JP5224658B2 - シールフィルム付きリード線部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールフィルム付きリード線部材の製造方法に関し、例えばシート状電池等の電気デバイスに使用するために気密封止のシール材が表面に貼り付けられたリード線部材の製造方法に関する。

近年、自動車搭載用などの大型電池として、燃料電池の他に、シート状リチウム電池のような大型の非水電解質二次電池の実現が望まれている。このようなシート状電池は、形状の自由度、小型・軽量化、コスト等の点で多くの利点を有しハイブリッド電気自動車の本命とされているが、後述するように気密封止における信頼性向上が大きな技術課題になっている。

上記リチウム非水電解質電池の構造に関して、その一部欠截斜視図である図５（ａ）、および、そのリード端子に使用されたシールフィルム付きリード線部材の斜視図である図５（ｂ）に示す。図５（ａ）に見られるように、この電池は、電池要素１１、電池要素１１を収納する外装材１２、電池要素１１のリード端子となる正極リード端子１３ａ、負極リード端子１３ｂを有する。ここで、電池要素１１は、例えばシート状の正極合材およびその正極集電体、シート状の負極合材およびその負極集電体、電解液とゲル化剤などからなる電解質層、セパレータ等からなる。そして、正極リード端子１３ａ、負極リード端子１３ｂは、それぞれの表面に形成されたシール材１４が電池要素１１を気密封止するように外装材１２の端部と接着して、電池の外部に延出している。

上記電池において、正極リード端子１３ａおよび負極リード端子１３ｂとして使用されるシールフィルム付きリード線部材１５は、図５（ａ）の領域Ｐの斜視図である図５（ｂ）に示すような構造になっている。すなわち、薄状金属材である金属箔あるいは金属板から成る金属片の正極リード端子１３ａの表面を包囲するように、第１のシールフィルム１４ａおよび第２のシールフィルム１４ｂが上記気密封止を保証するシール材１４として強固に接着している。通常、正極リード端子１３ａにはアルミニウム（Ａｌ）板が用いられ、負極リード端子１３ｂにはニッケル（Ｎｉ）板または銅（Ｃｕ）板が用いられる。負極リード端子１３ｂのＣｕ板にはＮｉメッキを施してもよい。

従来、シート状電池に使用されるシールフィルム付きリード線部材１５は、図６に示すような方法により金属片にシールフィルムが接着され製造される。ここで、図６はシールフィルム付きリード線部材１５の製造における接着工程を示す断面図である。

図６（ａ）に示すような例えばシリコーンゴムから成る弾性シート１０１を内側に張り付けた上側熱圧着プレート１０２ａおよび下側熱圧着プレート１０２ｂにより、短冊状の金属片（リード端子）１３を挟むようにして、第１のシールフィルム１４ａと第２のシールフィルム１４ｂを熱圧着する。ここで、第１のシールフィルム１４ａおよび第２のシールフィルム１４ｂは、それぞれ、例えば酸変性オレフィン系フィルムの内側面および外側面に接着剤層が形成された３層の積層構造になっている。この熱圧着において、上記内側面の接着剤層が互いに溶着する。また、これ等のシールフィルム（１４ａ、１４ｂ）は、この接着剤の溶着により金属片１３の表面に接着する。

上記熱圧着では、熱伝導率が高い金属片１３により熱が奪われ易く、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）と金属片１３の接着が不充分な場合が生じる。そこで、図６（ｂ）に示すような例えばシリコーンゴムから成る弾性シート１０３を内側に張り付けた上側加圧プレート１０４ａおよび下側加圧プレート１０４ｂにより、金属片１３表面に接着するシールフィルム（１４ａ、１４ｂ）を挟む。それと共に、金属片１３表面のシールフィルム（１４ａ、１４ｂ）が接着していない領域に、例えばそれぞれに一対端子から成る第１電極１０５および第２電極１０６を狭圧して接続し、第１電極１０５と第２電極１０６間に通電し金属片１３を自己発熱させる。このようにして、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）の内側面の接着剤層を金属片１３表面に溶着させる。

そして、図示しないが、上記図６（ｂ）の接着工程後において、シールフィルム付きリード線部材１５は自然冷却あるいは空冷ファンによる強制冷却が施される。

しかしながら、上記従来の技術では、金属片（リード端子）１３が大型化してくると、図６（ａ）に示したような気孔１０７が金属片１３の側面に残存し易く、金属片１３とシール材１４の間の接着の信頼性が低下するという問題があった。この気孔１０７あるいは気泡の残存は、先述したように、例えばハイブリッド電気自動車の本命とされるシート状リチウム電池の気密封止における信頼性にとって致命的な問題になる。上記気孔１０７あるいは気泡が僅かでも存在すると、特に自動車のように電池の過酷な使用形態では、電池内部に収容されている電解質層を形成している炭酸塩系溶媒を含有する電解液が、外部に漏出し易くなる。この電解液の漏出があると、電池が機能しなくなるばかりでなく、材料によっては引火等のおそれがあり、好ましくない。そのため、金属片１３とシール材１４の気密封止において高い信頼性が求められている。

また、図６（ｂ）で説明した第１電極１０５と第２電極１０６間に通電し金属片１３を自己発熱させる場合、金属片１３表面の平坦度、清浄度により、第１電極１０５および第２電極１０６と金属片１３表面の接触抵抗がばらつくことから、上記自己発熱の温度にバラツキが生じるという問題があった。このため、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）と金属片１３の接着を安定的に制御することが難しく、シールフィルム付きリード線部材の製造歩留まり向上に限界があった。また、この場合、金属片１３表面において、第１電極１０５あるいは第２電極１０６の接続箇所に電気スパークの痕が生じ、シールフィルム付きリード線部材の外観不良が発生するという問題があった。

更に、従来の技術においては、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）を金属片１３に接着した後において、その冷却時間が長くシールフィルム付きリード線部材の生産タクト短縮に問題があった。上記冷却時間は、上記金属片１３が大型化するに従いますます長くなり、その生産能力が低減することから、その抜本的な解決手段が強く望まれていた。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、例えばシート状電池のような電気デバイスのリード端子等に使用されるシールフィルム付きリード線部材の製造において、薄状金属材へのシール材の接着が高信頼性、高安定性の下にできるようになり、しかも、その生産タクト短縮が可能になるシールフィルム付きリード線部材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に、本発明にかかるシールフィルム付きリード線部材の製造方法は、薄状金属材の一部を第１のシールフィルムと第２のシールフィルムとにより両面から挟み、前記薄状金属材に高周波誘導加熱を施して、前記第１のシールフィルムと第２のシールフィルムとを前記薄状金属材の表面に接着し、ついで前記第１のシールフィルムと第２のシールフィルムを熱圧着する、構成になっている。

更に、上記発明において、前記第１のシールフィルムと第２のシールフィルムを熱圧着した後、ペルチェ素子を用いて強制冷却することが好ましい。

本発明の構成により、シールフィルム付きリード線部材の製造において、リード線部材が大型化しても、薄状金属材へのシール材の接着が高信頼性、高安定性の下にできるようになる。また、その生産タクトが容易に短縮できる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のシールフィルム付きリード線部材の製造方法における接着工程を示す工程流れ図である。図２は、本実施形態を説明する高周波誘導加熱によるシールフィルム接着の工程断面図である。図３は、本実施形態を説明するヒータを用いたシールフィルムの熱圧着の工程断面図である。そして、図４は、本実施形態におけるペルチェ素子を用いた強制冷却の工程断面図である。

図１に示すように、金属片１３表面へのシール材１４の接着工程における主要手順では、初めのステップＳ１の工程において、第１のシールフィルム１４ａと第２のシールフィルム１４ｂにより金属片１３の所定のところを挟持する。

ここで、金属片１３は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、真鍮等あるいはこれ等の合金から成る短冊状の金属箔もしくは金属板である。そして、その厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であり、その幅は２ｍｍ〜１５０ｍｍの広範囲になる。なお、上記金属片１３の所要の表面に接着剤層をあらかじめ設けた金属リード材を形成してもよい。

そして、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）としては、オレフィン系樹脂フィルムあるいはアイオノマー樹脂が好適であり、マレイン化ポリプロピレンのような変性ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンフィルム、エチレン−α−オレフィン共重合体フィルム等が適宜に用いられる。このシールフィルムの厚さは５０〜２００μｍが適当である。

そして、このシールフィルム（１４ａ、１４ｂ）の内側面および外側面の少なくとも一方に接着剤層が形成されていてもよい。かかる接着剤層の材料としては、従来公知の接着剤を採用することができる。また、接着剤層形成に代えて、シランカップリング剤などの表面変性剤を適用して接着特性を改善することもできる。

次に、ステップＳ２の工程において、第１のシールフィルム１４ａと第２のシールフィルム１４ｂにより挟持された金属片１３（以下、ワークともいう）に対して高周波誘導加熱を施す。
この工程においては、図２に示すように、高周波誘導加熱接着ユニット２０を用いて金属片１３の表面に非接触に高周波誘導による渦電流を流し加熱して、第１のシールフィルム１４ａおよび第２のシールフィルム１４ｂを金属片１３表面に接着させる。ここで、金属片１３表面に形成している上記接着剤層、あるいは積層構造のシールフィルム（１４ａ、１４ｂ）の内側面の接着剤層の融点以上の温度加熱により、上記接着剤層が金属片１３表面に溶着する。このようにして、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）が金属片１３表面に強固に接着する。ここで、加熱温度は、シールフィルム材料あるいは接着剤の材質に依存するが、通常２００〜３００℃である。

上記高周波誘導加熱接着ユニット２０は、その概略構成として、例えば、誘導コイル内蔵プレート２１、高周波電源２２、誘導コイル内蔵プレート２１上の弾性シート２３、押し型部材２４、押し型用金属板２５、ヒータ内蔵プレート２６を備えている。
このような高周波誘導加熱接着ユニット２０において、例えばウレタンゴムから成る弾性シート２３表面に、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）で挟持した金属片１３を位置決めして載置する。そして、高周波電源２２から所定の高周波電流を誘導コイルに供給し、押し型部材２４により金属片１３の上部および端部を所定の圧力で押圧する。ここで、供給する高周波の周波数は金属片１３の材質に依存するが、例えば周波数１００ｋＨｚ程度の高周波電流により金属片１３表面に渦電流が誘起され、表面および上記接着剤が加熱される。この加熱温度は、上記高周波の電力制御により接着剤の融点に合わせて調整される。また、金属片１３の端部では、押し型部材２４の突起部により第１のシールフィルム１４ａが狭圧される。そして、上記押し型部材２４は、押し型用金属板２５を介してヒータ内蔵プレート２６により所要の温度に加熱される。

上記押し型部材２４の突起部が金属片１３の端部に第１のシールフィルム１４ａを狭圧することにより、金属片１３の側面には完全な接着剤の溶着を通して気孔あるいは気泡が生じなくなり、第１のシールフィルム１４ａが高い信頼性の下に接着するようになる。また、押し型部材２４の上記加熱により、押し型部材２４の突起部が当接する領域の第１のシールフィルム１４ａおよび第２のシールフィルム１４ｂも互いに接着するようになる。この第１のシールフィルム１４ａおよび第２のシールフィルム１４ｂ同士の接着により、ワークにおけるシールフィルム（１４ａ、１４ｂ）の剥れが皆無になり、次工程へのワークの搬送あるいは次工程でのワークの作業においてその信頼性が向上するようになる。

なお、高周波誘導加熱接着ユニット２０において、押し型部材２４の加熱は必須のものでなく、上記押し型用金属板２５およびヒータ内蔵プレート２６の代わりの加圧プレートが取り付けられる構造であっても構わない。

次に、ステップＳ３の工程において、ヒータを用いて、上記ワークの第１のシールフィルム１４ａと第２のシールフィルム１４ｂを互いに熱圧着する。
この工程においては、図３に示すように、ヒータ熱圧着ユニット３０を用いて、金属片１３の表面を囲繞して接着している第１のシールフィルム１４ａおよび第２のシールフィルム１４ｂを上下から熱圧着し、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）同士を、熱融着ないし接着剤を介して接着させる。ここで、ヒータによる加熱温度は、試用するシールフィルムもしくは接着剤の材質にも依存するが、シールフィルムもしくは接着剤が溶着する温度であればよく例えば２００℃程度でよい。

上記ヒータ熱圧着ユニット３０は、その概略構成として、例えば、ブロックヒータ３１、弾性シート３２を内側に張り付けたヒータ内蔵プレート３３、金属プレート３４を備えている。
このようなヒータ熱圧着ユニット３０において、例えばＡｌ、Ｃｕ等から成る金属プレート３４上に、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）が金属片１３表面に接着した状態の上記ワークを載置する。そして、この金属プレート３４をブロックヒータ３１表面に載せ、ヒータ内蔵プレート３３により例えばシリコーンゴムから成る弾性シート３２を介して上記ワークを所定の圧力で押圧すると共に、上記所要の温度に加熱する。ここで、金属プレート３４は、その表面がアルマイト処理されたアルミナあるいはシリコーンゴムのような熱伝導性のある絶縁膜でコーティングされ、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）の外側面もしくはその表面の接着剤層に貼り付かないようになっているとよい。

このステップＳ３の工程においては、ヒータを用いた熱圧着により、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）同士が強固に接着するようになる。そして、ステップＳ２の工程と共に、シールフィルム付きリード線部材１５における気密封止の信頼性を高いものにする。

次に、ステップＳ４の工程において、ペルチェ素子を用いて、ステップＳ３の工程を終えた上記ワークを強制冷却する。
この工程においては、図４に示すように、電子冷却ユニット４０を用いて、シールフィルム付きリード線部材１５であるシール材１４付き金属片１３を強制冷却させる。ここで、ぺルチェ素子による冷却温度は、例えば室温の２０℃程度でよい。

上記電子冷却ユニット４０は、その概略構成として、例えば、ベースブロック４１、ペルチェ素子部４２、金属製の冷却用プレート４３を備えている。ここで、ペルチェ素子部４２は、例えば銅材から成る熱伝導性のベースブロック４１の上面に固定されており、最終製品となるシールフィルム付きリード線部材１５で発せられた熱を吸熱し、ベースブロック４１側へ放熱する。ベースブロック４１内には冷却媒体たとえば冷却水の通路（不図示）が設けられており、ペルチェ素子部４２から受け取った熱を冷却水に伝えて外部に放出する。

ステップＳ３の工程において、使用するシールフィルムもしくは接着剤の材料によっては熱圧着の温度が高くなり、熱圧着の終了後にあってシールフィルム（１４ａ、１４ｂ）が弾性シート３２あるいは金属プレート３４に貼り付いて冷却しなければ取れなくなる場合も生じる。このような場合には、図３に示したヒータ熱圧着ユニット３０において、弾性シート３２がヒータ内蔵プレート３３から自在に着脱できるようにしておく。そして、弾性シート３２あるいは金属プレート３４に貼り付いた状態のシールフィルム付きリード線部材１５を、図４で説明したペルチェ素子部４２に載置して強制冷却をするとよい。

このステップＳ４の工程においては、大型のシート状電池のリード端子のように金属片１３が大型化する場合であっても、ペルチェ素子を用いた強制冷却により、シール材１４を金属片１３に接着後の冷却時間が短縮され、シールフィルム付きリード線部材の生産工程短縮が容易になる。

上記実施形態においては、高周波誘導加熱接着ユニット２０、ヒータ熱圧着ユニット３０、電子冷却ユニット４０、あるいはシールフィルム付きリード線部材１５におけるシール材１４の気密封止状態を検知する撮像処理ユニットを、シールフィルム付きリード線部材１５の製造システムに組み込み、図１に示した一連の工程が自動的にできるようにしてもよい。
あるいは、上記高周波誘導加熱接着ユニット２０において、金属片１３の表面に第１のシールフィルム１４ａと第２のシールフィルム１４ｂを接着させると共に、これ等のシールフィルム（１４ａ、１４ｂ）を互いに接着するような構造にしてもよい。
また、長尺の薄状金属材において、例えば等間隔の所定箇所にシール材１４を接着した後に、上記長尺の薄状金属材を裁断してシールフィルム付きリード線部材１５を製造するようにしてもよい。

本実施形態では、シールフィルム付きリード線部材において、上述したシールフィルムの接着する領域の気孔あるいは気泡の発生が皆無になる。この効果は、金属片１３が大型化しても生じる。このために、例えばハイブリッド電気自動車の本命とされるシート状リチウム電池の気密封止において高い信頼性が保証され、自動車搭載用などの大型電池の実用化が促進する。
また、従来の技術の通電によるリード端子の自己発熱の代わりに高周波誘導加熱を用いることから、発熱温度を高精度にしかも安定的に制御することができる。このために、シールフィルム付きリード線部材の製造歩留まりが略１００％と大幅に向上する。
更に、シールフィルム（１４ａ、１４ｂ）を金属片１３に接着した後において、特にリード端子が大型化するとその冷却時間が長くなるが、本実施形態の強制冷却により上記冷却時間が大きく短縮し、シールフィルム付きリード線部材の生産タクト短縮が実現される。このようにして、従来の技術において生じていた問題は全て解消する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、シート状電池のリード端子に使用するシールフィルム付きリード線部材について説明しているが、本発明はこのような場合に限定されるものでない。その他に、上記シールフィルム付きリード線部材は、伝送用の表面保護が施されるリード線として使用されるものであってもよい。

また、シールフィルム付きリード線部材において、２枚の薄状金属板を接続しその接合部を気密封止するために、上記接合部を包囲するようにシール材を接着する場合でもあってもよい。

更には、シールフィルム付きリード線部材のリード線が種々の形状の金属材から成る場合であっても、本発明の金属材へのシール材の接着方法は同様に適用できることに言及しておく。

本発明の実施形態にかかるシールフィルム付きリード線部材の製造を示す工程流れ図。 本発明の実施形態にかかる高周波誘導加熱によるシールフィルム接着を示す工程断面図。 本発明の実施形態にかかる熱圧着によるシールフィルム同士の接着を示す工程断面図。 本発明の実施形態にかかるペルチェ素子を用いた強制冷却を示す工程断面図。 本発明を説明するためのシート状電池の構造を示す斜視図であって、（ａ）はその一部欠截斜視図、（ｂ）はそのリード端子に使用されたシールフィルム付きリード線部材の斜視図。 従来の技術にかかるシールフィルム付きリード線部材の製造を示す工程断面であって、（ａ）はシールフィルム同士の接着を示す工程断面図、（ｂ）は通電加熱によるシールフィルム接着を示す工程断面図。

符号の説明

１１ 電池要素
１２ 外装材
１３ 金属材（リード端子）
１３ａ 正極リード端子
１３ｂ 負極リード端子
１４ シール材
１４ａ 第１のシールフィルム
１４ｂ 第２のシールフィルム
１５ シールフィルム付きリード線部材
２０ 高周波誘導加熱接着ユニット
２１ 誘導コイル内蔵プレート
２２ 高周波電源
２３，３２ 弾性シート
２４ 押し型部材
２５ 押し型用金属板
２６，３３ ヒータ内蔵プレート
３０ 熱圧着ユニット
３１ ブロックヒータ
３４ 金属プレート
４０ 電子冷却ユニット
４１ ベースブロック
４２ ペルチェ素子部
４３ 冷却用プレート

Claims (5)

1. 薄状金属材の一部を第１のシールフィルムと第２のシールフィルムとにより両面から挟み、前記薄状金属材に高周波誘導加熱を施して、前記第１のシールフィルムと第２のシールフィルムとを前記薄状金属材の表面に接着し、ついで前記第１のシールフィルムと第２のシールフィルムを熱圧着することを特徴とするシールフィルム付きリード線部材の製造方法。
2. 前記第１のシールフィルムと第２のシールフィルムを熱圧着した後、ペルチェ素子を用いて強制冷却することを特徴とする請求項１に記載のシールフィルム付きリード線部材の製造方法。
3. 前記薄状金属材を電気デバイスのデバイス本体から延出するリード端子にすることを特徴とする請求項１，又は２に記載のシールフィルム付きリード線部材の製造方法。
4. 前記第１のシールフィルムおよび第２のシールフィルムは、ポリオレフィン系樹脂フィルムあるいはアイオノマー樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のシールフィルム付きリード線部材の製造方法。
5. 前記薄状金属材は、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレスあるいは真鍮から成ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のシールフィルム付きリード線部材の製造方法。
   

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