JP2004071301A - 蓄電素子用ケースの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電要素収容部の間の部分に破れやピンホールが発生することなく蓄電素子用ケースを製造することができる蓄電素子用ケースの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の蓄電素子用ケースの製造方法は、フィルムの少なくとも二カ所に同時に絞り加工を施して、少なくとも二つの蓄電要素収容部を有する蓄電素子用ケースを製造する蓄電素子用ケースの製造方法において、フィルムは、蓄電要素収容部となる少なくとも二カ所の間の部分に絞り加工の成形型表面と当接しないたるみが付与された状態で絞り加工が施されることを特徴とする。本発明の蓄電素子用ケースの製造方法は、絞り加工により製造された蓄電要素収容部の間のフィルムに破れやピンホールが発生しなくなっている。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電素子用ケースの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池には、正極、負極および電解液を有する発電要素を、この発電要素の正負極に接続されるリードの先端部のみを突出させてラミネートフィルム等のフィルムで覆い、密閉したものがある。たとえばカード型電池は、発電要素をラミネートフィルムで密封して形成された電池を、カード型の外装ケース内に収納して形成されている。
【０００３】
発電要素をラミネートフィルムで密封して形成された電池には、たとえば、発電要素をラミネートフィルムの表面上に配した状態で、ラミネートフィルムをそのまま折曲げて周縁をヒートシールした電池がある。
【０００４】
また、発電要素をラミネートフィルムで密封した電池の構成は、キャパシタにおいても採用されている。すなわち、電解液と一対の電極を有する充放電要素をラミネートフィルムで密封してキャパシターが形成されている。
【０００５】
上述の構成の電池およびキャパシタ（以下、蓄電素子と称する）に用いられるラミネートフィルムは、一般的には、耐透水性と絶縁性を確保するために、金属層と、樹脂層とが積層して形成されている。具体的には、少なくとも金属層の両面に樹脂層が積層した構造を有している。このラミネートフィルムにおいて、金属層が耐透水性を、樹脂層が絶縁性を確保している。
【０００６】
しかしながら、ラミネートフィルムは、発電要素および充放電要素（以下、蓄電要素と称する）と対向する最内周面は電気絶縁性が要求されることから、最内周面が樹脂層で形成されることが求められている。
【０００７】
近年は蓄電素子において高性能化が求められており、電池およびキャパシタの蓄電要素の体格を大きくすることで容量の増加が図られている。蓄電要素の体格が大きく（厚みが厚くなる）なると、蓄電要素の周縁部のラミネートフィルムにしわが寄った状態で封着が行われるようになる。しわが寄った状態での封着は、封着不良が生じやすく、封着不良が生じると蓄電要素、特に電解液が漏出したり、水分が混入して蓄電素子の性能が低下することとなる。
【０００８】
このような封着不良の発生を押さえるために、あらかじめ絞り加工を施して蓄電要素を収容する略凹字状の蓄電要素収容部をラミネートフィルムに形成しておき、この蓄電要素収容部に蓄電要素を配した状態でラミネートフィルムを封着した蓄電素子が開発されている。
【０００９】
たとえば、特開２００１−２９１４９７号には、片面に凹部を形成するか両面に凹部を形成した少なくとも、基材層、バリア層、ヒートシール層からなる積層体を用いて２つ折りして、ポリマー電池本体を収納し折り曲げ辺以外の辺をヒートシールして密封するポリマー電池が示されている。
【００１０】
そして、蓄電素子は充放電を繰り返すと蓄電要素が発熱するため、冷却性の観点から、一対の蓄電要素収容部を形成しておき、この一対の蓄電要素収容部に形成された空間に蓄電要素を収容する構成が好ましい。
【００１１】
蓄電要素収容部を有するラミネートフィルム（以下、蓄電素子用ケースと称する）の製造は、ラミネートフィルムに絞り加工、真空成形、圧空成形等の加工を施すことで行うことができる。
【００１２】
ラミネートフィルムに複数の蓄電要素収容部を形成する加工時に、複数の蓄電要素収容部の間の部分のラミネートフィルムは、互いに対向する蓄電要素収容部方向に引っ張られることとなる。このため、この複数の蓄電要素収容部の間の部分において破れやピンホールが発生しやすいという問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、複数の蓄電要素収容部の間の部分に破れやピンホールが発生することなく蓄電素子用ケースを製造することができる蓄電素子用ケースの製造方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために検討を重ねた結果、本発明者は、複数の蓄電要素収容部となる部分の間のにたるみを付与した状態で、絞り加工により蓄電素子収容部を製造する製造方法が上記課題を解決できることを見いだした。
【００１５】
すなわち、本発明の蓄電素子用ケースの製造方法は、フィルムの少なくとも二カ所に同時に絞り加工を施して、少なくとも二つの蓄電要素収容部を有する蓄電素子用ケースを製造する蓄電素子用ケースの製造方法において、フィルムは、蓄電要素収容部となる少なくとも二カ所の間の部分にたるみが付与された状態で絞り加工が施されることを特徴とする。
【００１６】
本発明の蓄電素子用ケースの製造方法は、たるみが付与された状態で複数箇所に絞り加工が施されるため、加工時にフィルムが対向する方向に引っ張られても、このたるみを形成していたフィルムが蓄電要素収容部に流れる。この結果、本発明の製造方法により製造された蓄電素子用ケースは、破れやピンホールが発生しなくなっている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の蓄電素子用ケースの製造方法は、フィルムの少なくとも二カ所に同時に絞り加工を施して、少なくとも二つの蓄電要素収容部を有する蓄電素子用ケースを製造する製造方法である。すなわち、フィルムの少なくとも二カ所に同時に絞り加工を施すことで、一度に少なくとも二つの蓄電要素収容部を有する蓄電素子用ケースを製造することができる。
【００１８】
本発明の蓄電素子用ケースの製造方法は、フィルムが蓄電要素収容部となる少なくとも二カ所の間の部分にたるみが付与された状態で絞り加工が施される。すなわち、本発明の製造方法は、フィルムにたるみが付与された状態で絞り加工が施されるため、加工時にフィルムが対向する方向に引っ張られても、このたるみを形成していたフィルムが蓄電要素収容部に流れるようになる。この結果、本発明の製造方法は、破れやピンホールが発生しなくなっている。
【００１９】
絞り加工は、フィルムをダイスとしわ押さえ板とで支持した状態でパンチを押圧する加工であり、しわ押さえ板が突条（ビード）を有することが好ましい。なお、ダイスは、しわ押さえ板の突条に対応した型表面を有する。しわ押さえ板が突条を有することで、しわ押さえ板とダイスとでフィルムを支持したときに、この突条の近傍でフィルムがしわ押さえ板（絞り加工の成形型）から浮き上がるようになる。フィルムの浮き上がりは、しわ押さえ板との間にすき間を生じさせる。すなわち、絞り加工時にフィルムにたるみが付与される。
【００２０】
なお、本発明の製造方法において、絞り加工は、パンチが下方から鉛直方向の上方に変位してフィルムを押圧する。
【００２１】
また、突条がもうけられたしわ押さえ板を用いて絞り加工を行うことで、加工後のケースの蓄電要素収容部の間に、突条に対応した溝が形成される。この溝は、蓄電素子を製造するためにケースを折り曲げる時の折り目として用いることができる。溝にそって折り曲げることで、蓄電要素収容部の位置決めを簡単に行うことができる。
【００２２】
突条は、複数のパンチの間のそれぞれの中央にもうけられたことが好ましい。複数のパンチのそれぞれの中央に突条が設けられることで、突条からパンチまでの距離が等しくなり、絞り加工時にそれぞれの蓄電要素収容部方向へ流れるフィルム量が均一となり破れが生じにくくなり、折り曲げたときの蓄電要素収容部の位置決めを簡単に行うことができる。
【００２３】
本発明の製造方法において、突条の断面形状は、特に限定されるものではない。すなわち、絞り加工時に蓄電要素収容部方向へ流れるフィルム量を確保できるたるみをフィルムに付与できる断面形状であればよい。蓄電要素収容部に収容される蓄電要素の大きさにより絞り加工の加工深さが異なることから絞り加工時のフィルムの流れ量が変化するためである。
【００２４】
フィルムは、金属層と、樹脂層とが、積層した複合シートであることが好ましい。フィルムが複合シートよりなることで、蓄電素子の耐透水性および電気絶縁性が確保できる。具体的には、少なくとも金属層の両面に樹脂層が積層した構造を有している。この複合シートにおいて、金属層が耐透水性を、樹脂層が絶縁性を確保している。さらに好ましくは、少なくとも金属層の両面に樹脂層が積層してなる複合シートである。
【００２５】
複合シートにおいて、金属層と樹脂層のそれぞれを構成する金属および樹脂の種類は、耐透水性および電気絶縁性を確保できる材質であれば特に限定されるものではない。
【００２６】
フィルムは、複合シートであれば特に限定されるものではなく、従来のポリマー電池において電極体を密封しているラミネートシート（ラミネートフィルム）を用いることができる。
【００２７】
本発明の製造方法により製造される蓄電素子用ケースを用いて製造される蓄電素子とは、電力を保持できる素子であればよい。たとえば、キャパシタや電池をあげることができる。
【００２８】
キャパシタにおいて蓄電要素は、一対の電極と電解液とを有する。一対の電極および電解液については、特に限定されるものではなく、従来公知の部材を用いることができる。
【００２９】
また、電池において蓄電要素は、正負の電極と電解液とを有する部材である。正負の電極よび電解液については、特に限定されるものではなく、従来公知の材質を用いることができる。
【００３０】
本発明の製造方法により製造された蓄電素子用ケースは、蓄電要素収容部に蓄電要素が配された状態で折り曲げて、折り曲げた辺以外の蓄電要素周縁部の周縁部を封止することで、蓄電要素が密封された蓄電素子を製造することができる。また、蓄電素子溶ケースの封止は、熱融着により行うことが好ましい。
【００３１】
折り曲げられたときに同一の蓄電要素が収容される隣接した一対の蓄電要素収容部の間隔が短いことが好ましい。一対の蓄電要素収容部の間隔が短くなることで、フィルムの使用量が少なくなり、材料コストを低減できる。また、溶着されない折り曲げ部に蓄電要素に含まれる電解液が侵入しても、この折り曲げ部が短いため、蓄電要素の性能を低下させるほどの電界液量が蓄電要素収容部から出ない。すなわち、蓄電要素の蓄電性能の定価が抑えられる効果を有する。
【００３２】
本発明の蓄電素子用ケースの製造方法は、たるみが付与された状態で絞り加工が施されるため、加工時にフィルムが対向する方向に引っ張られても、このたるみを形成していたフィルムが蓄電要素収容部に流れるようになる。この結果、本発明の製造方法は、破れやピンホールが発生しなくなっている。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００３４】
本発明の実施例として、リチウム電池用ケースを製造した。
【００３５】
（実施例）
電池用ケースの材料として、厚さ１１０μｍのラミネートフィルムを縦×横が２１０×２９０ｍｍの大きさに切断した。このラミネートフィルムは、厚さ４０μｍのアルミニウム層の表面に厚さ３０μｍのナイロン層が、裏面に厚さ４０μｍのポリプロピレン（Ｐ．Ｐ．）層が形成された構造を有する。ラミネートフィルムの断面を図１に示した。
【００３６】
つづいて、図２に示された金型を用いてラミネートフィルムに絞り加工を施した。
【００３７】
図２に示された金型は、鉛直方向に上下動するとともに押圧面が上方に形成された２本のパンチ２、２と、２本のパンチ２、２の押圧面と対向して配されるとともにパンチ２、２の押圧面に対応した型表面を有するダイス３と、２本のパンチ２、２を保持するとともにダイス３との間でラミネートフィルム１を支持するしわ押さえ板４と、を有する。なお、パンチ２、２の間隔は、１０ｍｍであった。
【００３８】
また、しわ押さえ板４の表面上でありかつ２本のダイス２、２の間の中央部には、ビード５がもうけられている。このビード５は、底辺が４ｍｍ、高さが３ｍｍの略三角形状の断面形状を有する。
【００３９】
絞り加工は、まず、しわ押さえ板４上にラミネートフィルム１をＰ．Ｐ．層がしわ押さえ板４と対向した状態で金型に配置した。配置されたラミネートフィルム１は、中央部がビード５により盛り上がった状態で配置された。
【００４０】
つづいて、ダイス３を鉛直下方に変位して、ダイス３としわ押さえ板４との間でラミネートフィルム１を、しわが生じないように支持した。このとき、ビード５により生じたラミネートフィルム１のたるみは残っていた。
【００４１】
その後、さらにダイス３を鉛直下方に変位させた。ダイス３の変位により、２本のパンチ２、２の押圧面がダイス３の型の内部に押し込まれた。このとき、しわ押さえ板４はダイス３とともに下方に変位を生じた。パンチ２、２がダイス３の内部に押し込まれることで、ラミネートフィルム１に凹字状の電池要素収容部が成形された。なお、ダイス３の変位は１０ｍｍであり、パンチ２、２により成形された電池要素収容部の深さも１０ｍｍとなった。このパンチ２、２がラミネートフィルム１を押圧した状態を図３に示した。
【００４２】
以上の絞り加工により実施例のリチウム電池用ケースが製造できた。製造されたリチウム電池用ケースを図４に示した。
【００４３】
製造されたリチウム電池用ケースは、ビード５により成形された溝１１と、この溝１１に対称に成形された電池要素収容部１２、１２を有する形状を有する。
【００４４】
製造された実施例のリチウム電池用ケースにおいて、ビード５により成形された溝１１の近傍には、破れやピンホールの発生がみられなかった。すなわち、この溝１１の近傍においても、リチウム電池用ケースを構成するラミネートフィルムが十分な膜厚を有することがわかる。
【００４５】
（電池の製造）
実施例において製造されたリチウム電池用ケースを用いてリチウム二次電池を製造した。
【００４６】
まず、ＬｉＮｉＯ_２よりなる正極活物質と、カーボンよりなる導電剤と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）よりなる結着剤と、をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液に溶解させ、正極活物質ペーストを作製した。このペーストをコンマコータにてアルミ箔よりなる正極集電体の両面に塗布した。その後、この電極をロールプレス機に通して荷重をかけ、電極密度を向上させた正極板を作成した。
【００４７】
この正極板は、所定の大きさにカットされ、電流取り出し用のリードタブ溶接部となる部分の電極合剤を掻き取ることでシート状正極が製造された。
【００４８】
つづいて、グラファイトよりなる負極活物質と、ＰＶＤＦよりなる結着剤と、をＮＭＰ溶液に溶解させ、負極活物質ペーストを作製した。このペーストを、正極と同様にコンマコータを用いて銅箔よりなる負極集電体の両面に塗布した。その後、このペーストが塗布された銅箔をロールプレス機に通して荷重をかけ、電極密度を上昇させた負極板を作製した。
【００４９】
この負極板を所定の大きさにカットし、電流取り出し用のリードタブ溶接部となる部分の電極合剤を掻き取ることでシート状負極が製造された。
【００５０】
以上で得られたシート状正極およびシート状負極を、厚さが２５μｍの微多孔性ポリプロピレンよりなるセパレータを介した状態で扁平形状に巻回させて、扁平巻回型電極体を形成した。そして、この扁平巻回型電極体のシート状の正極および負極の電極合剤が掻き取られた未塗布部に電極タブを融着させた。なお、正極および負極に融着された電極タブは、同一方向に突出した状態で取り付けられた。
【００５１】
また、電解質であるＬｉＰＦ_６を、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを等体積比で混合した溶媒に、１ｍｏｌ／リットルの割合で溶解させた電解液を調製した。
【００５２】
つづいて、作成された扁平巻回型電極体６を、上述のリチウム電池用ケースの電池要素収容部に収容した。扁平巻回型電極体の収容は、扁平巻回型電極体を電池要素収容部に対応した位置に配した状態で、リチウム電池用ケースをビードにより成形された溝で折り曲げてなされた。このとき、扁平巻回型電極体６に取り付けられた電極タブ６１、６１は、扁平巻回型電極体に接合されていない端部が折り曲げられたリチウム電池用ケースから露出していた。扁平巻回型電極体６をリチウム電池用ケースに収容する様子を図４に示した。
【００５３】
そして、扁平巻回型電極体が収容された状態で電池要素収容部の内部に、電解液を注液し、リチウム電池用ケースの溝が形成された辺以外の電池要素収容部の周縁部を溶着して電極体および電解液を封入した。
【００５４】
以上の手順により、リチウム二次電池が製造できた。
【００５５】
製造されたリチウム二次電池は、リチウム電池用ケースの溝の近傍において破れやピンホールが見られなかった。
【００５６】
（実施例の他の形態）
さらに、ビードの断面形状が三角形状であり、ビードが対向するダイスの該当部にはビードの外周形状と略一致する内周面を有する凹状の溝が形成されたダイスを用いてもよい。
【００５７】
このビードと溝とを有する形態の実施例においても、成形後のラミネートフィルムには、破れやピンホールの発生が見られなかった。
【００５８】
また、この形態において成形されたラミネートフィルムは、ビードにより押圧された部分に、明確な折れ線が形成されている。
【００５９】
この折れ線により、リチウム二次電池を形成するときに、折り曲げや位置決めが容易となった。すなわち、本形態においては、絞り加工が可能となっただけでなく、リチウム二次電池の組み付けにおける生産性も向上した。
【００６０】
なお、本実施例においては、ラミネートフィルムを用いて説明を行ったが、耐透水性と絶縁性が確保できる材質であれば、単層のフィルムを用いることができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の蓄電素子用ケースの製造方法は、たるみが付与された状態で絞り加工が施されるため、加工時にラミネートフィルムが対向する方向に引っ張られても、このたるみを形成していたラミネートフィルムが蓄電要素収容部に流れる。この結果、本発明の製造方法により製造された蓄電素子用ケースは、破れやピンホールが発生しなくなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラミネートフィルムの断面を示した図である。
【図２】金型の構成を示した図である。
【図３】金型のパンチがラミネートフィルムを押圧した状態を示した図である。
【図４】実施例のリチウム電池用ケースを示した図である。
【図５】扁平巻回型電極体をリチウム電池用ケースに収容する様子を示した図である。
【符号の説明】
１…ラミネートフィルム　　１１…溝
１２…電池要素収容部　　　　２…パンチ
３…ダイス　　　　　　　　　４…しわ押さえ板
５…ビード　　　　　　　　　６…扁平巻回型電極体
６１…電極タブ

Claims (3)

1. フィルムの少なくとも二カ所に同時に絞り加工を施して、少なくとも二つの蓄電要素収容部を有する蓄電素子用ケースを製造する蓄電素子用ケースの製造方法であって、
   該フィルムは、該蓄電要素収容部となる少なくとも二カ所の間の部分にたるみが付与された状態で該絞り加工が施されることを特徴とする蓄電素子用ケースの製造方法。
2. 前記絞り加工が前記フィルムをダイスとしわ押さえ板とで支持した状態でパンチを押圧する加工であり、該しわ押さえ板が突条を有する請求項１記載の蓄電素子用ケースの製造方法。
3. 前記突条は、複数の前記パンチの間のそれぞれの中央にもうけられた請求項２記載の蓄電素子用ケースの製造方法。

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