(57)【要約】【課題】耐振動性が向上した電気化学デバイスを提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る電気化学デバイスにおいて、捲回構造体は、負極集電体と負極集電体の主面に設けられた負極活物質層とを有する負極と、正極集電体と正極集電体の主面に設けられた正極活物質層とを有する正極と、負極と正極を絶縁するセパレータと、を有する。負極、正極及びセパレータは積層されて捲回され、負極と正極とがセパレータにより隔てられている。電解液は、負極、正極及びセパレータを浸漬する。収容ケースは、筒状の側壁部と、側壁部に繋がる底部と、を有する。収容ケースは、捲回構造体及び前記電解液を収容する。絶縁部材は、底部と捲回構造体との間に配置される。第１の電極端子は、負極集電体及び正極集電体の少なくともいずれかに電気的に接続され、捲回構造体の捲回中心軸に平行な方向に沿って捲回構造体から延伸し、絶縁部材に挿入される。【選択図】図３
2017220468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極集電体と前記負極集電体の主面に設けられた負極活物質層とを有する負極と、正極集電体と前記正極集電体の主面に設けられた正極活物質層とを有する正極と、前記負極と前記正極を絶縁するセパレータと、を有し、前記負極、前記正極及び前記セパレータは積層されて捲回され、前記負極と前記正極とが前記セパレータにより隔てられた捲回構造体と、
前記負極、前記正極及び前記セパレータを浸漬する電解液と、
筒状の側壁部と、前記側壁部に繋がる底部と、を有し、前記捲回構造体及び前記電解液を収容する収容ケースと、
前記底部と前記捲回構造体との間に配置された絶縁部材と、
前記負極集電体及び前記正極集電体の少なくともいずれかに電気的に接続され、前記捲回構造体の捲回中心軸に平行な方向に沿って前記捲回構造体から延伸し、前記絶縁部材に挿入された第１の電極端子と
を具備する電気化学デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載された電気化学デバイスであって、
前記第１の電極端子は、前記負極集電体に電気的に接続された電極端子であり、
前記正極集電体には第２の電極端子がさらに電気的に接続され、
前記第２の電極端子は、前記絶縁部材に挿入されている
電気化学デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載された電気化学デバイスであって、
前記絶縁部材は、前記収容ケースの前記底部に対向する第１主面と、前記捲回構造体に対向する第２主面と、前記第１主面及び前記第２主面に連なる側周面と、を有し、
前記側周面の少なくとも一部が前記側壁部に接している
電気化学デバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載された電気化学デバイスであって、
前記絶縁部材は、前記方向に貫通する開口を有する
電気化学デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載された電気化学デバイスであって、
前記絶縁部材は、
前記捲回構造体に対向する基体部と、
前記基体部の外周から前記底部に向かって延伸する第１環状部と、を有する
電気化学デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載された電気化学デバイスであって、
前記絶縁部材は、前記基体部の前記外周から前記底部とは反対側に延伸する第２環状部をさらに有し、
前記第２環状部の少なくとも一部は、前記捲回構造体と前記側壁部との間に設けられている
電気化学デバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載された電気化学デバイスであって、
前記絶縁部材の平面形状は、３つ以上の角部を有する多角形であり、
前記角部のそれぞれが前記側壁部に接している
電気化学デバイス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載された電気化学デバイスであって、
前記第１の電極端子と前記絶縁部材との間に、接着剤をさらに具備した
電気化学デバイス。
【請求項９】
請求項２〜８のいずれか１つに記載された電気化学デバイスであって、
前記捲回構造体から前記底部の側に突出した前記第２の電極端子の長さは、前記捲回構造体から前記底部の側に突出した前記第１の電極端子の長さよりも長く、前記第２の電極端子の機械的強度は、前記第１の電極端子の機械的強度よりも弱い
電気化学デバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載された電気化学デバイスであって、
前記絶縁部材は、弾性体である
電気化学デバイス。
【請求項１１】
請求項２〜１０のいずれか１つに記載された電気化学デバイスであって、
前記底部とは反対側に設けられた蓋部をさらに具備し、
前記蓋部は、前記収容ケースに嵌合され、
前記第１の電極端子及び前記第２の電極端子は、前記捲回構造体から前記蓋部を介し前記収容ケースの外側に延伸し、
前記第１の電極端子及び前記第２の電極端子は、前記蓋部に支持されている
電気化学デバイス。
【請求項１２】
請求項５〜１１のいずれか１つに記載された電気化学デバイスであって、
前記底部には、溝部が形成され、
上面視した場合、前記溝部は、前記第１環状部に囲まれている
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、集電体、活物質及び集電体に電気的に接続された電極端子を具備した電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン二次電池等の電気化学デバイスの中には、正極、負極及びセパレータが捲回されて、この捲回された蓄電素子（正極、負極及びセパレータ）が筒状の収容ケースに収容されているものがある。正極には正極端子が電気的に接続され、負極には負極端子が電気的に接続されている。そして、正極端子及び負極端子は、収容ケースのキャップ部を介して外側に引き出されている。
【０００３】
しかしながら、収容ケース内には電解液が充填され、蓄電素子は収容ケース内で電解液に浸漬される。これにより、蓄電素子と収容ケースとの間には一般的に隙間がある。従って、電気化学デバイスが振動すると、収容ケース内の蓄電素子も振動する場合がある。この場合、振動負荷が蓄電素子に印加され続けると、蓋部に接触する正極端子または負極端子が破損したり、蓄電素子そのものが破損したりする場合がある。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、蓄電素子と収容ケースの側面との間に樹脂ケースを設ける記載がある。一方、特許文献２には、蓄電素子と収容ケースの底部との間に振動対策部品を設ける記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４５４２０号公報
【特許文献２】特開２００４−０３１７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、蓄電素子の側面が樹脂ケースで覆われているが、正極端子または負極端子が延びる方向（縦方向）における耐振動性は十分ではない。一方、特許文献２では、振動対策部品が蓄電素子の中心部下にあるために、横方向に振動に対しての耐振動性は十分でなくなる。さらに、特許文献２の構造では、収容ケースの底部が内部圧力の増加で変形した場合、振動対策部品と収容ケースの底部とが離れる可能性がある。この場合、振動対策部品は、その機能を十分に発揮できなくなる。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、耐振動性が向上した電気化学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、捲回構造体と、電解液と、収容ケースと、絶縁部材と、第１の電極端子と、を具備する。
捲回構造体は、負極集電体と負極集電体の主面に設けられた負極活物質層とを有する負極と、正極集電体と正極集電体の主面に設けられた正極活物質層とを有する正極と、負極と正極を絶縁するセパレータと、を有する。負極、正極及びセパレータは積層されて捲回され、負極と正極とがセパレータにより隔てられている。
電解液は、負極、正極及びセパレータを浸漬する。
収容ケースは、筒状の側壁部と、側壁部に繋がる底部と、を有する。収容ケースは、捲回構造体及び前記電解液を収容する。
絶縁部材は、底部と捲回構造体との間に配置される。
第１の電極端子は、負極集電体及び正極集電体の少なくともいずれかに電気的に接続され、捲回構造体の捲回中心軸に平行な方向に沿って捲回構造体から延伸し、絶縁部材に挿入される。
このような電気化学デバイスによれば、耐振動性が向上する。
【０００９】
第１の電極端子は、負極集電体に電気的に接続された電極端子である。正極集電体には第２の電極端子がさらに電気的に接続されている。第２の電極端子は、絶縁部材に挿入されている。
このような電気化学デバイスによれば、さらに耐振動性が向上する。
【００１０】
絶縁部材は、第１主面及び前記第２主面に連なる側周面と、を有する。側周面の少なくとも一部が側壁部に接している。
このような電気化学デバイスによれば、絶縁部材の側周面の少なくとも一部が側壁部に接し、さらに耐振動性が向上する。
【００１１】
絶縁部材は、上記方向に貫通する開口を有する。
このような電気化学デバイスによれば、収容ケース内の圧力が高まっても、ガス圧は開口を介して、収容ケースの底部に確実に伝導する。
【００１２】
絶縁部材は、捲回構造体に対向する基体部と、基体部の外周から底部に向かって延伸する第１環状部と、を有する
このような電気化学デバイスによれば、絶縁部材が第１環状部を有し、さらに耐振動性が向上する。
【００１３】
絶縁部材は、基体部の外周から底部とは反対側に延伸する第２環状部をさらに有する。第２環状部の少なくとも一部は、捲回構造体と側壁部との間に設けられている。
このような電気化学デバイスによれば、捲回構造体と側壁部との間に第２環状部が設けられ、さらに耐振動性が向上する。
【００１４】
絶縁部材の平面形状は、３つ以上の角部を有する多角形である。角部のそれぞれが側壁部に接している。
このような電気化学デバイスによれば、絶縁部材の角部が側壁部に接し、さらに耐振動性が向上する。
【００１５】
電気デバイスにおいては、第１の電極端子と絶縁部材との間に、接着剤がさらに具備される。
このような電気化学デバイスによれば、電極端子が安定して支持され、さらに耐振動性が向上する。
【００１６】
捲回構造体から底部の側に突出した第２の電極端子の長さは、捲回構造体から底部の側に突出した第１の電極端子の長さよりも長い。第２の電極端子の機械的強度は、第１の電極端子の機械的強度よりも弱い。
このような電気化学デバイスによれば、機会的強度が相対的に弱い電極端子であっても、この電極端子が絶縁部材に確実に支持され、耐振動性が向上する。
【００１７】
電気デバイスにおいて、絶縁部材は、弾性体である。
このような電気化学デバイスによれば、弾性体により振動が吸収され、さらに耐振動性が向上する。
【００１８】
電気デバイスにおいては、底部とは反対側に設けられた蓋部がさらに具備される。蓋部は、収容ケースに嵌合される。第１の電極端子及び第２の電極端子は、捲回構造体から蓋部を介し収容ケースの外側に延伸する。第１の電極端子及び第２の電極端子は、蓋部に支持されている。
このような電気化学デバイスによれば、第１の電極端子及び第２の電極端子が蓋部に支持され、さらに耐振動性が向上する。
【００１９】
底部には、溝部が形成されている。溝部は、第１環状部に囲まれている。
このような電気化学デバイスによれば、溝部が第１環状部に囲まれ、溝部と絶縁部材と干渉せず、溝部の配置の自由度が増加する。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたように、本発明によれば、電気化学デバイスの耐振動性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る電気化学デバイスの外観を示す模式的な斜視図である。
【図２】本実施形態に係る蓄電素子及び絶縁部材の模式的な斜視図である。
【図３】本実施形態に係る電気化学デバイスの模式図である。
【図４】本実施形態に係る捲回構造体の一部の拡大断面図である。
【図５】本実施形態に係る電気化学デバイスの作用を説明する模式図である。
【図６】本実施形態に係る電気化学デバイスの作用を説明する模式図である。
【図７】本実施形態の第１変形例に係る電気化学デバイスの模式図である。
【図８】本実施形態の第２変形例に係る電気化学デバイスの模式図である。
【図９】本実施形態の第３変形例に係る電気化学デバイスの模式図である。
【図１０】本実施形態の第４変形例に係る電気化学デバイスの模式図である。
【図１１】本実施形態の第５変形例に係る電気化学デバイスの模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は以下の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図面には、必要に応じてＸＹＺ軸座標系が導入される場合がある。
【００２３】
[電気化学デバイスの概要]
本実施形態に係る電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタとすることができる。本実施形態に係る電気化学デバイスは、リチウムイオンキャパシタまたはリチウムイオン二次電池等の充放電が可能な他種の電気化学デバイスとすることもできる。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る電気化学デバイス１００の外観を示す模式的な斜視図である。
図１に示す電気化学デバイス１００においては、蓄電素子１１０が収容ケース１２０に収容されている。収容ケース１２０内には、蓄電素子１１０と共に電解液が充填されている。
【００２５】
[電気化学デバイスの構成]
電気化学デバイス１００の収容ケース１２０内の構造について説明する。
図２は、本実施形態に係る蓄電素子１１０及び絶縁部材１６０の模式的な斜視図である。
本実施形態では、捲回芯Ｃが延伸する方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向に垂直な方向である。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に垂直な方向である。捲回芯Ｃが延伸する方向（捲回中心軸に平行な方向）は、負極端子１３１及び正極端子１４１が延伸する方向でもある。蓄電素子１１０は、捲回芯Ｃを設けない構造も含む。
【００２６】
図２に示すように、蓄電素子１１０は、負極１３０、正極１４０、負極端子１３１、正極端子１４１、捲回芯Ｃ及びセパレータ１５０を有する。負極１３０、正極１４０及びセパレータ１５０は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に積層されている。セパレータ１５０は、正極１４０と負極１３０とを隔てる。セパレータ１５０は、負極１３０と正極１４０とを絶縁する。本実施形態では、負極１３０、正極１４０及びセパレータ１５０を含む構造体を捲回構造体１１１とする。蓄電素子１１０は、捲回構造体１１１、負極端子１３１及び正極端子１４１を有する。
【００２７】
捲回構造体１１１において、負極１３０及び正極１４０は、ともに捲回芯Ｃの回りに捲回されている。セパレータ１５０は、負極１３０と正極１４０との間に配置されている。つまり、セパレータ１５０も、捲回芯Ｃの回りに捲回されている。負極端子１３１は、負極１３０に含まれる負極集電体に電気的に接続され、正極端子１４１は、正極１４０に含まれる正極集電体に電気的に接続される（後述）。負極端子１３１及び正極端子１４１は、例えば、アルミニウム、銅、鉄等の少なくとも１つを含む。
【００２８】
捲回構造体１１１下には、絶縁部材１６０が設けられている。絶縁部材１６０は、Ｚ方向において捲回構造体１１１に並ぶ。絶縁部材１６０は、開口１６０ｈを有する。捲回構造体１１１下において、絶縁部材１６０には、負極端子１３１の一部及び正極端子１４１の一部の少なくともいずれかが挿入されている。図２の例では、負極端子１３１及び正極端子１４１のそれぞれの一部が絶縁部材１６０に挿入されている。
【００２９】
本実施形態では、負極端子１３１及び正極端子１４１を総括的に「第１の電極端子」とする場合がある。但し、負極端子１３１及び正極端子１４１の双方が絶縁部材１６０に挿入された場合には、負極端子１３１を「第１の電極端子」、正極端子１４１を「第２の電極端子」とする。
【００３０】
電気化学デバイス１００のさらに詳しい構造について説明する。
図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態に係る電気化学デバイス１００の模式図である。
図３Ａには、電気化学デバイス１００の模式的な断面が示されている。
図３Ｂには、電気化学デバイス１００の模式的な底面が示されている。
【００３１】
図３Ａに示すように、電気化学デバイス１００において、負極端子１３１の一部、正極端子１４１の一部、捲回構造体１１１及び絶縁部材１６０は、収容ケース１２０内に収容されている。収容ケース１２０は、底部１２０ｂと、側壁部１２０ｗと、を有する。底部１２０ｂは、側壁部１２０ｗに繋がっている。底部１２０ｂは、例えば、円盤状になっている。側壁部１２０ｗは、筒状になっている。図３Ａの例では、側壁部１２０ｗは、例えば、円筒状になっている。収容ケース１２０は、例えば、アルミニウム等を含む。
【００３２】
絶縁部材１６０は、収容ケース１２０の底部１２０ｂと捲回構造体１１１との間に配置されている。絶縁部材１６０の材料は、例えば、ゴム等の弾性体である。絶縁部材１６０は、セラミック材とすることもできる。図３Ａの例では、絶縁部材１６０が収容ケース１２０の底部１２０ｂに接している。さらに、絶縁部材１６０は、捲回構造体１１１と離れている。捲回構造体１１１と捲回構造体１１１との間には電解液１２５が存在する。本実施形態においては、絶縁部材１６０が収容ケース１２０の底部１２０ｂと離れた構造も含まれる。さらに、絶縁部材１６０が捲回構造体１１１に接した構造も含まれる。
【００３３】
絶縁部材１６０は、下面（第１主面）１６０ｓａと、上面（第２主面）１６０ｓｂと、側周面１６０ｓｗと、を有する。下面１６０ｓａは、Ｚ軸方向において収容ケース１２０の底部１２０ｂに対向する。上面１６０ｓｂは、Ｚ軸方向において捲回構造体１１１に対向する。側周面１６０ｓｗは、下面１６０ｓａ及び上面１６０ｓｂに連なる。
【００３４】
側周面１６０ｓｗは、Ｘ軸方向またはＹ軸方向において収容ケース１２０の側壁部１２０ｗに対向する。側周面１６０ｓｗの少なくとも一部は、収容ケース１２０の側壁部１２０ｗに接している。図３Ａ、Ｂの例では、側周面１６０ｓｗの全周が収容ケース１２０の側壁部１２０ｗに接している。絶縁部材１６０の側周面１６０ｓｗは、収容ケース１２０の側壁部１２０ｗによって支持されている。本実施形態においては、側周面１６０ｓｗの一部が収容ケース１２０の側壁部１２０ｗから離れた構造も含まれる（後述）。
【００３５】
絶縁部材１６０は、開口１６０ｈを有する。開口１６０ｈは、Ｚ軸方向において捲回構造体１１１の側から収容ケース１２０の底部１２０ｂの側に貫通する。開口１６０ｈは、例えば、絶縁部材１６０の中心に設けられている。開口１６０ｈ内には、電解液１２５が充填されている。
【００３６】
負極端子１３１及び正極端子１４１の少なくともいずれかは、捲回構造体１１１から収容ケース１２０の底部１２０ｂに向かって延伸する。図３Ａの例では、負極端子１３１及び正極端子１４１の双方が捲回構造体１１１から延伸している。負極端子１３１の下端１３１ｄは、絶縁部材１６０に挿入されている。正極端子１４１の下端１４１ｄは、絶縁部材１６０に挿入されている。絶縁部材１６０の開口１６０ｈは、負極端子１３１の下端１３１ｄと、正極端子１４１の下端１４１ｄとの間に位置している。
【００３７】
電気化学デバイス１００は、蓋部１７０をさらに具備する。蓋部１７０は、捲回構造体１１１上に設けられている。蓋部１７０は、収容ケース１２０の底部１２０ｂとは反対側に設けられている。蓋部１７０は、Ｚ軸方向において、捲回構造体１１１に並ぶ。図３Ａの例では、Ｚ軸方向において絶縁部材１６０、捲回構造体１１１及び蓋部１７０が順に並んでいる。
【００３８】
蓋部１７０は、収容ケース１２０に嵌合されている。Ｚ軸方向において、蓋部１７０は、捲回構造体１１１と離れている。収容ケース１２０内には、電解液１２５が充填されている。蓋部１７０と捲回構造体１１１との間には電解液１２５が存在する。蓋部１７０と収容ケース１２０とにより、負極端子１３１の一部、正極端子１４１の一部、捲回構造体１１１、絶縁部材１６０及び電解液１２５が封止されている。負極１３０、正極１４０及びセパレータ１５０は、収容ケース１２０内において電解液１２５に浸漬されている。
【００３９】
負極端子１３１及び正極端子１４１は、捲回構造体１１１から蓋部１７０に向かって延伸している。負極端子１３１及び正極端子１４１は、捲回構造体１１１から蓋部１７０を介し収容ケース１２０の外側に延伸している。負極端子１３１及び正極端子１４１は、蓋部１７０に接する。負極端子１３１及び正極端子１４１は、蓋部１７０に支持されている。
【００４０】
図３Ｂに示すように、収容ケース１２０の底部１２０ｂには、溝部１２０ｓが形成されている。溝部１２０ｓは、「スリット」、「安全弁」と呼ばれる場合がある。溝部１２０ｓにおいて、底部１２０ｂの厚さは相対的に薄くなっている。Ｚ軸方向において、溝部１２０ｓは、絶縁部材１６０の開口１６０ｈと重なる。溝部１２０ｓは、例えば、絶縁部材１６０の開口１６０ｈ下に位置する。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る捲回構造体１１１の一部の拡大断面図である。
上述したように、捲回構造体１１１は、負極１３０、正極１４０及びセパレータ１５０を有する。負極１３０、セパレータ１５０及び正極１４０は、この順に積層されている。セパレータ１５０は、負極１３０と正極１４０との間に位置する。負極１３０は、セパレータ１５０を介して正極１４０に対向する。
【００４２】
負極１３０は、負極集電体１３２及び負極活物質層１３３を有する。負極活物質層１３３は、負極集電体１３２の主面１３２ｓに設けられている。負極集電体１３２には、上述した負極端子１３１が電気的に接続されている。負極活物質層１３３は、負極集電体１３２上に直接設けられてもよく、負極活物質層１３３と負極集電体１３２との間にカーボンブラック、黒鉛等の導電層が介在してもよい。
【００４３】
正極１４０は、正極集電体１４２及び正極活物質層１４３を有する。正極活物質層１４３は、正極集電体１４２の主面１４２ｓに設けられている。正極集電体１４２には、上述した正極端子１４１が電気的に接続されている。正極活物質層１４３は、正極集電体１４２上に直接設けられてもよく、正極活物質層１４３と正極集電体１４２との間に導電層が介在してもよい。
【００４４】
電気化学デバイス１００が電気二重層キャパシタとして利用される場合の各部材の具体例について説明する。
【００４５】
負極集電体１３２は、例えば、金属箔である。この金属箔は、例えば、アルミニウム箔である。金属箔には、複数の貫通孔が設けられてもよい。負極活物質層１３３は、電解質イオン（例えば、ＢＦ４−）を負極導電層の表面に吸着させ、電気二重層を形成させる材料を含む。例えば、負極活物質層１３３は、活物質を含む。活物質は、例えば、活性炭、ＰＡＳ（Polyacenic Semiconductor：ポリアセン系有機半導体）等の少なくともいずれかを含む。負極活物質層１３３は、上記の活物質、導電助剤（例えば、ケッチェンブラック）及び合成樹脂（例えば、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene））の混合物を圧延してシート状に形成し、それを裁断したものである。負極活物質層１３３は、負極活物質がバインダ樹脂と混合されたものでもよく、さらに導電助材を含んでもよい。
【００４６】
バインダ樹脂は、負極活物質を接合する合成樹脂であり、例えばカルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、カルボキシメチルセルロース、フッ素系ゴム、ポリビニリデンフルオライド、イソプレンゴム、ブタジエンゴム及びエチレンプロピレン系ゴム等を用いてもよい。
【００４７】
導電助剤は、導電性材料からなる粒子であり、負極活物質の間での導電性を向上させる。導電助剤は、例えば、アセチレンブラックや黒鉛、カーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、導電助剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。
【００４８】
正極集電体１４２の材料は、負極集電体１３２の材料と同じであってもよく、異なってもよい。正極活物質層１４３の材料は、負極活物質層１３３の材料と同じであってもよく、異なってもよい。
【００４９】
セパレータ１５０は、電解質イオンを透過させ、負極１３０と正極１４０とを絶縁するシート材である。セパレータ１５０は、ガラス繊維、セルロース繊維、プラスチック繊維等からなる多孔質シートとすることができる。
【００５０】
電解液１２５は、任意に選択することが可能である。例えば、カチオンとしては、リチウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、トリエチルメチルアンモニウムイオン、５−アゾニアスピロ［４．４］ノナンイオン、エチルメチルイミダゾリウムイオン等を含み、アニオンとしてはＢＦ４−（四フッ化ホウ酸イオン）、ＰＦ６−（六フッ化リン酸イオン）、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−（ＴＦＳＡイオン）等のアニオンを含み、溶媒としてはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、スルホラン、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、エチルイソプロピルスルホン等を含むものとすることができる。具体的には、５−アゾニアスピロ［４．４］ノナン−ＢＦ４やエチルメチルイミダゾリウム−ＢＦ４のプロピレンカーボネート溶液等を用いることができる。
【００５１】
絶縁部材１６０の材料は、例えば、スチレンとブタジエンとを共重合させたスチレン系ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム等の少なくともいずれかである。蓋部１７０の材料は、例えば、イソブチレンとイソプレンとを重合させたブチルゴム等である。
【００５２】
電気化学デバイス１００をリチウムイオンキャパシタに適用した場合、負極１３０の負極集電体１３２は、アルミニウム箔から、例えば、銅箔等の金属箔に置き換えられる。負極端子１３１の材料は、例えば、銅である。負極活物質層１３３に含まれる負極活物質は、電解液中のリチウムイオンを吸蔵可能な材料であり、例えば難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、グラファイトやソフトカーボン等の炭素系材料を用いることができる。
【００５３】
この場合、負極１３０のバインダ樹脂は、負極活物質を接合する合成樹脂であり、例えばカルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、カルボキシメチルセルロース、フッ素系ゴム、ポリビニリデンフルオライド、イソプレンゴム、ブタジエンゴム及びエチレンプロピレン系ゴム等を用いてもよい。
【００５４】
導電助剤は、導電性材料からなる粒子であり、負極活物質の間での導電性を向上させる。導電助剤は、例えば、アセチレンブラック、黒鉛やカーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、導電助剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。
【００５５】
［電気化学デバイスの作用］
図５Ａ、図５Ｂ及び図６は、本実施形態に係る電気化学デバイス１００の作用を説明する模式図である。
【００５６】
図５Ａに示すように、電気化学デバイス１００において、絶縁部材１６０は、捲回構造体１１１と、収容ケース１２０の底部１２０ｂと、の間に設けられている。負極端子１３１及び正極端子１４１は、捲回構造体１１１下において絶縁部材１６０に挿入されている。これにより、負極端子１３１及び正極端子１４１は、捲回構造体１１１下において絶縁部材１６０により強く支持される。
【００５７】
さらに、負極端子１３１及び正極端子１４１は、収容ケース１２０に嵌合された蓋部１７０を介して収容ケース１２０外に延伸している。これにより、負極端子１３１及び正極端子１４１は、捲回構造体１１１上において蓋部１７０により強く支持される。
【００５８】
このような構造によれば、Ｚ軸方向（縦方向）における振動（矢印Ｐ）に対しての耐振動性が向上する。
【００５９】
一方、絶縁部材１６０の側周面１６０ｓｗの少なくとも一部は、収容ケース１２０の側壁部１２０ｗに接している。蓋部１７０は、収容ケース１２０に嵌合されている。このような構造によれば、Ｙ軸方向（横方向）における振動（矢印Ｑ）に対しての耐振動性も向上する。さらに、Ｘ軸方向（横方向）における振動に対しての耐振動性も向上する。
【００６０】
また、図５Ｂに示すように、負極端子１３１及び正極端子１４１が捲回芯Ｃを挟み、負極端子１３１及び正極端子１４１がともに絶縁部材１６０に挿入された場合には、捲回芯Ｃを軸とする回動振動（矢印Ｒ）に対しての耐振動性も向上する。
【００６１】
さらに、絶縁部材１６０が弾性体の場合、縦方向及び横方向における振動、及び捲回芯Ｃを軸とする振動は、絶縁部材１６０によって吸収されやすい。これにより、電気化学デバイス１００の耐振動性はさらに向上する。
【００６２】
また、電気化学デバイス１００においては、内部圧力が増加しても、この内部圧力は、絶縁部材１６０の開口１６０ｈを経由し収容ケース１２０の底部１２０ｂにまで確実に伝導する。例えば、内部圧力が閾値を超えたとき、この内部圧力は、開口１６０ｈを経由し、安全弁である溝部１２０ｓを介して解放される。
【００６３】
さらに、図６に示すように、収容ケース１２０の底部１２０ｂが電気化学デバイス１００の内部圧力の影響で変形した場合、絶縁部材１６０の下面１６０ｓａと底部１２０ｂとが離れる場合がある。
【００６４】
このような場合であっても、絶縁部材１６０の側周面１６０ｓｗは、収容ケース１２０の側壁部１２０ｗによって支持されている。これにより、絶縁部材１６０は、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向においてずれ難くなっている。この結果、収容ケース１２０の底部１２０ｂが変形した後においても、電気化学デバイス１００は、耐振動性を有している。
【００６５】
［第１変形例］
図７Ａ及び図７Ｂは、本実施形態の第１変形例に係る電気化学デバイス１０１の模式図である。
図７Ａには、電気化学デバイス１０１の模式的な断面が示されている。
図７Ｂには、電気化学デバイス１０１の模式的な底面が示されている。
【００６６】
電気化学デバイス１０１において、絶縁部材１６１は、基体部１６１ｂと、環状部（第１環状部）１６１ｃａと、を有する。基体部１６１ｂは、Ｚ軸方向において捲回構造体１１１に対向している。基体部１６１ｂは、捲回構造体１１１と離れている。基体部１６１ｂは、Ｚ軸方向に貫通する開口１６１ｈを有する。環状部１６１ｃａは、基体部１６１ｂの外周から収容ケース１２０の底部１２０ｂに向かって延伸する。電気化学デバイス１０１を上から見た場合（上面視）、溝部１２０ｓは、環状部１６１ｃａに囲まれている。
【００６７】
このような構造によれば、基体部１６１ｂと底部１２０ｂとの間に隙間が形成される。この隙間には、電解液１２５が充填されている。これにより、絶縁部材１６１の基体部１６１ｂは、Ｚ軸方向においてより変形しやすくなっている。この結果、縦方向における振動は、基体部１６１ｂによって吸収されやすくなる。これにより、電気化学デバイス１０１の耐振動性はさらに向上する。
【００６８】
さらに、基体部１６１ｂと底部１２０ｂとの間に隙間が形成されたことから、溝部１２０ｓの位置と絶縁部材１６１と、はより干渉しにくくなっている。これにより、溝部１２０ｓの配置の自由度がより増加する。
【００６９】
さらに、負極端子１３１及び正極端子１４１が基体部１６１ｂ下に尽き抜けた場合でも、基体部１６１ｂと底部１２０ｂとの間に隙間が形成されているので、負極端子１３１及び正極端子１４１が収容ケース１２０に直接、接触しにくくなっている。これにより、負極端子１３１と正極端子１４１との電気的短絡が起きにくくなっている。
【００７０】
［第２変形例］
図８Ａ及び図８Ｂは、本実施形態の第２変形例に係る電気化学デバイス１０２の模式図である。
図８Ａには、電気化学デバイス１０２の模式的な断面が示されている。
図８Ｂには、電気化学デバイス１０２の模式的な底面が示されている。
【００７１】
電気化学デバイス１０２において、絶縁部材１６２は、基体部１６２ｂと、環状部１６２ｃａと、環状部（第２環状部）１６２ｃｂと、を有する。基体部１６２ｂは、Ｚ軸方向において捲回構造体１１１に対向している。図８Ａの例では、基体部１６２ｂは、捲回構造体１１１と離れている。基体部１６２ｂは、Ｚ軸方向に貫通する開口１６２ｈを有する。
【００７２】
環状部１６２ｃａは、基体部１６２ｂの外周から収容ケース１２０の底部１２０ｂの側に延伸する。環状部１６２ｃａは、溝部１２０ｓを囲んでいる。環状部１６２ｃｂは、基体部１６２ｂの外周から底部１２０ｂとは反対側に延伸している。環状部１６２ｃｂは、蓋部１７０に向かって延伸している。環状部１６２ｃｂの少なくとも一部は、捲回構造体１１１と収容ケース１２０の側壁部１２０ｗとの間に設けられている。
【００７３】
このような構造によれば、基体部１６２ｂと収容ケース１２０の底部１２０ｂとの間に隙間が形成される。この隙間には、流動性を持つ電解液１２５が充填されている。これにより、基体部１６２ｂは、Ｚ軸方向において変形しやすくなっている。この結果、縦方向における振動は、基体部１６２ｂによって吸収されやすくなる。また、溝部１２０ｓの配置の自由度も増加する。
【００７４】
さらに、環状部１６２ｃｂの少なくとも一部が捲回構造体１１１と側壁部１２０ｗとの間に設けられている。これにより、横方向における振動は、絶縁部材１６２によってより吸収されやすくなる。この結果、電気化学デバイス１０２の耐振動性はさらに向上する。
【００７５】
［第３変形例］
図９Ａ及び図９Ｂは、本実施形態の第３変形例に係る電気化学デバイス１０３Ａ、１０３Ｂの模式図である。
図９Ａ及び図９Ｂには、絶縁部材１６３Ａ、１６３Ｂの上面が示されている。
【００７６】
図９Ａに示すように、絶縁部材１６３Ａの平面形状は、３つ以上の角部を有する多角形になっている。例えば、絶縁部材１６３Ａの平面形状は、三角形である。この三角形の角部のそれぞれは、収容ケース１２０の側壁部１２０ｗに接している。また、図９Ｂに示すように、絶縁部材１６３Ｂの平面形状は、四角形である。この四角形の角部のそれぞれは、収容ケース１２０の側壁部１２０ｗに接している。絶縁部材１６３Ａは、開口１６３Ａｈを有する。絶縁部材１６３Ｂは、開口１６３Ｂｈを有する。
【００７７】
このように、絶縁部材の平面形状は、円状とは限らず、３つ以上の角部を有する多角形とすることができる。多角形の角部のそれぞれは、収容ケース１２０の側壁部１２０ｗに接している。これにより、電気化学デバイス１０３Ａ、１０３Ｂの耐振動性は、向上する。
【００７８】
［第４変形例］
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施形態の第４変形例に係る電気化学デバイス１０４Ａ、１０４Ｂの模式図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂには、絶縁部材１６０と負極端子１３１との接合部及び絶縁部材１６０と正極端子１４１との接合部が示されている。
【００７９】
図１０Ａに示すように、負極端子１３１の一部と絶縁部材１６０との間に、接着剤１５５が設けられている。さらに、正極端子１４１の一部と絶縁部材１６０との間に、接着剤１５５が設けられている。
【００８０】
また、図１０Ｂに示すように、負極端子１３１の先端部１３１ｔは、幅が広い楔状になり、この先端部１３１ｔが絶縁部材１６０に挿入されている。さらに、正極端子１４１の先端部１４１ｔは、幅が広い楔状になり、この先端部１４１ｔが絶縁部材１６０に挿入されている。
【００８１】
このような構造によれば、負極端子１３１及び正極端子１４１と、絶縁部材１６０と、は、強く結合する。これにより、負極端子１３１及び正極端子１４１は、さらに安定して絶縁部材１６０に支持される。その結果、電気化学デバイス１０４Ａ、１０４Ｂの耐振動性は、さらに向上する。
【００８２】
［第５変形例］
図１１は、本実施形態の第５変形例に係る電気化学デバイス１０５の模式的な断面図である。
電気化学デバイス１０５においては、捲回構造体１１１から収容ケース１２０の底部１２０ｂの側に突出した正極端子１４１の長さ１４１Ｌが捲回構造体１１１から底部１２０ｂの側に突出した負極端子１３１の長さ１３１Ｌよりも長くなっている。ここで、正極端子１４１の機械的強度は、負極端子１３１の機械的強度よりも弱い。機械的強度とは、例えば、曲げ試験で得られた曲げ強度または引っ張り試験で得られた引っ張り強度で定義される。または、正極端子１４１の幅を負極端子１３１の幅よりも広くすることもできる。
【００８３】
このような構造であれば、相対的に機会的強度が弱い正極端子１４１が絶縁部材１６０に確実に支持される。これにより、電気化学デバイス１０５の耐振動性は、向上する。
【００８４】
負極端子１３１の機械的強度が正極端子１４１の機械的強度よりも弱い場合には、負極端子１３１の長さ１３１Ｌは、正極端子１４１の長さ１４１Ｌよりも長くすることができる。または、負極端子１３１の幅を正極端子１４１の幅よりも広くすることもできる。
【実施例】
【００８５】
負極集電体１３２、正極集電体１４２として、厚さが２０μｍ（マイクロメータ）のアルミニウム箔を用いた。負極活物質層１３３と負極集電体１３２との間及び正極活物質層１４３と正極集電体１４２との間には、厚さが５μｍのアンダーコート層を介在させた。負極活物質層１３３、正極活物質層１４３の膜厚は、７０μｍである。
【００８６】
活物質として、活性炭を用いた。導電助剤として、アセチレンブラックを用いた。バインダとして、カルボキシメチルセルロース及びスチレンブタジエンゴムを用いた。活物質、導電助剤及びバインダを含むスラリを、負極集電体１３２または正極集電体１４２に塗布して、シート状の分極性電極を作製した。
【００８７】
セパレータ１５０の材料は、セルロース系である。セパレータ１５０の厚さは、３５μｍである。電解液としては、ＳＢＰ（５−アゾニアスピロ[４．４]ノナン）・ＢＦ４（テトラフルホロボラート）をＰＣ（プロピレンカーボネート）／ＤＭＣ（ジメチルカーボネート）溶媒に溶解させたものを用いた。電解液の濃度は、１．５ｍｏｌ／Ｌである。蓋部１７０の材料として、ブチルゴム（硬度ＨＳ値：８０（IS K6253））を用いた。収容ケース１２０の材料として、アルミニウムを用いた。
【００８８】
製造プロセスは、以下である。
例えば、帯状の負極集電体１３２と正極集電体１４２との間にセパレータを介在させ、これらを直径３ｍｍの捲回芯Ｃに巻きつけ、同心円状で捲回型の蓄電素子１１０を作製した。負極集電体１３２及び正極集電体１４２のそれぞれの幅は、９ｍｍであり、長さは、１１０ｍｍである。セパレータ１５０の幅は、１１ｍｍであり、長さは、１２０ｍｍである。
【００８９】
負極端子１３１は、負極１３０の側縁部に負極集電体１３２が露出した部分を設けて、この部分に針かしめによって、負極集電体１３２に接続された。正極端子１４１は、正極１４０の側縁部に正極集電体１４２が露出した部分を設けて、この部分に針かしめによって正極集電体１４２に接続された。捲回した蓄電素子１１０は、ポリイミドテープで留めて捲回構造が維持された。蓄電素子１１０は、１８０℃で２４時間、真空乾燥した。
【００９０】
収容ケース１２０（直径１０ｍｍ×長さ２０ｍｍ）内に、絶縁部材１６０を配置した。さらに、収容ケース１２０内に蓄電素子１１０を入れ、電解液を収容ケース１２０に注液した。この後、蓋部１７０で収容ケース１２０を閉じて、電気化学デバイス１００を作製した。収容ケース１２０内では、負極端子１３１及び正極端子１４１が絶縁部材１６０内に挿入されている。そして、電気化学デバイス１００に対して、JIS C60068-2-27規格に準じる振動試験を実施した。
【００９１】
比較例として、絶縁部材１６０を持たない電気化学デバイスを準備した。振動試験後、比較例では、収容ケース内で収容ケースと蓄電素子との相対的な位置ずれが起きた。これに対して、電気化学デバイス１００では、振動試験後、蓄電素子１１０と収容ケース１２０との相対的な位置ずれが起きなかった。
【符号の説明】
【００９２】
１００、１０１、１０２、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０４Ａ、１０４Ｂ、１０５…電気化学デバイス
１１０…蓄電素子
１１１…捲回構造体
１２０…収容ケース
１２０ｂ…底部
１２０ｓ…溝部
１２０ｗ…側壁部
１２５…電解液
１３０…負極
１３１…負極端子
１３１ｄ…下端
１３２…負極集電体
１３２ｓ…主面
１３３…負極活物質層
１４０…正極
１４１…正極端子
１４１ｄ…下端
１４２…正極集電体
１４２ｓ…主面
１４３…正極活物質層
１５０…セパレータ
１６０、１６１、１６２、１６３Ａ、１６３Ｂ…絶縁部材
１６０ｓａ…下面
１６０ｓｂ…上面
１６０ｓｗ…側周面
１６０ｈ、１６１ｈ、１６２ｈ、１６３Ａｈ、１６３Ｂｈ…開口
１６１ｂ、１６２ｂ…基体部
１６１ｃａ、１６２ｃａ、１６２ｃｂ…環状部
１７０…蓋部
Ｃ…捲回芯
【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】
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【図７】
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【図８】
2017220468.tif 000010
【図９】
2017220468.tif 000011
【図１０】
2017220468.tif 000012
【図１１】
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