フィルム外装電気デバイスの製造方法、ヒータおよびフィルム外装電気デバイス
【課題】電極端子近傍の熱融着を確実に行うことができるフィルム外装電気デバイスの製造方法、ヒータおよびフィルム外装電気デバイスを提供する。
【解決手段】本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、シーラント１１どうしが接合され、加圧されることにより熱融着性樹脂層を押し延ばす面を有する延出部１１ｃを有するシーラント１１をリード端子４に被覆する工程と、電池要素２の周辺部のラミネートフィルム５、６を熱融着させる周辺加熱部５２と、リード端子４に対応し、周辺加熱部５２に対して凹形状となる、シーラント１１とラミネートフィルム５、６とを熱融着させるリード加熱部５１と、周辺加熱部５２とリード加熱部５１とを階段状に繋ぐ、シーラント１１の延出部１１ｃとラミネートフィルム５、６とを熱融着させる中間加熱部５３を有するヒータ５０ａ、５０ｂを用いて熱融着を行う工程とを含む。
【解決手段】本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、シーラント１１どうしが接合され、加圧されることにより熱融着性樹脂層を押し延ばす面を有する延出部１１ｃを有するシーラント１１をリード端子４に被覆する工程と、電池要素２の周辺部のラミネートフィルム５、６を熱融着させる周辺加熱部５２と、リード端子４に対応し、周辺加熱部５２に対して凹形状となる、シーラント１１とラミネートフィルム５、６とを熱融着させるリード加熱部５１と、周辺加熱部５２とリード加熱部５１とを階段状に繋ぐ、シーラント１１の延出部１１ｃとラミネートフィルム５、６とを熱融着させる中間加熱部５３を有するヒータ５０ａ、５０ｂを用いて熱融着を行う工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池やキャパシタに代表される、電気デバイス要素を外装フィルムに収容したフィルム外装電気デバイスの製造方法、フィルム外装電気デバイスの熱融着に用いられるヒータ、およびフィルム外装電気デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器等の電源としての電池は、軽量化、薄型化が強く要求されている。そこで、電池の外装材に関しても、軽量化、薄型化に限界のある従来の金属缶に代わり、さらなる軽量化、薄型化が可能であり、金属缶に比べて自由な形状を採ることが可能な外装材として、金属薄膜フィルム、または金属薄膜と熱融着性樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルムを用いたものが使用されるようになった。
【０００３】
電池の外装材として用いられるラミネートフィルムの代表的な例としては、金属薄膜であるアルミニウム薄膜の片面にヒートシール層である熱融着性樹脂フィルムを積層するとともに、他方の面に保護フィルムを積層した３層ラミネートフィルムが挙げられる。
【０００４】
外装材にラミネートフィルムを用いたフィルム外装電池においては、正極と負極とをセパレータを介して積層した電池要素を、熱融着性樹脂フィルムを互いに対向させてラミネートフィルムで包囲し、電池要素の周囲でラミネートフィルムを熱融着することによって電池要素を気密封止（以下、単に封止という）している。電池要素の正極および負極から電流を外部に取り出すために、正極および負極にはそれぞれ集電タブが突出して設けられており、これら集電タブをリード端子に接続し、そのリード端子をラミネートフィルムから突出させて接続している。また、セパレータとしては、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂を用いて形成した多孔性フィルムなどが用いられる。
【０００５】
図５にラミネートフィルムを外装体として用いた従来の電池のリード端子部分を示す。また、図６に、従来のヒータによりリード端子部分を熱融着する状態を示す。
【０００６】
フィルム外装電池１００は、２枚の外装体フィルム１０１に電池要素１０３が収納され、電池要素１０３に接続されたリード端子１０４が外部に引き出された構成となっている。
【０００７】
外装体フィルム１０１は、金属層１０１ｂおよび内面樹脂層１０１ａとを含むラミネートフィルムであり、内面樹脂層１０１ａの周囲同士を熱融着することによって接合されている（図６では保護フィルムは省略している）。この封止辺のうち、対向する２辺が、リード端子１０４の引き出し封止辺となっており、これらの辺からリード端子１０４が引き出されている。また、平板状金属からなるリード端子１０４の表面には、耐熱性樹脂層１０５ａと金属接着性樹脂層１０５ｂとからなるシーラント１０５が設けられている。耐熱性樹脂層１０５ａは金属層１０１ｂとリード端子１０４との短絡防止を目的とし、金属接着性樹脂層１０５ｂはリード端子１０４とシーラント１０５との接着性を向上させることを目的としたものである。
【０００８】
外装体フィルム１０１による電池要素１０３の封止の概要は以下のとおりである。
【０００９】
外装体フィルム１０１同士の熱融着には、図６に示すように、リード端子封止部の形状に対応する凹部２０１を有するヒータ２００ａ、２００ｂが用いられる。
【００１０】
まず、シーラント１０５を、金属接着性樹脂層１０５ｂをリード端子１０４の側にして、リード端子１０４の封止予定部の両面に熱融着しておく。リード端子１０４を引き出した状態で、上下の外装体フィルム１０１の端辺で、リード端子１０４を挟み、外装体フィルム１０１同士を熱融着する。リード端子封止部においてはシーラント１０５と外装体フィルム１０１とを熱融着させる。
【特許文献１】特開２００４−１１１３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図６に示す従来形状のヒータ２００ａ、２００ｂにより、従来形状のシーラント１０５を備えたリード端子封止部を熱融着した場合、以下の問題を生じる場合があった。
【００１２】
図７に示すように、従来のヒータ２００ａ、２００ｂの場合、リード加熱部２５１と周辺加熱部２５２との間には大きな段差があった。また、従来のシーラント１０５はシーラント１０５どうしを接合させている端部１０５ｃが接合に要する必要最小限の幅しか設けられていなかった。このため、従来のヒータ２００ａ、２００ｂと従来のシーラント１０５との組み合わせでは、リード加熱部２５１と周辺加熱部２５２との境界部分の隅部Ｃ3に大きな空間が形成されていた。この隅部Ｃ3には、リード加熱部２５１により押し潰された樹脂と、周辺加熱部２５２により押し潰された樹脂が供給されるものの、隅部Ｃ3を所望の熱融着幅で埋めるほどの樹脂は供給されない。このため、図５のＡ部を拡大図である図８に示すように、シーラント１０５の端部１０５ｃにおける外装体フィルム１０１の融着領域１０２ａに、所望の熱融着幅よりも狭いくびれ１５０を生じてしまう場合があった。
【００１３】
シーラント１０５の端部１０５ｃ近傍以外の融着領域１０２ａは平坦であるため、ヒータ２００ａ、２００ｂにより均一な圧力を印加することができ、ヒータの幅とほぼ同じ幅の領域の対向する内面樹脂層どうしが溶融して一体化するので、ヒータの幅を所望の幅ａとすれば、溶融・一体化（以下熱融着）する樹脂の領域の幅も所望の幅ａで熱融着することができる。これに対して、端部１０５ｃ近傍は樹脂の供給が不十分となる隅部Ｃ3に対応する部分である。このため、熱融着の幅が幅ａよりも狭い幅ｂとなってしまいくびれ１５０が形成されてしまうこととなる。
【００１４】
熱融着の幅が狭いくびれにおいては、外部から電池内部に浸入する水分の透過量が部分的に多くなる領域となってしまう。なぜなら、樹脂の両側の水分子濃度に差があるときは、樹脂中の単位時間に透過する水分子の量は、フィックの法則により透過方向の樹脂経路の長さに反比例するからである。このことによりくびれの形成は、電池内部への水分浸入の加速要因となり、水分が電池内で悪影響を及ぼしている電池特性劣化の加速につながる。このことはフィルム外装電池、特にフィルム外装非電解質電池特有の課題であり、単に熱融着領域の分断によるリークパスの形成さえ回避すればよいという問題ではなく、全てのシール部分において所定の幅の融着領域が要求されている。
【００１５】
また、量産製造においては、シール樹脂の当初の厚さのワークごとのばらつきや、ヒータとワークの相互位置のばらつき等が多かれ少なかれどうしても生じるため、シールの樹脂埋まり性もワークごとにばらつきを生じる。そのため、従来、設計レベルではひとつのワークの全ての融着領域で所定幅を満たすように設定したつもりでも、量産時に全ての製造品についてくびれの形成を完全に防止することは難しかった。
【００１６】
そこで、本発明は、電極端子近傍の熱融着を確実に行うことができるフィルム外装電気デバイスの製造方法、ヒータおよびフィルム外装電気デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、電気デバイス要素と、電気デバイス要素に接続された電極端子を被覆する被覆部材と、熱融着性樹脂層を備えた外装体フィルムとを有し、電気デバイス要素の周辺部の外装体フィルムどうし、および外装体フィルムと被覆部材とを熱融着させることで電気デバイス要素が外装体フィルムにより封止されたフィルム外装電気デバイスの製造方法において、平坦面を有する延出部を備えた被覆部材が形成された電極端子を用意する工程と、電気デバイス要素の周辺部の外装体フィルムどうしを熱融着させる周辺加熱部と、電極端子に対応し、周辺加熱部に対して凹形状となる、被覆部材と外装体フィルムとを熱融着させる端子加熱部と、周辺加熱部と端子加熱部とを階段状に繋ぐ、被覆部材の延出部と外装体フィルムとを熱融着させる中間加熱部を有するヒータを用意する工程と、ヒータの中間加熱部により、外装体フィルムを介して平坦面を加圧することで平坦面と重なる領域の熱融着性樹脂層を押し延ばしながら熱融着する工程と、を含むことを特徴とする
本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、延出部を有する被覆部材によって電極端子を被覆しておき、この延出部を中間過熱部を有するヒータによりヒートプレスすることで延出部に対応する部分の熱融着性樹脂層を押し出すようにして熱融着する。これにより、延出部における熱融着された領域の幅を電気デバイス要素の周辺部における熱融着された領域の幅よりも広く形成することができる。すなわち、本発明は、従来、幅が狭くなり、くびれとなっていた被覆部材の側端面近傍を幅広に熱融着することができ、もしくは製造ばらつきによる最悪の場合でもくびれ発生を防止することができるので、外部から水分の浸入を防止することができる。
【００１８】
また、本発明のヒータは金属製であってもよい。ヒータを金属製とすることで仕上がりの断面形状が予測しやすく、また、ヒータの隅部を埋めるのに必要な樹脂の量の計算がしやすく、かつシミュレーションと実際の整合性もよいため、設計通りの樹脂が押し延ばされて所望の部位を埋めることができることとなる。
【００１９】
本発明のフィルム外装電気デバイスは、電気デバイス要素と、電気デバイス要素に接続された電極端子を被覆する被覆部材と、電気デバイス要素の周辺部および被覆部材を熱融着して電気デバイス要素を封止する、熱融着性樹脂層を備えた外装体フィルムとを有するフィルム外装電気デバイスにおいて、被覆部材は、平坦面を有する延出部を備えており、電極端子と被覆部材と外装体フィルムとが接合された領域を含む第１の厚さの第１の接合領域と、外装体フィルムどうしが接合された、第１の厚さよりも薄い第２の厚さの第２の接合領域と、延出部と外装体フィルムとが接合された領域を含み、第１の厚さよりも薄くかつ第２の厚さよりも厚く、第１の接合領域と第２の接合領域とを繋ぐようにして形成された平坦な第３の接合領域とを有しており、第３の接合領域において延出部の平坦面と重なる領域の熱融着製樹脂が押し延ばされていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のフィルム外装電気デバイスは、延出部における熱融着された領域の幅が電気デバイス要素の周辺部における熱融着された領域の幅よりも広いものであってもよい。
【００２１】
また、本発明のフィルム外装電気デバイスは、延出部の、電極端子から延出している方向への長さは１．５ｍｍ以上かつ、第２の接合領域の熱融着の幅以下であってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、被覆部材の側端面近傍にくびれを生じることなく熱融着することができるので、外部から水分の浸入を防止することができ、電池を長寿命化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態の例について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１にフィルム外装電池の分解斜視図を示す。なお、図１は、本実施形態の集電部保護部材を外した状態のフィルム外装電池を示すものである。
【００２５】
フィルム外装電池１は、電池要素２と、電池要素２に設けられた正極側および負極側の集電部３と、電池要素２を電解液とともに収納する、２枚のラミネートフィルム５、６からなる外装体と、集電部３に接続されたリード端子４とを有する。
【００２６】
電池要素２は、複数の正極板と複数の負極板とを、セパレータを介して交互に積層して構成されている。
【００２７】
各正極板はアルミニウム箔に正極電極が塗布されており、負極は銅箔に負極電極が塗布されており、積層領域から延出している、電極材料が塗布されていない集電タブは、正極板の集電タブ同士、および負極板の集電タブ同士がそれぞれ一括して超音波溶接されて、中継部である集電部３が形成される。これと同時に集電部３へのリード端子４の接続も超音波溶接によりなされる。
【００２８】
外装体は、電池要素２をその厚み方向両側から挟んで包囲する２枚のラミネートフィルム５、６からなる。各ラミネートフィルム５、６は、熱融着性を有する熱融着性樹脂層、金属層、および保護層を積層してなるものであり、ＰＰ（ポリプロピレン）からなる熱融着性樹脂層が電池の内側の層となるようにしてラミネートフィルム５、６の熱融着部７を熱融着することで、電池要素２が封止される。
【００２９】
ラミネートフィルム５、６としては、電解液が漏洩しないように電池要素２を封止できるものであれば、この種のフィルム外装電池に用いられるフィルムを用いることができ、一般的には、金属薄膜層と熱融着性樹脂層とを積層したラミネートフィルムが用いられる。この種のラミネートフィルムとしては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの金属箔に厚さ３μｍ〜２００μｍの熱融着性樹脂を貼りつけたものが使用できる。金属箔、すなわち、金属層の材質としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などが使用できる。熱融着性樹脂、すなわち、熱融着性樹脂層としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。また、保護層としては、ナイロン等が好適である。
【００３０】
リード端子４は、耐熱性樹脂層１１ａと金属接着性樹脂層１１ｂとからなるシーラント１１によって被覆されている。耐熱性樹脂層１１ａはラミネートフィルム５、６の金属薄膜層とリード端子４との短絡防止を目的としたものであり、金属接着性樹脂層１１ｂまたはラミネートフィルムの熱融着製樹脂層よりも融点の高い樹脂からなるもの、あるいは電子線照射などで架橋された樹脂からなるものであり、材料としては熱融着製樹脂層に用いられる材料と同様の材料が使用できる。金属接着性樹脂層１１ｂはリード端子１０４とシーラント１１との接着性を向上させることを目的としたものであり、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンの酸変性物、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー、ポリエステル、アクリル樹脂、１液または２液型接着剤、エポキシ系接着剤、ＡＢＳ樹脂などが使用できる。シーラント１１は、リード端子４の側端部４ｃからはみ出すように延出させている延出部１１ｃを有する。延出部１１ｃではシーラントどうしが互いに接合している。
【００３１】
シーラント１１はリード端子４に予め被覆しておき、その後、ラミネートフィルム５、６の熱融着を行う。なお、リード端子４が延出する部分のラミネートフィルム５、６の熱融着は、ラミネートフィルム５、６がリード端子４に対して直接熱融着されるのではなく、シーラント１１が設けられた部分に対して熱融着がなされる。延出部１１ｃは、当該熱融着がなされることで延出部１１ｃの押出し面１１ｄ上のラミネートフィルム５、６の熱融着性樹脂層を延出部１１ｃより外側に押出すように機能する。
【００３２】
次に、図２に、熱融着を行う際の、ヒータと、ラミネートフィルムと、リード端子の配置関係を模式的に示す。なお、図２は、リード端子４の部分を図１に示す矢印Ｂ方向からみたものである。また、図３にヒータでヒートプレスした状態の、フィルム外装電池１のリード端子４近傍を模式的に示す一部拡大図を示す。さらに、図４に、リード端子の側端部の一部拡大透視図を示す。
【００３３】
ヒータ５０ａ、５０ｂの間にラミネートフィルム５、６が挟みこまれ、さらにこれらラミネートフィルム５、６の間にシーラント１１で被覆したリード端子４が配置されており、ヒータ５０ａ、５０ｂが図２に示す矢印Ｃ方向に移動して、ラミネートフィルム５、６をヒートプレスすることでラミネートフィルム５、６の熱融着、ラミネートフィルム５、６とシーラント１１との熱融着がなされる。
【００３４】
ヒータ５０ａ、５０ｂの加圧面側には、電池要素２の周縁部分を熱融着する周辺加熱部５２、周辺加熱部５２に対して凹形状となるリード加熱部５１、およびリード加熱部５１と周辺加熱部５２とを階段状に繋ぐ中間加熱部５３が形成されている。ヒータ５０ａ、５０ｂは互いに各加熱部５１、５３、５２が対向するように配置されている。従来のヒータの構成は、中間加熱部５３に相当する部分がなかったかもしくは好適な形状となっていなかったため、リード加熱部５１に相当する部分と周辺加熱部５２に相当する部分との段差が急に変化する態様であった。これに対して本実施形態では、中間加熱部５３として新規な平坦部を設け、リード加熱部５１と周辺加熱部５２との間の段差を段階的に変化させている。
【００３５】
周辺加熱部５２は、ラミネートフィルム５、６の、電池要素２の周縁部分をヒートプレスし、周辺部５２ｈを形成する。周辺部５２ｈはラミネートフィルム５、６どうしが接合された領域であり、その断面厚さはｔ3である。周辺部５２ｈは幅ａで熱融着される（図４参照）。
【００３６】
リード加熱部５１は、シーラント１１で被覆したリード端子４と延出部１１ｃの一部をヒートプレスし、リード部５１ｈを形成する。このリード部５１ｈは、リード端子４とシーラント１１とラミネートフィルム５、６とが積層された領域を含み、その断面厚さはｔ1である。より詳細には、図３に示すように、リード加熱部５１は、リード端子４の側端部４ｃから距離Ｌ1だけ幅広に形成されている。つまり、リード加熱部５１は、リード端子４の幅に対して２Ｌ1だけ幅広に形成されていることになる。中間加熱部５３のリード側端面５３ａまでの距離Ｌ1を設けることで、ヒートプレス時に中間加熱部５３がリード端子４に過剰な圧力をかけることなく、延出部１１ｃに所定の圧力をかけることができる。なお、距離Ｌ1は０．５〜１.５ｍｍの範囲内とするのが好ましい。０．５ｍｍ以下ではヒータとワークの相互位置のブレによってリード端子４の端部に圧力がかかりリード端子４を破損してしまう場合があり、１.５ｍｍ以上では隅部Ｃ1を埋めるに必要な樹脂が多くなりすぎ、くびれ発生の懸念が増大し、本発明の目的の実現が困難になる。
【００３７】
中間加熱部５３は、延出部１１ｃの部分をヒートプレスして中間平坦部５３ｈを形成する。中間平坦部５３ｈは、シーラント１１どうしが接合された延出部１１ｃとラミネートフィルム５、６とが積層された領域（図３に示すＬ3の領域）を含み、その断面厚さはｔ2である。この中間平坦部５３ｈは図３に示すＬ2＋Ｌ3の長さであり、リード部５１ｈと周辺部５３ｈとを繋ぐようにして形成されている。ここで、Ｌ3はリード加熱部５１と中間加熱部５３との境界となるリード側端面５３ａから延出部１１ｃの端面までの距離である。また、Ｌ2は延出部１１ｃの端面から中間加熱部５３と周辺加熱部５２との境界となる周辺側端面５３ｂまでの距離である。また、中間加熱部５３は、ラミネートフィルム５、６の潰し量がリード加熱部５１と周辺加熱部５２の潰し量に比べて大きくなるようにしている。換言すれば、中間加熱部５３は、中間加熱部５３におけるラミネートフィルム５、６の厚さＡ3がリード加熱部５１および周辺加熱部５２におけるラミネートフィルム５、６の厚さＡ1、Ａ2に比較して薄くなるように形成されている。
【００３８】
リード加熱部５１、中間加熱部５３および周辺加熱部５２のヒートプレスにより形成される熱融着部７は、リード部５１ｈ、中間平坦部５３ｈおよび周辺部５２ｈを含み、各部分の厚さの関係はｔ1＞ｔ2＞ｔ3の関係となっている。
【００３９】
なお、延出部１１ｃの長さは、１．５ｍｍ以上とするのが好ましい。本発明者らの検討によると、延出部１１ｃによって、熱融着樹脂層を押し延ばして本発明の効果を確実に得るためには、押し延ばす領域の幅（図３の横方向の長さ）、すわなち、Ｌ3は１ｍｍ以上必要である。このことと、前述のように、リードの側端部４ｃから中間加熱部５３のリード側端面５３ａまでの距離Ｌ1を製造ばらつきと考え、０．５ｍｍ以上確保することが好ましいことを考え併せると、延出部１１ｃの長さは１．５ｍｍ以上が好ましい。
【００４０】
一方、延出部１１ｃの長さは、熱融着領域の幅よりも短いことが好ましい。延出部１１ｃと中間平坦部５３ｈが重なる領域（Ｌ3）は、その両側の領域に向かって内面樹脂層の樹脂が押し延ばされていることになるが、その樹脂の量は各寸法によって下記のように変化する。すわなち、熱融着領域の幅ａよりもＬ3が小さいときには、Ｌ3の中央を境に左側の樹脂が左に移動し右側の樹脂が右に移動する（図３における左右方向）ので、Ｌ3が長くなるほど、Ｌ3の左右に押し延ばされる樹脂が増加するが、その増加はＬ3＝ａとなったところで止まる。Ｌ3＞ａのときにはＬ3が長くなっても左右に押し延ばされる樹脂の量はそれ以上には増加しなくなる。その理由はヒートプレスされる領域がプレス軸方向からみて長方形の場合、その領域外にはみ出す樹脂は短辺側よりも長辺側に多く出るのでＬ3＞ａの場合ではプレス面積が増えても増加分の樹脂は左右方向ではなく、前後方向（図３における紙面と垂直な方向）に押し出されることとなるためである。このことからＬ3＞ａの場合には樹脂の透過面積を増やしても水分透過を増やすデメリットのみとなるので、延出部１１ｃの長さは熱融着領域の幅よりも短いことが好ましい。
【００４１】
図７に示したように、従来のヒータ２００ａ、２００ｂの場合、本実施形態の中間加熱部５３がないため、リード加熱部２５１と周辺加熱部２５２との間は大きな段差があった。また、従来のシーラント１０５は本実施形態の延出部１１ｃに相当する部分が実質的になかった。このため、従来のヒータ２００ａ、２００ｂと従来のシーラント１０５との組み合わせでは、リード加熱部２５１と周辺加熱部２５２との境界部分の隅部Ｃ3に大きな空間が形成されることとなる。この隅部Ｃ3には、リード加熱部２５１により押し潰された樹脂と、周辺加熱部２５２により押し潰された樹脂が供給されるものの、隅部Ｃ3を埋めるほどの樹脂を十分に供給することができないため、くびれを生じてしまっていた。
【００４２】
一方、本実施形態ではヒータ５０ａ、５０ｂに中間加熱部５３を設けるとともにシーラント１１に延出部１１ｃを設けている。本実施形態では、これらを組合わせることで、リード加熱部５１と中間加熱部５３との境界部分に隅部Ｃ1が形成され、中間加熱部５３と周辺加熱部５２との境界部分には隅部Ｃ2が形成されることとなる。本実施形態では、２つの隅部Ｃ1、Ｃ2が形成されることとなるが、隅部Ｃ1、Ｃ2の各空間容積は、従来の隅部Ｃ3の空間容積に比べると小さくなる。また、中間加熱部５３は延出部１１ｃの部分のラミネートフィルム５、６を厚さＡ3となるまで押し潰す。隅部Ｃ1には、リード加熱部５１で押し潰された樹脂と、中間加熱部５３で多く押し潰された樹脂とが流れ込む。また、隅部Ｃ2には、周辺加熱部５２で押し潰された樹脂と、中間加熱部５３で多く押し潰された樹脂とが流れ込む。つまり、本実施形態では、隅部Ｃ1、Ｃ2の空間容積を小さするとともに、これら小さな空間に十分な量の樹脂を供給することができる構成とし、シーラント１１の端部近傍にくびれが生じないようにしている。図４に示すように、中間加熱部５３によってヒートプレスされた延出部１１ｃの部分の熱融着部７の幅ｃは、樹脂が押出されるため、周辺加熱部５２による熱融着部７の幅ａよりも広く形成されている。
【００４３】
なお、ヒータ５０ａ、５０ｂの材質としてはゴム製よりも金属ブロックからなるものが好ましい。その理由は、樹脂を押し延ばしたい部位に選択的かつ効果的に圧力を加えたほうが、意図した通りの樹脂の流れが実現でき、隅部Ｃ1、Ｃ2の埋まり性の制御に都合がよいからである。換言すれば、仕上がりの断面形状が予測しやすいため、隅部Ｃ1、Ｃ2を埋めるのに必要な樹脂の量の計算がしやすく、かつシミュレーションと実際の整合性もよいため、設計通りの樹脂が押し延ばされて所望の部位を埋めることができる。それに比べて、表面がゴム製のヒータでは圧力分布によって表面形状が変化してしまうので仕上がりの断面形状の予想が困難になり、上記樹脂の流れのシミュレーションが困難になったり精度が悪くなってしまう。
【００４４】
以上、本実施形態によれば、従来くびれていた熱融着領域に十分な樹脂を供給して熱融着がなされる幅を広くすることができるので、外部からの水分の浸入を防止することができ、電池を長寿命化することができる。
【００４５】
なお、リード加熱部５１と中間加熱部５３との段差と、中間加熱部５３と周辺加熱部５２との段差とは同じ高さでなくともよい。また、図３では隅部Ｃ1、Ｃ2の部分のヒータ５０ａ、５０ｂの形状が直角となっている例を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、ヒータ５０ａ、５０ｂの隅部Ｃ1の形状を、シーラント１１の斜面（隅部Ｃ1に対応する部分）に併せて傾斜面をもたせたり、あるいはＲ形状としてもよい。
【００４６】
また、本実施形態では中間加熱部５３によって段差が１段増加した構成としたが、隅部の空間容積をさらに小さくするために段差が２段以上増加する構成としてもよい。
【００４７】
なお、本実施形態では、中間加熱部５３の潰し量を他の領域よりも大きい場合を説明したが、くびれの発生を防止可能であれば必ずしも中間加熱部５３の潰し量はそのような潰し量とすることはなく、Ａ1＜Ａ3＜Ａ2であってもよい（この場合、融着領域の幅の最も大きい場所は延出部とは異なる場所となる）。さらにいえば、リード部５１ｈ、中間平坦部５３ｈおよび周辺部５２ｈの厚さの関係が上述したようにｔ1＞ｔ2＞ｔ3であり、かつ中間平坦部５３ｈと延出部１１ｃとが重なり合っていれば（図３に示すＬ3の領域）、シール条件次第でくびれの発生は防止でき、本発明の効果は得られる。
【００４８】
また、上述した実施形態においては、中間加熱部５３によってヒートプレスすることで中間平坦部５３ｈの熱融着部７は、周辺部５２ｈの幅ａよりも広い幅ｃになると説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、幅ａと同等以上の幅となりくびれが生じなければ本発明の効果は得られる。
【００４９】
なお、本実施形態ではリード端子上に形成する被覆樹脂として耐熱性樹脂層と金属接着性樹脂層とを有する２層構造のシーラントを２枚用い、金属接着性樹脂層を内側にして互いに接合する場合としたが、その他の構成でもよく、例えば、金属接着性樹脂層のみからなるシーラントでもよく、２枚を接合せずに折り曲げた１枚を巻いてから接合してもよく、樹脂形成予定部に空間が設けられた金型にリード端子を挟み込み、その予定部に樹脂を流し込み、冷却または反応硬化により固体化することでリード端子上に樹脂を被覆する方法でもよい。延出部の厚さは図３ではリード端子と重なる部分より薄い例を示しているが、同じ厚さでもよい。この場合、断面を見たときに被覆樹脂の全体の外形形状は長方形になる。
【００５０】
また、上述した実施形態では、図１において延出部１１ｃがシーラント１１の両側２箇所形成された例を示したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、本願発明はシーラント１１の片側にのみ延出部１１ｃが形成されているような場合も対象としている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のフィルム外装電池の一例の分解斜視図である。
【図２】本発明のヒータと、ラミネートフィルムと、本発明のシーラントを備えたリード端子の配置を示す模式図である。
【図３】本発明のヒータでヒートプレスした状態の、リード端子近傍を模式的に示す一部拡大図である。
【図４】本発明の電池におけるリード端子の側端部の一部拡大透視図である。
【図５】ラミネートフィルムを外装体として用いた従来の電池のリード端子部分の一例を示す図である。
【図６】従来のヒータと、ラミネートフィルムと、従来のシーラントを備えたリード端子の配置を示す模式図である。
【図７】従来のヒータでヒートプレスした状態の、リード端子近傍を模式的に示す一部拡大図である。
【図８】従来の電池におけるリード端子の側端部の一部拡大透視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ フィルム外装電池
２ 電池要素
３ 集電部
４ リード端子
４ｃ 側端部
５ ラミネートフィルム
７ 熱融着部
１１ シーラント
１１ａ 耐熱性樹脂層
１１ｂ 金属接着性樹脂層
１１ｃ 延出部
１１ｄ 押出し面
５０ａ ヒータ
５１ リード加熱部
５１ｈ リード部
５２ 周辺加熱部
５２ｈ 周辺部
５３ 中間加熱部
５３ａ リード側端面
５３ｂ 周辺側端面
５３ｈ 中間平坦部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池やキャパシタに代表される、電気デバイス要素を外装フィルムに収容したフィルム外装電気デバイスの製造方法、フィルム外装電気デバイスの熱融着に用いられるヒータ、およびフィルム外装電気デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器等の電源としての電池は、軽量化、薄型化が強く要求されている。そこで、電池の外装材に関しても、軽量化、薄型化に限界のある従来の金属缶に代わり、さらなる軽量化、薄型化が可能であり、金属缶に比べて自由な形状を採ることが可能な外装材として、金属薄膜フィルム、または金属薄膜と熱融着性樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルムを用いたものが使用されるようになった。
【０００３】
電池の外装材として用いられるラミネートフィルムの代表的な例としては、金属薄膜であるアルミニウム薄膜の片面にヒートシール層である熱融着性樹脂フィルムを積層するとともに、他方の面に保護フィルムを積層した３層ラミネートフィルムが挙げられる。
【０００４】
外装材にラミネートフィルムを用いたフィルム外装電池においては、正極と負極とをセパレータを介して積層した電池要素を、熱融着性樹脂フィルムを互いに対向させてラミネートフィルムで包囲し、電池要素の周囲でラミネートフィルムを熱融着することによって電池要素を気密封止（以下、単に封止という）している。電池要素の正極および負極から電流を外部に取り出すために、正極および負極にはそれぞれ集電タブが突出して設けられており、これら集電タブをリード端子に接続し、そのリード端子をラミネートフィルムから突出させて接続している。また、セパレータとしては、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂を用いて形成した多孔性フィルムなどが用いられる。
【０００５】
図５にラミネートフィルムを外装体として用いた従来の電池のリード端子部分を示す。また、図６に、従来のヒータによりリード端子部分を熱融着する状態を示す。
【０００６】
フィルム外装電池１００は、２枚の外装体フィルム１０１に電池要素１０３が収納され、電池要素１０３に接続されたリード端子１０４が外部に引き出された構成となっている。
【０００７】
外装体フィルム１０１は、金属層１０１ｂおよび内面樹脂層１０１ａとを含むラミネートフィルムであり、内面樹脂層１０１ａの周囲同士を熱融着することによって接合されている（図６では保護フィルムは省略している）。この封止辺のうち、対向する２辺が、リード端子１０４の引き出し封止辺となっており、これらの辺からリード端子１０４が引き出されている。また、平板状金属からなるリード端子１０４の表面には、耐熱性樹脂層１０５ａと金属接着性樹脂層１０５ｂとからなるシーラント１０５が設けられている。耐熱性樹脂層１０５ａは金属層１０１ｂとリード端子１０４との短絡防止を目的とし、金属接着性樹脂層１０５ｂはリード端子１０４とシーラント１０５との接着性を向上させることを目的としたものである。
【０００８】
外装体フィルム１０１による電池要素１０３の封止の概要は以下のとおりである。
【０００９】
外装体フィルム１０１同士の熱融着には、図６に示すように、リード端子封止部の形状に対応する凹部２０１を有するヒータ２００ａ、２００ｂが用いられる。
【００１０】
まず、シーラント１０５を、金属接着性樹脂層１０５ｂをリード端子１０４の側にして、リード端子１０４の封止予定部の両面に熱融着しておく。リード端子１０４を引き出した状態で、上下の外装体フィルム１０１の端辺で、リード端子１０４を挟み、外装体フィルム１０１同士を熱融着する。リード端子封止部においてはシーラント１０５と外装体フィルム１０１とを熱融着させる。
【特許文献１】特開２００４−１１１３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図６に示す従来形状のヒータ２００ａ、２００ｂにより、従来形状のシーラント１０５を備えたリード端子封止部を熱融着した場合、以下の問題を生じる場合があった。
【００１２】
図７に示すように、従来のヒータ２００ａ、２００ｂの場合、リード加熱部２５１と周辺加熱部２５２との間には大きな段差があった。また、従来のシーラント１０５はシーラント１０５どうしを接合させている端部１０５ｃが接合に要する必要最小限の幅しか設けられていなかった。このため、従来のヒータ２００ａ、２００ｂと従来のシーラント１０５との組み合わせでは、リード加熱部２５１と周辺加熱部２５２との境界部分の隅部Ｃ3に大きな空間が形成されていた。この隅部Ｃ3には、リード加熱部２５１により押し潰された樹脂と、周辺加熱部２５２により押し潰された樹脂が供給されるものの、隅部Ｃ3を所望の熱融着幅で埋めるほどの樹脂は供給されない。このため、図５のＡ部を拡大図である図８に示すように、シーラント１０５の端部１０５ｃにおける外装体フィルム１０１の融着領域１０２ａに、所望の熱融着幅よりも狭いくびれ１５０を生じてしまう場合があった。
【００１３】
シーラント１０５の端部１０５ｃ近傍以外の融着領域１０２ａは平坦であるため、ヒータ２００ａ、２００ｂにより均一な圧力を印加することができ、ヒータの幅とほぼ同じ幅の領域の対向する内面樹脂層どうしが溶融して一体化するので、ヒータの幅を所望の幅ａとすれば、溶融・一体化（以下熱融着）する樹脂の領域の幅も所望の幅ａで熱融着することができる。これに対して、端部１０５ｃ近傍は樹脂の供給が不十分となる隅部Ｃ3に対応する部分である。このため、熱融着の幅が幅ａよりも狭い幅ｂとなってしまいくびれ１５０が形成されてしまうこととなる。
【００１４】
熱融着の幅が狭いくびれにおいては、外部から電池内部に浸入する水分の透過量が部分的に多くなる領域となってしまう。なぜなら、樹脂の両側の水分子濃度に差があるときは、樹脂中の単位時間に透過する水分子の量は、フィックの法則により透過方向の樹脂経路の長さに反比例するからである。このことによりくびれの形成は、電池内部への水分浸入の加速要因となり、水分が電池内で悪影響を及ぼしている電池特性劣化の加速につながる。このことはフィルム外装電池、特にフィルム外装非電解質電池特有の課題であり、単に熱融着領域の分断によるリークパスの形成さえ回避すればよいという問題ではなく、全てのシール部分において所定の幅の融着領域が要求されている。
【００１５】
また、量産製造においては、シール樹脂の当初の厚さのワークごとのばらつきや、ヒータとワークの相互位置のばらつき等が多かれ少なかれどうしても生じるため、シールの樹脂埋まり性もワークごとにばらつきを生じる。そのため、従来、設計レベルではひとつのワークの全ての融着領域で所定幅を満たすように設定したつもりでも、量産時に全ての製造品についてくびれの形成を完全に防止することは難しかった。
【００１６】
そこで、本発明は、電極端子近傍の熱融着を確実に行うことができるフィルム外装電気デバイスの製造方法、ヒータおよびフィルム外装電気デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、電気デバイス要素と、電気デバイス要素に接続された電極端子を被覆する被覆部材と、熱融着性樹脂層を備えた外装体フィルムとを有し、電気デバイス要素の周辺部の外装体フィルムどうし、および外装体フィルムと被覆部材とを熱融着させることで電気デバイス要素が外装体フィルムにより封止されたフィルム外装電気デバイスの製造方法において、平坦面を有する延出部を備えた被覆部材が形成された電極端子を用意する工程と、電気デバイス要素の周辺部の外装体フィルムどうしを熱融着させる周辺加熱部と、電極端子に対応し、周辺加熱部に対して凹形状となる、被覆部材と外装体フィルムとを熱融着させる端子加熱部と、周辺加熱部と端子加熱部とを階段状に繋ぐ、被覆部材の延出部と外装体フィルムとを熱融着させる中間加熱部を有するヒータを用意する工程と、ヒータの中間加熱部により、外装体フィルムを介して平坦面を加圧することで平坦面と重なる領域の熱融着性樹脂層を押し延ばしながら熱融着する工程と、を含むことを特徴とする
本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、延出部を有する被覆部材によって電極端子を被覆しておき、この延出部を中間過熱部を有するヒータによりヒートプレスすることで延出部に対応する部分の熱融着性樹脂層を押し出すようにして熱融着する。これにより、延出部における熱融着された領域の幅を電気デバイス要素の周辺部における熱融着された領域の幅よりも広く形成することができる。すなわち、本発明は、従来、幅が狭くなり、くびれとなっていた被覆部材の側端面近傍を幅広に熱融着することができ、もしくは製造ばらつきによる最悪の場合でもくびれ発生を防止することができるので、外部から水分の浸入を防止することができる。
【００１８】
また、本発明のヒータは金属製であってもよい。ヒータを金属製とすることで仕上がりの断面形状が予測しやすく、また、ヒータの隅部を埋めるのに必要な樹脂の量の計算がしやすく、かつシミュレーションと実際の整合性もよいため、設計通りの樹脂が押し延ばされて所望の部位を埋めることができることとなる。
【００１９】
本発明のフィルム外装電気デバイスは、電気デバイス要素と、電気デバイス要素に接続された電極端子を被覆する被覆部材と、電気デバイス要素の周辺部および被覆部材を熱融着して電気デバイス要素を封止する、熱融着性樹脂層を備えた外装体フィルムとを有するフィルム外装電気デバイスにおいて、被覆部材は、平坦面を有する延出部を備えており、電極端子と被覆部材と外装体フィルムとが接合された領域を含む第１の厚さの第１の接合領域と、外装体フィルムどうしが接合された、第１の厚さよりも薄い第２の厚さの第２の接合領域と、延出部と外装体フィルムとが接合された領域を含み、第１の厚さよりも薄くかつ第２の厚さよりも厚く、第１の接合領域と第２の接合領域とを繋ぐようにして形成された平坦な第３の接合領域とを有しており、第３の接合領域において延出部の平坦面と重なる領域の熱融着製樹脂が押し延ばされていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のフィルム外装電気デバイスは、延出部における熱融着された領域の幅が電気デバイス要素の周辺部における熱融着された領域の幅よりも広いものであってもよい。
【００２１】
また、本発明のフィルム外装電気デバイスは、延出部の、電極端子から延出している方向への長さは１．５ｍｍ以上かつ、第２の接合領域の熱融着の幅以下であってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、被覆部材の側端面近傍にくびれを生じることなく熱融着することができるので、外部から水分の浸入を防止することができ、電池を長寿命化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態の例について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１にフィルム外装電池の分解斜視図を示す。なお、図１は、本実施形態の集電部保護部材を外した状態のフィルム外装電池を示すものである。
【００２５】
フィルム外装電池１は、電池要素２と、電池要素２に設けられた正極側および負極側の集電部３と、電池要素２を電解液とともに収納する、２枚のラミネートフィルム５、６からなる外装体と、集電部３に接続されたリード端子４とを有する。
【００２６】
電池要素２は、複数の正極板と複数の負極板とを、セパレータを介して交互に積層して構成されている。
【００２７】
各正極板はアルミニウム箔に正極電極が塗布されており、負極は銅箔に負極電極が塗布されており、積層領域から延出している、電極材料が塗布されていない集電タブは、正極板の集電タブ同士、および負極板の集電タブ同士がそれぞれ一括して超音波溶接されて、中継部である集電部３が形成される。これと同時に集電部３へのリード端子４の接続も超音波溶接によりなされる。
【００２８】
外装体は、電池要素２をその厚み方向両側から挟んで包囲する２枚のラミネートフィルム５、６からなる。各ラミネートフィルム５、６は、熱融着性を有する熱融着性樹脂層、金属層、および保護層を積層してなるものであり、ＰＰ（ポリプロピレン）からなる熱融着性樹脂層が電池の内側の層となるようにしてラミネートフィルム５、６の熱融着部７を熱融着することで、電池要素２が封止される。
【００２９】
ラミネートフィルム５、６としては、電解液が漏洩しないように電池要素２を封止できるものであれば、この種のフィルム外装電池に用いられるフィルムを用いることができ、一般的には、金属薄膜層と熱融着性樹脂層とを積層したラミネートフィルムが用いられる。この種のラミネートフィルムとしては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの金属箔に厚さ３μｍ〜２００μｍの熱融着性樹脂を貼りつけたものが使用できる。金属箔、すなわち、金属層の材質としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などが使用できる。熱融着性樹脂、すなわち、熱融着性樹脂層としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。また、保護層としては、ナイロン等が好適である。
【００３０】
リード端子４は、耐熱性樹脂層１１ａと金属接着性樹脂層１１ｂとからなるシーラント１１によって被覆されている。耐熱性樹脂層１１ａはラミネートフィルム５、６の金属薄膜層とリード端子４との短絡防止を目的としたものであり、金属接着性樹脂層１１ｂまたはラミネートフィルムの熱融着製樹脂層よりも融点の高い樹脂からなるもの、あるいは電子線照射などで架橋された樹脂からなるものであり、材料としては熱融着製樹脂層に用いられる材料と同様の材料が使用できる。金属接着性樹脂層１１ｂはリード端子１０４とシーラント１１との接着性を向上させることを目的としたものであり、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンの酸変性物、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー、ポリエステル、アクリル樹脂、１液または２液型接着剤、エポキシ系接着剤、ＡＢＳ樹脂などが使用できる。シーラント１１は、リード端子４の側端部４ｃからはみ出すように延出させている延出部１１ｃを有する。延出部１１ｃではシーラントどうしが互いに接合している。
【００３１】
シーラント１１はリード端子４に予め被覆しておき、その後、ラミネートフィルム５、６の熱融着を行う。なお、リード端子４が延出する部分のラミネートフィルム５、６の熱融着は、ラミネートフィルム５、６がリード端子４に対して直接熱融着されるのではなく、シーラント１１が設けられた部分に対して熱融着がなされる。延出部１１ｃは、当該熱融着がなされることで延出部１１ｃの押出し面１１ｄ上のラミネートフィルム５、６の熱融着性樹脂層を延出部１１ｃより外側に押出すように機能する。
【００３２】
次に、図２に、熱融着を行う際の、ヒータと、ラミネートフィルムと、リード端子の配置関係を模式的に示す。なお、図２は、リード端子４の部分を図１に示す矢印Ｂ方向からみたものである。また、図３にヒータでヒートプレスした状態の、フィルム外装電池１のリード端子４近傍を模式的に示す一部拡大図を示す。さらに、図４に、リード端子の側端部の一部拡大透視図を示す。
【００３３】
ヒータ５０ａ、５０ｂの間にラミネートフィルム５、６が挟みこまれ、さらにこれらラミネートフィルム５、６の間にシーラント１１で被覆したリード端子４が配置されており、ヒータ５０ａ、５０ｂが図２に示す矢印Ｃ方向に移動して、ラミネートフィルム５、６をヒートプレスすることでラミネートフィルム５、６の熱融着、ラミネートフィルム５、６とシーラント１１との熱融着がなされる。
【００３４】
ヒータ５０ａ、５０ｂの加圧面側には、電池要素２の周縁部分を熱融着する周辺加熱部５２、周辺加熱部５２に対して凹形状となるリード加熱部５１、およびリード加熱部５１と周辺加熱部５２とを階段状に繋ぐ中間加熱部５３が形成されている。ヒータ５０ａ、５０ｂは互いに各加熱部５１、５３、５２が対向するように配置されている。従来のヒータの構成は、中間加熱部５３に相当する部分がなかったかもしくは好適な形状となっていなかったため、リード加熱部５１に相当する部分と周辺加熱部５２に相当する部分との段差が急に変化する態様であった。これに対して本実施形態では、中間加熱部５３として新規な平坦部を設け、リード加熱部５１と周辺加熱部５２との間の段差を段階的に変化させている。
【００３５】
周辺加熱部５２は、ラミネートフィルム５、６の、電池要素２の周縁部分をヒートプレスし、周辺部５２ｈを形成する。周辺部５２ｈはラミネートフィルム５、６どうしが接合された領域であり、その断面厚さはｔ3である。周辺部５２ｈは幅ａで熱融着される（図４参照）。
【００３６】
リード加熱部５１は、シーラント１１で被覆したリード端子４と延出部１１ｃの一部をヒートプレスし、リード部５１ｈを形成する。このリード部５１ｈは、リード端子４とシーラント１１とラミネートフィルム５、６とが積層された領域を含み、その断面厚さはｔ1である。より詳細には、図３に示すように、リード加熱部５１は、リード端子４の側端部４ｃから距離Ｌ1だけ幅広に形成されている。つまり、リード加熱部５１は、リード端子４の幅に対して２Ｌ1だけ幅広に形成されていることになる。中間加熱部５３のリード側端面５３ａまでの距離Ｌ1を設けることで、ヒートプレス時に中間加熱部５３がリード端子４に過剰な圧力をかけることなく、延出部１１ｃに所定の圧力をかけることができる。なお、距離Ｌ1は０．５〜１.５ｍｍの範囲内とするのが好ましい。０．５ｍｍ以下ではヒータとワークの相互位置のブレによってリード端子４の端部に圧力がかかりリード端子４を破損してしまう場合があり、１.５ｍｍ以上では隅部Ｃ1を埋めるに必要な樹脂が多くなりすぎ、くびれ発生の懸念が増大し、本発明の目的の実現が困難になる。
【００３７】
中間加熱部５３は、延出部１１ｃの部分をヒートプレスして中間平坦部５３ｈを形成する。中間平坦部５３ｈは、シーラント１１どうしが接合された延出部１１ｃとラミネートフィルム５、６とが積層された領域（図３に示すＬ3の領域）を含み、その断面厚さはｔ2である。この中間平坦部５３ｈは図３に示すＬ2＋Ｌ3の長さであり、リード部５１ｈと周辺部５３ｈとを繋ぐようにして形成されている。ここで、Ｌ3はリード加熱部５１と中間加熱部５３との境界となるリード側端面５３ａから延出部１１ｃの端面までの距離である。また、Ｌ2は延出部１１ｃの端面から中間加熱部５３と周辺加熱部５２との境界となる周辺側端面５３ｂまでの距離である。また、中間加熱部５３は、ラミネートフィルム５、６の潰し量がリード加熱部５１と周辺加熱部５２の潰し量に比べて大きくなるようにしている。換言すれば、中間加熱部５３は、中間加熱部５３におけるラミネートフィルム５、６の厚さＡ3がリード加熱部５１および周辺加熱部５２におけるラミネートフィルム５、６の厚さＡ1、Ａ2に比較して薄くなるように形成されている。
【００３８】
リード加熱部５１、中間加熱部５３および周辺加熱部５２のヒートプレスにより形成される熱融着部７は、リード部５１ｈ、中間平坦部５３ｈおよび周辺部５２ｈを含み、各部分の厚さの関係はｔ1＞ｔ2＞ｔ3の関係となっている。
【００３９】
なお、延出部１１ｃの長さは、１．５ｍｍ以上とするのが好ましい。本発明者らの検討によると、延出部１１ｃによって、熱融着樹脂層を押し延ばして本発明の効果を確実に得るためには、押し延ばす領域の幅（図３の横方向の長さ）、すわなち、Ｌ3は１ｍｍ以上必要である。このことと、前述のように、リードの側端部４ｃから中間加熱部５３のリード側端面５３ａまでの距離Ｌ1を製造ばらつきと考え、０．５ｍｍ以上確保することが好ましいことを考え併せると、延出部１１ｃの長さは１．５ｍｍ以上が好ましい。
【００４０】
一方、延出部１１ｃの長さは、熱融着領域の幅よりも短いことが好ましい。延出部１１ｃと中間平坦部５３ｈが重なる領域（Ｌ3）は、その両側の領域に向かって内面樹脂層の樹脂が押し延ばされていることになるが、その樹脂の量は各寸法によって下記のように変化する。すわなち、熱融着領域の幅ａよりもＬ3が小さいときには、Ｌ3の中央を境に左側の樹脂が左に移動し右側の樹脂が右に移動する（図３における左右方向）ので、Ｌ3が長くなるほど、Ｌ3の左右に押し延ばされる樹脂が増加するが、その増加はＬ3＝ａとなったところで止まる。Ｌ3＞ａのときにはＬ3が長くなっても左右に押し延ばされる樹脂の量はそれ以上には増加しなくなる。その理由はヒートプレスされる領域がプレス軸方向からみて長方形の場合、その領域外にはみ出す樹脂は短辺側よりも長辺側に多く出るのでＬ3＞ａの場合ではプレス面積が増えても増加分の樹脂は左右方向ではなく、前後方向（図３における紙面と垂直な方向）に押し出されることとなるためである。このことからＬ3＞ａの場合には樹脂の透過面積を増やしても水分透過を増やすデメリットのみとなるので、延出部１１ｃの長さは熱融着領域の幅よりも短いことが好ましい。
【００４１】
図７に示したように、従来のヒータ２００ａ、２００ｂの場合、本実施形態の中間加熱部５３がないため、リード加熱部２５１と周辺加熱部２５２との間は大きな段差があった。また、従来のシーラント１０５は本実施形態の延出部１１ｃに相当する部分が実質的になかった。このため、従来のヒータ２００ａ、２００ｂと従来のシーラント１０５との組み合わせでは、リード加熱部２５１と周辺加熱部２５２との境界部分の隅部Ｃ3に大きな空間が形成されることとなる。この隅部Ｃ3には、リード加熱部２５１により押し潰された樹脂と、周辺加熱部２５２により押し潰された樹脂が供給されるものの、隅部Ｃ3を埋めるほどの樹脂を十分に供給することができないため、くびれを生じてしまっていた。
【００４２】
一方、本実施形態ではヒータ５０ａ、５０ｂに中間加熱部５３を設けるとともにシーラント１１に延出部１１ｃを設けている。本実施形態では、これらを組合わせることで、リード加熱部５１と中間加熱部５３との境界部分に隅部Ｃ1が形成され、中間加熱部５３と周辺加熱部５２との境界部分には隅部Ｃ2が形成されることとなる。本実施形態では、２つの隅部Ｃ1、Ｃ2が形成されることとなるが、隅部Ｃ1、Ｃ2の各空間容積は、従来の隅部Ｃ3の空間容積に比べると小さくなる。また、中間加熱部５３は延出部１１ｃの部分のラミネートフィルム５、６を厚さＡ3となるまで押し潰す。隅部Ｃ1には、リード加熱部５１で押し潰された樹脂と、中間加熱部５３で多く押し潰された樹脂とが流れ込む。また、隅部Ｃ2には、周辺加熱部５２で押し潰された樹脂と、中間加熱部５３で多く押し潰された樹脂とが流れ込む。つまり、本実施形態では、隅部Ｃ1、Ｃ2の空間容積を小さするとともに、これら小さな空間に十分な量の樹脂を供給することができる構成とし、シーラント１１の端部近傍にくびれが生じないようにしている。図４に示すように、中間加熱部５３によってヒートプレスされた延出部１１ｃの部分の熱融着部７の幅ｃは、樹脂が押出されるため、周辺加熱部５２による熱融着部７の幅ａよりも広く形成されている。
【００４３】
なお、ヒータ５０ａ、５０ｂの材質としてはゴム製よりも金属ブロックからなるものが好ましい。その理由は、樹脂を押し延ばしたい部位に選択的かつ効果的に圧力を加えたほうが、意図した通りの樹脂の流れが実現でき、隅部Ｃ1、Ｃ2の埋まり性の制御に都合がよいからである。換言すれば、仕上がりの断面形状が予測しやすいため、隅部Ｃ1、Ｃ2を埋めるのに必要な樹脂の量の計算がしやすく、かつシミュレーションと実際の整合性もよいため、設計通りの樹脂が押し延ばされて所望の部位を埋めることができる。それに比べて、表面がゴム製のヒータでは圧力分布によって表面形状が変化してしまうので仕上がりの断面形状の予想が困難になり、上記樹脂の流れのシミュレーションが困難になったり精度が悪くなってしまう。
【００４４】
以上、本実施形態によれば、従来くびれていた熱融着領域に十分な樹脂を供給して熱融着がなされる幅を広くすることができるので、外部からの水分の浸入を防止することができ、電池を長寿命化することができる。
【００４５】
なお、リード加熱部５１と中間加熱部５３との段差と、中間加熱部５３と周辺加熱部５２との段差とは同じ高さでなくともよい。また、図３では隅部Ｃ1、Ｃ2の部分のヒータ５０ａ、５０ｂの形状が直角となっている例を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、ヒータ５０ａ、５０ｂの隅部Ｃ1の形状を、シーラント１１の斜面（隅部Ｃ1に対応する部分）に併せて傾斜面をもたせたり、あるいはＲ形状としてもよい。
【００４６】
また、本実施形態では中間加熱部５３によって段差が１段増加した構成としたが、隅部の空間容積をさらに小さくするために段差が２段以上増加する構成としてもよい。
【００４７】
なお、本実施形態では、中間加熱部５３の潰し量を他の領域よりも大きい場合を説明したが、くびれの発生を防止可能であれば必ずしも中間加熱部５３の潰し量はそのような潰し量とすることはなく、Ａ1＜Ａ3＜Ａ2であってもよい（この場合、融着領域の幅の最も大きい場所は延出部とは異なる場所となる）。さらにいえば、リード部５１ｈ、中間平坦部５３ｈおよび周辺部５２ｈの厚さの関係が上述したようにｔ1＞ｔ2＞ｔ3であり、かつ中間平坦部５３ｈと延出部１１ｃとが重なり合っていれば（図３に示すＬ3の領域）、シール条件次第でくびれの発生は防止でき、本発明の効果は得られる。
【００４８】
また、上述した実施形態においては、中間加熱部５３によってヒートプレスすることで中間平坦部５３ｈの熱融着部７は、周辺部５２ｈの幅ａよりも広い幅ｃになると説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、幅ａと同等以上の幅となりくびれが生じなければ本発明の効果は得られる。
【００４９】
なお、本実施形態ではリード端子上に形成する被覆樹脂として耐熱性樹脂層と金属接着性樹脂層とを有する２層構造のシーラントを２枚用い、金属接着性樹脂層を内側にして互いに接合する場合としたが、その他の構成でもよく、例えば、金属接着性樹脂層のみからなるシーラントでもよく、２枚を接合せずに折り曲げた１枚を巻いてから接合してもよく、樹脂形成予定部に空間が設けられた金型にリード端子を挟み込み、その予定部に樹脂を流し込み、冷却または反応硬化により固体化することでリード端子上に樹脂を被覆する方法でもよい。延出部の厚さは図３ではリード端子と重なる部分より薄い例を示しているが、同じ厚さでもよい。この場合、断面を見たときに被覆樹脂の全体の外形形状は長方形になる。
【００５０】
また、上述した実施形態では、図１において延出部１１ｃがシーラント１１の両側２箇所形成された例を示したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、本願発明はシーラント１１の片側にのみ延出部１１ｃが形成されているような場合も対象としている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のフィルム外装電池の一例の分解斜視図である。
【図２】本発明のヒータと、ラミネートフィルムと、本発明のシーラントを備えたリード端子の配置を示す模式図である。
【図３】本発明のヒータでヒートプレスした状態の、リード端子近傍を模式的に示す一部拡大図である。
【図４】本発明の電池におけるリード端子の側端部の一部拡大透視図である。
【図５】ラミネートフィルムを外装体として用いた従来の電池のリード端子部分の一例を示す図である。
【図６】従来のヒータと、ラミネートフィルムと、従来のシーラントを備えたリード端子の配置を示す模式図である。
【図７】従来のヒータでヒートプレスした状態の、リード端子近傍を模式的に示す一部拡大図である。
【図８】従来の電池におけるリード端子の側端部の一部拡大透視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ フィルム外装電池
２ 電池要素
３ 集電部
４ リード端子
４ｃ 側端部
５ ラミネートフィルム
７ 熱融着部
１１ シーラント
１１ａ 耐熱性樹脂層
１１ｂ 金属接着性樹脂層
１１ｃ 延出部
１１ｄ 押出し面
５０ａ ヒータ
５１ リード加熱部
５１ｈ リード部
５２ 周辺加熱部
５２ｈ 周辺部
５３ 中間加熱部
５３ａ リード側端面
５３ｂ 周辺側端面
５３ｈ 中間平坦部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気デバイス要素と、前記電気デバイス要素に接続された電極端子を被覆する被覆部材と、熱融着性樹脂層を備えた外装体フィルムとを有し、前記電気デバイス要素の周辺部の前記外装体フィルムどうし、および前記外装体フィルムと前記被覆部材とを熱融着させることで電気デバイス要素が前記外装体フィルムにより封止されたフィルム外装電気デバイスの製造方法において、
平坦面を有する延出部を備えた前記被覆部材が形成された前記電極端子を用意する工程と、
前記電気デバイス要素の周辺部の前記外装体フィルムどうしを熱融着させる周辺加熱部と、前記電極端子に対応し、前記周辺加熱部に対して凹形状となる、前記被覆部材と前記外装体フィルムとを熱融着させる端子加熱部と、前記周辺加熱部と前記端子加熱部とを階段状に繋ぐ、前記被覆部材の前記延出部と前記外装体フィルムとを熱融着させる中間加熱部を有するヒータを用意する工程と、
前記ヒータの前記中間加熱部により、前記外装体フィルムを介して前記平坦面を加圧することで前記平坦面と重なる領域の前記熱融着性樹脂層を押し延ばしながら熱融着する工程と、を含むことを特徴とするフィルム外装電気デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記ヒータは金属製である、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイスの製造方法。
【請求項３】
電気デバイス要素と、前記電気デバイス要素に接続された電極端子を被覆する被覆部材と、前記電気デバイス要素の周辺部および前記被覆部材を熱融着して電気デバイス要素を封止する、熱融着性樹脂層を備えた外装体フィルムとを有するフィルム外装電気デバイスにおいて、
前記被覆部材は、平坦面を有する延出部を備えており、
前記電極端子と前記被覆部材と前記外装体フィルムとが接合された領域を含む第１の厚さの第１の接合領域と、
前記外装体フィルムどうしが接合された、前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さの第２の接合領域と、
前記延出部と前記外装体フィルムとが接合された領域を含み、前記第１の厚さよりも薄くかつ前記第２の厚さよりも厚く、前記第１の接合領域と前記第２の接合領域とを繋ぐようにして形成された平坦な第３の接合領域とを有しており、
前記第３の接合領域において前記延出部の前記平坦面と重なる領域の熱融着製樹脂が押し延ばされていることを特徴とするフィルム外装電気デバイス。
【請求項４】
前記延出部における熱融着された領域の幅が前記電気デバイス要素の周辺部における熱融着された領域の幅よりも広い、請求項３に記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項５】
前記延出部の、前記電極端子から延出している方向への長さは１．５ｍｍ以上かつ、前記第２の接合領域の熱融着の幅以下である、請求項３または４に記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項１】
電気デバイス要素と、前記電気デバイス要素に接続された電極端子を被覆する被覆部材と、熱融着性樹脂層を備えた外装体フィルムとを有し、前記電気デバイス要素の周辺部の前記外装体フィルムどうし、および前記外装体フィルムと前記被覆部材とを熱融着させることで電気デバイス要素が前記外装体フィルムにより封止されたフィルム外装電気デバイスの製造方法において、
平坦面を有する延出部を備えた前記被覆部材が形成された前記電極端子を用意する工程と、
前記電気デバイス要素の周辺部の前記外装体フィルムどうしを熱融着させる周辺加熱部と、前記電極端子に対応し、前記周辺加熱部に対して凹形状となる、前記被覆部材と前記外装体フィルムとを熱融着させる端子加熱部と、前記周辺加熱部と前記端子加熱部とを階段状に繋ぐ、前記被覆部材の前記延出部と前記外装体フィルムとを熱融着させる中間加熱部を有するヒータを用意する工程と、
前記ヒータの前記中間加熱部により、前記外装体フィルムを介して前記平坦面を加圧することで前記平坦面と重なる領域の前記熱融着性樹脂層を押し延ばしながら熱融着する工程と、を含むことを特徴とするフィルム外装電気デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記ヒータは金属製である、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイスの製造方法。
【請求項３】
電気デバイス要素と、前記電気デバイス要素に接続された電極端子を被覆する被覆部材と、前記電気デバイス要素の周辺部および前記被覆部材を熱融着して電気デバイス要素を封止する、熱融着性樹脂層を備えた外装体フィルムとを有するフィルム外装電気デバイスにおいて、
前記被覆部材は、平坦面を有する延出部を備えており、
前記電極端子と前記被覆部材と前記外装体フィルムとが接合された領域を含む第１の厚さの第１の接合領域と、
前記外装体フィルムどうしが接合された、前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さの第２の接合領域と、
前記延出部と前記外装体フィルムとが接合された領域を含み、前記第１の厚さよりも薄くかつ前記第２の厚さよりも厚く、前記第１の接合領域と前記第２の接合領域とを繋ぐようにして形成された平坦な第３の接合領域とを有しており、
前記第３の接合領域において前記延出部の前記平坦面と重なる領域の熱融着製樹脂が押し延ばされていることを特徴とするフィルム外装電気デバイス。
【請求項４】
前記延出部における熱融着された領域の幅が前記電気デバイス要素の周辺部における熱融着された領域の幅よりも広い、請求項３に記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項５】
前記延出部の、前記電極端子から延出している方向への長さは１．５ｍｍ以上かつ、前記第２の接合領域の熱融着の幅以下である、請求項３または４に記載のフィルム外装電気デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２４２５４８（Ｐ２００７−２４２５４８Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６６３０９（Ｐ２００６−６６３０９）
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（３０２０３６８６２）ＮＥＣラミリオンエナジー株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（３０２０３６８６２）ＮＥＣラミリオンエナジー株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
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