(57)【要約】【課題】枠部材と集電体とを接合層により接着し、耐漏液性に優れた電気化学デバイスを提供する。【解決手段】この電気化学デバイスは、枠部材２０に板状の集電体３０の端縁部３０ａが接着され、枠部材２０で囲まれた領域内に電解液を保持し、枠部材２０と集電体３０の端縁部３０ａとを接合層４０によって接着する。接合層４０は、集電体３０の裏面と接触する第１の部位４３と、集電体３０の端部から外向きに突出する第２の部位４５と、集電体３０の表面の一部と接着する第３の部位４４とを備えている。第１の部位４３と第２の部位４５とが接続され、第２の部位４５と第３の部位４４とが接続される。【選択図】図１
2011171165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠部材に板状の集電体の端縁部が接着され、前記枠部材で囲まれた領域内に電解液を保持した電気化学デバイスであって、
前記枠部材と前記集電体の端縁部とが接合層によって接合され、前記接合層は、集電体の裏面と接触する第１の部位と、集電体の端部から外向きに突出する第２の部位と、集電体の表面の一部と接着する第３の部位とを備え、前記第１の部位と前記第２の部位とが接続され、前記第２の部位と前記第３の部位とが接続されたものと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】
前記接合層の第３の部位が、集電体の表面であって、枠部材の内縁より内側の部分と接着されてい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】
接合層間および前記接合層と前記枠部材の間が溶着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学デバイス。
【請求項４】
前記接合層は、酸無水物変性ポリオレフィン樹脂からなる接着性フィルムであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
前記接合層の第２の部位の表側部および第３の部位には、機械強度に優れる保護層が重ね合わされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
【請求項６】
枠部材で囲まれた領域内に電解液を保持し、前記枠部材と集電体の端縁部とが接合層によって接合され、前記接合層は、集電体の裏面と接触する第１の部位と、集電体の端部から外向きに突出する第２の部位と、集電体の表面の一部と接着する第３の部位とが備えられ、前記第１の部位と前記第２の部位とが接続され、前記第２の部位と前記第３の部位とが接続された電気化学デバイスの製造方法であって、
前記枠部材と集電体と一対の接着性フィルムとを、前記枠部材、第１の接着性フィルム、前記集電体、第２の接着性フィルムの順に重ねて接合する工程を含み、
前記工程により、前記第１の部位および前記第２の部位の裏側部が前記第１の接着性フィルムにより形成され、前記第２の部位の表側部および前記第３の部位が前記第２の接着性フィルムにより形成されることを特徴とする電気化学デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動二輪車や自動車などの車両に搭載される鉛蓄電池、あるいは燃料電池、二次電池、電気二重層キャパシタなどの電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学デバイスの一例である鉛蓄電池が各種提供されているが、特許文献１には、耐漏液性を優れたものとした鉛蓄電池が記載されている。この鉛蓄電池は、図３に示すように、正極活物質１１、負極活物質１２、両活物質１１，１２に挟まれたセパレータ１３から構成された極板群１０と、この極板群１０の周囲を囲んだ熱可塑性樹脂製の枠部材２０と、正極活物質１１に重ね合わされる薄板状の金属製正極集電体３１と、負極活物質１２に重ね合わされる薄板状の金属製負極集電体３２とを備えている。
【０００３】
前記セパレータ１３は、希硫酸を主成分とする電解液を保持している。したがって、枠部材２０で囲まれた領域内に電解液が保持されている。また、正極集電体３１、負極集電体３２と重なり合う部分の枠部材２０の各表裏面には、環状溝２１が形成され、この環状溝２１内にＯリング２２が嵌め込まれている。そして、枠部材２０の表裏面と正負極集電体３１，３２との界面に相当する部分は、エポキシ系の接着剤（図示せず）によって接着されている。
【０００４】
このような鉛蓄電池は、正極活物質１１と正極集電体３１とが接触し、負極活物質１２と負極集電体３２とが接触していることにより、正極集電体３１と負極集電体３２とを電池端子として使用することができるものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２３７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気化学デバイスの集電体と枠部材との接続部におけるエポキシ接着剤は、熱が伝えられることおよび電解液にさらされることによりダメージを受け、正極負極両集電体３１，３２と枠部材２０との間から電解液が漏れてしまうことがある。特に鉛蓄電池は車両に搭載されており、エンジンのスタータを回すための電源として使用されるので、使用温度が高く、セパレータ１３中の電解液が高温になることから、接合層である接着剤の劣化が進みやすくなり、電解液が正極負極両集電体３１，３２と枠部材２０との間から漏れやすくなっている。
【０００７】
特許文献１に記載された鉛蓄電池は、Ｏリングにより、耐漏液性が高められているものの、まだ満足できるものではなく、電解液が正極負極両集電体３１，３２と枠部材２０との間から漏れることがあった。
【０００８】
そこで、本発明は、枠部材と集電体とを接合層によって接合し、耐漏液性に優れた電気化学デバイスを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、集電体と接合層との界面でのしみ出しにより、電解液が漏れてくることを見出し、枠部材に板状の集電体の端縁部が接合され、前記枠部材で囲まれた領域内に電解液を保持した電気化学デバイスであって、前記枠部材と前記集電体の端縁部とが接合層によって接合され、集電体の電解液を保持している側を裏面、外部に接している側を表面としたとき、前記接合層は、集電体の裏面と接触する第１の部位と、集電体の端部から外向きに突出する第２の部位と、集電体の表面の一部と接着する第３の部位とを備え、前記第１の部位と前記第２の部位とが接続され、前記第２の部位と前記第３の部位とが接続されていることで問題を解決するに至った。集電体と接合層との界面でのしみ出しは、接合層の劣化に起因するものであり、この劣化は集電体と接合した接合層に電位がかかることによると考えられる。集電体と接合層との界面でのしみ出しは、反対の枠部材と接合層との界面でのしみ出しと比べて頻繁であることを見つけた。
【００１０】
この電気化学デバイスによれば、前記枠部材と前記集電体の端縁部とが接合層によって接合され、前記接合層は、集電体の裏面と接触する第１の部位と、集電体の端部から外向きに突出する第２の部位と、集電体の表面の一部と接着する第３の部位とを備え、前記第１の部位と前記第２の部位とが接続され、前記第２の部位と前記第３の部位とが接続されていることにより、接合層と集電体が接触している距離、すなわち沿面距離を長く設計することが可能になる。つまり、沿面距離は枠部材と集電体が接合されている距離を超えた距離とすることができる。そのため、耐漏液性に優れた電気化学デバイスが得られる。
【００１１】
この電気化学デバイスは少なくとも枠部材の一部が接合層の一部と接触していればよい。枠部材の幅寸法は、枠部材−接合層間の接着強度・接着作用の耐久性や電気化学デバイスの形状を維持する等の観点から設計することができる。
【００１２】
また、前記本発明に係る電気化学デバイスにおいて、前記枠部材は、集電体の端縁部を重ねる内側部と集電体の端縁部を重ねない外側部とを設けられたものとされ、前記接合層は、前記枠部材の内側部と集電体の端縁部の裏面との間に挟まれる第１の部位と、枠部材の外側部に重ね合わされる第２の部位と、集電体の表面の一部を覆う第３の部位とを備えたものとされていることが好ましい。このことにより、接合層と集電体が接触している距離、すなわち沿面距離を長く設計することが可能になる。そのため、耐漏液性に優れた電気化学デバイスが得られる。この電気化学デバイスは枠部材が少なくとも接合層の第２の部位の一部と接触していることが好ましい。
【００１３】
また、前記本発明に係る電気化学デバイスにおいて、接合層の第３の部位が、集電体の表面であって、枠部材の内縁より内側の部分と接着されていることにより、沿面距離をより長くかせぐことができる。このことによって電解液が接合層と集電体との間を浸透して外部に漏出にくくすることができる。
【００１４】
また、前記本発明に係る電気化学デバイスにおいて、接合層間および前記接合層と前記枠部材の間が溶着されていることが好ましい。このことにより、接合層と集電体の間以外から漏液する経路、つまり接合層間の漏液する経路および接合層と枠部材の間の漏液する経路からの電解液の漏れを皆無にすることができる。これは接合層間および接合層と枠部材との間を熱溶着により一体化することに起因すると考えられる。たとえば、枠部材はポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。
【００１５】
また、前記本発明に係る電気化学デバイスにおいて、前記接合層は、酸無水物変性ポリオレフィン樹脂からなる接着性フィルムであることが好ましい。このことにより、接合層と金属とを加熱すると、両者を短時間で接着することができる。
【００１６】
また、前記本発明に係る電気化学デバイスにおいて、接合層の第２の部位の枠部材と接していない側を第２の部位の表側部、枠部材に接している側を第２の部位の裏側部としたとき、前記接合層の第２の部位の表側部および第３の部位には、機械強度に優れる保護層が重ね合わされていることが好ましい。この電気化学デバイスによれば、接合層の第２の部位の表側部および第３の部位は、単層の接合層に比べて機械強度に優れる保護層を重ね合わされていることにより、集電体の端部が鋭利状になっていたとしても保護層によって接合層の第２の部位の表側部および第３の部位が破れないようにすることができる。保護層としては、接着性フィルムより機械強度に優れるＰＥＴ（Polyethylene  Terephthalate；ポリエチレンテレフタレート）樹脂またはＰＥＮ（Polyethylene  Naphthalate；ポリエチレンナフタレート）樹脂によって成形されていることが好ましい。具体的な機械強度について示すと、JIS  Z1707貫孔試験においてＰＥＴを含む３層は110Ｎ/mmであり、ＰＥＴを含まない１層の40Ｎ/mmと比べて強度が約３倍高くなっている。
【００１７】
また、本発明に係る電気化学デバイスの製造方法は、枠部材で囲まれた領域内に電解液を保持し、前記枠部材と集電体の端縁部とが接合層によって接合され、前記接合層は、集電体の裏面と接触する第１の部位と、集電体の端部から外向きに突出する第２の部位と、集電体の表面の一部と接着する第３の部位とを備え、前記第１の部位と前記第２の部位とが接続され、前記第２の部位と前記第３の部位とが接続された電気化学デバイスの製造方法であって、前記枠部材と集電体と一対の接着性フィルムとを、前記枠部材、第１の接着性フィルム、前記集電体、第２の接着性フィルムの順に重ねて接合する工程を含み、前記第１の部位および前記第２の部位の裏面が前記第１の接着性フィルムにより形成され、前記第２の部位の表側部および第３の部位が前記第２の接着性フィルムにより形成されることが好ましい。
【００１８】
この電気化学デバイスの製造方法によれば、接合層には接着性フィルムを用いることにより、エポキシ樹脂接着剤のような液体接着剤の硬化に要する時間が短縮され、集電体と枠状部材とを接合する工程の生産性を向上することができる。従来では、接合層に液体接着剤を用いており、ディスペンサによって塗布し、硬化炉で乾燥させるため、接着剤を塗布してから乾燥させて接着するまでの時間がかかり、電気化学デバイスは生産性が悪いものとなっていた。
【００１９】
さらに、前記枠部材と集電体と一対の接着性フィルムとを、前記枠部材、第１の接着性フィルム、前記集電体、第２の接着性フィルムの順に重ねて接合する工程、詳しくは前記集電体と第１の接着性フィルムまたは第２の接着性フィルムとを重ねて接着し、接着性フィルム同士を溶着して一体化し、接着性フィルムと枠部材とを溶着して一体化する工程を含むことにより、接合層と集電体との間以外の漏液する経路からの電解液の漏れを皆無にし、集電体と接合層とが接している沿面距離をかせぐ構造を製作する工程と集電体と枠部材を接合する工程とを効率よく行うことができる。
【００２０】
また、前記第１の接合層と前記第２の接合層は弾性がある方がより好ましい。弾性を備えることにより、応力がかかっても割れにくくなることが期待されるためである。たとえば、接合層は酸無水物変性ポリオレフィン樹脂などが好ましい。この酸無水物変性ポリオレフィン樹脂からなる接着性フィルムは硬化後のエポキシ樹脂などの接着剤に比べて弾性に優れている。具体的には、引張試験であるJIS  K7127-2において酸無水物変性ポリオレフィン樹脂の引張伸びは100〜800％である。一方、エポキシ樹脂の引張伸びは6〜10％程度である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、枠部材と集電体とが接合層によって接合され、接合層と集電体とが接触している距離を長くするよう設計可能な電気化学デバイスを提供することにより、この電気化学デバイスは、電解液が外部に漏出しにくいものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る電気化学デバイスの第１の実施形態を示し、（ａ）は製造途中の要部を示す正面断面図、（ｂ）は完成した要部を示す正面断面図である。
【図２】本発明に係る電気化学デバイスの第２の実施形態の要部を示す正面断面図である。
【図３】従来の電気化学デバイスの一例である鉛蓄電池を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る電気化学デバイスの第１の実施形態について図１を参照しながら説明する。なお、従来と同一部分は同一符合を付して、必要に応じて図３も参照する。
【００２４】
この電池化学デバイスは、図３に示すように熱可塑性の樹脂製枠部材２０の表裏面に薄板状の金属製正極集電体３１、金属製負極集電体３２の各端縁部を接着した鉛蓄電池である（以下、「鉛蓄電池」として説明する。）。なお、正極集電体３１と負極集電体３２とは、例えば二酸化錫の被膜で保護したチタンを採用することができるが、この実施形態においては、両集電体３１，３２を区別する必要がないため、以下、総称して、集電体３０という。
【００２５】
そして、枠部材２０は、極板群１０を囲み、極板群１０は、正極活物質１１と負極活物質１２がセパレータ１３を挟み、セパレータ１３が電解液を保持している。したがって、この鉛蓄電池は、枠部材２０で囲まれた領域内に電解液を保持している。なお、図１においては、正極活物質１１がセパレータ１３と段差をもって突出している状態を示し、負極活物質１２を省略しているが、負極活物質１２も正極活物質１１と同様にセパレータ１３から段差をもって突出している。
【００２６】
そして、この鉛蓄電池は、図１に示すように枠部材２０と集電体３０の端縁部３０ａとを接合層４０によって接合したことを特徴としている。枠部材２０は、接合層４０を介して集電体３０の端縁部３０ａを重ねる内側部２０ａと、集電体３０の端縁部３０ａを重ねない外側部２０ｂを設けたものとされている。
【００２７】
また、接合層４０は、帯状体を平面視で口字形や井桁形状などに形成した第１の接合層４１と第２の接合層４２とを備えたものとされている。第１の接合層４１は、枠部材２０の内側部２０ａに重ねられる第１の部位４３と、枠部材２０の外側部２０ｂに重ねられる第２の部位４５の裏側部４５ａとからなる。また、第２の接合層４２は、第１の接合層４１の第２の部位４５の裏側部４５ａに重ねられる第２の部位４５の表側部４５ｂと、集電体３０の端縁部３０ａに重ねられる第３の部位４４とからなる。第１の部位４３と第２の部位４５とが接続され、第２の部位４５と第３の部位４４とが接続されている。
【００２８】
そして、第１の接合層４１の幅、すなわち、第１の部位４３の内縁から第２の部位４５の裏側部４５ａの外縁までの幅（第１の部位４３と第２の部位４５の裏側部４５ａとを合わせた幅）は、枠部材２０の接合面と同じ幅とされている。また、第１の接合層４１の第１の部位４３は、枠部材２０の内側部２０ａと集電体３０の端縁部３０ａとの間に挟まれる。
【００２９】
そして、第２の接合層４２の幅、すなわち、第２の部位４５の表側部４５ｂの外縁から第３の部位４４の内縁までの幅（第２の表側部４５ｂと第３の部位４４とを合わせた幅）は、枠部材２０の幅、したがって、第１の接合層４１の幅よりも広くされている。したがって、集電体３０の端縁部３０ａは、第１の接合層４１の第１の部位４３と第２の接合層４２の第３の部位４４とに挟まれるが、第３の部位４４の方が第１の部位４３よりもわずかに大きく集電体３０の端縁部３０ａに重なり合う。
【００３０】
そして、第１の接合層４１、すなわち第１の部位４３および第２の部位４５の裏側部４５ａは、無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂からなるフィルム４０ａが１層で構成されている。また、第２の接合層４２、すなわち第２の部位４５の表側部４５ｂおよび第３の部位４４は、無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂からなるフィルム４０ａ、機械強度を有する保護層４０ｂ、無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂からなるフィルム４０ａを積層した３層で構成されている。
【００３１】
保護層４０ｂとしては、機械強度に優れるＰＥＴ（Polyethylene  Terephthalate；ポリエチレンテレフタレート）樹脂またはＰＥＮ（Polyethylene  Naphthalate；ポリエチレンナフタレート）樹脂によって成形されている。なお、ＰＥＮ樹脂は、ＰＥＴ樹脂よりも接着性が悪いため、ＰＥＴを使用する方が好ましい。
【００３２】
ここで、鉛蓄電池の製造方法について説明する。第１の接合層４１には、第１の接着性フィルムを用い、第２の接合層４２には、第２の接着性フィルムを用いる。まず、図１（ａ）に示すように、枠部材２０上に第１の接着性フィルム４１（第１の部位４３および第２の部位４５の裏側部４５ａ）を重ね合わせ、この第１の接着性フィルム４１の第１の部位４３を介して、枠部材２０の内側部２０ａ上に集電体３０の端縁部３０ａを重ね合わせ、枠部材２０の外側部２０ｂ上に重ね合わされた第１の接着性フィルム４１の第２の部位４５の裏側部４５ａおよび集電体３０の端縁部３０ａの表面にそれぞれ第２の接着性フィルム４２の第２の部位４５の表側部４５ｂおよび第３の部位４４を重ね合わせる。
【００３３】
そして、第２の部位４５の表側部４５ｂおよび第３の部位４４、すなわち、第２の接着性フィルム４２の全面に、平坦面を有するヒータＨを圧着する。すると、接着性フィルム４０の無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂からなるフィルム４０ａが加熱され、カルボキシル基もしくはカルボニル基が官能基となり、金属製の集電体３０と接合することにより、接着性フィルム４０ａと集電体３０とが接着され、枠部材２０と接着性フィルム４０ａが溶着される。
【００３４】
また、第２の接着性フィルム４２の第３の部位４４の無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂からなるフィルム４０ａも加熱され、集電体３０の端縁部３０ａの表面に接着する。さらに、第１の接着性フィルム４１における第２の部位４５の裏側部４５ａと第２の接着性フィルム４２における第２の部位４５の表側部４５ｂとが枠部材２０の外側部２０ｂにおいて溶融し、枠部材２０の外側部２０ｂと溶着する。
【００３５】
このようにして、鉛蓄電池は、接着性フィルム４０によって枠部材２０と集電体３０とを極めて短時間に接着したものとすることができる。そして、この鉛蓄電池は、図１（ａ）に示すように、第１の接着性フィルム４１における第２の部位４５の裏側部４５ａと第２の接着性フィルム４２における第２の部位４５の表側部４５ｂとが枠部材２０の外側部２０ｂで溶着していることにより両部位４５ａ，４５ｂが一体化され、集電体３０の端部３０ｂが露出しない状態とされる。
【００３６】
また、第２の接合層４２の幅、すなわち第２の部位４５の表側部４５ｂの外縁から第３の部位４４の内縁までの幅（第２の部位４５の表側部４５ｂと第３の部位４４とを合わせた幅）が枠部材２０の幅よりも長く、内側縁４２ｃが枠部材２０の内側部２０ａの内縁２０ｃよりも内側まで接着することにより、接合層４０の第１の部位４３及び第３の部位４４と集電体３０とが接着している距離、すなわち沿面距離をかせいだものとされている。したがって、この鉛蓄電池は、電解液が第１の接合層４１の第１の部位４３と集電体３０の間に浸透し、集電体３０の端部３０ｂから第２の接合層４２の第３の部位４４との間に回りこむのが難しく、外部に漏出しないものとされている。
【００３７】
そして、オレフィン系樹脂は、耐酸性に優れているため、第２の接合層４２のフィルム４０ａが電解液によってダメージを受けることは少ない。したがって、鉛蓄電池が高温環境下で電源として使用され、電解液が高温になっても、集電体３０が枠部材２０から剥離することはないものとなっている。
【００３８】
さらに、この鉛蓄電池は、第２の接合層４２が無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂からなるフィルム４０ａ、機械強度を有する保護層４０ｂ、無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂からなるフィルム４０ａの３層で構成されていることにより、集電体３０の端部３０ｂが鋭利状になっていたとしても、露出している表面側の無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂からなるフィルム４０ａは、保護層４０ｂによって保護され、損傷しないようにされている。
【００３９】
さらに、枠部材２０と集電体３０とを接合している接合層４０は、可撓性があるため、応力が加えられても割れにくいものとなっている。このように、この鉛蓄電池は、製造時から使用時まで優れた機能を有するものとなっている。
【００４０】
次に、本発明に係る電気化学デバイスの第２の実施形態について図２を参照しながら説明する。
【００４１】
この電気化学デバイスは、接合層４０の第２の部位４５および集電体３０の端部３０ｂが枠部材２０よりも外向きに突出させている。こうすることでも、沿面距離を長くすることができる。
【００４２】
なお、本発明は、前記の実施形態に限定することなく種々変更することができる。例えば、接合層４０は、充分な機械強度を備えていれば、第２の接合層４２は、保護層４０ｂを備えない無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂からなる１層で構成してもよく、この場合は、接合層４０の第１の接合層４１と第２の接合層４２は、別体でなく、一体の接合層を用いて製造してもよい。逆に、接合層４０は、第１の接合層４１における第２の部位４５の裏側部４５ａおいて保護層４０ｂを備えた３層で構成してもよく、この場合も第１の接合層４１における第２の部位４５の裏側部４５ａ、第２の接合層４２における第２の部位４５の表側部４５ｂおよび第３の部位４４を一体の接合層を用いて製造してもよい。
【００４３】
また、接合層４０は、無水マレイン酸ポリオレフィンを含んだものでなく、樹脂と金属とを接着することができるものを含んだものであれば、限定しない。また、接合層４０はフィルムでなく、全体が接着剤で構成されていてもよい。さらに、本発明の電気化学デバイスは、鉛蓄電池以外に燃料電池、二次電池、電気二重層キャパシタなど種々のもので実施することができることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４４】
２０……枠部材
２０ａ…内側部
２０ｂ…外側部
２０ｃ…内縁
３０……集電体
３０ａ…端縁部
４０……接合層（接着性フィルム）
４１……第１の接合層（接着性フィルム）
４２……第２の接合層（接着性フィルム）
４３……第１の部位
４４……第３の部位
４５……第２の部位
４５ａ…第２の部位の裏側部
４５ｂ…第２の部位の表側部
【図１】
2011171165.tif 000003
【図２】
2011171165.tif 000004
【図３】
2011171165.tif 000005