JP4775555B2 - フィルム外装電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池要素をフィルムからなる外装材に収納したフィルム外装電池およびその製造方法に関する。

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、さらなる軽量化、薄型化が可能であり、自由な形状を採ることが可能な外装材である、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ている。

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し、さらに、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。

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、一般的に、図１に示すように、正極、負極、および電解質等で構成される電池要素１０６を、熱融着性樹脂フィルムを互いに対向させて２枚のラミネートフィルム１０３，１０４で挟み、電池要素１０６の周囲（図中、斜線で示した領域）でラミネートフィルム１０３，１０４を熱融着することによって電池要素１０６を気密封止（以下、単に封止という）している。

電池要素１０６の正極および負極をラミネートフィルム１０３，１０４の外部へ引き出すために、正極および負極にはそれぞれタブが突出して設けられており、これらタブをそれぞれの極ごとにまとめた集電部１０７ａ，１０７ｂに、リード端子１０５ａ，１０５ｂをラミネートフィルム１０３，１０４から突出させて接続している。また、ラミネートフィルム１０３，１０４は、電池要素１０６を収納し易いように、少なくとも一方が、深絞り成形によって鍔付きの容器状に形成されている。

ここで、ラミネートフィルムの熱融着は、図２に示すように、一対の熱融着ヘッド１０９ａ，１０９ｂでラミネートフィルム１０３，１０４を加圧しつつ加熱して行う。この際、熱融着ヘッド１０９ａ，１０９ｂにより与えられる熱は、ラミネートフィルム１０３，１０４の熱融着すべき部位の周囲にも伝わり、熱融着には必要ない領域でも熱融着性樹脂１０３ｄ，１０４ｄが融けてしまうことがある。電池要素１０６と接触している部分Ａ，Ｂで熱融着性樹脂１０３ｄ，１０４ｄが融けると、電池要素１０６がラミネートフィルム１０３，１０４の金属薄膜１０３ｅ，１０４ｅと接触し、両者間でショートが発生してしまうおそれがある。

そこで、特開２００１−１２６６７８号公報には、ラミネートフィルムの熱融着される部位およびその近傍に、熱融着性樹脂と同一材質の熱融着性樹脂フィルムを配設し、ショートが発生し得る箇所で実質的に熱融着性樹脂の層の厚みを厚くすることによって、ショートを防止するようにした電池が開示されている。

一方、特開２００１−６６３３号公報には、ラミネートフィルムの耐熱性を向上させる技術として、電子要素をラミネートフィルムで封止した後に、ラミネートフィルムの熱融着された領域に電子線を照射することによって熱融着性樹脂に架橋構造を形成し、封止の信頼性を向上させることが開示されている。

しかしながら、特開２００１−１２６６７８号公報に開示されたものでは、単に熱融着性樹脂の層の厚みを部分的に厚くするだけであり、電池要素の封止に際しては、熱融着される部位の近傍の、ショートが発生し得る領域においても熱融着性樹脂が融けることには何ら変わりはない。したがって、熱融着性樹脂の層の厚みに応じて熱融着条件を適切に設定しないと、熱融着が十分に行われなかったり、その逆に、熱融着性樹脂が融けすぎて結果的に金属薄膜とのショートが発生したりするおそれがある。また、電池要素が収納される領域を形成するために深絞り成形したラミネートフィルムを用いる場合、ラミネートフィルムの電池要素と接触する部分は、ラミネートフィルムの深絞り成形が行われている部分であることが多い。そのため、ショート防止用の熱融着性樹脂フィルムを配設しても、深絞り成形によって熱融着性樹脂の層の厚さは深絞り成形によって薄くなり、思ったほどの効果は得られない。

一方、特開２００１−６６３３号公報に開示されたものは、ラミネートフィルムの熱融着性樹脂の耐熱性そのものを向上させるものであるが、熱融着後の熱融着部での封止信頼性を向上させるものであり、封止の際に生じる電池要素と金属薄膜とのショートを防止するものではない。

本発明は、電池要素を熱融着性樹脂層と金属薄膜層とのラミネートフィルムで封止する際に、熱融着時に与えられる熱で電池要素との接触部で熱融着性樹脂が融けることによる、電池要素と金属薄膜とのショートを防止する、フィルム外装電池およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のフィルム外装電池は、正極と負極と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、周縁部が熱融着されることで電池要素を封止するラミネートフィルムとを有する。ラミネートフィルムは、熱融着された領域の外周縁を除く、少なくとも、ラミネートフィルムの熱融着時に熱融着性樹脂がその融点以上になり、かつラミネートフィルムの内部に封止された部材と接触する領域で、熱融着性樹脂層に架橋構造が形成されている。

本発明のフィルム外装電池は、ラミネートフィルムの、熱融着時に熱融着性樹脂がその融点以上になり、かつ、内部に封止された部材と接触する領域で、熱融着性樹脂層に架橋構造が形成されている。これにより、架橋構造が形成された領域では、他の領域と比べて耐熱性が向上するので、熱融着時の熱により熱融着性樹脂層が溶融しなくなり、電池要素と金属薄膜層とのショートが防止される。しかも、熱融着された領域の外周縁には架橋構造が形成されていないので、架橋構造が形成されていない領域でラミネートフィルムは確実に熱融着され、電池要素は確実に封止される。

架橋構造は、ラミネートフィルムに電子線を照射することによって形成することができる。この場合、熱融着性樹脂層は、ポリオレフィンを含むものであってもよいし、電子線分解型の樹脂に電子線反応性化合物を付加したものであってもよい。

本発明のフィルム外装電池の製造方法は、正極と負極とを対向させた構造を有する電池要素を、少なくとも熱融着性樹脂層と金属薄膜層とが積層されたラミネートフィルムで包囲し、周縁部を熱融着することで封止するフィルム外装電池の製造方法であって、ラミネートフィルムの、熱融着される領域の外周縁を除く、少なくとも、ラミネートフィルムの熱融着時に熱融着性樹脂層の温度がその融点以上になり、かつ封止する部材と接触する領域で、熱融着性樹脂層に架橋構造を形成する工程と、熱融着性樹脂層に架橋構造が形成されたラミネートフィルムで、熱融着樹脂層を内側として電池要素を包囲する工程と、電池要素を包囲したラミネートフィルムの周縁部を熱融着し、電池要素を封止する工程とを有する。

本発明のフィルム外装電池の製造方法によれば、ラミネートフィルムの熱融着性樹脂の特定の領域のみに架橋構造を形成し、その後、熱融着することによって電池要素を封止するので、前述したように、ラミネートフィルムの熱融着による電池要素の封止を確実に行いつつ、ラミネートフィルムの熱融着時における電池要素と金属薄膜層とのショートが防止される。

本発明のフィルム外装電池の製造方法において、架橋構造を形成する工程は、ラミネートフィルムの架橋構造を形成しない領域をマスクする工程と、マスクされたラミネートフィルムに電子線を照射する工程とを有することが好ましい。これにより、ラミネートフィルムに対する選択的な架橋構造の形成が容易に行える。しかも、電子線の照射は、ラミネートフィルムで電池要素を包囲する前に行うので、電池要素に電子線が照射されることによる電池性能の低下が生じることはない。

本発明によれば、ラミネートフィルムの熱融着時における電池要素と金属薄膜とのショートが発生せず、しかも、熱融着すべき領域では熱融着性樹脂層の本来の性質を有しており熱融着性すなわち電池要素の封止能力の低下も生じないので、信頼性の高いフィルム外装電池とすることができる。

従来のフィルム外装電池の分解斜視図である。 図１に示すフィルム外装電池における熱融着時のラミネートフィルムの封止領域近傍での断面図である。 本発明の一実施形態によるフィルム外装電池の分解斜視図である。 図３に示すラミネートフィルムの、封止領域と電子線照射領域とを示す平面図である。 図３に示すフィルム外装電池における熱融着時のラミネートフィルムの封止領域近傍での断面図である。 本発明によるフィルム外装電池の、ラミネートフィルムの封止領域および電子線照射領域の他の例を示す平面図である。 本発明によるフィルム外装電池の、ラミネートフィルムの封止領域および電子線照射領域のさらに他の例を示す平面図である。 本発明の付加的な手段の一例を説明するための、熱融着時における封止領域近傍での断面図である。 本発明の付加的な手段の他の例を説明するための、熱融着時における封止領域近傍での断面図である。 本発明によるフィルム外装電池の、ラミネートフィルムの封止領域および電子線照射領域の、図４、図６および図７とは別の例を示す平面図である。 図１０に示すラミネートフィルムを用いた、熱融着時における封止領域近傍での断面図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図３を参照すると、本発明の一実施形態によるフィルム外装電池１の分解斜視図が示される。本実施形態のフィルム外装電池１は、電池要素６と、電池要素６に設けられた正極集電部７ａおよび負極集電部７ｂと、電池要素６を電解液とともに収納する外装体と、正極集電部７ａに接続された正極リード端子５ａと、負極集電部７ｂに接続された負極リード端子５ｂとを有する。

電池要素６は、それぞれ電極材料が塗布された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。各正極板および各負極板の一辺からはそれぞれ電極材料の未塗布部分が突出して設けられており、正極板の未塗布部分同士、および負極板の未塗布部分同士がそれぞれ一括して超音波溶接されて、正極集電部７ａおよび負極集電部７ｂが形成される。正極集電部７ａへの正極リード端子５ａの接続、および負極集電部７ｂへの負極リード端子の接続は、製造工程の簡略化のために、正極集電部７ａおよび負極集電部７ｂの形成と同時に行うことが好ましいが、別工程で行ってもよい。

外装体は、電池要素６をその厚み方向上下から挟んで包囲する２枚のラミネートフィルム３，４からなり、これらラミネートフィルム３，４の周縁部を熱融着することで、電池要素６が封止される。一方のラミネートフィルム３には、電池要素６を収納する室を形成するために、電池要素６側から見て凹部が形成されるように、鍔付きの容器状（カップ状）に加工されている。この凹部は、例えば深絞り成形によって形成することができる。図３に示した例では一方のラミネートフィルム３に凹部が形成されているが、他方のラミネートフィルム４に形成してもよい。また、電池要素６の厚みによっては両方のラミネートフィルム３，４に凹部を形成してもよいし、凹部を形成せずにラミネートフィルム３，４自身の柔軟性を利用して電池要素６を封止してもよい。

また、ラミネートフィルム３，４は、電池要素６の封止時に熱融着される領域である封止領域３ａ，４ａを外周部に有し、封止領域３ａ，４ａの内側の領域は、電子線が照射された領域である電子線照射領域３ｂ，４ｂとなっている。ラミネートフィルム３，４を代表して、図４に、一方のラミネートフィルム３の、封止領域３ａおよび電子線照射領域３ｂを斜線で区別した平面図を示す。図４に示すように、電子線照射領域３ｂは、ラミネートフィルム３の外周に沿う封止領域３ａの内側の領域ほぼ全体にわたっている。もう一方のラミネートフィルム４についても同様に、電子線照射領域４ｂは、封止領域４ａの内側の領域ほぼ全体にわたっている。

ラミネートフィルム３，４としては、電解液が漏洩しないように電池要素６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一般に用いられるフィルムを用いることができ、少なくとも、金属薄膜層と熱融着性樹脂層とを積層した構造を有している。また、必要に応じて、金属薄膜層の、熱融着性樹脂層と反対側の面に、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルやナイロン等の保護フィルムを積層してもよい。

金属薄膜層としては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などの箔を用いることができる。熱融着性樹脂層に用いられる樹脂としては、熱融着が可能であり、しかも電子線の照射により架橋構造を形成することのできる樹脂組成物を用いることができる。すなわち、熱融着性樹脂層には、単独の樹脂、複数の樹脂の混合物、あるいは、電子線分解型の樹脂であっても電子線反応性化合物を添加（混合・塗布等も含む。以下同様。）した樹脂組成物を用いることができる。

このような樹脂組成物としては、ポリエチレン（高・中・低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン）およびポリプロピレン等のポリオレフィンホモポリマー；プロピレン−エチレン共重合体、プロピレンおよび／またはエチレンとブテン−１などのα−オレフィンとの共重合体等のポリオレフィン共重合体；エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体（ＥＧＭＡ）等の変性ポリオレフィン等の−（ＣＨ_２−ＣＨＸ）−なる繰り返し単位（Ｘは、Ｈ、ＣＨ_３等の置換基）を有する樹脂等を挙げることができる。

また、ポリイソブチレン、ポリメタアクリレート、ポリフッ化ビニリデン等の電子線分解型の樹脂であっても、以下に示すような電子線反応性化合物を添加すれば、ラミネートフィルム３，４の熱融着性樹脂として使用可能である。

電子線反応性化合物としては、電子線の照射により反応する化合物であれば特に限定されないが、多官能であって架橋構造を形成しうるものが好ましい。例えば、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンポリマー等の多官能アクリル系化合物；メチル（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート等の単官能アクリル系化合物；多官能アクリル系化合物と単官能アクリル系化合物との混合物；３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、１，４−（６−メチル−３，４−エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート）ブタン等の脂環式エポキシ化合物；ビニルピロリドン、ビニルアセテート、ビニルピリジン、スチレン等のビニル化合物等を用いることができる。これらの電子線反応化合物は、熱融着性樹脂層の全体に混入されていてもよいし、表面に塗布されていてもよい。

ラミネートフィルム３，４への電子線の照射は、電池要素６の封止工程の前、具体的にはラミネートフィルム３，４で電池要素６を包囲する前に、ラミネートフィルム３，４単体に対して、電子線照射領域３ｂ，４ｂ以外の領域を、電子線を遮蔽する部材でマスクして行う。これにより、電子線は、電子線照射領域３ｂ，４ｂのみに照射され、その他の領域には照射されない。電池要素６に対して電子線を照射すると、電解液の分解等が生じて電池性能が低下することがあるが、本実施形態では電子線の照射をラミネートフィルム３，４単体に対して行うので、電池要素６の電池性能が低下することはない。

電子線を遮蔽する部材としては、電子線照射領域３ｂ，４ｂへの電子線照射を遮蔽できるものであれば任意の材料を用いることができ、例えば、アルミニウム、鉄、鉛、チタン、銅等の金属材料、あるいはガラス材が挙げられる。これらの中でも、所望の形状への加工性、成形性の面から、アルミニウムや鉄などの金属材料が好ましい。

そして、電子線照射領域３ｂ，４ｂに電子線が照射されたラミネートフィルム３，４を、熱融着性樹脂層が内側となるように互いに対向させて、正極リード端子５ａおよび負極リード端子５ｂが接続された電池要素６を挟んで包囲する。その後、封止領域３ａ，４ａにおいてラミネートフィルム３，４を熱融着ヘッドによって加圧しつつ加熱し、電池要素６を封止することによって、フィルム外装電池１が製造される。封止に際しては、ラミネートフィルム３，４の３辺を先に熱融着して１辺が開放した袋状としておき、その袋状となったラミネートフィルム３，４の開放している残りの１辺から電解液を注入し、その後、残りの１辺を熱融着する。

以上説明したように、ラミネートフィルム３，４の電子線照射領域３ｂ，４ｂに電子線を照射することで、電子線照射領域３ｂ，４ｂでは熱融着性樹脂層が架橋構造を形成する。その結果、ラミネートフィルム３，４の熱融着性樹脂層は、電子線照射領域３ｂ，４ｂで耐熱性が向上する。一方、封止領域３ａ，４ａには電子線が照射されないので、封止領域３ａ，４ａでの熱融着性樹脂層の性質は変わらない。すなわち、電子線照射領域３ｂ，４ｂでは、封止領域３ａ，４ａと比べて、熱融着性樹脂層が高温で軟化しにくくなる。ここで、高温で軟化しにくいとは、例えば樹脂を一定の応力で加圧しながら昇温させたときの温度−ひずみ特性、いわゆるクリープ曲線において、横軸を温度としたときにその傾きが小さくなることをいう。

このように、電子線照射領域３ｂ，４ｂの耐熱性が向上することで、図５に示すように、ラミネートフィルム３，４の熱融着時に封止領域３ａ，４ａにおいて熱融着ヘッド９ａ，９ｂを加圧し、ラミネートフィルム３，４を加熱すると、封止領域３ａ，４ａでは熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄが溶融してラミネートフィルム３，４が熱融着されるが、電子線照射領域３ｂ，４ｂでは、熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄは溶融しない。そのため、ラミネートフィルム３，４は、電池要素６との接触部においても金属薄膜層３ｅ，４ｅが露出することはなく、金属薄膜層３ｅ，４ｅと電池要素６とがショートすることはない。しかも、封止領域３ａ，４ａには電子線は照射されておらず、この領域では熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄに架橋構造は形成されていないので、熱融着ヘッド９ａ，８ｂによる熱融着は一般的なラミネートフィルムの熱融着条件と同じ条件で行うことができる。また、電子線の照射によって熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄに架橋構造を形成することで、熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄへの選択的な架橋構造の形成を容易に行うことができる。

熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄに架橋構造を形成するための電子線の照射量は特に限定されないが、熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄに電子線反応性化合物を用いないときは、電子線の照射量が大きすぎると電子線照射領域３ｂ，４ｂに、気体発生による膨張や、硬化および分解等が生じる場合がある。特に、電子線照射領域３ｂ，４ｂが硬化すると、外部からの衝撃等によって熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄにクラックが入り易くなる。そこで、架橋効率およびラミネートフィルム３，４の保護の面から、電子線の照射量は、好ましくは４０Ｍｒａｄ以下、より好ましくは３０Ｍｒａｄ以下、最も好ましくは５〜２０Ｍｒａｄである。

一方、熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄが電子線反応性化合物を含む場合は、気体発生による膨張や電子線照射領域３ｂ，４ｂの硬化等を抑制できるため、電子線反応性化合物を用いない場合と比較して電子線の照射量を大きくできる。しかし、電子線照射量の増加に伴い発熱量も増加する傾向にあるので、電子線の照射量は、好ましくは５０Ｍｒａｄ以下、より好ましくは４０Ｍｒａｄ以下、最も好ましくは１０〜３０Ｍｒａｄである。

熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄが電子線反応性化合物を含む場合および含まない場合のいずれにおいても、電子線はラミネートフィルム３，４の表面側または裏面側（熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄが設けられている側を裏面側とする）のどちら側から照射してもよい。ただし、裏面側から照射する場合は、電子線は金属薄膜層３ｅ，３ｅを透過せず熱融着性樹脂層３ｄ，４ｄに直接照射されるので、表面側から照射する場合と比較して少ない照射量で構わない。

ラミネートフィルム３，４への電子線の照射は電池要素６の封止前にラミネートフィルム３，４単体に対して行うことは前述したとおりであるが、特に、ラミネートフィルム３のように凹部を有するものの場合、凹部の形成後に電子線を照射することが好ましい。その理由は、電子線の照射後に凹部を形成した場合、その加工によって、電子線が照射されて熱融着性樹脂層が硬化した部分に応力が加わり、熱融着性樹脂層にクラックが入ることがあるからである。ただし、加工による熱融着性樹脂層へのクラックの発生が生じない程度に、加工の度合い（加わる応力の大きさ）が小さく、あるいは電子線照射による硬化の程度が小さい場合には、凹部の形成前に電子線照射を行ってもよい。

なお、図４には、封止領域３ａと電子線照射領域３ｂとの境界に、電子線照射領域３ｂの全周にわたって、何も処理を施さない非処理領域３ｃを設定している。この非処理領域３ｃは、必ずしも設けなくてもよいが、非処理領域３ｃを設けることによって、製造上の誤差によって電子線照射領域３ｂと封止領域３ａとが重ならないようにするためのマージン分として利用することができる。また、非処理領域３ｃは、フィルム外装電池１（図３参照）の実装効率を向上させるためなど、フィルム外装電池１の鍔の部分（封止領域３ａの部分）を折り曲げるときの折り曲げ代として利用することもできる。これは、もう一方のラミネートフィルム４についても同様である。

また、図３にも示したように、電子線照射領域３ｂ，４ｂを封止領域３ａ，４ａの内側ほぼ全体に設けた例を示したが、電子線照射領域３ｂ，４ｂ、すなわち架橋構造を形成する領域は、少なくとも、ラミネートフィルム３が、内部に封止された部材（電池要素６だけでなく、正極／負極リード端子５ａ，５ｂの一部を含む）と接触し、かつ、封止領域３ａ，４ａの周囲でも特に、熱融着時にラミネートフィルム３，４の熱融着性樹脂層の温度が、架橋構造が形成されない状態での熱融着性樹脂層の融点以上になる領域を含む領域であれば、任意のパターンとすることができる。例えば、図６に示す例では、ラミネートフィルム１１は、封止領域１１ａの内側の、熱融着時に熱融着性樹脂層の温度が、架橋構造が形成されない状態での融点以上になる領域のみに、電子線照射領域１１ｂが形成されている。また、図７に示す例では、ラミネートフィルム１２は、封止領域１２ａの内側の、ラミネートフィルム１２が内部に収納する部材と接触する領域のみに、電子線照射領域１２ｂが形成されている。

電子線照射領域３ｂ，１１ｂ，１２ｂのパターンは、電池要素６（図３参照）をその厚み方向上下から挟む２枚のラミネートフィルムについて、同じパターンとしてもよいし、それぞれ異なるパターンとしてもよい。

以下に、上述した本発明による効果をより効果的に発揮させるための、熱融着時における付加的な手段について説明する。

図８は、本発明の付加的な手段の一例を説明するための、熱融着時における封止領域近傍での断面図である。図８に示す例では、熱融着ヘッド２９ａ，２９ｂの近傍にそれぞれエアノズル２８ａ，２８ｂを配し、これらエアノズル２８ａ，２８ｂからラミネートフィルム２３，２４に向けてエアを噴射する。これにより、ラミネートフィルム２３，２４が冷却されるので、熱融着ヘッド２９ａ，２９ｂにより熱融着される領域以外での熱融着性樹脂層の溶融を防止することについて、架橋構造が形成されていることによる効果との相乗的な効果が期待できる。また、エアノズル２８ａ，２８ｂから噴射されたエアは、熱融着ヘッド２９ａ，２９ｂから電池要素２６側への熱の放射を抑制する効果もある。

エアによる冷却をより効果的に行うためには、エアノズル２８ａ，２８ｂをそれぞれ、ラミネートフィルム２３，２４の、熱融着ヘッド２９ａ，２９ｂと電池要素２６が接触する部位との間の領域にエアを噴射するように配置することが好ましい。このようにエアノズル２８ａ，２８ｂを配置することにより、熱融着ヘッド２９ａ，２９ｂからラミネートフィルム２３，２４に伝わった熱を、電池要素２６と接触する部位に達する前に冷却することができる。

図８では、各ラミネートフィルム２３，２４に対応して２つのエアノズル２８ａ，２８ｂを設けた例を示したが、熱の伝わり易さに応じて、いずれか一方のラミネートフィルム２３，２４側のみにエアノズルを設けてもよい。

図９は、本発明の付加的な手段の他の例を説明するための、熱融着時における封止領域近傍での断面図である。図９に示す例では、各熱融着ヘッド３９ａ，３９ｂの、電池要素３６側の端面に、熱融着ヘッド３９ａ，３９ｂよりも熱伝導率の低い材料からなる断熱板３８ａ，３８ｂを取り付け、ラミネートフィルム３３，３４を、熱融着ヘッド３９ａ，３９ｂおよび断熱板３８ａ，３８ｂで加圧するように構成している。断熱板３８ａ，３８ｂとしては、セラミックや耐熱性樹脂などを用いることができる。また、熱融着ヘッド３９ａ，３９ｂがアルミニウムである場合には、鉄やステンレスを用いることができる。

熱融着ヘッド３９ａ，３９ｂに断熱板３８ａ，３８ｂを設けることにより、ラミネートフィルム３３，３４を介して電池要素３６側へ伝わる熱、および熱融着ヘッド３９ａ，３９ｂから電池要素３６側への熱の放射を抑制することができる。これにより、熱融着ヘッド３９ａ，３９ｂにより熱融着される領域以外での熱融着性樹脂層の溶融を防止することについて、ラミネートフィルム３３，３４に架橋構造が形成されていることによる効果との相乗的な効果が期待できる。

なお、断熱板３８ａ，３８ｂは、ラミネートフィルム３３，３４を加圧しているが、その厚みを適宜設定することによって、ラミネートフィルム３３，３４の断熱板３８ａ，３８ｂで加圧されている部位であっても、熱融着ヘッド３９ａ，３９ｂからの伝熱の影響を受けて熱融着性樹脂を溶融させ、熱融着させることができる。

上述した例では、電子線照射領域を封止領域と重ならないように形成した例を示したが、図１０に示すように、ラミネートフィルム４３の熱融着性に影響を及ぼさない範囲で、封止領域４３ａの内周縁にも電子線照射領域４３ｂを形成することが好ましい。図１０に示す例は、電子線照射領域４３ｂは、ラミネートフィルム４３の熱融着時に熱融着樹脂層がその融点以上になる領域のうち、ラミネートフィルム４３の熱融着された領域の外周縁を除く領域に形成されていると言い換えることもできる。

封止領域４３ｂの内側の領域である非封止領域の中で、ラミネートフィルム４３の熱融着時に最も高温になるのは、封止領域４３ｂとの境界部である。しかもこの部分は、熱融着ヘッドのエッジが加圧される部分でもあり、熱融着時には、非封止領域の中でも最も熱融着樹脂層が融けやすく、かつ厚みが薄くなりやすい。非封止領域の、封止領域４３ａとの境界部には電解液が接触している。したがって、仮にこの境界部での熱融着樹脂層の溶融によりラミネートフィルム４３の金属薄膜層が電解液と接触すると、金属薄膜層は、電解液を介して電池要素とショートすることになる。

そこで、上記のように、ラミネートフィルム４３の熱融着性に影響を及ぼさない範囲で封止領域４３ａの内周縁にも電子線照射領域４３ｂを形成することで、非封止領域で最も高温になりやすい部分での熱融着樹脂層の溶融が抑制される。その結果、熱融着時の熱融着樹脂層の溶融による金属薄膜層と電池要素とのショートをより効果的に防止することができる。

図１０に示したラミネートフィルム４３を用いてフィルム外装電池を作製する際は、図１１に示すように、熱融着ヘッド４９ａ，４９ｂによって、電池要素４６を挟んで対向したラミネートフィルム４３の周縁部を加圧および加熱する。このとき、熱融着ヘッド４９ａ，４９ｂは、ラミネートフィルム４３の電子線照射領域４３ｂの外周縁を含む領域を加圧および加熱する。熱融着ヘッド４９ａ，４９ｂによって加圧および加熱された領域では、電子線照射領域４３ｂも、他の領域（架橋構造が形成されていない領域）と比べて融着強度は弱いものの、互いに熱融着され、結果的に、熱融着ヘッド４９ａ，４９ｂで加圧および加熱された領域が封止領域４３ａとなる。つまり、電子線照射領域４３ｂは、封止領域４３ａの内周縁を含む領域に形成される。非封止領域の、封止領域４３ａとの境界部では、ラミネートフィルム４３の熱融着樹脂層の溶融がほとんど生じていないので、金属薄膜層が電解液を介して電池要素４６とショートするのをより効果的に防止することができる。

この例においては、ラミネートフィルム４３の熱融着性に影響を及ぼさない範囲で電子線照射領域４３ｂを形成することが重要である。ラミネートフィルム４３の熱融着性は、図１０に示すように、封止領域４３ａの長手方向と直角な方向での、封止領域４３ａの幅Ｗ０に対する電子線照射領域４３ｂの幅Ｗ１に依存する。Ｗ１／Ｗ０が大きすぎると、ラミネートフィルム４３の熱融着が十分に行えなくなるおそれがある。ラミネートフィルム４３の熱融着を十分に行えるようにするためには、Ｗ１は、Ｗ０の１／２以下であることが好ましく、より好ましくは１／３以下であり、最も好ましくは１／４以下である。

以上、本発明について代表的な幾つかの例を挙げて説明したが、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。

例えば、上述した例では２枚のラミネートフィルムで電池要素をその厚み方向両側から挟んで周囲の４辺を熱融着したものを示したが、その他にも、１枚のラミネートフィルムを２つ折りにして電池要素を挟み、開放している３辺を熱融着することによって電池要素を封止してもよい。この場合は、熱融着性樹脂に架橋構造を形成するための電子線の照射は、電子線照射領域が上面側と下面側で同じパターンであるときはラミネートフィルムを２つ折りにする前に行っても後におこなってもよいが、両面側でパターンが異なるときは、ラミネートフィルムを２つ折りにする前に行うことが望ましい。

また、電池要素としては、正極、負極および電解質を含むものであれば、通常の電池に用いられる任意の電池要素が適用可能である。一般的なリチウムイオン二次電池における電池要素は、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔などの両面に塗布した正極板と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を銅箔などの両面に塗布した負極板とを、セパレータを介して対向させ、それにリチウム塩を含む電解液を含浸させて形成される。またこの他に、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等にも本発明は適用可能である。

電池要素の構造についても、上述した例では複数の正極板および負極板を交互に積層した積層型を示したが、正極板、負極板およびセパレータを帯状に形成し、セパレータを挟んで正極板および負極板を重ね合わせ、これを捲回した後、扁平状に圧縮することによって、正極と負極を交互に配置させた捲回型の電池要素であってもよい。

さらに、図３には、正極リード端子５ａと負極リード端子５ｂをフィルム外装電池１の同じ辺から延出させた例を示したが、これらリード端子はそれぞれ異なる辺、例えば互いに対向する辺から延出させてもよい。

Claims (10)

1. 正極と負極と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、外周部が熱融着されることで前記電池要素を封止するラミネートフィルムとを有し、
   前記ラミネートフィルムは、熱融着された前記外周部の内側の領域であって、少なくとも、前記ラミネートフィルムの熱融着時に前記熱融着性樹脂がその融点以上になり、かつ前記ラミネートフィルムの内部に封止された前記電池要素並びに該電池要素に接続されている正極リード及び負極リードの一部と接触する領域における前記熱融着性樹脂層に、架橋構造が形成されているフィルム外装電池。
2. 前記正極および負極にはそれぞれリード端子が前記ラミネートフィルムの外部に延出させて接続されており、前記ラミネートフィルムの内部に封止された部材は、前記電池要素および前記リード端子の一部を含む、請求項１に記載のフィルム外装電池。
3. 前記架橋構造は、前記ラミネートフィルムに電子線を照射することによって形成されている、請求項１に記載のフィルム外装電池。
4. 前記熱融着性樹脂層は、ポリオレフィンを含む、請求項３に記載のフィルム外装電池。
5. 前記熱融着性樹脂層は、電子線分解型の樹脂に電子線反応性化合物を付加したものである、請求項３に記載のフィルム外装電池。
6. 前記電池要素は、化学電池要素またはキャパシタ要素である、請求項１に記載のフィルム外装電池。
7. 正極と負極とを対向させた構造を有する電池要素を、少なくとも熱融着性樹脂層と金属薄膜層とが積層されたラミネートフィルムで包囲し、外周部を熱融着することで封止するフィルム外装電池の製造方法であって、
   前記ラミネートフィルムの、熱融着される前記外周部の内側の領域であって、少なくとも、前記ラミネートフィルムの熱融着時に前記熱融着性樹脂層の温度がその融点以上になり、かつ封止される前記電池要素並びに該電池要素に接続されている正極リード及び負極リードの一部と接触する領域における前記熱融着性樹脂層に架橋構造を形成して該領域の耐熱性を向上させる工程と、
   前記熱融着性樹脂層に架橋構造が形成されたラミネートフィルムで、前記熱融着樹脂層を内側として前記電池要素を包囲する工程と、
   前記電池要素を包囲したラミネートフィルムの前記外周部を熱融着し、前記電池要素を封止する工程とを有するフィルム外装電池の製造方法。
8. 前記ラミネートフィルムの外周部を熱融着する工程は、前記架橋構造を形成した領域の外周縁を含む領域を加圧および加熱することを含む請求項７に記載のフィルム外装電池の製造方法。
9. 前記架橋構造を形成する工程は、
   前記ラミネートフィルムの前記熱融着性樹脂層上の領域であって、架橋構造を形成しない領域をマスクする工程と、
   前記マスクされたラミネートフィルムに電子線を照射する工程とを有する、請求項７に記載のフィルム外装電池の製造方法。
10. 前記架橋構造を形成する工程に先立って、前記ラミネートフィルムに、前記電池要素を収納するための凹部を形成する工程を有する、請求項９に記載のフィルム外装電池の製造方法。

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