(57)【要約】  電気化学デバイスが電極組立体と外装容器とを含み、電極端子７，８が外装容器の内部から外部に延出している。外装容器は、電極組立体を覆うフィルム６が、電極組立体の周縁部の外側で重なり合って接合されて形成されている。フィルム６の、重なり合って接合された部分は、電極端子７，８を挟んで重なり合って接合された第１の封止部Ｓ１と、電極端子７，８が介在せずに直接重なり合って接合された第２の封止部Ｓ２とを含む。フィルム６の、電極組立体の平面部に重なる位置の厚さを１とすると、電極組立体の角部に当接する位置の厚さは０．８５〜０．９５、第１の封止部Ｓ１の厚さは０．６５〜０．８５、第２の封止部Ｓ２の厚さは０．５５〜０．７５であり、第１の封止部Ｓ１では第２の封止部Ｓ２よりも厚い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種類の電極がセパレータを介して積層または巻回されている電極組立体と、前記電極組立体を収容する外装容器と、を含み、
前記電極には電極端子が接続されており、前記電極端子は前記外装容器の内部から外部に延出しており、
前記外装容器はフィルムからなり、前記フィルムが前記電極組立体を覆った状態で、前記電極組立体の周縁部の外側で重なり合う前記フィルム同士が互いに接合されることによって形成されており、
前記フィルムの、前記電極組立体の周縁部の外側で重なり合って接合されている部分は、前記電極端子を挟んで重なり合った状態で接合されている第１の封止部と、前記電極端子が介在せずに直接重なり合った状態で接合されている第２の封止部とを含み、
前記フィルムの、前記電極組立体の平面部に重なる位置の厚さを１とすると、前記電極組立体の角部に当接する位置の厚さは０．８５〜０．９５、前記第１の封止部における厚さは０．６５〜０．８５、前記第２の封止部における厚さは０．５５〜０．７５であり、前記第１の封止部における厚さは前記第２の封止部における厚さよりも厚いことを特徴とする、電気化学デバイス。
【請求項２】
前記フィルムの前記第１の封止部における厚さは前記第２の封止部における厚さの１．１〜１．２倍である、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
２種類の電極がセパレータを介して積層または巻回されている電極組立体と、前記電極組立体を収容する外装容器と、を含み、
前記電極には電極端子が接続されており、前記電極端子は前記外装容器の内部から外部に延出しており、
前記外装容器はフィルムからなり、
前記フィルムは、金属箔の少なくとも一方の面に熱融着性樹脂層が形成されたラミネートフィルムであり、
前記外装容器は、前記フィルムが前記電極組立体を覆った状態で、前記電極組立体の周縁部の外側で重なり合う前記熱融着性樹脂層同士が互いに接合されることによって形成されており、
前記フィルムの、前記電極組立体の周縁部の外側で前記熱融着性樹脂層同士が重なり合って接合されている部分は、前記熱融着性樹脂層同士が前記電極端子を挟んで重なり合った状態で接合されている第１の封止部と、前記電極端子が介在せずに前記熱融着性樹脂層同士が直接重なり合った状態で接合されている第２の封止部とを含み、
前記フィルムの前記熱融着性樹脂層の、前記電極組立体の平面部に重なる位置の厚さを１とすると、前記電極組立体の角部に当接する位置の厚さは０．８５〜０．９５、前記第１の封止部における厚さは０．６５〜０．８５、前記第２の封止部における厚さは０．５５〜０．７５であり、前記第１の封止部における厚さは前記第２の封止部における厚さよりも厚いことを特徴とする、電気化学デバイス。
【請求項４】
前記フィルムの前記熱融着性樹脂層の、前記第１の封止部における厚さは前記第２の封止部における厚さの１．１〜１．２倍である、請求項３に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
前記フィルムの前記熱融着性樹脂層の、前記電極組立体の平面部に重なる位置の厚さは５０〜２００μｍである、請求項３または４に記載の電気化学デバイス。
【請求項６】
前記フィルムは、前記金属箔の一方の面に前記熱融着性樹脂層が形成され、他方の面に他の樹脂層が形成されたものである、請求項３から５のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項７】
前記第１の封止部は前記外装容器の１つの辺において並んで配置されており、前記第２の封止部は前記第１の封止部同士の間に位置している、請求項１から６のいずれか１項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】
本発明は電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、デジタルカメラ、ラップトップコンピュータなどの携帯型電子機器の電源や、車両用や家庭用の電源として、二次電池等の電気化学デバイスが広く普及している。一般的な電気化学デバイスは、２種類のシート状の電極、すなわち正極と負極がセパレータを介して巻回または積層された電極組立体が、電解液とともに、柔軟なフィルムからなる外装容器内に収容された構成を有する。【０００３】
具体的には、電極組立体を、正極と負極が重なり合う方向（積層方向）の上下から柔軟なフィルムで覆い、電極組立体の周縁部の外側において上下のフィルム同士を重ね合わせて、フィルム同士の重なり合った部分を互いに接合させることによって外装容器を構成している。電極組立体には、各電極と外部の電気回路等とを接続するための電極端子（正極端子と負極端子）が設けられており、電極端子は外装容器の内側から外側に延出している。電極端子が外装容器の一部を通過するため、フィルム同士が重ね合わせられて接合される部分のうちの一部は、電極組立体の上下に位置するフィルム同士が、直接ではなく電極端子を挟んで重なり合う状態で接合される。【０００４】
このような外装容器を構成するフィルムの一例が特許文献１に開示されている。このフィルムは、金属箔の一方の面に熱接着性樹脂層が形成され、他方の面にエポキシ系樹脂層が形成された多層構造のラミネートフィルムである。電極組立体の周縁部の外側で、電極組立体の上下に位置するラミネートフィルムの熱接着性樹脂層同士を重ね合わせて、重ね合わせられた熱接着性樹脂層同士を互いに接合させることによって外装容器を構成している。ただし、特許文献１では、外装容器を構成した状態での、接合後のラミネートフィルムの厚さについては考慮されていない。【０００５】
特許文献２には、特許文献１と同様なラミネートフィルムを用いて外装容器を構成する際に、電極組立体の上下に位置するラミネートフィルム同士が直接重なり合って接合される部分と、直接ではなく電極端子を挟んで重なり合う状態で接合される部分との、厚さの差が記載されている。特許文献３では、電極組立体の上下に位置するラミネートフィルム同士が電極端子を挟んで重なり合う状態で接合される部分におけるトータルの厚さが規定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１―１７６４６５号公報
【特許文献２】特開２００４―１１１３０３号公報
【特許文献３】特開２０１２―１０９１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示されている構成では、電極組立体の上下に位置するラミネートフィルム同士が、直接ではなく電極端子を挟んで重なり合う状態で接合される部分において、ラミネートフィルム（特に熱接着性樹脂層）の厚さが薄くなっている。しかし、この部分においてラミネートフィルムの厚さが薄くなっていると、電気的な絶縁性が不十分になるおそれがある。また、電極端子の近傍において部分的に接合強度が低く封止が不十分になって、電解液の漏れを引き起こす可能性がある。【０００８】
特許文献３には、電極組立体の上下に位置するラミネートフィルム同士が、直接ではなく電極端子を挟んで重なり合う状態で接合される部分のトータルの厚さが規定されている。しかし、その外側の部分（ラミネートフィルム同士が直接重なり合って接合される部分）の厚さとの関係によっては、電極端子の近傍において部分的に接合強度が低く封止が不十分になって、電解液の漏れの原因となるおそれがある。【０００９】
本発明の目的は、前述した問題点を解決して、特に電極端子の周囲での十分な絶縁性を確保しつつ、外装容器の全体において接合強度が高い封止が実現する電気化学デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
電気化学デバイスが、２種類の電極がセパレータを介して積層または巻回されている電極組立体と、電極組立体を収容する外装容器と、を含み、電極には電極端子が接続されており、電極端子は外装容器の内部から外部に延出している。外装容器はフィルムからなり、フィルムが電極組立体を覆った状態で、電極組立体の周縁部の外側で重なり合うフィルム同士が互いに接合されることによって形成されている。フィルムの、電極組立体の周縁部の外側で重なり合って接合されている部分は、電極端子を挟んで重なり合った状態で接合されている第１の封止部と、電極端子が介在せずに直接重なり合った状態で接合されている第２の封止部とを含む。フィルムの、電極組立体の平面部に重なる位置の厚さを１とすると、電極組立体の角部に当接する位置の厚さは０．８５〜０．９５、第１の封止部における厚さは０．６５〜０．８５、第２の封止部における厚さは０．５５〜０．７５であり、第１の封止部における厚さは第２の封止部における厚さよりも厚い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、電気化学デバイスにおいて、特に電極端子の周囲での十分な絶縁性を確保しつつ、外装容器の全体において接合強度が高い封止を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の電気化学デバイスの一実施形態である二次電池の基本構造を表す平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１Ｂの要部拡大図である。
【図３】図１Ａの要部拡大図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１Ａ，１Ｂは、本発明の第１の実施形態の電気化学デバイスの一例である積層型のリチウムイオン二次電池１００の構成を模式的に示している。図１Ａは二次電池１００の主面（扁平な面）に対して垂直上方から見た平面図であり、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【００１４】
本発明のリチウムイオン二次電池１００は、２種類の電極、すなわち正極（正極シート）１と負極（負極シート）２とがセパレータ３を介して重なり合う電極組立体４を備えている。電極組立体４は電解液５と共に、柔軟なフィルム（可撓性フィルム）６からなる外装容器１０内に収容されている。電極組立体４の正極１には正極端子７の一端が、負極２には負極端子８の一端がそれぞれ接続されている。正極端子７の他端側および負極端子８の他端側は、それぞれ外装容器１０の外側に引き出されている。図１Ｂでは、電極組立体４を構成する各層の一部（厚さ方向の中間部に位置する層）を図示省略して、電解液５を示している。それに伴って、電極（正極１および負極２）の集電体（タブ）１ａ，２ａが電極端子（正極端子７と負極端子８）上に重なり合っている部分でも、電極組立体４の中央部で図示省略した電極の集電体は存在しないと仮定して描いている。また、図１Ｂでは、見やすくするために、正極１と負極２とセパレータ３と可撓性フィルム６がそれぞれ互いに接触していないように図示しているが、実際にはこれらは密着して積層されている。従って、実際には、図２に模式的に示すように、電極組立体４は一体的な１つのユニット状であり、フィルム６は電極組立体４の角部４ａ（図１Ｂに示す例では最上位および最下位に位置するセパレータ３の角部）に沿って曲げられて、この１つのユニット状の電極積層体４を包囲している。
【００１５】
正極１は、正極集電体１ａと、その正極集電体１ａに塗布された正極活物質層１ｂとを含む。正極集電体１ａの表面と裏面には、正極活物質層１ｂが形成された塗布部と正極活物質層１ｂが形成されていない未塗布部とが、長手方向に沿って並んで位置する。負極２は、負極集電体２ａとその負極集電体２ａに塗布された負極活物質層２ｂとを含む。負極集電体２ａの表面と裏面には、塗布部と未塗布部とが長手方向に沿って並んで位置する。
【００１６】
正極１と負極２のそれぞれの未塗布部（集電体１ａ，２ａ）は、電極端子（正極端子７または負極端子８）と接続するためのタブとして用いられる。正極１の正極タブ（未塗布部）同士は正極端子７上にまとめられ、超音波溶接等で互いに接続されている。図１Ｂ，２には示されていないが、負極２の負極タブ（未塗布部）同士は負極端子８上にまとめられ、超音波溶接等で互いに接続されている。正極端子７の他端部および負極端子８の他端部は、可撓性フィルム６からなる外装容器１０の外側にそれぞれ引き出されている。負極３の塗布部（負極活物質層２ｂ）の外形寸法は正極２の塗布部（正極活物質層１ｂ）の外形寸法よりも大きく、セパレータ３の外形寸法よりも小さいか等しい。
【００１７】
電極組立体４の上方に位置するフィルム６と、下方に位置するフィルム６は、電極組立体４を包囲した状態で、外周縁部同士が互いに重なり合って融着し、それによって外周部が封止された外装容器１０が完成する。なお、ここで言う「上方」および「下方」とは、正極１と負極２が重なる方向（積層方向）における一端側と他端側を意味する。
【００１８】
本実施形態のフィルム６は、図２に示すように、基材となる金属箔６ａの両面にそれぞれ樹脂層６ｂ，６ｃが設けられた多層構造のラミネートフィルムである。金属箔６ａは、電解液５の漏出や外部からの水分の浸入を防止する等のバリア性を有するアルミニウムやステンレス鋼などからなる。内側の樹脂層は変性ポリオレフィンなどからなる熱融着性樹脂層６ｂである。外側の樹脂層は、例えばナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエステルフィルムなどからなる、他の樹脂層６ｃである。電極組立体４の周縁部の外側において、上方のフィルム６の熱融着性樹脂層６ｂと下方のフィルム６の熱融着性樹脂層６ｂとが互いに重なり合った状態で、図示しない加熱治具（シールバー）によって外側から加熱および加圧されることによって互いに熱融着している。ただし、正極端子７および負極端子８が外装容器１０の内部から外部に延出する部分においては、上下のフィルム６同士は直接重なり合わず、正極端子７または負極端子８を挟んで重なり合う状態になる。そこで、正極端子７および負極端子８の両面に予め熱融着性樹脂からなるシーラント９を設けておき、正極端子７および負極端子８の各面においてシーラント９とフィルム６の熱融着性樹脂層６ｂとをそれぞれ熱融着させる。それによって、上方のフィルム６の熱融着性樹脂層６ｂと、下方のフィルム６の熱融着性樹脂層６ｂとを、正極端子７および負極端子８とシーラント９とを挟んで互いに固定させる。
【００１９】
前述したように、電極組立体４の周縁部の外側において、上方のフィルム６と下方のフィルム６とが、直接または正極端子７および負極端子８とシーラント９とを挟んで重なり合った状態で互いに固定されることにより、外装容器１０が構成される。通常、封止工程において、フィルム６は熱融着のために加熱および加圧されることによって薄くなる。本発明者はこの部分的な薄型化に着目した。特に、図３，４に示す正極端子７および負極端子８が通過する辺においては、正極端子７を挟んでフィルム６同士が重なり合う部分および負極端子８を挟んでフィルム６同士が重なり合う部分（これらを「第１の封止部Ｓ１」という）と、正極端子７と負極端子８の間において、フィルム６同士が直接重なり合う部分（「第２の封止部Ｓ２」という）が存在する。すなわち、図示している例では、外装容器の１辺に２つの第１の封止部Ｓ１が並んで位置し、第１の封止部Ｓ１同士の間に第２の封止部Ｓ２が位置している。そして、本発明では、第１の封止部Ｓ１におけるフィルム６の厚さを、第２の封止部Ｓ２におけるフィルム６の厚さよりも厚くしている。特に、フィルム６が図２，４に示すようなラミネートフィルムである場合には、第１の封止部Ｓ１における熱融着性樹脂層６ｂの厚さＴ１を、第２の封止部Ｓ２における熱融着性樹脂層６ｂの厚さＴ２よりも厚くしている。
【００２０】
前述したように、第１の封止部Ｓ１における熱融着性樹脂層６ｂの厚さＴ１を、第２の封止部Ｓ２における熱融着性樹脂層６ｂの厚さＴ２よりも厚くする理由について説明する。仮に、正極端子７および負極端子８が、外装容器１０を構成するフィルム６の金属箔６ａに接触すると、電気的短絡を生じて発熱して電気化学デバイスの性能を低下させたり、電解液の蒸発や変質を招いたり、発火や爆発を引き起こしたりする危険性がある。従って、正極端子７および負極端子８を上下のフィルム６で挟む第１の封止部Ｓ１においては、熱融着後に、電気的な絶縁を確保するために十分な厚さの熱融着性樹脂層６ｂが存在することが必要である。
【００２１】
正極端子７や負極端子８が介在せずに上下のフィルム６が直接重なり合う第２の封止部Ｓ２においては、電気的な絶縁をさほど考慮する必要は無く、主に接合強度を考慮して熱融着を行えばよい。そのため、仮に第２の封止部Ｓ２と第１の封止部Ｓ１とを区別せずに熱融着を行うと、第２の封止部Ｓ２において高い接合強度が得られる代わりに、第１の封止部Ｓ１において熱融着性樹脂層６ｂが薄くなり過ぎて正極端子７および負極端子８の近傍における電気的絶縁が不十分になる可能性がある。このような危険を避けるために、本発明では、少なくとも、第１の封止部Ｓ１における熱融着性樹脂層６ｂの厚さＴ１を、第２の封止部Ｓ２における熱融着性樹脂層６ｂの厚さＴ２よりも厚くしている。
【００２２】
外装容器１０を構成するフィルム６の全体を考察すると、電極組立体４の平面部（主面）に重なる位置では、初期状態とほとんど同じ厚さである。それに対して、電極組立体４の角部４ａに当接する位置では、図２に示すように、可撓性フィルム６が屈曲することにより僅かに薄くなる。電極組立体４の平面部に重なる位置の可撓性フィルム６の厚さ（「基準厚さ」という）を１とすると、電極組立体４の角部４ａに当接する位置の可撓性フィルム６の厚さは０．８５〜０．９５程度である。このようなフィルム６同士が重なり合った状態で互いに熱融着させられる際には、図示しない加熱治具（シールバー）によって外側から加熱および加圧されるため、フィルム６はさらに薄くなる。特に、図３，４に示す正極端子７および負極端子８が通過する辺において、主に接合強度を考慮する第２の封止部Ｓ２では、フィルム６の厚さは、基準厚さを１とすると０．５５〜０．７５程度になる。そして、前述したように電気的絶縁を確保する必要性が高い第１の封止部Ｓ１では、フィルム６の厚さは、基準厚さを１とすると０．６５〜０．８５程度にする。そして、前述したように、第１の封止部Ｓ１におけるフィルム６の厚さを、第２の封止部Ｓ２におけるフィルム６の厚さよりも厚くしている。基準厚さを１として、第１の封止部Ｓ１のフィルム６の厚さが０．６５〜０．８５であって、第２の封止部Ｓ２のフィルム６の厚さが０．５５〜０．７５であることを考慮すると、第１の封止部Ｓ１における厚さは第２の封止部Ｓ２における厚さの１．１〜１．２倍である。
【００２３】
このような各部の厚さの比は、フィルム６が単層構造である場合には、フィルム６の全体の厚さの比である。ただし、フィルム６が前述したようなラミネートフィルムである場合には、熱融着性樹脂層６ｂの厚さの比である。一例としては、初期状態の熱融着性樹脂層６ｂの厚さが５０〜２００μｍである場合に、前述した各部の熱融着性樹脂層６ｂの厚さの比の規定は非常に好適である。第１の封止部Ｓ１と第２の封止部Ｓ２の熱融着性樹脂層６ｂの厚さの差は、加熱治具（シールバー）の設定によって実現させることに加えて、正極端子７および負極端子８の放熱性を利用して実現することもできる。すなわち、正極端子７および負極端子８の放熱性によって、第１の封止部Ｓ１における昇温を抑え、熱融着性樹脂の熱による軟化に起因する流動（外部へのはみ出し）を抑えることによって、薄くなり過ぎないようにすることも可能である。その場合、非常に安定して熱融着が行え、外装容器１０の形成が容易である。以下の表１には、このようにして熱融着を行って実際に外装容器１０を構成した例（５例）の、第１の封止部Ｓ１および第２の封止部Ｓ２における熱融着性樹脂層６ｂの厚さを、基準厚さを１として示している。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
以上説明したように、本発明によると、外装容器１０を構成するフィルム６を高い接合強度で接合して良好な封止を実現するとともに、電極端子７，８の周辺において電気的短絡を引き起こすことが抑制できる。そして、安定して良好な外装容器１０を形成でき、ひいては、高性能の電気化学デバイス１００を容易に効率良く製造できる。
【００２６】
本発明において規定するフィルムの部分的な厚さの差は、特に、図３，４に示す正極端子７および負極端子８が通過する辺において有効である。ただし、図示しないが、本発明の変形例として、正極端子７と負極端子８が外装容器１０の異なる辺からそれぞれ外方に延出する構成にすることもできる。その場合にも、正極端子７が通過する辺と負極端子８が通過する辺のそれぞれにおいて、前述したようなフィルムの厚さの比を採用することによって、正極端子７および負極端子８の周囲の絶縁性と、外装容器１０の全体の接合強度が高い封止とを実現できる。
【００２７】
以上、いくつかの実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態の構成に限られるものではなく、本発明の構成や細部に、本発明の技術的思想の範囲内で、当業者が理解し得る様々な変更を施すことができる。
【００２８】
本出願は、２０１６年７月２２日に出願された日本特許出願２０１６−１４４６７１号を基礎とする優先権を主張し、日本特許出願２０１６−１４４６７１号の開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００２９】
１      電極（正極）
１ａ    正極集電体
１ｂ    正極活物質層
２      電極（負極）
２ａ    負極集電体
２ｂ    負極活物質層
３      セパレータ
４      電極組立体
５      電解液
６      フィルム
６ａ    金属箔
６ｂ    熱融着性樹脂層
６ｃ    他の樹脂層
７      電極端子（正極端子）
８      電極端子（負極端子）
９      シーラント
１０    外装容器
１００  電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）
Ｓ１    第１の封止部
Ｓ２    第２の封止部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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