JP4453454B2 - ラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラミネートフィルムにて発電要素が収納された電池（以下、「ラミネート型二次電池」とする）の製造方法及びそのための製造装置に関し、さらに詳細には、ラミネートフィルムのシール部分が強度的に安定した溶着構造となるラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置に関する。

近年、ラミネート型二次電池は、携帯型ＰＣや携帯電話を始めとする電子機器のみならず、ハイブリッド車や電気自動車の電源として注目されている。このラミネート型二次電池は、ラミネート外装体であるラミネートフィルムにて発電要素を封止し、その後に常温で電解液を注入するなどの工程を経て作製される。
ラミネート型二次電池は、図８に示すように、発電要素１１０と、その発電要素１１０に接した極端子１１１とを有し、これらが２枚のラミネートフィルム１０１によって上下から挟み込まれる。発電要素１１０は、両極シートにセパレータを挟んで捲回され、扁平状に形成されたものである。極端子１１１はラミネートフィルム１０１から突出するように配置され、金属箔の両面に樹脂がコーティングされたラミネートフィルム１０１は、挟み込んだ発電要素１１０の周囲が加熱溶着によって密封される。

こうしたラミネート型二次電池の製造では、従来、ラミネートフィルム周縁部についてのシールを行う場合、例えば下記特許文献１に記載されたような方法がとられていた。図９及び図１０は、同公報に記載された溶着方法を示した図である。これは、扁平形電池の製造を示したものであるが、その周囲の加熱溶着はラミネート型二次電池のラミネートフィルムの溶着にも利用される。
ここでは、正極端子板１２１の周縁部に樹脂層１２２が設けられ、台形部には正極１３１が配置され、その上にセパレータ１３２と負極１３３が積層されている。正極１３１、セパレータ１３２および負極１３３によって発電素子１３０が構成されている。そして、更にその上に周縁部に樹脂層１２３を設けた負極端子板１２４が重ねられている。

積層された正極端子板１２１や負極端子板１２４などは、その周縁部が下部金型１４０と上部金型としての加熱体１５０に挟み込まれ、所定の圧力で押さえ付けられている。そして、加熱体１５０には電流が流されて２５０℃に加熱され、樹脂層１２２，１２３が溶融して周縁部が溶着される。その後、加熱を停止して下部金型１４０と加熱体１５０との加圧状態を維持したまま低温空気噴射装置１６０，１７０から噴射される空気によって樹脂層１２２，１２３が冷却・固化される。
従って、ラミネート型二次電池の製造方法でも、ラミネートフィルムをシールする場合には、重ね合わされたラミネートフィルム１０１の周縁部が、同様に下部金型１４０と加熱体１５０に挟み込まれて加熱され、対面する両面が溶着した後に冷却される。
特開平１−２１３９５５号公報（第３頁、図１，図２）

こうした従来のラミネート型二次電池の製造方法では、冷却手段として低温空気噴射装置１６０，１７０を用いている。しかしながら、冷却時に加熱直後の熱をもった加熱体１５０によって溶着部が押さえ付けられたたままなので、樹脂層１２２，１２３を冷却するためには低温空気噴射装置１６０，１７０は加熱体１５０も同時に冷却しなければならず、エネルギーロスが大きかった。従って、低温空気噴射装置１６０，１７０を使用しても、加熱体１５０も含めて樹脂層１２２，１２３を瞬時に冷却することは困難であった。そして、こうした冷却の遅れは生産性を低下させる原因となっていた。

そこで、生産性を向上させるには、加熱溶着の後に加熱体１５０による押さえ付けを解除し、樹脂層１２２，１２３のある溶着部を低温空気噴射装置１６０，１７０によって冷却することが考えられる。しかしこれでは、溶融後の樹脂層が開放状態になってしまい、その状態で冷却を行うと、まだ溶融状態の樹脂層に剥がれや膨らみが生じてしまう。これでは、溶着部分の最終的な形状の安定性が悪くなり、また厚みにバラツキが生じてしまって強度低下を引き起こすことになる。ラミネートフィルムの溶着強度は、溶着厚みによって大きく左右されるからである。故に、ラミネートフィルムの溶着部の厚みの管理が溶着強度を管理する上で最も重要な点であり、厚みがばらついた状態では、製品の耐圧性能を保証することができなくなってしまう。

このことから、加熱した加熱体１５０に代えて冷却用押付部材で加圧することも考えられるが、溶融直後の樹脂層を開放することは、その開放が一時的であったとしても樹脂層が膨らんでしまった状態で凝固してしまう。従って、冷却用押付部材への交換はラミネートフィルムの溶着部の厚みの管理が不十分になって、最終的な形状の安定性を損なうことになるため好ましい方法ではない。
以上の点から、従来よりラミネート型二次電池の製造方法では、生産性を向上させるべく瞬間的な冷却を行うことと、品質の良い製品を得るべく溶着後の加圧状態を維持して最終形状を安定性させることが望まれている。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、溶着強度を安定させ、製造時間の短縮させるラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係るラミネート型二次電池の製造方法は、発電要素を挟み込んだ２枚のラミネート外装体の周縁部を重ね合わせ、その周縁部を加圧して挟み込んでおいた状態で加熱溶着してシールするものであって、前記周縁部の少なくとも一方の面はレーザ透過性部材で挟み込み、そのレーザ透過性部材を通してレーザ光を照射することにより前記周縁部を溶融する加熱工程と、前記加熱工程後もレーザ透過性部材による前記周縁部の挟み込みを継続することにより、その周縁部を冷却する冷却工程とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造方法は、前記ラミネート外装体の周縁部を一対のレーザ透過性部材で挟み込み、両面からレーザ光を照射するようにしたことを特徴とする。

本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、発電要素を挟み込んだ２枚のラミネート外装体の周縁部を重ね合わせ、その周縁部を加圧して挟み込んでおいた状態で加熱溶着してシールするものであって、前記周縁部を挟み込む一対の押付部材のうち少なくとも一方がレーザ透過性押付部材であり、そのレーザ透過性押付部材を介して前記周縁部にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記押付部材に対して前記周縁部を加圧して挟み込むための加圧手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記周縁部を挟み込む一対の押付部材は両方がレーザ透過性押付部材であり、両方のレーザ透過性押付部材に対して前記レーザ照射手段が設けられたものであることを特徴とする。

また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記レーザ照射手段は、高出力半導体レーザを積層し、前記ラミネート外装体の周縁部に合わせた形状のレーザ光を照射するようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記レーザ透過性押付部材と前記レーザ照射手段とが重ねられ、そのレーザ透過性部材が、均一な厚さで形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記押付部材が、その一部が切り離されたものであること、又は一部に所定深さの溝が形成されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記レーザ透過性押付部材はその上に載せられた前記レーザ照射手段より横幅が広く形成され、前記レーザ照射手段からはみ出した部分で支持され、又は前記レーザ照射手段からはみ出した部分で前記加圧手段からの力が伝達されるようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置は、前記レーザ透過性押付部材は、レーザ透過性ガラスで形成されたものであることを特徴とする。

よって、本発明に係るラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置によれば、ラミネート外装体の周縁部をレーザ透過性押付部材で加圧し、そのレーザ透過性押付部材を透過させたレーザ光で加熱溶着させる。すなわち、レーザ透過性押付部材が、加熱工程からその後の冷却工程にかけて加圧手段になると同時に冷却手段としても機能する。そのため、連続してシール部分となる周縁部を押さえつけておけるので、溶着部の厚みを薄くすることができ、溶着強度を安定させて製品の耐圧性能を保証することができる。また、冷却手段として機能することにより冷却時間の短縮、すなわち製造時間の短縮を図ることができる。

また、本発明に係るラミネート型二次電池の製造装置では、レーザ照射手段を高出力半導体レーザを積層して形成するようにしているので、シール部分の形状で照射するように構成でき、スキャニングのための複雑な光学系などが必要なく、小型で簡素な構成とすることができ、しかもシール部に対して一度にレーザ光を照射するため、加熱溶着を短時間に行うことができる。また、レーザ透過性部材の厚さを均一にすることにより、安定した焦点距離を保った状態でレーザ照射を行うことができる。

次に、本発明に係るラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、ラミネート型二次電池を示した斜視図である。
本実施形態のラミネート型二次電池１は、発電要素２がラミネートフィルム３に収納されている。その発電要素２は、正極の電極シートと負極の電極シートとをセパレータとともに重ね合わせて捲回させたものである。発電要素２を構成する各部材の具体例としては、例えば正極の電極シートとしてはコバルト酸リチウム、負極の電極シートとしては黒鉛化炭素材料、セパレータとしてポリエチレン等の樹脂、さらに電解液としてはリチウム塩を溶解させた有機溶媒である。

ここで、図２は、加熱溶着したラミネートフィルム３の断面を示した図である。ラミネートフィルム３は、基板としてアルミ層３２があり、溶着面側にＰＰ等の接着層（ＰＰ層）１３が、そして反対の表面側にはポリアミド等の表面保護層（ナイロン層）１１がそれぞれコーティングされている。ラミネートフィルム３は、ＰＰ層３３同士を重ね合わせ、一つに溶融して接着させる。そして、発電要素２を包むようにして溶着されたラミネートフィルム３の周縁部３ａからは、正極端子５および負極端子６が突出する。

また、ラミネートフィルム３のシール部には、一部に安全弁部７が設けられている。この安全弁部７は、ラミネートフィルム３内の圧力が所定値（例えば、本形態では０．５５±０．１ＭＰａ）に達すると、シールが裂けることで開弁する構造になっている。過充電状態になるとラミネートフィルム３内に電解液の分解ガスが充満し、ラミネートフィルム３内の圧力が上昇する。従って、ラミネートフィルム３内が所定圧にまで上昇した場合に、内部に充満したガスが決められた箇所、すなわち安全弁部７がら放出するように構成されている。そして、この放出されたガスは適切に回収できるようになっている。

ラミネート型二次電池１を製造するには、先ず、正極および負極の電極シートとセパレータとが重ね合わされ、それらが扁平形状に捲回された発電要素２が用意される。そして、正極端子５が正極の電極シートに、負極端子６が負極の電極シートにそれぞれ取り付けられる。発電要素２は２枚のラミネートフィルム３に挟まれ、そのラミネートフィルム３の周縁部３ａが加熱溶着によってシールされる。これにより発電要素２がラミネートフィルム３に収納された状態となる。
ただし、安全弁部７となる部分だけは溶着されずに開口した状態になっている。開口部から袋状になったラミネートフィルム３内に電解液を注入するためである。電解液の注入が行われると、その開口部は加熱溶着によって閉じられて安全弁７となる。その後は、充放電による蓄電池としてのコンディショニングなどが行われ、ラミネート型二次電池１が完成する。

ここで、図３は、第１実施形態のラミネート型二次電池の製造装置を概念的に示した斜視図である。
ラミネート型二次電池の製造装置１０は、不図示の発電要素２を挟んで重ねられた２枚のラミネートフィルム３を載せる下側押付部材である下部金型１１と、その下部金型１１との間でラミネートフィルム３の周縁部３ａを挟み込む押付ブロック１２とが設けられ、更にその押付ブロック１２の上には加熱ユニット１３が載せられている。下部金型１１、押付ブロック１２及び加熱ユニット１３は、安全弁部７を除くラミネートフィルム３の周縁部３ａの形状に合わせて角形Ｃ形状をしている。そして、下部金型１１の上面および押付ブロック１２の下面は、挟み込んだラミネートフィルム３を均等な力で加圧できるように平面で形成されている。

本実施形態のラミネート型二次電池の製造装置では、加熱手段として半導体レーザを使用することとし、そのため加熱ユニット１３は半導体レーザを集積して構成している。加熱ユニット１３を構成する半導体レーザは、例えば（株）日鐵テクノリサーチ社製の高出力半導体レーザが使用される。ここで、４図及び図５は、その高出力半導体レーザによって構成された加熱ユニット１３の構造を示した斜視図である。

加熱ユニット１３は、図４に示すように、レーザダイオードバー５１を基本構造とし、そのレーザダイオードバー５１はヒートシンク５２と一組になっている。レーザダイオードバー５１からは、図示するように出射端面から複数のレーザ光５０が等間隔で照射される。その出力されたレーザ光５０は、伝播するにつれて広がっていくが、出射端近傍のレーザ光５０はそのビーム形状が保存されているため、レンズなどを用いて集光する場合に比べ、任意にビーム形状を設計することができる。

ヒートシンク５２と組になったレーザダイオードバー５１は、図５に示すように複数個が積層され、レーザダイオードアレイ５３が構成される。従って、このレーザダイオードアレイ５３からは、図示するように、複数のレーザダイオードバー５１が重ねられてできた形状のレーザ光５０が照射される。すなわち、図５示すレーザダイオードアレイ５３は、３枚のレーザダイオードバー５１が重ねられて長方形状をなし、レーザ光５０もその形状に従って長方形状に照射される。

加熱ユニット１３は、ヒートシンク５２と組になったレーザダイオードバー５１が複数個が積層されて、レーザダイオードアレイ５３が図３に示す形状に形成されたものである。そのため、加熱ユニット１３からは、安全弁部７を除くラミネートフィルム３の周縁部３ａの形状に合わせた角形Ｃ形状にレーザ光５０が照射される。
一方、押付ブロック１２は、加熱ユニット１３から照射されたレーザ光５０が透過して、下のラミネートフィルム３が加熱されるように、レーザ透過性ガラスで形成されている。そして、押付ブロック１２は、加熱ユニット１３からラミネートフィルム３までの照射距離が均一になるように、その厚さが全体にわたって均一に形成されている。

次に、図６は、ラミネート型二次電池の製造工程を概念的に示した図である。製造装置１０は、前述したように下部金型１１、押付ブロック１２及び加熱ユニット１３が重ねられるが、下部金型１１と押付ブロック１２によるラミネートフィルム３の挟み込みなどは、押付ブロック１２を上下させる加圧手段であるシリンダ１５によって行われるように構成されている。すなわち、押付ブロック１２はその上に搭載された加熱ユニット１３よりも横幅が外側に広く形成され、加熱ユニット１３には荷重がかからないように押付ブロック１２にシリンダ１５が連結されている。

ところで、シリンダ１５からの力は、押付ブロック１２を介してラミネートフィルム３の周縁部３ａに対して均等にかかるようにする必要がある。従って、シリンダ１５から押付ブロック１２に対して均等に力が加わるように、シリンダ１５の配置やシリンダ１５と押付ブロック１２との連結などに関して構成がとらる。しかし、図６に示した製造装置１０では、その点を考慮せず、シリンダ１５の動作が分かるように便宜的に示している。すなわち、本例では一対のシリンダ１５が垂設して左右に配置され、それらがピストンロッドの伸縮作動により、押付ブロック１２を上下に移動させ、且つ下部金型１１への押し付けるように構成されている。加熱ユニット１３はその押付ブロック１２の上に搭載され、シリンダ１５の伸縮作動に従って上下動するようになっている。

そこで、こうして構成された製造装置１０にれば、ラミネート型二次電池の製造方法、特にそのラミネートフィルム３の溶着は次のようにして行われる。
図１に示すラミネート型二次電池１を製造するには、前述したように、発電要素２が用意され、正極端子５及び負極端子６が電極シートにそれぞれ取り付けられ、２枚のラミネートフィルム３に挟まれる。ラミネートフィルム３は、それぞれ周縁部３ａを残して上方又は下方に凹みが形成され、そこに発電要素２が入れられる。製造装置１０には、図６（ａ）に示すようにラミネートフィルム３が上下に重ねられ、その周縁部３ａが下部金型１１の上に載せられた状態で配置される。このとき押付ブロック１２と加熱ユニット１３は、伸縮状態のシリンダ１５によって上方の位置で待機している。

次に、シリンダ１５が伸長作動し、図６（ｂ）に示すように押付ブロック１２及び加熱ユニット１３が下降する。そして、シリンダ１５からの力を受けた押付ブロック１２が、下部金型１１上のラミネートフィルム３の周縁部３ａを加圧して挟み込む。ラミネートフィルム３は、そのシール部である周縁部３ａが下部金型１１と押付ブロック１２とで押さえ込まれる。そうして、その状態のまま次に、図６（ｃ）に示すように、加熱ユニット１３からレーザ光５０が照射される。
加熱ユニット１３は、図５に示すようにレーザダイオードバー５１が複数積層されて形成されたレーザダイオードアレイ５３からなるものである。そして、その形状は角形Ｃ形状であるためレーザ光もその形状に合わせて照射され、ラミネートフィルム３の周縁部３ａが加熱される。

加熱ユニット１３から照射されたレーザ光５０は、レーザ透過性ガラスの押付ブロック１２を透過してラミネートフィルム３に達する。ラミネートフィルム３の断面は、図２に示すように、上からナイロン層３１、アルミ層３２そしてＰＰ層３３である。そこで、そのナイロン層３１側から照射されたレーザ光５０は、波長が小さいためナイロン層３１を透過してアルミ層３２に吸収される。よって、本実施形態のように半導体レーザを利用した加熱ユニット１３によれば、アルミ層３２への吸収が高いため、効率良くアルミ層３２を加熱することができる。そして、アルミ層３２が加熱されることにより、熱伝導によって下のＰＰ層３３が溶融される。

加熱ユニット１３からは一定時間だけレーザ光５０が照射される。それによって、アルミ層３２が加熱されたラミネートフィルム３は、直接重ね合わされた周縁部３ａのＰＰ層３３同士が互いに溶融して溶着する。
こうして加熱溶着が行われると、本実施形態では、図６（ｄ）に示すように、そのまま押付ブロック１２を下部金型１１側に押し付けた状態で冷却が行われる。レーザ透過性ガラスの押付ブロック１２は、図６（ｃ）の加熱工程でもレーザが透過するため、それ自身は加熱されることなく冷えたままである。

そこで、続く冷却工程では押付ブロック１２がヒートシンクとなり、ラミネートフィルム３の周縁部３ａを押さえ付けているその押付ブロック１２がシール部の溶着熱を奪っていく。なお、下側の下部金型１１もヒートシンクになってラミネートフィルム３の周縁部３ａから溶着熱を奪う。従って、下部金型１１には熱伝導性の良い銅やアルミ等が適している。
この冷却工程により、周縁部３ａが冷却されて凝固することによりラミネートフィルム３のシールが完了する。その後は、図６（ｅ）に示すように、シリンダ１５の収縮作動により押付ブロック１２と加熱ユニット１３が上昇して挟み込みが解除される。

こうして発電要素２を収納したラミネートフィルム３は、開口した安全弁部７から電解液が注入された後、その安全弁部７が封止され、充放電を行うことで蓄電池としてのコンディショニングなどが行われてラミネート型二次電池１が完成する。
ところで、安全弁部７は、他の周縁部３ａよりも溶着強度を低下させることが必要である。そこで、安全弁部７を封止する場合は環状の下部金型及び押付ブロックを用意し、安全弁部７に当該部分に浅い段差をつくって他の部分よりも加圧時の荷重が小さくなるようにする。これによって、同じように半導体レーザを使って加熱溶着した場合でも、安全弁部７の溶着厚みが厚くなり、溶着強度が低下して防爆弁として機能するようになる。

以上、本実施形態のラミネート型二次電池の製造装置１０及び、同製造装置１０によるラミネート型二次電池の製造方法を説明したが、こうした製造装置及び製造方法によれば次のような効果が得られる。
先ず、本実施形態では、ラミネートフィルム３の周縁部３ａをレーザ透過性ガラスで形成した押付ブロック１２で加圧し、その押付ブロック１２を透過させたレーザ光で加熱溶着させるようにしている。すなわち、押付ブロック１２が、加熱工程からその後の冷却工程にかけて加圧手段になると同時に冷却手段としても機能するようにしている。そのため、連続してシール部を押さえつけておけるので、溶着部の厚みを薄くすることができ、溶着強度を安定させて製品の耐圧性能を保証することができる。また、冷却手段として機能することにより冷却時間の短縮を図ることができる。

また、本実施形態では、押付ブロック１２上に加熱ユニット１３を重ねているが、その押付ブロック１２の厚さを均一にすることにより、レーザダイオードバー５１のレーザヘッドからラミネートフィルム３の周縁部３ａまでの距離を一定に保つことができる。そのため、安定した焦点距離を保った状態でラミネートフィルム３にレーザ照射を行うことができる。そして、これによってシール部分を十分な溶融状態にすることができるとともに、シール部のシワや凹凸を防ぎ気密性と見た目の仕上がりを向上させることができる。

更に、本実施形態では、図５に示すようにレーザダイオードバー５１を積層することにより加熱ユニット１３を組み立てている。従って、加熱ユニット１３は、レーザダイオードバー５１の組み立てが可能な範囲で、図３に示すように角形Ｃ形状にするなど自由な形状にすることができる。そして、その加熱ユニット１３では、その形状に応じたレーザ光５０が照射できるため、溶着形状に合わせて形成することにより、スキャニングしたレーザ照射を行うよう必要はない。従って、本実施形態の製造装置１０は、スキャニングのための複雑な光学系などが必要なく、小型で簡素な構成とすることができ、しかもシール部に対して一度にレーザ光を照射するため、加熱溶着を短時間に行うことができる。

次に、図７は、第２実施形態のラミネート型二次電池の製造装置の概念的に示した斜視図である。前記実施形態では、重ね合わせたラミネートフィルム３の片面からのみレーザ光を照射して加熱溶着を行った。しかし、本実施形態の製造装置２０は、両面からレーザ光を照射して加熱溶着を行うようにしたものである。

本実施形態の製造装置２０では、両面からレーザ光を照射して加熱溶着を行うため、ラミネートフィルム３を挟んで上下に同じ構成がとられている。すなわち、上下に押付ブロック２１，２２が配置され、押付ブロック２１の上面には上加熱ユニット２３が載せられ、押付ブロック２２の下面には加熱ユニット２４が取り付けられている。それぞれ上下の押付ブロック２１，２２及び加熱ユニット２３，２４は、安全弁部７を除くラミネートフィルム３の周縁部３ａの形状に合わせ（図１参照）、角形Ｃ形状で形成されている。そして、押付ブロック２１の下面および押付ブロック２２の上面は、挟み込んだラミネートフィルム３の周縁部３ａを均等な力で加圧できるよう平面で形成されている。

押付ブロック２１，２２は、レーザ透過性ガラスで形成されたものあり、加熱ユニット２３，２４は、図５に示すようにレーザダイオードバー５１を積層して形成されたものである。そして、押付ブロック２１，２２は加熱ユニット２３，２４よりも横幅が外側に広く形成され、加熱ユニット２３，２４に荷重がかからないように押付ブロック２２が下から支持され、また押付ブロック２１は、前記第１実施形態の押付ブロック１２と同様にシリンダによって上方から力が加えられるように連結されている。

そこで、この製造装置２０によるラミネート型二次電池１の製造方法は、図６に示して説明した前記実施形態の場合と同様に、重ね合わせたラミネートフィルム３の周縁部３ａが加熱溶着され、正極端子５および負極端子６を突出して発電要素２が収納される。
その際、本実施形態では、ラミネートフィルム３の周縁部３ａは押付ブロック２１，２２によって挟み込まれ、その状態で上下に配置された加熱ユニット２３，２４からレーザ光が照射される。加熱ユニット２３，２４から照射されたレーザ光は、それぞれレーザ透過性ガラスで形成された押付ブロック２１，２２を透過してラミネートフィルム３に達する。

ラミネートフィルム３に照射されたレーザ光は、波長が小さいため、図２に示すナイロン層３１を透過し、アルミ層３２に吸収される。そして、上下のアルミ層３２が加熱されると、熱伝導によって重ね合わされたＰＰ層３３が溶融される。
シール部であるラミネートフィルム３の周縁部３ａは、ＰＰ層３３が互いに溶融して加熱溶着が行われた後は、そのまま押付ブロック２１，２２によって挟み込んだまま冷却が行われる。レーザ透過性ガラスの押付ブロック２１，２２は、加熱工程でもレーザ光が透過するため、それ自身は冷えたままである。従って、冷却工程では、上下の押付ブロック２１，２２がヒートシンクとなり、シール部であるラミネートフィルム３の周縁部３ａから溶着熱を奪う。そして、ラミネートフィルム３の周縁部３ａにおける溶着が冷却して凝固することによりシールが完了する。

以上、本実施形態のラミネート型二次電池の製造装置２０及び、同製造装置２０によるラミネート型二次電池の製造方法を説明したが、こうした製造装置及び製造方法によれば次のような効果が得られる。
すなわち、押付ブロック２１，２２が、加熱工程からその後の冷却工程にかけて加圧手段になると同時に冷却手段としても機能するようにしているため、連続してシール部を押さえつけておけるので、溶着部の厚みを薄くすることができ、溶着強度を安定させて製品の耐圧性能を保証することができる。

また、本実施形態では、上下両方からレーザ光を照射して加熱するため、溶融時間を短縮することができた。しかも、押付ブロック２１，２２がシール部分を上下から冷却するため冷却時間も短縮することができ、全体として製造時間の短縮を図ることができた。
また、押付ブロック２１，２２に加熱ユニット２３，２４を重ねているが、その押付ブロック２１，２２の厚さを均一にすることにより、レーザダイオードバー５１のレーザヘッドからラミネートフィルム３の周縁部３ａまでの距離を一定に保つことができる。そのため、安定した焦点距離を保った状態でラミネートフィルム３にレーザ照射を行うことができる。そして、これによってシール部分を十分な溶融状態にすることができるとともに、シール部のシワや凹凸を防ぎ気密性と見た目の仕上がりを向上させることができる。

更に、加熱ユニット２３，２４は、図５に示すようにレーザダイオードバー５１を積層して組み立てられている。従って、角形Ｃ形状に形成された加熱ユニット２３，２４では、その形状に応じたレーザ光が照射されるため、溶着形状にすることによってスキャニングしたレーザ照射を行うようなことはない。従って、本製造装置２０は、スキャニングのための複雑な光学系などが必要なく、小型で簡素な構成とすることができ、しかも接合部に対して一度にレーザ光を照射するため、加熱溶着を短時間に行うことができる。

以上、本発明に係るラミネート型二次電池の製造方法及び製造装置について、その一実施形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では押付ブロック１２，２１，２２としてレーザ透過性ガラスを使用したが、レーザ透過性があり冷却能力があるものであれば、これに限るものではない。
また、従来例のように低温空気噴射装置などを使用して積極的に冷却させるようにしてもよい。

ラミネート型二次電池を示した斜視図である。 加熱溶着したラミネートフィルムの断面を示した図である。 第１実施形態のラミネート型二次電池の製造装置を概念的に示した斜視図である。 加熱ユニットを構成する高出力半導体レーザを示した斜視図である。 加熱ユニットを構成する高出力半導体レーザの組み立て状態を示した斜視図である。 ラミネート型二次電池の製造工程を概念的に示した図である。 第２実施形態のラミネート型二次電池の製造装置の概念的に示した斜視図である。 ラミネート型二次電池のシール部の断面を示した図である。 扁平形電池の周縁部を加熱溶着するための製造工程を示した図である。 扁平形電池の周縁部を加熱溶着するための製造工程を示した図である。

符号の説明

１ ラミネート型二次電池
３ ラミネートフィルム
３ａ 周縁部
１０ 製造装置
１１ 下部金型
１２ 押付ブロック
１３ 加熱ユニット
１５ シリンダ
３１ ナイロン層
３２ アルミ層
３３ ＰＰ層
５０ レーザ光
５１ レーザダイオードバー
５２ ヒートシンク
５３ レーザダイオードアレイ

Claims (9)

1. 発電要素を挟み込んだ２枚のラミネート外装体の周縁部を重ね合わせ、その周縁部を加圧して挟み込んでおいた状態で加熱溶着してシールするラミネート型二次電池の製造方法において、
   前記周縁部の少なくとも一方の面はレーザ透過性部材で挟み込み、そのレーザ透過性部材を通してレーザ光を照射することにより前記周縁部を溶融する加熱工程と、
   前記加熱工程後もレーザ透過性部材による前記周縁部の挟み込みを継続することにより、その周縁部を冷却する冷却工程と、
   を備えることを特徴とするラミネート型二次電池の製造方法。
2. 請求項１に記載するラミネート型二次電池の製造方法において、
   前記ラミネート外装体の周縁部を一対のレーザ透過性部材で挟み込み、両面からレーザ光を照射するようにしたことを特徴とするラミネート型二次電池の製造方法。
3. 発電要素を挟み込んだ２枚のラミネート外装体の周縁部を重ね合わせ、その周縁部を加圧して挟み込んでおいた状態で加熱溶着してシールするラミネート型二次電池の製造装置において、
   前記周縁部を挟み込む一対の押付部材のうち少なくとも一方がレーザ透過性押付部材であり、そのレーザ透過性押付部材を介して前記周縁部にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記押付部材に対して前記周縁部を加圧して挟み込むための加圧手段とを備えることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。
4. 請求項３に記載するラミネート型二次電池の製造装置において、
   前記周縁部を挟み込む一対の押付部材は両方がレーザ透過性押付部材であり、両方のレーザ透過性押付部材に対して前記レーザ照射手段が設けられたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載するラミネート型二次電池の製造装置において、
   前記レーザ照射手段は、高出力半導体レーザを積層し、前記ラミネート外装体の周縁部に合わせた形状のレーザ光を照射するようにしたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。
6. 請求項５に記載するラミネート型二次電池の製造装置において、
   前記レーザ透過性押付部材と前記レーザ照射手段とが重ねられ、そのレーザ透過性部材が、均一な厚さで形成されたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。
7. 請求項３乃至請求項６に記載するラミネート型二次電池の製造装置において、
   前記押付部材は、一部が切り離されたものであること、又は一部に所定深さの溝が形成されたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。
8. 請求項３乃至請求項６に記載するラミネート型二次電池の製造装置において、
   前記レーザ透過性押付部材はその上に載せられた前記レーザ照射手段より横幅が広く形成され、前記レーザ照射手段からはみ出した部分で支持され、又は前記レーザ照射手段からはみ出した部分で前記加圧手段からの力が伝達されるようにしたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。
9. 請求項３乃至請求項８に記載するラミネート型二次電池の製造装置において、
   前記レーザ透過性押付部材は、レーザ透過性ガラスで形成されたものであることを特徴とするラミネート型二次電池の製造装置。

Images