(57)【要約】      （修正有）【課題】電気二重層キャパシタの高容量化を実現可能な電気化学デバイス用電極端子およびその製造方法を提供する。【解決手段】電気化学デバイス用電極端子は、多孔体からなる集電体１１と、リード１３と、集電体とリードとが一体化されてなる溶接部１７とを備える。さらに集電体とリードが重なり合って形成され、溶接部を含む溶接用のりしろ部１５を備え、溶接用のりしろ部に含まれる金属の量は、溶接用のりしろ部以外の部分に含まれる金属の量よりも多いことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔体からなる集電体と、
リードと、
前記集電体と前記リードとが一体化されてなる溶接部とを備える電気化学デバイス用電極端子。
【請求項２】
前記集電体と前記リードとが重なり合って形成されてなり、前記溶接部を含む溶接用のりしろ部をさらに備え、
前記集電体において、前記溶接用のりしろ部に含まれる金属の量は、前記溶接用のりしろ部以外の部分に含まれる金属の量よりも多い請求項１に記載の電気化学デバイス用電極端子。
【請求項３】
前記集電体において、前記溶接用のりしろ部に含まれる金属の量は、前記溶接用のりしろ部以外の部分に含まれる金属の量の１．０５倍以上５０倍以下である請求項２に記載の電気化学デバイス用電極端子。
【請求項４】
前記溶接部は、前記集電体と前記リードとがレーザ溶接されて形成されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電気化学デバイス用電極端子。
【請求項５】
多孔体からなる集電体とリードとを準備する工程と、
前記集電体と前記リードとを一体化して溶接部を形成する工程とを備える電気化学デバイス用電極端子の製造方法。
【請求項６】
前記溶接部を形成する工程の前に、前記集電体と前記リードとが重なり合って形成されてなる溶接用のりしろ部が水平面から所定の角度、傾斜するように、前記集電体と前記リードとを配置する工程を行う請求項５に記載の電気化学デバイス用電極端子の製造方法。
【請求項７】
前記溶接部を形成する工程は、レーザ光を、前記溶接用のりしろ部のうち、相対的に上方に位置する部分へ照射してから相対的に下方に位置する部分へ照射する工程を含む請求項６に記載の電気化学デバイス用電極端子の製造方法。
【請求項８】
前記集電体と前記リードとを配置する工程は、前記溶接用のりしろ部が水平面から０度よりも大きく９０度以下傾斜するように前記集電体と前記リードとを配置する工程を含む請求項６または請求項７に記載の電気化学デバイス用電極端子の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電気化学デバイス用電極端子を備えた電気二重層キャパシタ。
【請求項１０】
請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の電気化学デバイス用電極端子の製造方法を含む電気二重層キャパシタの製造方法。
【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電極端子およびその製造方法に関し、また電気二重層キャパシタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学デバイスは、化学エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換可能なデバイスであり、省エネルギーまたは環境汚染の低減に重要な役割を担っている。このような電気化学デバイスは、携帯機器の電源から自動車の電源まで多種多様な用途に用いられており、電気化学デバイスの一例としては、二次電池、燃料電池またはキャパシタなどが挙げられる。キャパシタには多くの種類があるが、電気二重層キャパシタが容量の大きなキャパシタとして近年特に注目されている（たとえば特許文献１）。
【０００３】
電気二重層キャパシタは、外装と、外装内に設けられた電極群とを備える。電極群は、正極板と、負極板と、正極板と負極板との間に設けられたセパレータとを有し、正極板および負極板は、それぞれ、リードを介して正極端子および負極端子に接続されている。リードは、正極板および負極板のそれぞれの集電体に超音波溶接または抵抗溶接されている（たとえば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２００７３８号公報
【特許文献２】特開２００５−９３８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、多孔体からなる集電体を用いて電気化学デバイスの高容量化を図ることが提案されている。多孔体からなる集電体は板状または箔状の集電体に比べて多くの活物質を担持可能であるので、多孔体からなる集電体を備えた電極の１枚当たりの容量は大きくなる。よって、その電極に接続されたリードには、大きな電流が流れることとなる。また、多孔体からなる集電体は、板状または箔状の集電体に比べて、金属密度が低いので強度が低い。そのため、集電体とリードとを接合させる一般的な手法では、集電体が破断するおそれがある。以上のことから、多孔体からなる集電体を用いて電気化学デバイスの高容量化を実現する場合には、リードおよび集電体のそれぞれの電気抵抗を小さくするだけでなく、リードと集電体との接続部分の電気抵抗を小さくすることも必要であり、集電体とリードとの接合強度を高めることも必要である。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気二重層キャパシタの高容量化を実現可能な電気化学デバイス用電極端子およびその製造方法の提供にある。また、本発明の他の目的は、上記電気化学デバイス用電極端子を備えた電気二重層キャパシタおよびその製造方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電気化学デバイス用電極端子は、多孔体からなる集電体と、リードと、集電体とリードとが一体化されてなる溶接部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電気化学デバイス用電極端子では、溶接部において集電体とリードとが一体化されているので、溶接部の電気抵抗を小さくすることができる。また、集電体とリードとの接合強度を高めることができる。よって、本発明に係る電気化学デバイス用電極端子を用いれば、電気二重層キャパシタの高容量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子の製造方法を工程順に示すフロー図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子の製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電気二重層キャパシタの構成を模式的に示す平面図である。
【図６】実施例における溶接部の抵抗率の測定方法を示す平面図である。
【図７】（ａ）は、実施例において溶接部の破断強度を測定するときに用いる試験片の平面図であり、（ｂ）は、実施例における溶接部の破断強度の測定方法を示す斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、実施例における集電体とリードとの溶接工程を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[本願発明の実施形態の説明]
本発明に係る電気化学デバイス用電極端子は、多孔体からなる集電体と、リードと、集電体とリードとが一体化されてなる溶接部とを備える。溶接部では集電体とリードとが一体化されているので、溶接部（つまり、リードと集電体との接続部分）の電気抵抗を小さくすることができ、集電体とリードとの接合強度を高めることもできる。ここで、「電気化学デバイス用電極端子」は、集電体とリードとが溶接されて構成された電極端子を意味する。「電気化学デバイス用電極端子」を構成する「集電体」には、活物質が担持されていなくても良いし、活物質が担持されていても良い。後述の実施形態では、「リード」の一例として「箔からなるリード」を挙げているが、リードの形状は、後述の実施形態に記載の構成に限定されない。たとえば、リードは、所定値以上の厚さを有する膜からなっても良い。「集電体とリードとが一体化されてなる」とは、溶接部の断面を顕微鏡などで拡大して観察した際に、集電体とリードとの境界を視認できない部分が少なくとも１箇所以上存在することを意味する。
【００１１】
集電体とリードとが重なり合って形成されてなり、溶接部を含む溶接用のりしろ部をさらに備えることが好ましい。集電体において、溶接用のりしろ部に含まれる金属の量は、好ましくは溶接用のりしろ部以外の部分に含まれる金属の量よりも多いことであり、より好ましくは溶接用のりしろ部以外の部分に含まれる金属の量の１．０５倍以上５０倍以下であることである。これにより、溶接部において集電体とリードとが一体化され易くなるので、溶接部の電気抵抗をさらに小さくすることができ、集電体とリードとの接合強度をさらに高めることもできる。また、溶接用のりしろ部の厚さが大きくなりすぎることを防止できる。ここで、「金属」とは、集電体に含まれる金属である。「金属の量」とは集電体の目付量（単位はｇ／ｍ2）であり、よって、集電体を２重にすると「金属の量」は２倍となる。
【００１２】
溶接部は、集電体とリードとがレーザ溶接されて形成されていることが好ましい。これにより、集電体を圧縮することなくリードを溶接することができるので、集電体の多孔体骨格の破壊を招くことなく集電体とリードとを溶接することができる。
【００１３】
本発明の電気化学デバイス用電極端子の製造方法は、多孔体からなる集電体とリードとを準備する工程と、集電体とリードとを一体化して溶接部を形成する工程とを備える。集電体とリードとを一体化して溶接部が形成されるので、溶接部の電気抵抗を小さくすることができ、集電体とリードとの接合強度を高めることもできる。
【００１４】
溶接部を形成する工程の前に、集電体とリードとが重なり合って形成されてなる溶接用のりしろ部が水平面から所定の角度、傾斜するように、集電体とリードとを配置する工程を行うことが好ましい。これにより、集電体とリードとの溶接に要する時間を短縮することができる。
【００１５】
溶接部を形成する工程は、レーザ光を、溶接用のりしろ部のうち、相対的に上方に位置する部分へ照射してから相対的に下方に位置する部分へ照射する工程を含むことが好ましい。これにより、溶接用のりしろ部のうち相対的に下方に位置する部分では、レーザ光を照射する前に集電体とリードとが一体化されて溶接部が形成される。よって、レーザ光の照射時間を短縮することができる。たとえば、集電体とリードとを配置する工程は、溶接用のりしろ部が水平面から０度よりも大きく９０度以下傾斜するように集電体とリードとを配置する工程を含むことが好ましい。
【００１６】
本発明の電気二重層キャパシタは、本発明の電気化学デバイス用電極端子を含む。これにより、溶接部の電気抵抗が小さく、集電体とリードとの接合強度が高められた電気二重層キャパシタを提供することができる。
【００１７】
本発明の電気二重層キャパシタの製造方法は、本発明の電気化学デバイス用電極端子の製造方法を含む。これにより、溶接部の電気抵抗が小さく、集電体とリードとの接合強度が高められた電気二重層キャパシタを得ることができる。
【００１８】
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、図面を用いて、本発明の電気化学デバイス用電極端子およびその製造方法を第１の実施形態で説明し、本発明の電気二重層キャパシタおよびその製造方法を第２の実施形態で説明する。なお、第１の実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子は、電気二重層キャパシタの電極端子に限定されず、電気化学デバイス全般の電極端子として使用可能である。また、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。また、本発明の図面では、便宜上、多孔体からなる集電体を薄膜として記載している。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子の平面図である。本実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子は、多孔体からなる集電体１１と、箔からなるリード１３と、集電体１１とリード１３とが重なり合って形成されてなる溶接用のりしろ１５と、溶接用のりしろ１５に含まれ、集電体１１とリード１３とが一体化されてなる溶接部１７とを備えている。このように、本実施形態における溶接部１７では、集電体１１とリード１３とが一体化されているので、溶接部１７の電気抵抗を小さくすることができる。よって、本実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子を用いれば、電気化学デバイスの高容量化を実現することができる。また、集電体１１とリード１３とが一体化されているので、集電体１１とリード１３との接合強度を高めることもできる。
【００２０】
集電体１１において、溶接用のりしろ部１５に含まれる金属の量は、好ましくは溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量よりも多いことであり、より好ましくは溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量の１．０５倍以上５０倍以下であることである。これにより、集電体１１とリード１３とを容易に一体化することができるので、溶接部１７の電気抵抗をさらに小さくすることができる。よって、電気化学デバイスの高容量化を容易に実現することができる。また、集電体１１とリード１３とを容易に一体化することができるので、集電体１１とリード１３との接合強度を高めることもできる。このことについては、電気化学デバイス用電極端子の製造方法（後述）の説明において述べる。
【００２１】
溶接部１７は、集電体１１とリード１３とがレーザ溶接されて形成されていることが好ましい。溶接方法としては、レーザ溶接以外に超音波溶接および抵抗溶接などが知られている。超音波溶接または抵抗溶接では、溶接物を押圧により熔解させてから接合する。そのため、多孔体からなる集電体とリードとを超音波溶接または抵抗溶接すると、集電体の多孔体骨格の破壊を招くことがある。電気化学デバイスの高容量化を図るなどの目的のために集電体の枚数を多くする場合があるが、多孔体からなる集電体の複数枚を１つのリードに超音波溶接または抵抗溶接させることは難しい。多孔体からなる集電体の複数枚のそれぞれを１つのリードに同時に超音波溶接または抵抗溶接すると、集電体の多孔体骨格の破壊が顕著となる。また、リードを収容するスペースを確保する必要があるので、電極板を収容するスペースを十分に確保できないことがある。このように、多孔体からなる集電体とリードとを超音波溶接または抵抗溶接すると、集電体とリードとの接続不良、耐振動性の低下、または、電極板を収容するスペースの減少などを招く。
【００２２】
一方、レーザ溶接では、溶接物を押圧することなく熔解させて接合する。そのため、集電体１１とリード１３とをレーザ溶接すると、集電体１１の多孔体骨格の破壊を招くことなく溶接部１７を形成することができる。電気化学デバイスの高容量化を図るなどの目的のために集電体１１の枚数を多くしても、多孔体からなる集電体１１の複数枚を１つのリード１３にレーザ溶接することができる。また、リード１３の個数を少なく抑えることができるので、電極板を収容するスペースを十分に確保することができる。よって、集電体１１とリード１３とがレーザ溶接されて溶接部１７が形成されていれば、電気化学デバイスの単位体積当たりのエネルギー密度を高くすることができるので、電気化学デバイスの高容量化の実現がさらに容易となる。それだけでなく、１つのリード１３に対して２枚以上の集電体１１を接続することができるので、電気化学デバイス用電極端子の製造時間を短縮することもできる。
【００２３】
集電体１１は、多孔体からなり、たとえばアルミニウム多孔体であることが好ましい。これにより、集電体１１の表面積が大きくなるので、正極活物質を薄く塗布しても高出力、高容量化可能な電気化学デバイスを得ることができる。アルミニウム多孔体は、本発明では、厚さが０．５〜５．０ｍｍであり、その気孔率が８０〜９８％であり、アルミニウム目付量が５０〜４５０ｇ／ｍ2であり、且つ、その気孔径が５０〜１０００μｍである三次元網目構造を有することを意味する。このようなアルミニウム多孔体は次に示す方法にしたがって作製される。まず、基体樹脂成形体の表面を導電化する。たとえば、基体樹脂成形体の表面に導電層を薄く形成する。ここで、基体樹脂成形体とは、発泡樹脂成形体を骨格として気孔が形成されてなるものを意味する。次に、溶融塩中でアルミニウムめっきを行い、導電層が形成された基体樹脂成形体の表面にアルミニウムめっき層を形成する。その後、必要に応じて、基体樹脂成形体を除去する。
【００２４】
リード１３は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、銅またはチタンなどからなることが好ましく、その厚さは、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子の製造方法を工程順に示すフロー図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子の製造方法の一工程を示す断面図である。なお、図３（ａ）〜（ｃ）における矢印は、ステップＳ１０３におけるレーザ光の照射位置の一例を示す。図４は、本実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子の製造方法の一工程を示す斜視図である。
【００２６】
まず、ステップＳ１０１では、多孔体からなる集電体１１と箔からなるリード１３とを準備する。準備する集電体１１およびリード１３はそれぞれ上述のとおりである。
【００２７】
次に、ステップＳ１０２では、集電体１１とリード１３とを互いに重ねて配置する。このとき、図３（ａ）に示すように、集電体１１において、溶接用のりしろ部１５に含まれる金属の量は溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量と同一であっても良い。しかし、図３（ｂ）〜（ｃ）に示すように、集電体１１において、溶接用のりしろ部１５に含まれる金属の量は、溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量よりも多いことが好ましく、溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量の１．０５倍以上５０倍以下であることがより好ましい。これにより、図３（ａ）に示す場合に比べて、集電体１１とリード１３とが容易に一体化されることとなるので、次工程で形成される溶接部１７の電気抵抗の低下を図ることができる。よって、電気化学デバイスの高容量化を容易に実現することができる。また、集電体１１とリード１３とが容易に一体化されることとなるので、集電体１１とリード１３との接合強度を高めることもできる。
【００２８】
集電体１１において、溶接用のりしろ部１５に含まれる金属の量が溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量の１．０５倍以上であれば、集電体１１とリード１３とが容易に一体化されることとなり、よって、次工程で形成される溶接部１７の電気抵抗の低下を図ることができる。また、集電体１１とリード１３との接合強度を高めることもできる。集電体１１において、溶接用のりしろ部１５に含まれる金属の量が溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量の５０倍以下であれば、得られた電気化学デバイス用電極端子において溶接用のりしろ部１５の厚さが大きくなり過ぎることを防止できる。よって、電気化学デバイスにおいて電極板を収容するスペースを確保することができるので、電気化学デバイスの単位体積当たりのエネルギー密度の低下を防止できる。集電体１１において、溶接用のりしろ部１５に含まれる金属の量は、溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量の２倍以上４０倍以下であることがさらに好ましい。
【００２９】
集電体１１において、溶接用のりしろ部１５に含まれる金属の量を溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量よりも多くする方法としては、たとえば、以下に示す方法を挙げることができる。
【００３０】
図３（ｂ）では、集電体１１が折り畳まれた部分とリード１３とを重ねる。集電体１１において、溶接用のりしろ部１５に含まれる金属の量が溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量の１．０５倍以上５０倍以下となるように、集電体１１を折り畳むことが好ましい。
【００３１】
図３（ｃ）では、リード１３と導電片１９とで集電体１１を挟む。ここで、導電片１９は、集電体１１と同一の材料からなることが好ましい。導電片１９が集電体１１に接触する面積は、リード１３が集電体１１に接触する面積と同一であることが好ましい。集電体１１において、溶接用のりしろ部１５に含まれる金属の量が溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量の１．０５倍以上５０倍以下となるように、導電片１９の厚さを決定することが好ましい。たとえば、導電片１９の厚さは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
また、図示していないが、溶接用のりしろ部１５におけるリード１３および集電体１１の少なくとも一方の上に金属粉または金属破片を設けても良い。集電体１１において、溶接用のりしろ部１５に含まれる金属の量が溶接用のりしろ部１５以外の部分に含まれる金属の量の１．０５倍以上５０倍以下となるように、金属粉または金属破片の供給量を決定することが好ましい。
【００３３】
ステップＳ１０２では、溶接用のりしろ部１５が水平面から所定の角度（図４に示すθ）、傾斜するように、集電体１１とリード１３とを配置することが好ましい。これにより、次工程では、レーザ光の照射時間の長期化を招くことなく集電体１１とリード１３とを一体化させることができる。この場合、集電体１１とリード１３とを重ね合わせてから溶接用のりしろ部１５を所定の角度に傾斜させても良いし、所定の角度に傾斜した集電体１１と所定の角度に傾斜したリード１３とを重ね合わせて溶接用のりしろ部１５を形成しても良い。
【００３４】
続いて、ステップＳ１０３では、溶接用のりしろ部１５において集電体１１とリード１３とを一体化して溶接部１７を形成する。これにより、電気抵抗の小さな溶接部１７を作製することができる。また、集電体１１とリード１３との接合強度を高めることもできる。よって、得られた電気化学デバイス用電極端子を用いれば、電気化学デバイスの高容量化を実現することができる。
【００３５】
集電体１１を傾斜させた状態でレーザ光を照射することが好ましい。これにより、集電体１１だけでなくリード１３も熔解されるので、それぞれの熔解物が混ざり合って接合界面の無い均質な接合が実現される。よって、集電体１１とリード１３との接合不良を低減させることができる。したがって、電気化学デバイスの製造歩留まりを高めることができる。
【００３６】
傾斜角θは、０度よりも大きく９０度以下であることが好ましい。傾斜角θが０度よりも大きければ、リード１３の上に配置された集電体１１を傾斜させたことによる効果を得ることができる。傾斜角θが１０度以上であれば、リード１３の上に配置された集電体１１を傾斜させたことによる効果を有効に得ることができる。よって、傾斜角θは、０度よりも大きいことが好ましく、１０度以上であることがより好ましい。傾斜角θが９０度以下であれば、集電体１１の溶融物が自重により下方へ移動して溶接用のりしろ部１５とは異なる集電体１１の部位の孔を塞ぐことを防止できる。傾斜角θが５０度以下であれば、この効果をより有効に得ることができる。よって、傾斜角θは、９０度以下であることが好ましく、５０度以下であることがより好ましい。
【００３７】
レーザ光を、溶接用のりしろ部１５のうち、相対的に上方に位置する部分へ照射してから相対的に下方に位置する部分へ照射することが好ましい。溶接用のりしろ部１５のうち相対的に上方に位置する部分へレーザ光を照射すると、集電体１１が溶融されて集電体１１の溶融物が生成される。生成された集電体１１の溶融物は、自重により、溶接用のりしろ部１５のうち相対的に下方に位置する部分へ移動する。このとき、溶接用のりしろ部１５のうち相対的に下方に位置する部分では、レーザ光はまだ照射されていないが、自重により移動した集電体１１の溶融物により集電体１１とリード１３とが接続される。よって、溶接用のりしろ部１５のうち相対的に下方に位置する部分では、レーザ光を照射する以前において集電体１１とリード１３とが接続されるので、レーザ光の照射時間を短縮することができる。したがって、リード１３の上に配置された集電体１１を傾斜させない場合（図４に示すθ＝０度の場合）に比べて、レーザ光の照射時間を短縮することができる。これにより、電気化学デバイスの製造時間を短縮することができる。また、レーザ光の照射時間を短縮できれば、電極群の形状が歪になることを防止できるので、得られた電極群を電気化学デバイス用外装内に収容させ易くなる。これにより、電気化学デバイスの製造歩留まりの低下を防止することができる。
【００３８】
たとえば、少なくとも溶接用のりしろ部１５を図４に示すように傾斜させた場合には、レーザを図４における矢印Ｄ１に示す方向に走査させることが好ましい。これにより、集電体１１の溶融物は図４における矢印Ｄ２に示す方向に移動するので、上述の効果を得ることができる。
【００３９】
レーザ光の照射条件は特に限定されない。たとえば、レーザ光の波長は１００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下であることが好ましく、レーザ光の強度は１Ｗ以上１００Ｗ以下であることが好ましく、レーザ光の照射時間は１分以上３０分以下であることが好ましい。レーザ装置としては、たとえば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ装置、ＫｒＦ・ＡｒＦエキシマレーザ装置、炭酸ガスレーザ装置またはチタン−サフィヤレーザ装置などを用いることができる。
【００４０】
以上、本実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子およびその製造方法を示したが、集電体１１へのリード１３の溶接位置は、集電体１１の長手方向の一端に限定されず、集電体１１の長手方向の中央であっても良い。
【００４１】
また、集電体１１は、活物質などが担持されたものであっても良い。この場合には、集電体１１とリード１３とを溶接してから、溶接用のりしろ部１５とは異なる集電体１１の部位に活物質などを担持させても良い。または、集電体１１の一部分（溶接用のりしろ部１５となる部分）を除いて活物質などを集電体１１に担持させてから、集電体１１の上記一部分とリード１３とを溶接しても良い。活物質の材料については後述の第２の実施形態で示す。
【００４２】
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る電気二重層キャパシタの構成を模式的に示す模式図である。本実施形態に係る電気二重層キャパシタは、電極群が電解液とともに外装２０内に収容されて構成されている。電極群は、正極板３０と負極板５０とでセパレータ４０を挟んだ状態でこれらが捲回されて構成されても良いし、正極板３０とセパレータ４０と負極板５０とがこの順で積層されて構成されても良い。正極板３０の正極リード３３と負極板５０の負極リード５３とが充放電装置に接続され、これにより、電気二重層キャパシタは、化学エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換することができる。
【００４３】
正極板３０は、多孔体からなる正極集電体３１と正極集電体３１に担持された正極活物質などとを有し、負極板５０は、多孔体からなる負極集電体５１と負極集電体５１に担持された負極活物質などとを有する。正極集電体３１と正極リード３３とが一体化されて溶接部３７を形成しており、負極集電体５１と負極リード５３とが一体化されて溶接部５７を形成している。つまり、正極集電体３１と正極リード３３とで上記第１の実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子（電気二重層キャパシタ用正極端子）が構成されており、負極集電体５１と負極リード５３とで上記第１の実施形態に係る電気化学デバイス用電極端子（電気二重層キャパシタ用負極端子）が構成されている。これにより、上記第１の実施形態で記載の効果を得ることができる。本明細書では、正極板は、正極活物質などが正極集電体に担持されているが、正極リードが正極集電体に溶接されていないものを意味する。一方、電気二重層キャパシタ用正極端子は、正極リードが正極集電体に溶接されており、且つ、正極活物質などが正極集電体に担持されていないものであっても良いし、正極リードが正極集電体に溶接されており、且つ、正極活物質などが正極集電体に担持されているものであっても良い。負極板と電気二重層キャパシタ用負極端子とについても同様のことが言える。
【００４４】
正極活物質は、表面積が１０００ｍ2／ｇ以上の活性炭であっても良いが、カーボンナノチューブであることが好ましい。カーボンナノチューブは、シングルウォールナノチューブ、ダブルウォールナノチューブまたはマルチウォールナノチューブのいずれであっても良いが、シングルウォールナノチューブであることが好ましい。正極活物質として使用されるカーボンナノチューブは、本発明では、その径が０．１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、その長さが１００ｎｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。正極活物質がカーボンナノチューブであれば、電気二重層キャパシタの容量を大きくすることができる。また、正極活物質として活性炭、易黒鉛化炭素または難黒鉛化炭素などを使用する場合には、正極活物質は、導電助剤またはバインダーなどと組み合わせて使用されることが好ましいが、導電助剤およびバインダーに比べて多いことが好ましく、乾燥後（溶媒除去後）の組成比で９０％以上であることが好ましい。これにより、電気二重層キャパシタの容量を大きくすることができる。導電助剤は、正極活物質と導電助剤またはバインダーなどとの混合物に１０質量％以下含まれていることが好ましく、黒鉛、ケッチェンブラックやアセチレンブラックまたは炭素繊維などであることが好ましい。バインダーは、上記混合物に１０質量％以下含まれていることが好ましく、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはスチレンブタジエンゴムなどであることが好ましい。このような正極集電体３１および正極活物質を含む正極板は次に示す方法にしたがって作製される。まず、カーボンナノチューブと必要に応じて導電助剤またはバインダーとを混合して攪拌することにより正極ペーストを得る。得られた正極ペーストをアルミニウム多孔体に充填して乾燥させる。その後、必要に応じてローラープレス等により調厚する。負極活物質についても同様のことが言える。
【００４５】
セパレータは、セルロース系材料または樹脂系材料からなることが好ましく、その厚さは、０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
電解液は、水系電解液であっても良いし、非水系電解液であっても良いが、非水系電解液であることが好ましい。これにより、電圧を高く設定することができる。水系電解液は電解質として水酸化カリウムなどを含むことが好ましく、非水系電解液はイオン液体であることが好ましい。イオン液体は、アニオンおよびカチオンのみからなり、本発明では融点が１００℃以下であるものを意味する。イオン液体を構成するカチオンは低級脂肪族４級アンモニウム、低級脂肪族４級ホスホニウムまたはイミダゾリニウムなどであることが好ましく、イオン液体を構成するアニオンはヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、ビス（フルオロスルホニル）イミド、ビス（フルオロスルフォニル）イミド、金属塩化物イオン、金属フッ化物イオンまたはビス（フルオロスルフォニル）イミドなどのイミド化合物であることが好ましい。非水系電解液は、極性非プロトン性有機溶媒と支持塩とを含むものであっても良い。極性非プロトン性有機溶媒はエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトンまたはスルホランなどであることが好ましく、支持塩はトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、スピロビピリジニウムテトラフルオロボレート、４フッ化ホウ酸リチウム、６フッ化リン酸リチウムまたはイミド塩などであることが好ましい。
【００４７】
本実施形態では、正極活物質および負極活物質はそれぞれカーボンナノチューブであることが好ましく、電解液はイオン液体であることが好ましい。正極活物質および負極活物質がそれぞれカーボンナノチューブであれば、電気化学デバイスのさらなる高容量化を図ることができる。また、電解液がイオン液体であれば、短絡などによる過電流が電気化学デバイスに流れ、その結果、電気化学デバイスが発熱した場合であっても、その安全性を確保することができる。
【００４８】
本実施形態に係る電気二重層キャパシタの製造方法を説明する。まず、上記第１の実施形態に記載の方法にしたがって、正極集電体３１と正極リード３３とが一体化されて構成された電気二重層キャパシタ用正極端子と、負極集電体５１と負極リード５３とが一体化されて構成された電気二重層キャパシタ用負極端子とを製造する。
【００４９】
次に、電気二重層キャパシタ用正極端子と電気二重層キャパシタ用負極端子とを用いて電極群を作製する。正極活物質などが正極集電体３１に担持されていない場合には、正極集電体３１のうち溶接用のりしろ部を除いて正極活物質などを正極集電体３１に担持させる。負極活物質などが負極集電体５１に担持されていない場合には、負極集電体５１のうち溶接用のりしろ部を除いて負極活物質などを負極集電体５１に担持させる。また、正極リード３３および負極リード５３が電極群の外へ向かって延びるように電極群を作製することが好ましい。
【００５０】
その後は、公知の方法にしたがって電気二重層キャパシタを製造することができる。たとえば、作製された電極群を外装２０内に収容し、外装２０内に電解液を供給してから、外装２０を密閉すれば良い。これにより、溶接部１７の電気抵抗が小さく、集電体１１とリード１３との接合強度が高められた電気二重層キャパシタを得ることができる。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５２】
＜実験例１＞
＜アルミニウム多孔体の作製＞
まず、基体樹脂成形体としてウレタン発泡体を準備した。準備したウレタン発泡体は、気孔率が９５〜９８％であり、１インチ当たりの気孔数（セル数）が約４６個であり、気孔径が約５５２μｍであり、厚さが１ｍｍであり、長さが１０００ｍｍであった。このウレタン発泡体の表面にスパッタ法でアルミニウム膜（目付量が１０ｇ／ｍ2）を形成した。これにより、ウレタン発泡体の表面が導電化処理された。
【００５３】
次に、上記ウレタン発泡体をワークとして、給電機能を有する治具にセットした。その後、この治具を、アルゴン雰囲気かつ低水分（露点−３０℃以下）としたグローブボックス内に入れ、温度４０℃の溶融塩アルミめっき浴（３３ｍｏｌ％ＥＭＩＣ−６７ｍｏｌ％ＡｌＣｌ3）に浸漬した。上記治具を整流器の陰極側に接続し、対極のアルミニウム板（純度９９．９９％）を陽極側に接続した。そして、電流密度３．６Ａ／ｄｍ2の直流電流を９０分間印加して、上記ウレタン発泡体をめっきした。これにより、８０〜１５０ｇ／ｍ2のアルミニウムめっき層がウレタン発泡体の表面に形成されてなるアルミニウム構造体を得た。上記ウレタン発泡体をめっきするさい、テフロン（登録商標）製の回転子を用いてスターラーにて攪拌を行った。ここで、上記電流密度は、ウレタン発泡体の見かけの面積を用いて計算した値である。
【００５４】
続いて、得られたアルミニウム構造体を温度５００℃のＬｉＣｌ−ＫＣｌ共晶溶融塩に浸漬し、そのアルミニウム構造体に−１Ｖの負電位を３０分間印加した。溶融塩中には、ポリウレタンの分解反応による気泡が発生した。その後、アルミニウム構造体を大気中で室温まで冷却した。それから、アルミニウム構造体を水洗して、アルミニウム構造体から溶融塩を除去した。このようにして、基体樹脂成形体が除去されたアルミニウム多孔体が得られた。得られたアルミニウム多孔体には連通気孔が形成されており、その多孔体の気孔率は芯材としたウレタン発泡体と同様に高いものであった。得られたアルミニウム多孔体は純度が９９．９９％以上であり、厚さが１ｍｍであり、気孔率が９５〜９８％であり、アルミニウム目付量が８０〜１５０ｇ／ｍ2であり、気孔径が５５２μｍであった。
【００５５】
＜電気二重層キャパシタ用正極端子の製造＞
アルミニウム多孔体（正極集電体）をアルミニウムからなるリード（正極リード）の上に配置した。次に、図４に示す傾斜角θが０度となるように、正極リードの上に配置された正極集電体を傾斜させた。続いて、レーザ装置（スピードファムクリーンシステム株式会社社製の「ＯＬＹ−１５００」）を用いて、正極リードを正極集電体にレーザ溶接させた。照射したレーザの波長は１０６４ｎｍであり、レーザ光の強度は１２Ｗであり、レーザ光のパルス幅照射時間は２ｍ秒であり、レーザ光の走査速度は４ｍｍ／ｓであり、レーザ光の重ね率は７０％であった。このようにして電気二重層キャパシタ用正極端子が得られた。
【００５６】
＜電気二重層キャパシタ用負極端子の製造＞
アルミニウム多孔体（負極集電体）をアルミニウムからなるリード（負極リード）の上に配置した。次に、図４に示す傾斜角θが０度となるように、負極リードの上に配置された負極集電体を傾斜させた。続いて、上記レーザ装置を用いて、負極リードを負極集電体にレーザ溶接させた。照射したレーザの波長は１０６４ｎｍであり、レーザ光の強度は１２Ｗであり、レーザ光のパルス幅照射時間は２ｍ秒であり、レーザ光の走査速度は４ｍｍ／ｓであり、レーザ光の重ね率は７０％であった。このようにして電気二重層キャパシタ用負極端子が得られた。
【００５７】
＜電極群の作製＞
まず、ローラを用いてアルミニウム多孔体の厚さを０．２ｍｍに調整した。このアルミニウム多孔体にカーボンナノチューブ（正極活物質：株式会社名城ナノカーボン製の「シングルウォールナノチューブＳＯ−Ｐ」）とイオン液体（電解液（１−エチル−３−メチル−イミダゾリウム−テトラフルオロボレート））とを質量％で１１：８９の割合で混合し、正極ペーストを得た。得られた正極ペーストを、溶接用のりしろ部を除いて、正極集電体に充填した。このようにして正極リード付き正極板が得られた。
【００５８】
次に、ローラを用いてアルミニウム多孔体の厚さを０．２ｍｍに調整した。このアルミニウム多孔体にカーボンナノチューブ（負極活物質：株式会社名城ナノカーボン製の「シングルウォールナノチューブＳＯ−Ｐ」）とイオン液体（電解液（１−エチル−３−メチル−イミダゾリウム−テトラフルオロボレート））とを質量％で１１：８９の割合で混合し、負極ペーストを得た。得られた負極ペーストを、溶接用のりしろ部を除いて、負極集電体に充填した。このようにして負極リード付き負極板が得られた。
【００５９】
続いて、厚さが３５μｍであるセルロース紙（セパレータ）を準備した。そして、正極リード付き正極板、セパレータ、負極リード付き負極板およびセパレータの順に、正極リード付き正極板と負極リード付き負極板とセパレータとを積層した。これにより電極群が得られた。得られた電極群を外装内に収容した。
【００６０】
＜電解液の注入＞
１−エチル−３−メチル−イミダゾリウムイオン（カチオン）とテトラフルオロボレートイオン（アニオン）とからなるイオン液体（電解液）を準備した。そして、このイオン液体を外装内に供給した。その後、外装を密閉した。これにより、本実験例の電気二重層キャパシタが得られた。
【００６１】
＜実験例２＞
図４に示す傾斜角θを３０度として電気二重層キャパシタ用正極端子および電気二重層キャパシタ用負極端子のそれぞれを製造したことを除いては上記実験例１に記載の方法にしたがって電気二重層キャパシタを得た。
【００６２】
＜実験例３＞
図４に示す傾斜角θを４５度として電気二重層キャパシタ用正極端子および電気二重層キャパシタ用負極端子のそれぞれを製造したことを除いては上記実験例１に記載の方法にしたがって電気二重層キャパシタを得た。
【００６３】
＜実験例４＞
図４に示す傾斜角θを６０度として電気二重層キャパシタ用正極端子および電気二重層キャパシタ用負極端子のそれぞれを製造したことを除いては上記実験例１に記載の方法にしたがって電気二重層キャパシタを得た。
【００６４】
＜実験例５＞
正極集電体を正極リードとアルミニウム片（厚さが１５０μｍ）とで挟んで電気二重層キャパシタ用正極端子を製造したこと、および、負極集電体を負極リードとアルミニウム片（厚さが１５０μｍ）とで挟んで電気二重層キャパシタ用負極端子を製造したことを除いては上記実験例２に記載の方法にしたがって電気二重層キャパシタを得た。
【００６５】
＜実験例６＞
正極リードと正極集電体とを超音波溶接して電気二重層キャパシタ用正極端子を製造したこと、および、負極リードと負極集電体とを超音波溶接して電気二重層キャパシタ用負極端子を製造したことを除いては上記実験例１に記載の方法にしたがって電気二重層キャパシタを得た。
【００６６】
＜抵抗率の測定＞
図６は、溶接部の抵抗率の測定回路を模式的に示す図である。図６に示す回路を用いて、実験例１〜６の溶接部の抵抗率を測定した。具体的には、まず、実験例１〜６の電気二重層キャパシタから正極板を取り出し、正極板を幅１０ｍｍに切断した。このようにして試験片を得た。次に、抵抗率を測定するための測定装置１２１を用意し、測定装置１２１の一方のプローブ端子を試験片の溶接部１１７から集電体１１１側へ１０ｍｍ離れた箇所に接触させ、測定装置１２１の他方のプローブ端子を試験片の溶接部１１７からリード１１３側へ１０ｍｍ離れた箇所に接触させた。そして、溶接部１１７の抵抗率を測定した。この方法にしたがって試験片４個に対して溶接部１１７の抵抗率を測定し、その平均値および標準偏差を求めた。その結果を表１に示す。
【００６７】
＜破断強度の測定＞
抵抗率の測定に用いた試験片と同様の構成を有する試験片を用いて溶接部１１７の破断強度を測定した。図７（ａ）は、実験例１〜６において溶接部１１７の破断強度を測定するときに用いる試験片の平面図であり、図７（ｂ）は、実験例１〜６における溶接部１１７の破断強度の測定方法を示す斜視図である。具体的には、まず、図７（ａ）に示す試験片を準備した。このとき、リード１１３の厚さは１００μｍであった。次に、図７（ｂ）に示すように、精密万能試験機（ＡＵＴＯＧＲＡＰＨ）１３１で試験片の両端をそれぞれ固定し、１ｍｍ／ｍｉｎの速度で試験片を引っ張った。そして、溶接部１１７において破断が発生したときの荷重（Ｎ）を測定した。測定された荷重を試験片の断面積で除することにより、破断強度を求めた。この方法にしたがって試験片４個に対して溶接部１１７の抵抗率を測定し、その平均値および標準偏差を求めた。その結果を表１に示す。破断強度が小さい方が溶接部１１７において破断し易いことを示す。
【００６８】
＜集電体の破断の有無＞
実験例１〜６の電気二重層キャパシタから正極板および負極板を取り出し、正極集電体および負極集電体を目視して、正極集電体および負極集電体の破断の有無を調べた。その結果を表１に示す。表１では、正極集電体および負極集電体が破断しなかった場合には「Ａ１」と記し、正極集電体または負極集電体リードが若干破断していた場合には「Ｂ１」と記し、正極集電体または負極集電体リードが破断していた場合には「Ｃ１」と記している。
【００６９】
＜静電容量の測定＞
ＪＩＳ  Ｃ  ５１６０−１（電子機器用固定コンデンサ第１部：品目別通則）に記載の方法に準拠して、実験例２、４および６の電気二重層キャパシタの静電容量を測定した。このとき、各実験例の電気二重層キャパシタを４個準備して静電容量を測定し、その平均値および標準偏差を求めた。その結果を表１に示す。
【００７０】
＜内部抵抗の測定＞
ＪＩＳ  Ｃ  ５１６０−１（電子機器用固定コンデンサ第１部：品目別通則）に記載の方法に準拠して、実験例２、４および６の電気二重層キャパシタの内部抵抗を測定した。このとき、各実験例の電気二重層キャパシタを４個準備して内部抵抗を測定し、その平均値および標準偏差を求めた。その結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
2015056481.tif 000003
【００７２】
表１に示すように、実験例１では、正極集電体および負極集電体が破断したので、抵抗率などを測定しなかった。
【００７３】
実験例６では、実験例２〜５に比べて、溶接部の抵抗率は高かった。また、実験例６では、正極集電体および負極集電体が若干破断した。このような結果が得られた理由として、実験例２〜５ではレーザ溶接により集電体とリードとを溶接したのに対し、実験例６では超音波溶接により集電体とリードとを溶接したことなどが考えられる。よって、集電体とリードとをレーザ溶接することが好ましいと言える。
【００７４】
実験例２〜５を比較すると、実験例４では、実験例２、３および５に比べて、溶接部の抵抗率は高く、破断強度は低く、静電容量は小さく、内部抵抗は大きかった。このような結果が得られた理由として、実験例４では、集電体１１１の熔解物とリード１１３の熔解物とが均一に混ざり合わず、一部において接合界面が形成されたからであると考えられる。図８（ａ）は実験例１における集電体１１１とリード１１３との溶接工程を示す側面図であり、図８（ｂ）は実験例２、５における集電体１１１とリード１１３との溶接工程を示す側面図であり、図８（ｃ）は実験例４における集電体１１１とリード１１３との溶接工程を示す側面図である。
【００７５】
集電体１１１の傾斜角θが０度である場合（図８（ａ））、レーザ光の照射により、集電体１１１は熔解するが、リード１１３は熔解しにくい。そのため、集電体１１１とリード１１３とは接合されない。
【００７６】
集電体１１１の傾斜角θが３０度である場合（図８（ｂ））、レーザ光の照射により集電体１１１とリード１１３とが熔解され、集電体１１１の熔解物がリード１１３側へ下降してリード１１３の熔解物に混ざり合う。よって、集電体１１１とリード１１３とが均質に接合される。
【００７７】
集電体１１１の傾斜角θが６０度である場合（図８（ｃ））、レーザ光の照射により集電体１１１とリード１１３とが熔解され、集電体１１１の熔解物がリード１１３側へ下降する。しかし、集電体１１１の熔解物が下降した位置とリード１１３が熔解した部分とが離れるので、集電体１１１の熔解物とリード１１３の熔解物とが均一に混ざり合わず、よって、一部分において接合界面が形成されることとなる。金属量または金属の種類によって、熔解された金属の粘度または当該金属の融点は異なる。そのため、傾斜角θの最適な範囲は一概に言えないが、傾斜角θは５０度以下であることが好ましく、４５度以下であることがより好ましいと言える。
【符号の説明】
【００７８】
１１，１１１  集電体
１３，１１３  リード
１５  溶接用のりしろ部
１７，３７，５７，１１７  溶接部
１９  導電片
２０  外装
３０  正極板
３１  正極集電体
３３  正極リード
４０  セパレータ
５０  負極板
５１  負極集電体
５３  負極リード
【図１】
2015056481.tif 000004
【図２】
2015056481.tif 000005
【図３】
2015056481.tif 000006
【図４】
2015056481.tif 000007
【図５】
2015056481.tif 000008
【図６】
2015056481.tif 000009
【図７】
2015056481.tif 000010
【図８】
2015056481.tif 000011