專利名稱：薄膜覆蓋電器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜覆蓋電器件，它具有包括在由薄膜構(gòu)成的外層材料內(nèi)的諸如化學(xué)電池單元或者電容器單元的電器件單元。
背景技術(shù)：
按照慣例，作為將熱封膜用作外層材料的薄膜覆蓋電池，已知一種具有這種結(jié)構(gòu)的薄膜覆蓋電池，在該結(jié)構(gòu)中，利用層疊膜覆蓋電池單元，而且熱封層疊膜的開口邊緣，其中正極和負極的前端連接到從層疊膜凸出的電池單元，從而熱封(下面在某些情況下簡稱為“密封(seal)”)該電池單元。在此使用的層疊膜由互相層疊的金屬層和熱可封樹脂層構(gòu)成。這種類型薄膜覆蓋電池的優(yōu)點在于，容易減小厚度，而且大多數(shù)傳統(tǒng)的薄膜覆蓋電池是扁平狀的。
象采用其他外層材料的電池一樣，使用薄膜作為外層材料的電池也要求密封部分的密封可靠，以防止外部空氣進入電池并防止電池內(nèi)的電解質(zhì)溶液泄漏。特別是，對于包括非水電解質(zhì)溶液的電池(下面有時稱為“非水電解電池”)，密封可靠性至關(guān)重要。如果存在缺陷密封，則缺陷密封可能因為外部空氣成分而導(dǎo)致電解質(zhì)溶液降質(zhì)，因此電池性能顯著惡化。
此外，在將薄膜用作外層材料的電池中，特別是在電池單元具有某種程度的厚度時，該薄膜通常以與電池的外部形狀共形的形式，以槽形(shape of a cup)深壓模制薄膜。這樣意在提高電池單元的容積率并改善電池的外表。
作為這種傳統(tǒng)的薄膜覆蓋電池，JP-A-2000-133216公開了一種電池，在這種電池中，通過進行深壓模制(deep-draw molding)，對由鋁層疊膜構(gòu)成的外層材料形成與電池單元的外部形狀共形的槽區(qū)(cup area)，并且靠近電池單元熱封外層材料。根據(jù)該文獻，通過對外層材料形成與電池單元的外部形狀共形的槽區(qū)，即使為了進行密封而非?？拷姵貑卧ハ酂岱馔鈱硬牧希钥梢苑乐巩a(chǎn)生皺紋，從而提供容積有效的電池。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，關(guān)于改善容積率，形成具有槽區(qū)的外層材料，然后，靠近電池單元熱封外層材料是有效的。然而，由于電池單元具有較大的厚度，所以將產(chǎn)生傳統(tǒng)上未知的其他問題。上述文獻僅研究了其厚度約為6mm的電池單元。
大容量電池可以采用其厚度在6至14mm之間的電池單元。然而，由于在對薄膜構(gòu)成的外層材料形成槽區(qū)時，限制拉深，所以通常不僅需要在一側(cè)上形成外層材料，而且需要在兩側(cè)上對外層材料形成槽區(qū)，互相對著設(shè)置槽區(qū)，以將電池單元放置在其內(nèi)，其厚度是拉深的兩倍。
為了使大容量薄膜覆蓋電池投入實際應(yīng)用，在本發(fā)明人調(diào)查如何將6-14mm厚的電池單元容納在形成了槽區(qū)的外層材料內(nèi)時，本發(fā)明人遇到下面的問題。該問題是，如果外層材料的熱封區(qū)太靠近電池單元，則當(dāng)在減壓環(huán)境下密封薄膜覆蓋電池，然后返回常壓時，通過大氣壓力對外層材料的作用，熱封區(qū)的根部緊壓在電池單元上。在熱封區(qū)的根部緊壓電池單元時，在熱封區(qū)的根部存在不希望的固有應(yīng)力。該應(yīng)力使外層材料產(chǎn)生微細裂痕。此外，當(dāng)在電池單元的兩側(cè)在外層材料上形成槽區(qū)，而且互相對著布置該槽區(qū)以將電池單元密封在其內(nèi)時，該問題是突出的。這是因為，熱封區(qū)位于電池單元的兩個表面之間。
下面將參考圖9和10說明該問題。
在薄膜覆蓋電池中，如上所述，通常在減壓環(huán)境下密封電池單元。當(dāng)在減壓環(huán)境下密封電池單元時，在密封的薄膜覆蓋電池返回常壓時，大氣壓力使外層材料緊壓電池單元。因此，如圖9所示，產(chǎn)生了這樣的現(xiàn)象，即，在不從其抽出引線122的薄膜覆蓋電池120的各側(cè)上，熱封區(qū)124向內(nèi)彎曲。這是由其中在從其抽出引線122的側(cè)面上，外層材料121熱封到引線122上，從而限制了外層材料121的位移，而外層材料121不特別固定到從其抽出引線122、而且在它們基本接觸包含在其內(nèi)的電池單元123的范圍內(nèi)，可以自由位移的各側(cè)上的另一個部件上的結(jié)果結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的現(xiàn)象。
由于外層材料121的密封側(cè)被彎曲，所以熱封區(qū)可以在更靠近電池單元的方向上位移，而且熱封區(qū)的根部緊壓電池單元。因此，如圖10所示，在熱封區(qū)124剝離的方向，力F2作用在熱封區(qū)124的根部。當(dāng)長時間保留薄膜覆蓋電池，或者在對外層材料121施加力F2的情況下進行熱沖擊測試時，在熱封區(qū)124的根部，在作為外層材料121的最內(nèi)層的熱封樹脂層上產(chǎn)生微細裂痕。如果在外層材料121上產(chǎn)生微細裂痕，則根據(jù)尺寸，大裂痕將影響密封電池單元的性能。
當(dāng)在使用電池的同時對電池施加超出額定范圍的電壓時，電解質(zhì)溶液的電解可能產(chǎn)生氣體物質(zhì)，增加了電池的內(nèi)部壓力。此外，當(dāng)在超出額度范圍的高溫使用電池時，可能因為電解質(zhì)鹽等的電解而產(chǎn)生可能生成該氣體物質(zhì)的材料。當(dāng)在外層材料上產(chǎn)生微細裂痕時，內(nèi)部應(yīng)力的升高導(dǎo)致微細裂痕發(fā)展成深入外層材料的大裂痕，在最糟糕情況下，形成外部空氣的漏道。
如上所述，產(chǎn)生微細裂痕是降低電池單元的密封可靠性的一個因素。此外，不局限于薄膜覆蓋電池，在具有利用由薄膜構(gòu)成的外層材料密封的電器件、具有互相對著布置正極和負極的結(jié)構(gòu)的薄膜覆蓋電器件中，通常也出現(xiàn)這種問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種薄膜覆蓋電器件及其制造方法，即使利用外層材料密封厚電器件單元，該薄膜覆蓋電池仍可以防止在外層材料的熱封區(qū)的根部產(chǎn)生微細裂痕。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的薄膜覆蓋電器件具有電器件單元，正極引線和負極引線連接到其上；以及外層薄膜，分別具有其中至少金屬層和熱封樹脂層互相層疊在一起的結(jié)構(gòu)，其中外層薄膜在其厚度方向?qū)㈦娖骷卧獖A在兩側(cè)之間，其中熱封樹脂層位于內(nèi)部，包封(wrap)電器件單元，并圍繞電器件單元進行熱封，以在引線從其伸出的情況下，密封電器件單元。此外，在本發(fā)明的薄膜覆蓋電器件上，對外形薄膜形成用于將電器件單元容納在其內(nèi)的槽區(qū)，以致關(guān)于電器件單元的厚度方向，通過熱封外層薄膜形成的熱封區(qū)在厚度方向位于電器件單元的兩個表面之間，至少對不從其伸出引線的外層薄膜的各側(cè)面之一形成緊密接觸區(qū)域，在該緊密接觸區(qū)域上，在熱封區(qū)與電器件單元之間，電器件單元未介于其間、直接對著的外層薄膜互相緊密接觸，而不被熱封，以及滿足L2≥(1/2)L1，其中L1在沿形成有緊密接觸區(qū)域一側(cè)的方向上，是從熱封區(qū)的內(nèi)部邊緣的一端到另一端的距離，而L2是緊密接觸區(qū)域的長度。
這樣，通過將緊密接觸區(qū)域的長度L2設(shè)置為從熱封區(qū)內(nèi)部邊緣的一端到另一端的距離L1的一半或者更大，釋放的外層薄膜的剝離力施加到熱封區(qū)的根部。優(yōu)選在從熱封區(qū)內(nèi)部邊緣的一端到另一端的整個范圍內(nèi)形成緊密接觸區(qū)域。此外，當(dāng)對外層薄膜形成用于將電器件單元容納在其內(nèi)的槽區(qū)時，熱封區(qū)的作用特別有效。
本發(fā)明制造薄膜覆蓋電器件的方法包括步驟通過外層薄膜在其厚度方向?qū)⒄龢O引線和負極引線連接到其上的電器件單元夾在兩側(cè)中間，該外層薄膜至少具有互相層疊在一起的金屬層和熱封樹脂層；在引線從外層薄膜伸出的情況下，熱封將電器件單元夾在其間的外層薄膜的外側(cè)，以將電器件單元密封在外層薄膜內(nèi)，其中在減壓環(huán)境下，至少熱封該外側(cè)的最后一側(cè)；以及使用于密封電器件單元的外層薄膜的外圍回到常壓，其中通過利用熱封頭(thermal sealing head)對外層薄膜施加壓力，以熱壓位于離開電器件單元2mm或者更遠位置的外層薄膜，熱封外層薄膜的步驟至少熱封不從其伸出引線的各側(cè)之一。
根據(jù)本發(fā)明制造薄膜覆蓋電器件的方法，在用于密封電器件單元的外層薄膜的外圍返回常壓空氣時，大氣壓力使外層薄膜互相緊壓。在熱封外層薄膜時，通過利用位于離開電器件單元2mm或者更遠位置的熱封頭對外層薄膜施加壓力，至少熱封不從其伸出引線的各側(cè)之一，因此，大氣壓力使外層薄膜上下緊壓在一起，從而在電池單元與熱封區(qū)之間形成緊密接觸區(qū)域。換句話說，形成緊密接觸區(qū)域不需要特殊形狀的熱封頭。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，緊密接觸區(qū)域是其中不互相熱封直接對著的外層薄膜，而使它們互相緊密接觸的區(qū)域，在外層薄膜的范圍內(nèi)，在預(yù)定位置形成該緊密接觸區(qū)域。根據(jù)這種情況，可以釋放對熱封區(qū)的根部作用的外層薄膜的剝離力，特別是在電器件單元厚時，多數(shù)產(chǎn)生這種剝離力。因此，可以防止在熱封區(qū)的根部產(chǎn)生微細裂痕。此外，根據(jù)本發(fā)明制造薄膜覆蓋電器件單元的方法，僅通過確定用于熱封外層薄膜的熱封頭與電器件單元之間的距離，利用通常用于熱封外層薄膜的熱封頭，就可以非常簡單地形成緊密接觸區(qū)域。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜覆蓋電池的分解透視圖。
圖2是用于說明用于在外層薄膜上形成槽區(qū)的深壓模制的示意圖。
圖3是說明用于熱封外層薄膜的方法的示意圖。
圖4是示出在正常熱封后，外層薄膜的狀態(tài)的剖視圖。
圖5A是在減壓環(huán)境下，在以減壓密封電池單元時，在圖1所示的薄膜覆蓋電池上形成緊密接觸區(qū)域的部分上的外層薄膜的剖視圖。
圖5B是在常壓下，在以減壓密封電池單元時，在圖1所示的薄膜覆蓋電池上形成緊密接觸區(qū)域的部分上的外層薄膜的剖視圖。
圖6是示出形成緊密接觸區(qū)域的位置和范圍的例子的、通過電池單元的薄膜覆蓋電池的主要部分的平面圖。
圖7是示出在外層薄膜上形成緊密接觸區(qū)域的另一個例子的薄膜覆蓋電池的平面圖。
圖8是示出在外層薄膜上形成緊密接觸區(qū)域的又一個例子的薄膜覆蓋電池的平面圖。
圖9是用于說明在通用薄膜覆蓋電池上，在密封電池單元時，在熱封區(qū)上出現(xiàn)麻煩的平面圖。
圖10是通過圖9所示的未從其抽出引線端的薄膜覆蓋電池一側(cè)的剖視圖。
具體實施例方式
參考圖1，示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜覆蓋電池10，該薄膜覆蓋電池10具有電池單元13，大致為矩形固體形狀，具有多個層疊的正極和負極的結(jié)構(gòu)；正極引線12a和負極引線12b，分別連接到電池單元13的正極和負極(下面在某些情況下，將正極引線12a和負極引線12b統(tǒng)稱為“引線”)；以及外層薄膜11，用于密封電池單元13，具有正極引線12a和負極引線12b從其引出的部分。
電池單元13包括多個正極和負極，正極和負極分別由利用兩個表面上的電極材料涂布的金屬箔構(gòu)成，它們通過隔離片交替層疊。未利用電極材料涂布的未涂布部分從每個正極和每個負極的一端凸出。利用超聲波焊接，將正極未涂布部分和負極未涂布部分全部互相焊接在一起，并且將它們分別連接到正極引線12a和負極引線12b。正極和負極與從反向凸出的未涂布電極材料的部分重疊。因此，正極引線12a和負極引線12b從薄膜覆蓋電池10的互相對著的兩側(cè)抽出。盡管不特別限定電池單13的厚度，但是在電池單元13的厚度為6mm或者更大時，本發(fā)明特別有效。
在諸如鋰離子電池的非水電解電池中，鋁箔通常用于形成部分正極的金屬箔，而銅箔通常用于形成部分負極的金屬箔。因此，鋁板用于正極引線12a，而鎳板或者銅板用于負極引線12b。在負極引線12b由銅板構(gòu)成時，可以對其表面電鍍鎳。
可以浸漬在電解質(zhì)溶液內(nèi)的諸如微孔薄膜的片形部件(微孔薄膜)、非織造織物或者諸如聚烯烴的熱塑性樹脂(thermally plasticresin)構(gòu)成的織造織物可以用于隔離片。
外層薄膜11由兩個層疊薄膜構(gòu)成，這兩個層疊薄膜將電池單元13夾在中間并在厚度方向的兩端包圍該電池單元13，它們對著的兩面與電池單元13相符，將它們互相密封在一起以將電池單元13密封在其內(nèi)。在圖1中，利用陰影線將外層薄膜11的熱封區(qū)表示為熱封區(qū)14(在后面的圖中，以同樣的方式，利用陰影線表示熱封區(qū))。在中心區(qū)，分別對各外層薄膜11形成槽區(qū)11a，用于形成電池單元容納體，該電池單元容納體是圍繞電池單元13的空間。可以通過深壓模制形成槽區(qū)11a。
作為構(gòu)成外層薄膜11的層疊薄膜，只要它是柔性的，而且可以密封電池單元13，從而防止泄漏電解質(zhì)溶液，則可以采用通常用于這種類型的薄膜覆蓋電池的薄膜。用于外層薄膜11的層疊薄膜的說明性層疊結(jié)構(gòu)可以是互相層疊在一起的金屬薄膜層和熱封樹脂層的結(jié)構(gòu)，或者是包括保護層的結(jié)構(gòu)，該保護層由諸如聚對苯二甲酸乙二酯，尼龍的聚酯薄膜等構(gòu)成，而且還在金屬薄膜層的對側(cè)上層疊到熱封樹脂層。對于密封的電池單元13，互相對著布置熱封樹脂層，以包圍電池單元13。
例如，厚度為10μm至100μm的Al、Ti、Ti合金、Fe、不銹鋼、Mg合金等的箔可以用作金屬薄膜層。不特別限制用于熱封樹脂層的樹脂，只要它們是可以熱封的樹脂即可，例如，可以采用聚丙烯、聚乙烯、其變質(zhì)酸、諸如硫化聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯等的聚酯、聚酰胺、乙烯—醋酸乙烯共聚物等。熱封樹脂層的厚度優(yōu)選在10至200μm之間，而且更優(yōu)選在30μm至100μm之間。
在該實施例中，通過利用兩個外層薄膜11將電池單元13夾在中間，并且在正極引線12a和負極引線12b從外層薄膜11凸出的情況下，圍繞電池單元13沿外層薄膜11的外圍熱封四邊，可以由外層薄膜11密封電池單元13。作為一種選擇，還可以將其大小接近該外層薄膜11的兩倍的單個外層薄膜一折為二，以將電池單元13夾在中間，然后，可以熱封這3個開口邊。
在熱封外層薄膜11上，除一邊之外密封外層薄膜11，以形成用于容納電池單元13的其內(nèi)部空間的口袋形，然后，將電解質(zhì)溶液注入該口袋內(nèi)。然后，以減壓環(huán)境熱封剩余的一邊，從而密封電池單元13。為了在減壓環(huán)境下密封電池單元13，可以使用真空密封機，它具有其內(nèi)設(shè)置了熱封裝置的真空室。密封了電池單元13后，使其內(nèi)密封了電池單元13的外層薄膜11回到大氣中，這樣使外層薄膜11變形，從而緊密接觸電池單元13的表面。如果在減壓環(huán)境下也可以注入電解質(zhì)溶液，則除了最后一邊之外，還可以在減壓環(huán)境下對其他邊進行熱封。
如圖1所示，對外層薄膜11形成圍繞槽區(qū)11a的熱封區(qū)14。在外層薄膜11外部的各邊中，在不從其抽出正極引線12a和負極引線12b的各邊的一部分上，在與槽區(qū)11a分離的位置形成熱封區(qū)14。這樣，對外層薄膜11形成緊密接觸區(qū)域15，在該緊密接觸區(qū)域15上，在其上未形成槽區(qū)11a或者在未熱封槽區(qū)11a的情況下，對著的外層薄膜11僅互相緊密接觸延續(xù)到槽區(qū)11a，即，含有電池單元13的空間。
如上所述，當(dāng)在減壓環(huán)境下密封電池單元13時，密封之后的薄膜覆蓋電池10具有向內(nèi)彎曲的各側(cè)，不從向內(nèi)彎曲的各側(cè)抽出引線。然而，因為此時對熱封區(qū)14施加的力，導(dǎo)致在外層薄膜11的熱封樹脂層上產(chǎn)生微細裂痕。因此，可以認為，在未從其抽出引線的各側(cè)釋放對熱封區(qū)14施加的力，則可以防止產(chǎn)生微細裂痕，并因此而防止降低密封電池單元13的可靠性。在外層薄膜11上形成的緊密接觸區(qū)域15用于釋放對熱封區(qū)14施加的力。
如圖2所示，通過使用其開口與槽區(qū)11a的形狀共形的方塊(dice)21和通過預(yù)定間隙配合方塊21的開口的沖模(punch)22，然后，利用方塊21拉利用壓料墊(blank holding pad)(未示出)保持在方塊21上的外層薄膜11進行深壓模制，對外層薄膜11形成槽區(qū)11a。將方塊21的肩部21a加工成彎曲的，以將外層薄膜11平滑拉入開口。因此，在槽區(qū)11a的根部，模制之后的外層薄膜11形成對應(yīng)于方塊21的肩部21a的R形部分。
因此，對于利用深壓模制形成了槽區(qū)11a的熱封外層薄膜11，利用一對熱封頭23對外層薄膜11的凸緣進行加熱和加壓。這樣，在與槽區(qū)11a的側(cè)面分離的位置，可以對外層薄膜11施加熱封頭23，以便不使R部分11b塌陷，從而防止破壞外層薄膜11。因此，作為外層薄膜11被熱封之后的狀態(tài)，兩個外層薄膜11在熱封區(qū)14的根部形成的夾角θ不能是180°或者大于180°，而且通常是90°或者小于90°，如圖4示出的剖視圖所示。在圖4中，分別與每個熱封區(qū)14集成在一起的密封層14a包括互相密封在一起的熱封樹脂層17。熱封區(qū)的根部14c是密封層14a的端部，而夾角θ是位于該位置的熱封樹脂層17形成的夾角。此外，位于熱封樹脂層17之外的層是金屬薄膜層18。
進行了該熱封之后，在減壓環(huán)境下，熱封外層薄膜11的最后一側(cè)(可以對最后一側(cè)進行上述熱封)，以密封電池單元13。此后，隨著外層薄膜11的外圍回到大氣中，大氣壓力將外層薄膜11緊壓到電池單元13的側(cè)面上。在此，在傳統(tǒng)理論中，從空間效率的觀點出發(fā)，在最可能靠近電池單元13的位置進行熱封。因為該原因，大氣壓力還將熱封區(qū)14的根部直接緊壓到電池單元13上。這樣，施加使外層薄膜11在熱封區(qū)14的根部形成的夾角θ擴大的力，即，使熱封區(qū)14上的外層薄膜11剝離的力(圖10所示的力F2)。
因此，通過在熱封外層薄膜11期間，在離開電池單元13適當(dāng)距離的位置，對外層薄膜11施加熱封頭23，可以在薄膜外層材料11上形成上述緊密接觸部分15。通過特定位置和范圍設(shè)置緊密接觸部分15，可以有效釋放對熱封區(qū)14施加的力。
下面將參考圖5A和5B說明當(dāng)在減壓環(huán)境下密封電池單元13時，位于其上形成了緊密接觸區(qū)域15的一側(cè)上的外層薄膜11的行為，圖5A和5B是其上形成了緊密接觸部分15的區(qū)域的剖視圖。
首先，如圖5A所示，當(dāng)利用真空密封機，在減壓環(huán)境下密封電池單元13時，在減壓環(huán)境下，外層薄膜11包圍的、用于容納電池單元13的空間10a(槽區(qū)11a內(nèi)的)內(nèi)的壓力與薄膜覆蓋電池外部的壓力相同，減壓環(huán)境是對大氣打開真空密封機的真空室之前的狀態(tài)。因此，不對外層薄膜11的熱封區(qū)14施加力。
接著，由于對大氣打開真空密封機的真空室，使薄膜覆蓋電池的外圍返回常壓，所以大氣壓力以壓迫方式向內(nèi)對外層薄膜11施加力F3，如圖5B所示。由于在與電池單元13分離的位置形成熱封區(qū)14，所以力F3使電池單元13與熱封區(qū)14之間的互相未熱封在一起的外層薄膜11的各區(qū)域互相緊密接觸，以形成緊密接觸部分15。由于在電池單元13與熱封區(qū)14之間，存在外層薄膜11不互相熱封在一起的緊密接觸部分15，所以熱封區(qū)14的根部14c不直接緊壓在電池單元13上，而且在根部14c，外層薄膜11互相之間形成的夾角基本上保持0°。因此，即使電池單元13厚，例如，6mm厚或者更厚，在其上形成緊密接觸區(qū)域15的部分上，使熱封區(qū)14剝離的力減小。
在長度方向上，在不從其抽出引線的側(cè)的中心，大氣壓力使外層薄膜11產(chǎn)生的變形量最大，如圖9所示。外層薄膜11的變形越大，則作用在熱封區(qū)14的根部14c的剝離力越大。換句話說，在不從其抽出引線的側(cè)，正是在該側(cè)長度方向的中心，在外層薄膜11上出現(xiàn)微細裂痕的概率最高?？紤]到此原因，緊密接觸區(qū)域15優(yōu)選設(shè)置在包括不從其抽出引線側(cè)的長度方向中心的區(qū)域內(nèi)。然而，在該側(cè)的長度方向，以該側(cè)的中心為中心，常壓使外層薄膜11彎曲的范圍具有某個限度。因此，在該側(cè)的長度方向，在其上熱封區(qū)14的根部14c緊壓電池單元13的部分也具有某個限度，因此，即使緊密接觸區(qū)域15位于比該側(cè)的長度短的范圍內(nèi)，緊密接觸區(qū)域15不能充分釋放對熱封區(qū)14施加的力。
因此，如圖6所示，在既不抽出正極引線12a又不抽出負極引線12b的外層薄膜11的一側(cè)上確定在其上設(shè)置緊密接觸區(qū)域15的位置，此外，在其上設(shè)置緊密接觸區(qū)域15的一側(cè)上，緊密接觸區(qū)域15沿該側(cè)方向的長度L2被確定為從熱封區(qū)14的內(nèi)部邊緣的一端到另一端的長度L1的一半或者更大。這樣，緊密接觸區(qū)域15基本上可以覆蓋大氣壓力使其彎曲的全部范圍，因此，可以充分釋放在密封電池單元13時對熱封區(qū)14的根部14c施加的導(dǎo)致外層薄膜11剝離的力。因此，在外層薄膜11的熱封樹脂層，可以有效抑制產(chǎn)生微細裂痕，從而防止因為這種微細裂痕而降低電池單元13的密封可靠性。在L2小于L1的一半時，對熱封區(qū)14的根部14c施加的剝離力對在其上設(shè)置了緊密接觸區(qū)域15的側(cè)面起主要作用，因此，從抑制外層薄膜11產(chǎn)生微細裂痕的觀點出發(fā)，這不是那么有效。
如上所述，由于用于設(shè)置緊密接觸區(qū)域15的位置和范圍優(yōu)選用于設(shè)置這樣的緊密接觸區(qū)域15在從其既不抽出正極引線12a又不抽出負極引線121b的側(cè)面上，在包括熱封區(qū)14的內(nèi)部邊緣的一端到另一端的中心的位置上，該緊密接觸區(qū)域15的長度L2優(yōu)選等于或者大于上述距離L1的一半。為緊密接觸區(qū)域15的范圍的該長度L2更優(yōu)選等于或者大于上述距離L1的2/3，進一步優(yōu)選用于在從其既不抽出正極引線12a又不抽出負極引線121b的側(cè)面上，在從熱封區(qū)14的內(nèi)部邊緣的一端到另一端的整個范圍內(nèi)，設(shè)置緊密接觸區(qū)域15，即，L1＝L2。最優(yōu)選在既不抽出正極引線12a又不抽出正極引線12b的所有側(cè)面的全部范圍內(nèi)，設(shè)置緊密接觸區(qū)域15。
另一方面，在關(guān)注熱封區(qū)14在電池單元13的厚度方向上的位置時，換句話說，在關(guān)注熱封區(qū)14在重疊正極和負極的方向上的位置時，當(dāng)在電池單元13的厚度方向，熱封區(qū)14位于電池單元13的兩個表面之間時，緊密接觸區(qū)域15的作用特別有效。這是因為，當(dāng)在電池單元13的厚度方向，熱封區(qū)14位于電池單元13的兩個表面之間時，在熱封區(qū)14的根部14c，力的作用使外層薄膜11形成的夾角θ擴大(請參考圖4)。
在熱封區(qū)14在電池單元13的厚度方向位于電池單元13的兩個表面之間的情況下，如在該實施例中一樣，說明性例子可以是在電池單元13的厚度方向，外層薄膜11在兩側(cè)具有槽區(qū)11a的情況。然而，即使僅在一側(cè)上形成槽區(qū)時，或者即使不形成槽區(qū)，而利用真空密封過程，在其厚度方向上，在電池單元13的兩側(cè)，使外層薄膜11與電池單元13的外形共形地變形時，熱封區(qū)14也可以位于電池單元13的兩個表面之間。即使在這種情況下，上述問題可能在熱封區(qū)14的根部14c，由外層薄膜11形成的夾角θ擴大。因此，只要熱封區(qū)14位于電池單元13的兩個表面之間，本發(fā)明是有效的，而與存在不存在槽區(qū)無關(guān)。
關(guān)于釋放對熱封區(qū)14的根部14c施加的力，緊密接觸區(qū)域15可以大致具有在其上對著的外層薄膜11不互相熱封在一起，而是僅互相緊密接觸的區(qū)域。因此，圖6所示的緊密接觸區(qū)域15的寬度W(在垂直于在其上設(shè)置緊密接觸區(qū)域15的側(cè)面的長度方向的方向，緊密接觸區(qū)域15的尺寸)如果為0.5mm或者更大就足夠了。通過減小緊密接觸區(qū)域15的寬度W，可以抑制因為緊密接觸區(qū)域15而增大薄膜覆蓋電池的外形尺寸。此外，即使在所形成的緊密接觸區(qū)域15的寬度W超過3mm時，仍不顯著影響釋放對熱封區(qū)14的根部14c施加的力的作用。相反，具有過大寬度W的緊密接觸區(qū)域15將增大電池的外部尺寸。電池的外部尺寸優(yōu)選盡可能小。從上述說明可以看出，緊密接觸區(qū)域15的寬度W優(yōu)選為等于或大于0.5mm并且等于或小于3mm。
此外，如圖7所示，當(dāng)在既不從其抽出正極引線12a也不從其抽出負極引線12b的側(cè)面上，緊密接觸區(qū)域15位于從熱封區(qū)14的一端到另一端的整個范圍內(nèi)時，在熱封外層薄膜11時，通過相對于電池單元13適當(dāng)設(shè)置熱封頭的位置，利用傳統(tǒng)通用熱封頭，可以形成緊密接觸區(qū)域15。為了形成緊密接觸區(qū)域15，根據(jù)在外層薄膜11上形成的槽區(qū)的深度、用于利用深壓模制形成槽區(qū)的方塊的肩部的曲率的大小等，正確確定電池單元13與熱封頭之間的優(yōu)選距離。在采用厚度超過6mm的電池單元13時，熱封區(qū)14的根部更可能緊壓電池單元13。考慮到這種情況，電池單元13與熱封頭之間的距離優(yōu)選為2mm或者更大，更優(yōu)選為3mm或者更大，而且可以是4mm或者更大。
熱封區(qū)14的寬度Ws通常稍許大于熱封頭的寬度。這是因為，在進行熱封期間，外層薄膜11的熔融熱封樹脂從熱封頭壓著的部分擠出約0.1mm至1mm。如果熱封樹脂擠出的過多，則熱封區(qū)14的根部的位置相應(yīng)地接近電池單元13。這就是將電池單元13與熱封頭之間的距離設(shè)置為2mm或者更大的原因。
盡管上述實施例說明了以均勻?qū)挾刃纬删o密接觸區(qū)域的例子，但是緊密接觸區(qū)域的寬度可以不均勻。圖8示出這樣一個例子。在圖8所示的例子中，形成緊密接觸區(qū)域15，以致在將它設(shè)置于其上的側(cè)面上，它在從熱封區(qū)的一端到另一端的中心處具有最大寬度，而且其寬度向該側(cè)面的兩端變窄。如上所述，在以減壓密封電池單元的薄膜覆蓋電池回到常壓下時，在不從其抽出引線的側(cè)面的長度方向的中心處，外層薄膜11的變形量最大，而且從該中心向兩端逐漸減小。因此，通過根據(jù)基于位置的外層薄膜11的變形量，改變緊密接觸區(qū)域15的寬度，可以有效利用緊密接觸區(qū)域15。
盡管在圖8中，在其上未設(shè)置引線的整各側(cè)面上形成緊密接觸區(qū)域15，但是緊密接觸區(qū)域15的長度可以是從熱封區(qū)內(nèi)部邊緣的一端到另一端的距離的一半或者更大。此外，可以連續(xù)或者斷續(xù)改變緊密接觸區(qū)域15的寬度。
盡管利用幾個說明性例子描述了本發(fā)明，但是，顯然，本發(fā)明并不局限于這些例子，可以在本發(fā)明的技術(shù)原理范圍內(nèi)，做適當(dāng)修改。
例如，關(guān)于電池單元的結(jié)構(gòu)，上述例子示出層疊型的結(jié)構(gòu)，它具有交替層疊的正極和負極，但是電池單元可以是彎曲型(winding type)的，通過以帶狀形成正極、負極和隔離片，在隔離片插在其間的情況下，將正極和負極互相設(shè)置在一起，纏繞它，并將它壓制為平板狀，這種彎曲型電池單元交替設(shè)置正極和負極。
此外，作為電池單元，只要它包括正極、負極和電解質(zhì)，可以采用通用電池使用的任意電池單元。通過在兩個表面上設(shè)置正極板，該正極板是涂布了正極活性材料的鋁箔等，例如，鋰鎂復(fù)合氧化物和鈷酸鋰(lithium cobalate)，并且在通過隔離片互相對著的兩側(cè)上設(shè)置負極板，該負極板是涂布了碳素材料的銅箔等，而且可以摻雜/去摻雜鋰，以及將它浸入含有鋰鹽的電解質(zhì)溶液中，來形成通用二次鋰電池的電池單元。其他電池單元可以是諸如鎳氫電池、鎘鎳電池、鋰金屬原電池或者二次電池、鋰聚合物電池等的其他類型的化學(xué)電池的電池單元。此外，本發(fā)明還可以應(yīng)用于電器件，例如，以諸如雙電荷層電容器(electric double-layer capacitor)、電解電容器等的電容器為例說明的電容器單元，利用互相對著的正極和負極的作用，它們在內(nèi)部存儲存儲電能。
此外，盡管圖1示出正極引線3和負極引線4從薄膜覆蓋電池1的兩端延伸的例子，但是它們可以從同一端延伸。
例子下面將與比較例一起說明本發(fā)明的具體例子。
(例子1)通過隔離片交替層疊通過在金屬箔的兩個表面上涂布電極材料形成的多個正極和多個負極。鋁箔用作正極的金屬箔。銅箔用作負極的金屬箔。30μm厚的聚乙烯構(gòu)成的微孔薄膜用作隔離片。隔離片是矩形的，使它的寬度為75mm，深度為130mm，在長度和寬度方面，它比正極的尺寸均大2mm，因此，它與正極的尺寸基本相同。選擇最外部的電極作為負極，而且還將隔離片設(shè)置在該負極的外部。具體地說，順序是隔離片/負極/隔離片/正極/隔離片/.../負極/隔離片。由正極、負極和隔離片構(gòu)成的層疊的厚度被選擇為10mm。此外，在層疊正極和負極過程中，這樣設(shè)置取向，以致對著兩側(cè)取向未涂布正極和負極的電極材料的部分，從而以相反方向取向正極引線和負極引線。
接著，將用作正極引線、具有預(yù)定厚度、預(yù)定寬度和50mm長度(電流流動的方向被定義為“長度方向”)的鋁板與未涂布電極材料的部分正極超聲波焊接為一體。同樣，將用作正極引線、厚度為0.1mm、寬度為40mm和長度為50mm的銅板與未涂布電極材料的部分負極超聲波焊接為一體。以上述方式，制造構(gòu)成電池單元的層疊。
另一方面，制備具有以此順序?qū)盈B的尼龍(25μm厚)、軟鋁(40μm厚)、酸性變質(zhì)聚丙烯(15μm厚)以及聚丙烯(30μm厚)，作為外層薄膜。將制備的層疊薄膜切割為預(yù)定尺寸，然后，利用方塊、沖模以及具有壓料墊的深壓模制機，深壓模制它。對該方塊形成矩形開口，而且將對應(yīng)于電池單元的水平方向的方向上的開口尺寸設(shè)置為76mm。此外，將該方塊的肩部(請參考圖2中的參考編號21a)的半徑設(shè)置為1mm。換句話說，包括R部分的基底，深壓模制形成的槽區(qū)的水平尺寸是78mm。將拉深設(shè)置為5mm。
接著，對被模制為槽形的部分層疊薄膜進行修整，以具有10mm寬的側(cè)面，該部分層疊薄膜是圍繞槽區(qū)的凸緣的形狀。通過模制層疊薄膜，以在其上形成槽區(qū)，并對該外圍進行修整，可以以同樣方式制造另一個層疊薄膜。
然后，使具有槽區(qū)的兩個層疊薄膜對著，以致電池單元插在它們之間，從而在該槽區(qū)內(nèi)容納電池單元。在這種情況下，從層疊薄膜的兩個較短側(cè)抽出正極引線和負極引線。
接著，通過熱封從其抽出正極引線和負極引線的層疊薄膜的側(cè)邊，并再熱封剩余兩個較長側(cè)邊之一，可以使層疊薄膜形成袋狀。通過其未封閉側(cè)，將電解質(zhì)溶液注入袋狀層疊薄膜內(nèi)后，利用在真空室內(nèi)具有熱封機的真空密封機，以減壓熱封剩余一側(cè)，從而密封該電池單元。在熱封層疊薄膜的兩個較長側(cè)時，利用離開電池單元4mm的熱封頭，進行熱封。換句話說，從電池單元的隔離片的端部到熱封頭的接觸端的距離被選擇為4mm。
在以減壓密封了電池單元后，真空室返回常壓。從真空室中取出獲得的薄膜覆蓋電池，觀看其外表。在兩個較長側(cè)邊的熱封區(qū)與電池單元之間，在熱封區(qū)的整個內(nèi)部邊緣上形成緊密接觸區(qū)域，在該緊密接觸區(qū)域上，層疊薄膜不互相粘合在一起，而是利用大氣壓力互相緊密接觸，如圖5B所示。緊密接觸區(qū)域的寬度為3至3.5mm。此外，兩個較長側(cè)邊向內(nèi)彎曲，如圖9所示，其中具有最大彎曲量的中心部分從兩端向內(nèi)彎入約0.5mm，而且在中心部分，還以約3mm的寬度，形成緊密接觸區(qū)域。緊密接觸區(qū)域的長度L2(請參考圖6)和從熱封區(qū)的內(nèi)部邊緣的一端到另一端的長度L1都是146mm。
在分解薄膜覆蓋電池，以觀看較長側(cè)邊的熱封區(qū)時，在從熱封頭的壓力施加端彎入電池內(nèi)的方向，在熱封區(qū)的根部發(fā)現(xiàn)層疊薄膜的樹脂溢料接近0.5mm。然后，利用顯微鏡從電池的內(nèi)部觀察這樣凸出的樹脂，未發(fā)現(xiàn)白化樹脂。此外，即使利用反射型高倍光學(xué)顯微鏡觀看，也看不到裂痕。
(例子2)除了在熱封兩個較長側(cè)邊時電池單元離開熱封頭3mm外，以與例子1相同的方式制造薄膜覆蓋電池。
在該例子中，在制造的薄膜覆蓋電池中，也在兩個較長側(cè)邊的熱封區(qū)與電池單元之間，形成緊密接觸區(qū)域，與例子1的情況相同。緊密接觸區(qū)域的寬度在1.5至2.5mm之間。此外，以與例子1的同樣方式彎曲的兩個較長側(cè)邊在中心部分具有最大彎曲量，它從兩端向內(nèi)彎入約1mm，而且在中心部分，所形成的緊密接觸區(qū)域的寬度也是約1.5mm。
在分解薄膜覆蓋電池，以觀察較長側(cè)邊的熱封區(qū)時，在該例子中，在熱封區(qū)的根部發(fā)現(xiàn)樹脂溢料約為0.5mm，與例子1的情況相同。以與例子1相同的方式，利用顯微鏡從電池的內(nèi)部觀看樹脂的凸出部分，但是既沒有看到白化樹脂，又沒有看到裂痕。
(比較例)除了在熱封兩個較長側(cè)邊時電池單元離開熱封頭3mm外，以與例子1相同的方式制造薄膜覆蓋電池。
在該例子中，如圖9所示，所制造的薄膜覆蓋電池也具有兩個向內(nèi)彎曲的較長側(cè)邊，其中彎曲量最大的中心部分從兩端向內(nèi)彎入約1mm。在較長側(cè)邊的中心部分，使熱封區(qū)的根部緊壓電池單元，這也可以從外表觀察到。不形成緊密接觸區(qū)域。
在分解薄膜覆蓋電池，以觀察較長側(cè)邊的熱封區(qū)時，在該例子中，在熱封區(qū)的根部發(fā)現(xiàn)樹脂溢料約為0.5mm，與例子1的情況相同。在利用顯微鏡從電池的內(nèi)部觀看樹脂的凸出部分時，在以較長側(cè)邊的中心為中心的約98mm的長度上，觀察到白化。在利用反射型高倍光學(xué)顯微鏡進一步觀察白化部分時，發(fā)現(xiàn)存在裂痕。
權(quán)利要求
1.一種薄膜覆蓋電器件，包括電器件單元，正極引線和負極引線連接到其上；以及外層薄膜，具有至少互相層疊在一起的金屬層和熱封樹脂層，所述外層薄膜在其厚度方向?qū)⑺鲭娖骷卧獖A在兩側(cè)之間，其中所述熱封樹脂層位于內(nèi)部，包封所述電器件單元，并圍繞所述電器件單元進行熱封，以在所述引線從其伸出的情況下，密封所述電器件單元，其中所述外層薄膜具有用于在其內(nèi)容納所述電器件單元的槽區(qū)，以致關(guān)于所述電器件單元的厚度方向，通過熱封所述外層薄膜形成的熱封區(qū)在厚度方向上位于所述電器件單元的兩個表面之間，至少對不從其伸出所述引線的所述外層薄膜的各側(cè)面之一形成緊密接觸區(qū)域，在該緊密接觸區(qū)域上，在所述熱封區(qū)與所述電器件單元之間，所述電器件單元未介于其間、直接對著的所述外層薄膜互相緊密接觸，而不被熱封，以及滿足L2≥(1/2)L1，其中L1是從所述熱封區(qū)的內(nèi)部邊緣的一端到另一端的距離，而L2是所述緊密接觸區(qū)域在沿形成了所述緊密接觸區(qū)域一側(cè)的方向上的長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜覆蓋電器件，其中在形成了所述緊密接觸區(qū)域的側(cè)面上，在包括從所述熱封區(qū)內(nèi)部邊緣的一端到另一端之間的中心的位置上，形成所述緊密接觸區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜覆蓋電器件，其中在形成了所述緊密接觸區(qū)域的側(cè)面上，在從所述熱封區(qū)內(nèi)部邊緣的一端到另一端的整個范圍內(nèi)形成所述緊密接觸區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜覆蓋電器件，其中所述緊密接觸區(qū)域具有連續(xù)或者斷續(xù)變化的寬度，以致在形成了所述緊密接觸區(qū)域的側(cè)面上，在從所述熱封區(qū)內(nèi)部邊緣的一端到另一端之間的中心處，該寬度最大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜覆蓋電器件，其中沿不從其伸出所述引線的所述外層薄膜的所有側(cè)，形成所述緊密接觸區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜覆蓋電器件，其中在所述電器件單元的厚度方向，在兩側(cè)形成所述槽區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜覆蓋電器件，其中所述緊密接觸區(qū)域的寬度為0.5mm或者更大。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜覆蓋電器件，其中所述電器件單元的厚度為6mm或者更大。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜覆蓋電器件，其中所述電器件單元是化學(xué)電池單元或者電容器單元。
10.一種制造薄膜覆蓋電器件的方法，包括步驟通過外層薄膜在電器件單元的厚度方向?qū)⒄龢O引線和負極引線連接到其上的電器件單元夾在兩側(cè)中間，該外層薄膜具有至少互相層疊在一起的金屬層和熱封樹脂層；在所述引線從所述外層薄膜伸出的情況下，熱封將所述電器件單元夾在其間的所述外層薄膜的外側(cè)，以將所述電器件單元密封在所述外層薄膜內(nèi)，其中在減壓環(huán)境下，至少熱封該外側(cè)的最后一側(cè)；以及使密封所述電器件單元的所述外層薄膜的外圍回到常壓，其中熱封所述外層薄膜的步驟通過利用熱封頭對所述外層薄膜施加壓力，以加熱并加壓位于離開所述電器件單元2mm或者更遠位置上的所述外層薄膜，至少熱封不從其伸出所述引線的各側(cè)之一。
全文摘要
即使密封厚電器件單元，仍可以防止在外層材料熱封區(qū)的根部產(chǎn)生微細裂痕。薄膜覆蓋電池10具有電池單元13，引線12a和12b連接到其上；以及外層薄膜11，用于在引線12a和12b從其伸出的情況下，密封電池單元13。沿外圍熱封外層薄膜11，以密封電池單元13。在電池單元13的厚度方向，外層薄膜11的熱封區(qū)13位于電池單元13的兩個表面之間。在引線12a、12b不從其伸出外層薄膜11的側(cè)面上，連續(xù)形成緊密接觸區(qū)域15到用于容納電池單元13的空間，在緊密接觸區(qū)域15上，不將外層薄膜11互相熱封在一起，但是它們互相緊密接觸。緊密接觸區(qū)域15的長度是從熱封區(qū)14的內(nèi)部邊緣的一端到另一端的距離的一半或者更大。
文檔編號H01G2/10GK1771615SQ20058000017
公開日2006年5月10日 申請日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月23日
發(fā)明者屋田弘志, 乙幡牧宏 申請人:Nec 拉米利翁能源株式會社