JP2012174433A - 電気化学デバイス及び電気化学デバイス用外装体 - Google Patents

Abstract

【課題】 しわ、歪み、割れが少なく、かつ電極群を収納する際の電極群の表面への傷の発生が低減された電気化学デバイス用外装体と、この外装体を用いた電気化学デバイスとを提供する。
【解決手段】 実施形態によれば、正極３及び負極４を含む扁平形状の電極群２を収納するための電気化学デバイス用外装体１を提供することができる。外装体１は、複数の板材を接合することにより得られる。電極群２の最外層を間に挟んで対向する二側板６ｃ，７ａのうち、一方の側板６ｃが第１の板材６に含まれ、かつ他方の側板７ａが第２の板材７に含まれるように複数の板材が構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電気化学デバイス及び電気化学デバイス用外装体に関する。

近年、急速に普及しているハイブリッド電気自動車、プラグイン電気自動車等の電気自動車の電源である電気化学デバイスには、例えば角型リチウムイオン二次電池のような充放電可能な直方体状の非水電解質二次電池、または電気二重層キャパシタ等が主として用いられている。リチウムイオン二次電池、および電気二重層キャパシタは、それぞれ、電極群と、非水電解質と、ケースとを備えるものである。電極群には、例えば、正極及び負極を、セパレータを介して捲回したものが使用される。このような形状の電極群を用いる場合、ケースには、アルミニウム又はアルミニウム合金製の直方体状をなすものが使用される。電極群及び非水電解質は、ケース内に収納される。

電気自動車の電源には、定格容量の大きな蓄電デバイスが必要となる。定格容量の大きな蓄電デバイスに用いるケースとしては、例えば絞りが深いアルミニウム缶が知られている。アルミニウム缶は、金属板をプレスで容器形状に成形する、いわゆる絞り加工により作製されている。大容量電池に対応するには電池サイズを大きくしなければならないが、電池ケースが立方体に近いほど放熱性が悪くなり、安全性に問題がある。そのため、大容量の電池では厚さ方向を薄くし、かつ電池ケースの深さを深くすることが望ましい。大容量電池に対応する深さの深い電池ケースを作製するには、プレス成形の際に絞りを深くする必要があるが、金型、機械条件、加工条件によっては、しわ、歪み、割れを引き起こす危険性を有し、絞りが深いほど、しわ、歪み、割れが起きやすくなる。

また、絞りが深いアルミニウム缶を電池ケースとして使用すると、電極群を電池ケースに挿入する際の挿入深さが深くなるため、電極群の表面（特に最外層）に傷がつきやすいという問題がある。

特開２００８−３０５６４６号公報

本発明が解決しようとする課題は、しわ、歪み、割れが少なく、かつ電極群を収納する際の電極群の表面への傷の発生が低減された電気化学デバイス用外装体と、この外装体を用いた電気化学デバイスとを提供することを目的とする。

実施形態によれば、正極及び負極を含む扁平形状の電極群を収納するための電気化学デバイス用外装体を提供することができる。外装体は、複数の板材を接合することにより得られる。電極群の最外層を間に挟んで対向する外装体の二側板のうち、一方の側板が第１の板材に含まれ、かつ他方の側板が第２の板材に含まれるように複数の板材が構成されている。

第1の実施形態に係る電気化学デバイスの展開斜視図。 図１に示す電気化学デバイスに用いられる電極群の展開斜視図。 第２の実施形態に係る電気化学デバイスの展開斜視図。 第３の実施形態に係る電気化学デバイスの展開斜視図。 第４の実施形態に係る電気化学デバイスの展開斜視図。 第５の実施形態に係る電気化学デバイスの展開斜視図。 比較例の非水電解質電池の展開斜視図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電気化学デバイスを非水電解質電池に適用した例を示している。図１に示す非水電解質電池は、角型非水電解質電池であり、直方体形状の外装体１と、扁平形状の電極群２と、非水電解質（図示しない）とを備える。

図２に示すように、偏平型の電極群２は、シート状の正極３とシート状の負極４がその間にセパレータ５を介して偏平形状に捲回されたものである。電極群２は、例えば、正極３と負極４とをセパレータ５を間にして渦巻状に捲回した後、その横断面形状が外装体１の横断面形状と同じ四角形状となるように、全体を加圧することにより形成される。電極群２の最外層（最外周）は、セパレータ５から構成されている。正極３は、例えば金属箔からなる帯状の正極集電体と、正極集電体の長辺に平行な一端部からなる正極集電タブ３ａと、少なくとも正極集電タブ３ａの部分を除いて正極集電体に形成された正極活物質含有層３ｂとを含む。一方、負極４は、例えば金属箔からなる帯状の負極集電体と、負極集電体の長辺に平行な一端部からなる負極集電タブ４ａと、少なくとも負極集電タブ４ａの部分を除いて負極集電体に形成された負極活物質含有層４ｂとを含む。

このような正極３、セパレータ５及び負極４は、正極集電タブ３ａが電極群の捲回軸方向にセパレータ５から突出し、かつ負極集電タブ４ａがこれとは反対方向にセパレータ５から突出するよう、正極３及び負極４の位置をずらして捲回されている。このような捲回により、電極群２は、図１及び図２に示すように、一方の端面から渦巻状に捲回された正極集電タブ３ａが突出し、かつ他方の端面から渦巻状に捲回された負極集電タブ４ａが突出している。非水電解液等の非水電解質（図示しない）は、電極群２に保持されている。

ここで、正負極の活物質、セパレータ及び非水電解質について説明する。

正極活物質は、特に限定されるものではなく、種々の酸化物、例えば、リチウム含有コバルト酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ_２）、二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＭｎＯ_２）、リチウム含有ニッケル酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ_２）、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物（例えば、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．２Ｏ_２）、リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物などを挙げることができる。

負極活物質は、特に限定されるものではなく、例えば、黒鉛質材料もしくは炭素質材料（例えば、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体など）、カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二硫化モリブデン、セレン化ニオブなど）、軽金属（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、リチウム、リチウム合金など）、リチウムチタン酸化物（例えば、スピネル型のチタン酸リチウム）等を挙げることができる。

セパレータは、特に限定されるものではなく、例えば、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物などを用いることができる。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー、セルロースなどをあげることができる。

非水電解液は、非水溶媒に電解質（例えば、リチウム塩）を溶解させることにより調製される。非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、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）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフランなどを挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質は、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）などのリチウム塩を挙げることができる。電解質は単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましい。電解質の濃度が低すぎると十分なイオン導電性を得ることができない場合がある。一方、高すぎると電解液に完全に溶解できない場合がある。

外装体１は、第１の板材６と、第２の板材７とを接合した直方体形状のものである。図１では、コーナ部の形状を直角にしたが、コーナ部が面取りされていても良い。第１の板材６は、矩形状の上板６ａと、上板６ａと対応する矩形状の底板６ｂと、上板６ａ及び底板６ｂの長辺に垂直に交わる矩形状の第１の側板６ｃとを有する。第２の板材７は、第１の側板６ｃと対応する矩形状をなす第２の側板７ａと、第２の側板７ａの短辺に垂直に交わり、かつ互いに対応する第３，第４の側板７ｂ，７ｃとを有する。電極群２の最外層のセパレータ５に、第１〜第４の側板６ｃ，７ａ〜７ｃの内面が接触もしくは対向しており、電極群２の最外層の平坦な部分に、第１の側板６ｃ及び第２の側板７ａの内面が接触もしくは対向している。第１の側板６ｃ及び第２の側板７ａの面積は、第３，第４の側板７ｂ，７ｃ、上板６ａ及び底板６ｂのいずれの面積に比しても大きい。

矩形の突起状をした正負極出力端子８，９は、上板６ａに設けられている。上板６ａの中央付近に安全弁１０が設けられている。安全弁１０は、図１に示すように、上板６ａに設けられた矩形状の凹部１０ａと、凹部１０ａ内に設けられたＸ字状の溝部１０ｂとを有する。注液口１１は、上板６ａに開口され、電解液の注液後に封止される。

電極群２は、その外周面の平坦部分が、第１の板材６の第１の側板６ｃと接している。また、電極群２の外周面の湾曲部分の一方が第１の板材６の上板６ａと対向し、かつ他方が第１の板材６の底板６ｂと対向している。正極リード１２は、一端が、正極出力端子８にかしめ固定あるいは溶接によって電気的に接続され、かつ他端が正極集電タブ３ａに電気的に接続されている。負極リード１３は、一端が、負極出力端子９にかしめ固定あるいは溶接によって電気的に接続され、かつ他端が負極集電タブ４ａに電気的に接続されている。正負極リード１２，１３を正負極集電タブ３ａ，４ａに電気的に接続する方法は、特に限定されるものではないが、例えば超音波溶接やレーザ溶接等の溶接が挙げられる。

このように、正極出力端子８と正極集電タブ３ａとが正極リード１２を介して電気的に接続され、負極出力端子９と負極集電タブ４ａとが負極リード１３を介して電気的に接続されることにより、正負極出力端子８，９から電流を取り出せるようになる。このようにして一体となった電極群２と第１の板材６に、第２の板材７が被せられる。

第１の板材６と第２の板材７とが突き合わされた箇所を接合することにより、外装体１が得られ、外装体１内に電極群２が収納される。

第１，第２の板材６，７には、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）めっきした鉄、ステンレス（ＳＵＳ）などを用いることができる。正負極出力端子８，９をアルミニウムもしくはアルミニウム合金から形成する場合、第１，第２の板材６，７には、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を使用することができる。また、この場合、正負極リード１２，１３及び正負極集電タブ３ａ，４ａをアルミニウムもしくはアルミニウム合金から形成することが望ましい。

第１の側板６ｃ、第２〜第４の側板７ａ〜７ｃの板厚は、０．４ｍｍ以上０．９ｍｍ以下が望ましい。また、上板６ａ及び底板６ｂの板厚は、０．６ｍｍ以上１ｍｍ以下が望ましい。

第１，第２の板材６，７は、例えば、折り曲げ加工、またはプレス加工（絞り加工を除く）、またはレーザー溶接加工の中から選ばれるいずれかの手法により作製することが可能である。

第１，第２の板材６，７の接合方法は、特に限定されるものではないが、レーザー溶接等が挙げられる。レーザーの種類は、炭酸ガスレーザーに限定されるものではなく、固体レーザーであってもよい。固体レーザーは、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）レーザーに限定されるものではなく、リチウム・イットリウム・フロライド（ＹＬＦ）レーザー、イットリウム・バナデート（ＹＶＯ₄）レーザー、イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト（ＹＡｌＯ₃）レーザーであってもよい。発振の種類は、連続発振であっても、パルス発振であってもよい。レーザー溶接を採用することにより、接合部からの水分の浸入を防止することができるため、非水電解質を備えた電気化学デバイスの性能を長期間に亘り維持することができる。

以上説明した第１の実施形態によれば、電極群の最外層を間に挟んで対向する外装体の二側板のうち、一方の側板が第１の板材に含まれ、かつ他方の側板が第２の板材に含まれている。また、第１の板材には、正負極出力端子が配置される上板が含まれている。よって、電極群の外装体への収納は、第１の板材に電極群を配置し、電極群と正負極出力端子とを電気的に接続した後、第１の板材に第２の板材を重ね、これらを接合することにより行うことができる。従って、大容量電池に対応する深さの深い外装体を深絞り加工ではない方法で作製することができるため、外装体にしわ、歪み、割れ等を生じにくくすることができる。また、電極群をケースに挿入する操作を経ることなく、電極群を外装体に収納することができるため、外装体を大容量電池に対応する深さにした際にも電極群の最外層の表面が外装体で擦れるのを防止することができ、電極群の表面に傷が生じるのを回避することができる。以上のことから、大容量の非水電解質電池の作製が可能になるとともに、大容量の非水電解質電池の作製の歩留まりを向上させることができる。

外装体の構造は、第１の実施形態に示すものに限らず、例えば、第２，第３の実施形態に示すものを用いることができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る電気化学デバイスを非水電解質電池に適用した例を示している。図３に示す部材のうち、図１〜図２に示すものと同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

外装体１は、第１の板材２１と、第２の板材２２と、第３の板材２３とを接合することにより得られる直方体形状のものである。第１の板材２１は、矩形状の底板６ｂと、底板６ｂの長辺に垂直に交わる矩形状の第１の側板６ｃとを有する。第２の板材２２は、第１の側板６ｃと対応する矩形状をなす第２の側板７ａと、第２の側板７ａの短辺に垂直に交わり、かつ互いに対応する第３，第４の側板７ｂ，７ｃとを有する。第３の板材２３は、矩形状の上板６ａからなる。電極群２の最外層のセパレータ５に、第１〜第４の側板６ｃ，７ａ〜７ｃの内面が接触もしくは対向しており、電極群２の最外層の平坦な部分に、第１の側板６ｃ及び第２の側板７ａの内面が接触もしくは対向している。第１の側板６ｃ及び第２の側板７ａの面積は、第３，第４の側板７ｂ，７ｃ、上板６ａ及び底板６ｂのいずれの面積に比しても大きい。

外装体１への電極群２の収納方法を説明する。まず、電極群２の最外層の湾曲部分に第３の板材２３（上板６ａ）を配置し、正極出力端子８と正極集電タブ３ａとを正極リード１２を介して溶接で電気的に接続すると共に、負極出力端子９と負極集電タブ４ａとを負極リード１３を介して溶接で電気的に接続する。このようにして第３の板材２３と一体となった電極群２の最外層の平坦部分の一方に第１の板材２１を配置し、他方に第２の板材２２を配置する。ひきつづき、第３の板材２３と第１〜第２の板材２１〜２２との突合せ箇所と、第１の板材２１と第２の板材２２との突合せ箇所を接合することにより、直方体形状の外装体１が得られると共に、外装体１内に電極群２が収納される。

第１〜第３の板材２１〜２３の素材、板厚、加工方法、及び、接合方法は、第１の実施形態で説明したのと同様にすることができる。

以上説明した第２の実施形態によれば、電極群の最外層を間に挟んで対向する外装体の二側板のうち、一方の側板が第１の板材に含まれ、かつ他方の側板が第２の板材に含まれ、正負極出力端子が配置される上板が第３の板材に含まれている。よって、電極群の外装体への収納は、第３の板材に電極群を配置し、電極群と正負極出力端子とを電気的に接続した後、第３の板材に第１，第２の板材を突合せ、これらを接合することにより行うことができる。従って、大容量電池に対応する深さの深い外装体を深絞り加工によることなく作製することができるため、外装体にしわ、歪み、割れ等を生じにくくすることができる。また、電極群をケースに挿入する操作を経ることなく、電極群を外装体に収納することができるため、外装体を大容量電池に対応する深さにした際にも電極群の最外層の表面が外装体で擦れるのを防止することができ、電極群の表面に傷が生じるのを回避することができる。以上のことから、大容量の非水電解質電池の作製が可能になるとともに、大容量の非水電解質電池の作製の歩留まりを向上させることができる。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係る電気化学デバイスを非水電解質電池に適用した例を示している。図４に示す部材のうち、図１〜図３に示すものと同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

外装体１は、第１の板材２４と、第２の板材２５と、第３の板材２３とを接合することにより得られる直方体形状のものである。第１の板材２４は、矩形状の底板６ｂと、底板６ｂの長辺に垂直に交わる矩形状の第１の側板６ｃと、第１の側板６ｃ及び底板６ｂの短辺に垂直に交わる矩形状の第３の側板７ｃとを有する。第２の板材２５は、第１の側板６ｃと対応する矩形状をなす第２の側板７ａと、第２の側板７ａの短辺に垂直に交わる第４の側板７ｂとを有する。第３の板材２３は、矩形状の上板６ａからなる。電極群２の最外層のセパレータ５に、第１〜第４の側板６ｃ，７ａ〜７ｃの内面が接触もしくは対向しており、電極群２の最外層の平坦な部分に、第１の側板６ｃ及び第２の側板７ａの内面が接触もしくは対向している。第１の側板６ｃ及び第２の側板７ａの面積は、第３，第４の側板７ｂ，７ｃ、上板６ａ及び底板６ｂのいずれの面積に比しても大きい。

外装体１への電極群２の収納方法を説明する。まず、電極群２の最外層の湾曲部分に第３の板材２３（上板６ａ）を配置し、正極出力端子８と正極集電タブ３ａとを正極リード１２を介して溶接で電気的に接続すると共に、負極出力端子９と負極集電タブ４ａとを負極リード１３を介して溶接で電気的に接続する。このようにして第３の板材２３と一体となった電極群２の最外層の平坦部分の一方に第１の板材２４を配置し、他方に第２の板材２５を配置する。ひきつづき、第３の板材２３と第１〜第２の板材２４〜２５との突合せ箇所と、第１の板材２４と第２の板材２５との突合せ箇所を接合することにより、直方体形状の外装体１が得られると共に、外装体１内に電極群２が収納される。

第１〜第３の板材２３〜２５の素材、板厚、加工方法、及び、接合方法は、第１の実施形態で説明したのと同様にすることができる。

以上説明した第３の実施形態によれば、電極群の最外層を間に挟んで対向する外装体の二側板のうち、一方の側板が第１の板材に含まれ、かつ他方の側板が第２の板材に含まれている。また、正負極出力端子が配置される上板が第３の板材に含まれている。よって、電極群の外装体への収納は、第３の板材に電極群を配置し、電極群と正負極出力端子とを電気的に接続した後、第３の板材に第１，第２の板材を突合せ、これらを接合することにより行うことができる。従って、大容量電池に対応する深さの深い外装体を深絞り加工によることなく作製することができるため、外装体にしわ、歪み、割れ等を生じにくくすることができる。また、電極群をケースに挿入する操作を経ることなく、電極群を外装体に収納することができるため、外装体を大容量電池に対応する深さにした際にも電極群の最外層の表面が外装体で擦れるのを防止することができ、電極群の表面に傷が生じるのを回避することができる。以上のことから、大容量の非水電解質電池の作製が可能になるとともに、大容量の非水電解質電池の作製の歩留まりを向上させることができる。

図１〜図４において、電極群２は、正極３と負極４とセパレータ５とを扁平形状に捲回した構造になっている。扁平形状の電極群２は、捲回構造に限定されるものではなく、積層構造の電極群を用いても良い。この例を第４の実施形態として説明する。

（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に係る電気化学デバイスを非水電解質電池に適用した例を示している。図５に示す部材のうち、図１〜図４に示すものと同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、積層型の電極群２６は、シート状の正極３とシート状の負極４がその間にセパレータ５を介しながら交互に積層されたものである。電極群２６の最外層は、セパレータ５から構成されている。正極は、例えば金属箔からなる帯状の正極集電体と、正極集電体に形成された正極活物質含有層と、正極集電体の長辺から延出された帯状の正極集電タブ２７とを含む。一方、負極は、例えば金属箔からなる帯状の負極集電体と、負極集電体に形成された負極活物質含有層と、負極集電体の長辺から延出された帯状の負極集電タブ２８とを含む。正負極には、それぞれ、１葉毎に正負極集電タブ２７，２８が設けられているため、電極群２６の一つの端面から複数の正負極集電タブ２７，２８が突出している。

正極リード２９は、一端が、第１の板材６の上板６ａの正極出力端子８にかしめ固定あるいは溶接によって電気的に接続されている。正極リード２９の他端は、電極群２６の正極集電タブ２７に溶接によって電気的に接続されている。負極リード３０は、一端が、第１の板材６の上板６ａの負極出力端子９にかしめ固定あるいは溶接によって電気的に接続されている。負極リード３０の他端は、電極群２６の負極集電タブ２８に溶接によって電気的に接続されている。

電極群２６の外装体への収納は、電極群２６の正負極集電タブ２７，２８と、上板６ａの正負極出力端子８，９とを正負極リード２９，３０を介して電気的に接続した後、第１の板材６と第２の板材７とを突き合わせ、突き合わせ箇所を接合することによって行われる。

正負極の活物質、セパレータ、非水電解質、正負極集電タブ２７，２８及び正負極リード２９，３０は、第１の実施形態で説明したのと同様なものを挙げることができる。

以上説明した第４の実施形態によれば、電極群の最外層を間に挟んで対向する外装体の二側板のうち、一方の側板が第１の板材に含まれ、かつ他方の側板が第２の板材に含まれている。また、第１の板材には、正負極出力端子が配置される上板が含まれている。よって、電極群の外装体への収納は、第１の板材に電極群を配置し、電極群と正負極出力端子とを電気的に接続した後、第１の板材に第２の板材を重ね、これらを接合することにより行うことができる。従って、大容量電池に対応する深さにした際にも、外装体にしわ、歪み、割れ等を生じにくくすることができると共に、電極群の表面に傷が生じるのを回避することができる。以上のことから、大容量の非水電解質電池の作製が可能になるとともに、大容量の非水電解質電池の作製の歩留まりを向上させることができる。

図１〜図４では、縦巻きの電極群の両端面から正負極集電タブを引き出したが、正負極集電タブの引き出し方法は特に限定されるものではなく、例えば、横巻きの電極群の片方の端面から正負極集電タブを引き出しても良い。この例を第５の実施形態として説明する。

（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態に係る電気化学デバイスを非水電解質電池に適用した例を示している。図６に示す部材のうち、図１〜図５に示すものと同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

偏平型の電極群３１は、シート状の正極とシート状の負極がその間にセパレータを介して偏平形状に捲回されたものである。正極は、例えば金属箔からなる帯状の正極集電体と、正極集電体に形成された正極活物質含有層と、正極集電体の長辺から延出された帯状の正極集電タブ３２とを含む。一方、負極は、例えば金属箔からなる帯状の負極集電体と、負極集電体に形成された負極活物質含有層と、負極集電体の長辺から延出された帯状の負極集電タブ３３とを含む。

正負極集電タブ３２，３３は、電極群３１の一方の端面から上向きに突出している。正極リード２９は、一端が、第１の板材６の上板６ａの正極出力端子８にかしめ固定あるいは溶接によって電気的に接続されている。正極リード２９の他端は、電極群３１の正極集電タブ３２に溶接によって電気的に接続されている。負極リード３０は、一端が、第１の板材６の上板６ａの負極出力端子９にかしめ固定あるいは溶接によって電気的に接続されている。負極リード３０の他端は、電極群３１の負極集電タブ３３に溶接によって電気的に接続されている。

電極群３１の外装体１への収納は、電極群３１の正負極集電タブ３２，３３と、上板６ａの正負極出力端子８，９とを正負極リード２９，３０を介して電気的に接続した後、第１の板材６と第２の板材７とを突き合わせ、突き合わせ箇所を接合することによって行われる。

正負極の活物質、セパレータ、非水電解質、正負極集電タブ３２，３３は、第１の実施形態で説明したのと同様なものを挙げることができる。

以上説明した第５の実施形態によれば、電極群の最外層を間に挟んで対向する外装体の二側板のうち、一方の側板が第１の板材に含まれ、かつ他方の側板が第２の板材に含まれている。また、第１の板材には、正負極出力端子が配置される上板が含まれている。よって、電極群の外装体への収納は、第１の板材に電極群を配置し、電極群と正負極出力端子とを電気的に接続した後、第１の板材に第２の板材を重ね、これらを接合することにより行うことができる。従って、大容量電池に対応する深さにした際にも、外装体にしわ、歪み、割れ等を生じにくくすることができると共に、電極群の表面に傷が生じるのを回避することができる。以上のことから、大容量の非水電解質電池の作製が可能になるとともに、大容量の非水電解質電池の作製の歩留まりを向上させることができる。

実施形態に係る非水電解質電池の定格容量は、５０Ａｈ以上１０００Ａｈ以下の範囲にすることができる。このような定格容量に対応する外装体は、厚さが薄く、かつ深さの深いものになるが、実施形態によると、しわ、歪み、割れ等の不具合のない外装体を得ることができると共に、外装体に電極群を収納する際に電極群の表面に傷が付くのを防止することができる。従って、大容量の非水電解質電池を高い歩留まりで製造することができる。ここで、定格容量とは、１Ｃで定電流定電圧充電した後の、１／３Ｃでの定電流放電容量である。到達電圧値は、負極にチタン酸リチウムを用いた場合は２．７Ｖ、負極に炭素材を用いた場合は４．２Ｖである。定電流定電圧充電は、電流値が０．１Ｃに収束したら充電終了とし、定電流放電は、負極にチタン酸リチウムを用いた場合は電圧が１．５Ｖに達したとき、負極に炭素材を用いた場合は電圧が３．０Ｖに達したときに放電終了とする。

実施形態に係る非水電解質電池のサイズは、電池厚さを２．５ｃｍ以下とし、かつ体積を３００ｃｃ以上１００００ｃｃ以下にすることが望ましい。このような電池サイズに対応する外装体は、厚さが薄く、かつ深さの深いものになるが、実施形態によると、しわ、歪み、割れ等の不具合のない外装体を得ることができると共に、外装体に電極群を収納する際に電極群の表面に傷が付くのを防止することができる。よって、実施形態によると、高容量で、かつ放熱性に優れた安全性の高い非水電解質電池を高い歩留まりで製造することができる。なお、高容量を得るため、電池厚さの下限値は１ｃｍとすることが望ましい。

実施形態において、電極群は、１つ、または２つ以上で構成される。電極群の配置方法は、電極群の厚さ方向に重ねても、電極群の高さ方向に並べても、電極群の幅方向に並べてもよい。また、図１において、正極の出力端子８と電極群の正極集電タブ３ａを左に、負極の出力端子９と電極群の負極集電タブ４ａを右に配置したが、正極の出力端子８と電極群の正極集電タブ３ａを右に、負極の出力端子９と電極群の負極タブ４ａを左に配置してもよい。

実施形態は、非水電解質電池だけでなく、電気二重層キャパシタなどの非水電解質のコンデンサに適用することができる。電気二重層キャパシタは、実施形態に係る外装体と、外装体内に収納される一対の分極性電極と、外装体内に収納され、これら分極性電極間に介在させたセパレータと、外装体内に収納される電解液とを含むものである。

分極性電極としては、活性炭等の炭素質材料とバインダーポリマーとを含んでなる分極性電極組成物を集電体上に塗布してなるものを用いることができる。

セパレータとしては、ポリオレフィン不織布、クラフト紙、レーヨン繊維・サイザル麻繊維混抄シート、ガラス繊維シート、セルロース系電解紙、セルロースとガラス繊維の混抄紙等を用いることができる。

電解液は、例えば、非水溶媒に電解質塩を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、電解質塩を溶解することができ、電気二重層キャパシタの作動電圧範囲で安定なものであれば、特に限定はないが、誘電率が大きく、電気化学的安定範囲が広いものであるとともに、使用温度範囲が広く安全性に優れているものが望ましい。具体的には、グリコールエーテル類（エチルセルソルブ、エチルカルビトール、ブチルセルソルブ等）などの鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン，２−メチルテトラヒドロフラン等の環式エーテル、γ−ブチロラクトン，γ−バレロラクトン，δ−バレロラクトン等のブチロラクトン類、電気化学素子に一般に使用される溶剤であるアミド溶剤（Ｎ−メチルホルムアミド，Ｎ−メチルアセトアミド，Ｎ−メチルピロリジノン等）、カーボネート溶剤（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，プロピレンカーボネート，エチレンカーボネート，スチレンカーボネート等）などが挙げられる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。

電解質としては、例えば４フッ化ホウ酸リチウム，６フッ化リン酸リチウム，過塩素酸リチウム，トリフルオロメタンスルホン酸リチウム，酢酸リチウム，トリフルオロ酢酸リチウム，安息香酸リチウム等のリチウム塩、過塩素酸ナトリウム，ヨウ化ナトリウム，４フッ化ホウ酸ナトリウム，６フッ化リン酸ナトリウム等のナトリウム塩、ヨウ化カリウム，４フッ化ホウ酸カリウム，６フッ化リン酸カリウム等のカリウム塩が挙げられる。電解質は単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましい。電解質の濃度が低すぎると十分なイオン導電性を得ることができない場合がある。一方、高すぎると非水溶媒に完全に溶解できない場合がある。

実施形態に係る電気二重層キャパシタの静電容量は、１００Ｆ以上２００００Ｆ以下の範囲にすることができる。このような静電容量に対応する外装体は、厚さが薄く、かつ深さの深いものになるが、実施形態によると、しわ、歪み、割れ等の不具合のない外装体を得ることができると共に、外装体に電極群を収納する際に電極群の表面に傷が付くのを防止することができる。従って、大容量の電気二重層キャパシタを高い歩留まりで製造することができる。

実施形態に係る電気二重層キャパシタのサイズは、厚さを２．５ｃｍ以下とし、かつ体積を３００ｃｃ以上１００００ｃｃ以下にすることが望ましい。このようなサイズに対応する外装体は、厚さが薄く、かつ深さの深いものになるが、実施形態によると、しわ、歪み、割れ等の不具合のない外装体を得ることができると共に、外装体に電極群を収納する際に電極群の表面に傷が付くのを防止することができる。よって、実施形態によると、高容量で、かつ放熱性に優れた安全性の高い電気二重層キャパシタを高い歩留まりで製造することができる。なお、高容量を得るため、厚さの下限値は１ｃｍとすることが望ましい。

以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。

（実施例１）
［正極の作製］
正極活物質として、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２とＬｉＣｏＯ_２を用いた。ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２とＬｉＣｏＯ_２とが２：１となるように混合した。この活物質とアセチレンブラックとグラファイトとポリフッ化ビニリデンとを１００：２：２：３の割合で混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを溶媒としてプラネタリミキサで混練、攪拌し、正極スラリーを作製した。その後、得られた正極スラリーを、塗工装置で、単位面積当たりの塗布量が１１０ｇ／ｍ^２となるように厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極集電体）に塗布した後、ロールプレス機で電極密度が３．４ｇ／ｃｃとなるように圧延した。なお、正極集電体の一方の長辺には正極スラリーを塗布せず、スラリー未塗布の長辺を正極集電タブとした。

［負極の作製］
負極活物質として、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２を用いた。この活物質とグラファイトとポリフッ化ビニリデンとを１００：５：３の割合で混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを溶媒としてプラネタリミキサで混練、攪拌し、負極スラリーを作製した。その後、得られた負極スラリーを、塗工装置で、単位面積当たりの塗布量が１１０ｇ／ｍ^２となるように厚さ１２μｍのアルミニウム箔（負極集電体）に塗布し、ロールプレス機で電極密度が２．４ｇ／ｃｃとなるように圧延した。なお、負極集電体の一方の長辺には負極スラリーを塗布せず、スラリー未塗布の長辺を負極集電タブとした。

［電極群の作製］
正極３と負極４との間に厚さ３０μｍのセルロース製セパレータ５を介在させ、一方の長辺から正極集電タブ３ａを突出させると共に、反対側の長辺から負極集電タブ４ａを突出させ、これらを捲回装置で扁平形状に捲回した後、巻き止めテープを貼り、図１に示す電極群２を得た。得られた電極群２の最外層（最外周）は、セパレータ５から構成されている。

第１，第２の板材として、図１に示す形状で、アルミニウム製のものを用意した。第１，第２の板材６，７は、プレス加工により成形した。第１の板材６の上板６ａ及び底板６ｂは、それぞれ、短辺の長さが２３ｍｍ、長辺の長さが１８０ｍｍ、板厚が０．７ｍｍであった。第１の板材６の第１の側板６ｃ及び第２の板材７の第２の側板７ａは、それぞれ、短辺の長さが１００ｍｍ、長辺の長さが１８０ｍｍであった。第２の板材７の第３，４の側板７ｂ，７ｃは、それぞれ、短辺の長さが２３ｍｍ、長辺の長さが１００ｍｍであった。第１の側板６ｃ、第２〜第４の側板７ａ〜７ｃの板厚は、０．５ｍｍであった。

電極群２の正負極集電タブ３ａ，４ａと、第１の板材６の上板６ａに設けられた正負極出力端子８，９とを、正負極リード１２，１３を用いて溶接によって電気的に接続した。このようにして第１の板材６の上板６ａに一体となった電極群２に、第２の板材７を図１のように被せ、連続発振のレーザーにより溶接した。上板６ａの注液口１１から電解液を入れ、注液口をレーザー溶接で塞ぎ、定格容量が５０Ａｈの角型リチウムイオン二次電池とした。電池のサイズは、幅が１８．０ｃｍ、厚さが２．３ｃｍ、高さが１０．０ｃｍ（端子は含まない）である。電池体積は、電池サイズから算出され、１８．０ｃｍ×２．３ｃｍ×１０．０ｃｍ＝４１４ｃｃである。電解液は、非水溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートを１：１で混合したものを用い、電解質として２ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ₆を用いた。

リチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。歩留まりは１００％であった。

実施例１のリチウムイオン二次電池を満充電状態とした。ここで満充電とは、１Ｃで定電流定電圧充電することであり、到達電圧は２．９Ｖである。このリチウムイオン二次電池について、圧壊試験を行った。直径５．２ｃｍの円柱で電池の中央部を全圧壊したところ、安全弁１０は開かなかった。電池中央部の温度は８０度であった。これにより、実施例１の電池が放熱性に優れていることを確認することができた。

（実施例２）
本実施例では、第１，第２の板材を折り曲げ加工により成形した以外は、上記実施例１と同様の手順により、実施例２のリチウムイオン二次電池を構成した。リチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。歩留まりは１００％であった。

（実施例３）
本実施例では、第１，第２の板材をレーザー溶接により成形した以外は、上記実施例１と同様の手順により、実施例３のリチウムイオン二次電池を構成した。レーザー溶接による成形は、上板からなる板材と、底板からなる板材と、第１の側板からなる板材とをレーザー溶接で接合することにより第１の板材を作製し、第２〜第４の側板それぞれの板材をレーザー溶接で接合することにより第２の板材を作製することにより行った。実施例３のリチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。歩留まりは１００％であった。

（実施例４）
本実施例では、第１，第２の板材をパルス発振のレーザー溶接により溶接した以外は、上記実施例１と同様の手順により、実施例４のリチウムイオン二次電池を構成した。リチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。歩留まりは１００％であった。

（実施例５）
本実施例では、実施例１の電池の厚さを２．９ｃｍ、電池体積を５２２ｃｃとした以外は、上記実施例１と同様の手順により、実施例５のリチウムイオン二次電池を構成した。実施例５のリチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。歩留まりは１００％であった。また、実施例５のリチウムイオン二次電池を、実施例１と同じように圧壊試験を行ったところ、安全弁１０が開き、電解液等の内容物が噴出した。電池中央部の温度は２５０度に達した。

（比較例１）
外装体の代わりに、深絞り加工により有底矩形筒状に成形した電池ケース３４と封口板３５を用い、図７に示す構造を有し、定格容量が５０Ａｈで、幅が１８ｃｍ、厚さが２．３ｃｍ、高さが１０．０ｃｍ（端子は含まない）、体積が４１４ｃｃの角型リチウムイオン二次電池を作製した。作製方法を以下に説明する。

電池ケース３４と封口板３５は、いずれもアルミニウム製で、電池ケース３４の底板と封口板３５の板厚を０．７ｍｍに、電池ケース３４の側板の板厚を０．５ｍｍにした。

電極群２は、実施例１で説明したのと同様にして作製した。封口板３５に設けられた正負極出力端子８，９に電気的に接続された正負極リード１２，１３と、電極群２の正負極集電タブ３ａ，４ａとを溶接によって電気的に接続した。このようにして封口板３５と一体となった電極群２を電池ケース３４内に挿入した後、電池ケース３４の開口部に封口板３５をレーザー溶接で固定した。封口板３５の注液口１１から電解液を入れ、注液口を溶接で塞ぎ、角型リチウムイオン二次電池を得た。電解液は、実施例１で用いたものと同じものを用いた。

リチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、４個が電極群を電池ケースに挿入中に、電極群の巻き止めテープとセパレータとが破れた。これらに充電を試みたところ、電極群の最外周電極と電池ケースとが接触し、充電できなかった。また、他の３セルでは、電池ケースから電解液が漏れていた。漏れた箇所を光学顕微鏡で観察したところ、割れが見つかった。リチウムイオン電池２０個中、７個が不良となり、歩留まりは６５％であった。

（実施例６）
本実施例では、実施例１の電池の厚さを２．０ｃｍとし、幅を１０ｃｍとし、高さを１０ｃｍ（端子は含まない）とし、電池体積を１０ｃｍ×２．０ｃｍ×１０ｃｍ＝２００ｃｃであるとし、定格容量を２０Ａｈとした以外は、上記実施例１と同様の手順により、実施例６のリチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。歩留まりは１００％であった。

このリチウムイオン二次電池について、圧壊試験を行った。直径５．２ｃｍの円柱で電池の中央部を全圧壊したところ、安全弁１０は開かなかった。電池中央部の温度は５０度であった。

（実施例７）
本実施例では、図３に示す形状の第１〜第３の板材を接合した外装体を用いた。第１〜第３の板材は、アルミニウム製で、プレス加工により成形した。第１〜第３の板材を構成する上板６ａ、底板６ｂ、第１の側板６ｃ、第２〜第４の側板７ａ〜７ｃの板厚及び寸法は、実施例１と同様である。

電極群２の正負極集電タブ３ａ，４ａと、第３の板材２３の上板６ａに設けられた正負極出力端子８，９とを、正負極リード１２，１３を用いて溶接によって電気的に接続した。このようにして第３の板材２３の上板６ａに電極群２を一体化させた後、第３の板材２３に第１，第２の板材２１，２２を連続発振のレーザーにより溶接した。その後は実施例１と同様にして実施例７の角型リチウムイオン二次電池を作製した。リチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。歩留まりは１００％であった。

（実施例８）
本実施例では、図４に示す形状の第１〜第３の板材２３〜２５を接合した外装体を用いた。第１〜第３の板材２３〜２５は、アルミニウム製で、プレス加工により成形した。第１〜第３の板材２３〜２５を構成する上板６ａ、底板６ｂ、第１の側板６ｃ、第２〜第４の側板７ａ〜７ｃの板厚及び寸法は、実施例１と同様である。

電極群２の正負極集電タブ３ａ，４ａと、第３の板材２３の上板６ａに設けられた正負極出力端子８，９とを、正負極リード１２，１３を用いて溶接によって電気的に接続した。このようにして第３の板材２３の上板６ａに電極群２を一体化させた後、第３の板材２３に第１，第２の板材２４，２５を連続発振のレーザーにより溶接した。その後は実施例１と同様にして実施例８の角型リチウムイオン二次電池を作製した。リチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。歩留まりは１００％であった。

（実施例９）
本実施例では、電極群を、図５のように、最外層にセパレータが配置された積層構造とした以外は、上記実施例１と同様の手順により、実施例９のリチウムイオン二次電池を構成した。リチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。歩留まりは１００％であった。

（実施例１０）
本実施例では、図６のように電極群３１を横巻きとし、正極集電タブ３２と負極集電タブ３３とを上に出した以外は、上記実施例１と同様の手順により、実施例１０のリチウムイオン二次電池を構成した。リチウムイオン二次電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。歩留まりは１００％であった。

（実施例１１）
本実施例では、正極と負極に活性炭を用いた以外は、上記実施例１と同様の手順により、実施例１１の電気二重層キャパシタを構成した。電気二重層キャパシタを２０個作製したところ、２０個すべてが異常なく充放電できた。歩留まりは１００％であった。

以上説明した実施例によれば、電極群を外装体に収納する際の、電極群と外装体との摩擦面積が大幅に低減されるため、電極群のセパレータが電池ケースに引っかかり破れる確率を約２０％少なくすることができる。また、外装体を構成する板材を、プレス加工、折り曲げ加工または溶接加工で作製することができるので、深絞り加工により電池ケースを作製していた場合に比べ、しわ、歪み、割れ等を生じにくくすることができる。そのため、歩留まりを約１５％向上させることができる。また、電池厚さを２．５ｃｍ以下とすることで、電池の放熱性を向上させることができるため、安全性をより向上することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…外装体、２，２６，３１…電極群、３…正極、３ａ，２７，３２…正極集電タブ、３ｂ…正極活物質含有層、４…負極、４ａ，２８，３３…負極集電タブ、４ｂ…負極活物質含有層、５…セパレータ、６，２１，２４…第１の板材、７，２２，２５…第２の板材、２３…第３の板材、６ａ…上板、６ｂ…底板、６ｃ，７ａ〜７ｃ…側板、８…正極出力端子、９…負極出力端子、１０…安全弁、１０ａ…凹部、１０ｂ…溝部、１１…注液口、１２，２９…正極リード、１３，３０…負極リード。

Claims (7)

1. 複数の板材を接合することにより得られる外装体と、
   前記外装体内に収納され、正極及び負極を含む扁平形状の電極群と、
   前記外装体内に収納される非水電解質と
   を備える電気化学デバイスであって、
   前記電極群の最外層を間に挟んで対向する前記外装体の二側板のうち一方の側板が第１の板材に含まれ、かつ他方の側板が第２の板材に含まれるように前記複数の板材が構成されていることを特徴とする電気化学デバイス。
2. 前記複数の板材が固体レーザー溶接またはガスレーザー溶接加工により接合されることを特徴とする請求項１記載の電気化学デバイス。
3. 前記電気化学デバイスは、定格容量が５０Ａｈ以上１０００Ａｈ以下の非水電解質電池であるか、静電容量が１００Ｆ以上２００００Ｆ以下の電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項２記載の電気化学デバイス。
4. 厚さが２．５ｃｍ以下であり、かつ体積が３００ｃｃ以上１００００ｃｃ以下であることを特徴とする請求項２記載の電気化学デバイス。
5. 前記複数の板材が、折り曲げ加工、プレス加工、または溶接加工により作製されることを特徴とする請求項３または４記載の電気化学デバイス。
6. 前記電極群の数が１つまたは複数であることを特徴とする請求項３または４記載の電気化学デバイス。
7. 複数の板材を接合することにより得られ、正極及び負極を含む扁平形状の電極群を収納するための電気化学デバイス用外装体であって、
   前記電極群の最外層を間に挟んで対向する前記外装体の二側板のうち一方の側板が第１の板材に含まれ、かつ他方の側板が第２の板材に含まれるように前記複数の板材が構成されていることを特徴とする電気化学デバイス用外装体。

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