电极外装体的制造方法与流程

1.本发明涉及使用了层压膜的电极外装体的制造方法。


背景技术：

2.近年来，锂离子二次电池等二次电池作为车载搭载用电源或者个人计算机和移动终端的电源的重要性正在提高。作为这种二次电池的一个形态，已知有在使用了层压膜的电极外装体(以下，也称为层压膜外装体)中收纳电极体而构成的层压型电池。
3.该层压膜外装体通常通过将具有用于防止水分向电池内部侵入的金属箔和多个树脂制膜的多层结构的层压膜进行成型而制造。作为该层压膜外装体的制造方法的一个例子，可举出专利文献1。专利文献1公开了进行所谓深拉深成型的制造方法，该深拉深成型将层压膜利用夹持部件以规定的载荷夹持，利用压入部件从一个方向压入。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本专利申请特开2020－126730号公报


技术实现要素：

7.然而，上述制造方法由于通过使用夹持部件和压入部件的上下动作进行深拉深成型，因此，成型工序的成品率低，难以提高生产率。因此，寻求一种改善成型工序的成品率，提高层压膜外装体的生产率的制造方法。
8.本发明是鉴于上述情况而作出的，其主要的目的在于提供一种使层压膜外装体的连续的成型成为可能而提高层压膜外装体的生产率的电极外装体的制造方法。
9.为了实现上述目的，提供包括以下的工序的电极外装体的制造方法。这里公开的制造方法是在内部收纳电极体的电极外装体的制造方法，包括以下的工序：准备至少具有多个树脂膜层的多层结构的层压膜的准备工序；为了赋予凹凸形状而将上述层压膜输送到凹凸成型部的输送工序；将上述层压膜在上述凹凸成型部进行成型的成型工序；以及将上述成型工序后的层压膜切断的切断工序。这里，上述凹凸成型部具备在外周面具有多个凸部的凸型鼓与在外周面具有与上述多个凸部对应的多个凹部的凹型鼓相对配置的一对凹凸鼓，在上述成型工序中，利用该凹凸成型部将上述层压膜连续地成型。
10.对于上述制造方法，在成型工序中，一对凸型鼓和凹型鼓连动地旋转，在层压膜形成凹凸，因此，能够实现层压膜外装体的连续的成型。由此，与以往的层压膜外装体的制造方法相比，成型工序的成品率得到改善，生产率大幅提高。
11.对于这里公开的制造方法的优选的一个方案，在上述成型工序中，上述层压膜的成型以形成于上述层压膜的凹部的深度为15mm以下的条件实施。
12.由此，能够在不破坏层压膜的情况下进行成型，能够抑制成型不良。
13.对于这里公开的制造方法的优选的一个方案，在上述成型工序中，以把持与上述层压膜的输送方向正交的宽度方向的两端的状态进行成型。
14.由此，能够以对层压膜赋予适当的张力的状态进行凹凸成型。因此，层压膜变得容易成型，能够稳定地成型出适合作为层压膜外装体的形状。
15.对于这里公开的制造方法的优选的一个方案，在上述成型工序中，上述一对的凹凸鼓在上述层压膜的输送方向配置多个，利用该多对凹凸鼓以上述层压膜的凹凸的起伏阶段性地变大的方式进行成型。
16.由此，能够在确保层压膜的某一定的物理强度的同时稳定地成型出凹部，能够制造品质高的电极外装体。
17.对于这里公开的制造方法的优选的一个方案，在上述凹凸成型部，上述一对凹凸鼓中的一方的凸型鼓的外周面的宽度方向并排有多个上述凸部，在上述一对凹凸鼓中的另一方的凹型鼓的外周面的宽度方向并排有多个与上述多个并排的凸部对应的上述凹部。
18.由此，能够同时制造多个层压膜外装体，生产率提高。
附图说明
19.图1是一个实施方式的层压型电池的平面图。
20.图2是示意性地表示一个实施方式的层压膜外装体制造装置的大致构成的框图。
21.图3是示意性地表示一个实施方式的层压膜外装体制造装置的主要构成的图。
22.图4是示意性地表示另一个实施方式的层压膜外装体制造装置的主要构成的图。
23.图5是示意性地表示一个实施方式的层压膜外装体制造装置所具备的一对凹凸鼓的立体图。
24.图6是示意性地表示另一个实施方式的层压膜外装体制造装置所具备的一对凹凸鼓的立体图。
25.图7是示意性地表示另一个实施方式的层压膜外装体制造装置所具备的一对凹凸鼓的立体图。
26.符号说明
[0027]1ꢀꢀꢀꢀ
层压型电池
[0028]
10
ꢀꢀꢀ
层压膜外装体
[0029]
12
ꢀꢀꢀ
层压膜
[0030]
15
ꢀꢀꢀ
熔接部
[0031]
20
ꢀꢀꢀ
电极体
[0032]
30
ꢀꢀꢀ
正极端子
[0033]
40
ꢀꢀꢀ
负极端子
[0034]
100
ꢀꢀ
制造装置
[0035]
110
ꢀꢀ
控制部
[0036]
120
ꢀꢀ
膜抽出部
[0037]
122
ꢀꢀ
膜抽出装置
[0038]
130
ꢀꢀ
凹凸成型部
[0039]
132
ꢀꢀ
凸型鼓
[0040]
134
ꢀꢀ
凸部
[0041]
136
ꢀꢀ
凹型鼓
[0042]
138
ꢀꢀ
凹部
[0043]
139
ꢀꢀ
把持机构
[0044]
140
ꢀꢀ
切出部
[0045]
150
ꢀꢀ
取出部
[0046]
152
ꢀꢀ
检查装置
[0047]
160
ꢀꢀ
支承部
[0048]
cl1
ꢀꢀ
中心轴
[0049]
cl2
ꢀꢀ
中心轴
具体实施方式
[0050]
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。这里说明的实施方式当然并非旨在限定限定本发明。应予说明，在本说明书中没有特别提及的事项以外的事项并且本发明的实施所必需的事项(例如，未表征本发明的电极外装体的制造方法的一般的制造工艺和非水电解质二次电池的一般的构成)可以基于该领域的现有技术作为本领域技术人员的设计事项来把握。本发明可以基于本说明书中公开的内容和该领域的技术常识进行实施。另外，各图中的符号x表示“宽度方向”，符号y表示“深处方向”，符号z表示“高度方向”。应予说明，尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并非反映实际的尺寸关系。
[0051]
这里，首先对层压型电池的构成进行说明，接着，对一个实施方式的层压膜外装体的制造装置和制造方法进行说明。
[0052]
应予说明，在本说明书中，“层压型电池”是指利用层压膜作为外装体并在其内部收纳有电极体的构成的所有电池。层压型电池例如可以为锂离子二次电池、镍氢电池等蓄电池(二次电池)，也可以为电双层电容器等蓄电元件(物理电池)。
[0053]
＜层压型电池＞
[0054]
图1是一个实施方式的层压型电池的示意图。如图1所示，层压型电池1具备作为外装体的层压膜外装体10、收纳于该外装体的电极体20以及电解质(未图示)。
[0055]
层压膜外装体10可通过这里公开的电极外装体的制造方法而制造。层压膜外装体10可通过将收纳电极体20的收纳空间的周缘部15热熔接(热封)来密封。在层压膜外装体10的外部，正极端子30和负极端子40突出。正极端子30和负极端子40从层压膜外装体10的内部向外部延伸。正极端子30和负极端子40为外部端子。
[0056]
层压膜外装体10为收纳电极体20的绝缘性的容器。层压膜外装体10的构成可以与以往公知同样，没有特别限定。层压膜外装体10由至少具有多个树脂膜层的多层结构的层压膜构成。层压膜典型而言可以为具有金属层和2层树脂膜层的3层结构。例如，层压膜外装体10从接近电极体20的一侧起依次层叠树脂膜层(熔接部)、金属层和树脂膜层(外装部)而构成。
[0057]
树脂膜层(熔接部)是用于使热熔接成为可能的层。树脂膜层(熔接部)位于层压膜外装体10的最内层、即最近接电极体20的一侧。树脂膜层(熔接部)例如由热塑性树脂构成。作为热塑性树脂，例如可举出双轴拉伸聚酯树脂(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、双轴拉伸聚酰胺树脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。
[0058]
金属层是阻挡湿气、空气或者在层压型电池1的内部产生的气体在层压型电池1的
内外出入的层。金属层例如由铝、铁、不锈钢等金属材料构成。其中，从成本、轻量化的观点考虑，优选铝。金属层例如可以为铝箔、铝蒸镀层。
[0059]
树脂膜层(外装部)为用于提高层压膜外装体10的耐久性的层。树脂膜层(外装部)位于比金属层更靠外表面侧。树脂膜层(外装部)可以为层压膜外装体10的最外层。树脂膜层(外装部)例如由未拉伸聚烯烃树脂(聚丙烯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯等构成。
[0060]
应予说明，对于层压膜外装体10的构成，上面对于由树脂膜层(熔接部)、金属层和树脂膜层(外装部)构成的3层结构的情况进行了说明，但层压膜外装体10的构成并不限定于此。例如，也可以为4层以上的多层结构。作为一个例子，可以在上述的层与层之间具备用于将两层相互粘接的粘接层。粘接层例如可以由聚酰胺等树脂构成。另外，作为另一个例子，例如可以在树脂膜层(外装部)上进一步具备印刷层、阻燃层、表面保护层等作为最外层。
[0061]
电极体20具备至少正极和负极。在层压型电池1为锂离子二次电池的情况下，正极例如具有在正极集电体上设置有正极活物质层的构成。作为正极集电体，例如可以使用铝箔等。作为正极活物质层中所含的正极活物质，例如可以使用锂过渡金属氧化物、锂过渡金属磷酸化合物等。另外，负极例如具有在负极集电体上设置有负极活物质层的构成。作为负极集电体，例如可以使用铜箔等。作为负极活物质层中所含的负极活物质，例如可以使用石墨等。
[0062]
层压型电池1在层压膜外装体10的内部具备电解质(未图示)。
[0063]
在层压型电池1为液系电池的情况下，层压型电池1可以为将依次层叠有正极、隔离件和负极的电极体20与电解液一起收纳于层压膜外装体10的构成。
[0064]
在层压型电池1为液系的锂离子二次电池的情况下，作为隔离件，例如可以使用多孔聚烯烃片。作为电解液，例如可以使用在碳酸酯类等非水溶剂中溶解lipf6等锂盐而得的电解液。
[0065]
在层压型电池1为全固体电池的情况下，层压型电池1可以为将依次层叠有正极、固体电解质和负极的电极体20收纳于层压膜外装体10的构成。
[0066]
在层压型电池1为全固体锂离子二次电池的情况下，作为固体电解质，例如可以使用具有锂离子传导性的各种化合物(例如，非晶硫化物、结晶硫化物、非晶氧化物、结晶氧化物、结晶氮氧化物、结晶氮化物、结晶碘化物等)。
[0067]
＜层压膜外装体的制造装置＞
[0068]
参照附图对这里公开的制造方法中使用的制造装置100进行说明。如图2和图3所示，制造装置100具备控制部110、膜抽出部120、凹凸成型部130、切出部140和取出部150。另外，如图3所示，设置有用于适当地输送层压膜12的支承部160。控制部110与膜抽出部120、凹凸成型部130、切出部140和取出部150分别电连接并控制。以下，对各构成进行说明。
[0069]
控制部110例如由微型计算机构成。微型计算机的硬件的构成没有特别限定。微型计算机的硬件构成例如具备能够进行与外部设备的数据的收发的接口、执行控制程序的命令的中央运算处理装置(central processing unit：cpu)、存储cpu所执行的程序的rom(read only memory)、作为展开程序的工作区而使用的ram(random access memory)以及存储上述程序和各种数据的存储器等存储部，但并不限定于此。
[0070]
膜抽出部120具备膜抽出装置122。膜抽出装置122将上述构成的层压膜12抽出并
供给到凹凸成型部130。膜抽出装置122优选具备在层压膜12用完时能够自动地切换为新的层压膜12的功能(即，自动更换功能)。另外，该膜抽出装置122可以具备储能器(未图示)。该储能器由控制部110控制。应予说明，图3和图4所示的箭头表示输送方向，从膜抽出装置122抽出的层压膜12在箭头所示的方向进行输送。
[0071]
应予说明，膜抽出部120的装置、控制等构成可以为与以往的这种构成同样的构成，并未表征本发明，因此，省略详细的说明。
[0072]
如图3所示，凹凸成型部130由一对圆筒形状的凹凸鼓132、136构成。凸型鼓132具有多个凸部。凹型鼓136具有与多个凸部对应的多个凹部。一对凹凸鼓132、136由控制部110以同步旋转的方式控制。根据该构成，一对凹凸鼓132、136能够将层压膜12连续地成型，能够实现电极外装体的生产率的提高。
[0073]
应予说明，连续地成型是指在不停止层压膜12的输送的情况下进行成型。
[0074]
如图4所示，凹凸成型部130可以具备一对凹凸鼓132、136多对。根据该构成，能够以层压膜12的凹凸的起伏阶段性地变大的方式进行成型。应予说明，在图4所示的例子中，凹凸成型部130为具备2对一对凹凸鼓132、136的构成，但一对凹凸鼓132、136也可以具备2对以上。
[0075]
切出部140具备用于将成型后的层压膜12加工成规定大小的切断机或冲裁机。作为切出的手段，可以没有特别限制地使用旋转切割器、汤姆逊刀、激光切割等以往公知的切断或冲裁方法。
[0076]
取出部150具备将切割成规定大小的层压膜外装体10运出到外部的运出路径。对于取出的手段，可以没有特别限制地使用与以往的这种构成同样的构成。该取出部150可以具备能够检测成型不良品的检查装置152。该检查装置152由控制部110控制。在利用检查装置152检测出成型不良品时，可以以不会将成型不良品运出到运出路径的方式设置例如标记功能、排出机构。
[0077]
＜层压膜外装体的制造方法＞
[0078]
这里公开的制造方法的特征在于，利用在外周面具有多个凸部的凸型鼓132与在外周面具有与多个凸部对应的多个凹部的凹型鼓136相对配置的凹凸成型部130，将层压膜12连续地成型。以下，使用附图对该制造方法进行说明。
[0079]
这里公开的制造方法包括以下的4个工序：(1)准备层压膜12的准备工序；(2)为了赋予凹凸形状而向凹凸成型部130输送层压膜12的输送工序；(3)将层压膜12在凹凸成型部130进行凹凸成型的成型工序；以及(4)将成型后的层压膜12在切出部140切断的切断工序。应予说明，除这些工序以外，也可以在任意的阶段包含其它工序。以下，对各工序进行说明。
[0080]
在(1)准备工序中，准备上述构成的层压膜12。层压膜12例如可以通过购入市售品而准备。层压膜12典型而言可以为长条的矩形形状的平面片。层压膜12可以以长条的片的状态进入输送工序，也可以以在准备工序中一张张地切断成期望尺寸的状态进入输送工序。
[0081]
在(2)输送工序中，为了对上述准备的层压膜12赋予凹凸形状而将层压膜12输送到凹凸成型部130。输送的手段只要将从膜抽出装置122抽出的层压膜12连续地供给到凹凸成型部130，就没有特别限制。例如可以通过凸型鼓132与凹型鼓136同步旋转来输送层压膜12，也可以通过旋转的输送辊(未图示)上的输送路径(未图示)来输送层压膜12。
[0082]
在(3)成型工序中，利用凹凸成型部130将层压膜12连续地成型。如图5所示，凹凸成型部130由在外周面具有多个凸部134的凸型鼓132与在外周面具有与该多个凸部134对应的多个凹部138的凹型鼓136相对配置的一对凹凸鼓132、136构成。一对凹凸鼓132、136以各自的中心轴cl1与cl2垂直的方式配置。一对凹凸鼓132、136的直径只要是能够成型所期望的层压膜外装体10的大小就没有特别限定，例如优选为500mm左右。
[0083]
通过利用控制部110使凸型鼓132与凹型鼓136同步旋转，在层压膜12形成凹凸形状。具体而言，通过使层压膜12在一对凹凸鼓132、136之间通过，将凸部134和凹部138推抵于层压膜12而形成凹凸形状。
[0084]
在上述成型工序中，一堆凹凸鼓132、136的旋转速度只要同步旋转就没有特别限定。控制部110可以利用监视器(未图示)来检测一对凹凸鼓132、136每某一定时间旋转的角度(旋转角度)，可以根据一对凹凸鼓132、136与层压膜12接触时的旋转角度来调整旋转速度。例如，在一对凹凸鼓132、136与层压膜12接触时和离开时，可以使旋转速度降低。另外，一对凸型鼓132和凹型鼓136如图5中箭头所示在相反方向旋转。
[0085]
在成型工序中，形成于层压膜12的凹部的深度只要层压膜12不破损就没有特别限制。例如，典型而言为15mm以下，优选为10mm以下，更优选为5mm以下。如果是具有上述凹部的深度的层压膜外装体10，则能够适当地收纳上述的电极体20和电解质。
[0086]
利用上述一对凹凸鼓132、136进行的凹凸成型可以分多次实施。如图4所示，凹凸成型部130可以在输送方向具备多对的凹凸鼓132、136。例如，可设计为如下方式：随着在输送方向输送层压膜12，凹型鼓136的凹部138的深度变深，与其对应地，凸型鼓132的凸部134的高度变高(即，使层压膜12的凹凸的起伏阶段性地变大地进行成型)。通过分多次进行成型，能够在不破坏层压膜12的情况下以该层压膜12的凹凸的起伏阶段性地变大的方式进行成型。该阶段性的成型可通过利用控制部110使多对的凹凸鼓132、136同步旋转而实现。根据该构成，能够在确保层压膜12的某一定的物理强度的同时稳定地形成凹部。
[0087]
一对凹凸鼓132、136一边把持层压膜12一边旋转。通过把持层压膜12，从而以施加了规定张力的状态向y方向输送，形成凹凸形状。对于该规定的张力，只要层压膜12不破损就没有特别限定。
[0088]
作为把持层压膜12的手段，如图6所示，可以另行设置圆筒形状的把持机构139。把持机构139与一对凹凸鼓132、136同步旋转。为了一边适当地把持层压膜12一边输送，把持机构139优选设计成与一对凹凸鼓132、136相比直径稍大。根据该构成，能够更稳定地对层压膜12施加规定的张力，能够更容易地形成层压膜12。
[0089]
也可以在膜抽出部120与凹凸成型部130之间设置张力控制机构(未图示)，以将附加于层压膜12的张力保持恒定的状态进行凹凸成型。作为该张力控制机构，例如可举出张力调节辊式的自动张力控制装置等。
[0090]
在层压膜12成型时为了防止空气的进入，一对凸型鼓132和凹型鼓136可以具备空气的排出路(未图示)。根据该构成，能够在层压膜12成型时抑制不需要的空气进入，能够提供更高品质的层压膜外装体10。
[0091]
为了进一步提高成型工序的生产率，如图7所示，可以在鼓的宽度方向(x方向)并排多个凸部134和凹部138。多个并排的凸部134彼此、凹部138彼此分别可以为相同的形状，也可以为不同的形状。根据该构成，能够同时制造多个期望的层压膜外装体10。另外，在使
用分别各并排2个凸部134和凹部138的一对凹凸鼓132、136的情况下，可以在成型的2个凹部为线对称的位置折弯，用作一个层压膜外装体10(双杯)。由此，能够使层压膜外装体10的应熔接的周缘部15为3个边，因此，能够削减生产成本。应予说明，在图7中，作为一个例子，对在鼓外周面上以2列并排有凸部134和凹部138的情况进行了说明。然而，凸部134和凹部138也可以在鼓外周面上并排2列以上。
[0092]
从更容易将层压膜12成型的观点出发，一对凹凸鼓132、136可以具备加热机构。该加热机构只要能够将一对凹凸鼓132、136整体均匀地加热到期望的温度，则加热手段没有特别限定。例如，加热手段可以内置于一对凹凸鼓132、136内。另外，加热手段的具体的结构可以没有特别限制地使用ih加热器等以往公知的加热手段。应予说明，基于加热机构的加热温度优选考虑一对凹凸鼓132、136的热传导性、层压膜12的耐热温度等而设定。基于加热机构的加热手段优选设定为例如能够介由一对凹凸鼓132、136以层压膜12为70℃以下这样的范围进行加热。
[0093]
如上所述对层压膜12进行加热时，可以在从成型工序输送到切断工序之前具备冷却机构。该冷却机构只要能够将所加热的层压膜12均匀地冷却到加热前的温度，冷却手段就没有特别限定。基于冷却机构的冷却手段可以没有特别限制地使用例如设置使制冷剂(例如水等)通过的制冷剂流路等以往公知的冷却手段。
[0094]
在这里公开的制造方法中，在从成型工序输送到切断工序之前，可以具备异物除去机构。该异物除去机构能够除去在凹凸成型时产生的金属等异物。作为异物除去的手段，没有特别限定，能够利用集尘机等进行。通过具备该异物除去手段，能够将因异物混入所致的层压膜外装体10的品质不良防患于未然。
[0095]
(4)切断工序是将成型工序中形成的层压膜12加工成规定尺寸的工序。层压膜12的尺寸只要是能够收纳上述的电极体和电解质的大小就没有特别限定。
[0096]
根据这里公开的电极外装体的制造方法，能够改善成型工序的成品率，实现层压膜外装体10的生产率提高。另外，在各工序中，通过控制部110进行适当的控制，能够提供一种将因成型不良、异物混入所致的短路的产生防止于未然的高品质的层压膜外装体10。
[0097]
以上，对本发明的具体例详细地进行了说明，但这些仅为例示，并不限定请求保护的范围。请求保护的范围中记载的技术包含对以上例示的具体例进行各种变形、变更而得的技术。