(57)【要約】【課題】  デッドスペースを低減でき、耐圧性に優れたシール構造を有する、複数の発電要素を内部に収容するための電気化学デバイス用外装体を提供すること。【解決手段】  電気化学デバイスの複数の発電要素を、各発電要素間に隔壁７を挟んだ状態で内部に収容するための外装体であって、互いに対向する一対のラミネートフィルム５１，５２により構成され、上記一対のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が隔壁７を挟んだ状態で接着されてなるシール部を有し、上記シール部の少なくとも一部が、上記一対のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が外装体の内部側に折り曲げられて接着されることで外装体内部に収容された内蔵シール部５となっている、電気化学デバイス用外装体。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学デバイスの複数の発電要素を、各発電要素間に隔壁を挟んだ状態で内部に収容するための外装体であって、
互いに対向する一対のラミネートフィルム及び前記隔壁により構成され、
前記一対のラミネートフィルムの縁部同士が前記隔壁を挟んだ状態で接着されてなるシール部を有し、
前記シール部の少なくとも一部が、前記一対のラミネートフィルムの縁部同士が外装体の内部側に折り曲げられて接着されることで外装体内部に収容された内蔵シール部となっている、電気化学デバイス用外装体。
【請求項２】
外形が矩形状であり、
電極端子を導出する辺に接する二辺のうちの少なくとも一方の辺が、前記内蔵シール部となっている、請求項１記載の電気化学デバイス用外装体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電気化学デバイス用外装体と、
前記外装体の内部に密閉した状態で収容された複数の発電要素及び電解質溶液と、
一端が前記発電要素の各電極に接続され、他端が前記外装体の外部に露出された電極端子と、
を備え、複数の前記発電要素は、各発電要素間に隔壁を挟んで前記外装体の内部に収容されており、且つ、直列に接続されている、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、電気化学デバイス用外装体及び電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイスでは、アルミラミネート外装体を用いたものが実用化されている。アルミラミネート外装体は、軽量であり形状の自由度が高いという利点がある。
【０００３】
従来のラミネート外装体の構造は、発電要素収容部の周囲に設けた糊代部分でラミネートフィルムを熱プレス等によりシールする構造となっている（例えば、特許文献１〜４参照）。また、このようなラミネート外装体を用いた電気化学デバイスにおいて、使用電圧を高める等の目的から、２以上の発電要素を外装体内に挿入する試みが提案されている（例えば、特許文献５〜６参照）。この場合、発電要素を外装体内で分離する必要があるため、発電要素間に隔壁を設けることが行われている。隔壁が設けられた外装体の構造としては、発電要素収容部の周囲に設けた糊代部分で隔壁をラミネートフィルムで挟んで熱プレス等によりシールし、隔壁とラミネートフィルムとを一体化した構造が知られている。
【０００４】
しかし、上述したラミネート外装体の構造では、糊代分のデッドスペースが生じるという問題がある。そのため、ラミネート外装体の糊代部分（シール部）を折り畳むことで省スペース化することが提案されている（例えば、特許文献７〜１１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−７７０４３号公報
【特許文献２】特開２０００−１３３２１６号公報
【特許文献３】特開２０００−１４９９９３号公報
【特許文献４】特開２０００−２８５９０４号公報
【特許文献５】特開２００６−２２１９３８号公報
【特許文献６】特開２００５−７９４７３号公報
【特許文献７】特開２０００−２００５８５号公報
【特許文献８】特開２０００−２５１８５５号公報
【特許文献９】特開２０００−２６８８０７号公報
【特許文献１０】特開２００１−３２５９２５号公報
【特許文献１１】特開２００１−３２５９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献７〜１１に記載されたラミネート外装体の構造でも、折り畳んだ糊代部分がデッドスペースになるため、更なるデッドスペース低減の余地を有している。また、上記特許文献１〜４及び７〜１１に記載されたラミネート外装体の構造では、外装体内部の内圧が高まった場合に糊代部分が徐々に押し広げられ、剥がれが生じやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、デッドスペースを低減でき、耐圧性に優れたシール構造を有する、複数の発電要素を内部に収容するための電気化学デバイス用外装体、及び、それを用いた電気化学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、電気化学デバイスの複数の発電要素を、各発電要素間に隔壁を挟んだ状態で内部に収容するための外装体であって、互いに対向する一対のラミネートフィルム及び上記隔壁により構成され、上記一対のラミネートフィルムの縁部同士が上記隔壁を挟んだ状態で接着されてなるシール部を有し、上記シール部の少なくとも一部が、上記一対のラミネートフィルムの縁部同士が外装体の内部側に折り曲げられて接着されることで外装体内部に収容された内蔵シール部となっている、電気化学デバイス用外装体を提供する。
【０００９】
かかる電気化学デバイス用外装体によれば、シール部の少なくとも一部が上記構造の内蔵シール部となっていることにより、シール部が外装体の外側に設けられた従来の外装体と比較して、デッドスペースを十分に低減することができる。また、上記構造の内蔵シール部は、外装体内部の内圧が高まった場合でも、シール部を押し広げる方向に力が働かないため剥がれが生じ難く、優れた耐圧性を得ることができる。
【００１０】
また、上述した従来の外装体では、熱プレスの際にシール部の端からシーラントが外装体の外側にはみ出しやすい。そのため、はみ出したシーラントを除去する作業が必要となる、又は、シーラントを除去しない場合には、外観の悪化やシーラントがはみ出した分のデッドスペースの増加を招いたり、はみ出し部のちぎれや脱落による工程不良を招く等の問題が生じる。これに対し、本発明の電気化学デバイス用外装体によれば、熱プレスの際にシール部の端からシーラントがはみ出したとしても、シーラントは外装体の内部にはみ出すため、外観の悪化やデッドスペースの増加がない。
【００１１】
本発明の電気化学デバイス用外装体は、外形が矩形状であり、電極端子を導出する辺に接する二辺のうちの少なくとも一方の辺が、上記内蔵シール部となっていることが好ましい。かかる構造の外装体は、上記内蔵シール部を備えることによるデッドスペースの低減及び耐圧性の向上効果がより有効に得られる。
【００１２】
本発明はまた、上記本発明の電気化学デバイス用外装体と、上記外装体の内部に密閉した状態で収容された複数の発電要素及び電解質溶液と、一端が上記発電要素の各電極に接続され、他端が上記外装体の外部に露出された電極端子と、を備え、複数の上記発電要素は、各発電要素間に隔壁を挟んで上記外装体の内部に収容されており、且つ、直列に接続されている、電気化学デバイスを提供する。
【００１３】
かかる電気化学デバイスは、上述した構造の外装体を備えるため、デッドスペースが十分に低減され且つ優れた耐圧性を有し、また、直列に接続された複数の発電要素を内部に収容することによって、使用電圧を高めることができる。更に、１つの外装体内に複数の発電要素を挿入した場合、各発電要素間の電解質溶液が共通化されるため、各発電要素の劣化度合いを合わせやすいというメリットがある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、デッドスペースを十分に低減でき、耐圧性に優れたシール構造を有する、複数の発電要素を内部に収容するための電気化学デバイス用外装体、及び、それを用いた電気化学デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な一実施形態を示す斜視図である。
【図２】従来の電気化学デバイス用外装体の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の電気化学デバイス用外装体の構成材料となるラミネートフィルムの基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図４】図１に示した電気化学デバイス用外装体１を作製する際の一連の工程図である。
【図５】本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）の好適な一実施形態を示す正面図である。
【図６】図５に示すリチウムイオン二次電池の内部を示す展開図である。
【図７】図５に示すリチウムイオン二次電池を図５のＸ１−Ｘ１線に沿って切断した場合の模式断面図である。
【図８】図５に示すリチウムイオン二次電池を図５のＸ２−Ｘ２線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【図９】本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）の他の好適な一実施形態を示す正面図である。
【図１０】図９に示すリチウムイオン二次電池の内部を示す展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１７】
図１は、本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な一実施形態を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の外装体１は、互いに対向する一対のラミネートフィルム５１，５２（第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２）と、それらの間に配置された隔壁７とで構成されている。外装体１において、一対のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が接着されてなるシール部は、一対のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が外装体の内部側に折り曲げられ、隔壁７を挟んだ状態で接着されることで外装体内部に収容された内蔵シール部５となっている。外装体１には、隔壁７に隔てられて２つの発電要素が収容可能となっている。
【００１８】
外装体１は、外形が矩形状であり、一対のラミネートフィルム５１，５２は、一枚のラミネートフィルムを折り曲げて形成したものである。また、外装体１においては、図１に開口部として示した辺１Ａが電極端子を導出する辺となっており、これに接する二辺１Ｂ，１Ｃが両方とも上記内蔵シール部５となっている。また、外装体１の辺１Ａと対向する辺１Ｄは折り曲げ部であり、一対のラミネートフィルム５１，５２が連続している。そのため、辺１Ｄはシールを必要とせず、省スペース化が図られている。
【００１９】
一方、図２は、隔壁９を挟んでシールされたシール部が外装体の外側に形成された従来の外装体の一例を示す斜視図である。図２に示すように、従来の外装体８において、一対のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が接着されてなるシール部６は、外装体の外側に設けられている。外装体８においては、図２に開口部として示した辺８Ａが電極端子を導出する辺となっており、これに接する二辺８Ｂ，８Ｃの両方、並びに、辺８Ａと対向する辺８Ｄがシール部６となっている。
【００２０】
図２に示した外装体８の構造では、シール部６がデッドスペースとなる。これに対し、図１に示した外装体１の構造によれば、シール部が内蔵シール部５となっていることにより、デッドスペースを十分に低減することができる。
【００２１】
また、図２に示した外装体８の構造では、外装体内部の内圧が高まった場合、シール部６に対して図２中の矢印Ｐの方向、すなわちシール部６が押し広げられる方向に力が働き、剥がれが生じやすい。これに対し、図１に示した外装体１の構造によれば、外装体内部の内圧が高まった場合、内蔵シール部５が押し広げられる方向に力が働かないため、剥がれが生じ難く、優れた耐圧性が得られる。
【００２２】
更に、図２に示した外装体８の構造では、熱プレスの際にシール部６の端から外装体の外側に向けてシーラントがはみ出しやすい。これに対し、図１に示した外装体１の構造によれば、熱プレスの際に内蔵シール部５の端からシーラントがはみ出したとしても、シーラントは外装体の内側に向けてはみ出すため、外観の悪化やデッドスペースの増加、はみ出し部のちぎれや脱落による工程不良を招く等の問題が抑制され、はみ出したシーラントの除去作業を必要としない。
【００２３】
本実施形態の外装体１を構成する一対のラミネートフィルム５１，５２（第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２）としては、可とう性を有するラミネートフィルムが用いられる。ラミネートフィルムは軽量であり薄膜化が容易なため、電気化学デバイス自体の形状を薄膜状とすることができる。そのため、本来の体積エネルギー密度を容易に向上させることができるとともに、電気化学デバイスの設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
【００２４】
このラミネートフィルムは可とう性を有するものであれば特に限定されないが、外装体の十分な機械的強度と軽量性とを確保しつつ、外装体の外部から内部への水分や空気の侵入及び外装体の内部から外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する観点から、収容する発電要素に接触する高分子製の最内部の層と、該最内部の層の上記発電要素と接する側と反対側に配置される金属層と、該金属層の上記最内部の層と接する側と反対側に配置される高分子製の層と、を少なくとも有する３層以上の層から構成されるラミネートフィルムであることが好ましい。
【００２５】
ラミネートフィルムの積層構造としては、例えば、図３に示す構成のラミネートフィルムが挙げられる。図３に示すラミネートフィルム５３は、その内面Ｆ１において外装体内部に収容する発電要素と接触する高分子製の最内部の層５３ａと、最内部の層５３ａのもう一方の面（外側の面）上に配置された金属層５３ｃと、金属層５３ｃの外側の面に配置された高分子製の最外部の層５３ｂと、を有する。
【００２６】
最内部の層５３ａは可とう性を有する層であり、その構成材料は上記の可とう性を発現させることが可能であり、且つ、外装体の内部に収容される電解質溶液に対する化学的安定性（化学反応、溶解、膨潤が起こらない特性）、並びに、酸素及び水（空気中の水分）に対する化学的安定性を有している高分子であれば特に限定されないが、更に酸素、水（空気中の水分）及び電解質溶液の成分に対する透過性の低い特性を有している材料が好ましい。最内部の層５３ａの構成材料としては、例えば、エンジニアリングプラスチック、並びに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン酸変成物、ポリプロピレン酸変成物、ポリエチレンアイオノマー、ポリプロピレンアイオノマー等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。
【００２７】
なお、「エンジニアリングプラスチック」とは、機械部品、電気部品、住宅用材等で使用されるような優れた力学特性と耐熱性、耐久性を有しているプラスチックを意味し、例えば、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオキシテトラメチレンオキシテレフタロイル（ポリブチレンテレフタレート）、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等が挙げられる。
【００２８】
また、最外部の層５３ｂの構成材料としては、上記最内部の層５３ａと同様の構成材料を使用してもよい。本実施形態の外装体においては、ラミネートフィルム５３の縁部が折り曲げられるため、内蔵シール部５ではラミネートフィルム５３の外面Ｆ２同士が接着されることになる。そのため、熱プレスにより内蔵シール部５を形成する際に、加熱温度を調節することで縁部の面Ｆ２同士を選択的に熱融着させることが可能となることから、最外部の層５３ｂの構成材料は、最内部の層５３ａの構成材料よりも融点の低い材料を用いることが好ましい。最外部の層５３ｂの構成材料として好ましくは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。これらの中でも、吸水率が極めて低いことから、ポリプロピレン、ポリエチレンが特に好ましい。
【００２９】
金属層５３ｃとしては、酸素、水（空気中の水分）及び電解質溶液に対する耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましい。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、クロム等からなる金属箔を使用してもよい。
【００３０】
本実施形態の外装体に用いるラミネートフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートからなる最内部の層５３ａと、アルミニウムからなる金属層５３ｃと、ポリプロピレンからなる最外部の層５３ｂとで構成された３層構造のラミネートフィルムが特に好ましい。
【００３１】
上述した構造を有するラミネートフィルム５３は、ドライラミネーション法、ウエットラミネーション法、ホットメルトラミネーション法、エクストルージョンラミネーション法等の既知の製法を用いて作製することができる。例えば、ラミネートフィルム５３を構成する高分子製の層となるフィルム、及び、アルミニウム等からなる金属箔をそれぞれ用意する。金属箔は、例えば金属材料を圧延加工することにより用意することができる。次に、好ましくは先に述べた複数の層の構成となるように、高分子製の層となるフィルムの上に接着剤を介して金属箔を貼り合わせる等してラミネートフィルム（多層フィルム）５３を作製する。得られたラミネートフィルム５３は、所定の形状及び大きさに切断して使用される。
【００３２】
隔壁７の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメタクリル酸メチル樹脂（アクリル樹脂）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。これらの中でも、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２との接着性や、耐熱性に優れることから、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンが好ましい。これらの材料をフィルム状に形成し、隔壁７とすることができる。
【００３３】
また、隔壁７は、多孔質フィルムであってもよい。隔壁７が多孔質フィルムであると、内蔵シール部５における隔壁７と第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の縁部５１Ｂ，５２Ｂとの接着強度が向上するため好ましい。また、隔壁７が多孔質フィルムであると、各発電要素を収容する収容部間で電解質溶液が行き来しやすくなる。
【００３４】
更に、隔壁７には、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の縁部５１Ｂ，５２Ｂに挟まれた部分に、パンチング等により穴が形成されていてもよい。穴は複数設けられていることが好ましい。穴が形成されていることで、隔壁７と第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の縁部５１Ｂ，５２Ｂとの接着強度が向上するため好ましい。穴を形成する隔壁７は、多孔質フィルムであってもよく、非多孔質フィルムであってもよい。
【００３５】
隔壁７の膜厚は特に限定されないが、１０〜２００μｍであることが好ましく、２０〜１００μｍであることがより好ましい。膜厚が１０μｍ未満であると真空封止時に破れやすい傾向があり、２００μｍを超えると素子の厚みが増大する他、隔壁のフレキシビリティが失われるため注液の際に間口が広げにくいという不具合が発生する傾向がある。
【００３６】
次に、上述した電気化学デバイス用外装体の製造方法の例について説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、図１に示した外装体１を作製する際の一連の工程図である。まず、図４（ａ）に示すように、一枚のラミネートフィルム５０を用意する。このラミネートフィルム５０は、図中の折り曲げ線Ｙ−Ｙにおいて折り曲げられるものである。ラミネートフィルム５０は、折り曲げ線Ｙ−Ｙにおいて折り曲げた場合に対向配置された状態となる第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２の領域を有している。
【００３７】
図中の５１Ｂ及び５２Ｂは、それぞれ第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２の縁部であり、この部分が折り曲げられ、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の重なり合った縁部同士が接着されることで内蔵シール部５が形成されることとなる。また、図中の５１Ａ及び５２Ａは、それぞれ第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２の内蔵シール部５を形成しない部分領域を示す。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の縁部５１Ｂ，５２Ｂを、外装体１における発電要素を収容する側に折り曲げる。その後、図４（ｃ）に示すように、隔壁７を第２のラミネートフィルム５２上に配置する。なお、隔壁７は、第１のラミネートフィルム５１上に配置してもよい。次いで、図４（ｄ）に示すように、折り曲げ線Ｙ−Ｙにおいてラミネートフィルム５０を二つ折りにし、縁部５１Ｂと縁部５２Ｂとを隔壁７を挟んだ状態で接着することで、内蔵シール部５を形成する。これにより、外装体１を作製することができる。得られた外装体１には、隔壁７により隔てられた２つの収容部にそれぞれ発電要素を収容することができる。
【００３９】
上記外装体１の製造方法において、対向する縁部５１Ｂと縁部５２Ｂとを隔壁７を挟んだ状態で接着する際の接着方法は特に限定されないが、例えば、ヒートシールによる接着方法や接着剤を用いた接着方法を用いることができる。生産性の観点からは、ヒートシール法を用いることが好ましい。ヒートシール法により接着する場合、例えば、隔壁７を挟んで対向する縁部５１Ｂ及び５２Ｂの接着する部分のみを細いブレードで挟んで熱プレスする方法を用いることができる。また、ラミネートフィルム５０が図３に示したような高分子製の最内部の層５３ａ、金属層５３ｃ及び高分子製の最外部の層５３ｂを有し、且つ、最外部の層５３ｂの構成材料の融点が最内部の層５３ａの構成材料の融点よりも低い場合には、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の外側から外装体の一部（内蔵シール部５を形成する部分）を熱プレスし、隔壁７を挟んで対向する縁部５１Ｂ及び縁部５２Ｂ間のみを選択的に熱融着させる方法を用いることもできる。
【００４０】
以上、本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の電気化学デバイス用外装体は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の説明における外装体１は、電極端子を導出する辺以外のシール部が全て内蔵シール部５となっているが、一部のシール部が内蔵シール部５であり、他のシール部が従来のシール部６であってもよい。また、本発明の外装体は、図１に示した矩形状のものに限定されない。
【００４１】
また、図１に示した外装体１においては、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２とほぼ同様の平面形状を有する隔壁７が用いられているが、隔壁７の形状は、電気的な接続が生じないように２つの発電要素を隔てられる形状であれば特に限定されない。したがって、隔壁７は、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２よりも小さい平面形状を有していてもよく、例えば、電極端子を導出する辺のシール部に重ならない形状としてもよい。また、隔壁７は、一方の内臓シール部５のみに挟まれて固定されていてもよい。
【００４２】
更に、隔壁７は外装体内部に複数枚設けられていてもよい。その場合、外装体内部に３つ以上の収容部が形成され、３つ以上の発電要素を収容することが可能となる。
【００４３】
更に、図１に示した外装体１においては、一枚のラミネートフィルムを折り曲げて第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２を形成しているが、第１のラミネートフィルム５１と第２のラミネートフィルム５２とは別々のフィルムであってもよい。この場合、外装体１における折り曲げ部はシール部となるが、このシール部も内蔵シール部５とすることができる。
【００４４】
次に、上述した電気化学デバイス用外装体を用いた電気化学デバイスの好適な一実施形態について説明する。本実施形態では、外装体として図１に示した外装体１を用いたリチウムイオン二次電池について説明する。
【００４５】
図５は、本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）の好適な一実施形態を示す正面図である。また、図６は図５に示すリチウムイオン二次電池の内部を示す展開図である。図６においては、隔壁７を一部破断した状態を示している。更に、図７は図５に示すリチウムイオン二次電池を図５のＸ１−Ｘ１線に沿って切断した場合の模式断面図である。また、図８は図５に示すリチウムイオン二次電池を図５のＸ２−Ｘ２線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【００４６】
図５〜図８に示すように、リチウムイオン二次電池１００は、主として、互いに対向する板状の負極１０及び板状の正極２０、並びに、負極１０と正極２０との間に隣接して配置される板状のセパレータ４０で構成される第１及び第２の発電要素６１，６２と、第１の発電要素６１と第２の発電要素６２とを直列に接続するリード３０と、リチウムイオンを含む電解質溶液と、これらを密閉した状態で収容する外装体１と、第１の発電要素６１の正極２０に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部が外装体１の外部に突出される正極用リード２２と、第２の発電要素６２の負極１０に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部が外装体１の外部に突出される負極用リード１２とから構成されている。以下、本実施形態の各構成要素の詳細を説明する。
【００４７】
なお、本明細書において、「負極」とは、電池の放電時の極性を基準とする電極であって、放電時の酸化反応により電子を放出する電極である。更に、「正極」とは、電池の放電時の極性を基準とする電極であって、放電時の還元反応により電子を受容する電極である。
【００４８】
まず、負極１０及び正極２０について説明する。負極１０は、負極集電体と、該負極集電体上に形成された負極活物質含有層とからなる。また、正極は、正極集電体と、該正極集電体上に形成された正極活物質含有層とからなる。
【００４９】
負極集電体及び正極集電体は、負極活物質含有層及び正極活物質含有層への電荷の移動を充分に行うことができる良導体であれば特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に用いられている集電体を使用することができる。例えば、負極集電体及び正極集電体としては、それぞれ銅、アルミニウム等の金属箔が挙げられる。
【００５０】
また、負極１０の負極活物質含有層は、主として、負極活物質と、結着剤とから構成されている。なお、負極活物質含有層は、更に導電助剤を含有していることが好ましい。
【００５１】
負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＰＦ６−、ＣｌＯ４−）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能なものであれば特に制限されず、公知の負極活物質を使用できる。このような負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ等のリチウムと化合することのできる金属、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｎＯ２等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、ＴｉＯ２が挙げられる。
【００５２】
負極１０に用いられる結着剤としては、公知の結着剤を特に制限なく使用することができ、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂が挙げられる。この結着剤は、活物質粒子や必要に応じて添加される導電助剤等の構成材料同士を結着するのみならず、それらの構成材料と集電体との結着にも寄与している。
【００５３】
また、上記の他に、結着剤としては、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。
【００５４】
更に、上記の他に、結着剤としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等を用いてもよい。また、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子を用いてもよい。更に、シンジオタクチック１、２−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン（炭素数２〜１２）共重合体等を用いてもよい。また、導電性高分子を用いてもよい。
【００５５】
必要に応じて用いられる導電助剤としては特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、カーボンブラック類、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属粉、炭素材料及び金属粉の混合物、ＩＴＯのような導電性酸化物が挙げられる。
【００５６】
正極２０の正極活物質含有層は、主として、正極活物質と、結着剤とから構成されている。なお、正極活物質含有層は、更に導電助剤を含有していることが好ましい。
【００５７】
正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＣｌＯ４−）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、及び、一般式：ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎｚＭａＯ２（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ａ≦１、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒより選ばれる１種類以上の元素）で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ２Ｏ５）、オリビン型ＬｉＭＰＯ４（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素またはＶＯを示す）、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）等の複合金属酸化物が挙げられる。
【００５８】
正極２０に用いられる結着剤としては、負極１０に用いられる結着剤と同様のものを使用することができる。また、正極２０に必要に応じて用いられる導電助剤としては、負極１０に用いられる導電助剤と同様のものを使用することができる。
【００５９】
また、正極２０の正極集電体は、例えばアルミニウムからなる正極用リード２２の一端に電気的に接続され、正極用リード２２の他端は外装体１の外部に延びている。一方、負極１０の負極集電体も、例えば銅又はニッケルからなる負極用リード１２の一端に電気的に接続され、負極用リード１２の他端は外装体１の外部に延びている。
【００６０】
負極１０と正極２０との間に配置されるセパレータ４０は、イオン透過性を有し、且つ、電子的絶縁性を有する多孔体から形成されていれば特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に用いられるセパレータを使用することができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの積層体や、上記高分子の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも一種の構成材料からなる繊維不織布等が挙げられる。
【００６１】
電解質溶液（図示せず）は外装体１の内部空間に充填され、その一部は、負極１０、正極２０、及びセパレータ４０の内部に含有されている。電解質溶液は、リチウム塩を有機溶媒に溶解した非水電解質溶液が使用される。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＣＯ）２等の塩が使用される。なお、これらの塩は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、電解質溶液は、高分子等を添加することによりゲル状としてもよい。
【００６２】
また、有機溶媒は、公知の電気化学デバイスに使用されている溶媒を使用することができる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネート等が好ましく挙げられる。これらは単独で使用してもよく、２種以上を任意の割合で混合して使用してもよい。
【００６３】
外装体１は、図１及び図４に示した構造を有するものであり、電極端子を導出する辺以外のシール部は内蔵シール部５となっている。また、図５及び図６に示すように、第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２の内蔵シール部５が形成されない縁部５１ａ及び５２ａは、電極端子（負極用リード１２及び正極用リード２２）並びに隔壁７を挟んだ状態でシールされている。第１のラミネートフィルム５１の縁部５１ａ及び第２のラミネートフィルム５２の縁部５２ａのシール部に接触する負極用リード１２の部分には、負極用リード１２と第１及び第２のラミネートフィルム中の金属層との接触を防止するための絶縁体１４が被覆されている。更に、第１のラミネートフィルム５１の縁部５１ａ及び第２のラミネートフィルム５２の縁部５２ａのシール部に接触する正極用リード２２の部分には、正極用リード２２と第１及び第２のラミネートフィルム中の金属層との接触を防止するための絶縁体２４が被覆されている。
【００６４】
これら絶縁体１４及び絶縁体２４の構成は特に限定されないが、例えば、それぞれ高分子から形成されていてもよい。なお、負極用リード１２及び正極用リード２２のそれぞれに対するラミネートフィルム中の金属層の接触が充分に防止可能であれば、これら絶縁体１４及び絶縁体２４は配置しない構成としてもよい。
【００６５】
外装体１の内部には、隔壁７を挟んで２つの発電要素（第１の発電要素６１及び第２の発電要素６２）が収容されている。これら第１及び第２の発電要素６１，６２は、互いに直接接触しないように隔壁７で隔てられており、図６に示すように外装体１内部でリード３０を介して直列に接続されている。リード３０は、隔壁７とラミネートフィルム５０の折り曲げ部との間の隙間に通されている。
【００６６】
次に、上述したリチウムイオン二次電池１００の製造方法について説明する。
【００６７】
第１及び第２の発電要素６１，６２（それぞれ負極１０、セパレータ４０及び正極２０がこの順で順次積層された積層体）の製造方法は、特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池の製造に採用されている公知の方法を用いることができる。
【００６８】
負極１０及び正極２０を作製する場合、先ず、上述した各構成成分を混合し、結着剤が溶解可能な溶媒に分散させ、電極形成用塗布液（スラリー又はペースト等）を作製する。溶媒としては、結着剤が溶解可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。
【００６９】
次に、上記電極形成用塗布液を集電体表面上に塗布し、乾燥させ、圧延することにより集電体上に活物質含有層を形成し、負極１０及び正極２０の作製を完了する。ここで、電極形成用塗布液を集電体の表面に塗布する際の手法は特に限定されるものではなく、集電体の材質や形状等に応じて適宜決定すればよい。塗布方法としては、例えば、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
【００７０】
その後、第２の発電要素６２の負極１０に対しては負極用リード１２を電気的に接続し、第１の発電要素６１の正極２０に対しては正極用リード２２を電気的に接続する。
【００７１】
次に、負極１０と正極２０との間に、セパレータ４０を接触した状態（好ましくは非接着状態）で配置し、第１及び第２の発電要素６１，６２を完成する。このとき、負極１０の負極活物質含有層側の面、及び、正極２０の正極活物質含有層側の面がセパレータ４０と接触するように配置する。
【００７２】
その後、第１の発電要素６１の負極１０と、第２の発電要素６２の正極２０とを、リード３０によって電気的に接続する。リード３０の材料は導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、各電極の集電体や、負極用リード１２及び正極用リード２２と同様の材料が用いられる。また、第１の発電要素６１の負極集電体、又は、第２の発電要素６２の正極集電体のいずれかの集電体の一部を延長することでリード３０を構成してもよい。
【００７３】
一方、外装体１を先に説明した製造方法により製造する。ここで、図６に示すようにリード３０により第１の発電要素６１と第２の発電要素６２とを接続している場合、これを外装体１の作製後に外装体１内部に挿入するのは困難である。したがって、外装体１の作製と、リード３０により接続された第１及び第２の発電要素６１，６２の挿入とを並行して行うことが好ましい。すなわち、ラミネートフィルム５０上に、リード３０により接続された第１及び第２の発電要素６１，６２を配置し、隔壁７を発電要素６１，６２間に配置してから、ラミネートフィルム５０を曲げ線Ｙ−Ｙにおいて折り曲げ、縁部をシールすることによって、第１及び第２の発電要素６１，６２が挿入された外装体１を形成することが好ましい。なお、リード３０を負極用リード１２及び正極用リード２２と同じ側に設ける場合には、外装体１を作製してからリード３０により接続された第１及び第２の発電要素６１，６２を挿入することも可能である。
【００７４】
次に、外装体１の開口部から電解質溶液を内部に注入する。続いて、負極用リード１２、正極用リード２２の一部をそれぞれ外装体１内に挿入した状態で、シール機を用いて、外装体１の開口部をシールする。これにより、リチウムイオン二次電池１００の作製が完了する。
【００７５】
上記実施形態においては、外装体内部で各発電要素をリード３０で接続する場合を示したが、外装体の外部に直列接続用のリードを出して各発電要素を接続してもよい。この場合、上記のように外装体１の作製と、リード３０により接続された第１及び第２の発電要素６１，６２の挿入とを並行して行う必要はない。また、外装体の外部に直列接続用のリードを出して接続する場合、このリードにバランス回路や保護回路をつなぐことが可能である。以下、このような構造を有するリチウムイオン二次電池について説明する。
【００７６】
図９は、本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）の他の好適な一実施形態を示す正面図である。また、図１０は、図９に示すリチウムイオン二次電池の内部を示す展開図である。図１０においては、隔壁７を一部破断した状態を示している。
【００７７】
図９及び図１０に示すように、リチウムイオン二次電池２００は、第１及び第２の発電要素６１，６２と、リチウムイオンを含む電解質溶液と、これらを密閉した状態で収容する外装体１と、第１の発電要素６１の負極１０及び正極２０のそれぞれに電気的に接続されるとともに外装体１の外部に導出された負極用リード１６及び正極用リード２２と、第２の発電要素６２の負極１０及び正極２０のそれぞれに電気的に接続されるとともに外装体１の外部に導出された負極用リード１２及び正極用リード２６とから構成されている。負極用リード１６及び正極用リード２６は、各発電要素を直列接続するためのリードである。負極用リード１６と正極用リード２６とが電気的に接続されることで、第１の発電要素６１と第２の発電要素６２とが直列に接続されている。また、第１のラミネートフィルム５１の縁部５１ａ及び第２のラミネートフィルム５２の縁部５２ａのシール部に接触する負極用リード１２、負極用リード１６、正極用リード２２、正極用リード２６の各部分には、それぞれ絶縁体１４、絶縁体１８、絶縁体２４、絶縁体２８が被覆されている。なお、負極用リード１６の構成は負極用リード１２と同様であり、正極用リード２６の構成は正極用リード２２と同様であり、絶縁体１８，２８の構成は絶縁体１４，２４と同様である。
【００７８】
リチウムイオン二次電池２００においては、接続する負極用リード１６及び正極用リード２６間に、バランス回路や保護回路をつなぐことができる。これにより、過充電による素子の破損や、過放電による電気特性の劣化を防止することができ、素子の信頼性を向上させることができる。
【００７９】
また、リチウムイオン二次電池２００を製造する場合、開口部を有する外装体１を作製してから、外装体１内部に第１及び第２の発電要素６１，６２を挿入することができる。第１の発電要素６１の負極用リード１６と第２の発電要素６２の正極用リード２６との接続は、外装体１内部への発電要素の挿入前に行ってもよく、挿入後に行ってもよい。
【００８０】
以上、本発明の電気化学デバイスの好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の説明においては、負極１０及び正極２０をそれぞれ１つずつ備えたリチウムイオン二次電池１００，２００について説明したが、負極１０及び正極２０をそれぞれ２以上備え、負極１０と正極２０との間にセパレータ４０が常に１つ配置される構成としてもよい。また、外装体は、各発電要素を収容する収容部間で電解質溶液が行き来できないように、隔壁７によって各収容部を完全に仕切った構造としてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態の説明においては、外装体として図１に示した外装体１を用いた場合について説明したが、上述したように隔壁７の形状を変えた外装体を用いてもよい。また、本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）は、複数の隔壁７を設け、３つ以上の発電要素を収容した構造としてもよい。更に、本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）は、図５に示したような形状のものに限定されない。
【００８２】
また、上記実施形態の説明においては、電気化学デバイスがリチウムイオン二次電池の場合について説明したが、本発明の電気化学デバイスはリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、金属リチウム二次電池等のリチウムイオン二次電池以外の二次電池や、電気二重層キャパシタ、擬似容量キャパシタ、シュードキャパシタ、レドックスキャパシタ等の電気化学キャパシタ等であってもよい。なお、リチウムイオン二次電池以外の電気化学デバイスの場合、電極活物質としては、それぞれの電気化学デバイスに適したものを用いればよい。例えば、電気二重層キャパシタの場合には、正極活物質含有層及び負極活物質含有層中に含まれる活物質として、アセチレンブラック、グラファイト、黒鉛、活性炭などが用いられる。
【符号の説明】
【００８３】
１…電気化学デバイス用外装体、５…内蔵シール部、７…隔壁、１０…負極、１２…負極用リード、１４…絶縁体、１６…負極用リード、１８…絶縁体、２０…正極、２２…正極用リード、２４…絶縁体、２６…正極用リード、２８…絶縁体、３０…リード、４０…セパレータ、５０…ラミネートフィルム、５１…第１のラミネートフィルム、５２…第２のラミネートフィルム、６１…第１の発電要素、６２…第２の発電要素、１００，２００…リチウムイオン二次電池。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011233346.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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