(57)【要約】【課題】電気化学素子用のラミネートケース内のデッドスペースを小さくしてエネルギー密度を向上させて、シール性が良好な電池、キャパシタおよび組電気化学素子を提供する。【解決手段】金属箔の両面に電気絶縁性の樹脂フィルムが貼り合わされた２枚のラミネートフィルムで構成され、対向する電極が交互に積層された積層電極を２枚のラミネートフィルム間に挟み込み、周縁部をシールする電気化学素子用のラミネートケースであって、２枚のラミネートフィルムの少なくとも一方は、積層電極の電極タブと接触して電気的に接続されるように、積層電極を挟み込む面において樹脂フィルムの層を切り欠いて金属箔を露出させた電極接続部が形成されていると共に、電極接続部が形成された面とは反対側の面において樹脂フィルムの層の一部を切り欠いて金属箔を露出させた電極端子が形成されている電気化学素子用のラミネートケース。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔の両面に電気絶縁性の樹脂フィルムが貼り合わされた２枚のラミネートフィルムで構成され、対向する電極が交互に積層された積層電極を、前記２枚のラミネートフィルム間に挟み込み、前記２枚のラミネートフィルムの周縁部をシールすることにより電気化学素子が作製される電気化学素子用のラミネートケースであって、
前記２枚のラミネートフィルムの少なくとも一方は、前記積層電極の電極タブと接触して電気的に接続されるように、前記積層電極を挟み込む面において、前記樹脂フィルムの層を切り欠いて前記金属箔を露出させた電極接続部が形成されていると共に、前記電極接続部が形成された面とは反対側の面において、前記樹脂フィルムの層の一部を切り欠いて前記金属箔を露出させた電極端子が形成されている
ことを特徴とする電気化学素子用のラミネートケース。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学素子用のラミネートケースに、前記積層電極が内装されており、
対向する前記電極がそれぞれ正極および負極であると共に、前記電極接続部がそれぞれ正極接続部および負極接続部であることを特徴とする電池。
【請求項３】
請求項１に記載の電気化学素子用のラミネートケースに、前記積層電極が内装されていることを特徴とするキャパシタ。
【請求項４】
前記金属箔がアルミニウム箔であり、
前記負極接続部が、前記積層電極を挟み込む面において、一端が前記樹脂フィルムに被覆された状態で、前記金属箔に接続され、他端が前記樹脂フィルムから露出している銅箔で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項５】
ナトリウム電池であることを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項６】
前記ナトリウム電池の電解質に溶融塩が用いられていることを特徴とする請求項５に記載の電池。
【請求項７】
請求項１に記載の電気化学素子用のラミネートケースに、前記積層電極が内装されて作製された前記電気化学素子が、複数積層されて直列接続されていることを特徴とする組電気化学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池やキャパシタなどの電気化学素子用のラミネートケース（以下、単に「ラミネートケース」ともいう）と、前記ラミネートケースを用いた電池、キャパシタおよび組電気化学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化と共に電源としての電池やキャパシタなどの電気化学素子の小型化、軽量化が求められており、これらの外装ケースとして軽量で薄型のラミネートケースが広く用いられている。（例えば特許文献１）。
【０００３】
図４は従来のラミネート型電池セルの構成の一例を模式的に示す斜視図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はタブリード（端子）部分の拡大図である。図４において、４はラミネート型電池セル、４１および４２はラミネートフィルム、４３は積層電極である。そして、４３ａは正極のタブリードであり、積層電極４３の正極に設けられたタブと超音波溶接などにより溶接されている。同様に、４３ｂは負極のタブリードであって、積層電極４３の負極に設けられたタブと超音波溶接などにより溶接されている。
【０００４】
図４（ａ）に示すように、ラミネート型電池セル４は、正極と負極が交互に積層された積層電極４３を、アルミニウム箔などの金属箔の両面にＰＥＴやＰＰなどをラミネートしたラミネートフィルム４１、４２で挟み込み、周囲をシールすることにより形成される。
【０００５】
このとき、図４（ｂ）に示すように、タブリード４３ａ、４３ｂは、ラミネートフィルム４１、４２との間に短絡が生じないように周囲に絶縁樹脂４４の層が形成されて、絶縁とシール性が確保されている。
【０００６】
また、図５は従来のラミネート型電池セルの構成の他の一例を模式的に示す斜視図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はリード部分の平面図である。図５において、５はラミネート型電池セル、５１はラミネートケース（電池容器）、５２は正極、５３は負極である。正極５２にはベーマイト処理されたアルミニウムなどからなる正極のタブリード５２ａが、また負極５３にはニッケルめっきされた銅などからなる負極のタブリード５３ａが設けられており、絶縁樹脂５４によりシールされている。なお、図６（ａ）においては、絶縁樹脂５４の存在を明らかにするために、ラミネートケース５１の前面の上部を取り除いて示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−０７７０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来のラミネート型電池セルやキャパシタにおいては、ラミネートケースに内装された積層電極の正極または負極に接続された各タブリードを外部に取り出しているため、絶縁樹脂を用いて絶縁とシール性を確保する必要があり、ラミネートケース内にデッドスペースが形成され、エネルギー密度の向上を図る上で障害となっていた。また、絶縁樹脂とラミネートフィルムとの間のシール性が充分ではないという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、電気化学素子用のラミネートケース内のデッドスペースを小さくしてエネルギー密度を向上させることができ、さらに、シール性が良好な電池、キャパシタおよび組電気化学素子を提供することができる技術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】
【００１０】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、各請求項毎に説明する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、
金属箔の両面に電気絶縁性の樹脂フィルムが貼り合わされた２枚のラミネートフィルムで構成され、対向する電極が交互に積層された積層電極を、前記２枚のラミネートフィルム間に挟み込み、前記２枚のラミネートフィルムの周縁部をシールすることにより電気化学素子が作製される電気化学素子用のラミネートケースであって、
前記２枚のラミネートフィルムの少なくとも一方は、前記積層電極の電極タブと接触して電気的に接続されるように、前記積層電極を挟み込む面において、前記樹脂フィルムの層を切り欠いて前記金属箔を露出させた電極接続部が形成されていると共に、前記電極接続部が形成された面とは反対側の面において、前記樹脂フィルムの層の一部を切り欠いて前記金属箔を露出させた電極端子が形成されている
ことを特徴とする電気化学素子用のラミネートケースである。
【００１２】
本請求項の発明においては、２枚のラミネートフィルムの少なくとも一方に、積層電極の電極タブと接触して電気的に接続されるように、積層電極を挟み込む面において、樹脂フィルムの層を切り欠いて金属箔を露出させて、電極接続部を形成させると共に、電極接続部が形成された面とは反対側の面において、樹脂フィルムの層の一部を切り欠いて金属箔を露出させて電極端子を形成させている。
【００１３】
このように、アルミニウム箔など導電性に優れたラミネートフィルムの金属箔を露出させて、電極接続部、および電極端子を形成させているため、電極端子と電極接続部との間で電流の通路が確保されて、ラミネートケース自体を電極化することができ、従来のラミネートケースのように、タブリードを設ける必要がなくなり、デッドスペースを低減させることができる。
【００１４】
そして、デッドスペースが低減されることにより、エネルギー密度の向上を図ることができる。また、タブリードを設ける必要がなくなることにより、２枚のラミネートフィルムの周縁部をシールすることができるため、シール性が向上してより良好なシール性を確保することができる。
【００１５】
本請求項の発明におけるラミネートフィルムとしては、従来のラミネートフィルムを使用することができる。芯材である金属箔としては、導電性、耐食性、強度などの観点から、アルミニウム、銅、ステンレスなどが好ましく、これらの内でもアルミニウムが特に好ましい。
【００１６】
また、金属箔にラミネートされる樹脂としては、絶縁性、電解液に対する耐腐食性、耐熱性、シール性などの観点から、ＰＥＴ（ポリエチレンテフタレート）樹脂、ＰＥ（ポリエチレン）樹脂やＰＰ（ポリプロピレン）樹脂などのポリオレフィン樹脂、架橋ポリオレフィン樹脂、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（パーフルオロアルコキシフッ素）樹脂などのフッ素樹脂、ポリアミド樹脂などが好ましいが、フッ素樹脂が耐熱性に優れているため特に好ましい。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の電気化学素子用のラミネートケースに、前記積層電極が内装されており、
対向する前記電極がそれぞれ正極および負極であると共に、前記電極接続部がそれぞれ正極接続部および負極接続部であることを特徴とする電池である。
【００１８】
前記のラミネートケースに積層電極を内装し、対向する電極をそれぞれ正極および負極とすることにより、デッドスペースが低減され、シール性に優れた電池を提供することができ、エネルギー密度が高く、性能が安定した電池を提供することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の電気化学素子用のラミネートケースに、前記積層電極が内装されていることを特徴とするキャパシタである。
【００２０】
前記のラミネートケースに積層電極を内装することにより、デッドスペースが低減され、シール性に優れたキャパシタを提供することができ、エネルギー密度が高く、性能が安定したキャパシタを提供することができる。
【００２１】
このようなキャパシタとしては、例えば、アルミニウム集電体上に活物質として活性炭を含む層が形成された２つの電極が対向して配置された電気二重層キャパシタや、アルミニウム集電体上に活物質として活性炭を含む層が形成された正極と、銅集電体上に活物質として黒鉛粉末等を含む層が形成された負極とが対向して配置されたリチウムイオンキャパシタなどを挙げることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、
前記金属箔がアルミニウム箔であり、
前記負極接続部が、前記積層電極を挟み込む面において、一端が前記樹脂フィルムに被覆された状態で、前記金属箔に接続され、他端が前記樹脂フィルムから露出している銅箔で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電池である。
【００２３】
ラミネート型のリチウム電池の場合、ラミネートフィルムの金属箔として通常使用されるアルミニウムを樹脂フィルムから露出させた場合、アルミニウムがリチウムと合金化するため好ましくない。本請求項の発明においては、積層電極を挟み込む面において、一端が樹脂フィルムに被覆された状態でアルミニウム箔に接続され、他端が樹脂フィルムから露出している銅箔で、負極接続部を構成させている。これにより、このような合金化が抑制されるため、充分な電池性能を発揮させることができる。
【００２４】
金属箔と銅箔との具体的な接続手段としては、例えば、溶接、カシメなどを採用することができる。そして、このように構成された負極接続部は、電解液と接触すると異種金属の溶出が発生する恐れがあるため、アルミニウム箔と銅箔との接続部は、銅箔貫通用の貫通孔を有する樹脂フィルムでラミネート、あるいは、樹脂コーティングしておくことが好ましい。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、
ナトリウム電池であることを特徴とする請求項２に記載の電池である。
【００２６】
ナトリウム電池の場合、負極にアルミニウムを使用しても、前記したリチウム電池などの場合と異なり合金が形成されることがない。このため、積層電極とラミネートフィルムの金属箔との間に別途接続部を形成する必要がない。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、
前記ナトリウム電池の電解質に溶融塩が用いられていることを特徴とする請求項５に記載の電池である。
【００２８】
電解質に溶融塩を用いたナトリウム電池は、有機電解液を用いたナトリウム電池に比べてサイクル特性その他の電池特性に優れるため好ましい。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、
請求項１に記載の電気化学素子用のラミネートケースに、前記積層電極が内装されて作製された前記電気化学素子が、複数積層されて直列接続されていることを特徴とする組電気化学素子である。
【００３０】
前記のラミネートケースに積層電極が内装されて作製された電気化学素子は、前記したように、ラミネートケース自体が電気化学素子の電極となっているため、積層されるだけで、重ねられたラミネートケース外面の正極端子と負極端子とが接触して直列接続される。このため、デッドスペースの低減によるエネルギー密度の向上の効果がより顕著に発揮されて、より高電圧の組電気化学素子を容易に提供することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、電気化学素子用のラミネートケース内のデッドスペースを小さくしてエネルギー密度を向上させることができ、さらに、シール性が良好な電池、キャパシタおよび組電気化学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態のラミネートケース型電池セルの各部材を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示すラミネートケースの接続部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態の組電池を模式的に示す斜視図である。
【図４】従来のラミネート型電池セルの構成の一例を模式的に示す斜視図である。
【図５】従来のラミネート型電池セルの構成の他の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明を実施の形態に基づき説明する。
【００３４】
１．ラミネートケース
はじめに、ラミネートケースについて説明する。図１は本実施の形態のラミネートケース型電池セルの各部材を模式的に示す斜視図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ正極側のラミネートフィルム、積層電極、負極側のラミネートフィルムを示す図である。
【００３５】
図１において、１はラミネートケース型電池セル、１１、１２は正極側および負極側のラミネートフィルム、１３はラミネートフィルム１１、１２の間に挟み込まれた積層電極である。
【００３６】
図１（ａ）に示すように、正極側のラミネートフィルム１１は、所定の形状に形成されており、内面（積層電極を挟み込む面）には、積層電極１３の正極タブ１３ａと接触して電気的に接続されるように、ラミネートフィルム１１の樹脂フィルムの層を切り欠いて金属箔を露出させた正極接続部１１ａが形成されている。また、外面（電極接続部が形成された面とは反対側の面）には、ラミネートフィルム１１の樹脂フィルムの層の一部を切り欠いて金属箔を露出させた正極端子１１ｂが形成されている。
【００３７】
同様に、図１（ｃ）に示すように、負極側のラミネートフィルム１２も所定の形状に形成されており、内面には、積層電極１３の負極タブ１３ｂと接触して電気的に接続されるように、ラミネートフィルム１１の樹脂フィルムの層を切り欠いて金属箔を露出させた負極接続部１２ａが形成されている。また、外面には、ラミネートフィルム１１の樹脂フィルムの層の一部を切り欠いて金属箔を露出させた負極端子１２ｂが形成されている。なお、図１（ａ）、（ｃ）において二点鎖線で示されているのは、積層電池１３の対向する正極または負極である。
【００３８】
これにより、正極端子１１ｂと正極接続部１１ａとの間、および負極端子１２ｂと負極接続部１２ａとの間で電流の通路が確保されて、ラミネートケース自体を電極化することができるため、従来のような電流を取り出すためのタブリードを設ける必要がなくなり、デッドスペースを小さくすることが可能となる。また、タブリードを設ける必要がなくなることにより、ラミネートフィルム同士で周縁部をシールすることができるため、シール性が向上する。
【００３９】
ラミネートフィルム１１および１２は、例えば、厚さ４０μｍ程度のアルミニウム箔を芯材とし、外側に厚さ１５μｍ程度のＰＥＴフィルム、内側に厚さ４５μｍ程度のＰＰフィルムが貼り合わされてラミネートされている。
【００４０】
図２は、図１に示すラミネートケースの接続部を拡大して示す断面図であり、Ａはラミネートフィルムの芯材である金属箔（例えば、アルミニウム箔）、Ｐは金属箔Ａをラミネートする樹脂フィルム（例えば、ＰＥＴ、ＰＰ）、Ｃは銅箔である。
【００４１】
正極接続部１１ａは、図２（ａ）に示すように、樹脂フィルムＰの一部を切り欠いて、金属箔Ａを露出させることにより形成されている。そして、負極接続部１２ａについても、通常は、同様に形成されている。
【００４２】
しかし、ラミネート型のリチウム電池の場合には、前記したように、アルミニウムがリチウムと合金化するため、露出させたアルミニウム（金属箔Ａ）で負極接続部１２ａを形成させることは好ましくなく、このような場合には、図２（ｂ）に示すように、露出させたアルミニウム（金属箔Ａ）の銅箔Ｃと接続した形の負極接続部１２ａが用いられる。なお、アルミニウム箔と銅箔との接続部には、樹脂フィルムＰが配置されて、電解液と接触した際に発生する異種金属の溶出を防止している。
【００４３】
図３は本実施の形態の組電池を模式的に示す斜視図である。図３において３は組電池である。図３に示すように、この組電池３は、複数のラミネートケース型電池セル１が積層されている。このとき、重ねられたラミネートケース外面の正極端子と負極端子とが接触して直列接続されるため、積層するだけで容易に組電池とすることができる。この結果、デッドスペースの低減によるエネルギー密度の向上の効果がより顕著に発揮され、より高電圧の組電池を容易に提供することができる。
【００４４】
以上、本実施の形態においては、電池を例に挙げて説明したが、キャパシタにおいても同様である。
【実施例】
【００４５】
以下実施例により、本発明をより具体的に説明する。
（実施例）
図１に示した構造の、溶融塩電池を作製した。具体的には、寸法が２７０×２２０×８．５ｍｍのラミネートケース型電池セルを４直列して、２７０×２２０×３５ｍｍの組電池を作製した。ラミネートフィルムとしては、厚さ４０μｍのアルミニウム箔を芯材とし、外側に厚さ１５μｍのＰＥＴフィルム、内側に厚さ４５μｍのＰＰフィルムがラミネートされたラミネートフィルムを用いた。そして、積層電極１３としては、アルミニウム製３次元網状多孔体を集電体としＮａＣｒＯ２を活物質とした正極、およびアルミニウム箔を集電体としＳｎ合金を活物質とした負極を用いた。そして、各集電体の端部を正極タブ１３ａおよび負極タブ１３ｂとした。また、電解質としては、ＮａＦＳＡ（ナトリウム  ビスフルオロスルフォニルアミド）およびＫＦＳＡ（カリウム  ビスフルオロスルフォニルアミド）の混合物を用いた。
【００４６】
得られた電池セルのエネルギーは５００Ｗｈであり、エネルギー密度は２４１Ｗｈ／ｌであった。また、得られた電池セルのシール性は良好であった。
【００４７】
（比較例）
図５（ａ）に示す構造としたこと以外は、実施例と同じ電極サイズ（同じ容量）、同じ構成でラミネートケース型電池セルの組電池を作製した。得られた電池サイズは３１０×２２０×３５ｍｍとなり、エネルギー密度は２１１Ｗｈ／ｌであった。
【００４８】
上記より、実施例は比較例に比べてエネルギー密度が１４％向上していることが分かった。これは、実施例ではデッドスペースが小さくなったことにより、得られた電池サイズが小さくなったためである。
【００４９】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１、４、５                        ラミネート型電池セル
３                                組電池
１１、１２、４１、４２            ラミネートフィルム
１１ａ、１２ａ                    接続部
１１ｂ                            正極端子
１２ｂ                            負極端子
１３                              積層電極
１３ａ、５２                      正極
１３ｂ、５３                      負極
４３ａ、４３ｂ、５２ａ、５３ａ    タブリード
４４、５４                        絶縁樹脂
５１                              電池容器
Ａ                                金属箔
Ｃ                                銅箔
Ｐ                                樹脂フィルム
【図１】
2013161674.tif 000003
【図２】
2013161674.tif 000004
【図３】
2013161674.tif 000005
【図４】
2013161674.tif 000006
【図５】
2013161674.tif 000007