JP7232803B2 - 蓄電セルおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本開示は、蓄電セルおよびその製造方法に関する。
電気的な絶縁保護を図る観点から、蓄電セルの筐体を絶縁フィルムで被覆することが従来から行われている。従来の構造として、たとえば、特開２０１３－３３６６８号公報（特許文献１）に記載のものが挙げられる。
筐体を絶縁フィルムで被覆したとき、絶縁フィルムには継目が生じる。この継目にヒートシールを施すことにより、継目を閉じて、絶縁保護を図ることができる。しかし、絶縁フィルムにヒートシールを施したとき、絶縁フィルムが収縮して硬い塊が生じる場合がある。この塊との干渉を回避するように他の部品を設計しようとすると、設計の自由度が低下し、結果として、蓄電セルを含むモジュール全体として小型化が阻害され得る。
本開示の目的は、絶縁保護を図りながら周辺部材の設計の自由度を向上させることが可能な蓄電セルおよびその製造方法を提供することにある。
本開示に係る蓄電セルは、天面、底面、および天面と底面との間に位置する側面を有する外装缶と、外装缶の少なくとも側面を被覆する絶縁フィルムとを備える。絶縁フィルムは外装缶の側面上に継目を有し、側面上の継目はヒートシールされる。側面上のヒートシールは、外装缶の天面または底面から離間した位置に終端部を有する。
本開示に係る蓄電セルの製造方法は、天面、底面、および天面と底面との間に位置する側面を有する外装缶の少なくとも側面上に絶縁フィルムを設ける工程と、側面上の絶縁フィルムの継目をヒートシールする工程とを備える。ヒートシールする工程は、外装缶の底面から天面に向かう方向の側面の第１領域にヒートシールを施しながら、外装缶の天面近傍または底面近傍に位置する側面の第２領域から熱を逃がすことを含む。
本開示によれば、絶縁保護を図りながら周辺部材の設計の自由度を向上させることが可能な蓄電セルおよびその製造方法を提供することができる。
以下に、本開示の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本開示にとって必ずしも必須のものではない。
図１は、組電池１の基本的構成を示す図である。図２は、組電池１に含まれる電池セル１００とエンドプレート２００とを示す図である。
図１，図２に示すように、「蓄電モジュール」の一例としての組電池１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。
一例として、電池セル１００はリチウムイオン電池であるが、電池セル１００はニッケル水素電池など他の電池であってもよい。また、本開示において「蓄電モジュール」は組電池１に限定されず、電池セル１００に代えて、たとえばキャパシタが「蓄電セル」として用いられてもよい。
複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（配列方向）に並ぶように設けられる。電池セル１００は、電極端子１１０を含む。複数の電池セル１００の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。
エンドプレート２００は、Ｙ軸方向（配列方向）において組電池１の両端に配置されている。エンドプレート２００は、組電池１を収納するケースなどの基台に固定される。
拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００に取り付けられる。
複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。
図３は、組電池１における電池セル１００を示す図である。図３に示すように、電池セル１００は、平坦面状の直方体形状に形成されている。電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、角型の筐体１２０上に形成されている。筐体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。
図４は、絶縁フィルム１３０の形状の一例を示す図である。電気的な絶縁保護を図る観点から、電池セル１００の筐体１２０は、絶縁フィルム１３０により被覆される。絶縁フィルムは、たとえばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の絶縁素材により構成される。
図４に示すように、筐体１２０（外装缶）は、側面１２０Ａ（長側面）と、側面１２０Ｂ（短側面）と、底面１２０Ｃと、天面１２０Ｄとを有する。側面１２０Ａ，１２０Ｂは、底面１２０Ｃと天面１２０Ｄとの間に位置する。
絶縁フィルム１３０は、筐体１２０の側面１２０Ａ，１２０Ｂと底面１２０Ｃとを被覆する。図５～図８に示すように、シート状の絶縁フィルム１３０を折り畳むことにより、筐体１２０の側面１２０Ａ，１２０Ｂと底面１２０Ｃとが被覆される。絶縁フィルム１３０の一部は、筐体１２０の天面１２０Ｄ上にまで延びてもよいし、天面１２０Ｄ上にまで達しなくてもよい。
絶縁フィルム１３０は、筐体１２０の側面１２０Ａを被覆する側面被覆部１３０Ａと、筐体１２０の側面１２０Ｂを被覆する側面被覆部１３０Ｂと、筐体１２０の底面１２０Ｃを被覆する底面被覆部１３０Ｃとを含む。絶縁フィルム１３０においては、一対の側面被覆部１３０Ａの間に底面被覆部１３０Ｃが設けられ、側面被覆部１３０Ａと底面被覆部１３０Ｃから側面被覆部１３０Ｂが突出している。側面被覆部１３０Ｂは、側面被覆部１３０Ａの側縁から外側に突出する第１部分１３１Ｂと、底面被覆部１３０Ｃの側縁から外側に突出する第２部分１３２Ｂとを含む。
図４に示すように、側面被覆部１３０Ｂの第１部分１３１Ｂおよび第２部分１３２Ｂは、その境界で切り離されることなく連続する。したがって、絶縁フィルム１３０が筐体１２０に沿って折り畳まれる状態で、交点Ｋにおいてピンホールは発生しない。
図５～図８は、絶縁フィルム１３０を電池セル１００の筐体１２０に被覆する工程を示す図である。図５～図８に示すように、シート状の絶縁フィルム１３０を折り畳むことにより、筐体１２０の側面１２０Ａ，１２０Ｂと底面１２０Ｃとが被覆される。
具体的には、側面被覆部１３０Ａと底面被覆部１３０Ｃとの境界線Ｌ１が内折りされ、底面被覆部１３０Ｃにより筐体１２０の底面１２０Ｃが被覆されるとともに、側面被覆部１３０Ａにより筐体１２０の側面１２０Ａが被覆される（図５）。さらに、第２部分１３２Ｂと底面被覆部１３０Ｃとの境界線Ｌ２が内折され、第１部分１３１Ｂと側面被覆部１３０Ａとの境界線Ｌ３が内折りされる。第１部分１３１Ｂと第２部分１３２Ｂとの連結部の近傍において、第１部分１３１Ｂと第２部分１３２Ｂとの境界線Ｌ４、および第１部分１３１Ｂ上の折曲線Ｓ１が折り曲げられ、第１部分１３１Ｂおよび第２部分１３２Ｂとが筐体１２０の側面１２０Ｂ上に積層される（図６，図７）。
側面１２０Ｂ上の第１部分１３１Ｂおよび第２部分１３２Ｂの積層部が加熱され、水密構造に溶着（ヒートシール）される。すなわち、図８に示される積層部の継目１３０αは、絶縁フィルム１３０にヒートシールを施すことにより閉じられる。これにより、筐体１２０の側面１２０Ｂの全面が絶縁フィルム１３０により被覆され、電気的な絶縁保護が確保される。
図９は、絶縁フィルム１３０のヒートシール部１４０（ヒートシールにより重ねられた絶縁フィルム１３０が溶着した部分）の形状を示す図である。
図９に示すように、ヒートシール部１４０は、絶縁フィルム１３０の継目１３０αに沿って、底面１２０Ｃから天面１２０Ｄに向かう高さ方向（Ｚ軸方向）に延びるように形成される。ヒートシール部１４０は、Ｚ軸方向に沿って延びるように複数条（図９の例では２本）形成されてもよいし、一本のヒートシール部１４０のみが形成されてもよい。
ヒートシール部１４０は、筐体１２０の天面１２０Ｄから離間した位置（終端部１４０Ａ）で終端する。底面１２０Ｃ側においても、筐体１２０の底面１２０Ｃから離間した位置でヒートシール部１４０が終端してもよい。すなわち、絶縁フィルム１３０の側面被覆部１３０Ｂは、ヒートシールされた第１領域１０と、ヒートシールされていない第２領域２０とを含む。第２領域２０は、ヒートシールはされていないが、第１領域１０と同等の絶縁保護を確保できる。
このように、筐体１２０の天面１２０Ｄ近傍においてヒートシールされない第２領域２０を設けることにより、筐体１２０の天面１２０Ｄ近傍においてヒートシールにより収縮した絶縁フィルム１３０の塊が生じてバスバーモジュールなどの周辺部材と干渉すること、およびその干渉を避けるために周辺部材の設計の自由度が低下することを抑制することができる。
側面被覆部１３０Ｂにヒートシールを施す際は、Ｚ軸方向の中央側に位置する第１領域１０に熱板（溶着プレート）を当接させてヒートシールを施しながら、天面１２０Ｄ近傍に位置する第２領域２０に放熱促進用の治具４００をあてて熱を逃がす。治具４００を当接させて天面１２０Ｄ近傍の放熱を促進することにより、ヒートシールにより収縮した絶縁フィルム１３０の塊が生じて周辺部材と干渉すること、およびその干渉を避けるために周辺部材の設計の自由度が低下することを抑制することができる。
図１０は、絶縁フィルム１３０の形状の変形例を示す図である。図１１は、図１０に示す絶縁フィルム１３０を電池セル１００の筐体１２０に被覆する工程を示す図である。
図１０，図１１に示す変形例において、絶縁フィルム１３０の側面被覆部１３０Ｂは、第１部分１３１Ｂと、第２部分１３２Ｂと、第３部分１３３Ｂとを含む。第１部分１３１Ａおよび第２部分１３２Ｂは、側面被覆部１３０Ａの側縁から突出する。第３部分１３３Ｂは、底面被覆部１３０Ｃの側縁から突出する。
図１０，図１１に示すように、筐体１２０の側面１２０Ａは側面被覆部１３０Ａにより被覆され、側面１２０Ｂは側面被覆部１３０Ｂにより被覆され、底面１２０Ｃは底面被覆部１３０Ｃにより被覆される。側面１２０Ｂ上において、側面被覆部１３０Ｂの第１部分１３１Ｂ、第２部分１３２Ｂ、および第３部分１３３Ｂが積層され、この積層部が溶着（ヒートシール）されて継目が閉じられる。
絶縁フィルム１３０を展開した状態において、側面被覆部１３０Ｂの第１部分１３１ＢのＸ軸方向の幅と第２部分１３２ＢのＹ軸方向の幅とが等しく、その境界部分の折曲線Ｓ１において折り曲げられ、互いに積層されている。他方、絶縁フィルム１３０を展開した状態において、第２部分１３２Ｂおよび第３部分１３３ＢのＸ軸方向の長さは、第１部分１３１ＢのＹ軸方向の長さよりも短い。よって、絶縁フィルム１３０を図１１に示すように折り畳んだとき、側面被覆部１３０Ｂの第１部分１３１Ｂは筐体１２０の側面１２０Ｂと天面１２０Ｄとの境界にまで達するのに対し、第２部分１３２Ｂおよび第３部分１３３Ｂは、天面１２０Ｄにまで達しない。
絶縁フィルム１３０を筐体１２０上に設けるときは、図１０に示すように、筐体１２０の底面１２０Ｃを絶縁フィルムの底面被覆部１３０Ｃに対向させた状態で、側面被覆部１３０Ａと底面被覆部１３０Ｃの境界線Ｌ１が内折りされる。これにより、側面被覆部１３０Ａにより筐体１２０の側面１２０Ａが被覆されるとともに、底面被覆部１３０Ｃにより筐体１２０の底面１２０Ｃが被覆される。
次に、側面被覆部１３０Ｂの第３部分１３３Ｂと底面被覆部１３０Ｃとの境界線Ｌ２において絶縁フィルム１３０が内折りされる。これにより、筐体１２０の側面１２０Ｂが、側面被覆部１３０Ｂの第３部分１３３Ｂにより被覆される。
さらに、側面被覆部１３０Ｂの第１部分１３１Ｂと第２部分１３２Ｂとの境界線である折曲線Ｓ１において絶縁フィルム１３０が内折りされ、側面被覆部１３０Ｂの第１部分１３１Ｂと第２部分１３２Ｂとが互いに積層される。
図１１に示す状態から、側面被覆部１３０Ｂの第１部分１３１Ｂおよび第２部分１３２Ｂが側面被覆部１３０Ａとの境界線Ｌ３で内折りされ、互いに積層された第１部分１３１Ｂおよび第２部分１３２Ｂが、第３部分１３３Ｂの表面に折り畳まれる。第１部分１３１Ｂ、第２部分１３２Ｂ、および第３部分１３３Ｂの積層部が加熱され、水密構造に溶着（ヒートシール）される。
図１０，図１１に示す変形例によれば、絶縁フィルム１３０の側面被覆部１３０Ｂが第１部分１３１Ｂ、第２部分１３２Ｂ、および第３部分１３３Ｂの三層構造となるため、より強力な絶縁保護を確保できる。他方、第２部分１３２Ｂおよび第３部分１３３Ｂの長さを第１部分１３１Ｂよりも短くして、筐体１２０の天面１２０Ｄ近傍には第１部分１３１Ｂのみを延在させるようにすることで、天面１２０Ｄ近傍においてヒートシールにより収縮した絶縁フィルム１３０の塊が生じて周辺部材と干渉すること、およびその干渉を避けるために周辺部材の設計の自由度が低下することを抑制することができる。
図１２は、ヒートシール工程において使用する治具５００を示す図である。図１２に示すように、治具５００は、筐体１２０の天面１２０ＤのＸ軸方向両端部に設けられ、絶縁フィルム１３０のヒートシール工程において、当該部分に温風が当たらないようにすることができる。これにより、筐体１２０の肩部において収縮した絶縁フィルム１３０の塊が生じて周辺部材と干渉すること、およびその干渉を避けるために周辺部材の設計の自由度が低下することを抑制することができる。
図１３は、変形例に係る電池セル１００を示す図である。図１３に示す変形例では、絶縁フィルム１３０の側面被覆部１３０Ｂ上に部材６００が設けられている。部材６００は、たとえばセパレータなどの別部品により構成される。絶縁フィルム１３０は、筐体１２０の天面１２０Ｄよりも若干下方で終端するように筐体１２０上に設けられる。部材６００は、使用環境に起因して絶縁フィルム１３０の二次収縮が生じた際に絶縁フィルム１３０の更なる垂れ下がりが発生することを抑制するために、絶縁フィルム１３０の側面被覆部１３０Ｂを押圧する。
図１４は、積層方向（Ｙ軸方向）の端部に位置する電池セル１００の上方角部の構造を示す図である。図１４に示すように、端部の電池セル１００とエンドプレート２００との間にはセパレータ７００が設けられる。エンドプレート２００は、アルミニウムや鋳鉄などの導電体からなる。セパレータ７００は、樹脂、ゴム、エラストマーなどの絶縁素材からなる。
図１４に示すように、絶縁フィルム１３０は、筐体１２０の天面１２０Ｄから所定の高さＨ（たとえば０．５ｍｍ程度）だけ低い位置で終端するように設けられる。絶縁フィルム１３０の上端からエンドプレート２００に至るまでの所定の沿面距離Ｌ（たとえば７ｍｍ程度）を確保する必要がある。このため、絶縁フィルム１３０の垂れ下がりを抑制する必要がある。
本実施の形態に係る電池セル１００によれば、上述のとおり、筐体１２０の肩部において熱収縮した絶縁フィルム１３０の塊が発生することを抑制できるたので、絶縁保護を図りながら電池セル１００の周辺部材の設計の自由度を向上させることができる。
なお、本実施の形態においては、側面１２０Ｂ上にヒートシール部１４０を設ける例について説明したが、ヒートシール部１４０を形成する位置は側面１２０Ｂに限定されない。また、本実施の形態においては、角形形状の筐体１２０を絶縁フィルム１３０で被覆する例について説明したが、電池セル１００の筐体１２０は円筒形状を有するものであってもよい。
以上、本開示の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 組電池、１０ 第１領域、２０ 第２領域、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１２０Ａ，１２０Ｂ 側面、１２０Ｃ 底面、１２０Ｄ 天面、１３０ 絶縁フィルム、１３０Ａ，１３０Ｂ 側面被覆部、１３０Ｃ 底面被覆部、１３０α 継目、１３１Ｂ 第１部分、１３２Ｂ 第２部分、１３３Ｂ 第３部分、１４０ ヒートシール部、１４０Ａ 終端部、２００ エンドプレート、３００ 拘束部材、４００，５００ 治具、６００ 部材、７００ セパレータ。
Claims (5)
- 天面、底面、ならびに前記天面と前記底面との間に位置する短側面および長側面を含む角形形状を有する外装缶と、
前記外装缶の少なくとも前記短側面および前記長側面を被覆する絶縁フィルムとを備え、
前記絶縁フィルムは前記外装缶の前記短側面上に継目を有し、前記継目はヒートシールされ、
前記継目は、ヒートシールされた第１部分と、ヒートシールされていないが前記第１部分と同等の絶縁保護を確保可能な第２部分とを含み、
前記第１部分は、前記外装缶の前記天面または前記底面から離間した位置にある、蓄電セル。 - 前記継目は前記底面から前記天面に向かう方向に沿って延びるように形成される、請求項１に記載の蓄電セル。
- 前記ヒートシールは前記底面から前記天面に向かう方向に沿って延びるように複数条形成される、請求項１または請求項２に記載の蓄電セル。
- 前記絶縁フィルムは、前記外装缶の前記天面上にまで延びる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電セル。
- 天面、底面、および前記天面と前記底面との間に位置する側面を有する外装缶の少なくとも前記側面上に絶縁フィルムを設ける工程と、
前記側面上の前記絶縁フィルムの継目をヒートシールする工程とを備え、
前記ヒートシールする工程は、前記外装缶の前記底面から前記天面に向かう方向の前記側面の第１領域にヒートシールを施しながら、前記外装缶の前記天面近傍または前記底面近傍に位置する前記側面の第２領域から熱を逃がすことを含む、蓄電セルの製造方法。
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