JP2009093824A

JP2009093824A - 蓄電デバイス

Info

Publication number: JP2009093824A
Application number: JP2007260809A
Authority: JP
Inventors: Osamu Mizuno; 修水野; Taku Kamimura; 卓上村; Katsuji Emura; 勝治江村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2009-04-30

Abstract

【課題】部品点数を抑制し、厚みを薄くすることができる蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】正極７および負極３を持つ蓄電部本体１と、その蓄電部本体を封止する絶縁封止フィルム２とを備え、絶縁封止フィルムは、正極に電気的に接続する１つまたは２つ以上の正極導電領域１２ｂと、負極に電気的に接続する１つまたは２つ以上の負極導電領域１２ａとを有し、正極導電領域および負極導電領域は、いずれも、絶縁封止フィルムを貫通するように両面に露出し、正極導電領域と負極導電領域との間には短絡箇所がないことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電デバイスに関し、より具体的には、簡単なパッケージ構造により薄型化が容易な蓄電デバイスに関するものである。

携帯電話、デジタルカメラ等のデジタル関連製品、ＩＣカードなどが携行されるユビキタス時代にあって、電池などの蓄電デバイスには、常に軽量化、小型化または高エネルギー密度化が求められている。薄型化、小型化などの推進は、タブリードなどにおける短絡発生のおそれを高めるが、そのための方策も並行してなされている。たとえば可撓性薄型電池において、密封パッケージに収容された電池本体の正負極に接触する集電層と、外部との電気的コンタクトを、タブを用いずに、絶縁シール開口部を通して実現する方策が開示されている（特許文献１）。これによれば、絶縁シールのタブ突出部付近の絶縁性能劣化や、製造工程の複雑化を避けることができる。

また、密封型電池の電池本体の正負極からのタブリードを、短絡を生じないように、タブリードが突き出る融着樹脂シール部を、凸状段差状に設けた構造が提案されている（特許文献２）。この構造により、タブリードと金属箔芯材を含む融着樹脂シールの樹脂層の厚みを十分とることができ、短絡を防止することができる。また、短絡の防止を目的として、扁平型電池のシール部材を、金属箔と熱融着性樹脂とを含む積層フィルムで構成して、タブリードが突き出るシール部では、上記積層フィルムで上下から挟む構造が提案されている（特許文献３）。この構成によっても短絡は防止される。
特表２００５−５０４４１０号公報特開２００１−２９７７３８号公報特開２００２−１５１０２３号公報

上記の密封パッケージにあけた開口部を通して外部と導通をはかる電池（特許文献１）では、正負極に接する金属箔などが必要であり、厚みを実質的に薄くすることが困難である。また、構成部材数が多くなり、組立工程数も多くなり、製造コスト増につながる。また、タブリードを用いる上記二つの発明（特許文献２および３）でも、部材数および組立工程数が多くなり製造コスト増につながる点では同じであり、さらにシール部形成材料の厚み、凸状段差または積層フィルムによって、厚みがその分厚くなることは避けられない。

本発明は、部品点数を抑制し、厚みを薄くすることができる蓄電デバイスを提供することを目的とする。

本発明の蓄電デバイスは、正極および負極を持つ蓄電部本体と、その蓄電部本体を封止する絶縁封止フィルムとを備える。この蓄電デバイスでは、絶縁封止フィルムは、正極に電気的に接続する１つまたは２つ以上の正極導電領域と、負極に電気的に接続する１つまたは２つ以上の負極導電領域とを有し、正極導電領域および負極導電領域は、いずれも、絶縁封止フィルムを貫通するように両面に露出し、正極導電領域と負極導電領域との間には短絡箇所がないことを特徴とする。

上記の構成により、付加的なタブ引き出し構造を形成することなく、非短絡状態を確保しながら、正極および負極を、外部接続配線部の所定箇所に、簡単に電気的に接続することができる。すなわち、絶縁封止フィルムへの開口部および金属箔の配設、タブリードシール部の厚い樹脂層の配設、（金属層／樹脂層）の積層フィルムの使用などをしないで、外部接続配線部の正極配線箇所に正極導電領域を、また負極配線箇所に負極導電領域を、それぞれ簡単に導通させることができる。この結果、厚みを薄くしながら、部品点数を抑制し、製造コストを低減することができる。また、絶縁封止フィルムの貫通する正負導電領域を設けているので、簡単な接続構造となるため短絡の発生を防止することができる。ここで、蓄電デバイスは、広くは、一般に蓄電池の範疇に属するものに限定されず、電気二重層キャパシタのような蓄電システムなども含むものである。

上記の蓄電部本体は積層体から構成され、該積層体の上下両面の一方に正極が、また他方に負極が位置することができる。これにより、正極導電領域と負極導電領域を持つ絶縁性樹脂フィルムを用いて、蓄電部本体を封止しながら正極および負極を、各別に、絶縁封止フィルムの外面に露出する正極導電領域および負極導電領域にそれぞれ、導通させることができる。

上記の絶縁封止フィルムがＰＰＳフィルムであり、正極導電領域および負極導電領域を、ＰＰＳフィルムに導電処理が施された領域とすることができる。これによれば、ＰＰＳは他の材料ときわめて反応しにくい絶縁材料であるため、安定した封止をすることができる。

上記の絶縁封止フィルムは帯状に延びる複数の帯状導電領域を有し、その複数の帯状導電領域の中に、１つまたは２つ以上の正極導電領域と、１つまたは２つ以上の負極導電領域とが含まれるのがよい。これによって、予め絶縁封止フィルムの所定の帯状導電領域パターンを形成しておき、上記の蓄電デバイスの封止に用いることができるので、導電領域付き絶縁封止フィルムを安価に製造することが可能となる。

上記の絶縁封止フィルムでは、前記導電領域の中に、正極導電領域および負極導電領域のどちらにも電気的に導通しない１つまたは２つ以上の非接続導電領域が含まれてもよい。これにより、サイズが多種類の蓄電デバイスに対して、種類ごとに導電領域パターンの異なる絶縁封止フィルムを準備する必要がなくなる。すなわち、正極と導通する正極導電領域と、負極と導通する負極導電領域とが短絡しないようにしさえすれば、導電領域がどのように配置されていてもよいので、上記の非接続導電領域の存在を認めることにより、１つの種類の導電領域パターンの絶縁封止フィルムを用いて、複数のサイズ種類の蓄電デバイスの封止をすることができる。この結果、多数種類の導電領域パターンの絶縁封止フィルムを準備しておく必要がなくなり、製造コスト低減を得ることができる。

上記の正極導電領域または負極導電領域にそれぞれ電気的に接続して、絶縁封止フィルムの蓄電部本体側の面に、正極側金属膜または負極側金属膜を備えることができる。これによって蓄電部本体の電極からの集電をより確実に多くとることができる。なお、正極側金属膜および負極側金属膜はいずれも、正極導電領域および負極導電領域の一部なので、当然、相互に短絡する箇所を持たない。

上記のいずれかの蓄電デバイスにおける蓄電部本体が絶縁封止フィルムで封止されたものを単位蓄電体として、その単位蓄電体が、複数、積層され、各単位蓄電体の正極導電領域を共通に導通する共通正極と、各単位蓄電体の負極導電領域を共通に導通する共通負極とを備える構造をとることができる。これによって、大きな容量の蓄電デバイスを小型化（コンパクト化）することができる。

上記の蓄電デバイスを電池とすることができる。これによって、部品点数を抑制した安価な薄型電池を得ることができる。電池は、リチウムイオン二次電池、リチウム一次電池、電気二重層キャパシタなどであってよい。

本発明の蓄電デバイスによれば、部品点数を抑制し、厚みを薄くすることができる。

（実施の形態１−本発明のポイント−）
図１は、本発明の実施の形態１における蓄電デバイス１０を示す断面図である。また、図２は、図１に示す蓄電デバイス１０の平面図である。図１において、蓄電デバイスの蓄電部本体１は、負極３と、正極７と、負極と正極とに挟まれる電解質５とで構成される。蓄電部本体１を封止する絶縁封止フィルム２は、ＰＰＳからなる絶縁領域１２と、正極７と接触して導通する正極導電領域１２ｂと、負極３と接触して導通する負極導電領域１２ａとを備える。正極導電領域１２ｂおよび負極導電領域１２ａは、絶縁封止フィルム２を貫通しており、表裏面に露出している。このため、正負極導電領域１２ｂ，１２ａの表面側に配線を設けることにより、部品点数を増やすことなく簡単に外部の回路に配線をすることが可能になる。このため薄型化を容易に実現することができる。

上記の絶縁封止フィルム２は、ＰＰＳフィルムを用いることが、たとえば負極３にリチウムまたはリチウム合金を用いた場合に、反応性がないことから好ましい。しかし、ＰＰＳフィルムに限定されず、絶縁性および可撓性があれば、蓄電デバイス１０の本体１を構成する正極７、負極３などに応じて、適切な材料のフィルムを用いてよい。絶縁封止フィルム２の封止端部１２ｓでは、ＰＰＳのように熱可塑性樹脂の場合は、加熱して融着するか、または超音波をかけて接合（融着）することができる。接着剤を用いて接着してもよい。図１および図２から分かるように、本実施の形態における蓄電デバイス１０の封止構造は非常に簡単であり、絶縁封止フィルム２を貫通する導電領域１２ａ，１２ｂを設ける以外に、部材を付加することなく、封止と、外部回路への正負極の配線を可能にする。

絶縁封止フィルム２は、１原反（ロール）単位または１シート単位で供給されるのがよい。図２に示すような絶縁封止フィルム２の中の導電領域１２ａ，１２ｂの配置の場合には、原反または１シートにおいて、導電領域１２ａ，１２ｂは、図３に示すように幅の中央部に限定されて設けられるのがよい。図３に示す絶縁封止フィルム２を適当な裁断箇所で裁断して用いることにより、蓄電デバイス１０の四周の封止を、別部材を用いることなく、簡単な構造で実現することができる。また、その封止処理作業も簡単に行うことができ、製造コストを低減することができる。

図４は、絶縁封止フィルム２の導電領域１２ａ，１２ｂを拡大した部分断面斜視図である。導電領域１２ａ，１２ｂの形成は、絶縁フィルムたとえばＰＰＳフィルムに、カーボンフィラや金属粒子などの導電粒子Ｐを混ぜ込むことにより実現される。絶縁フィルムまたはＰＰＳフィルムの厚みは、用いる蓄電デバイス本体１のサイズや仕様に応じてとくに限定しないが、５μｍ〜４０μｍ程度がよく、とくに薄型リチウム電池の場合には、２０μｍ程度が比較的よく用いられる。原反または１シートの絶縁封止フィルムの所定領域を加熱して溶融状態にして、上記の導電粒子Ｐを機械的に混ぜ込むことができる。または、予め決められた導電領域１２ａ，１２ｂに合わせたサイズの導電領域のみのシートを形成しておき、導電領域対応箇所が穴あきの絶縁領域を形成する絶縁フィルム１２と、熱圧着してもよい。また、絶縁封止フィルム２を形成する際に、導電領域対応箇所が穴あきの絶縁フィルム１２を用いて、局部的な場所（導電領域１２ａ，１２ｂ）にだけ射出して、全体の絶縁封止フィルム２を形成してもよい。

図１に示す蓄電デバイス１０の絶縁封止フィルム２の内側（蓄電部本体側）の面に、各導電領域１２ａ（１２ｂ）ごとに、その導電領域を含みながらまたは一部重複しながら、めっきまたは蒸着プロセスによって、図示していない金属膜（正極側金属膜または負極側金属膜）を設けてもよい。正極側金属膜または負極側金属膜を、上記の絶縁封止フィルム２と蓄電部本体１の電極との間に、広い面積で介在させることによって、集電能力を向上させることができる。

封止作業の際は、絶縁封止フィルム２の一辺のみを開けて、他の３辺を融着または接着しておき、上記開けた一辺から蓄電部本体１を装入し、真空引きしながら、その開いた一辺を融着して封止するのがよい。最後の一辺の封止の融着には、加熱して融着するかまたは超音波接合をするのがよい。電解質５には、固体電解質、電解液、イオン性液体などを用い、電解液やイオン性液体の場合には、アルミニウム缶などを用いて密閉したものを用いるのがよい。

（変形例１）
図５は、実施の形態１の図１に示す蓄電デバイスの変形例１（本発明例）を示す斜視図である。変形例１では、封止のための融着箇所または接着箇所１２ｓは四周にわたらず、折り返し湾曲部１２ｗによって代用している箇所があることに特徴がある。変形例１の絶縁封止フィルム２では、封止前の状態において、２つの導電領域１２ａ，１２ｂの間隔は、蓄電デバイス本体の大きさに応じて広く設定する。

変形例１の絶縁封止フィルム２を用いることによって、封止作業が簡略化され、製造コストを低減することができる。また、図１および図２の蓄電デバイス１０についても該当することであるが、封止作業の際には、蓄電デバイス本体１を装入する一辺のみ融着（接着）しないであけておいて、他の３辺を融着（接着）１２ｓまたは連続の折り返し湾曲部１２ｗとした袋状にしたものを用いるのが、作業能率を高める上で好ましい。この場合、蓄電デバイス本体１の最終的な位置に正確に収まるように、蓄電デバイス本体１をガイドする枠状の凹凸などを袋の内部に設けるのがよい。

（変形例２）
図６は、実施の形態１の図１に示す蓄電デバイスの変形例２（本発明例）を示す平面図である。また、図７は、図６に示す蓄電デバイス１０から側端封止フィルム１２ｅを除いたあとの部分の斜視図である。変形例２では、１シートまたは原反の状態において、導電領域１２ａ，１２ｂが帯状に、１シートまたは原反の幅一杯に形成されており、これを用いた場合、図７に示すように、側端部が露出するので、これを封止するために、側端封止フィルム１２ｅを用いている点に特徴がある。

図１に示す絶縁封止フィルム２の製造では、絶縁フィルム１２に穴あけを行って、そのあとに導電領域１２ａ，１２ｂに対応する導電フィルムを射出または融着させる工程を要する。これに比べて、図６および図７に示す、側端封止フィルム１２ｅを除いた絶縁封止フィルム２の製造では、絶縁フィルム１２の全幅と、導電領域１２ａ，１２ｂの全幅とを融着する。このため、絶縁封止フィルム２の製造コストを低下させることができる。その代わり、側端フィルム１２ｅを用いることになる。

（変形例３）
図８は、実施の形態１の図１に示す蓄電デバイスの変形例３（本発明例）を示す断面図である。変形例１では、導電領域が、正負極導電領域１２ｂ，１２ａに限定されず、融着箇所にいずれの電極とも導通状態にない非接続領域１２ｎがあることに特徴を有する。非接続領域１２ｎはあっても、正負極と導通していなければ、蓄電デバイス１０の機能に影響しない。端部に現れる導電領域１２ｎの存在が好ましくない場合には、非接続導電領域１２ｎを被覆する端部絶縁フィルム１２ｐを用いるのがよい。

上記の非接続領域１２ｎが生じるのは、次のような場合である。たとえば図９に示すように、小サイズの蓄電デバイス本体に対応した絶縁封止フィルム２があって、導電領域１２ａ，１２ｂのピッチが小さいとき、その小サイズ用の絶縁封止フィルム２を大きなサイズの蓄電デバイス本体に用いる場合がそうである。多くのサイズの種類がある蓄電デバイス本体ごとに、導電領域配置パターンが異なる絶縁封止フィルム２を製造して保有しておくことは、在庫コスト等が増加して好ましくない。このため、複数の種類の蓄電デバイス本体に、共通の１種類の絶縁封止フィルム２を用いる場合、図８に示すような非接続領域１２ｎが現れる。

（変形例４）
図１０は、実施の形態１の図１に示す蓄電デバイスの変形例４（本発明例）を示す断面図である。変形例４では、正極導電領域１２ｂの範囲が広がり、図１０の断面において、全幅にわたって位置している。このような絶縁封止フィルム２の構成であっても、正極導電領域１２ｂは、負極導電領域１２ａと短絡することはないので、問題なく封止を実現することができる。

図１０に示す構成の絶縁封止フィルム２が用いられる場合は、たとえば、蓄電デバイス１０を収納する収納装置に、正極導電領域１２ｂに接触する接続端子が大きく設けられるような場合が考えられる。しかし、このような場合以外にも、変形例４に示す構成の蓄電デバイス１０は使用されてよい。

（変形例５）
図１１は、ボタン電池用の絶縁封止フィルム２を示す平面図である。円形の導電領域１２ａ，１２ｂの周りに、同心円状の切り取り線１２ｋを設けることが望ましい。変形例５によれば、ボタン電池の封止を簡単に行うことができる。

上記の実施の形態１およびその変形例１〜５では、蓄電デバイス１０は、一次電池、二次電池、電気二重層キャパシタなど何でもよい。一次電池、二次電池の場合、全固体電池であってもよいし、電解液やイオン液体などどのような電解質を用いたものであってもよい。次に示す実施の形態２〜５では、具体的な電池等に用いた例を説明する。ただし、実施の形態６では再び、実施の形態１と同様に一般的な蓄電デバイスに対象を広げた実施の形態について説明する。

（実施の形態２−全固体リチウム電池−）
本発明の実施の形態２は、図１の蓄電デバイス１０が全固体リチウム電池である場合である。正極７の上に、固体の電解質５が位置し、その電解質５の上に負極３が位置する。固体の電解質５は、たとえば薄膜の硫化物電解質により形成することができ、また負極３はリチウムによって形成することができる。硫化物の電解質５としては、Ｐ_２Ｓ_５−Ｌｉ_２Ｓ等を用いるのがよい。硫化物の電解質５は、レーザアブレーション法すなわちＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法、もしくは真空蒸着法にて形成するのがよい。Ｌｉ_２Ｓを載せたカーボンボートおよびＰ_２Ｓ_５を載せたカーボンボートに、電流を流すことによりＬｉ_２ＳおよびＰ_２Ｓ_５を蒸発させる。これら蒸発源の近くには水晶振動子が配置されており、周波数変化により蒸発レートをモニターし、電流をフィードバック制御することで、Ｌｉ_２ＳとＰ_２Ｓ_５とのモル濃度比（Ｌｉ_２Ｓ／Ｐ_２Ｓ_５）が３となるようにするのがよい。上記の硫化物系固体電解質は酸素を含有するものであってもよい。また硫化物系固体電解質ではなく、Ｌｉ−Ｐ−Ｏ−Ｎ系で構成してもよい。

その後、負極３のリチウムを真空蒸着して、全固体薄膜の電池本体部１を完成する。負極３には、リチウムの代わりに、リチウム合金Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｍｎ−Ａｌなどであってもよい。次いで、上述の絶縁封止フィルム２を用いて封止して、導電領域１２ａ，１２ｂをタブリードとした全固体電池１０を完成する。

（実施の形態３−液体電解質リチウム電池−）
本発明の実施の形態３は、図１の蓄電デバイス１０の電解質に電解液を用いる。すなわち電解質５が液体であり、図示していないセパレータが必要になる点で全固体リチウム電池と相違する。本実施の形態における液体電解質リチウム電池は、基本的な構成は図１と同じなので、図１を用いて説明する。電解質５を構成する電解液には、有機溶媒（非水溶媒）に溶解させた電解質を用いる。電解液用に使用できる非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、１，３−ジオキソランなどの公知の有機溶媒を、１種類または２種類以上組み合わせて用いることができる。これに、０．５〜２Ｍ程度のＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＡｓＦ_６など公知の電解質を溶解して電解液とすることができる。また、上記の電解液の代わりにイオン性液体（常温溶融塩または低温溶融塩）を用いてもよく、ピリジニウム塩などのオニウム塩など、この範疇に入る電解質であれば何でもよい。

上記の電解液またはイオン性液体を、間隔をあけて位置する正極７および負極３の間に、漏れが生じないように絶縁コートした缶などを用い、上記のセパレータを配置しながら装着する。正極７には各種の周知の正極用材料を用い、負極４には、リチウム、炭素材料など公知のものを用いることができる。また、セパレータには、たとえばポリオレフィン系樹脂の不織布や多孔質フィルムなどを使用することができる。

（実施の形態４−固体形リチウムイオン電池−）
本発明の実施の形態４は、図１の蓄電デバイス１０が固体形リチウムイオン電池である場合である。固体形リチウムイオン電池１０では、図１に示す電解質５に、固体電解質タイプのイオン伝導体を用いる。このようなイオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキサイド（ポリエチレングリコール）およびその誘導体、またはその共重合体などの高分子に、リチウムイオン塩を溶解もしくは分散したものを用いることができる。すなわち、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリエーテル化合物の架橋体高分子、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリル等の高分子化合物に、リチウム塩、またはリチウムを主体とするアルカリ金属塩を複合させた系、またはこれに炭酸プロピレン、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン等の高い誘電率を持つ有機化合物を配合した系を用いることができる。このタイプのリチウム電池には、セパレータは不要である。

（実施の形態５−電気二重層キャパシタ−）
図１２は、本発明の実施の形態５における蓄電デバイスである電気二重層キャパシタ１０を説明するための断面図である。正極７の側の電解液５と負極３の側の電解液５とを分けるようにセパレータ１９が配置される。正負極３，７と、電解液５と、セパレータ１９とにより電気二重層キャパシタ１０は構成される。正極７および負極３には、たとえば活性炭のカーボンブラックと、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）などのバインダを混練したものを用いるのがよい。正極７では活性炭の表面は正電荷が現れ、正極の活性炭に接する電解液を分極して対をなすように負に帯電する。負極３では、その逆に帯電させる。電気二重層キャパシタ１０は、電気を電気のまま蓄えるものとして、最近とくに電気自動車に関連して注目を集めている蓄電デバイスである。

図１２に示す絶縁封止フィルム２を用いることにより、とくにタブリードなど用いることなく外部端子に接続を簡単にとることができる。このため、小型化または薄型化を安価に実現することができる。

（実施の形態６−実施の形態１の蓄電デバイスの積層体−）
図１３は、本発明の実施の形態６における蓄電デバイス５０を示す模式図である。実施の形態６では、図１に示す蓄電デバイス１０を２つ以上積層し、その２以上の正極導電領域１２ｂ同士を共通にする正極端子５０ｂを備える。負極導電領域１２ａ同士を共通に導通する負極端子５０ａも同様に設ける。このような、蓄電デバイス５０によれば、全体のサイズを小さくし、とくに薄型化して、安価に蓄電容量を増大させることができる。蓄電デバイス１０は、上述の実施の形態２〜５のいずれのものでもよいし、その他の蓄電デバイスであってもよい。

次に実施例を用いて本発明について説明する。本実施例の蓄電デバイス１０は、絶縁封止フィルム２に位置する正極導電領域１２ｂおよび負極導電領域１２ａが当該絶縁封止フィルム２を貫通する点では、これまで説明した実施の形態と共通する。しかし、積層された蓄電部本体に対して一方の面側にのみ、正極導電領域１２ｂおよび負極導電領域１２ａの両方が位置する点で、上記実施の形態における蓄電デバイスと異なるタイプの蓄電デバイス１０である。このタイプの蓄電デバイスも、本発明の中に普通に含まれる。図１４〜図１８は、本実施例の蓄電デバイス１０の製造工程を示す図である。まず、図１４において、厚み２００μｍ、長さ７０ｍｍ、幅５０ｍｍの絶縁封止フィルムにＰＰＳを用いる。ＰＰＳフィルムに対して、片側約１０ｍｍずつ、両側合計で約２０ｍｍの長さ範囲に、カーボンファイバ（繊維系７μｍ、平均長さ５０ｍｍ）を混ぜ導電処理を施したものを基材（絶縁封止フィルム）２に用いる。導電処理された一方の導電領域は正極導電領域１２ｂであり、他方の導電領域は負極導電領域１２ａである。

図１５に示すように、この基材２上に長さ４０ｍｍ、幅３０ｍｍの正極７を形成する塗工を施す。正極７は、粒径１０μｍのＬｉＣｏＯ₂（日本化学工業株式会社製）９２部、アセチレンブラック（電気化学工業株式会社製）３部、ＰＶｄＦ（株式会社クレハ製）５部の配合にてスクリーン印刷により塗工し、基材２も含めた全厚み８０μｍとなるように圧延する。次に、図１６に示すように、その上よりＰＬＤ法によりＬｉ₂Ｓ−Ｐ₂Ｓ₅の硫化物固体電解質層５を厚み１０μｍにて長さ５０ｍｍ、幅４０ｍｍにて成膜する。次いで、その上より、図１７に示すように、負極３として蒸着法によりＬｉを厚み１０μｍ、長さ５０ｍｍ、幅４０ｍｍにて成膜する。この結果、図１７において、正極７は基材２の左側の導電領域１２ｂにかかるように、また負極３は基材２の右側の導電領域１２ａにかかるように、それぞれ配置される。上記の製造工程を経て出来たものを、図１８に示すように、上より基材２と同じ大きさで、導電処理していない厚み２５μｍのＰＰＳフィルム３１で覆い、四隅に超音波溶着部３３を設けてリチウムニ次電池１０を完成させる。

上記の蓄電デバイス１０の構造によれば、最も厚みが厚くなる中央部の（基材２／正極７／固体電解質５／負極３／ＰＰＳフィルム３１）が重なる部分で、名目厚み３２５μｍ（０．３２５ｍｍ）であり、きわめて薄い。これは、これまで繰り返し説明してきたように、上記基材の構成によって、付加的なタブ引き出し構造を形成することなく、非短絡状態を確保しながら、正極および負極を、外部接続配線部の所定箇所に、簡単に電気的に接続することができるから実現されることである。この結果、厚みを薄くしながら、部品点数を抑制し、製造コストを低減することができる。また、絶縁封止フィルムの貫通する正負導電領域を設けているので、簡単な接続構造となるため短絡の発生を防止することができる。

上記の実施の形態においては、正負極を含む蓄電部本体の製造方法については、一部の実施の形態において、気相法（レーザアブレーション法）で製造することを説明した。しかし、蓄電部本体の製造方法は気相法に限定されず、粉末焼結法などを用いて製造してもよい。また、負極にリチウムまたはリチウム合金を用いる例を説明したが、負極はリチウムまたはリチウム合金でなくてもよい。そして、絶縁封止フィルムの絶縁領域または絶縁フィルムには、ＰＰＳフィルムを用いる例について説明したが、正負極材料に対して反応不活性であれば、どのような絶縁可撓性樹脂材料を用いてもよい。また、絶縁封止フィルムの製造方法については、上記の導電領域を設けることができれば、例示した製造方法に限定されず、任意の製造方法で製造してもよい。

上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の蓄電デバイスによれば、部品点数を抑制して薄型の製品を得ることができるので、多くのユビキタス電子装置に有用である。また、空間利用効率および軽量化を重視する自動車関連の蓄電デバイスにも有用である。

本発明の実施の形態１における蓄電デバイスを示す断面図である。図１の蓄電デバイスの平面図である。図１の蓄電デバイスの絶縁封止フィルムを示す図である。絶縁封止フィルムの製造方法を説明するための図である。実施の形態１の変形例１（本発明例）を示す図である。実施の形態１の変形例２（本発明例）を示す図である。図６の絶縁封止フィルムを説明するための図である。実施の形態１の変形例３（本発明例）を示す図である。図８の絶縁封止フィルムを説明するための図である。実施の形態１の変形例４（本発明例）を示す図である。実施の形態１の変形例５（本発明例）の絶縁封止フィルムを示す図である。本発明の実施の形態５における電気二重層キャパシタを示す断面図である。本発明の実施の形態６における積層形蓄電デバイスを示す模式図である。本発明の実施例における基材を示す平面図である。図１４の基材上に正極を形成した状態を示す図である。図１５の正極上に硫化物固体電解質を形成した状態を示す図である。図１６の硫化物固体電解質上に負極を形成した状態を示す図である。図１７の基材／正極／硫化物固体電解質層／負極をＰＰＳフィルムで被覆し、固定した状態を示す図である。

符号の説明

１蓄電部本体、２絶縁封止フィルム、３負極、５電解質、７正極、１０蓄電デバイス、１２絶縁フィルム、１２ａ負極導電領域、１２ｂ正極導電領域、１２ｅ側端部、１２ｋ切り取り線、１２ｎ非接続領域、１２ｐ端部、１２ｓ端部封止部、１２ｗ折り返し湾曲部、１９セパレータ、３１ＰＰＳフィルム、３３溶着部、Ｐ導電粒子。

Claims

正極および負極を持つ蓄電部本体と、その蓄電部本体を封止する絶縁封止フィルムとを備える蓄電デバイスであって、
前記絶縁封止フィルムは、前記正極に電気的に接続する１つまたは２つ以上の正極導電領域と、前記負極に電気的に接続する１つまたは２つ以上の負極導電領域とを有し、
前記正極導電領域および負極導電領域は、いずれも、前記絶縁封止フィルムを貫通するように両面に露出し、
前記正極導電領域と前記前記負極導電領域との間に、短絡箇所がないことを特徴とする、蓄電デバイス。
前記蓄電部本体は積層体から構成され、該積層体の上下両面の一方に前記正極が、また他方に前記負極が位置することを特徴とする、請求項１に記載の蓄電デバイス。
前記絶縁封止フィルムがＰＰＳ(polyphenylene sulfide)フィルムであり、前記正極導電領域および負極導電領域が、前記ＰＰＳフィルムに導電処理が施された領域であることを特徴とする、請求項１または２に記載の蓄電デバイス。
前記絶縁封止フィルムは帯状に延びる複数の帯状導電領域を有し、その複数の帯状導電領域の中に、前記１つまたは２つ以上の正極導電領域と、前記１つまたは２つ以上の負極導電領域とが含まれることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の蓄電デバイス。
前記絶縁封止フィルムでは、前記導電領域の中に、前記正極導電領域および負極導電領域のどちらにも電気的に導通しない１つまたは２つ以上の非接続導電領域が含まれることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の蓄電デバイス。
前記正極導電領域または前記負極導電領域にそれぞれ電気的に接続して、絶縁封止フィルムの蓄電部本体側の面に、正極側金属膜または負極側金属膜を備えることを特長とする、請求項１〜５のいずれかに記載の蓄電デバイス。
請求項１〜６のいずれかに記載の蓄電デバイスにおける蓄電部本体が前記絶縁封止フィルムで封止されたものを単位蓄電体として、その単位蓄電体が、複数、積層され、各単位蓄電体の正極導電領域を共通に導通する共通正極と、各単位蓄電体の負極導電領域を共通に導通する共通負極とを備えることを特徴とする、蓄電デバイス。
前記蓄電デバイスが電池であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の蓄電デバイス。