(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、正負両電極間の短絡問題がなく、複数の電極の積層ずれが生じにくい電気化学デバイスを提供することである。【解決手段】  正極と負極とがセパレータを介して順に積層された電気化学デバイスにおいて、前記負極の上面と下面には、それぞれ第１のセパレータと第２のセパレータとを有し、少なくとも前記第２のセパレータは前記負極よりも大きく、前記第２のセパレータは、その周縁部を所定数に分割し、その分割された周縁部を負極の上面側及び下面側に交互に折り込み、その折り込みにより袋詰めされた電極を形成し、負極上面に折り込まれた端部は、前記第１のセパレータの端部と重なり合い、その重なりにより、前記電極上に凹凸部を形成し、前記袋詰めされた電極は、複数積層させると共に、前記凹凸部を互いにかみ合わされてなることを特徴としている。【選択図】図１
2013206700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、負極と、が交互に積層され、
前記負極は、第１のセパレータと第２のセパレータを互いに重ねあわせ、その周縁部を接合することにより作製した袋状セパレータに収容され、
前記袋状セパレータの周縁部は、所定数に分割され、その分割された周縁部を袋状セパレータの上面側及び下面側に交互に折り込まれた複数の折り込み部を有し、
その折り込み部は、前記袋状セパレータを側面から見たとき、その袋状セパレータの主面よりも突出しており、
前記袋状セパレータは、隣接する袋状セパレータと、その折り込み部により互いに咬み合わされて積層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】
前記袋状セパレータは、矩形または正方形のフィルムであり、
前記袋状セパレータにおいて、端子引き出し部が位置する辺を除く、３辺に対し１辺当たり均等に３分割していることを特徴とする請求項１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、積層された電極対を有する電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノートパソコンなどをはじめとする携帯用電子機器の普及に伴い、小型・軽量で薄く、なおかつ長時間の連続稼動が可能な二次電池などの電気化学デバイスが求められている。この要求に応えるべく積層型非水電解質電池、中でもリチウムイオンのドープ・脱ドープを利用したリチウムイオン二次電池に関して種々の提案がなされている。中でも外装体にアルミラミネートフィルムを用いることにより、より薄く、より軽い二次電池を作ることが有効となっている。
【０００３】
例えば上記リチウムイオン二次電池は、正極集電体の両面に正極活物質を設けた正極と、負極集電体の両面に負極活物質を設けた負極が、セパレータを介して対向し配置されひとつの電極群をなし、その電極群は通常複数積層され、電解液と共に外装体により封入された構造を持つ。
【０００４】
外装体に封入する電極群を作製する方法として、長い電極を巻回する方法と多数枚を積層する方法とがある。
【０００５】
巻回法は円筒型電池の発展型として設備をそのまま流用できるが電池の形状に制限があり、立方体、直方体や円柱型以外の形の電池を作ることが困難である。また、巻きずれにより電極間のショートが起こりやすく、薄い電池を作ろうとした場合、巻きにより電極にクラックが発生したり、切れたりする可能性があるため厚く密度の高い電極を使用できず、エネルギー密度の面でも制約を受ける構造である。
【０００６】
一方、積層法は電池の形状が比較的自由にでき、また巻く必要がないため厚く密度の高い電極が使用でき、より薄く、よりエネルギー密度の高い電池を作ることが可能であるが、積層ずれによる電極間のショートの可能性は少なからず内在している。
【０００７】
その様なことから、積層法でも短絡の可能性を最小限にするため数々の提案がなされてきた。
【０００８】
積層法は、正極集電体の両面に正極活物質を設けた正極と、負極集電体の両面に負極活物質を設けた負極が、セパレータを介して対向して配置され、それら三者が交互に複数枚積層され積層体をなした構造を持つ。
【０００９】
その構造の中で特にセパレータの配置は短絡問題に大きく影響するため最も重要である。たとえば正極と負極とがセパレータを介して対向する部分において、両電極よりもセパレータが十分な大きさを有し、かつ両電極をすべて完全に覆っていれば、リチウムイオンが正常にセパレータを通過し、電池の充放電がなされる。
【００１０】
ところが正極および負極がセパレータの周縁からはみ出して対向した場合、正極と負極が直接対向した部分でセパレータを介さないイオンの流れが生じ、短絡あるいは電池の急激な温度上昇などの問題が生じてしまう。
【００１１】
これを改善する手法のひとつに袋工法がある。特許文献１、特許文献２、特許文献３などで開示されているように、一般的には二枚のセパレータの間に電極を挟み、続いて周縁部を熱溶着などの手段により接合し、袋状セパレータに収容された電極を作製する。こうすることで、前述したような電極間の短絡を防止した電池としている。
【００１２】
しかし、袋状セパレータに収容した電極は、積層の際、袋状のセパレータからはみ出すことはないものの、対向して配置すべき正極-負極間での位置ずれの問題は完全に払拭されているわけではなく、より確実に正極と負極を対向配置させることが好ましい。例えば、正極を負極に投影させたときに正極が負極からはみ出した位置に配置されれば、実質的に対向する面積は減ってしまうことから電池特性として十分な特性が発揮できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平６−３６８０１号公報
【特許文献２】特開平９−２１３３７７号公報
【特許文献３】特開平１０−５５７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、正負両電極間の短絡問題がなく、複数の電極の積層ずれが生じにくい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】
【００１５】
本発明にかかる電気化学デバイスは、正極と、負極と、が交互に積層され、前記負極は、第１のセパレータと第２のセパレータを互いに重ねあわせ、その周縁部を接合することにより作製した袋状セパレータに収容され、前記袋状セパレータの周縁部は、所定数に分割され、その分割された周縁部を袋状セパレータの上面側及び下面側に交互に折り込まれた複数の折り込み部を有し、その折り込み部は、前記袋状セパレータを側面から見たとき、その袋状セパレータの主面よりも突出しており、前記袋状セパレータは、隣接する袋状セパレータと、その折り込み部により互いに咬み合わされて積層されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明にかかる電気化学デバイスによれば、正負両電極間の短絡問題がなく、複数の電極の積層ずれが生じにくい電気化学デバイスを提供することが可能となる。
【００１７】
本発明にかかる電気化学デバイスは、好ましくは、前記袋状セパレータが、矩形または正方形のフィルムであり、前記袋状セパレータにおいて、端子引き出し部が位置する辺を除く３辺に対し、１辺当たり均等に３分割していることを特徴としている。
【００１８】
かかる電気化学デバイスによれば、正負両電極間の短絡問題がなく、複数の電極の積層ずれがより生じにくい電気化学デバイスを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、正負両電極間の短絡問題がなく、複数の電極の積層ずれが生じにくい電気化学デバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明にかかる電気化学デバイスの構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のA−A’断面図である。
【図３】図３は、本発明にかかる負極を収納した袋状セパレータの断面図である。
【図４】図４は図１のＢ−Ｂ‘断面図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明にかかる負極を収納した袋状セパレータの斜視図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明にかかる負極を収納した袋状セパレータの側面図である。
【図６ａ】図６ａは、本発明にかかる負極を収納したセパレータと正極の積層形態を示す模式図である。
【図６ｂ】図６ｂは、本発明にかかる負極を収納したセパレータと正極の積層形態を示す模式図である。
【図６ｃ】図６ｃは、本発明にかかる負極を収納したセパレータと正極の積層形態を示す模式図である。
【図７ａ】図７ａは、本発明にかかるより好ましい袋状セパレータ端部形態の断面図の一例である。
【図７ｂ】図７ｂは、本発明にかかるより好ましい袋状セパレータ端部形態の断面図の一例である。
【図７ｃ】図７ｃは、本発明にかかるより好ましい袋状セパレータ端部形態の断面図の一例である。
【図７ｄ】図７ｄは、本発明にかかるより好ましい袋状セパレータ端部形態の断面図の一例である。
【図８ａ】図８は、本発明にかかるより好ましい袋状セパレータ端部形態の作製プロセスを示した断面図である。
【図８ｂ】図８は、図８ａによってできた本発明にかかるより好ましい袋状セパレータ端部形態の断面図である。
【図９ａ】図９ａは、本発明にかかるより好ましい袋状セパレータ端部形状の側面図であり、
【図９ｂ】図９ｂは本発明にかかる負極を収納したセパレータと正極の積層形態を示す側面図である。
【図１０】図１０は、正極の断面図である。
【図１１】図１１は、負極の断面図である。
【図１２】図１２は、実施例２に用いる熱圧子の模式図である。
【図１３】図１３は、実施例１で得られた本発明の形態の断面図である。
【図１４】図１４は、実施例２で得られた本発明の形態のセパレータ側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電気化学デバイスの好適な実施の一例を詳細に説明する。ただし、本発明の電気化学デバイスは、以下の実施形態に限定されるものではない。なお、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
本実施形態の電気化学デバイスは、正極と、負極と、が交互に積層され、前記負極は、第１のセパレータと第２のセパレータを互いに重ねあわせ、その周縁部を接合することにより作製した袋状セパレータに収容され、前記袋状セパレータの周縁部は、所定数に分割され、その分割された周縁部を袋状セパレータの上面側及び下面側に交互に折り込まれた複数の折り込み部を有し、その折り込み部は、前記袋状セパレータを側面から見たとき、その袋状セパレータの主面よりも突出しており、前記袋状セパレータは、隣接する袋状セパレータと、その折り込み部により互いに咬み合わされて積層されていることを特徴としている。
【００２２】
換言すれば、正極と負極とがセパレータを介して積層した積層体を有する電気化学デバイスであって、負極の四辺から外方へはみ出したセパレータ余剰部を複数分割し、その分割された余剰部が負極縁端に沿って交互に負極上面側と下面側へと折り込み、隣り合う余剰部同士において少なくとも一対以上の上面凸部と下面凸部の組ができるようにセパレータ袋体に凸部を形成せしめ、その上下面には凸部と凸部の間にできる凹部も同時に形成される。その凹凸は、セパレータ袋体を複数積層することで互いの凸部と、その凹部により嵌めあわされていることを特徴としている。
【００２３】
このようにして得られた電気化学デバイスは、正負両電極間の短絡問題がなく、複数の電極の積層ずれが生じにくい電気化学デバイスを提供し、更に単位体積あたりのエネルギー密度にも優れている。
【００２４】
また、本実施形態の電気化学デバイスは、好ましくは、前記袋状セパレータが、矩形または正方形のフィルムであり、前記袋状セパレータにおいて、端子引き出し部が位置する辺を除く３辺に対し、１辺当たり均等に３分割していることを特徴としている。
【００２５】
かかる電気化学デバイスによれば、正負両電極間の短絡問題がなく、複数の電極の積層ずれが、より生じにくい電気化学デバイスを提供することが可能となる。
【００２６】
次に、図を参照しつつ、本実施形態の電気化学デバイスについて、より詳細に説明する。
【００２７】
図１、図２、図４は、それぞれ、本実施形態の電気化学デバイスの概略構成を示した斜視図、Ａ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図である。なお、各図において外装体は省略している。図において、積層体２は、正極５と、負極１が、セパレータ３を介して交互に積層された構造を有する。
【００２８】
図２のＡ−Ａ’断面図が示すように、負極１は袋状セパレータ３（３ａ，３ｂ）に収納された形態を成しており、また袋状セパレータ３の縁端部については、後述するような手法により折り込み加工が施されている。
【００２９】
図のように、折り込み加工部はＡ−Ａ’断面図に対して直交するＢ−Ｂ’断面図において前記折り込み加工の向きが逆向きとなるように設定されている。
【００３０】
このように袋詰めした負極を、正極と対向するように互いに複数重ね合わせたものが積層体２である。
【００３１】
さらにその積層体２を、図示しないが、外装体に電解液と共に封入すれば電気化学デバイスが完成する。
【００３２】
図３は、負極が袋状セパレータに収納された状態の周縁部を折り込む前の断面図である。図のように、袋状セパレータ３は、第１のセパレータ３ａと第２のセパレータ３ｂを有し、第１のセパレータ３ａも第２のセパレータ３ｂも互いにその大きさが正極５、負極１からなる電極よりも大きくなっていて、積層したときに電極（正極５，負極１）の周囲にはみ出すように設定されている。もちろん、第１のセパレータ３ａと第２のセパレータ３ｂのいずれか一方が大きくてもよく、同じ大きさであっても良い。同じ大きさの方が端部に余計なセパレータが残らないため好ましい。
【００３３】
これら第一と第二のセパレータは、外周部において互いに接合され負極１を包み込むように袋状に形成される。なお、図１上の４は、接合部を示す袋状セパレータの端部である接合痕を示す。このとき袋状セパレータ３は、その周辺部、つまり積層したときに平面投影図で負極１と重なり合わない周縁部分で接合されている。
【００３４】
ここで接合とはセパレータ周辺同士を物理的に結合させ固定する手段を指し、熱溶着をはじめ、接着材を用いるなどさまざまな手段がある。セパレータの材質、形状により最適な接合方法を用いることが望ましい。
【００３５】
また、こうして得られた接合部について適宜不要分はトリミングを行うことが好ましい。
【００３６】
ここで袋状セパレータを形成するにあたり、少なくとも負極の取り出し電極部は接合しても、しなくても構わない。すなわち、負極１は、外部導出端子（取り出し電極）を取り付けるか、それ自体で外部導出端子を構成するように、その一部がセパレータの外周からはみ出すような引き出し部１ａを有する。
【００３７】
これまで２枚のセパレータを重ね合わせ、その周辺部で接合する形態について説明してきたが、別な手段として１枚のセパレータシートを半分に折り返したのち負極をこのセパレータで挟み込み、周縁部を接合するという形態をとっても良い。
【００３８】
次に袋状セパレータの端部形成について図を用いて詳述する。
【００３９】
袋状セパレータの端部においては、図３のように袋状セパレータの接合部を含めた余剰部６が負極の側方に形成されている。この余剰部にセパレータの縁端から負極の縁端へ向かう方向に切り込みを設けたのち、その切り込みを境にして、図１のように一方の余剰部を負極の縁端に沿って袋状セパレータ上面側へと折り込む（６ａ）。また隣り合う他方の余剰部を負極の縁端に沿ってセパレータ下面側へと折り込む（６ｂ）。
【００４０】
なお、上記切り込みはセパレータを接合する前にあらかじめ設けていてもよい。
【００４１】
上記袋状セパレータ上面側折り込み部（６ａ）、あるいは下面側折り込み部（６ｂ）は、その位置を保持するためになんらかの固定手段を用いても良い。例えば部分的な熱溶着や、接着剤や樹脂による固定といった手段が考えられる。
【００４２】
こうして形成された端部形状を持つ袋状セパレータ３と、内包された負極１と正極５とが交互に積み重ねられ、図２に示すような積層体２が形成される。
【００４３】
図５ａと図５ｂにその一例を示す。この例においてはセパレータ余剰部に一辺につき２か所の切り込みを設け袋状を成すセパレータ接合を行い、その切り込みを境にしてセパレータ余剰部は互いに逆のセパレータ面に向かって折り込まれている。ただしここで袋状セパレータ角部の四点についてはあらかじめ切り込みが設けられているものとする。
【００４４】
切り込みの数は例に示したような一辺あたり２本というように特に制限されるものではなく、電極形状や厚み、積層数などによって適宜本数の選択が可能である。
【００４５】
図６ａは、袋状セパレータ端部の上面凸部および下面凸部の模式図である。この図が示すように、セパレータ余剰部をセパレータ上面側あるいは下面側へと切り込みを境にして折り込むことにより袋状セパレータ端部には上面凸部および下面凸部が形成されている。そして、それらは対向する辺同士において少なくとも一対以上の上面凸部と下面凸部の組を持つ。
【００４６】
図６ｂは端部に上面凸部および下面凸部が形成された袋状セパレータに正極が重ねられた様子を示す。袋状セパレータ端部の上面凸部および下面凸部は、その袋状セパレータの上面に対して垂直方向から見たときの平面投影図で、正極位置と重なり合わないような位置とされていることが肝要であり、正極の外部導出端子を含むすべての面において重なりを阻害しないように配置される。
【００４７】
図６ｃは、袋状セパレータに内包された負極と、正極とが交互に積み重ねられ積層体となったものを示す模式図である。この図が示すように、袋状セパレータ端部の上面凸部および下面凸部は、隣り合った袋状セパレータ端部の上面凸部および下面凸部によりできる凸部と凸部の間の凹部と互いに嵌め合わされ、このようにして積層された積層体は位置ずれを起こしにくい。
【００４８】
また、このような積層体の形態をとることで、上記電気化学デバイスは、正負両電極間の短絡問題がなく、かつセパレータ余剰部が積層体の側方に突出して配置されないため、位置ずれを起こしにくく、単位体積あたりのエネルギー密度にも優れている。
【００４９】
袋状セパレータ端部の凸型の形成については図７に示すようにその他いくつかの形態が考えられる。
【００５０】
図７ａは基本的な折り込み形態の例であり、負極側方で接合されたセパレータの接合部およびセパレータ余剰部を、袋状セパレータ内側へと折り込んだ形態である。
【００５１】
図７ｂのようにセパレータ接合部をあらかじめ負極表面上で形成し、その後、その接合部を内側に折り、袋状セパレータ表面に接する様にしてもよい。この形態は、凸部状の強度向上に有効である。
【００５２】
図７ｃのように接合部が負極の側方の下部寄りとなるようにしたのち、その接合部を負極の側方から袋状セパレータ上面へと折り込んでいてもよい。この形態は、積層体としたときの歪みに対する強度向上に有効な形態である。
【００５３】
図７ｄのように接合部を負極上面の端部に近接する様に形成し、折り込み部分も極力小さくしてもよい。この場合、電解液の浸入を阻害しにくく、有効な形態である。
【００５４】
このように、図７ａ〜（ｄ）に示したように、折り込み部の形態は多彩であり、本発明の効果が発生する範囲内でバリエーションが可能であり、（ｄ）のように９０度立ち上がる様な形態から、（ａ）のようにＵターンする折り返し形態であってもよい。
【００５５】
また図８のように、例えば針のように鋭利な先端を持つ道具を用いてあらかじめ袋状セパレータ余剰部に複数の突起を設けて形成してもよい。この場合、当該余剰部を負極上面側及び下面側へと折り込んで形成させたときにできる袋状セパレータ端部の凸型の頭頂部には複数の突起が存在することとなり、隣り合った袋状セパレータと重なり合ったときに滑り止めの効果が生じるため、電極の位置ずれ防止性がさらに向上し有効な形態である。
【００５６】
このような突起を形成させるにあたっては、その手段自体がセパレータの接合手段と兼ねていても良い。また、この突起形状は例として挙げた点状以外にも、棒状、鉤状、三角すい状など様々な形状をとることができる。
【００５７】
また図９や図１４の例のように、セパレータ余剰部に切り込みを設けず、袋状セパレータ上面側端部の凸部状と袋状セパレータ下面側端部の凸形状とを一体化して形成することもできる。これは例えば上下セパレータの端部を熱溶着による接合手段で袋状セパレータとする工程において、図１２に示すような袋状セパレータの各辺に対応する熱圧子にあらかじめ負極の厚み寸法に相当する段差を設けておき、しかるのちにその熱圧子によって上下から挟むようにして上下セパレータ端部を熱溶着することにより、その接合痕は袋状セパレータの同一辺においても袋状セパレータ表面側および裏面側へと意図する通りに突出して形成される。
【００５８】
このような形態は、切り込み形成工程を増やすことなく所望の凸形状を得ることができるとともに、セパレータ接合工程と兼用できるため、作業の省力化も図れ、特に良好な形態である。
【００５９】
（電気化学デバイス）
上述した形態をもって作製された積層体は、負極引出し部１ａ、正極引出し部５ａだけを外部へと引出しつつ、外装体の内側へ収納され非水電解液とともに密封され、リチウムイオン二次電池に代表される電気化学デバイスとなる。
【００６０】
（外装体）
外装体は上記積層体を収納するための袋体で、例えばアルミニウムを用いたラミネートフィルムで構成される。ラミネートフィルムは、例えば、接着層、金属層、表面保護層を順次積層した積層構造を有する。接着層は、熱や超音波で溶けて互いに融着する高分子フィルムからなり、この高分子フィルムを構成する材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）が挙げられる。金属層は金属箔からなり、水分、酸素、光の進入を防ぎ内容物を守る最も重要な役割を担っている。金属箔を構成する材料としては、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさ等、の観点から、例えばアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。また、金属箔を構成する材料としては、アルミニウム（Ａｌ）以外の金属を用いることも可能である。表面保護層を構成する材料としては、例えば外観の美しさや強靱さ、柔軟性などから、ナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が用いられる。なお、接着層側の面が、積層体を収納する側の収納面となる。
【００６１】
このようなラミネートフィルムには、接着層側から表面層側に向けて凸状である絞り収容部が設けられており、この絞り収容部に積層体を収容することにより積層体の封止性を向上させることができる。
【００６２】
（非水電解液）
非水電解液は上記積層体と共に外装体の内側に密封される。非水電解液には、非水電解質電池に一般的に使用される電解質塩と有機溶媒が使用可能である。
【００６３】
非水溶媒としては、具体的には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、またはこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに置換した溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は一種類を単独で用いてもよく、また複数種を所定の組成で混合してもよい。
【００６４】
また、電解質塩としては通常の非水電解液に用いられる材料を使用することが可能である。具体的には、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ３、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｉＦ６等を挙げることができるが、酸化安定性の点からＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４が望ましい。これらリチウム塩は単独で用いても複数種を混合して用いても良い。リチウム塩を溶解する濃度として、上記溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ以上、２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲であることが好ましい。
【００６５】
（積層体）
積層体は、前述のように正極、負極、セパレータによって構成されている。
【００６６】
（正極）
正極は、以下のようなものが用いられる。正極５は、図１０に示すように、正極集電体５１と、この正極集電体５１の両面に形成された正極活物質層５２とからなる。正極集電体５１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）などからなる金属箔である。また、正極５の一辺からは、正極集電体５１と一体に形成された正極端子が導出されている。
また、正極５は、打ち抜き加工などの手段を用いて所望の形状にする。
【００６７】
正極活物質層５２は、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。
【００６８】
正極活物質としては、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子等を用いることができる。例えばリチウムイオン電池を構成する場合、ＬｉｘＭＯ２（式中、Ｍは、一種以上の遷移金属を表し、ｘは、電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である）を主体とするリチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。
【００６９】
このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉｙＣｏ１−ｙＯ２（０＜ｙ＜１）、ＬｉＮｉＣｏＭｎＯ２、等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．５Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２、Ｌｉ２ＭｎＯ２・ＬｉＭｎ２Ｏ４、等がその例として挙げられる。更にＬｉＦｅＰＯ４などのオリビン骨格を有する活物質やＬｉＶＯＰＯ４のようなリン酸遷移金属リチウム等、これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものとして有効である。さらに、正極活物質としてＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２、Ｖ２Ｏ５等のリチウムを有しない金属硫化物または酸化物を使用しても良い。これらの正極活物質は、単独で用いるか、もしくは複数種を混合して用いてもよい。
【００７０】
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、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）等が用いられる。
【００７１】
（負極）
負極は、以下のようなものが用いられる。負極１は図１１に示すように、正極集電体５１よりも外寸が数ｍｍ大きい負極集電体１１と、この負極集電体１１の両面に形成された負極活物質層１２とからなる。負極集電体は、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）あるいはステンレス（ＳＵＳ）などからなる金属箔である。また、負極１の一辺からは、負極集電体１１と一体に成型された負極端子が、正極と同様に導出されている。
なお、負極１は、打ち抜き加工などの手段を用いて所望の形状にする。
【００７２】
負極活物質層１２は、例えば負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。
【００７３】
負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる、シリコン化合物。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としては、グラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。また、リチウムを合金化可能な材料としては、多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）およびこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、必ずしも粉体を結着剤で塗布膜にする必要はなく、圧延したリチウム金属箔を集電体に圧着する方法でも構わない。
【００７４】
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が用いられる。
【００７５】
（セパレータ）
セパレータは、以下のようなものが用いられる。セパレータ３を形成するセパレータシートは、その構成材料がポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフイン類の一種又は二種以上（二種以上の場合、二層以上の張り合わせフィルムなどがある）、ポリエチレンテレフターレートのようなポリエステル類、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体のような熱可塑性フッ素樹脂類、セルロース類などである。シートの形態はＪＩＳ−Ｐ８１１７に規定する方法で測定した通気度が５〜２０００秒／１００ｃｃ程度、厚さが５〜１００μm 程度の微多孔膜フィルム、織布、不織布などがある。
【００７６】
なお、セパレータ３としては、電池作製工程において電解液を注液し、セパレータ３に電解液が含浸した際に電解液がゲル化するような構成としても良い。
【００７７】
本実施形態では、特にセパレータとして所謂シャットダウンセパレータを用いることが望ましい。シャットダウンセパレータを用いることにより、電気化学デバイス内部の温度上昇につれて、セパレータの微細孔が閉じ、イオンの導通を抑制して電流を抑制し、熱暴走を防止することができる。このようなシャットダウンセパレータとしては、例えば低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）の中から少なくとも一種を含む微細孔を有する合成樹脂フィルムよりなるセパレータや、重量平均分子量が７×１０５以上の超高分子量ポリエチレンや、重量平均分子量／数平均分子量が１０〜３００のポリエチレン組成物からなる微多孔膜が挙げられる。また、厚さが０．１〜２５μｍ、空孔率が４０〜９５％、平均貫通孔径が０．００１〜０．１μｍ、及び１０ｍｍ幅の破断強度が０．５ｋｇ以上となるものが好ましく利用できる。
【００７８】
（外部導出端子）
本実施形態の電気化学デバイスは、例えば、アルミニウム箔や銅箔等の金属箔等で構成される正負両極の電極とセパレータとが交互に積層された構造を有する。そして正負両極の電極には、それぞれ外部導出端子（取り出し電極）が接続されている。外部導出端子は、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属箔で構成される。
【実施例】
【００７９】
以下、本発明にかかる電気化学デバイスについて、実施例、比較例によりさらに詳細に説明する。
（実施例１）
正極は、ＬｉＣｏＯ２（Ｃ−０１０、セイミケミカル製）、カーボンブラック（ＨＳ−１００、電気化学工業製）、グラファイト（ＫＳ−６、ＴＩＭＣＡＬ製）、ＰＶＤＦ（ＫＦ−１３００、呉羽製）からなる正極材をドクターブレード法でアルミニウム箔の両面に塗布・乾操し、作製した。
【００８０】
また塗布された正極材はプレスを行い、厚みが両面で計２００μｍとなるように調整した。正極全体の厚みはアルミニウム箔の厚み２０μｍと合わせて２２０μｍとした。
【００８１】
負極は、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ、大阪ガス製）、カーボンブラック（ＨＳ−１００、電気化学工業製）、ＰＶＤＦ（ＫＦ−１１００、呉羽製）からなる負極材をドクターブレード法で銅箔の両面に塗布・乾燥し作製した。
【００８２】
また塗布された負極材はプレスを行い、厚みが両面で計１２０μｍとなるように調整した。負極全体の厚みは銅箔の厚み１５μｍと合わせて１３５μｍとした。
【００８３】
上記正負極を、負極外形が正極外形よりも縦横に４ｍｍ大きくなるような所定サイズで打ち抜いた。
【００８４】
セパレータは厚み２５μｍ、ポリエチレン製微多孔膜フィルム（旭化成製、商品名：微多孔膜ハイポアＮ９１０）を準備した。
【００８５】
負極よりも大きい二枚のセパレータで負極を挟み、その両セパレータが負極端よりも外側に四方にはみ出すように配置したのち、はさみを用いてセパレータ端部から負極端に到達する長さまで一辺につき二カ所の両セパレータへの切り込みを設けた。
【００８６】
次に上述した両セパレータを熱プレスにより接合するため、接着剤の役割を果たす厚み１５０μｍのポリエチレンシート片（以下、ＰＥとする。）を準備した。
【００８７】
二枚のセパレータに挟まれた負極の任意の一辺において、上記ＰＥをその一辺と負極端とが平行でかつ負極端から０．８ｍｍ離れた余剰部の位置となるように辺全体に渡り、枠状にセットした。このときＰＥはあらかじめ分割しておき、上記切り込み部にかからないように注意した。
【００８８】
こうして作製された辺について負極端に平行かつ１．５ｍｍ離れた位置を熱プレスにより熱溶着し、下側セパレータ、ＰＥ、上側セパレータの３つを一体に接合した。その一体となった接合部の全体厚みは、合計で２００μｍ（＝２５μｍ＋１５０μｍ＋２５μｍ）となった。
【００８９】
この接合の際の加熱温度は２００℃、加熱時間は１．５ｓｅｃ、加圧時の圧力は１０ｋｇ／ｃｍ２とした。また、それと同時に接合部に生じた不要部は、熱溶着時の熱がセパレータを焼切るように作用することで分断され、トリミングがなされた。顕微鏡を用いて観察したところ、溶着痕よりもさらに先端側には不要部がまったく付着していないことを確認した。
【００９０】
他の三辺についても同様に実施し、四辺に長さ１．８ｍｍのセパレータ余剰量を持つ、セパレータ接合部の厚みが２００μｍの袋状セパレータとした。
【００９１】
袋状セパレータの一辺において、切り込み部を境にして一方のセパレータ余剰部を負極縁端に沿って袋状セパレータの上面側に折り込んだ。同様にして、隣接する他方のセパレータ余剰部を負極縁端に沿って袋状セパレータの下面側に折り込んだ。この作業を負極の周囲に沿って交互に繰り返し、そして折り込んだセパレータ余剰部には各５点程度針状の加熱端子を押し当てて、内側に位置するセパレータとともにスポット熱溶着を行い、折り込み形状を保持させた。
【００９２】
この操作を他の三辺についても同様に実施し、図１３のような端部の袋状セパレータを得た。
【００９３】
すなわち、上部凸部あるいは下部凸部の任意の１０点の高さは、２００μｍ±３０μｍとなっていることをデジタルマイクロメーターを用いて測定することにより確認した。
【００９４】
また、上部凸部あるいは下部凸部の任意の１０点の幅は、１．５ｍｍ±０．３ｍｍとなっていることを測長顕微鏡を用いて測定することにより確認した。
【００９５】
セパレータ余剰部（＝負極端からセパレータ端までの距離）の任意の１０点の長さは、０．１ｍｍ以下となっていることをデジタルマイクロメーターを用いて測定することにより確認した。
【００９６】
正極は負極よりも縦横が４ｍｍ小さく作製されているため、上記セパレータ端部の凸部あるいは下部凸部と干渉することなくセパレータと重なり合うことができる。
【００９７】
このようにして袋状セパレータに収納した負極の袋体と、袋状セパレータに収納しない正極とを準備し、負極が収納された袋体２８枚、および正極２７枚の計５５枚を交互に積層した。このとき、隣り合った袋状セパレータ端部の上面凸部および下面凸部は、その上面凸部および下面凸部によりできる凸部と凸部の間の凹部と互いに嵌め合わされ図６ｃのような形態をとることを確認した。
【００９８】
その後、すべての負極取出し部とリード線を溶接して一体化させた。同様にすべての正極取出し部とリード線を溶接して一体化させた。
【００９９】
この積層体に意図的に振動を加えた。振動は、積層体のリード線をつかんで手でぶらさげるように持ち、左右に十往復するように振り、さらに上下に十往復するように振ることとした。
【０１００】
この積層体を外装体（アルミラミネートフィルム）に挿入し、ＥＣ／ＤＥＣ＝４／６、ＬｉＰＦ６が１Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）なる電解液を注液し、封口し、予備充電、エージングを行い、積層型の非水電解液リチウムイオン二次電池を作製した。
【０１０１】
得られた非水電解液リチウムイオン二次電池の電池容量は１０Ａｈであった。
【０１０２】
この非水電解液リチウムイオン二次電池を、４５℃の環境下にて充放電させたところ、約１，０００回程度で、８Ａｈ（８０％）程度の容量となった。なお、このように容量値が８０％となる充放電回数をサイクル特性の評価値として表１中に示した。したがって、回数が多いほどサイクル特性としては優れていることとなる。
【０１０３】
この非水電解液リチウムイオン二次電池を、室温環境下にて１Ｃ放電および１０Ｃ放電させたところ、放電容量比（＝１０Ｃ放電容量／１Ｃ放電容量）は６５％となった。
【０１０４】
（実施例２）
実施例１と同様にして正負極を作製し、所定サイズで打ち抜いた。
【０１０５】
セパレータは実施例１と同様のものを準備した。
【０１０６】
負極よりも大きい二枚のセパレータで負極を挟み、その両セパレータが負極端よりも外側に四方にはみ出すように配置した。
【０１０７】
次に図１２に示すような上下に段差を設けた噛み合わせ形状を持つ熱圧子を用意した。上記段差は０．６ｍｍとした。
【０１０８】
上記両セパレータの一辺について負極端に平行かつ０．４ｍｍ離れた位置を上記熱圧子を用いて熱プレスを行い熱溶着した。このとき負極の厚み方向の中央と、上記熱圧子の噛み合わせ部の中央高さを一致させるように両者を配置した。また、このとき加熱温度は２００℃。加熱時間は１．５ｓｅｃ。加圧時の圧力は１０ｋｇ／ｃｍ２とした。またそれと同時に接合部に生じた不要部は熱溶着時の熱がセパレータを焼切るように作用することで分断され、トリミングがなされた。顕微鏡を用いて観察したところ、溶着痕よりもさらに先端側には不要部がまったく付着していないことを確認した。
【０１０９】
二枚のセパレータと負極の厚み合計は約０．２ｍｍで上記熱圧子段差は０．６ｍｍであることから、同一熱溶着辺でありながら一方の接合部は下部セパレータ表面から０．２ｍｍ下方へ突き出た形態に、別の一方の接合部は上部セパレータ表面から０．２ｍｍ上部へ突き出た形態となった。
【０１１０】
上記二枚のセパレータの残り三辺についても同様の熱プレスを行い、袋状セパレータとし図１４のようなセパレータ端部形状を得た。
【０１１１】
セパレータ端部の上部凸部の任意の１０点の高さが０．２ｍｍ±５０μｍとなっていることを、デジタルマイクロメーターを用いて測定することにより確認した。同様にセパレータ端部の下部凸部の任意の１０点の高さが０．２ｍｍ±５０μｍとなっていることを、デジタルマイクロメーターを用いて測定することにより確認した。
【０１１２】
セパレータ余剰部（＝負極端からセパレータ端までの距離）の任意の１０点の長さは、０．５±０．０５ｍｍとなっていることをデジタルマイクロメーターを用いて測定することにより確認した。
【０１１３】
実施例１と同様にして袋状セパレータに収納した負極の袋体と、袋状セパレータに収納しない正極とを準備し、負極が収納された袋体２８枚、および正極２７枚の計５５枚を交互に積層した。
【０１１４】
そして、すべての負極取出し部とリード線を溶接して一体化させた。同様にすべての正極取出し部とリード線を溶接して一体化させた。
【０１１５】
その後、実施例１と同様にしてこの積層体に意図的に振動を加えた。
【０１１６】
実施例１と同様にしてこの積層体を外装体（アルミラミネートフィルム）に挿入し、ＥＣ／ＤＥＣ＝４／６、ＬｉＰＦ６が１Ｍなる電解液を注液し、封口し、予備充電、エージングを行い、積層型の非水電解液リチウムイオン二次電池を作製した。
【０１１７】
得られた非水電解液リチウムイオン二次電池の電池容量は１０．６Ａｈであった。
【０１１８】
この非水電解液リチウムイオン二次電池を、４５℃の環境下にて充放電させたところ、約１，０９０回程度で、８Ａｈ（８０％）程度の容量となった。
【０１１９】
この非水電解液リチウムイオン二次電池を、室温環境下にて１Ｃ放電および１０Ｃ放電させたところ、放電容量比（＝１０Ｃ放電容量／１Ｃ放電容量）は７０％となった。
【０１２０】
（比較例）
実施例１と同様にして正負極を作製し、所定サイズで打ち抜いた。
【０１２１】
セパレータは実施例１と同様のものを準備した。
【０１２２】
負極よりも大きい二枚のセパレータで負極を挟み、両セパレータが負極端よりも外側に四方にはみ出すように配置したのち、両セパレータ四辺について負極端に平行かつ１．５ｍｍ離れた位置を熱プレスにより熱溶着した。
この接合の際の加熱温度は２００℃、加熱時間は１．５ｓｅｃ、加圧時の圧力は１０ｋｇ／ｃｍ２とした。またそれと同時に接合部に生じた不要部は、熱溶着時の熱がセパレータを焼切るように作用することで分断され、トリミングがなされた。顕微鏡を用いて観察したところ、溶着痕よりもさらに先端側には不要部がまったく付着していないことを確認した。
【０１２３】
各辺におけるセパレータ余剰量（＝負極端からセパレータ端までの距離）はそれぞれ１．８ｍｍとなるようにした。負極の側方に接合部が存在する図３に示すような一般的なセパレータ端部形状を作製した。
【０１２４】
実施例１と同様にして袋状セパレータに収納した負極の袋体と、袋状セパレータに収納しない正極とを準備し、負極が収納された袋体２８枚、および正極２７枚の計５５枚を交互に積層した。
【０１２５】
そして、すべての負極取出し部とリード線を溶接して一体化させた。同様にすべての正極取出し部とリード線を溶接して一体化させた。
【０１２６】
その後、実施例１と同様にしてこの積層体に意図的に振動を加えた。
【０１２７】
実施例１と同様にしてこの積層体を外装体（アルミラミネートフィルム）に挿入し、ＥＣ／ＤＥＣ＝４／６、ＬｉＰＦ６が１Ｍなる電解液を注液し、封口し、予備充電、エージングを行い、積層型の非水電解液リチウムイオン二次電池を作製した。
【０１２８】
得られた非水電解液リチウムイオン二次電池の電池容量は８．９Ａｈであった。
【０１２９】
この非水電解液リチウムイオン二次電池を、４５℃の環境下にて充放電させたところ、約８００回程度で、８Ａｈ（８０％）程度の容量となった。
【０１３０】
この非水電解液リチウムイオン二次電池を、室温環境下にて１Ｃ放電および１０Ｃ放電させたところ、放電容量比（＝１０Ｃ放電容量／１Ｃ放電容量）は５０％となった。
【０１３１】
実施例１、２および比較例１の評価結果を表１に示す。
【０１３２】
【表１】
2013206700.tif 000003
【０１３３】
表１に示す振動試験後のリチウムイオン二次電池の諸特性の結果から、上記実施例は、正負両電極間の短絡問題がなく、複数の電極の積層ずれが生じにくいことが明らかな構成であることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は、リチウムイオン二次電池のみならずＥＤＬＣ等のセパレータを有する電気化学デバイスに広く応用可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
１    負極
２    積層体
３    袋状セパレータ
３ａ  第１のセパレータ
３ｂ  第２のセパレータ
４    接合痕
５    正極
１ａ  負極引出部
５ａ  正極引出部
６    セパレータ余剰部
６ａ  セパレータ上面側への折り込み部（上面凸部）
６ｂ  セパレータ下面側への折り込み部(下面凸部)
７    熱圧子
１１  負極集電体
１２  負極活物質層
５１  正極集電体
５２  正極活物質層
【図１】
2013206700.tif 000004
【図２】
2013206700.tif 000005
【図３】
2013206700.tif 000006
【図４】
2013206700.tif 000007
【図５ａ】
2013206700.tif 000008
【図５ｂ】
2013206700.tif 000009
【図６ａ】
2013206700.tif 000010
【図６ｂ】
2013206700.tif 000011
【図６ｃ】
2013206700.tif 000012
【図７ａ】
2013206700.tif 000013
【図７ｂ】
2013206700.tif 000014
【図７ｃ】
2013206700.tif 000015
【図７ｄ】
2013206700.tif 000016
【図８ａ】
2013206700.tif 000017
【図８ｂ】
2013206700.tif 000018
【図９ａ】
2013206700.tif 000019
【図９ｂ】
2013206700.tif 000020
【図１０】
2013206700.tif 000021
【図１１】
2013206700.tif 000022
【図１２】
2013206700.tif 000023
【図１３】
2013206700.tif 000024
【図１４】
2013206700.tif 000025