フィルム外装電池およびフィルム外装電池の製造方法
フィルム外装電池１の外装体フィルム２ａ、２ｂの熱融着された接合部には厚さｔ１の平坦面６’と、厚さｔ２の溝６とが形成されている。溝６は、この溝６を角部にして辺２ｃを収納部２ａ１側に折り曲げてフィルム外装電池１の投影面積を小さくするためのものであり、平坦面６’よりΔｔ＝ｔ１−ｔ２だけ薄く形成されている。このため、厚さｔ１の部分を折り曲げた場合に比べて外装体フィルム２ａ、２ｂの外周側６ａの伸びが少なくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性を有する外装材に電池要素を収納したフィルム外装電池およびフィルム外装電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器等の電源としての電池には、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、薄型化が可能であるラミネートフィルムが使用されるようになってきた。このラミネートフィルムは、金属缶に比べて自由な形状を採ることが可能で、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てなるものである。
【０００３】
電池の外装材に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は、一般に、正極、負極、および電解質等で構成される電池要素を、熱融着性樹脂フィルムが内側になるようにして外装材で包囲し、電池要素の周囲で外装材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。熱融着性樹脂フィルムには、例えばポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムが用いられ、保護フィルムには、例えばナイロンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルムが用いられる。
【０００５】
なお、電池要素としては、リチウム電池やニッケル水素電池などの化学電池のほかに、キャパシタのような蓄電機能を持ったものも、ラミネートフィルムを外装材として用いられる。
【０００６】
フィルム外装電池は、電池要素の正極および負極を外装材の外部へ引き出すために、正極および負極にはそれぞれリード端子が接続され、これらリード端子を外装材から突出させている。電池要素へのリード端子の接続は、電池要素の封止に先立って、超音波溶接などによって行われる。また、電池要素の封止は、２枚の外装材で電池要素を挟み、外装材の周縁部を熱融着する。外装材の熱融着は、まず、外装材の３辺を先に熱融着して袋状にする。その後、外装材の内部から空気を排気することで外装材の内部を真空にし、大気圧によって外装材を電池要素に密着させ、この状態で残りの１辺を熱融着する。
【０００７】
電池要素がある程度の厚みを持っている場合には、一方の外装材を、電池要素を収納し易いように、深絞り成形によって鍔付きの容器状に形成しておき、この容器状に形成した外装材を電池要素の上から被せ、鍔部を熱融着により接合することが一般に行われている。
【０００８】
フィルム外装電池内部への外部の水分等の浸入や、フィルム外装電池内部の電解液等の外部への逸散を防ぐため、外装体フィルムにはバリア層としてアルミニウムなどの金属薄膜が用いられているが、電池要素周囲の接合部の端部は熱融着樹脂フィルム層が露出するため、樹脂そのものの分子輸送現象に基づくリークパスの原因となってしまう。そこで、フィルム外装電池の封止信頼性向上のためには、接合部の幅を広くして透過経路を長くし、抵抗を大きくすることによってリークを減少させることが可能であるが、そのためにフィルム外装電池の投影面積が大きくなるという問題があった。そこで、接合部を電池要素収納部側に折り曲げて投影面積を小さくすることが特開２００２−２５５１４号公報において提案されている。
【発明の開示】
【０００９】
しかしながら、上述した従来のフィルム外装電池の接合部の折り曲げは、ラミネートフィルムの厚みによって折り曲げの内側と外側でフィルムの伸びが異なるため、外側の層が伸びに追随しきれないために、折り曲げ部分にクラックなどのダメージが生じてしまうことがあるという問題があった。以下に、この現象について図１、図２および図３を参照して説明する。
【００１０】
例えば図１に示すように、フィルム外装電池１０１は投影面積を小さくするために、対向する２辺の接合部を電池要素収納部側に略直角に折り曲げられた形状を有している。図２に示す折り曲げ前の接合部付近の断面図のように、ラミネートフィルムを構成する保護フィルム１０２ｃ、金属薄膜１０２ｄ、熱融着製樹脂フィルム１０２ｅの各層とも接合部の厚みの変動はほとんどない。
【００１１】
しかし、図３に示すように、この接合部を根元から略直角に電池要素収納部側に折り曲げると、折り曲げ部の外周側１０６ａの層が薄く引き延ばされ、クラックが発生する原因となる恐れがある。金属薄膜１０２ｄ層にクラックが発生すると、そのクラックを通してのリークパスが発生し、そのクラックからの電池内部への短い透過経路ができてしまい、フィルム外装電池１０１としての性能や信頼性が損なわれる恐れがある。
【００１２】
以上の課題を解決するため本発明は、接合部を折り曲げる際に生じる外装材の損傷を防止することが可能な、可撓性を有する外装材に電池要素を収納したフィルム外装電池およびフィルム外装電池の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明のフィルム外装電池は、正極と負極を対向させた構造を有する電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属薄膜層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで前記電池要素を封止する外装体フィルムを有し、前記接合部の少なくとも１辺が折り曲げられているフィルム外装電池において、接合部に少なくとも１つの折り曲げ部が形成されており、折り曲げ部の厚みが、接合部における折り曲げ部の周囲の厚みよりも薄いことを特徴とする。
【００１４】
上記のとおり構成された本発明のフィルム外装電池は、接合部に厚みが薄くなっている折り曲げ部が形成されている。すなわち、折り曲げ部はその厚みが薄くなっているので、折り曲げ部にて折り曲げた際に折り曲げの外周側が過度に引き延ばされない。このため、外装体フィルムの引き延ばしによるクラックの発生を防止することができる。また、折り曲げ部が存在することにより、曲げる位置が確定するため、不都合な位置を折り曲げてしまうことがない。これにより、折り曲げ後のフィルム外装電池の寸法を揃えることが容易となる。
【００１５】
また、本発明のフィルム外装電池は、折り曲げ部が溝であってもよいし、接合部の少なくとも一方の面に溝が形成されているものであってもよい。
【００１６】
また、本発明のフィルム外装電池は、接合部に複数の折り曲げ部が形成されており、各折り曲げ部毎に接合部が折り曲げられているものであってもよい。
【００１７】
本発明のフィルム外装電池は、正極と負極を対向させた構造を有する電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属薄膜層とが積層され、熱融着性樹脂層を内側にして電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで電池要素を封止する外装体フィルムを有し、接合部の少なくとも１辺が折り曲げられているフィルム外装電池において、接合部に複数の折り曲げ部が形成されており、折り曲げ部の厚みが、接合部における折り曲げ部の周囲の厚みよりも薄く、折り曲げ部が接合部の少なくとも一方の面に形成された溝であり、各折り曲げ部毎に接合部が折り曲げられていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明のフィルム外装電池は、電池要素が、化学電池、キャパシタのいずれかであってもよい。
【００１９】
本発明のフィルム外装電池の製造方法は、内部に電池要素を収納している外装体フィルムの、電池要素の周辺に形成されている接合部の少なくとも１つが折り曲げられているフィルム外装電池の製造方法において、接合部に、接合部における周囲の厚みよりも薄い、少なくとも１つの折り曲げ部を形成する工程と、接合部を折り曲げ部にて折り曲げる工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
上記のとおり構成された本発明のフィルム外装電池は、接合部に、厚みが薄くなっている折り曲げ部を形成する。このため、折り曲げに要する力が軽減される。また、折り曲げ部が存在することにより曲げる位置が確定するため、不都合な位置を折り曲げてしまうことがない。これにより、折り曲げ後のフィルム外装電池の寸法を揃えることが容易となる。さらには、折り曲げ部にて折り曲げた際に折り曲げの外周側が過度に引き延ばすことがないので、外装体フィルムの引き延ばしによるクラックが発生しにくい、信頼性のあるフィルム外装電池を製造することができる。
【００２１】
また、本発明のフィルム外装電池の製造方法は、接合部の少なくとも一方の面を、凸部を有する部材で押圧することで折り曲げ部を形成する工程を含むものであってもよいし、熱融着性を有する外装体フィルムの接合部を、部材による加熱および押圧により熱融着して接合する工程を含むものであってもよい。
【００２２】
また、本発明のフィルム外装電池の製造方法は、電池要素として、化学電池、キャパシタのいずれかを用意する工程を含むものであってもよい。
【００２３】
以上説明したように本発明は、外装体フィルム接合部の折り曲げられる部分を薄く形成しているため、折り曲げ作業が容易になり、また折り曲げた際の外周側の伸びが少なくなるため、外装材の損傷を防止できる。本発明は、これにより、接合部の途中にクラックが入って電池内部への短い透過経路ができるのを防止でき、また、水分浸入や電解液逸散が加速してしまうのを防止できるので、電池の性能や信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のフィルム外装電池の斜視図である。
【図２】図１に示したフィルム外装電池の長辺接合部の折り曲げ前の断面図である。
【図３】図１に示したフィルム外装電池の長辺接合部の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるフィルム外装電池の斜視図である。
【図５】図４に示したフィルム外装電池の分解斜視図である。
【図６】図４に示したフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【図７】図４に示したフィルム外装電池の長辺接合時の状態を示す断面図である。
【図８】図４に示したフィルム外装電池の長辺接合部の折り曲げ前の断面図である。
【図９】図４に示したフィルム外装電池の長辺接合部の断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態によるフィルム外装電池の斜視図である。
【図１１】図１０に示したフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【図１２】図１０に示したフィルム外装電池の分解斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態による他のフィルム外装電池の斜視図である。
【図１４】図１３に示したフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【図１５】図１３に示したフィルム外装電池の分解斜視図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態によるフィルム外装電池の斜視図である。
【図１７】図１６に示したフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態による他のフィルム外装電池の斜視図である。
【図１９】図１８に示したフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施例における電池要素の構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図４は本発明の第１の実施形態によるフィルム外装電池の外観を示す斜視図、図５は図４に示すフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図、図６は図４に示すフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。なお、図５には、本発明の特徴である溝が形成されていない状態のフィルム外装電池を示している。
【００２６】
図５に示すように、本実施形態のフィルム外装電池１は、セパレータ１０を介して積層された正極電極板８および負極電極板９を有する積層型の電池要素５（図２０参照）と、電池要素５を電解液とともに収納する矩形形状の外装体フィルム２ａ、２ｂと、電池要素５の正極体および負極体のそれぞれに接続された正極リード端子３および負極リード端子４とを有する。
【００２７】
外装体フィルム２ａ、２ｂとしては、金属薄膜と熱融着性樹脂とを積層したラミネートフィルムなど、フィルム外装電池に一般に用いられる周知の外装材を用いることができる。本実施形態の外装体フィルム２ａ、２ｂは保護フィルム２ｆ、金属薄膜２ｄおよび熱融着性フィルム２ｅが積層してなる（図８参照）ものである。
【００２８】
この外装体２ａは電池要素５を収納するための収納部２ａ１が形成されている。収納部２ａ１は、例えば深絞り成形によって形成されるものであってもよい。電池要素５は、外装体２ａの収納部２ａ１に収納され、外装体フィルム２ｂとともに電池要素５を上下から挟んで包囲し、これら外装体フィルム２ａ、２ｂの周縁部を熱融着することで封止される。この際、外装体フィルム２ａ、２ｂは、その３辺をまず熱融着して袋状にしておく。袋状となった外装体フィルム２ａ、２ｂは、その中に電解液を注液後、開放している残りの１辺から内部の空気が排気される。袋状の外装体フィルム２ａ、２ｂは、その後、残りの１辺を熱融着することで気密封止される。
【００２９】
外装体フィルム２ａ、２ｂは、図７の接合部熱融着時の断面図に示す、凸部７ａおよび平坦部７ｂを有する熱融着ヘッド７を用いて熱融着がなされる。熱融着ヘッド７は、図７に示すように、外装体フィルム２ａ、２ｂを両側から挟み込んで熱融着する。図８に熱融着後の接合部の一部断面図を示す。平坦部７ｂによって熱融着された部分は厚さｔ１の平坦面６’として形成され、凸部７ａによって熱融着された部分は厚さｔ２の溝６として形成される。すなわち、外装体フィルム２ａ、２ｂの溝６の部分は、平坦面６’よりΔｔ＝ｔ１−ｔ２だけ薄くなる。溝６は、図６に示すように、正極リード端子３および負極リード端子４が突出していない、向かい合う２つの長辺である辺２ｃに形成されている。この溝６は、辺２ｃを収納部２ａ１側に折り曲げてフィルム外装電池１の投影面積を小さくするための折り曲げ部である。
【００３０】
本実施形態のフィルム外装電池１の場合、辺２ｃに、平坦面６’よりもΔｔだけ薄くなった部分である溝６を折り曲げることで、折り曲げに要する力が軽減される。また、溝６が存在することにより曲げる位置が確定するため、不都合な位置を折り曲げてしまうことがない。これにより、折り曲げ後のフィルム外装電池１は、その寸法を揃えることが容易となる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、以上のように作業性を向上させる効果がある他、溝６が平坦面６’よりもΔｔだけ薄い厚さｔ２となっているため、厚さｔ１の部分を折り曲げた場合に比べて外装体フィルム２ａ、２ｂの外周側６ａの伸びを少なくすることができる。このため、本実施形態は、折り曲げた部分の外周側６ａの過度の引き延ばしによるクラックの発生を防止することができ、信頼性を向上させることができる。
【００３２】
以上のように、辺２ｃに溝６を形成した本実施形態のフィルム外装電池１は、折り曲げ作業性が向上すること、寸法を揃えられること、さらには、フィルム外装電池１としての信頼性を向上させることができる。
【００３３】
なお本実施形態では、対向する２つの辺２ｃに溝６を形成して折り曲げる構成を示したが、溝６の形成は任意の１辺以上としてもよい。また、溝６は辺の長さすべてに渡って形成されてなくても良く、例えば辺の端部には形成しなくても良い。また、正極リード端子３と負極リード端子４は異なる２辺以上から突出させてもよい。また、接合部の折り曲げは電池要素５収納部とは反対側に略１８０°折り曲げるなど、任意の方向や角度としても良い。また、本実施形態は、辺２ｃの両面に凸部７ａを有する熱融着ヘッド７により溝６を形成した例を示したが、片面のみに形成するものであってもよい。
［第２の実施形態］
次に、図１０〜図１５を用いて本発明の第２の実施形態によるフィルム外装電池に関して説明する。なお、本実施形態のフィルム外装電池の基本的構造、溝の形成方法および構造は第１の実施形態でフィルム外装電池と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００３４】
第１の実施形態は、２枚の外装体フィルムで電池要素を収納し、その周囲４辺を熱融着して封止する構成を示したが、本実施形態のフィルム外装電池１１、２１は、１枚の外装体フィルム１２、２２を折り曲げて電池要素１５、２５を収納し、周囲３辺を熱融着して封止している。
【００３５】
図１０〜図１２の例は、外装体フィルム１２を折り曲げてなる辺に対向する１辺に溝１６を形成し、その接合部を電池要素１５を収納している収納部１２ａ１側に折り曲げている。図１０はフィルム外装電池の外観を示す斜視図であり、図１１は図１０に示すフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図であり、図１２は図１０に示すフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。
【００３６】
図１０〜図１２に示すフィルム外装電池１１は、図１２の分解斜視図に示すように外装体フィルム１２が、正極リード端子１３および負極リード端子１４が突出している辺に隣接する辺１２ｃ’の折り返し部１２’にて折り曲げられている。このフィルム外装電池１１は、図１１に示すように折り返し部１２’以外の３辺が熱融着により接合されており、折り返し部１２’に対向する辺１２ｃにのみ溝１６が形成されている。この溝１６の形成方法および構成は第１の実施形態で示した方法と基本的に同様である。フィルム外装電池１１も、溝１６に沿って辺１２ｃが収納部１２ａ１側に折り曲げられることで、図１０に示す、１辺だけが折り曲げられたフィルム外装電池１１となる。
【００３７】
一方、図１３〜図１５の例は、外装体フィルム２２を折り曲げてなる辺と対向する辺とに正極リード端子２３および負極リード端子２４の突出部を設け、その他の２辺に溝２６を設けて、これらその他の２辺を折り曲げている。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。図１３はフィルム外装電池の外観を示す斜視図であり、図１４は図１３に示すフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図、図１５は図１３に示すフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。
【００３８】
図１３〜図１５に示すフィルム外装電池２１は、図１５の分解斜視図に示すように、外装体フィルム２２が、正極リード端子２３および負極リード端子２４が突出している辺に対向する辺２２ｃ’の折り返し部２２’にて折り曲げられている。フィルム外装電池２１は、図１４に示すように折り返し部２２’以外の３辺が熱融着により接合されている。そしてこの辺２２ｃ’と、正極リード端子２３および負極リード端子２４が突出する辺以外の２つの辺２２ｃのそれぞれに溝２６が形成されている。これら溝２６の形成方法および構成も第１の実施形態で示した方法と基本的に同様である。フィルム外装電池２１も、溝２６に沿って各辺２２ｃが収納部２２ａ１側に折り曲げられることで、図１３に示すように第１の実施形態のフィルム外装電池１と同様２辺が折り曲げられたフィルム外装電池２１となる。
【００３９】
以上、辺１２ｃ、辺２２ｃに溝１６、２６が形成された本実施形態のフィルム外装電池１１、２１は、第１の実施形態のフィルム外装電池１と同様に、折り曲げ作業性の向上および寸法を揃えることができる。
【００４０】
また、本実施形態のフィルム外装電池１１、２１は、１枚の外装体フィルム１２、２２を折り曲げて電池要素を収納することで、２枚の外装体フィルムを用いて電池要素を収納したときと比べて、リークパスとなりうる熱融着性樹脂フィルム２ｅの露出する辺を減らすことができ、外部水分の浸入や電解液の逸散によるフィルム外装電池１１、２２の性能や信頼性の低下をより防止することができる。
【００４１】
なお、本実施形態においても、溝は辺の長さすべてに渡って形成されてなくても良く、例えば辺の端部には形成しなくてもよい。また、本実施形態のフィルム外装電池は、正極リード端子と負極リード端子を異なる２辺以上から突出させてもよい。また、接合部の折り曲げは電池要素収納部とは反対側に略１８０°折り曲げるなど、任意の方向や角度としても良い。また、溝１６、２６は両面への形成、あるいは片面のみへの形成のいずれであってもよい。
［第３の実施形態］
次に、図１６〜図１９を用いて本発明の第３の実施形態によるフィルム外装電池に関して説明する。なお、本実施形態のフィルム外装電池の基本的構造、溝の形成方法および構造は第１の実施形態でフィルム外装電池と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００４２】
本発明の第３の実施形態によるフィルム外装電池は、外装体フィルムの熱融着部を複数回折り返してフィルム外装電池の投影面積をより小さくしたものであり、図１６および図１７には１つの辺に溝が２本形成された例を、また、図１８および図１９には１つの辺に溝が３本形成された例をそれぞれ示す。
【００４３】
図１６は、本発明の第３の実施形態による、１つの辺に溝が２本形成されたフィルム外装電池の外観を示す斜視図であり、図１７は、図１６に示すフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【００４４】
図１７に示すように、正極リード端子３３および負極リード端子３４が突出していない２つの辺３２ｃにはそれぞれ２本の溝３６ａ、３６ｂが略平行に形成されている。溝３６ａは上述した各実施形態と同様に辺３２ｃを収納部３２ａ１側に折り曲げるためのものである。溝３６ａよりも外側に形成された溝３６ｂは、溝３６ａを角部にして折り曲げて立てた辺３２ｃをさらに折り返すためのものである。すなわち、溝３６ｂは、山状に折り曲げられた辺３２ｃの頂部に位置することとなる。フィルム外装電池３１は、これら溝３６ａ、３６ｂに沿って辺３２ｃを折り曲げているので投影面積がより小さくなる。
【００４５】
一方、図１８は、本発明の第３の実施形態による、１つの辺に溝が３本形成されたフィルム外装電池の外観を示す斜視図であり、図１９は、図１８に示すフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【００４６】
図１８に示すように、正極リード端子４３および負極リード端子４４が突出していない２つの辺４２ｃにはそれぞれ３本の溝４６ａ、４６ｂ、４６ｃが略平行に形成されている。溝４６ａは上述した各実施形態と同様に辺４２ｃを収納部４２ａ１側に折り曲げるためのものである。溝４６ａよりも外側に形成された溝４６ｂ、４６ｃは、互いに近接して形成されており、溝４６ａを角部にして折り曲げて立てた辺４２ｃをさらに折り返すためのものである。すなわち、本例も辺４２ｃを山状に折り返すわけであるが、図１６および図１７に示した例のように１箇所で１８０°近く折り曲げるのではなく、溝４６ｂ、４６ｃの２箇所をそれぞれ９０°近くで折り曲げることで、鋭角な折り曲げによる外装体フィルムへのダメージをより低減している。フィルム外装電池４１も、これら溝４６ａ、４６ｂ、４６ｃに沿って辺４２ｃを折り曲げているので投影面積がより小さくなる。
【００４７】
以上、辺３２ｃに溝３６ａ、３６ｂ、辺４２ｃに溝４６ａ、４６ｂ、４６ｃが形成された本実施形態のフィルム外装電池３１、４１は、第１の実施形態のフィルム外装電池１と同様に、折り曲げ作業性の向上、寸法を揃えることおよびフィルム外装電池としての信頼性を向上させることができる。
【００４８】
また、本実施形態のフィルム外装電池は、外装体フィルム３２、４２を山状に折り曲げて電池要素を収納することで投影面積がより小さくなる。
【００４９】
なお、本実施形態においても、溝は辺の長さ全てに渡って形成されてなくても良く、例えば辺の端部には形成しないものであってもよい。また、正極リード端子と負極リード端子は異なる２辺以上から突出させてもよい。また、接合部の折り曲げは電池要素収納部とは反対側に折り曲げるなどしてもよく、形成する溝の本数は３本以上であってもよい。
【００５０】
また、上述した各実施形態では、折り曲げ部をいわゆる溝形状のものとしたが、折り曲げ部の厚みが、折り曲げ部以外の接合部の厚みよりも薄ければどのような形状であってもよい。例えば、折り曲げ部はなだらかな凹形状であってもよい。
【００５１】
また、上述した各実施形態では、溝が、折り曲げの外周側と内周側の溝形状が概ね同形状のものを一例に示したがこれに限定されるものではなく、外周側の溝と内周側の溝の断面形状が異なるものであってもよい。例えば、外周側の溝の底部を内周側より広く形成する、あるいはその逆であってもよい。また、各実施形態では、両面が凹形状の溝を例に示したがこれに限定されるものではなく、折り曲げの外周側、あるいは内周側のいずれか一方のみが凹形状となっているものであってもよい。
【００５２】
［実施例］
次に、本発明の具体的な実施例について、上述した第１の実施形態のフィルム外装電池１を例に挙げて、第１の実施形態の説明に用いた図を参照しつつ説明する。
【００５３】
〈正極の製作〉
本実施例では、スピネル構造を持つマンガン酸リチウム粉末、炭素質であって導電性を付与する材料、およびポリフッ化ビニリデンを９０：５：５の質量比でＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰと表すことがある）に混合分散、攪拌してスラリーとした。ＮＭＰの量はスラリーが適当な粘度になるように調整した。このスラリーは、ドクターブレードを用いて、正極電極板８となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の片面に均一に塗布された。塗布時には、わずかに未塗布部（アルミニウム箔が露出している部分）が筋状にできるようにした。次に、このスラリーが塗布されたアルミニウム箔を１００℃で２時間真空乾燥した。その後、アルミニウム箔のもう一方の面にも同様に、スラリーを塗布し、真空乾燥させた。この際、表裏の未塗布部が一致するようにスラリーの塗布を行った。
【００５４】
このようにして両面に活物質を塗布したアルミニウム箔をロールプレスした。これを、活物質の未塗布部を含めて矩形に切り出し、正極電極板８とした。活物質の未塗布部は片側の一部を矩形に残した他は切り取り、残った部分をタブ部とした。
【００５５】
〈負極の製作〉
アモルファスカーボン粉末、ポリフッ化ビニリデンを９１：９の質量比でＮＭＰに混合、分散、攪拌してスラリーとした。ＮＭＰの量はスラリーが適当な粘度になるように調整した。このスラリーを、ドクターブレードを用いて、負極電極板９となる厚さ１０μｍの銅箔の片面に均一に塗布した。塗布時には、わずかに未塗布部（銅箔が露出している部分）が筋状にできるようにした。次に、このスラリーが塗布されたアルミニウム箔を１００℃で２時間真空乾燥した。なお、このとき負極電極板９の単位面積あたりの理論容量と正極電極板８の単位面積あたりの理論容量が１：１となるように、活物質の塗布厚を調整した。その後、銅箔のもう一方の面にも同様に、スラリーを塗布し、真空乾燥した。
【００５６】
このようにして両面に活物質を塗布した銅箔をロールプレスした。これを正極電極板８のサイズよりも縦横２ｍｍずつ大きいサイズに、未塗布部を含めて矩形に切り出し、負極電極板９とした。活物質の未塗布部は片側の一部を矩形に残した他は切り取り、残った部分をタブ部とした。
【００５７】
〈電池要素の製作〉
上記のようにして作製した正極電極板８と負極電極板９、およびポリプロピレン層／ポリエチレン層／ポリプロピレン層の三層構造を持つマイクロポーラスシートからなるセパレータ１０を図２０に示すように交互に積層した。この際、最も外側の電極板は負極電極板９となるようにし、その負極電極板９のさらに外側にセパレータ１０を設置した（つまり、セパレータ／負極電極板／セパレータ／正極電極板／セパレータ／・・・・・・／負極電極板／セパレータ、という順番に積層した）。
【００５８】
次いで、正極電極板８のタブ部と、厚さ０．１ｍｍのアルミニウム板からなる正極リード端子３とを一括して超音波溶接し、正極集電部とした。同様に、負極電極板９のタブ部と、厚さ０．１ｍｍのニッケル板からなる負極リード端子４とを一括して超音波溶接し、負極集電部とした。
【００５９】
〈電池要素の封止〉
外装材としては、ナイロン層／アルミニウム層／酸変性ポリプロピレン層／ポリプロピレン層の四層構造を持つアルミラミネートフィルムである２枚の外装体フィルム２ａ、２ｂを用いた。外装体フィルム２ａに、深絞り成形によってポリプロピレン層側が凹状となるように、電池要素５より一回り大きい凹部を形成することで収納部２ａ１とした。
【００６０】
上記の電池要素５を、正極リード端子３および負極リード端子４のみが外装体フィルム２ａ、２ｂから突出するように、２枚の外装体フィルム２ａ、２ｂを重ね合わせて電池要素５を収納させて、外装体フィルム２ａ、２ｂの周囲３辺を熱融着によって接合した。リード端子が突出する辺と隣接する２つの対向する長辺は、図７に示すように熱融着ヘッド７の融着部表面に凸部を有する熱融着装置を用いて熱融着し、図６の斜視図および図８の断面図に示す溝６を有する接合部を得た。
【００６１】
次に、接合していない残りの１辺から、電池要素５を収納した外装体フィルム２ａ、２ｂの内部に電解液を注入した。
【００６２】
電解液は、１ｍｏｌ／リットルのＬｉＰＦ６を支持塩とし、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートの混合溶媒（質量比５０：５０）を溶媒とするものを用いた。電解液の注入後、外装体フィルム２ａ、２ｂの開放した残りの１辺から内部の空気を排気し、残りの１辺を熱融着することによって電池要素５を封止した。
【００６３】
最後に、図９の断面図に示すように、溝６が角部となるように接合部を収納部２ａ１方向に略直角に折り曲げることで、ラミネートフィルムからなる外装体を有するリチウム二次電池であるフィルム外装電池１が作製された。
【００６４】
以上、代表的な幾つかの実施形態、および具体的な実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更され得ることは明らかである。
【００６５】
例えば、可撓性を有する外装材として、金属薄膜と熱融着性樹脂とのラミネートフィルムを用いたが、電池要素を封止するのに十分なバリア性を有するものであれば他の材料を用いることもできる。
【００６６】
また、電池要素としては、正極板と負極板とを交互に積層した積層型のものを例に挙げたが、本発明は捲回型にも適用することができる。また、電池要素としてリチウム二次電池の電池要素を例にして説明したが、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の電池要素、さらにはキャパシタ要素などにも適用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性を有する外装材に電池要素を収納したフィルム外装電池およびフィルム外装電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器等の電源としての電池には、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、薄型化が可能であるラミネートフィルムが使用されるようになってきた。このラミネートフィルムは、金属缶に比べて自由な形状を採ることが可能で、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てなるものである。
【０００３】
電池の外装材に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は、一般に、正極、負極、および電解質等で構成される電池要素を、熱融着性樹脂フィルムが内側になるようにして外装材で包囲し、電池要素の周囲で外装材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。熱融着性樹脂フィルムには、例えばポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムが用いられ、保護フィルムには、例えばナイロンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルムが用いられる。
【０００５】
なお、電池要素としては、リチウム電池やニッケル水素電池などの化学電池のほかに、キャパシタのような蓄電機能を持ったものも、ラミネートフィルムを外装材として用いられる。
【０００６】
フィルム外装電池は、電池要素の正極および負極を外装材の外部へ引き出すために、正極および負極にはそれぞれリード端子が接続され、これらリード端子を外装材から突出させている。電池要素へのリード端子の接続は、電池要素の封止に先立って、超音波溶接などによって行われる。また、電池要素の封止は、２枚の外装材で電池要素を挟み、外装材の周縁部を熱融着する。外装材の熱融着は、まず、外装材の３辺を先に熱融着して袋状にする。その後、外装材の内部から空気を排気することで外装材の内部を真空にし、大気圧によって外装材を電池要素に密着させ、この状態で残りの１辺を熱融着する。
【０００７】
電池要素がある程度の厚みを持っている場合には、一方の外装材を、電池要素を収納し易いように、深絞り成形によって鍔付きの容器状に形成しておき、この容器状に形成した外装材を電池要素の上から被せ、鍔部を熱融着により接合することが一般に行われている。
【０００８】
フィルム外装電池内部への外部の水分等の浸入や、フィルム外装電池内部の電解液等の外部への逸散を防ぐため、外装体フィルムにはバリア層としてアルミニウムなどの金属薄膜が用いられているが、電池要素周囲の接合部の端部は熱融着樹脂フィルム層が露出するため、樹脂そのものの分子輸送現象に基づくリークパスの原因となってしまう。そこで、フィルム外装電池の封止信頼性向上のためには、接合部の幅を広くして透過経路を長くし、抵抗を大きくすることによってリークを減少させることが可能であるが、そのためにフィルム外装電池の投影面積が大きくなるという問題があった。そこで、接合部を電池要素収納部側に折り曲げて投影面積を小さくすることが特開２００２−２５５１４号公報において提案されている。
【発明の開示】
【０００９】
しかしながら、上述した従来のフィルム外装電池の接合部の折り曲げは、ラミネートフィルムの厚みによって折り曲げの内側と外側でフィルムの伸びが異なるため、外側の層が伸びに追随しきれないために、折り曲げ部分にクラックなどのダメージが生じてしまうことがあるという問題があった。以下に、この現象について図１、図２および図３を参照して説明する。
【００１０】
例えば図１に示すように、フィルム外装電池１０１は投影面積を小さくするために、対向する２辺の接合部を電池要素収納部側に略直角に折り曲げられた形状を有している。図２に示す折り曲げ前の接合部付近の断面図のように、ラミネートフィルムを構成する保護フィルム１０２ｃ、金属薄膜１０２ｄ、熱融着製樹脂フィルム１０２ｅの各層とも接合部の厚みの変動はほとんどない。
【００１１】
しかし、図３に示すように、この接合部を根元から略直角に電池要素収納部側に折り曲げると、折り曲げ部の外周側１０６ａの層が薄く引き延ばされ、クラックが発生する原因となる恐れがある。金属薄膜１０２ｄ層にクラックが発生すると、そのクラックを通してのリークパスが発生し、そのクラックからの電池内部への短い透過経路ができてしまい、フィルム外装電池１０１としての性能や信頼性が損なわれる恐れがある。
【００１２】
以上の課題を解決するため本発明は、接合部を折り曲げる際に生じる外装材の損傷を防止することが可能な、可撓性を有する外装材に電池要素を収納したフィルム外装電池およびフィルム外装電池の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明のフィルム外装電池は、正極と負極を対向させた構造を有する電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属薄膜層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで前記電池要素を封止する外装体フィルムを有し、前記接合部の少なくとも１辺が折り曲げられているフィルム外装電池において、接合部に少なくとも１つの折り曲げ部が形成されており、折り曲げ部の厚みが、接合部における折り曲げ部の周囲の厚みよりも薄いことを特徴とする。
【００１４】
上記のとおり構成された本発明のフィルム外装電池は、接合部に厚みが薄くなっている折り曲げ部が形成されている。すなわち、折り曲げ部はその厚みが薄くなっているので、折り曲げ部にて折り曲げた際に折り曲げの外周側が過度に引き延ばされない。このため、外装体フィルムの引き延ばしによるクラックの発生を防止することができる。また、折り曲げ部が存在することにより、曲げる位置が確定するため、不都合な位置を折り曲げてしまうことがない。これにより、折り曲げ後のフィルム外装電池の寸法を揃えることが容易となる。
【００１５】
また、本発明のフィルム外装電池は、折り曲げ部が溝であってもよいし、接合部の少なくとも一方の面に溝が形成されているものであってもよい。
【００１６】
また、本発明のフィルム外装電池は、接合部に複数の折り曲げ部が形成されており、各折り曲げ部毎に接合部が折り曲げられているものであってもよい。
【００１７】
本発明のフィルム外装電池は、正極と負極を対向させた構造を有する電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属薄膜層とが積層され、熱融着性樹脂層を内側にして電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで電池要素を封止する外装体フィルムを有し、接合部の少なくとも１辺が折り曲げられているフィルム外装電池において、接合部に複数の折り曲げ部が形成されており、折り曲げ部の厚みが、接合部における折り曲げ部の周囲の厚みよりも薄く、折り曲げ部が接合部の少なくとも一方の面に形成された溝であり、各折り曲げ部毎に接合部が折り曲げられていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明のフィルム外装電池は、電池要素が、化学電池、キャパシタのいずれかであってもよい。
【００１９】
本発明のフィルム外装電池の製造方法は、内部に電池要素を収納している外装体フィルムの、電池要素の周辺に形成されている接合部の少なくとも１つが折り曲げられているフィルム外装電池の製造方法において、接合部に、接合部における周囲の厚みよりも薄い、少なくとも１つの折り曲げ部を形成する工程と、接合部を折り曲げ部にて折り曲げる工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
上記のとおり構成された本発明のフィルム外装電池は、接合部に、厚みが薄くなっている折り曲げ部を形成する。このため、折り曲げに要する力が軽減される。また、折り曲げ部が存在することにより曲げる位置が確定するため、不都合な位置を折り曲げてしまうことがない。これにより、折り曲げ後のフィルム外装電池の寸法を揃えることが容易となる。さらには、折り曲げ部にて折り曲げた際に折り曲げの外周側が過度に引き延ばすことがないので、外装体フィルムの引き延ばしによるクラックが発生しにくい、信頼性のあるフィルム外装電池を製造することができる。
【００２１】
また、本発明のフィルム外装電池の製造方法は、接合部の少なくとも一方の面を、凸部を有する部材で押圧することで折り曲げ部を形成する工程を含むものであってもよいし、熱融着性を有する外装体フィルムの接合部を、部材による加熱および押圧により熱融着して接合する工程を含むものであってもよい。
【００２２】
また、本発明のフィルム外装電池の製造方法は、電池要素として、化学電池、キャパシタのいずれかを用意する工程を含むものであってもよい。
【００２３】
以上説明したように本発明は、外装体フィルム接合部の折り曲げられる部分を薄く形成しているため、折り曲げ作業が容易になり、また折り曲げた際の外周側の伸びが少なくなるため、外装材の損傷を防止できる。本発明は、これにより、接合部の途中にクラックが入って電池内部への短い透過経路ができるのを防止でき、また、水分浸入や電解液逸散が加速してしまうのを防止できるので、電池の性能や信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のフィルム外装電池の斜視図である。
【図２】図１に示したフィルム外装電池の長辺接合部の折り曲げ前の断面図である。
【図３】図１に示したフィルム外装電池の長辺接合部の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるフィルム外装電池の斜視図である。
【図５】図４に示したフィルム外装電池の分解斜視図である。
【図６】図４に示したフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【図７】図４に示したフィルム外装電池の長辺接合時の状態を示す断面図である。
【図８】図４に示したフィルム外装電池の長辺接合部の折り曲げ前の断面図である。
【図９】図４に示したフィルム外装電池の長辺接合部の断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態によるフィルム外装電池の斜視図である。
【図１１】図１０に示したフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【図１２】図１０に示したフィルム外装電池の分解斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態による他のフィルム外装電池の斜視図である。
【図１４】図１３に示したフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【図１５】図１３に示したフィルム外装電池の分解斜視図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態によるフィルム外装電池の斜視図である。
【図１７】図１６に示したフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態による他のフィルム外装電池の斜視図である。
【図１９】図１８に示したフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施例における電池要素の構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図４は本発明の第１の実施形態によるフィルム外装電池の外観を示す斜視図、図５は図４に示すフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図、図６は図４に示すフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。なお、図５には、本発明の特徴である溝が形成されていない状態のフィルム外装電池を示している。
【００２６】
図５に示すように、本実施形態のフィルム外装電池１は、セパレータ１０を介して積層された正極電極板８および負極電極板９を有する積層型の電池要素５（図２０参照）と、電池要素５を電解液とともに収納する矩形形状の外装体フィルム２ａ、２ｂと、電池要素５の正極体および負極体のそれぞれに接続された正極リード端子３および負極リード端子４とを有する。
【００２７】
外装体フィルム２ａ、２ｂとしては、金属薄膜と熱融着性樹脂とを積層したラミネートフィルムなど、フィルム外装電池に一般に用いられる周知の外装材を用いることができる。本実施形態の外装体フィルム２ａ、２ｂは保護フィルム２ｆ、金属薄膜２ｄおよび熱融着性フィルム２ｅが積層してなる（図８参照）ものである。
【００２８】
この外装体２ａは電池要素５を収納するための収納部２ａ１が形成されている。収納部２ａ１は、例えば深絞り成形によって形成されるものであってもよい。電池要素５は、外装体２ａの収納部２ａ１に収納され、外装体フィルム２ｂとともに電池要素５を上下から挟んで包囲し、これら外装体フィルム２ａ、２ｂの周縁部を熱融着することで封止される。この際、外装体フィルム２ａ、２ｂは、その３辺をまず熱融着して袋状にしておく。袋状となった外装体フィルム２ａ、２ｂは、その中に電解液を注液後、開放している残りの１辺から内部の空気が排気される。袋状の外装体フィルム２ａ、２ｂは、その後、残りの１辺を熱融着することで気密封止される。
【００２９】
外装体フィルム２ａ、２ｂは、図７の接合部熱融着時の断面図に示す、凸部７ａおよび平坦部７ｂを有する熱融着ヘッド７を用いて熱融着がなされる。熱融着ヘッド７は、図７に示すように、外装体フィルム２ａ、２ｂを両側から挟み込んで熱融着する。図８に熱融着後の接合部の一部断面図を示す。平坦部７ｂによって熱融着された部分は厚さｔ１の平坦面６’として形成され、凸部７ａによって熱融着された部分は厚さｔ２の溝６として形成される。すなわち、外装体フィルム２ａ、２ｂの溝６の部分は、平坦面６’よりΔｔ＝ｔ１−ｔ２だけ薄くなる。溝６は、図６に示すように、正極リード端子３および負極リード端子４が突出していない、向かい合う２つの長辺である辺２ｃに形成されている。この溝６は、辺２ｃを収納部２ａ１側に折り曲げてフィルム外装電池１の投影面積を小さくするための折り曲げ部である。
【００３０】
本実施形態のフィルム外装電池１の場合、辺２ｃに、平坦面６’よりもΔｔだけ薄くなった部分である溝６を折り曲げることで、折り曲げに要する力が軽減される。また、溝６が存在することにより曲げる位置が確定するため、不都合な位置を折り曲げてしまうことがない。これにより、折り曲げ後のフィルム外装電池１は、その寸法を揃えることが容易となる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、以上のように作業性を向上させる効果がある他、溝６が平坦面６’よりもΔｔだけ薄い厚さｔ２となっているため、厚さｔ１の部分を折り曲げた場合に比べて外装体フィルム２ａ、２ｂの外周側６ａの伸びを少なくすることができる。このため、本実施形態は、折り曲げた部分の外周側６ａの過度の引き延ばしによるクラックの発生を防止することができ、信頼性を向上させることができる。
【００３２】
以上のように、辺２ｃに溝６を形成した本実施形態のフィルム外装電池１は、折り曲げ作業性が向上すること、寸法を揃えられること、さらには、フィルム外装電池１としての信頼性を向上させることができる。
【００３３】
なお本実施形態では、対向する２つの辺２ｃに溝６を形成して折り曲げる構成を示したが、溝６の形成は任意の１辺以上としてもよい。また、溝６は辺の長さすべてに渡って形成されてなくても良く、例えば辺の端部には形成しなくても良い。また、正極リード端子３と負極リード端子４は異なる２辺以上から突出させてもよい。また、接合部の折り曲げは電池要素５収納部とは反対側に略１８０°折り曲げるなど、任意の方向や角度としても良い。また、本実施形態は、辺２ｃの両面に凸部７ａを有する熱融着ヘッド７により溝６を形成した例を示したが、片面のみに形成するものであってもよい。
［第２の実施形態］
次に、図１０〜図１５を用いて本発明の第２の実施形態によるフィルム外装電池に関して説明する。なお、本実施形態のフィルム外装電池の基本的構造、溝の形成方法および構造は第１の実施形態でフィルム外装電池と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００３４】
第１の実施形態は、２枚の外装体フィルムで電池要素を収納し、その周囲４辺を熱融着して封止する構成を示したが、本実施形態のフィルム外装電池１１、２１は、１枚の外装体フィルム１２、２２を折り曲げて電池要素１５、２５を収納し、周囲３辺を熱融着して封止している。
【００３５】
図１０〜図１２の例は、外装体フィルム１２を折り曲げてなる辺に対向する１辺に溝１６を形成し、その接合部を電池要素１５を収納している収納部１２ａ１側に折り曲げている。図１０はフィルム外装電池の外観を示す斜視図であり、図１１は図１０に示すフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図であり、図１２は図１０に示すフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。
【００３６】
図１０〜図１２に示すフィルム外装電池１１は、図１２の分解斜視図に示すように外装体フィルム１２が、正極リード端子１３および負極リード端子１４が突出している辺に隣接する辺１２ｃ’の折り返し部１２’にて折り曲げられている。このフィルム外装電池１１は、図１１に示すように折り返し部１２’以外の３辺が熱融着により接合されており、折り返し部１２’に対向する辺１２ｃにのみ溝１６が形成されている。この溝１６の形成方法および構成は第１の実施形態で示した方法と基本的に同様である。フィルム外装電池１１も、溝１６に沿って辺１２ｃが収納部１２ａ１側に折り曲げられることで、図１０に示す、１辺だけが折り曲げられたフィルム外装電池１１となる。
【００３７】
一方、図１３〜図１５の例は、外装体フィルム２２を折り曲げてなる辺と対向する辺とに正極リード端子２３および負極リード端子２４の突出部を設け、その他の２辺に溝２６を設けて、これらその他の２辺を折り曲げている。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。図１３はフィルム外装電池の外観を示す斜視図であり、図１４は図１３に示すフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図、図１５は図１３に示すフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。
【００３８】
図１３〜図１５に示すフィルム外装電池２１は、図１５の分解斜視図に示すように、外装体フィルム２２が、正極リード端子２３および負極リード端子２４が突出している辺に対向する辺２２ｃ’の折り返し部２２’にて折り曲げられている。フィルム外装電池２１は、図１４に示すように折り返し部２２’以外の３辺が熱融着により接合されている。そしてこの辺２２ｃ’と、正極リード端子２３および負極リード端子２４が突出する辺以外の２つの辺２２ｃのそれぞれに溝２６が形成されている。これら溝２６の形成方法および構成も第１の実施形態で示した方法と基本的に同様である。フィルム外装電池２１も、溝２６に沿って各辺２２ｃが収納部２２ａ１側に折り曲げられることで、図１３に示すように第１の実施形態のフィルム外装電池１と同様２辺が折り曲げられたフィルム外装電池２１となる。
【００３９】
以上、辺１２ｃ、辺２２ｃに溝１６、２６が形成された本実施形態のフィルム外装電池１１、２１は、第１の実施形態のフィルム外装電池１と同様に、折り曲げ作業性の向上および寸法を揃えることができる。
【００４０】
また、本実施形態のフィルム外装電池１１、２１は、１枚の外装体フィルム１２、２２を折り曲げて電池要素を収納することで、２枚の外装体フィルムを用いて電池要素を収納したときと比べて、リークパスとなりうる熱融着性樹脂フィルム２ｅの露出する辺を減らすことができ、外部水分の浸入や電解液の逸散によるフィルム外装電池１１、２２の性能や信頼性の低下をより防止することができる。
【００４１】
なお、本実施形態においても、溝は辺の長さすべてに渡って形成されてなくても良く、例えば辺の端部には形成しなくてもよい。また、本実施形態のフィルム外装電池は、正極リード端子と負極リード端子を異なる２辺以上から突出させてもよい。また、接合部の折り曲げは電池要素収納部とは反対側に略１８０°折り曲げるなど、任意の方向や角度としても良い。また、溝１６、２６は両面への形成、あるいは片面のみへの形成のいずれであってもよい。
［第３の実施形態］
次に、図１６〜図１９を用いて本発明の第３の実施形態によるフィルム外装電池に関して説明する。なお、本実施形態のフィルム外装電池の基本的構造、溝の形成方法および構造は第１の実施形態でフィルム外装電池と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００４２】
本発明の第３の実施形態によるフィルム外装電池は、外装体フィルムの熱融着部を複数回折り返してフィルム外装電池の投影面積をより小さくしたものであり、図１６および図１７には１つの辺に溝が２本形成された例を、また、図１８および図１９には１つの辺に溝が３本形成された例をそれぞれ示す。
【００４３】
図１６は、本発明の第３の実施形態による、１つの辺に溝が２本形成されたフィルム外装電池の外観を示す斜視図であり、図１７は、図１６に示すフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【００４４】
図１７に示すように、正極リード端子３３および負極リード端子３４が突出していない２つの辺３２ｃにはそれぞれ２本の溝３６ａ、３６ｂが略平行に形成されている。溝３６ａは上述した各実施形態と同様に辺３２ｃを収納部３２ａ１側に折り曲げるためのものである。溝３６ａよりも外側に形成された溝３６ｂは、溝３６ａを角部にして折り曲げて立てた辺３２ｃをさらに折り返すためのものである。すなわち、溝３６ｂは、山状に折り曲げられた辺３２ｃの頂部に位置することとなる。フィルム外装電池３１は、これら溝３６ａ、３６ｂに沿って辺３２ｃを折り曲げているので投影面積がより小さくなる。
【００４５】
一方、図１８は、本発明の第３の実施形態による、１つの辺に溝が３本形成されたフィルム外装電池の外観を示す斜視図であり、図１９は、図１８に示すフィルム外装電池の接合部折り曲げ前の状態を示す斜視図である。
【００４６】
図１８に示すように、正極リード端子４３および負極リード端子４４が突出していない２つの辺４２ｃにはそれぞれ３本の溝４６ａ、４６ｂ、４６ｃが略平行に形成されている。溝４６ａは上述した各実施形態と同様に辺４２ｃを収納部４２ａ１側に折り曲げるためのものである。溝４６ａよりも外側に形成された溝４６ｂ、４６ｃは、互いに近接して形成されており、溝４６ａを角部にして折り曲げて立てた辺４２ｃをさらに折り返すためのものである。すなわち、本例も辺４２ｃを山状に折り返すわけであるが、図１６および図１７に示した例のように１箇所で１８０°近く折り曲げるのではなく、溝４６ｂ、４６ｃの２箇所をそれぞれ９０°近くで折り曲げることで、鋭角な折り曲げによる外装体フィルムへのダメージをより低減している。フィルム外装電池４１も、これら溝４６ａ、４６ｂ、４６ｃに沿って辺４２ｃを折り曲げているので投影面積がより小さくなる。
【００４７】
以上、辺３２ｃに溝３６ａ、３６ｂ、辺４２ｃに溝４６ａ、４６ｂ、４６ｃが形成された本実施形態のフィルム外装電池３１、４１は、第１の実施形態のフィルム外装電池１と同様に、折り曲げ作業性の向上、寸法を揃えることおよびフィルム外装電池としての信頼性を向上させることができる。
【００４８】
また、本実施形態のフィルム外装電池は、外装体フィルム３２、４２を山状に折り曲げて電池要素を収納することで投影面積がより小さくなる。
【００４９】
なお、本実施形態においても、溝は辺の長さ全てに渡って形成されてなくても良く、例えば辺の端部には形成しないものであってもよい。また、正極リード端子と負極リード端子は異なる２辺以上から突出させてもよい。また、接合部の折り曲げは電池要素収納部とは反対側に折り曲げるなどしてもよく、形成する溝の本数は３本以上であってもよい。
【００５０】
また、上述した各実施形態では、折り曲げ部をいわゆる溝形状のものとしたが、折り曲げ部の厚みが、折り曲げ部以外の接合部の厚みよりも薄ければどのような形状であってもよい。例えば、折り曲げ部はなだらかな凹形状であってもよい。
【００５１】
また、上述した各実施形態では、溝が、折り曲げの外周側と内周側の溝形状が概ね同形状のものを一例に示したがこれに限定されるものではなく、外周側の溝と内周側の溝の断面形状が異なるものであってもよい。例えば、外周側の溝の底部を内周側より広く形成する、あるいはその逆であってもよい。また、各実施形態では、両面が凹形状の溝を例に示したがこれに限定されるものではなく、折り曲げの外周側、あるいは内周側のいずれか一方のみが凹形状となっているものであってもよい。
【００５２】
［実施例］
次に、本発明の具体的な実施例について、上述した第１の実施形態のフィルム外装電池１を例に挙げて、第１の実施形態の説明に用いた図を参照しつつ説明する。
【００５３】
〈正極の製作〉
本実施例では、スピネル構造を持つマンガン酸リチウム粉末、炭素質であって導電性を付与する材料、およびポリフッ化ビニリデンを９０：５：５の質量比でＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰと表すことがある）に混合分散、攪拌してスラリーとした。ＮＭＰの量はスラリーが適当な粘度になるように調整した。このスラリーは、ドクターブレードを用いて、正極電極板８となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の片面に均一に塗布された。塗布時には、わずかに未塗布部（アルミニウム箔が露出している部分）が筋状にできるようにした。次に、このスラリーが塗布されたアルミニウム箔を１００℃で２時間真空乾燥した。その後、アルミニウム箔のもう一方の面にも同様に、スラリーを塗布し、真空乾燥させた。この際、表裏の未塗布部が一致するようにスラリーの塗布を行った。
【００５４】
このようにして両面に活物質を塗布したアルミニウム箔をロールプレスした。これを、活物質の未塗布部を含めて矩形に切り出し、正極電極板８とした。活物質の未塗布部は片側の一部を矩形に残した他は切り取り、残った部分をタブ部とした。
【００５５】
〈負極の製作〉
アモルファスカーボン粉末、ポリフッ化ビニリデンを９１：９の質量比でＮＭＰに混合、分散、攪拌してスラリーとした。ＮＭＰの量はスラリーが適当な粘度になるように調整した。このスラリーを、ドクターブレードを用いて、負極電極板９となる厚さ１０μｍの銅箔の片面に均一に塗布した。塗布時には、わずかに未塗布部（銅箔が露出している部分）が筋状にできるようにした。次に、このスラリーが塗布されたアルミニウム箔を１００℃で２時間真空乾燥した。なお、このとき負極電極板９の単位面積あたりの理論容量と正極電極板８の単位面積あたりの理論容量が１：１となるように、活物質の塗布厚を調整した。その後、銅箔のもう一方の面にも同様に、スラリーを塗布し、真空乾燥した。
【００５６】
このようにして両面に活物質を塗布した銅箔をロールプレスした。これを正極電極板８のサイズよりも縦横２ｍｍずつ大きいサイズに、未塗布部を含めて矩形に切り出し、負極電極板９とした。活物質の未塗布部は片側の一部を矩形に残した他は切り取り、残った部分をタブ部とした。
【００５７】
〈電池要素の製作〉
上記のようにして作製した正極電極板８と負極電極板９、およびポリプロピレン層／ポリエチレン層／ポリプロピレン層の三層構造を持つマイクロポーラスシートからなるセパレータ１０を図２０に示すように交互に積層した。この際、最も外側の電極板は負極電極板９となるようにし、その負極電極板９のさらに外側にセパレータ１０を設置した（つまり、セパレータ／負極電極板／セパレータ／正極電極板／セパレータ／・・・・・・／負極電極板／セパレータ、という順番に積層した）。
【００５８】
次いで、正極電極板８のタブ部と、厚さ０．１ｍｍのアルミニウム板からなる正極リード端子３とを一括して超音波溶接し、正極集電部とした。同様に、負極電極板９のタブ部と、厚さ０．１ｍｍのニッケル板からなる負極リード端子４とを一括して超音波溶接し、負極集電部とした。
【００５９】
〈電池要素の封止〉
外装材としては、ナイロン層／アルミニウム層／酸変性ポリプロピレン層／ポリプロピレン層の四層構造を持つアルミラミネートフィルムである２枚の外装体フィルム２ａ、２ｂを用いた。外装体フィルム２ａに、深絞り成形によってポリプロピレン層側が凹状となるように、電池要素５より一回り大きい凹部を形成することで収納部２ａ１とした。
【００６０】
上記の電池要素５を、正極リード端子３および負極リード端子４のみが外装体フィルム２ａ、２ｂから突出するように、２枚の外装体フィルム２ａ、２ｂを重ね合わせて電池要素５を収納させて、外装体フィルム２ａ、２ｂの周囲３辺を熱融着によって接合した。リード端子が突出する辺と隣接する２つの対向する長辺は、図７に示すように熱融着ヘッド７の融着部表面に凸部を有する熱融着装置を用いて熱融着し、図６の斜視図および図８の断面図に示す溝６を有する接合部を得た。
【００６１】
次に、接合していない残りの１辺から、電池要素５を収納した外装体フィルム２ａ、２ｂの内部に電解液を注入した。
【００６２】
電解液は、１ｍｏｌ／リットルのＬｉＰＦ６を支持塩とし、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートの混合溶媒（質量比５０：５０）を溶媒とするものを用いた。電解液の注入後、外装体フィルム２ａ、２ｂの開放した残りの１辺から内部の空気を排気し、残りの１辺を熱融着することによって電池要素５を封止した。
【００６３】
最後に、図９の断面図に示すように、溝６が角部となるように接合部を収納部２ａ１方向に略直角に折り曲げることで、ラミネートフィルムからなる外装体を有するリチウム二次電池であるフィルム外装電池１が作製された。
【００６４】
以上、代表的な幾つかの実施形態、および具体的な実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更され得ることは明らかである。
【００６５】
例えば、可撓性を有する外装材として、金属薄膜と熱融着性樹脂とのラミネートフィルムを用いたが、電池要素を封止するのに十分なバリア性を有するものであれば他の材料を用いることもできる。
【００６６】
また、電池要素としては、正極板と負極板とを交互に積層した積層型のものを例に挙げたが、本発明は捲回型にも適用することができる。また、電池要素としてリチウム二次電池の電池要素を例にして説明したが、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の電池要素、さらにはキャパシタ要素などにも適用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極を対向させた構造を有する電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属薄膜層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで前記電池要素を封止する外装体フィルムを有し、前記接合部の少なくとも１辺が折り曲げられているフィルム外装電池において、
前記接合部に少なくとも１つの折り曲げ部が形成されており、前記折り曲げ部の厚みが、前記接合部における前記折り曲げ部の周囲の厚みよりも薄いことを特徴とするフィルム外装電池。
【請求項２】
前記折り曲げ部が溝である請求項１に記載のフィルム外装電池。
【請求項３】
前記接合部の少なくとも一方の面に前記溝が形成されている請求項２に記載のフィルム外装電池。
【請求項４】
前記接合部に複数の前記折り曲げ部が形成されており、前記各折り曲げ部毎に前記接合部が折り曲げられている請求項１に記載のフィルム外装電池。
【請求項５】
前記接合部に複数の前記折り曲げ部が形成されており、前記各折り曲げ部毎に前記接合部が折り曲げられている請求項２に記載のフィルム外装電池。
【請求項６】
正極と負極を対向させた構造を有する電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属薄膜層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで前記電池要素を封止する外装体フィルムを有し、前記接合部の少なくとも１辺が折り曲げられているフィルム外装電池において、
前記接合部に複数の折り曲げ部が形成されており、前記折り曲げ部の厚みが、前記接合部における前記折り曲げ部の周囲の厚みよりも薄く、前記折り曲げ部が前記接合部の少なくとも一方の面に形成された溝であり、前記各折り曲げ部毎に前記接合部が折り曲げられていることを特徴とするフィルム外装電池。
【請求項７】
前記電池要素が、化学電池、キャパシタのいずれかである請求項１に記載のフィルム外装電池。
【請求項８】
内部に電池要素を収納している外装体フィルムの、前記電池要素の周辺に形成されている接合部の少なくとも１つが折り曲げられているフィルム外装電池の製造方法において、
前記接合部に、前記接合部における周囲の厚みよりも薄い、少なくとも１つの折り曲げ部を形成する工程と、
前記接合部を前記折り曲げ部にて折り曲げる工程とを含むことを特徴とするフィルム外装電池の製造方法。
【請求項９】
前記接合部の少なくとも一方の面を、凸部を有する部材で押圧することで前記折り曲げ部を形成する工程を含む請求項８に記載のフィルム外装電池の製造方法。
【請求項１０】
熱融着性を有する前記外装体フィルムの前記接合部を、前記部材による加熱および押圧により熱融着して接合する工程を含む請求項８に記載のフィルム外装電池の製造方法。
【請求項１１】
前記電池要素として、化学電池、キャパシタのいずれかを用意する工程を含む請求項８に記載のフィルム外装電池の製造方法。
【請求項１】
正極と負極を対向させた構造を有する電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属薄膜層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで前記電池要素を封止する外装体フィルムを有し、前記接合部の少なくとも１辺が折り曲げられているフィルム外装電池において、
前記接合部に少なくとも１つの折り曲げ部が形成されており、前記折り曲げ部の厚みが、前記接合部における前記折り曲げ部の周囲の厚みよりも薄いことを特徴とするフィルム外装電池。
【請求項２】
前記折り曲げ部が溝である請求項１に記載のフィルム外装電池。
【請求項３】
前記接合部の少なくとも一方の面に前記溝が形成されている請求項２に記載のフィルム外装電池。
【請求項４】
前記接合部に複数の前記折り曲げ部が形成されており、前記各折り曲げ部毎に前記接合部が折り曲げられている請求項１に記載のフィルム外装電池。
【請求項５】
前記接合部に複数の前記折り曲げ部が形成されており、前記各折り曲げ部毎に前記接合部が折り曲げられている請求項２に記載のフィルム外装電池。
【請求項６】
正極と負極を対向させた構造を有する電池要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属薄膜層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電池要素を包囲し、周縁の接合部が熱融着されることで前記電池要素を封止する外装体フィルムを有し、前記接合部の少なくとも１辺が折り曲げられているフィルム外装電池において、
前記接合部に複数の折り曲げ部が形成されており、前記折り曲げ部の厚みが、前記接合部における前記折り曲げ部の周囲の厚みよりも薄く、前記折り曲げ部が前記接合部の少なくとも一方の面に形成された溝であり、前記各折り曲げ部毎に前記接合部が折り曲げられていることを特徴とするフィルム外装電池。
【請求項７】
前記電池要素が、化学電池、キャパシタのいずれかである請求項１に記載のフィルム外装電池。
【請求項８】
内部に電池要素を収納している外装体フィルムの、前記電池要素の周辺に形成されている接合部の少なくとも１つが折り曲げられているフィルム外装電池の製造方法において、
前記接合部に、前記接合部における周囲の厚みよりも薄い、少なくとも１つの折り曲げ部を形成する工程と、
前記接合部を前記折り曲げ部にて折り曲げる工程とを含むことを特徴とするフィルム外装電池の製造方法。
【請求項９】
前記接合部の少なくとも一方の面を、凸部を有する部材で押圧することで前記折り曲げ部を形成する工程を含む請求項８に記載のフィルム外装電池の製造方法。
【請求項１０】
熱融着性を有する前記外装体フィルムの前記接合部を、前記部材による加熱および押圧により熱融着して接合する工程を含む請求項８に記載のフィルム外装電池の製造方法。
【請求項１１】
前記電池要素として、化学電池、キャパシタのいずれかを用意する工程を含む請求項８に記載のフィルム外装電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３６６７４
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【発行日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１４５５６（Ｐ２００５−５１４５５６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１４３６４
【国際出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【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）】
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【発行日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１４３６４
【国際出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【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）】
[ Back to top ]