WO2005091398A1

WO2005091398A1 - フィルム外装電気デバイスおよびその製造方法

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Publication number: WO2005091398A1
Application number: PCT/JP2005/004191
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Yageta; Makihiro Otohata
Original assignee: Nec Lamilion Energy, Ltd.
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2005-09-29
Also published as: CN1771615A; US20060210872A1; JPWO2005091398A1; CN100361326C; JP4336764B2; US7736801B2; KR100708023B1; EP1739766B1; EP3038184B1; EP1739766A1; EP3038184A1; KR20060016755A; EP1739766A4

Abstract

　厚さの厚い電気デバイス要素を封止する場合であっても、外装材の熱融着部の根元でのマクロクラックの発生を防止する。　フィルム外装電池１０は、リード１２ａ，１２ｂが接続された電池要素１３と、リード１２ａ，１２ｂを突出させて電池要素１３を封止する外装フィルム１１とを有する。外装フィルム１１は、その周縁部が熱融着されることによって電池要素１３を封止している。外装フィルム１１の熱融着部１４は、電池要素１３の厚さ方向について電池要素１３の両表面の間に位置している。外装フィルム１１のリード１２ａ，１２ｂが突出していない辺には、外装フィルム１１同士が熱融着されずに密着している密着部１５が、電池要素１３を収納する空間に連続して形成される。密着部１５は、熱融着部１４の内縁の一端から他端までの距離の１／２以上の長さを有している。

Description

明細書

フィルム外装電気デバイスおよびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、化学電池要素やキャパシタ要素などの電気デバイス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気デバイスに関する。

背景技術

[0002] 従来、熱融着性のフィルムを外装材として用いたフィルム外装電池としては、ラミネ一トフイルムで電池要素を包囲し、電池要素に接続された正極および負極のリード端子をラミネートフィルム力も突出させた状態で、ラミネートフィルムの開放した縁部を熱融着 (シール)することによって、電池要素を気密封止（以下、単に「封止」ともいう）した構成のものが知られている。ラミネートフィルムとしては、金属層と熱融着性榭脂層とを積層したものが用いられる。この種のフィルム外装電池は、薄型化が容易であるという利点を有し、従来のフィルム外装電池の殆ど力扁平な形状をしている。

[0003] 他の外装材を用いた場合と同様、フィルムを外装材とする電池においても、電池内部への外気の侵入や電池内の電解液の漏洩が生じな、ように、シール部分での封止信頼性が確保されることが要求される。特に、非水電解液を含む電池 (以下、「非水電解質電池」ともいう）では、封止信頼性は重要である。シール不良があった場合、外気の成分により電解液が劣化し、電池性能が著しく劣化する。

[0004] また、フィルムを外装材とする電池にお!、て、特に電池要素がある程度の厚みを持つて、る場合には、電池要素の外形に合わせてフィルムをカップ状に深絞り成形することが一般に行われている。これは、電池要素の収納効率を向上させるため、および電池の外観を向上させるためである。

[0005] このような従来のフィルム外装電池として、特開 2000— 133216号公報には、アルミラミネートフィルム力なる外装材に、電池要素の外形に合致するカップ部を深絞り成形によって形成し、電池要素の近傍で外装材を熱融着した電池が開示されている。その文献によれば、電池要素の外形に合わせたカップ部を外装材に形成することで、封止のための外装材同士の熱融着を電池要素のごく近傍で行っても皺の発生が抑えられ、体積効率の良、電池が得られるとされて、る。

発明の開示

[0006] 上述のように、外装材にカップ部を形成し、電池要素の近傍で外装材を熱融着することは、体積効率を向上させるという点では有効である。しかし、電池要素の厚みが厚くなつてくると、従来知られていな力つた別の問題が発生する。前述の文献では、電池要素の厚さが 6mm程度の場合しか検討されて、な、。

[0007] 大容量の電池では、 6— 14mmといった厚さの電池要素が用いられる場合もある。

ところが、フィルム力もなる外装材にカップ部を形成する際の絞り深さには限界があるため、片側の外装材だけでなく両側の外装材にカップ部を形成し、カップ部同士を対向させることにより、絞り深さの 2倍の厚さの電池要素を収納することがしばしば必要となる。

[0008] 本発明者らは、大容量のフィルム外装電池の実現ィ匕を目的として、カップ部を形成した外装材に 6— 14mmの厚さの電池要素を収納する検討を行って、く中で、以下の問題点に直面した。その問題点とは、外装材の熱融着部を電池要素に近づけすぎると、減圧雰囲気下での封止後、大気圧中に戻した際に、外装材への大気圧の作用により、熱融着部の根元が電池要素に押し付けられるということである。熱融着部の根元が電池要素に押し付けられると、熱融着部の根元に好ましくな、応力が内在した状態となる。この応力は、外装材へのマイクロクラックの発生の原因となる。また、この問題は、電池要素の両側の外装材にカップ部を形成し、カップ部同士を対向させて電池要素を封止する場合に顕著である。それは、熱融着部が電池要素の両表面の間に位置するからである。

[0009] 以下に、この問題点について図 9および図 10を参照して説明する。

[0010] フィルム外装電池においては、前述したように、電池要素の封止を減圧雰囲気下で行うことが多い。電池要素の封止を減圧雰囲気下で行った場合、封止後のフィルム外装電池を大気中に戻したときに、外装材が大気圧によって電池要素に押し付けられる。その結果、図 9に示すように、フィルム外装電池 120の、リード 122が引き出されて、な、辺で熱融着部 124が内側に湾曲してしまうと、う現象が発生する。これは、リード 122が引き出されている辺では、外装材 121がリード 122に熱融着され、それによって外装材 121の変位が規制される力リード 122が引き出されていない辺では、外装材 121は他の部材に対して特に固着されておらず、内部の電池要素 123にほぼ密着するまでの範囲で自由に変位可能な構造となって、るために生じる現象である。

[0011] 外装材 121の封止辺が湾曲すると、熱融着部が電池要素に近付く方向に変位し、熱融着部の根元が電池要素に押し付けられる。その結果、図 10に示すように、熱融着部 124の根元において、熱融着部 124を剥がそうとする向きの力 F2が働く。この力 F2が外装材 121に加わった状態でフィルム外装電池を長時間放置したり、温度衝撃試験を行ったりすると、熱融着部 124の根元で、外装材 121の最内層である熱融着性榭脂層にマイクロクラックが生じることがある。外装材 121にマイクロクラックが発生すると、その大小にもよる力大きなものになると、電池要素の封止性能に影響を及ぼす。

[0012] 電池の使用時において、電池に規格範囲外の電圧が印加されたりすると、電解液溶媒の電気分解によりガス種が発生し、電池の内圧が上昇することがある。さらに、電池が規格範囲外の高温で使用されたりしても、電解質塩の分解などによりガス種のもとになる物質が生成されたりする。外装材にマイクロクラックが発生していると、内圧が上昇したときに、マイクロクラックがきっかけになって外装材に大きな亀裂が生じ、最悪の場合には外気とのリークパスが形成されることもある。

[0013] このように、マイクロクラックの発生は、電池要素の封止信頼性を低下させる要因となる。また、この問題は、フィルム外装電池に限らず、正極と負極とを対向させた構造を有する電気デバイスをフィルムからなる外装材で封止したフィルム外装電気デバィス一般に生じ得る問題である。

[0014] そこで本発明は、厚さの厚い電気デバイス要素をフィルムからなる外装材に封止する場合であっても、外装材の熱融着部の根元でのマイクロクラックの発生を防止するフィルム外装電気デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

[0015] 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は、正極および負極のリードが接続された電気デバイス要素と、少なくとも金属層と熱融着性榭脂層とを積層した構造を有し、熱融着性榭脂層を内面として電気デバイス要素をその厚さ方向両側から挟んで包囲しその周囲で熱融着されることによって、リードを突出させて電気デバイス要素を封止する外装フィルムとを有する。さらに本発明のフィルム外装電気デバイスは、外装フィルムには電気デバイス要素を収納するためのカップ部が形成され、これにより、外装フィルムの熱融着によって形成された熱融着部が、電気デバイス要素の厚さ方向について電気デバイス要素の両表面の間に位置しており、外装フィルムの辺のうちリードが突出していない辺の少なくとも 1つには、熱融着部と電気デバイス要素との間に、電気デバイス要素を介さずに直接対向した外装フィルム同士が熱融着されずに密着している密着部が形成されており、リードが突出していない辺に沿った方向での、熱融着部の内縁の一端力他端までの距離を Ll、密着部の長さを L2としたとき、 L2≥ (1Z2) L1である。

[0016] このように、密着部の長さ L2を熱融着部の内縁の一端力他端までの距離 L1の 1 Z2以上とすることで、熱融着部の根元に作用する外装フィルムの引き剥がし力が緩和される。密着部は、熱融着部の内縁の一端力他端までの範囲全体に形成されていることが好ましい。また、密着部の効果は、電気デバイス要素を収納するための力ップ部が外装フィルムに形成されている場合に特に有効である。

[0017] 本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、正極および負極のリードがそれぞれ接続された電気デバイス要素を、その厚さ方向両側から、少なくとも金属層と熱融着榭脂層とを積層した構造を有する外装フィルムで挟む工程と、外装フィルムからリードを突出させた状態で、電気デバイス要素を挟んだ外装フィルムの外周辺を熱融着することによって電気デバイス要素を外装フィルム内に封止する工程であって、外周辺の少なくとも最後の 1辺の熱融着を減圧雰囲気中で行う工程と、電気デバイス要素を封止した外装フィルムの周囲を大気圧雰囲気中に戻す工程と、を有する。そして本発明のフィルム外装電池の製造方法は、外装フィルムを熱融着する工程のうち、リードが突出していない辺の少なくとも 1辺の熱融着を、外装フィルムの加熱および加圧用の熱融着ヘッドを電気デバイス要素から 2mm以上離した位置で外装フィルムを加圧することによって行う。

[0018] 本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法によれば、電気デバイス要素を封止した外装フィルムの周囲を大気圧雰囲気中に戻したとき、外装フィルムは大気圧によって押し付けられる。外装フィルムの熱融着の際、リードが突出していない辺の少なくとも 1辺の熱融着を、熱融着ヘッドを電気デバイス要素から 2mm以上離した位置で外装フィルムを加圧して行うので、その辺では、外装フィルムが大気圧で押し付けられることによって、電池要素と熱融着部との間に密着部が形成される。つまり、密着部を形成するのに、特別な形状の熱融着ヘッドは不要である。

[0019] 以上説明したように本発明によれば、外装フィルムの所定の位置および範囲に、直接対向した外装フィルム同士が熱融着されずに密着している領域である密着部が形成される。そのことにより、特に電気デバイス要素の厚さが厚い場合に起こり易い、熱融着部の根元に作用する外装フィルムの引き剥がし力を緩和することができる。その結果、熱融着部の根元でのマイクロクラックの発生を防止することができる。また、本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法によれば、外装フィルムの熱融着に用 V、る熱融着ヘッドの電気デバイス要素との距離を規定するだけで、外装フィルムの熱融着に一般に用いられる熱融着ヘッドを用いて、上記密着部を極めて簡単に形成することがでさる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]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 2]外装フィルムにカップ部を形成するための深絞り成形を説明する図である。

[図 3]外装フィルムの熱融着方法を説明する図である。

[図 4]通常の熱融着後の外装フィルムの状態を示す断面図である。

[図 5A]図 1に示すフィルム外装電池において、電池要素を減圧封止したときの、減圧雰囲気中での、密着部を形成した部分での外装フィルムの断面図である。

[図 5B]図 1に示すフィルム外装電池において、電池要素を減圧封止したときの、大気圧中での、密着部を形成した部分での外装フィルムの断面図である。

[図 6]密着部の形成位置および範囲の一例を示す、フィルム外装電池の電池要素を透視した要部平面図である。

[図 7]外装フィルムに形成する密着部の他の例を示す、フィルム外装電池の平面図である。

[図 8]外装フィルムに形成する密着部のさらに他の例を示す、フィルム外装電池の平面図である。

[図 9]一般的なフィルム外装電池において電池要素の封止時に熱融着部に発生する不具合を説明する平面図である。

[図 10]図 9に示すフィルム外装電池の、リード端子が弓 Iき出されて!/、な、辺での断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0021] 図 1を参照すると、複数の正極および負極を積層した構造を有する略直方体状の電池要素 13と、電池要素 13の正極および負極のそれぞれに接続された正極リード 1 2aおよび負極リード 12b (以下、正極リード 12aと負極リード 12bとを総称して単に「リード」ということもある）と、正極リード 12aおよび負極リード 12bの一部を延出させて電池要素 13を封止する外装フィルム 11とを有する、本発明の一実施形態によるフィルム外装電池 10が示される。

[0022] 電池要素 13は、それぞれ電極材料が両面に塗布された金属箔カもなる複数の正極と複数の負極とが、セパレータを介して交互に積層されて構成されている。各正極および各負極の 1辺からはそれぞれ電極材料が塗布されて！ヽな、未塗布部分が突出して設けられている。正極の未塗布部分同士、および負極の未塗布部分同士は、一括して超音波溶接されて、それぞれ正極リード 12aおよび負極リード 12bと接続されている。正極および負極は、電極材料の未塗布部分を反対向きに突出させて重ねられている。したがって、正極リード 12aと負極リード 12bとは、フィルム外装電池 10の互いに対向する辺から引き出されている。電池要素 13の厚さは特に限定されないが、本発明は、電池要素 13が 6mm以上の厚さを有する場合に特に有効である。

[0023] リチウムイオン電池などの非水電解質電池の場合、一般には、正極を構成する金属箔にはアルミニウム箔が用いられ、負極を構成する金属箔には銅箔が用いられる。そして、正極リード 12aにはアルミニウム板が用いられ、負極リード 12bにはニッケル板または銅板が用いられる。負極リード 12bを銅板で構成する場合、その表面に-ッケルめっきを施しても良い。

[0024] セパレータは、ポリオレフイン等の熱可塑性榭脂から作られた、マイクロポーラスフィルム (微多孔フィルム）、不織布あるいは織布など、電解液を含浸することができるシート状の部材を用いることができる。

[0025] 外装フィルム 11は、電池要素 13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力もなり、電池要素 13の周囲で重なり合った対向面同士を熱融着することで、電池要素 13が封止されている。図 1には、外装フィルム 11の熱融着される領域を熱融着部 14として斜線で示している（以降の図でも同様に熱融着部を斜線で示す。）。各外装フィルム 11には、電池要素 13を包囲する空間である電池要素収納部を形成するために、それぞれ中央領域にカップ部 11aが形成されている。カップ部 11aは、深絞り成形によって形成することができる。

[0026] 外装フィルム 11を構成するラミネートフィルムとしては、柔軟性を有しており、かつ電解液が漏洩しな、ように電池要素 13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る。外装フィルム 11に用いられるラミネートフィルムの代表的な層構成としては、金属薄膜層と熱融着性榭脂層とを積層した構成、あるいは、金属薄膜層の熱融着性榭脂層の反対側の面にさらに、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フィルム力もなる保護層を積層した構成が挙げられる。電池要素 13を封止するに際しては、熱融着性榭脂層を対向させて電池要素 13を包囲する。

[0027] 金属薄膜層としては、例えば、厚さ 10 μ m— 100 μ mの、 Al、 Ti、 Ti合金、 Fe、ステンレス、 Mg合金などの箔を用いることができる。熱融着性榭脂層に用いられる榭脂としては、熱融着が可能な榭脂であれば特に制限はなぐ例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリエチレンサルファイド、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。熱融着性榭脂層の厚さは 10— 200 mが好ましぐより好ましくは 30 m— 100 μ mであ。

[0028] 外装フィルム 11による電池要素 13の封止は、本実施形態のように 2枚の外装フィルム 11で電池要素 13を挟み、正極リード 12aおよび負極リード l ibを外装フィルム 1 1から突出させた状態で、電池要素 13の周囲で外装フィルム 11の外周の 4辺を熱融着すること〖こよって行ってもよい。または、この外装フィルム 11の約 2倍のサイズを有する 1枚の外装フィルムを 2つ折りにして電池要素 13を挟み、開放して!/、る 3辺を熱融着することによって行ってもょ、。

[0029] 外装フィルム 11の熱融着に際しては、 1辺を残して外装フィルム 11を熱融着して、電池要素 13を収納した内部空間を有する袋状とし、その中に電解液を注入し、その後、減圧雰囲気中で残りの 1辺を熱融着して、電池要素 13を封止する。減圧雰囲気中での電池要素 13の封止には、熱融着装置を内部に備えた減圧チャンバを有する減圧封止機を用いることができる。電池要素 13の封止後、電池要素 13を封止した外装フィルム 11を大気中に戻すことによって、外装フィルム 11が電池要素 13の表面に密着するように変形する。電解液の注入を減圧雰囲気中で行うことができれば、最後の 1辺以外の熱融着も減圧雰囲気中で行ってもよい。

[0030] 外装フィルム 11には、図 1に示したように、カップ部 11aの周囲に熱融着部 14が形成されている。外装フィルム 11の外周各辺のうち、正極リード 12aおよび負極リード 1 2bが引き出されていない辺の一部では、熱融着部 14はカップ部 11aから離れた位置に形成されている。これによつて、外装フィルム 11には、カップ部 11aも形成されず、かつ熱融着もされていない、対向している外装フィルム 11同士が単に密着しているだけの密着部 15が、カップ部 1 laすなわち電池要素 13を収納して、る空間と連続して形成されている。

[0031] 前述したように、電池要素 13を減圧雰囲気中で封止したとき、封止後のフィルム外装電池 10はリードが引き出されていない辺で熱融着部 14が内側に湾曲する。そして、そのときに熱融着部 14に加わる力によって、外装フィルム 11の熱融着性榭脂層にマイクロクラックが生じると考えられる。したがって、リードが引き出されていない辺において、熱融着部 14に加わる力を緩和すれば、マイクロクラックの発生を防止し、ひいては電池要素 13の封止信頼性の低下を防止できると考えられる。外装フィルム 11 に形成した密着部 15は、熱融着部 14に加わる力を緩和する機能を果たすものである。

[0032] 外装フィルム 11への深絞り成形によるカップ部 11aの形成は、図 2に示すように、力ップ部 11aの形状に合わせた開口部を有するダイス 21と、ダイス 21の開口部に所定のクリアランスを介して嵌合するポンチ 22とを用い、ダイス 21上にしわ押え (不図示）によって保持された外装フィルム 11をポンチ 22によって絞り込むことによって行う。ダイス 21の肩部 21aには、開口部への外装フィルム 11の引き込みをスムーズにするために、アール力卩ェが施されている。よって、成形後の外装フィルム 11には、カップ部 1 laの根元部に、ダイス 21の肩部 21aに対応するアール部 l ibが形成される。

[0033] そして、深絞り成形によってカップ部 11aが形成された外装フィルム 11を熱融着する際には、図 3に示すように、一対の熱融着ヘッド 23で外装フィルム 11のつば部を加熱および加圧する。このとき、通常は、外装フィルム 11の損傷を防ぐため、アール部 1 lbを潰さな、ように、カップ部 1 laの側面力も離した位置で熱融着ヘッド 23を外装フイルム 11に加圧する。このため、熱融着後の外装フィルム 11の状態としては、図 4の断面図に示すように、熱融着部 14の根元における外装フィルム 11同士の成す角 Θ は、 180° 以上となることはあり得ず、通常は 90° 以下となる。なお、図 4において、各熱融着部 14で一体ィ匕している融着層 14aは、熱融着性榭脂層 17同士が融着したものである。熱融着部の根元 14cは、融着層 14aの端部であり、角 Θはこの位置における熱融着性榭脂層 17同士の成す角である。また、熱融着性榭脂層 17の外側の層は、金属薄膜層 18である。

[0034] 上記の熱融着を行った後、外装フィルム 11の最後の 1辺の熱融着を減圧雰囲気中で行い（上記の熱融着が最後の 1辺である場合もある）、電池要素 13を封止した後に、外装フィルム 11の周囲を大気圧に戻すと、外装フィルム 11が大気圧によって電池要素 13の側面に押し付けられる。ここで、従来の考え方では、スペース効率の観点から、電池要素 13になるべく近い位置で熱融着を行う。そのため、熱融着部 14の根元も大気圧により電池要素 13に直接押し付けられる。これにより、熱融着部 14の根元での外装フィルム 11同士の成す角 Θを拡げるような力、すなわち、熱融着部 14での外装フィルム 11を引き剥がす力（図 10に示す力 F2)が働く。

[0035] そこで、外装フィルム 11の熱融着の際に熱融着ヘッド 23を電池要素 13から適当な距離だけ離間した位置で外装フィルム 11に加圧することにより、上述した密着部 15 をフィルム外装材 11に形成することができる。この密着部 15を、特定の位置および範囲に設けることによって、熱融着部 14に加わる力を効果的に緩和させることができる。

[0036] 以下に、電池要素 13を減圧封止したときの、密着部 15を形成した辺での外装フィルム 11の挙動を、密着部 15が形成された領域での断面図である図 5Aおよび図 5B を参照して説明する。

[0037] まず、図 5Aに示すように、減圧封止機を用いて減圧雰囲気中で電池要素 13を封止したとき、減圧封止機のチャンバを大気開放する前の状態である減圧雰囲気中では、外装フィルム 11で囲まれた、電池要素 13を収納する空間 10aの内部（カップ部 1 laの内部）の圧力は、フィルム外装電池の外部の圧力と同じである。したがって、外装フィルム 11の熱融着部 14には何の力も作用して、な、。

[0038] その後、減圧封止機のチャンバ内を大気開放し、フィルム外装電池の周囲を大気圧に戻すと、図 5Bに示すように、外装フィルム 11には大気圧によって内側に押し付けられる力 F3が働く。熱融着部 14は、電池要素 13から離れた位置に形成されているので、力 F3によって、電池要素 13と熱融着部 14との間の、外装フィルム 11同士が熱融着されていない領域は互いに密着し、密着部 15が形成される。電池要素 13と熱融着部 14との間に、外装フィルム 11同士が熱融着されていない密着部 15が存在することにより、熱融着部 14の根元 14cは電池要素 13に直接押し付けられず、根元 14cでは外装フィルム 11同士の成す角は実質的に 0° に保たれる。その結果、電池要素 13の厚さが例えば 6mm以上であるような厚い場合であっても、密着部 15が形成された部分では熱融着部 14を引き剥がそうとする力が抑制される。

[0039] 大気圧による外装フィルム 11の変形量は、リードが引き出されていない辺では、図 9に示すように、その長さ方向の中央部で最も大きい。熱融着部 14の根元 14cに作用する引き剥がし力は、外装フィルム 11の変形量が大きいほど大きい。つまり、リードが引き出されていない辺では、外装フィルム 11にマイクロクラックが発生する可能性が最も高いのは、辺の長さ方向中央部である。このことを考慮すると、密着部 15は、リードが引き出されていない辺の長さ方向中央部を含む領域に設けるのが好ましい。ただし、大気圧によって外装フィルム 11が湾曲する範囲は、辺の中央部を中心にして、辺の長さ方向にある程度広がりを持っている。したがって、熱融着部 14の根元 1 4cが電池要素 13側に押し付けられる部分も、辺の長さ方向にある程度広がりを持つており、密着部 15を辺の長さに対して小さな範囲に設けても、熱融着部 14に加わる力を十分に緩和できない。 [0040] そこで、図 6に示すように、密着部 15を設ける位置を、外装フィルム 11の正極リード 12aおよび負極リード 12bが引き出されていない辺とし、しかも、その密着部 15が設けられた辺において、その辺に沿った方向での、密着部 15の長さ L2を、熱融着部 1 4の内縁の一端力他端までの距離 L1の 1Z2以上とする。これにより、大気圧によつて外装フィルム 11が湾曲する範囲のほぼ全域を密着部 15がカバーでき、電池要素 13の封止時に熱融着部 14の根元 14cに加わる外装フィルム 11の引き剥がし力を十分に緩和することができる。その結果、外装フィルム 11の熱融着性榭脂層へのマイク口クラックの発生が効果的に抑制され、このマイクロクラックがきっかけとなって生じる電池要素 13の封止信頼性の低下を防止することができる。 L2が L 1の 1Z2未満であると、密着部 15が設けられた辺では熱融着部 14の根元 14cに作用する引き剥がし力が支配的となり、外装フィルム 11にマイクロクラックが発生するのを抑制すると!/、う観点からは、あまり効果的ではない。

[0041] 以上のことから、密着部 15を設ける位置および範囲として好ましいのは、正極リード 12aおよび負極リード 12bが弓 Iき出されて!/、な、辺での熱融着部 14の内縁の一端から他端までの範囲の中央を含む位置に、長さ L2が上記の距離 L1の 1Z2以上である密着部 15を配置することである。密着部 15の範囲としてより好ましいのは、長さ L2を上記の距離 L1の 2Z3以上であることであり、さらに好ましいのは、正極リード 12aおよび負極リード 12bが引き出されて!/、な、辺での熱融着部 14の内縁の一端力も他端までの範囲全体、すなわち L1 =L2となるように密着部 15を設けることである。最も好ましいのは、正極リード 12aおよび負極リード 12bが設けられていない全ての辺の全域に密着部 15を設けることである。

[0042] また、電池要素 13の厚さ方向、言い換えれば正極と負極とが積層されている方向での熱融着部 14の位置に着目すると、密着部 15による効果は、熱融着部 14が電池要素 13の厚さ方向での電池要素 13の両表面の間に位置する場合に特に有効である。それは、熱融着部 14が電池要素 13の厚さ方向での電池要素 13の両表面の間に位置する場合に、熱融着部 14の根元 14cで外装フィルム 11同士が成す角 Θ (図 4 参照）を拡げる力が作用する力である。

[0043] 熱融着部 14が電池要素 13の厚み方向での電池要素 13の両表面の間に位置する場合としては、本実施形態のように、外装フィルム 11が電池要素 13の厚さ方向両側にカップ部 1 laを有する場合が代表的な例としてあげられる。ただし、片側だけにカツプ部を有する場合や、カップ部は形成されていないが減圧封止により結果的に電池要素 13の厚さ方向両側にお、て外装フィルム 11が電池要素 13の外形状に倣って変形した場合でも、熱融着部 14が電池要素 13の両表面の間に位置することもある。このような場合でも、上述した熱融着部 14の根元 14cでの外装フィルム 11の成す角 Θが拡がるという問題は発生し得る。よって、熱融着部 14が電池要素 13の両表面の間に位置していれば、カップ部の有無にかかわらず本発明は有効である。

[0044] 熱融着部 14の根元 14cに作用する力を緩和するためには、密着部 15は、対向する外装フィルム 11同士が互いに熱融着されずに単に密着して、る領域を実質的に有していればよい。したがって、図 6に示す密着部 15の幅 W (密着部 15が設けられている辺の長さ方向に直角な方向での密着部 15の寸法）は、 0. 5mm以上あれば十分である。密着部 15の幅 Wを小さくすることによって、密着部 15によるフィルム外装電池の外形寸法の増加分を抑制することができる。また、 3mmを超えるような幅 Wで密着部 15を形成しても、熱融着部 14の根元 14cに作用する力を緩和するという効果にはあまり影響はない。逆に大きすぎる幅 Wを有する密着部 15は、電池の外形サイズを大きくする。電池の外形サイズはできるだけ小さいほうが好ましい。以上より、密着部 15の幅 Wは、 0. 5mm以上、 3mm以下であることが好ましい。

[0045] また、図 7に示すように、正極リード 12aおよび負極リード 12bが引き出されていない辺での熱融着部 14の内縁の一端力も他端までの範囲全体に密着部 15を設ける場合、外装フィルム 11を熱融着する際の、電池要素 13に対する熱融着ヘッドの位置を適宜設定することで、従来の一般的な熱融着ヘッドを用いて密着部 15を形成することができる。密着部 15を形成するための、電池要素 13と熱融着ヘッドとの好ましい距離は、電池要素 13のサイズ、外装フィルム 11に形成するカップ部の深さ、カップ部を深絞り成形によって形成するのに用いるダイスの肩部の曲率の大きさ等に応じて適宜決定される。 6mmを超える厚さの電池要素 13を用いる場合、熱融着部 14の根元の電池要素 13への押し付けが、より起こりやすくなる。このような場合も考慮すると、電池要素 13と熱融着ヘッドとの距離は、 2mm以上とすることが好ましぐより好ましくは 3mm以上であり、さらには 4mm以上であってもよい。

[0046] 熱融着部 14の幅 Wsは、熱融着ヘッドの幅よりも僅かに大きいことが多い。これは、熱融着の際に外装フィルム 11の溶融した熱融着性榭脂が熱融着ヘッドにより加圧されている部分力も 0. 1mm— lmm程度はみ出すことによる。熱融着性榭脂のはみ出し量が大きくなりすぎると、熱融着部 14の根元の位置がそれだけ電池要素 13側に寄ることになる。それが、電池要素 13と熱融着ヘッドとの距離を 2mm以上とする理由である。

[0047] 上述した実施形態では、密着部を一定の幅で形成した例を示したが、密着部の幅は一定でなくてもよい。その一例を図 8に示す。図 8に示す例では、密着部 15は、それが設けられている辺での熱融着部の一端力他端までの範囲の中央で最も大きな幅を有し、辺の両端へ向力つて幅が狭くなるように形成されている。前述したように、電池要素を減圧下で封止したフィルム外装電池を大気圧中に戻したときの外装フィルム 11の変形量は、リードが引き出されていない辺の長さ方向中央部で最も大きぐそこから両端に向力つて徐々に小さくなる。そこで、外装フィルム 11の場所ごとによる変形量に合わせて密着部 15の幅を変えることで、密着部 15を有効に利用することができる。

[0048] 図 8では、リードが設けられていない辺の全域に密着部 15を形成している力密着部 15の長さは、熱融着部の内縁の一端力他端までの距離の 1Z2以上であればよい。また、密着部 15の幅は、連続的に変化していてもよいし、不連続に変化していてちょい。

[0049] 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ぐ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。

[0050] 例えば、電池要素の構造について、上述した例では複数の正極および負極を交互に積層した積層型を示した力正極、負極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および負極を重ね合わせ、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、。

[0051] 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 'マンガン複合酸ィ匕物、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。電池要素としては、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が挙げられる。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタゃ電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素のような、互いに対向した正極と負極との作用により電気エネルギーを内部に蓄積する電気デバイス要素を外装フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。

[0052] さらに、図 1には、正極リード 3と負極リード 4をフィルム外装電池 1の対向する辺から延出させた例を示した力これらは同じ辺力延出させてもよい。

実施例

[0053] 以下に、本発明の具体的な実施例について比較例とともに説明する。

[0054] (実施例 1)

金属箔の両面に電極材料を塗布してなる複数の正極と複数の負極とを、セパレータを介して交互に積層した。正極用の金属箔にはアルミニウム箔を用いた。負極用の金属箔には銅箔を用いた。セパレータとしては、厚さ 30 mのポリエチレン製の微孔フィルムを用いた。セパレータは矩形であり、そのサイズは、正極のサイズよりも縦横それぞれ 2mmずつ大きく負極とほぼ同じサイズの、横 75mm、縦 130mmとした。最も外側の電極は負極となるようにし、その負極のさらに外側にもセパレータを設置した

。すなわち、セパレータ Z負極 Zセパレータ Z正極 Zセパレータ Z Z負極 Z セパレータ、という順番である。正極、負極およびセパレータカもなる積層体の厚さは 10mmとした。また、正極および負極の積層に際しては、正極リードおよび負極リードを反対向きとするために、正極および負極の電極材料非塗布部が反対側を向くように向きを揃えた。

[0055] 次に、正極リードとなる、所定厚さ、所定幅および長さ 50mm (電流の流れる方向を「長さ」方向とする）のアルミニウム板と、正極の電極材料非塗布部とを一括して超音波溶接した。同様に、負極リードとなる、厚さ 0. lmm,幅 40mm、長さ 50mmの銅板と、負極の電極材料非塗布部とを一括して超音波溶接した。以上により電池要素を構成する積層体を作製した。

[0056] 一方、外装フィルムとして、ナイロン（25 μ m厚）、軟質アルミニウム（40 μ m厚）、酸変成ポリプロピレン（15 m厚）、ポリプロピレン（30 μ m厚）をこの順に積層したラミネートフィルムを用意した。用意したラミネートフィルムを所定のサイズに切り出し、ダイス、ボンチ、および、しわ押えを有する深絞り成形機を用いてカップ状に深絞り成形した。ダイスには、矩形状の開口部が形成されており、電池要素の横方向に対応する方向での開口部の寸法は、 76mmとした。また、ダイスの肩部（図 2の符号 21a参照）の半径は lmmとした。すなわち、深絞り成形によって形成したカップ部の横方向の寸法は、アール部の麓も含めて 78mmとなる。絞り深さは 5mmとした。

[0057] 次に、カップ状に成形したラミネートフィルムの、カップ部の周囲のつば状となっている部分を、 10mm幅の辺になるようにトリミングした。同様にしてラミネートフィルムにカップ部の成形および周囲のトリミングを施したものをもう 1枚作製した。

[0058] そして、カップ部を形成した 2枚のラミネートフィルムを、電池要素がカップ部に収納されるように、電池要素を間において挟むように対向させた。この状態では、ラミネートフイルムの対向する 2つの短辺から、正極リードおよび負極リードがそれぞれ引き出されていた。

[0059] 次に、ラミネートフィルムの正 Z負極のリードが引き出された辺をそれぞれ熱融着し、さらに残りの長辺 2辺のうち 1辺を熱融着し、ラミネートフィルムを袋状とした。袋状となったラミネートフィルムに未熟融着部力電解液を注液した後、真空チャンバ内に熱融着機を有する真空シール機を用いて、減圧下で残りの 1辺を熱融着し、電池要素を封止した。ラミネートフィルムの長辺 2辺の熱融着の際、熱融着ヘッドを電池要素力 4mm離間させて熱融着を行った。つまり、電池要素のセパレータの端力も熱融着ヘッドの当接端までの距離を 4mmとした。

[0060] 減圧下での電池要素の封止後、真空チャンバを大気圧に戻した。得られたフィルム外装電池を真空チャンバから取り出し、その外観を観察した。長辺 2辺の熱融着部と電池要素との間に、図 5Bに示したように、ラミネートフィルム同士が接着されておらず大気圧により密着のみしている密着部が、熱融着部の内縁全域にわたって形成されていた。密着部の幅は 3— 3. 5mmであった。また、長辺 2辺は図 9のように内側方向に湾曲しており、最も湾曲量の大きい中央部は、両端よりも約 0. 5mmだけ内側方向に入り込んでいた力その中央部でも約 3mmの幅の密着部が形成されていた。密着部の長さ L2 (図 6参照）と、熱融着部の内縁の一端力も他端までの距離 L1 (図 6参照 )は、ともに 146mmであった。

[0061] フィルム外装電池を分解して長辺の熱融着部を観察したところ、熱融着部の根元には、熱融着時の熱融着ヘッドの加圧端から約 0. 5mm電池内部に入り込む方向にラミネートフィルムの榭脂のはみ出しが見られた。そして、このはみ出した榭脂を電池の内側方向から顕微鏡観察したところ、榭脂の白化は観察されな力つた。さらに、高倍率の反射方光学顕微鏡を用いて観察しても、クラックは見られな力つた。

[0062] (実施例 2)

長辺 2辺の熱融着の際に電池要素力熱融着ヘッドまでの離間距離を 3mmとした他は、実施例 1と同様にしてフィルム外装電池を作製した。

[0063] 作製したフィルム外装電池には、本実施例でも、長辺 2辺の熱融着部と電池要素との間に、実施例 1と同様に、密着部が形成された。密着部の幅は、 1. 5-2. 5mmであった。また、長辺 2辺の湾曲も実施例 1と同様に生じており、最も湾曲量の大きい中央部は両端よりも約 lmmだけ内側方向に入り込んでいた力その中央部にも約 1. 5 mm幅の密着部が形成されてヽた。

[0064] フィルム外装電池を分解して長辺の熱融着部を観察したところ、本実施例においても、実施例 1と同様に、熱融着部の根元に約 0. 5mmの榭脂のはみ出しが見られた。榭脂のはみ出した部分を実施例 1と同様に電池の内部側から顕微鏡で観察したが、榭脂の白化もクラックも観察されな力つた。

[0065] (比較例 1)

長辺 2辺の熱融着の際に電池要素力熱融着ヘッドまでの離間距離を lmmとした他は、実施例 1と同様にしてフィルム外装電池を作製した。

[0066] 作製したフィルム外装電池は、本実施例でも、長辺 2辺が図 9のように内側方向に湾曲しており、最も湾曲量の大きい中央部は、両端よりも約 lmmだけ内側方向に入り込んでいた。長辺の中央部では、熱融着部の根元が電池要素に押し付けられているのが、外観力もも認識できた。そこに密着部は形成されていな力つた。

フィルム外装電池を分解して長辺の熱融着部を観察したところ、本実施例においても、実施例 1と同様に熱融着部の根元に約 0. 5mmの榭脂のはみ出しが見られた。榭脂のはみ出した部分を電池の内部側力顕微鏡で観察したところ、長辺の中央を中心にして約 98mmの長さにわたって白化が観察された。さらに、白化した部分を高倍率の反射方光学顕微鏡で観察したところ、クラックの存在が確認された。

Claims

請求の範囲

[1] 正極用のリードおよび負極用のリードが接続された電気デバイス要素と、

少なくとも金属層と熱融着性榭脂層とが積層された外装フィルムであって、前記熱融着性榭脂層を内面として前記電気デバイス要素をその厚さ方向両側力挟んで包囲しその周囲で熱融着されることによって、前記リードを突出させて前記電気デバイス要素を封止する外装フィルムとを有し、

前記外装フィルムには、前記電気デバイス要素を収納するためのカップ部が形成され、これにより、前記外装フィルムの熱融着によって形成された熱融着部が、前記電気デバイス要素の厚さ方向について前記電気デバイス要素の厚さ方向両表面の間に位置しており、

前記外装フィルムの辺のうち前記リードが突出していない辺の少なくとも 1つには、前記熱融着部と前記電気デバイス要素との間に、前記電気デバイス要素を介さずに直接対向した前記外装フィルム同士が熱融着されずに密着している密着部が形成されており、

前記密着部が形成された辺に沿った方向での、前記熱融着部の内縁の一端から他端までの距離を Ll、前記密着部の長さを L2としたとき、 L2≥ (1Z2) L1であるフィルム外装電気デバイス。

[2] 前記密着部は、前記密着部が形成された辺での前記熱融着部の内縁の一端から他端までの範囲の中央を含む位置に形成されて!、る、請求項 1に記載のフィルム外装電気デバイス。

[3] 前記密着部は、前記密着部が形成された辺での前記熱融着部の内縁の一端から他端までの範囲全体に形成されて!、る、請求項 2に記載のフィルム外装電気デバィス。

[4] 前記密着部の幅は、前記密着部が形成された辺での前記熱融着部の内縁の一端力他端までの範囲の中央で最も大きくなるように、連続的または不連続に変化して V、る、請求項 2に記載のフィルム外装電気デバイス。

[5] 前記密着部は、前記外装フィルムの前記リードが突出していない全ての辺に形成されて、る、請求項 1に記載のフィルム外装電気デバイス。

[6] 前記カップ部は、前記電気デバイス要素の厚さ方向両側にそれぞれ形成されている、請求項 1に記載のフィルム外装電気デバイス。

[7] 前記密着部の幅は 0. 5mm以上である、請求項 1に記載のフィルム外装電気デバイス。

[8] 前記電気デバイス要素の厚さが 6mm以上である、請求項 1に記載のフィルム外装電気デバイス。

[9] 前記電気デバイス要素は、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気デバイス。

[10] 正極用のリードおよび負極用のリードがそれぞれ接続された電気デバイス要素を、その厚さ方向両側から、少なくとも金属層と熱融着榭脂層とが積層された外装フィルムで挟む工程と、

前記外装フィルムから前記リードを突出させた状態で、前記電気デバイス要素を挟んだ前記外装フィルムの外周辺を熱融着することによって前記電気デバイス要素を前記外装フィルム内に封止する工程であって、前記外周辺の少なくとも最後の 1辺の熱融着を減圧雰囲気中で行う工程と、

前記電気デバイス要素を封止した前記外装フィルムの周囲を大気圧雰囲気中に戻す工程とを有し、

前記外装フィルムを熱融着する工程は、前記リードが突出していない辺の少なくとも 1辺の熱融着を、前記外装フィルムの加熱および加圧用の熱融着ヘッドを前記電気デバイス要素から 2mm以上離した位置で前記外装フィルムを加圧することによつて行うことを含む、フィルム外装電気デバイスの製造方法。