(57)【要約】【課題】  特性のばらつきが抑制された巻回型の電気化学デバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】  この電気化学デバイスは、アノード電極Ａ及びカソード電極Ｋの巻回軸に沿った一端側において、巻回軸周りに沿って設けられた補助金属部Ｔ１，Ｔ２と、アノード電極Ａとカソード電極Ｋとの間に介在するセパレータＳ１と、補助金属部Ｔ１，Ｔ２と活物質層ＡＥ１，ＫＥ１との間に設けられた熱可塑性樹脂からなり、補助金属部Ｔ１，Ｔ２よりも薄くセパレータＳ１に接触せず、且つ、補助金属部Ｔ１，Ｔ２の側面及び活物質層ＡＥ１，ＫＥ１の側面の双方に接触している補強樹脂層ＴＣ１、ＴＣ２とを備えている。【選択図】図５
2011228400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
包囲体と、
前記包囲体内部に封入された電気化学デバイス本体であって、巻回された正極帯状電極と、前記正極帯状電極に対向するように巻回された負極帯状電極とを有する電気化学デバイス本体と、
前記正極帯状電極と前記負極帯状電極との間に介在するセパレータと、
を備え、
前記正極帯状電極は、
巻回された帯状の正極側主金属箔と、
前記正極側主金属箔の巻回軸周りに沿って形成された正極側活物質層と、
前記正極側主金属箔の巻回軸に沿った一端側において巻回軸周りに沿って前記正極側主金属箔に設けられた正極側補助金属部と、
前記正極側補助金属部と前記正極側活物質層との間に設けられた正極側熱可塑性樹脂からなり、前記正極側補助金属部よりも薄く前記セパレータに接触せず、且つ、前記正極側補助金属部の側面及び前記正極側活物質層の側面の双方に接触している正極側補強樹脂層と、
を有し、
前記負極帯状電極は、
巻回された帯状の負極側主金属箔と、
前記負極側主金属箔の巻回軸周りに沿って形成された負極側活物質層と、
前記負極側主金属箔の巻回軸に沿った他方端側において巻回軸周りに沿って前記負極側主金属箔に設けられた負極側補助金属部と、
前記負極側補助金属部と前記負極側活物質層との間に設けられた負極側熱可塑性樹脂からなり、前記負極側補助金属部よりも薄く前記セパレータに接触せず、且つ、前記負極側補助金属部の側面及び前記負極側活物質層の側面の双方に接触している負極側補強樹脂層と、
を備えることを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
前記正極帯状電極及び前記負極帯状電極の巻回軸方向の一方の端部は、前記包囲体の蓋を構成する電極板に直接溶接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】
前記包囲体は、
金属製の筒体と、
前記電極板と前記筒体との間に介在する絶縁リングと、
前記電極板の周辺部位と、前記筒体の外表面とを被覆する熱収縮チューブと、
を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学デバイス。
【請求項４】
前記包囲体は、前記電極板により封止される金属製の筒体を備えており、
前記筒体の一部分は、外周から中心方向に向けて凹むことで、前記筒体の内部表面を前記電気化学デバイス本体の外表面に接触させて固定する絞り込み部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気化学デバイスの製造方法において、
前記正極側活物質層及び前記正極側補助金属部がそれぞれ形成された前記正極帯状電極を用意する工程と、
前記負極側活物質層及び前記負極側補助金属部がそれぞれ形成された前記負極帯状電極を用意する工程と、
前記正極側補助金属部と前記正極側活物質層との間に、正極側熱可塑性樹脂を配置する工程と、
前記負極側補助金属部と前記負極側活物質層との間に、負極側熱可塑性樹脂を配置する工程と、
前記正極側熱可塑性樹脂が前記正極側補助金属部の側面及び前記正極側活物質層の側面の双方に接触し、且つ、前記負極側熱可塑性樹脂が前記負極側補助金属部の側面及び前記負極側活物質層の側面の双方に接触するよう、前記正極側熱可塑性樹脂及び前記負極側熱可塑性樹脂を加熱する工程と、
前記正極側熱可塑性樹脂及び前記負極側熱可塑性樹脂を冷却して固化させ、前記正極側補強樹脂層及び前記負極側補強樹脂層を形成する工程と、
を備え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、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）などの電気化学デバイス及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
従来の巻回電極を用いた電気化学デバイス（電池、ＥＤＬＣ）に関する技術は、特許文献１〜１１に開示されている。特許文献１は金属箔スペーサに関する技術について開示し、特許文献２は樹脂スペーサに関する技術について開示し、特許文献３は絶縁テープの貼付に関する技術について開示し、特許文献４は巻回端面への端子取付に関する技術について開示し、特許文献５は保護層形成に関する技術について開示し、特許文献６は金属帯取付に関する技術について開示し、特許文献７は絶縁スペーサ膜取付に関する技術について開示し、特許文献８はセパレータをスペーサで隔離する技術について開示し、特許文献９は絶縁スペーサ層を用いた技術について開示し、特許文献１０及び特許文献１１は金属スペーサ帯を用いた技術について開示している。
【０００３】
多くの巻回型の電気化学デバイスでは、一対の帯状電極と、一対の帯状のセパレータを交互に重ねて配置する。１つの帯状電極の上下面には活性炭が、バインダ樹脂によって塗布されている。重ねられたものを巻芯の周囲に巻きつけ、巻きつけられた電極の幅方向の端部同士を直接溶着してそのまま取出電極として用いている。ここで、帯状電極を直接溶着するのは、余分な端子をこれに取り付けると、インピーダンスが高くなるからである。
【０００４】
図９は、比較のための電気化学デバイスの縦断面図である。なお、図９において、構造の説明の明確化のため電気化学デバイス本体１０は断面ではなく側面状態をそのまま示している。
【０００５】
包囲体は、筒体Ｈ及び電極板Ｌ１，Ｌ２から構成されており、この包囲体の内部に電解液ＬＱと共に、電気化学デバイス本体１０が収容されている。図面の下方に位置する電極板Ｌ２は、筒体Ｈと一体的に成形されており、上方に位置する電極板Ｌ１は、樹脂製の蓋材Ｌ１Ｒに埋め込まれており、樹脂製の蓋材Ｌ１Ｒが、筒体Ｈの開口を塞いでいる。デバイス本体１０の図面の上下方向の端部からは、それぞれキャパシタの両端子をそれぞれ構成する金属電極タブ１０Ｌ１及び１０Ｌ２が延びており、これらはそれぞれ電極板Ｌ１及びＬ２に接触し、且つ、電気的に接続されている。
【０００６】
このような構造の電気化学デバイスの場合、金属電極タブ１０Ｌ１及び１０Ｌ２が若干の抵抗を有するため、これが内部抵抗の増加に寄与する。一般には、電気化学デバイスの劣化に伴って、内部抵抗が増加する傾向があり、この場合には外部負荷に与える電圧が低下してしまうという不具合がある。そこで、内部抵抗を低下させるために、金属電極タブを用いないで、電気化学デバイス本体の端部を直接、電極板に溶接することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２９８９２１号公報
【特許文献２】特開２０００−０２１４３６号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５４１４号公報
【特許文献４】特開２００５−３４７６０８号公報
【特許文献５】特開２００７−０９５６５６号公報
【特許文献６】特開２００７−３３５８１４号公報
【特許文献７】特開２００８−１９３０１０号公報
【特許文献８】特開平０５−１０９４３５号公報
【特許文献９】特開平０７−１３０３８９号公報
【特許文献１０】特開平１１−１３５１００号公報
【特許文献１１】特開平１１−２８３６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、電気化学デバイス本体の端部を、電極板に直接溶接すると、特性がばらついてしまうという問題がある。
【０００９】
この特性のばらつきについて、本願発明者が鋭意検討したところ、直接溶接の場合、電極板からデバイス本体の端部に、熱が伝達されると共に、圧力が印加され、かかる熱と圧力が原因となって、電気化学デバイス本体の端部が変形し、大きく特性がばらついてしまうことが判明した。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、特性のばらつきが抑制される巻回型の電気化学デバイス及びその製造方法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】
【００１１】
上述の課題を解決するため、本発明に係る巻回型の電気化学デバイスは、包囲体と、前記包囲体内部に封入された電気化学デバイス本体であって、巻回された正極帯状電極と、前記正極帯状電極に対向するように巻回された負極帯状電極とを有する電気化学デバイス本体と、前記正極帯状電極と前記負極帯状電極との間に介在するセパレータと、を備えている。
【００１２】
前記正極帯状電極は、巻回された帯状の正極側主金属箔と、前記正極側主金属箔の巻回軸周りに沿って形成された正極側活物質層と、前記正極側主金属箔の巻回軸に沿った一端側において巻回軸周りに沿って前記正極側主金属箔に設けられた正極側補助金属部と、前記正極側補助金属部と前記正極側活物質層との間に設けられた正極側熱可塑性樹脂からなり、前記正極側補助金属部よりも薄く前記セパレータに接触せず、且つ、前記正極側補助金属部の側面及び前記正極側活物質層の側面の双方に接触している正極側補強樹脂層と、を有している。
【００１３】
同様に、前記負極帯状電極は、巻回された帯状の負極側主金属箔と、前記負極側主金属箔の巻回軸周りに沿って形成された負極側活物質層と、前記負極側主金属箔の巻回軸に沿った他方端側において巻回軸周りに沿って前記負極側主金属箔に設けられた負極側補助金属部と、前記負極側補助金属部と前記負極側活物質層との間に設けられた負極側熱可塑性樹脂からなり、前記負極側補助金属部よりも薄く前記セパレータに接触せず、且つ、前記負極側補助金属部の側面及び前記負極側活物質層の側面の双方に接触している負極側補強樹脂層と、を備えている。
【００１４】
この電気化学デバイスによれば、正極及び負極の主金属箔には、補助金属部が設けられているため、かかる部位の機械的強度が増加すると共に、補助金属部が各帯状電極の径方向への移動を規制するので、これらの間の容量の変化が抑制される。また、正極及び負極の補助金属部と活物質層との間には、それぞれ熱可塑性樹脂からなり双方の側面に接触した補強樹脂層が設けられているので、これが確実にかかる部位の機械的強度を高めると共に、補助金属部と且つ物質層との間の相対移動を規制し、電気化学デバイスの特性のばらつきを更に抑制している。
【００１５】
また、この補強樹脂層は補助金属部よりも薄く、セパレータには接触しない構成としてあるため、かかる補強樹脂層から直接的にセパレータに熱が伝達されることはなく、セパレータが熱から保護されることとなり、セパレータの劣化に起因した特性のばらつきも更に抑制することができる。ポリアクリロニトリルなどの内部抵抗が小さくなる樹脂系セパレータを採用する際には、特に、この構造は有用である。昨今、低抵抗化（内部抵抗）の方策として、電極（活物質層）の厚みを薄くしていく方策が取られる場合があり、補助金属箔なども同時に厚くした場合、強度が非常に弱くなるが、樹脂層があることにより、低抵抗であっても高い強度を維持することが可能となる。
【００１６】
また、本発明に係る電気化学デバイスは、前記正極帯状電極及び前記負極帯状電極の巻回軸方向の一方の端部は、前記包囲体の蓋を構成する電極板に直接溶接されていることを特徴とする。
【００１７】
この場合、電極板に、直接、それぞれの帯状電極が溶接されているため、内部抵抗を減少させることができるが、溶接時の熱と圧力に対する耐性も向上しているため、上述のように特性のばらつきは抑制されている。
【００１８】
また、本発明に係る前記包囲体は、金属製の筒体と、前記電極板と前記筒体との間に介在する絶縁リングと、前記電極板の周辺部位と、前記筒体の外表面とを被覆する熱収縮チューブと、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
電極板と直接溶接するためには、金属からなる必要があるが、筒体も金属とした場合、正負の電極がショートしてしまうため、筒体と電極板との間に絶縁リングを介在させることとし、熱収縮チューブを用いることで、これらを固定することができている。
【００２０】
また、本発明においては、前記包囲体は、前記電極板により封止される金属製の筒体を備えており、前記筒体の一部分は、外周から中心方向に向けて凹むことで、前記筒体の内部表面を前記電気化学デバイス本体の外表面に接触させて固定する絞り込み部を備えていることを特徴とする。
【００２１】
このように、絞込み部があることで、内部の電気化学デバイス本体の軸方向及び径方向移動が規制されるため、振動等に起因した特性変化が抑制される。
【００２２】
また、本発明に係る電気化学デバイスの製造方法は、（Ａ）前記正極側活物質層及び前記正極側補助金属部がそれぞれ形成された前記正極帯状電極を用意する工程と、（Ｂ）前記負極側活物質層及び前記負極側補助金属部がそれぞれ形成された前記負極帯状電極を用意する工程と、（Ｃ）前記正極側補助金属部と前記正極側活物質層との間に、正極側熱可塑性樹脂を配置する工程と、（Ｄ）前記負極側補助金属部と前記負極側活物質層との間に、負極側熱可塑性樹脂を配置する工程と、（Ｅ）前記正極側熱可塑性樹脂が前記正極側補助金属部の側面及び前記正極側活物質層の側面の双方に接触し、且つ、前記負極側熱可塑性樹脂が前記負極側補助金属部の側面及び前記負極側活物質層の側面の双方に接触するよう、前記正極側熱可塑性樹脂及び前記負極側熱可塑性樹脂を加熱する工程と、（Ｆ）前記正極側熱可塑性樹脂及び前記負極側熱可塑性樹脂を冷却して固化させ、前記正極側補強樹脂層及び前記負極側補強樹脂層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００２３】
この方法によれば、熱可塑性樹脂を加熱することで、上述の補強樹脂層を形成するため、これを容易に、それぞれの極の活物質層及び補助金属部の側面に接触させることができ、特性のばらつきが抑制された電気化学デバイスの製造が容易となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の巻回型の電気化学デバイス及びその製造方法によれば、特性のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係る電気化学デバイスの斜視図である。
【図２】図１に示した電気化学デバイスのＩＩ−ＩＩ矢印線断面図である。
【図３】電気化学デバイスの製造工程を説明するための電気化学デバイス中間体の断面図である。
【図４】巻回された電気化学デバイス本体を一部分展開して示す電気化学デバイス本体の平面図である。
【図５】図４に示した電気化学デバイスのＶ−Ｖ矢印線断面図である。
【図６】熱可塑性樹脂の融解による補強樹脂層の形成工程を説明するための図である。
【図７】補強樹脂層の効果について説明するための図である。
【図８】帯状電極の構成要素の寸法について説明するための図である。
【図９】比較のための電気化学デバイスの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、実施の形態に係る電気化学デバイス及びその製造方法について説明する。同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２７】
図１は実施形態に係る巻回型の電気化学デバイスの斜視図であり、図２は図１に示した電気化学デバイスのＩＩ−ＩＩ矢印線断面図である。なお、図２及び図３において、構造の説明の明確化のため電気化学デバイス本体１０は断面ではなく側面状態をそのまま示している。また、電気化学デバイスの電極の巻回軸をＺ軸とし、これに垂直な２軸をＸ軸及びＹ軸として、図示の如く三次元直交座標系を設定する。
【００２８】
この電気化学デバイス１００は、包囲体と、包囲体内部に封入された電気化学デバイス本体１０とを備え、包囲体内部には電解液ＬＱが充填されている。この包囲体は、金属製の筒体Ｈと、電極板Ｌ１と筒体Ｈとの間に介在する絶縁リングＨ１と、電極板Ｌ１の周辺部位と、筒体Ｈの外表面とを被覆する熱収縮チューブ２０とを備えている。
【００２９】
電極板Ｌ１，Ｌ２と電気化学デバイス本体１０とを直接溶接するため、これらは金属からなる。筒体Ｈも金属からなる。筒体Ｈと電極板Ｌ２との間には絶縁リングＨ１が介在しているので、正負の電極（電極板Ｌ１，Ｌ２）がショートすることを防止できる。また、熱収縮チューブ２０を用いることで、筒体Ｈ、絶縁リングＨ１及び電極板Ｌ１が互いに固定されている。
【００３０】
筒体Ｈの一方の開口は電極板Ｌ１によって塞がれているが、他方の開口は電極板Ｌ２によって塞がされている。なお、筒体Ｈと他方の電極板Ｌ２とは一体的に成形されたものである。電気化学デバイス本体１０の巻回軸（Ｚ軸）方向の両端部は、電極板Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ固定されている。この固定は溶接によって行われており、図２には溶接部Ｄが示されている。溶接部Ｄは、レーザ溶接によって形成されたものであり、電極板Ｌ１，Ｌ２にレーザ光を照射することで形成される。レーザ光の複数の照射スポット位置は、巻回軸となるＺ軸から径方向に延びる方向に沿って、放射状に点在している。
【００３１】
また、電気化学デバイス本体１０は、図５に示すように、正極帯状電極Ａ及び負極帯状電極Ｋを備えており、その巻回軸（Ｚ軸）方向の一方の端部は、包囲体の蓋を構成する電極板Ｌ１，Ｌ２に溶接部Ｄによって直接溶接されている。
【００３２】
また、包囲体は、電極板Ｌ１により封止される金属製の筒体Ｈを備えているが、この筒体Ｈの一部分は、絞り込み部ＳＢを備えている。絞り込み部ＳＢは、外周から中心方向に向けて凹むことで、筒体Ｈの内部表面を電気化学デバイス本体１０の外表面に接触させて固定している。
【００３３】
このように、絞込み部ＳＢがあることで、内部の電気化学デバイス本体１０の軸方向及び径方向移動が規制されるため、振動等に起因した特性変化が抑制される。
【００３４】
電極板Ｌ１，Ｌ２に、直接、それぞれの帯状電極Ａ，Ｋの端部（補助金属部Ｔ１，Ｔ２）が溶接されているため、図９に示した電気化学デバイスと比較して、内部抵抗を減少させることができる。
【００３５】
図３は、電気化学デバイスの製造工程を説明するための電気化学デバイス中間体の断面図である。
【００３６】
電気化学デバイス本体１０を包囲体内部に挿入した後、電解液ＬＱを筒体Ｈ内部に充填し、しかる後、絶縁リングＨ１と電極板Ｌ１を筒体Ｈの一方の開口端上に配置する（図３（Ａ））。続いて、電極板Ｌ１，Ｌ２にＺ軸方向に沿ってレーザ光ＬＢを照射し、電極板Ｌ１，Ｌ２のレーザ光照射位置の構成材料を溶融して、溶融部Ｄを形成し、電気化学デバイス本体１０の端部を電極板Ｌ１，Ｌ２に固定する。しかる後、図２に示した熱収縮チューブ２０を包囲体に嵌めて、これを加熱することで、熱収縮チューブ２０が収縮して、包囲体に密着し、その構成要素が固定される。
【００３７】
次に、電気化学デバイス本体１０について説明する。
【００３８】
図４は、巻回された電気化学デバイス本体を一部分展開して示す電気化学デバイス本体１０の平面図であり、図５は、図４に示した電気化学デバイスのＶ−Ｖ矢印線断面図である。
【００３９】
電気化学デバイス本体１０は、巻回された正極帯状電極Ａと、正極帯状電極Ａに対向するように巻回された負極帯状電極Ｋと、正極帯状電極Ａと負極帯状電極Ｋとの間に介在するセパレータＳ１とを備えている。図４及び図５において、Ｘ軸の正方向（巻回軸に垂直な径方向）に向けて順番に、セパレータＳ２、活物質層ＡＥ２、主金属箔Ａ１、活物質層ＡＥ１、セパレータＳ１、活物質層ＫＥ２、主金属箔Ａ２、活物質層ＫＥ１が積層されている。
【００４０】
詳説すれば、アノードとなる正極帯状電極Ａは、巻回された帯状の正極側主金属箔Ａ１と、正極側主金属箔Ａ１の巻回軸（Ｚ軸）周りに沿って（本例ではその両面に）形成された正極側活物質層ＡＥ１，ＡＥ２と、正極側主金属箔Ａ１の巻回軸（Ｚ軸）に沿った一端側（Ｚ軸正方向位置）において巻回軸周り（図４ではＹ軸）に沿って正極側主金属箔Ａ１に設けられた正極側補助金属部（金属箔）Ｔ１(Ｔ１(ｂ))と、正極側補強樹脂層ＴＣ１（ＴＣ１（ｂ））とからなる。
【００４１】
正極側補強樹脂層ＴＣ１（ＴＣ１（ｂ））は、正極側補助金属部Ｔ１(Ｔ１(ｂ))と正極側活物質層ＡＥ１(ＡＥ２)との間に設けられた正極側熱可塑性樹脂からなり、正極側補助金属部Ｔ１(Ｔ１(ｂ))よりも薄くセパレータＳ１(Ｓ２)に接触せず、且つ、正極側補助金属部Ｔ１(Ｔ１(ｂ))の側面及び正極側活物質層ＡＥ１の側面の双方に接触している。
【００４２】
同様に、カソードとなる負極帯状電極Ｋは、巻回された帯状の負極側主金属箔Ｋ２と、負極側主金属箔Ｋ２の巻回軸周りに沿って（本例ではその両面に）形成された負極側活物質層ＫＥ１，ＫＥ２と、負極側主金属箔Ｋ２の巻回軸（Ｚ軸）に沿った他方端側（Ｚ軸負方向位置）において巻回軸周りに沿って負極側主金属箔Ｋ２に設けられた負極側補助金属部（金属箔）Ｔ２（Ｔ２（ｂ））と、負極側補助金属部Ｔ２（Ｔ２（ｂ））と負極側活物質層ＫＥ１（ＫＥ２）との間に設けられた負極側補強樹脂層ＴＣ２（ＴＣ２（ｂ））とを備えている。
【００４３】
負極側補強樹脂層ＴＣ２（ＴＣ２（ｂ））は、負極側熱可塑性樹脂からなり、負極側補助金属部Ｔ２（Ｔ２（ｂ））よりも薄く、セパレータＳ２（Ｓ１）に接触せず、且つ、負極側補助金属部Ｔ２（Ｔ２（ｂ））の側面及び負極側活物質層ＫＥ１（ＫＥ２）の側面の双方に接触している。
【００４４】
図５の溶接部Ｄの位置において、電極板Ｌ１と補助金属部Ｔ１（Ｔ１（ｂ））とが溶接され、電極板Ｌ２と補助金属部Ｔ２（Ｔ２（ｂ））とが溶接されている。なお、各主金属箔Ａ１，Ｋ２は、巻回軸方向（幅方向）Ｚに沿って端面位置ずれており、これらが重ならない露出領域上に補助金属部Ｔ１（Ｔ１（ｂ））と、Ｔ２（Ｔ２（ｂ））とが形成されている。
【００４５】
この電気化学デバイスによれば、正極及び負極の主金属箔Ａ１，Ｋ２には、補助金属部Ｔ１（Ｔ１（ｂ）），Ｔ２（Ｔ２（ｂ））が設けられているため、かかる部位の機械的強度が増加すると共に、補助金属部Ｔ１（Ｔ１（ｂ）），Ｔ２（Ｔ２（ｂ））が各帯状電極Ａ，Ｋの径方向への移動を規制するので、これらの間の容量の変化が抑制される。また、正極及び負極の補助金属部Ｔ１（Ｔ１（ｂ）），Ｔ２（Ｔ２（ｂ））と活物質層ＡＥ１（ＡＥ２）、ＫＥ１（ＫＥ２）との間には、それぞれ熱可塑性樹脂からなり双方の側面に接触した補強樹脂層ＴＣ１（ＴＣ１（ｂ）），ＴＣ２（ＴＣ２（ｂ））が設けられているので、これが確実にかかる部位の機械的強度を高めると共に、補助金属部Ｔ１（Ｔ１（ｂ）），Ｔ２（Ｔ２（ｂ））と且つ物質層との間の相対移動を規制し、電気化学デバイスの特性のばらつきを更に抑制している。
【００４６】
また、各補強樹脂層ＴＣ１（ＴＣ１（ｂ）），ＴＣ２（ＴＣ２（ｂ））は、それぞれに隣接する各補助金属部Ｔ１（Ｔ１（ｂ）），Ｔ２（Ｔ２（ｂ））よりも薄く、セパレータＳ１，Ｓ２には接触しない構成としてあるため、かかる補強樹脂層ＴＣ１（ＴＣ１（ｂ）），ＴＣ２（ＴＣ２（ｂ））から直接的にセパレータＳ１，Ｓ２に熱が伝達されることはなく、セパレータＳ１，Ｓ２が熱から保護されることとなり、セパレータＳ１，Ｓ２の劣化に起因した特性のばらつきも更に抑制することができる。このように、実施形態に係る電気化学デバイスにおいては、溶接時の熱と圧力に対する耐性も向上しているため、特性のばらつきは抑制されている。
【００４７】
図６は、熱可塑性樹脂の融解による補強樹脂層の形成工程を説明するための図である。
【００４８】
上述の補強樹脂層ＴＣ１の形成においては、まず、活物質層ＡＥ１と補助電極層Ｔ１との間の主金属箔Ａ１の表面上に、熱可塑性樹脂ＴＣ１を配置した後（図６（Ａ））、これに熱を加えて溶融させ、樹脂構成物質を矢印の方向に移動させ（図６（Ｂ））、活物質層ＡＥ１の側面（ＸＹ面）と補助電極層Ｔ１の側面（ＸＹ面）の双方に樹脂を接触させた後、これを冷却して固化させている（図６（Ｃ））。
【００４９】
図７は、補強樹脂層の効果について説明するための図である。
【００５０】
上述の実施形態の如く、補強樹脂層ＴＣ１が存在する場合（図７（Ａ））、レーザ光照射時等のＺ軸方向の衝撃（力Ｆ）に対して、補強樹脂層ＴＣ１が、補助金属部Ｔ１と活物質層ＡＥ１との間の距離変動・変形を抑制することができる。一方、補強樹脂層が存在しない場合（図７（Ｂ））、補助金属部Ｔ１と活物質層ＡＥ１との間の領域に応力が集中し、力Ｆが加わった場合に折れ曲がる。
【００５１】
また、レーザ光ＬＢの照射時において、矢印ＴＭＬで示されるように熱が伝播し、補助金属部Ｔ１及び補強樹脂層ＴＣ１を介して直接的にセパレータＳ１に熱が伝達され、セパレータＳ１が損傷する虞がある（図７（Ｃ））。一方、実施形態に係る構造（図７（Ａ））では、補強樹脂層ＴＣ１の厚みが薄く、これとセパレータＳ１との間には、Ｘ２−Ｘ５に相当する隙間があるため、セパレータＳ１には直接熱が伝達せず、セパレータＳ１が保護される。
【００５２】
なお、補強樹脂層ＴＣ１（ｂ）の形成においては、図６及び図７において、上述の補強樹脂層ＴＣ１、活物質層ＡＥ１、補助金属部Ｔ１、セパレータＳ１を、それぞれ、補強樹脂層ＴＣ１（ｂ）、活物質層ＡＥ２、補助金属部Ｔ１（ｂ）、セパレータＳ２に読み替える。
【００５３】
また、補強樹脂層ＴＣ２の形成においては、図６及び図７において、上述の補強樹脂層ＴＣ１、活物質層ＡＥ１、補助金属部Ｔ１、主金属箔Ａ１、セパレータＳ１を、それぞれ、補強樹脂層ＴＣ２、活物質層ＫＥ１、補助金属部Ｔ２、主金属箔Ｋ２、セパレータＳ２に読み替える。
【００５４】
同様に、補強樹脂層ＴＣ２（ｂ）の形成においては、図６及び図７において、上述の補強樹脂層ＴＣ１、活物質層ＡＥ１、補助金属部Ｔ１、主金属箔Ａ１を、それぞれ、補強樹脂層ＴＣ２（ｂ）、活物質層ＫＥ２、補助金属部Ｔ２（ｂ）、主金属箔Ｋ２に読み替える。
【００５５】
なお、上述のセパレータＳ１，Ｓ２、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２、金属箔Ａ１，Ｋ２、補強樹脂層ＴＣ１，ＴＣ２の材料としては、公知のものを用いればよい。これらの材料について、以下に一例を示すが、本発明は、これらの材料に限定されるものではない。
【００５６】
セパレータＳ１，Ｓ２は、例えば重量比１０％以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。
【００５７】
活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２は分極性電極である。この分極性電極は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダ樹脂を混ぜて製造する。バインダ樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物が挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。製造時においては、これらの材料を、ノズルから出射して、主金属箔の両面に塗布する。
【００５８】
主金属箔Ａ１、Ｋ２は集電体であり、アルミニウム箔や銅箔の表面をエッチングによって表面を荒く加工したもの使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダを加えてシート状にして集電極に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電極に塗工する方法なども無数に存在する。
【００５９】
補強樹脂層ＴＣ１，ＴＣ２の材料は、熱可塑性樹脂であって、加熱によって軟化して可塑性を示すものからなり、冷却によって固化する性質をもつ合成樹脂である。すなわち、補強樹脂層は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイミド、ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂、塩化ビニル樹脂、メタクリル酸メチル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート、又はポリエステル樹脂などを用いることができる。これらの材料は容易に入手でき、且つ、通常の電解液に対して反応せず、化学的にも安定している。なお、これらの材料は、バインダ樹脂となり得るものであり、電解液を含浸可能である。補強樹脂層ＴＣ１，ＴＣ２の材料として、セパレータに用いられる材料を採用することも可能である。
【００６０】
樹脂として、ポリプロピレンを採用した場合、これは高温（100〜250℃）で溶解する特徴があり、２００℃で加熱しながら乾燥させることができる。
【００６１】
また、補助金属部（金属箔）Ｔ１，Ｔ２の材料は、主金属箔Ａ１，Ｋ２の材料と同一であることが好ましい。例えば、双方ともアルミニウム或いは銅からなる。この場合、双方の材料は容易に溶接することができ、また、接触時に材料間の電位差も発生しないため、特性が安定するという利点もある。補助金属部Ｔ１，Ｔ２と、主金属箔Ａ１，Ｋ２とは、電気的に接続されており、溶着（溶接）されていることが好ましい。
【００６２】
また、補助金属部Ｔ１．Ｔ２が、主金属箔Ａ１，Ｋ２の長手方向（巻回後には周方向となる）に沿って、主金属箔Ａ１，Ｋ２に連続的又は断続的に溶接されている場合には、これらを強固に固定することができる。
【００６３】
なお、上記では、補助金属部は主金属箔の両面に設けられたが、これは片面のみに設けられていても良い。片面のみに補助金属部を設ける場合の厚みは、両面に補助金属部を設ける場合の厚みの２倍となる。補助金属部の厚みＸ４（図８参照）が、活物質層（電極層）の厚みＸ２よりも小さい場合、帯状電極の端部の変形が著しく大きくなってしまうため、Ｘ４＞Ｘ２であることが好ましい。なお、積層体の製造時には一定の圧力が厚み方向に印加される。
【００６４】
以上、説明したように、実施形態に係る電気化学デバイスの製造方法は、以下の工程（１）〜（６）を備えている。
【００６５】
工程（１）：この工程では、正極側活物質層ＡＥ１及び正極側補助金属部Ｔ１がそれぞれ形成された正極帯状電極Ａを用意する。すなわち、活物質層ＡＥ１の形成においては、上述のように、ノズルから活物質を主金属箔上Ａ１に出射して塗布し、補助金属部Ｔ１は薄膜状の金属帯を主金属箔Ａ１に溶接して固定する。
【００６６】
工程（２）：この工程では、負極側活物質層ＫＥ１及び負極側補助金属部Ｔ２がそれぞれ形成された負極帯状電極Ｋを用意する。なわち、活物質層ＫＥ１の形成においては、上述のように、ノズルから活物質を主金属箔上Ｋ２に出射して塗布し、補助金属部Ｔ２は薄膜状の金属帯を主金属箔Ｋ２に溶接して固定する。
【００６７】
工程（３）：この工程では、正極側補助金属部Ｔ１と正極側活物質層ＡＥ１との間に、正極側熱可塑性樹脂を配置する。同様に、負極側補助金属部Ｔ２と負極側活物質層ＫＥ１との間に、負極側熱可塑性樹脂を配置する。なお、工程（１）、（２）は、裏面側の構造Ｔ１（ｂ）、Ｔ２（ｂ）に関しても、同様に行われる。また、裏面側の熱可塑性樹脂も、正極側補助金属部Ｔ１（ｂ）と正極側活物質層ＡＥ２との間、及び、負極側補助金属部Ｔ２（ｂ）と負極側活物質層ＫＥ２との間に配置される。
【００６８】
工程（４）：上述のようにして形成された帯状電極とセパレータを重ね合わせて、図４に示したように積層し、この積層体を、図４の如く巻回する。
【００６９】
工程（５）；帯状電極を巻回した後、熱可塑性樹脂を溶融させるため、加熱処理を行う。この過熱は、表面側に位置する正極側熱可塑性樹脂ＴＣ１が、正極側補助金属部Ｔ１の側面及び正極側活物質層ＡＥ１の側面の双方に接触し、裏面側に位置する正極側熱可塑性樹脂ＴＣ１（ｂ）が、正極側補助金属部Ｔ１（ｂ）の側面及び正極側活物質層ＡＥ２の側面の双方に接触するまで行われる。この工程により、図６（Ｂ）のように樹脂が溶けて変形する。同図では、表面の樹脂溶融挙動のみを示しているが、裏面側で同様の現象が生じている。加熱温度は、具体的には１８０℃であるが、樹脂溶融温度の範囲内であれば、これ以上の温度であっても、これ以下の温度であっても採用することができる。
【００７０】
もちろん、このときの加熱により、表面側の負極側熱可塑性樹脂ＴＣ２が負極側補助金属部Ｔ２の側面及び負極側活物質層ＫＥ１の側面の双方に接触し、更に、裏面側の負極側熱可塑性樹脂ＴＣ２（ｂ）が負極側補助金属部Ｔ２（ｂ）の側面及び負極側活物質層ＫＥ２の側面の双方に接触する。これらの加熱工程は同時に行われ、上述のように、加熱温度は、具体的には１８０℃であるが、樹脂溶融温度の範囲内であれば、これ以上の温度であっても、これ以下の温度であっても採用することができる。
【００７１】
工程（６）：この工程では、全ての上記熱可塑性樹脂を冷却して固化させ、補強樹脂層ＴＣ１、ＴＣ１（ｂ）、ＴＣ２、ＴＣ２（ｂ）を形成する。図６（Ｃ）では正極側の表面の挙動のみを示すが、この工程により、図６（Ｃ）のように樹脂が平坦となって固化する。冷却温度は室温でよい。なお、正負の表裏面の樹脂の挙動は、図６（Ｃ）の場合と同様である。この冷却・固化工程は、加熱後の電気化学デバイス本体の乾燥工程において、行うことができる。
【００７２】
なお、上述の樹脂加熱工程（樹脂溶融工程）を設けることで、巻回された積層体における帯状電極の幅方向の一方の端面が鉛直上方を向くように保持し、上を向いた端面部分の上側のみを加熱すれば、溶融した樹脂は下方に位置する一方の活物質層方向のみに流れる。更に、この電気化学デバイス本体の中間体の上下を反転させ、反対側の上側の端面部分を同様に加熱すると、図６（Ｃ）に示した場合と同様に、溶融した樹脂は下方に位置する一方の活物質層方向のみに流れる。
【００７３】
したがって、巻回された積層体の上側及び下側を共に加熱すると、上側においては、樹脂が活物質層方向へ流れ、下側では補助金属部方向へと流れ、これの上下を反転させて、同様に積層体の上側及び下側を共に加熱すれば、同様に、上側においては、樹脂が活物質層方向へ流れ、下側では補助金属部方向へと流れる。このようにすることで、樹脂を活物質層及び補助金属部の双方に接触させることができる。なお、端面付近のみを加熱する方法としては、熱風乾燥、赤外線照射加熱、電熱線による加熱がある。もちろん、積層体を回転させながら、或いは、揺動させながら、全体的に或いは部分的に、積層体を加熱してもよく、巻回前に、樹脂を加熱して、活物質層及び補助金属部の双方に接触させておくことも可能である。
【００７４】
上述の方法によれば、熱可塑性樹脂を加熱することで、上述の補強樹脂層を形成するため、これを容易に、それぞれの極の活物質層及び補助金属部の側面に接触させることができ、特性のばらつきが抑制された電気化学デバイスの製造が容易となる。
【００７５】
それぞれの帯状電極の形成後に、図４に示すようにセパレータＳ１，Ｓ２と共に帯状電極Ａ，Ｋを重ね、これをＺ軸を中心に巻回して電気化学デバイス本体１０を製造する。なお、巻かれた帯状電極及びセパレータの終端部はテープや接着剤などで固定する。しかる後、図３において示した工程に従って、電気化学デバイス本体を組み立てる。すなわち、電気化学デバイス本体１０を包囲体内に電解液と共に封入し、上下の電極板をレーザ溶接し、外部から筒体の外面に圧力を加えて締め付け部ＳＢを形成し、包囲体の外側に熱収縮チューブを嵌めてこれを加熱する。これにより、上記の電気化学デバイスが完成する。
【００７６】
なお、電解液ＬＱとしては水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、アセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。
図８は、帯状電極の構成要素の寸法について説明するための図である。
【００７７】
Ｚ軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Ｚ１は主金属箔Ａ１，Ｋ２の幅、寸法Ｚ２は活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２の幅、寸法Ｚ３は露出領域の幅（Ｚ１−Ｚ２）、寸法Ｚ４は活物質層からセパレータがＺ方向に突出した距離、寸法Ｚ５は補助金属部Ｔ１，Ｔ２の幅、寸法Ｚ６はセパレータＳ１，Ｓ２の幅を示している。
【００７８】
Ｘ軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Ｘ１は、主金属箔Ａ１，Ｋ２の厚み、寸法Ｘ２は、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２の厚み、寸法Ｘ３は、セパレータＳ１，Ｓ２の厚み、寸法Ｘ４は補助金属部Ｔ１，Ｔ２の厚みである。なお、補強樹脂層ＴＣ１、ＴＣ１（ｂ）、ＴＣ２、ＴＣ２（ｂ）の厚みは、Ｘ５である。
【００７９】
それぞれの寸法の好適範囲は以下の通りである。
１０≦Ｚ１≦１０００ｍｍ
５ｍｍ≦Ｚ２≦９９５ｍｍ
２ｍｍ≦Ｚ３≦５０ｍｍ
１ｍｍ≦Ｚ４≦１０ｍｍ
１ｍｍ≦Ｚ５≦４９ｍｍ
７ｍｍ≦Ｚ６≦９９７ｍｍ
【００８０】
１０μｍ≦Ｘ１≦２００μｍ
１０μｍ≦Ｘ２≦５００μｍ
１０μｍ≦Ｘ３≦５０μｍ
１０μｍ≦Ｘ４≦５００μｍ
１０μｍ≦Ｘ５≦２００μｍ＜Ｘ２＜Ｘ４
【００８１】
上述の範囲に関して、Ｚ１の範囲は電極箔の現実的な幅を示している。Ｚ２の範囲は実際的に塗布可能な活物質層の幅（電極幅）を示している。Ｚ３で規定される領域は素子機能に影響を与えないので、小型化の観点からは小さい方が好ましく、帯状電極の巻回後に幅方向両端をＺ軸に垂直に切断することで、切断面をフラットにし、幅を任意に設定することができる。但し、下限値を下回ると有効に機能する活物質層を溶接時に損傷する虞があるため、下限値以上であることが好ましく、上限値を超える場合には装置が大型化するため、上限値以下であることが好ましい。
【００８２】
また、Ｚ４はセパレータはみ出し量を規定するものであり、この範囲は電気特性に影響を与るものではなく、分離した金属箔が接触しない程度のマージンを有している。Ｚ６はセパレータの幅であるため、Ｚ２に２ｍｍを加えた値として設定した。
【００８３】
また、Ｚ５は、補助金属部Ｔ１，Ｔ２の幅を規定するものであり、露出領域の幅Ｚ３−１ｍｍに設定した。
【００８４】
Ｘ１の範囲は、集電体である主金属箔の現実的な厚みの範囲であり、厚い方が、抵抗が低くなり、且つ、強度も高くなるという観点から好ましいが、単位体積当たりの集積度は低くなり多くの電荷を蓄積することができなくなる。比較的低抵抗で損傷にしくいためには、下限値以上の厚みが好適であり、集積度を大きく劣化させることなく、低抵抗で強度が十分に保持できる厚みは上述の上限値以下の値である。
【００８５】
Ｘ２の範囲は、活物質層の現実的な厚み範囲を規定しており、電極活性炭粒子の接触抵抗が減るので、薄いほど厚み方向の内部抵抗は低くなる利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、活物質層としての機能が十分でなくなるため、上記の下限値以上であることが好ましい。活物質層の厚みＸ２よりも樹脂層の厚みＸ５は小さいため、Ｚ軸方向に電解液を注入した場合には、活物質層の肩部が露出し、電解液が活物質層内に染み込み易くなる。
【００８６】
Ｘ３の範囲は、セパレータの現実的な厚み範囲であり、薄いほうが厚み方向の内部抵抗が小さくなるという利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、セパレータとしての機能が十分ではなく、セパレータで分離された活物質層が実効的に短絡してしまうため、上記の下限値以上であることが好ましい。
【００８７】
Ｘ４の範囲は、隣接する主金属箔間に位置する層の合計厚以下であり、１０００μｍ程度になる場合があるが、層合計よりも帯状電極を巻回可能な物理的な制約条件の方が厚みが小さくなり、したがって、かかる観点からすると、Ｘ４は５００μｍ以下であることが好ましく、その厚みは主金属箔と同じであることが内部応力を低減するという観点からは好ましい。したがって、Ｘ４は、主金属箔の厚みＸ１の下限値である１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
【００８８】
上述の電気化学デバイスによれば、補助金属部Ｔ１，Ｔ２が、主金属箔Ａ１，Ｋ２の露出領域における径方向（図８ではＸ軸方向）の可動範囲を狭めるので、主金属箔Ａ１，Ｋ２のＸ軸方向の位置ずれによるインピーダンス変化を抑制することができる。補助金属部Ｔ１，Ｔ２は厚みＸ４を有するので、補助金属部Ｔ１．Ｔ２の側面（ＸＹ平面）と上述の電極板との接触面積を増加させ、これらの接触抵抗を減少させることができる。このように、接触抵抗が低減されると、素子の内部抵抗を抑えることができ、出力が向上する。また、かかる接触部位を介して放熱を行うことができる。したがって、この電気化学デバイスは、インピーダンス特性と放熱特性に優ることとなる。なお、厚みＸ４は、上記観点から、可能な限り大きな方が好ましい。
【００８９】
また、両面に補助金属部Ｔ１，Ｔ２が形成された場合の補助金属部単独の厚みＸ４の２倍、又は、片面に補助金属部Ｔ１，Ｔ２が形成された場合の補助金属部単独の厚みＸ４は、露出領域（寸法Ｚ３の領域）において対向する主金属箔Ａ１（或いはＫ２）間の隙間の距離Ｌ（＝４×Ｘ２＋２×Ｘ３＋Ｘ１）以下である。この場合には、補助金属部Ｔ１，Ｔ２が、主金属箔間Ａ１，Ｋ２の距離Ｌを幅方向（Ｚ軸方向）端部において押し広げることにはならず、径方向寸法の大型化を抑制することができる。もちろん、補助金属部Ｔ１，Ｔ２の単独の厚みＸ４の２倍（両面形成時）又は厚みＸ４（片面形成時）は、前記隙間の距離Ｌに一致していてもよく、この場合には、主金属箔Ａ１，Ｋ２の露出領域における径方向移動を確実に抑制すると共に、それぞれの主金属箔Ａ１（又はＫ２）を電気的に接続し、強度向上と共に、電気的な安定性を向上させることができる。
【００９０】
厚みＸ４の２倍（両面形成時）又は厚みＸ４（片面形成時）が、距離Ｌ（＝４×Ｘ２＋２×Ｘ３＋Ｘ１）よりも小さい場合、若干の隙間が補助金属部Ｔ１，Ｔ２と主電極Ａ１，Ｋ２との間に若干の隙間ができるため、Ｚ軸方向に沿って導入される電解液の侵入隙間が確保され、十分に電解液が内部に侵入し、インピーダンスのばらつきが抑制され、インピーダンス特性が向上することとなる。
【００９１】
なお、補強樹脂層ＴＣ１，ＴＣ２のＺ軸方向の厚みＸ５は、ピーンホールなき事、およびフレキシビリティ確保という観点から１０μｍ〜２００μｍであることが好ましく、Ｚ軸方向に沿って外側から導入される電解液を活物質層内に導入するためには、補強樹脂層ＴＣ１，ＴＣ２は、セパレータＳ１，Ｓ２に接触せず、若干の隙間（Ｘ２-Ｘ５＞０）がある方が好ましい。
【符号の説明】
【００９２】
Ａ・・・アノード電極、Ａ１，Ｋ２・・・主金属箔、ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２・・・活物質層、Ｋ・・・カソード電極、Ｔ１，Ｔ２・・・補助金属部、ＴＣ１，ＴＣ２・・・補強樹脂層。
【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】
2011228400.tif 000008
【図７】
2011228400.tif 000009
【図８】
2011228400.tif 000010
【図９】
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