(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ帯状の一対の電極シートが後記電極層の各々が互いに接触しない状態で交互に積重されるよう折り畳まれてなる電極ユニットが外装容器内に収容されてなる電気化学デバイスであって、
前記一対の電極シートの各々は、帯状の集電体と、この集電体の少なくとも一面における周縁部および折り畳み縁部によって包囲された平面領域の各々に形成された複数の電極層と、前記集電体における周縁部および折り畳み縁部の各々の両面に形成された絶縁膜とを有してなり、前記一対の電極シートの各々には、集電体の側縁から突出する複数の引き出し端子が形成されており、当該引き出し端子の各々は、前記電極シートの積重方向に重ならないよう変位した位置に配置されていることを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
電極ユニットは、一対の電極シートが、各々の長手方向が互いに直交し、かつ、電極層の各々が互いに接触しない状態で交互に積重されるようジグザクに複数回折り畳まれてなることを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
一方の電極シートの電極層の面積が、当該一方の電極シートの電極層に対向する他方の電極シートの電極層の面積より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気化学デバイス。
【請求項４】
負極とされる電極シートの電極層の面積が、当該負極とされる電極シートの電極層に対向する正極とされる電極シートの電極層の面積より大きいことを特徴とする請求項３に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
電極層が集電体の両面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項６】
電極層の各々の平面形状が正方形または長方形であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項７】
電極層の各々の平面形状が、四隅が丸みを帯びた正方形または長方形であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項８】
電極層の各々の厚みが１０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項９】
集電体には、電極層が形成された部分の少なくとも一部の領域に、１つ以上の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項１０】
引き出し端子の一面または両面の少なくとも一部の領域に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項１１】
電極シートの各々には、その折り畳み縁部の少なくとも一部の領域に穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項１２】
電極シートの折り畳み縁部に形成された穴の少なくとも一部の内壁面に絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の電気化学デバイス。
【請求項１３】
電極シートの各々における電極層は、その周縁部分が絶縁膜上に重なるよう形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項１４】
一対の電極シートにおける互いに対向する電極層の各々の間にセパレータが配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項１５】
一対の電極シートにおける互いに対向する電極層の各々の間に電解液が存在することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項１６】
負極とされる電極シートにおける電極層にリチウムイオンがドーピングされていることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【請求項１７】
リチウムイオンキャパシタとして適用されることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池などの電気化学デバイスに関し、更に詳しくは、それぞれ帯状の一対の電極シートがセパレータを介して交互に積重されるよう折り畳まれてなる電極ユニットを有する電気化学デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化・軽量化の進歩は目覚ましく、それに伴い、当該電子機器の駆動用電源として用いられる電池に対しても小型化・軽量化の要求が一層高まっている。このような小型化・軽量化の要求を満足するために、従来、リチウムイオン二次電池などの電気化学デバイスが開発されている。
また、高エネルギー密度および高出力特性を必要とする用途に対応する電気化学デバイスとして、リチウムイオン二次電池および電気二重層キャパシタの蓄電原理が組み合わされたリチウムイオンキャパシタが注目されている。
そして、電気化学デバイスにおいては、小型で高容量のデバイスを得るために、積層型、捲回型、折り畳み型などの種々の電極構造のものが知られており、これらのうち、折り畳み型の電気化学デバイスとしては、それぞれ帯状の一対の電極シートが、各々の長手方向が互いに交差し、かつ、セパレータを介して交互に積重されるようジグザクに複数回折り畳まれてなる電極ユニットを有するものが知られている（特許文献１参照。）。【０００３】
然るに、このような折り畳み型の電気化学デバイスは、電極シートの折り畳み縁部には大きな応力が加わるために、電極層の破損および電極層を構成する活物質の脱落などが生じて性能が低下すること、電極シートの折り畳み縁部の厚みが他の部分の厚みより大きくて寸法精度が低いことなどの種々の問題を有する。
このような問題を解決するため、電極シートの折り畳み縁部を除く表面領域に電極層が形成された電気化学デバイスが提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平４−３５３５１号公報
【特許文献２】実公昭４８−２３６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の電気化学デバイスにおいては、以下のような問題がある。
電極シートはその厚みが小さくて取扱いにくいものであるため、このような電極シートを折り畳みながら高い位置精度で積重することは実際上困難である。そして、電極シートを折り畳む際に当該電極シートの位置ずれが生じると、電極シート同士が接触して短絡するおそれがある。
また、積層された集電体部分の各々と電極端子とを溶接等によって電気的に接続する際に、多数の集電体部分が積層されていることにより、全体の厚みが相当に大きいものとなり、例えば下層の集電体部分と電極端子との厚み方向の距離が相当に長くなるため、溶接のエネルギーが下層の集電体部分まで十分に到達しないことが多い。そのため、溶接のエネルギーが到達しない集電体部分は電極端子確実に電気的に接続されず、その結果、接触抵抗が高くなるという問題がある。
また、多数の集電体部分および電極層が積層されているため、電極ユニットが蓄熱しやすい、という問題がある。
また、集電体上にはその幅方向の全域にわたって電極層が形成されている、すなわち集電体における側周縁部上の位置にも電極層が形成されているため、セパレータが僅かに位置ずれしても、電極シートの各々における互いに対向する電極層が接触して短絡するおそれがある。【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その第１の目的は、一対の電極シートがセパレータを介して交互に積重されるよう折り畳まれてなる電気化学デバイスにおいて、電極シートの折り畳み時に位置ずれが生じて電極シート同士が接触した場合であっても、電極シート同士が短絡することを防止することができる電気化学デバイスを提供することにある。
本発明の第２の目的は、電極ユニットの蓄熱を抑制することができる電気化学デバイスを提供することにある。
本発明の第３の目的は、集電体とこの集電体に接続される電極端子との接触抵抗が低い電気化学デバイスを提供することにある。
本発明の第４の目的は、セパレータが位置ずれしても、電極シートの各々における電極層が互いに接触して短絡することを防止することができる電気化学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電気化学デバイスは、それぞれ帯状の一対の電極シートが後記電極層の各々が互いに接触しない状態で交互に積重されるよう折り畳まれてなる電極ユニットを有する電気化学デバイスであって、
前記一対の電極シートの各々は、帯状の集電体と、この集電体の少なくとも一面における周縁部および折り畳み縁部によって包囲された平面領域の各々に形成された複数の電極層と、前記集電体における周縁部および折り畳み縁部の各々の両面に形成された絶縁膜とを有してなり、前記一対の電極シートの各々には、集電体の側縁から突出する複数の引き出し端子が形成されており、当該引き出し端子の各々は、前記電極シートの積重方向に重ならないよう変位した位置に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電気化学デバイスにおいては、電極ユニットは、一対の電極シートが、各々の長手方向が互いに直交し、かつ、電極層の各々が互いに接触しない状態で交互に積重されるようジグザクに複数回折り畳まれてなることが好ましい。
また、一方の電極シートの電極層の面積が、当該一方の電極シートの電極層に対向する他方の電極シートの電極層の面積より大きいことが好ましく、このような電気化学デバイスにおいては、負極とされる電極シートの電極層の面積が、当該負極とされる電極シートの電極層に対向する正極とされる電極シートの電極層の面積より大きいことが好ましい。  また、電極層が集電体の両面に形成されていることが好ましい。
また、電極層の各々の平面形状が正方形または長方形であることが好ましく、特に、電極層の各々の平面形状が、四隅が丸みを帯びた正方形または長方形であることが好ましい。
また、電極層の各々の厚みが１０〜１００μｍであることが好ましい。
また、集電体には、電極層が形成された部分の少なくとも一部の領域に、１つ以上の貫通孔が形成されていることが好ましい。
また、一対の電極シートの各々には、集電体の側縁から突出する複数の引き出し端子が形成されており、当該引き出し端子の各々は、前記電極シートの積重方向に重ならないよう変位した位置に配置されていることが好ましい。
また、引き出し端子の一面または両面の少なくとも一部の領域に絶縁膜が形成されていることが好ましい。
また、電極シートの各々には、その折り畳み縁部の少なくとも一部の領域に穴が形成されていることが好ましい。
また、電極シートの折り畳み縁部に形成された穴の少なくとも一部の内壁面に絶縁層が形成されていることが好ましい。
また、電極シートの各々における電極層は、その周縁部分が絶縁膜上に重なるよう形成されていることが好ましい。
一対の電極シートにおける互いに対向する電極層の各々の間にセパレータが配置されていることが好ましい。
また、一対の電極シートにおける互いに対向する電極層の各々の間に電解液が存在することが好ましい。
また、負極とされる電極シートにおける電極層にリチウムイオンがドーピングされていることが好ましい。
また、リチウムイオンキャパシタとして適用されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電気化学デバイスによれば、電極シートの集電体における周縁部および折り畳み縁部の各々の両面に絶縁膜が形成されているため、電極シートの折り畳み時に位置ずれが生じて電極シート同士が接触した場合であっても、電極シート同士が短絡することを防止することができる。
また、一対の電極シートの各々に、集電体の側縁から突出する引き出し端子が形成されている構成によれば、このタブを介して電極ユニットに生じた熱が放散されるので、当該電極ユニットの蓄熱を防止または抑制することができる。
また、集電体の側縁から突出する複数の引き出し端子の各々が、電極シートの積重方向に重ならないよう変位した位置に形成された構成によれば、全ての引き出し端子の各々を溶接等によって電極端子と直接接続することができるため、引き出し端子と電極端子との溶接においてエネルギーが伝わり易く、これにより、引き出し端子と電極端子との電気的接続が確実に達成され、その結果、接続不良が発生し難く、接触抵抗が高くなることを防止することができ、また、歩留まりも向上する。
また、集電体の少なくとも一面における周縁部および折り畳み縁部によって包囲された平面領域の各々に複数の電極層が形成された構成によれば、セパレータが位置ずれしても、電極シートの各々における電極層が互いに接触して短絡することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電気化学デバイスの一例における電極ユニットの構成の概略を示す説明用断面図であって、（ａ）は正極電極シートの幅方向に沿って切断した横断面図、（ｂ）は、負極電極シートの幅方向に沿って切断した縦断面図である。
【図２】電極ユニットの一部を拡大して示す説明用断面図であって、（ａ）は正極電極シートの幅方向に沿って切断した横断面図、（ｂ）は、負極電極シートの幅方向に沿って切断した縦断面図である。
【図３】正極電極シートの構成を示す説明図であって、（ａ）は正極電極シートを展開した状態で示す平面図、（ｂ）は正極電極シートを展開した状態で長手方向に切断して示す断面図、（ｃ）は、正極電極シートを折り畳んだ状態で示す平面図である。
【図４】負極電極シートの構成を示す説明図であって、（ａ）は負極電極シートを展開した状態で示す平面図、（ｂ）は負極電極シートを展開した状態で長手方向に切断して示す断面図、（ｃ）は、負極電極シートを折り畳んだ状態で示す平面図である。
【図５】本発明の電気化学デバイスの他の例における正極電極シートおよび負極電極シートの一部を拡大して示す説明用断面図である。
【図６】本発明の電気化学デバイスの更に他の例における正極電極シートおよび負極電極シートの電極層を拡大して示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の電気化学デバイスの実施の形態について説明する。
図１は、本発明の電気化学デバイスの一例における電極ユニットの構成の概略を示す説明用断面図であって、（ａ）は正極電極シートの幅方向に沿って切断した横断面図、（ｂ）は、負極電極シートの幅方向に沿って切断した縦断面図であり、図２は、電極ユニットの一部を拡大して示す説明用断面図であって、（ａ）は正極電極シートの幅方向に沿って切断した横断面図、（ｂ）は、負極電極シートの幅方向に沿って切断した縦断面図である。この電気化学デバイスは、リチウムイオンキャパシタであって、外装容器（図示省略）内に、電極ユニット１が収容されると共に電解液が充填されて構成されている。電極ユニット１は、帯状の正極電極シート１０および帯状の負極電極シート２０が、各々の長手方向が互いに直交し、かつ、後述する電極層１２，２２が互いに接触しないように矩形のシート状のセパレータ３０を介して交互に積重されるようジグザクに複数回折り畳まれて構成されている。
【００１６】
正極電極シート１０は、図３にも示すように、帯状の正極集電体１１を有し、この正極集電体１１の両面には、当該正極集電体１１の周縁部１１ａおよび折り畳み縁部１１ｂによって包囲された平面領域１１ｃの各々に正極活物質を含有してなる複数の電極層１２が形成され、当該正極集電体１１の周縁部１１ａおよび折り畳み縁部１１ｂの両面には、絶縁膜１３が電極層１２を包囲するよう形成されている。この絶縁膜１３は、正極集電体１１の側面にも形成されていることが好ましい。このよう絶縁膜１３を正極集電体１１の側面に形成することにより、正極電極シート１０と負極電極シート２０をセパレータ３０を介して交互に積重されるようにジグザグに折り畳む際に、正極集電体１１の側面が負極集電体２１に接触することが防止されので、内部短絡の発生を確実に防止することができる。以上のような理由により、正極集電体１１における各折り畳み縁部１１ｂの角部に十分な厚みの絶縁膜１３を確実に形成することが好ましい。
また、正極電極シート１０には、複数の穴１４が折り畳み縁に沿って並ぶようミシン目状に形成されている。
また、正極電極シート１０における電極層１２の形状は略長方形または略正方形であることが好ましい。
【００１７】
また、負極電極シート２０は、図４にも示すように、帯状の負極集電体２１を有し、この負極集電体２１の両面には、当該負極集電体２１の周縁部２１ａおよび折り畳み縁部２１ｂによって包囲された平面領域２１ｃの各々に負極活物質を含有してなる複数の電極層２２が形成され、当該負極集電体２１の周縁部２１ａおよび折り畳み縁部２１ｂの両面には、絶縁膜２３が電極層２２を包囲するよう形成されている。この絶縁膜２３は、負極集電体２１の側面にも形成されていることが好ましい。このよう絶縁膜２３を負極集電体２１の側面に形成することにより、正極電極シート１０と負極電極シート２０をセパレータ３０を介して交互に積重されるようにジグザグに折り畳む際に、負極集電体２１の側面が正極集電体１１に接触することが防止されので、内部短絡の発生を確実に防止することができる。以上のような理由により、負極集電体２１における各折り畳み縁部２１ｂの角部に十分な厚みの絶縁膜２３を確実に形成することが好ましい。
このように、正極電極シート１０の周縁部１１ａおよび負極電極シート２０の周縁部２１ａに、それぞれ絶縁膜１３および絶縁膜２３が形成されていることにより、各絶縁膜１３，２３の形成時に生じたピンホールによるショートの影響を著しく低下することができる。
また、負極電極シート２０には、複数の穴２４が折り畳み縁に沿って並ぶようミシン目状に形成されている。
また、負極電極シート２０における電極層２２の形状は略長方形または略正方形であることが好ましい。
【００１８】
正極集電体１１および負極集電体２１（以下、両者を併せて「電極集電体」ともいう。）は、後述する電極層１２，２２が形成される部分の少なくとも１つの領域に、１つ以上の貫通孔が形成されていることが好ましい。この貫通孔は、例えばパンチングやエッチングによって形成することができる。また、電極集電体の貫通孔の形状は、円形、矩形、その他適宜の形状に設定することができる。また、電極集電体の貫通孔の形状が円形であれば、当該貫通孔の形成においてエッチング加工性が高く、また、電極集電体の貫通孔の形状が矩形であれば、スラリーを塗布する際に、貫通孔にスラリーを容易に進入させることが可能である。このような貫通孔が形成された電極集電体を用いることにより、リチウムイオンが電極集電体の貫通孔を通って自由に各電極間を移動するので、負極電極シート２０における電極層２２にリチウムイオンを均一に短時間で効率よくドーピングすることができる。
また、電極集電体の厚みは、強度および軽量化の観点から、２０〜５０μｍであることが好ましい。
また、電極集電体の貫通孔の大きさは、直径が２０μｍ〜２００μｍの範囲であればよく、貫通孔の開口率は、電極集電体の一面の表面積を１００％としたとき、２０％〜７０％程度であることが好ましい。貫通孔の開口率が２０％〜７０％の範囲内の場合には、低抵抗で、且つ、リチウムイオンのドーピング性能の高い電気化学デバイスを得ることができる。
【００１９】
電極集電体の材質としては、一般に有機電解質電池などの用途で使用されている種々のものを用いることができる。負極集電体２１の材質の具体例としては、ステンレス、銅、ニッケル等が挙げられ、正極集電体１１の材質としては、アルミニウム、ステンレス等が挙げられる。
【００２０】
正極電極シート１０における電極層１２は、例えばテトラフルオロボレートのようなアニオンを可逆的に担持可能な正極活物質を含有してなるものである。
電極層１２を構成する正極活物質としては、例えば活性炭、導電性高分子、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって水素原子／炭素原子の原子数比（以下「Ｈ／Ｃ」と記す。）が０．０５〜０．５０であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体（以下、「ＰＡＳ」という。）等を用いることができる。
【００２１】
負極電極シート２０における電極層２２は、リチウムイオンを可逆的に担持可能な負極活物質を含有してなるものである。
電極層２２を構成する負極活物質としては、例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であってＨ／Ｃが０．５０〜０．０５であるＰＡＳ等を好適に用いることができる。
【００２２】
本発明の電気化学デバイスにおいて、正極電極シート１０および負極電極シート２０における電極層１２，２２は、正極活物質または負極活物質（以下、両者を併せて「電極活物質」ともいう。）を含有してなる材料を用いて電極集電体上に形成されるが、その方法は特定されず公知の方法を利用することができ、例えば、スクリーン印刷方法、転写印刷方法、スリットダイ塗工方法等の方法により、電極活物質を含有するスラリーを塗布する方法を利用することができる。具体的には、電極活物質の粉末、バインダーおよび必要に応じて導電性粉末が水系媒体または有機溶媒中に分散されてなるスラリーを調製し、このスラリーを電極集電体の表面に塗布して乾燥することによって、或いは上記スラリーを予めシート状に成形し、得られる成形体を電極集電体の表面に貼り付けることによって、電極層１２，２２を形成することができる。
ここで、スラリーの調製に用いられるバインダーとしては、例えばＳＢＲ等のゴム系バインダーや、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの中では、バインダーとしてフッ素系樹脂が好ましく、特にフッ素原子／炭素原子の原子数比（以下、「Ｆ／Ｃ」という。）が０．７５以上で１．５未満であるフッ素系樹脂を用いることが好ましく、Ｆ／Ｃが０．７５以上で１．３未満のフッ素系樹脂が更に好ましい。
バインダーの使用量は、電極活物質の種類や電極形状等により異なるが、電極活物質に対して１〜２０質量％、好ましくは２〜１０質量％である。
また、必要に応じて使用される導電性粉末としては、例えばアセチレンブラック、グラファイト、金属粉末等が挙げられる。この導電性粉末の使用量は、電極活物質の電気伝導度、電極形状等により異なるが、電極活物質に対して２〜４０質量％の割合で用いることが好ましい。
【００２３】
電極集電体に上記スラリーを塗工することによって、電極層１２，２２を形成する場合には、電極集電体の塗工面に導電性材料よりなる下地層を形成してもよい。電極集電体の表面にスラリーを直接塗工する場合には、電極集電体が多孔材であるため、スラリーが電極集電体の孔から洩れ出したり、あるいは電極集電体の表面が平滑でないため、均一な厚みを有する電極層１２，２２を形成することが困難となることがある。そして、電極集電体の表面に下地層を形成することにより、孔が下地層によって塞がれると共に、平滑な塗工面が形成されるので、スラリーを塗工しやすくなると共に、均一な厚みを有する電極層１２，２２を形成することができる。また、電極層１２，２２の形成において、スラリーを塗布した後、プレス加工を施すことができ、これにより、均一な厚みを有する電極層１２，２２を確実に形成することができる。
【００２４】
正極電極シート１０および負極電極シート２０における電極層１２，２２の厚みは、得られる電気化学デバイスに十分なエネルギー密度を確保されるよう電極層１２，２２の各々の厚みのバランスで設計されるが、得られる電気化学デバイスの出力密度、エネルギー密度および工業的生産性等の観点から、１０〜１００μｍであることが好ましく、より好ましくは２０〜８０μｍである。
【００２５】
正極電極シート１０および負極電極シート２０における絶縁膜１３，２３を構成する材料としては、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂などを用いることができる。かかる硬化性樹脂の具体例としては、ポリイミド系、エポキシ系、アクリル系の樹脂材料をベースに、光開始剤、架橋剤を付加したもの、またはそれらに可撓性を付与するために微小な架橋ゴム粒子を混合したものなどが挙げられる。
絶縁膜１３，２３の厚みは、例えば１〜２０μｍであり、好ましくは２〜５μｍである。
絶縁膜１３，２３における電極集電体の周縁部１１ａ，２１ａ上に位置する部分の幅は、電極層１２，２２の寸法によって異なるが、１５０〜８００μｍであることが好ましく、より好ましくは２００〜６００μｍである。
また、絶縁膜１３，２３における電極集電体の折り畳み縁部１１ｂ，２１ｂ上に位置する部分の幅は、電極層１２，２２の寸法によって異なるが、１００〜１００００μｍであることが好ましく、より好ましくは２００〜７０００μｍである。
【００２６】
正極電極シート１０および負極電極シート２０の各々における折り畳み縁に形成された穴１４，２４のサイズ、形状、ピッチについては特に限定はしないが、径が０．５ｍｍの円形状で、２ｍｍのピッチで直線状に並ぶよう形成した場合には、当該電気化学デバイスを製造する際には、電解液の注入工程において、穴１４，２４を介して正極電極シート１０および負極電極シート２０の間に電解液をスムーズに進入させることができる。また、穴１４，２４の内壁面にも、絶縁膜１３，２３が形成されていることが好ましい。
【００２７】
本発明の電気化学デバイスにおいては、セパレータ３０を介して互いに対向する正極電極シート１０の電極層１２および負極電極シート２０の電極層２２のいずれか一方の面積が、他方の電極層の面積より大きいことが好ましく、特に、負極電極シート２０の電極層２２の面積が、当該電極層２２にセパレータ３０を介して対向する正極電極シート１０の電極層１２の面積より大きいことが好ましい。
このような構成によれば、金属リチウムの析出が、負極電極シート２０の電極層２２のエッジ部分に集中して発生することを防止することができると共に、金属リチウムによる正極電極シート１０と負極電極シート２０との間の短絡を防止することができる、という効果が得られる。
【００２８】
また、正極電極シート１０には、正極集電体１１の側縁から突出する複数の引き出し端子（集電タブ）１５が形成され、負極電極シート２０には、負極集電体２１の側縁から突出する複数の引き出し端子２５が形成されている。この例では、引き出し端子１５，２５の各々は、正極電極シート１０および負極電極シート２０における電極層１２，２２に対応して設けられており、電極層１２，２２の各々の側方位置において正極集電体１１の側縁から突出するよう形成され、更に、引き出し端子１５，２５の各々は、正極電極シート１０および負極電極シート２０の積重方向に重ならないよう変位した位置に配置されている。尚、引き出し端子１５，２５は、正極電極シート１０および負極電極シート２０における全ての電極層１２，２２に対応して形成されている必要はなく、例えば正極電極シート１０および負極電極シート２０における各電極層１２，２２の一つ置きに、同一方向を向く側縁から突出するように形成されていてもよい。
このような構成によれば、この後の組立工程において、引き出し端子１５，２５をそれぞれ正極電極端子および負極電極端子に接続する際に、抵抗溶接、超音波溶接等の溶接による接合を安定して行うことができる。これに対して、積重方向に複数枚重ねて溶接する場合には、中間の層で接合不良が発生する可能性が高くなる。
さらに、それぞれ同一方向を向く側縁から複数の引き出し端子１５，２５を形成した場合には、正極電極シート１０および負極電極シート２０のそれぞれから突出する引き出し端子１５，２５の突出方向が片側に集約されるため、正極電極端子および負極電極端子を溶接する際の工程を簡略化することができ、材料費も削減することができる。
【００２９】
また、引き出し端子１５，２５の一面の少なくとも一部の領域には、絶縁膜が形成されていることが好ましい。この絶縁膜の材質および厚みなどは、正極電極シート１０および負極電極シート２０における絶縁膜１３，２３と同様である。また、引き出し端子１５，２５を抵抗溶接する際には、当該引き出し端子１５，２５に形成された絶縁膜に対して、溶接に必要な領域に開口を形成し、引き出し端子１５，２５の溶接が終了した後、開口に絶縁膜を再形成することができる。
このような構成によれば、引き出し端子１５，２５の一面にリチウム金属が析出することを防止することができる。
そして、正極集電体１１に形成された引き出し端子１５の各々は、適宜の電気的接続手段によって、外装容器に設けられた正極電極端子（図示省略）に電気的に接続されており、負極集電体２１に形成された引き出し端子２５は、適宜の電気的接続手段によって、外装容器に設けられた負極電極端子（図示省略）に電気的に接続されている。
【００３０】
このような正極電極シート１０および負極電極シート２０は、例えば以下のようにして製造することができる。
先ず、側縁に引き出し端子が形成された帯状の電極集電体を作製する。電極集電体に引き出し端子を形成する方法としては、目的とする電極集電体より大きい幅を有する電極集電体材を用意し、この電極集電体材を例えばエッチング処理する方法を用いることができる。電極集電体の孔をエッチング処理によって形成する場合には、当該電極集電体の孔の形成工程と同時に引き出し端子を形成することができる。また、金属板を矩形状の網目状に常温引伸切断することによりまたはプレス加工することにより電極集電体を形成することもできる。
次いで、電極集電体における周縁部および折り畳み縁部の両面および引き出し端子の一面に、液状の硬化性樹脂を塗布して硬化処理を施すことにより、絶縁膜を形成する。
そして、電極集電体の両面における絶縁膜によって包囲された平面領域に、電極活物質およびバインダーを含有してなるスラリーを塗布して乾燥し、得られた塗布層に対してプレス加工を施すことによって電極層を形成することにより、正極電極シート１０または負極電極シート２０が得られる。
【００３１】
セパレータ３０としては、電解液、正極活物質或いは負極活物質に対して耐久性があり、電解液を含浸可能な連通気孔を有する電気伝導性の小さい多孔体等を用いることができる。
セパレータ３０の材質としては、セルロース（紙）、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース／レーヨン、その他公知のものを用いることができる。これらの中では、セルロース（紙）、セルロース／レーヨンが耐久性および経済性の点で好ましい。
また、セパレータ３０の厚みは、例えば２０〜５０μｍである。
また、セパレータ３０は、正極電極シート１０および負極電極シート２０の各々における電極層１１，２２の表面の面積より大きい面積を有するものであればよく、互いに対向する電極層１１，２２を電気的に隔離することができる大きさのものであることが好ましい。
【００３２】
電極ユニット１が収容される外装容器としては、一般に電池またはキャパシタに用いられている種々のものを用いることができ、例えば鉄、アルミニウム等の金属材料、更に内壁での短絡を防止するために内面に絶縁コーティングを施した金属材料、セラミック材料、樹脂材料、あるいはそれらを積層した複合材料等よりなる缶型のもの、例えばアルミニウムと、ナイロン、ポリプロピレンなどの高分子材料とが積層されてなるラミネートフィルムを用いたフィルム型のものなどを用いることができる。
【００３３】
外装容器内に充填される電解液としては、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒電解質溶液を用いることができる。
電解質を構成するリチウム塩としては、リチウムイオンを移送可能で、高電圧下においても電気分解を起こさず、リチウムイオンが安定に存在し得るものであればよく、その具体例としては、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＰＦ6 、Ｌｉ（Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ2 ）2 Ｎなどが挙げられる。
非プロトン性有機溶媒の具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホランなどが挙げられる。これらの非プロトン性有機溶媒は、単独でまたは２種以上を混合して用いることができる。
電解液は、上記の電解質および溶媒を充分に脱水された状態で混合することによって調製されるが、電解液中の電解質の濃度は、電解液による内部抵抗を小さくするために、少なくとも０．１モル／Ｌ以上であることが好ましく、０．５〜１．５モル／Ｌであることが更に好ましい。
このような電解液は、正極電極シート１０および負極電極シート２０における互いに対向する電極層１２，２２の各々の間に存在するよう注入される。
【００３４】
このような電気化学デバイスは、外装容器内に、電極ユニット１をリチウム金属箔よりなるリチウムイオン供給源と共に配置し、所要の電気接続作業を行った後、外装容器内に電解液を充填することによって得られる。ここで、外装容器内においては、負極電極シート２０の電極層２２とリチウムイオン供給源との電気化学的接触によって、リチウムイオン供給源から放出されるリチウムイオンが負極電極シート２０における電極層２２にドーピングされる。
リチウムイオン供給源は、例えば電極ユニット１の上面および下面を形成する負極電極シート２０上に、セパレータを介して配置すればよい。
リチウムイオン供給源を構成するリチウム金属箔の厚みは、負極電極シート２０の電極層２２に予め担持するリチウムイオンの量を考慮して適宜定められるが、通常、１〜３００μｍであり、好ましくは１０〜３００μｍ、更に好ましくは、５０〜３００μｍである。
また、リチウムイオン供給源は、金属製のシート状の集電体に、蒸着、圧着または積重されていることが好ましい。このような構成においては、リチウムイオン供給源に圧着または積重された集電体に、引き出し端子を設けることにより、負極電極シート２０または負極電極端子に電気的に接続することができ、リチウムイオンのドーピングをスムーズに行うことができる。また、予め負極活物質層中にリチウム金属を練りこむ等の方法によって、電極層２２にリチウムイオンを担持させておくこともできる。
ここで、集電体としては、リチウムイオン供給源を構成するリチウム金属が圧着しやすいものを用いることが好ましく、さらに、必要に応じてリチウムイオンが通過するよう、電極集電体と同様な多孔構造のものを用いることが好ましく、また、集電体の材質としては、ステンレス、銅等のリチウム金属と反応しないものを用いることが好ましく、その厚みが１０〜２００μｍであることが好ましい。
【００３５】
上記の電気化学デバイスによれば、正極電極シート１０の正極集電体１１および負極電極シート２０の負極集電体２１における周縁部１１ａ，２１ａおよび折り畳み縁部１１ｂ，２１ｂの各々の両面に絶縁膜１３が形成されているため、正極電極シート１０および負極電極シート２０の折り畳み時に位置ずれが生じて正極電極シート１０および負極電極シート２０同士が接触した場合であっても、正極電極シート１０および負極電極シート２０が短絡することを防止することができる。
また、正極電極シート１０および負極電極シート２０の各々に、折り畳み縁に沿って複数の穴１４，２４が形成されているため、正極電極シート１０および負極電極シート２０を折り畳む際に、その折り返しが規則正しく行われ、また、後の工程で電解液を注入する際には、電解液が穴１４，２４を介して正極電極シート１０および負極電極シート２０の間に進入するため、セパレータ３０に対して電解液を容易に含浸させることができる。
また、正極電極シート１０および負極電極シート２０の折り畳み作業を折り畳み装置によって行う場合には、正極電極シート１０および負極電極シート２０の穴１４，２４をアライメントマークとして利用することができ、或いは、穴１４，２４にガイドピンを挿入し位置決め穴として利用することもできる。
また、正極電極シート１０および負極電極シート２０の各々に、正極集電体１１または負極集電体２１の側縁から突出する引き出し端子１５，２５が形成されていることにより、この引き出し端子１５，２５を介して電極ユニット１に生じた熱が放散されるので、当該電極ユニット１の蓄熱を防止または抑制することができる。
また、正極集電体１１および負極集電体２１の側縁から突出する複数の引き出し端子の各々が、電極シートの積重方向に重ならないよう変位した位置に形成されていることにより、全ての引き出し端子１５、２５の各々を溶接等によって正極電極端子または負極電極端子と直接接続することができるため、引き出し端子１５、２５と正極電極端子または負極電極端子との溶接においてエネルギーが伝わり易く、これにより、引き出し端子１５、２５と正極電極端子または負極電極端子との電気的接続が確実に達成され、その結果、接続不良が発生し難く、接触抵抗が高くなることを防止することができ、また、歩留まりも向上する。
また、正極集電体１１および負極集電体２１の両面における周縁部および折り畳み縁部によって包囲された平面領域の各々に複数の電極層１２，２２が形成されていることにより、セパレータ３０が位置ずれしても、正極電極シート１０および負極電極シート２０の各々における電極層１２，２２が互いに接触して短絡することを防止することができる。      
【００３６】
図５は、本発明の電気化学デバイスの他の例における正極電極シートおよび負極電極シートの一部を拡大して示す説明用断面図である。
この例の電気化学デバイスにおいては、正極電極シートおよび負極電極シートの各々における電極層１２，２２は、それぞれの周縁部分１２ａ，２２ａが絶縁膜１３，２３上に重なるよう形成されている。その他の構成は、図１〜図４に示す電気化学デバイスの構成と同様である。
電極層１２，２２の周縁部分１２ａ，２２ａの幅、すなわち電極層１２，２２と絶縁膜１３，２３とが重なる領域の幅は、特に限定されないが、１００μｍ以上であることが好ましい。
また、電極層１２，２２は、絶縁膜１３，２３が重なる領域における電極層１２，２２および絶縁膜１３，２３の合計の厚みと、電極層１２，２２における電極集電体の直上に形成された部分の厚みとが同等となるよう形成することが好ましい。このような構成によれば、電極層１２，２２の表面全面がフラットな状態となるため、電極ユニットを外装容器内に収容する際に、電極層１２，２２の表面の一部が突出することによって生ずる応力の集中を回避することができる。
【００３７】
このような電気化学デバイスによれば、図１〜図４に示す電気化学デバイスと同様の効果が得られると共に、当該電気化学デバイスを製造する際に、電極活物質を含有してなるスラリーの塗布工程において塗布精度のばらつきが生じても、得られる電極層１２，２２と絶縁膜１３，２３との間に間隙が形成されることがないため、これにより、集電体１１，２１の表面が電解液中に露出することを防止することができ、集電体１１，２１の露出部分に金属リチウムが析出することによって生ずる正極電極シート１０と負極電極シート２０との短絡を回避することができる。
【００３８】
図６は、本発明の電気化学デバイスの更に他の例における正極電極シートおよび負極電極シートの電極層を拡大して示す平面図である。
この例の電気化学デバイスにおいては、正極電極シート１０および負極電極シート２０の各々における電極層１２，２２は、その平面形状が四隅が丸みを帯びた略正方形または略長方形とされている。その他の構成は、図１〜図４に示す電気化学デバイスの構成と同様である。
このような電気化学デバイスによれば、電極層１２，２２の平面形状が四隅が丸みを帯びた略正方形または略長方形であるため、電界が電極層１２，２２の四隅に集中することによるリーク電流の発生を防止することができる。
【００３９】
以上、本発明の電気化学デバイスについて、リチウムイオンキャパシタとして実施した場合の形態を説明したが、本発明の電気化学デバイスは、一対の電極シートがセパレータを介して交互に積重されるよう折り畳まれてなる電極ユニットを有するものであれば、リチウムイオンキャパシタに限定されず、例えば電気二重層キャパシタ等のその他のキャパシタ、リチウムイオン二次電池などの電池にも好適に適用することができる。
また、正極電極シート１０および負極電極シート２０における電極層１２，２２は、当該正極電極シート１０および当該負極電極シート２０の一面のみに形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  電極ユニット
１０  正極電極シート
１１  正極集電体
１１ａ  周縁部
１１ｂ  折り畳み縁部
１１ｃ  平面領域
１２  電極層
１２ａ  周縁部分
１３  絶縁膜
１４  穴
１５  引き出し端子
２０  負極電極シート
２１  負極集電体
２１ａ  周縁部
２１ｂ  折り畳み縁部
２１ｃ  平面領域
２２  電極層
２２ａ  周縁部分
２３  絶縁膜
２４  穴
２５  引き出し端子
３０  セパレータ
【図１】
0005609893.tif 000002
【図２】
0005609893.tif 000003
【図３】
0005609893.tif 000004
【図４】
0005609893.tif 000005
【図５】
0005609893.tif 000006
【図６】
0005609893.tif 000007