プレート３９が十分に大きく設定されており、穿孔刃２０の全長の半分以上を取付基部３８と補助プレート３９とにより挟持する形となっている。従って、固定ボルト３４による一点止めの簡素な固定構造であるにもかかわらず、穿孔刃２０の振動を抑制し、振動に起因する波状のチッピング等の発生を抑制することができる。
　図１１及び図１２は、本実施例の要部をなす穿孔刃２０を示している。穿孔刃２０は、全体として平行四辺形の金属薄板形状をなし、刃先と反対側に上記の固定ボルト３４が貫通するボルト孔２１が貫通形成されている。この穿孔刃２０の刃先側は一対の傾斜部２２，２３により上面視（図１１の紙面垂直方向視）で三角形状をなし、進行方向Ｙ２側に位置する直線状の第１傾斜部２２と、進行方向Ｙ２とは反対側・裏面側に位置する直線状の第２傾斜部２３と、を有している。これら第１傾斜部２２と第２傾斜部２３とのなす角度は、この実施例では６０度に設定されている。
　また穿孔刃２０は、第１傾斜部２２と第２傾斜部２３の双方にわたってそれぞれ刃２２Ａ，２３Ａが形成された両刃構造となっている。そして第１傾斜部２２とラミネートフィルム（５）の表面とのなす第１角度θ１が、９０度より小さく、かつ、第２傾斜部２３とラミネートフィルムの表面とのなす第２角度θ２よりも小さく設定されている（θ１＜θ２）。
　但し、第１角度θ１は、あまり小さ過ぎると、１枚目と２枚目のラミネートフィルムをカットする位置のずれが大きくなり、２枚目のラミネートフィルムを切り裂く過程で振動が発生し易くなり、内部の電解液の液漏れを生じるおそれがあるので、好ましくは４０度以上に設定される。
　また、第２角度θ２は、穿孔時にラミネートフィルムとの干渉を抑制するために、９０度に近い角度が望ましく、具体的には８０～９０度程度の角度に設定される。また、第２角度θ２を９０よりも大きな角度（θ２＞９０°）としても良い。
　更に、穿孔刃２０の刃先部分には、ラミネートフィルムの表面とほぼ平行な所定長さのランド部２４が形成されている。つまり、穿孔刃２０の尖った刃先部分を取り除くようにランド部２４が形成されている。このランド部２４には耐久性を考慮して刃が設けられていないが、このランド部２４のすぐ両側の第１，第２傾斜面部２２，２３には刃２２Ａ，２３Ａが設けられているために、平坦で刃のないランド部２４を設けた場合であっても、外装体５のラミネートフィルムの貫通・穿孔させることは十分に可能である。
　以上のように本実施例では、穿孔刃２０の進行方向と反対側（裏面側）の第２傾斜部２３とラミネートフィルムの表面とのなす第２角度θ２を９０°に近い大きな角度に設定したために、穿孔刃２０で２枚のラミネートフィルムを貫通・穿孔する際に、第２傾斜部２３とラミネートフィルムの特に金属層５２との干渉を抑制して、第２傾斜部２３が金属層５２によって受けるダメージを抑制することができる。この結果、穿孔刃２０の耐久性・信頼性を向上し、寿命を延ばすことができる。
　特に本実施例では、進行方向Ｙ２の裏側に位置する第２傾斜部２３にも刃２３Ａを形成した両刃としているために、穿孔時に第２傾斜部２３にラミネートフィルムが干渉しても、この第２傾斜部２３によってラミネートフィルムが切り裂かれることとなり、第２傾斜部２３が受けるダメージをより確実に抑制するとともに、穿孔作業をスムーズに行うことができる。
　一方、穿孔刃２０の進行方向側の第１傾斜部２２とラミネートフィルムの表面とのなす第１角度θ１を相対的に小さくしたために、穿孔刃２０の進行方向Ｙ２への移動によるラミネートフィルムのカット作業を円滑に行うことができる。
　更に、穿孔刃２０の刃先部分に、ラミネートフィルムの表面とほぼ平行な所定長さのランド部２４を形成しているために、穿孔刃２０の刃先に尖った脆い部分が無くなり、穿孔刃２０の刃先が欠けたりすることがなく、穿孔刃２０の耐久性・寿命を大幅に向上することができる。

Claims (5)

  1. 　金属層の表面に合成樹脂層がラミネートされたラミネートフィルムからなる袋状の外装体の内部に発電要素が電解液とともに密封された矩形偏平形状をなすフィルム外装電池の製造方法であって、
    　縁辺が封止ラインに沿って封止された２枚のラミネートフィルムに対し、穿孔刃を上記ラミネートフィルムの主面直交方向に沿って移動させることによって、この穿孔刃を上記２枚のラミネートフィルムに貫通させて穿孔を形成した後、この穿孔刃を上記ラミネートフィルムの表面と平行な所定の進行方向に移動させることによって、上記２枚のラミネートフィルムの上記封止ラインよりも内側部分に所定長さのガス抜き用の開口部を形成する開口形成工程を有し、
    　上記穿孔刃は、その刃先側が直線状の第１傾斜部及び第２傾斜部により三角形状をなし、少なくとも上記進行方向側に位置する第１傾斜部に刃が形成され、
    　上記第１傾斜部とラミネートフィルムの表面とのなす第１角度が、９０度より小さく、かつ、上記進行方向と反対側に位置する第２傾斜部とラミネートフィルムの表面とのなす第２角度よりも小さいフィルム外装電池の製造方法。
  2. 　上記穿孔刃は、上記第１傾斜部と第２傾斜部の双方に刃が形成された両刃である請求項１に記載のフィルム外装電池の製造方法。
  3. 　上記第２角度がほぼ９０度である請求項１又は２に記載のフィルム外装電池の製造方法。
  4. 　上記穿孔刃の刃先部分に、上記ラミネートフィルムの表面とほぼ平行な所定長さのランド部が形成されている請求項１～３のいずれかに記載のフィルム外装電池の製造方法。
  5. 　金属層の表面に合成樹脂層がラミネートされたラミネートフィルムからなる外装体の内部に発電要素が電解液とともに密封された矩形偏平形状をなす袋状のフィルム外装電池の製造に用いられる穿孔刃であって、
    　この穿孔刃は、縁辺が封止ラインに沿って封止された２枚のラミネートフィルムの上記封止ラインよりも内側部分に、ガス抜き用の所定長さの開口部を形成するものであって、上記ラミネートフィルムの主面直交方向に沿って移動されることで、上記２枚のラミネートフィルムを貫通して穿孔を形成可能であるとともに、上記ラミネートフィルムの主面と平行な所定の進行方向に移動させることによって、上記所定長さの開口部を形成可能であり、
    　かつ、上記穿孔刃は、その刃先側が直線状の第１傾斜部及び第２傾斜部により三角形状をなし、少なくとも上記進行方向側に位置する第１傾斜部に刃が形成され、
    　上記第１傾斜部とラミネートフィルムの表面とのなす第１角度が、９０度より小さく、かつ、上記進行方向と反対側に位置する第２傾斜部とラミネートフィルムの表面とのなす第２角度よりも小さい穿孔刃。
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