JP2014110289A - 電気化学デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧に対応可能でありながら、薄型化を可能にした電気化学デバイスを提供すること。
【解決手段】第１素子１０と、第２素子２０と、第１素子と前記第２素子とを覆う外装シート４と、外装シートの内部で、第１素子と前記第２素子との間に積層され、第１電解質溶液と第２電解質溶液とを隔離する隔壁シート３０と、を有する電気化学デバイスである。隔壁シート３０には、表裏面を貫通する貫通孔３２が形成してあり、隔壁シート３０に近接する第１内部電極の一方の面に形成してある電極部分２２が貫通孔３２に密封されて入り込むように、第１内部電極１７が隔壁シート３０に液密に固定され、隔壁シート３０に固定された第１内部電極１７が、第２素子２０におけるいずれか一方の第２内部電極２６を兼ねている。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、電気二重層キャパシタなどとして好ましく用いられる電気化学デバイスに係り、さらに詳しくは、薄型化を可能にした電気化学デバイスに関する。

電気二重層キャパシタに代表されるような電気化学デバイスは、高電圧に対応するために、いくつかの単セルを直列につなげ、電気分解以上の電圧に耐えられるように、材料的な制限を構造設計で補う手法が取られている。ここで言うまでもないが単セルは、一対のリード端子を有するものであり、複数の単セルの一方のリード端子同士を連結することにより直列接続としている。

もともと単セルはリード端子を外装体の外側に引き出しているため、その連結部は外装体の外側での接続となる。１つの手法として複数の単セルのつなぐべきリード端子を重ね合わせ、その後溶接するような手法ではリード端子の重なりにより、厚み増加の原因になり、また通常、リード端子を重ねる場合、リード端子の周囲に接着のための樹脂を形成し熱融着することが多いことから、更なる厚み増加の原因にもつながる。また、各リード端子周辺の厚みの違いはシール部分の厚み不均一を引き起こす。この厚み不均一は外装体のシール性の劣化を招くおそれがあり好ましくない。

一方、端子の厚みは端子強度にも影響し、実装時の端子接合に不具合を生じる可能性があるために、端子の厚みを単に薄くすることでだけでは、薄型化と共に必要な電気化学デバイスに対する要求を同時に満たすことは難しい。近年では、ＩＣカードなどの分野でリチウム電池等が多く使われ、電気二重層キャパシタにおいても、その適用が検討されている。このときＩＣカード内での電池製品の厚みは、たとえば０．９ｍｍ以下と非常に薄いことを要求される。

なお、ＩＣカード内などに用いる電気化学デバイスとして、たとえば下記に示す特許文献１に示すデバイスが知られている。しかしながら、特許文献１に示すデバイスは、単一セルであり、高電圧に対応するために、いくつかの単セルを直列につなげる必要がある。たとえば特許文献１に示すような単一セルを単純に積層すると、外装シートが二重になり、その分で合計の厚みが増大する。

特開２０１１−１５１１７１号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、高電圧に対応可能でありながら、薄型化を可能にした電気化学デバイスを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る電気化学デバイスは、
第１セパレータ層を挟むように一対の第１内部電極が積層してある第１素子と、
第２セパレータ層を挟むように一対の第２内部電極が積層してある第２素子と、
少なくとも前記第１素子と前記第２素子とを覆う外装シートと、
前記外装シートの内部で、前記第１素子と前記第２素子との間に積層され、第１電解質溶液と第２電解質溶液とを隔離する隔壁シートと、
前記一対の第１内部電極のうちの少なくとも１つの第１内部電極に接続される第１リード端子と、
前記一対の第２内部電極のうちの少なくとも１つの第２内部電極に接続される第２リード端子と、を有する電気化学デバイスであって、
前記隔壁シートには、表裏面を貫通する貫通孔が形成してあり、前記隔壁シートに近接する前記第１内部電極の一方の面に形成してある電極部分が前記貫通孔に密封されて入り込むように、前記第１内部電極が前記隔壁シートに液密に固定され、
前記隔壁シートに固定された前記第１内部電極の少なくとも一部が、前記第２素子におけるいずれか一方の前記第２内部電極の少なくとも一部を兼ねていることを特徴とする。

本発明に係る電気化学デバイスによれば、外装シートの内部に、隔壁シートにより仕切られている２つ以上の素子を収容することが可能である。そのため、高電圧に対応可能である。しかも、２つ以上の素子が隔壁シートを介して積層してあるため、水平方向に２つ以上の素子を配置する場合に比較して、デバイスの小型化にも寄与する。さらに本発明では、第１内部電極の一方の面に形成してある電極部分が貫通孔に密封されて入り込み、隔壁シートに固定された第１内部電極の少なくとも一部が、第２素子におけるいずれか一方の第２内部電極の少なくとも一部を兼ねる。そのために、貫通孔に入り込んでいる電極部分の厚みと、共用化している内部電極に相当する厚みを低減することができ、デバイスの厚みをさらに薄くすることができる。また、このような構成を採用することで、第１素子と第２素子とを直列に接続することが容易になる。

また本発明では、少なくとも一方の第１内部電極を隔壁シートに液密に固定するために、第１内部電極を外装シートに対して固定する場合に比較して、第１内部電極と外装シートと絶縁を保持しやすいと共に、デバイスを折り曲げたときの衝撃に対する耐性に優れている。

本発明では、前記隔壁シートに固定された前記第１内部電極は、前記第２内部電極を兼ねる中間電極として機能する。

好ましくは、中間電極は、
中間集電体層と、
前記中間集電体層の一方の面に形成してある第２中間活性層と、
前記中間集電体層の他方の面に形成してある第１中間活性層と、を有し、
前記第２中間活性層が、前記隔壁シートの前記貫通孔に入り込む前記電極部分である。

中間電極を、このような構成とすることで、一方の第１内部電極が一方の第２内部電極を兼ねることが容易になり、内部電極の積層数を減少させることが容易になる。

好ましくは、前記中間電極ではない前記第１内部電極は、
前記第１中間活性層に対して前記第１セパレータ層を挟んで配置される第１ベース活性層と、
前記第１ベース活性層を保持する第１ベース集電体層と、を有し、
前記中間電極ではない前記第２内部電極は、
前記第２中間活性層に対して前記第２セパレータ層を挟んで配置される第２ベース活性層と、
前記第２ベース活性層を保持する第２ベース集電体層と、を有し、
前記第１ベース集電体層には前記第１リード端子が接続され、
前記第２ベース集電体層には前記第２リード端子が接続されている。

このような構成を採用することで、一方の第１内部電極が一方の第２内部電極を兼ねることが容易になり、内部電極の積層数を減少させることが容易になる。

前記中間集電体層には、中間リード端子を接続しても良い。中間集電体層には、中間リード端子を接続させないことで、シール部の厚みをさらに低減することができるが、中間リード端子を接続させ、中間リード端子をバランス回路などに接続することで、電圧の制御を容易に行うことができる。

好ましくは、前記外装シートの周縁部が前記隔壁シートの周縁部を挟み込むように一体化されるシール部をさらに有し、
前記シール部では、前記第１リード端子と前記第２リード端子とが、前記シール部の長手方向に沿って異なる位置で前記シール部の外部に引き出されている。

このような構成にすることで、リード端子の引出部におけるシール部の厚みを低減することが可能である。ＩＣカード内での電池製品の厚みは、たとえば０．９ｍｍ以下と非常に薄いことが要求され、電気化学デバイスの薄型化で問題となるのは、リード端子の引出部におけるシール部の厚みである。電気化学デバイスを構成する各部材の厚みを薄くすることはできるが、シール部分は複数の部材の合算の厚みになることから相対的な厚みの増大を招き易い部分である。そのため、従来では、リード端子の引出部におけるシール部の厚みを相対的に薄くすることは困難であったが、本発明では、２つ以上のセルを積層させながら、０．９ｍｍ以下の厚みを容易に実現することができる。

好ましくは、前記中間リード端子が、前記シール部に沿って前記第１リード端子と前記第２リード端子との間で、前記シール部の外部に引き出されている。中間リード端子は、必ずしも設ける必要はないが、設ける場合において、中間リード端子の位置もずらすことで、リード端子の引出部におけるシール部の厚みを相対的に薄くすることが容易になる。

好ましくは、前記第１中間活性層の平面方向の領域が、前記第１ベース活性層の平面方向の領域の範囲内に含まれる関係、あるいは逆の関係にあり、
前記第２中間活性層の平面方向の領域が、前記第２ベース活性層の平面方向の領域の範囲内に含まれる関係、あるいは逆の関係にある。このような関係にすることで、中間電極に対して、中間電極ではない第１内部電極または第２内部電極が平面方向に多少位置ズレして配置されたとしても、活性層相互の重複部分の面積が変化せず、目的とする安定した性能を確保しやすい。なお、本発明では、これらの活性層の面積が相互に略同一であってもよい。

好ましくは、本発明の電気化学デバイスは、前記シール部から引き出された前記第１リード端子および前記第２リード端子の折れ曲がりを防止するサポートシートをさらに有する。このように構成することで、第１シール部から引き出された第１リード端子および第２リード端子の折れ曲がりを有効に防止することができる。

好ましくは、前記サポートシートは、前記第１シール部に位置する前記外装シートの第１シール部側の周縁部の１つを外側に延長して形成してある。このようにして構成することで、サポートシートの形成が容易になる。

好ましくは、前記サポートシートの突出長さが、前記第１リード端子および前記第２リード端子の突出長さよりも長い。このように構成することで、第１シール部から引き出された第１リード端子および第２リード端子の折れ曲がりを有効に防止することができる。

好ましくは、前記シール部の一部に、リード端子引き出し用の第１シール部（トップシール部）を有し、前記第１リード端子と前記第２リード端子とが、前記第１シール部の長手方向に沿って異なる位置で前記第１シール部の外部に引き出されている。

好ましくは、前記第１シール部は、前記第１リード端子と前記第２リード端子とをそれぞれ挟み込む密封用テープが、前記隔壁シートの第１シール部側の周縁部と共に、前記外装シートの第１シール部側の周縁部の間に挟み込まれて熱シールされることで形成される。熱シールすることで、密封用テープと隔壁シートの第１シール部側の周縁部とが熱で一体化され、リード端子の取り出し部は、外装シートの内部の密封が良好になる。また密封を良好に保ちながら、第１シール部の厚みを最小限に薄くすることができる。

好ましくは、前記第１シール部の長手方向の両端には、それぞれ第３シール部（サイドシール部）の一端が接続するように連続して形成してあり、これらの第３シール部の他端を接続するように、第２シール部（ボトムシール部）が連続して形成してあり、
前記第３シール部は、隔壁シートの周縁部の一部が、前記外装シートの間に挟み込まれて熱シールされることで形成され、
前記第２シール部は、隔壁シートの周縁部の他の部分が、前記外装シートの折り返しにより挟み込まれて熱シールされることで形成される。

このように構成することで、デバイスの厚みを薄く保持しながら、外装シートの内部において、第１素子の第１電解質溶液と第２素子の第２電解質溶液との隔離を図り、しかも、これらの溶液が外装シートの外部に漏れることを有効に防止することができる。

図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係る電気二重層キャパシタの斜視図、図１（Ｂ）は本発明の他の実施形態に係る電気二重層キャパシタの斜視図である。 図２Ａは図１（Ａ）のIIA−IIA線に沿う概略断面図である。 図２Ｂは図１（Ｂ）のIIB−IIB線に沿う概略断面図である。 図３（Ａ）は図１（Ａ）に示す電気二重層キャパシタの製造方法例を示す中間電極の概略斜視図、図３（Ｂ）は図３（Ｂ）の一部破断面を示す斜視図である。 図４は図３の続きの工程を示す斜視図である。 図５は図４の続きの工程を示す斜視図である。 図６は図５の続きの工程を示す斜視図である。 図７は図６の続きの工程を示す斜視図である。 図８は図７の続きの工程を示す斜視図である。 図９Ａは図８の続きの工程を示す斜視図である。 図９Ｂは図９ＡのIXB−IXB線に沿う概略断面図である。 図１０は図９の続きの工程を示す斜視図である。 図１１は図１０の続きの工程を示す斜視図である。 図１２は図１１の続きの工程を示す斜視図である。 図１３は図１２の続きの工程を示す斜視図である。 図１４は図１３の続きの工程を示す斜視図である。 図１５は図１４の続きの工程を示す斜視図である。 図１６は図１５の続きの工程を示す斜視図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第１実施形態
図１（Ａ）に示すように、本発明の一実施形態に係る電気化学デバイスとしての電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）２は、外装シート４を有する。外装シート４には、一枚のシート４を折り返し周縁部４ｃで折り曲げて表面４ａおよび裏面４ｂが形成してある。

本実施形態では、外装シート４は、Ｘ軸方向の長さＬ０に対してＹ軸方向の長さＷ０が長い長方形状を有するが、これに限定されず、正方形でも、その他の多角形状、あるいは円形、楕円形、あるいはその他の形状でも良い。この実施形態では、外装シート４の表面４ａと裏面４ｂとが重なる方向を厚み方向（Ｚ軸方向）とし、それに相互に直交する方向をＸ軸およびＹ軸とする。

外装シート４の内部には、図２Ａを用いて後述するように、第１素子１０および第２素子２０とが重なる位置で積層してある。それらの素子１０および２０からそれぞれ引き出される第１リード端子１８と第２リード端子２９と中間リード端子１９とが、外装シート４の外部に引き出されている。

図１（Ａ）に示すように、本実施形態では、長方形状の外装シート４の内部は、外装シート４の四辺に沿って形成してある第１シール部４０、第３シール部４２および第２シール部４４とに囲まれて密封してある。この実施形態では、リード端子１８，１９，２９がＸ軸方向に引き出された側を第１シール部（トップシール部）と称し、それと反対側には外装シートを折り返してなる周縁部４ｃ側を第２シール部（ボトムシール部）と称している。これらのシール部４０、４２および４４の形成方法については後述する。

図２Ａに示すように、外装シート４の内部には、第１素子１０と第２素子２０とが、隔壁シート３０を介してＺ軸方向に積層してある。第１素子１０と第２素子２０の詳細に関しては後述する。第１素子１０および第２素子２０は、それぞれ電気二重層キャパシタの素子を構成しており、本実施形態では、２つのキャパシタ素子が外装シート４の内部に収容してある。

第１素子１０では、図９Ｂにも示すように、第１電解質溶液が染み込んである第１セパレータ層１１を挟むように一対の第１内部電極１６，１７が積層してある。第１内部電極１６，１７のうちの一方は、正極となり、他方は、負極となる。これらの第１内部電極１６，１７の内の一方の第１内部電極１６は、第１ベース集電体層１３と、その上に積層されて第１セパレータ層１１の下面に接触する第１ベース活性層１２とから成る。なお、本実施形態において、上下とは、特に断らない限り、Ｚ軸方向に沿っての上下であり、相対的な概念である（以下同様）。

第１内部電極１６，１７の内の他方の第１内部電極１７は、中間集電体層１５と、その下面に積層されて第１セパレータ層１１の上面に接触する第１中間活性層１４とから成る。中間集電体層１５の下面と反対側の上面には、第２中間活性層２２が積層してある。本実施形態では、中間集電体層１５と、その上下両面に形成してある中間活性層１４および２２とが、中間電極５０を構成し、後述するように、第１内部電極１７および第２内部電極２６を兼ねることになる。

中間電極５０の第２中間活性層２２は、隔壁シート３０に形成してある表裏面を貫通する貫通孔３２の内部に嵌合して挿入され、中間集電体層１５の上面縁部は、隔壁シート３０の下面に対して熱圧着などの手段で液密に固定される。もちろん第２中間活性層２２と貫通孔３２の内周縁との間も液密に保持され、第１素子１０の空間内に充填してある第１電解質溶液と、第２素子２０の空間に充填してある第２電解質溶液とが、貫通孔３２を通して混合することはない。

第２素子２０は、図２Ａおよび図９Ｂに示すように、第２電解質溶液が染み込んである第２セパレータ層２１を挟むように一対の第２内部電極２６，２７が積層してある。第２内部電極２６，２７のうちの一方は、正極となり、他方は、負極となる。これらの第２内部電極１６，２７の内の一方の第２内部電極２７は、第２ベース集電体層２５と、その下面に積層されて第２セパレータ層２１の上面に接触する第２ベース活性層２４とから成る。

第２内部電極２６，２７の内の他方の第２内部電極２６は、前述したように、中間電極５０に形成してあり、隔壁シート３０の貫通孔３２を通して第２セパレータ層２１の下面に接触する第２中間活性層２２と、その下面に積層される中間集電体層１５とから成る。すなわち、本実施形態では、中間電極５０が、第１内部電極１７と第２内部電極２６とを兼ねている。

セパレータ層１１（２１）は、それぞれ内部電極１６，１７（２６，２７）を電気的に絶縁すると共に、電解質溶液が浸透可能に構成してあり、たとえば電気絶縁性の多孔質シートで構成される。電気絶縁性の多孔質シートとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や、上記樹脂の混合物の延伸膜、あるいは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。セパレータ層１１（２１）の厚さは、たとえば５〜５０μｍ程度である。

集電体層１３，１５，２５としては、一般的に高い導電性を有する材料であれば特に限定されないが、低電気抵抗の金属材料が好ましく用いられ、たとえば、銅、アルミニウム、ニッケル等などのシートが用いられる。これらの集電体層１３，１５，２５のそれぞれの厚みは、たとえば１５〜５０μｍ程度である。

活性層１２，１４，２２，２４は、活物質およびバインダを含み、好ましくは導電助剤を含む。活性層１２，１４，２２，２４は、それぞれの集電体層１３，１５，２５を構成するシートの表面に積層して形成される。

活物質としては、種々の電子伝導性を有する多孔体が挙げられ、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、メソカーボンファイバー（ＭＣＦ）、コークス類、ガラス状炭素、有機化合物焼成体等の炭素材料が挙げられる。バインダとしては、上記の活物質、好ましくは導電助剤を集電体層を構成するシートに固定することができれば特に限定されず、種々の結着剤を使用できる。バインダとしては、たとえば、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）等のフッ素樹脂や、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）と水溶性高分子（カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、デキストリン、グルテン等）との混合物等が挙げられる。

導電助剤は、活性層１２，１４，２２，２４の電子伝導性を高めるために添加される材料である。導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ＩＴＯ等の導電性酸化物が挙げられる。

活性層１２，１４，２２，２４の厚さは、好ましくは、たとえば１〜２００μｍ程度である。活性層１２，１４，２２，２４は、リード端子が接続される部分を避けるように集電体層１３，１５，２５上に形成されている。活性層１２，１４，２２，２４は、公知の方法で作製することができる。

本実施形態において、「正極」とは、電気二重層キャパシタに電圧を印加した際に、電解質溶液中のアニオンが吸着する電極であり、「負極」とは、電気二重層キャパシタに電圧を印加した際に、電解質溶液中のカチオンが吸着する電極である。なお、電気二重層キャパシタに対して一度特定の正負の向きに電圧を印加して充電した後に再充電する際には、通常最初と同じ向きに充電を行い、逆向きに電圧を印加して充電することは少ない。

隔壁シート３０は、電気絶縁材料で構成してあり、２つの素子１０，２０にそれぞれ含まれる電解質溶液を透過させない材料からなり、しかも、熱シール可能なものであることが好ましい。たとえば隔壁シート３０は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）、フッ素樹脂、ポリイミド（ＰＩ）などで構成してあることが好ましい。隔壁シート３０の厚みは、好ましくは、２０〜１００μｍである。

外装シート４は、後述の電解質溶液を透過させない材料からなり、しかも、隔壁シート３０の周縁部、あるいは図８および図９Ｂに示す密封用テープ４０ａと熱シールにより一体化されるものであることが好ましい。これらの密封用テープ４０ａは、作業性から粘着テープなどのテープ状のものが好ましい。ただしテープに限らず塗布可能なシーラント樹脂であっても良く、熱により溶融し接着可能なものであればどのような形態のものでも良い。また、外装シート４は、素子１０および２０を密封し、シート４の内部に、空気や水分が進入するのを防止するもので構成してある。具体的には、外装シート４は、単層シートでも良いが、図２Ａに示すように、金属シート４Ａを、内側シート４Ｂおよび外側シート４Ｃとで挟むように積層してある多層シートであることが好ましい。

金属シート４Ａは、たとえばアルミニウム，ステンレス等で構成してあることが好ましく、内側シート４Ｂは、電気絶縁材で構成してあり、電解質溶液とは反応しにくく熱シール可能なポリプロピレンなどの隔壁シートと同様な材質で構成してあることが好ましい。また、外側シート４Ｃは、特に制限されず、たとえばＰＥＴ、ＰＣ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、ＰＩ、フッ素樹脂、ＰＥ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などで構成してあることが好ましい。外装シート４の厚みは、好ましくは、５〜５０μｍである。

リード端子１８，１９，２９は、集電体層１３，１５，２３，２５に対して電流の入出力端子の役割を果たす導電性部材であり、矩形板形状をなしている。リード端子１８，１９，２９の厚さは、好ましくは、２０〜１０００μｍ程度である。

外装シート４で囲まれ、隔壁シート３０により分離され、シール部４０，４２および４４により各素子１０および２０をそれぞれ密封するための空間には、電解質溶液（図示せず）が充填され、その一部は、活性層１２，１４，２２，２４およびセパレータ層１１および２１の内部に含浸されている。なお、本実施形態では、中間集電体層１５は、電解質溶液を浸透させない材質または構造であるが、ベース集電体層１３および２５は、電解質溶液を浸透させる材質または構造であってもよい。

電解質溶液としては、電解質を有機溶媒に溶解させたものが使用される。電解質としては、例えば、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ＴＥＡ^＋ ＢＦ_４ ⁻ ）、トリエチルモノメチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ＴＥＭＡ^＋ ＢＦ_４ ⁻ ）等の４級アンモニウム塩など、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などを用いるのが好ましい。なお、これらの電解質は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

また、有機溶媒としては、公知の溶媒を使用することができる。有機溶媒としては、例えば、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、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルホルムアミド、スルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリルなどが好ましく挙げられる。これらは単独で使用してもよく、２種以上を任意の割合で混合して使用してもよい。

第１素子１０のための空間に収容される第１電解質溶液と、第２素子２０のための空間に収容される第２電解質溶液とは、同じでも異なっていても良いが、同じであることが好ましい。製造が容易になるからである。これらの第１電解質溶液と第２電解質溶液とは、中間集電体１５がヒートシールなどで液密に固定してある隔壁シート３０とシール部４０，４２および４４とで、相互に分離される。

本実施形態では、各集電体層１３，１５，２５の第１シール部４０側の端部が、集電体層１２，１４，２２，２４に対して突出してあり、それらの端部内側に、薄板状のリード端子１８，１９，２９の後端が超音波溶接、スポット溶接などにより接続してある。各リード端子１８，１９，２９の後端が各集電体層１３，１５，２５の端部と接続する位置は、図１（Ａ）および図２Ａに示すように、Ｚ軸方向で異なると共に、Ｙ軸方向にも異なる。

各リード端子１８，１９，２９の先端は、図２Ａに示すように、第１シール部４０を貫通して、第１シール部４０の外部に引き出される。第１シール部４０は、各リード端子１８，１９，２９が引き出される部分であり、第３シール部４２および第２シール部４４に比較して、特に密封性が要求され、その合計の厚みＴ０は、ＥＤＬＣ２の各部分の中で最も厚くなる部分である。本実施形態では、後述する手法を採用することにより、この部分の厚みＴ０を、０．９ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下にし、しかも好適な密封性能を保持することに成功している。

図１に示すように、本実施形態では、第１シール部４０では、第１リード端子１８と中間リード端子１９と第２リード端子２９とが、第１シール部４０の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って全て異なる位置で第１シール部４０の外部に引き出されている。

本実施形態では、第２リード端子２９と中間リード端子１９との隙間Ｗ３は、第１リード端子１８と中間リード端子１９と隙間と同じでも異なっても良い。第２リード端子２９（第１リード端子１８も同様）のＹ軸方向の幅Ｗ１と、中間リード端子のＹ軸方向の幅Ｗ２は、同じでも異なっていても良い。幅Ｗ１は、具体的にはたとえば１〜４ｍｍが好適である。また、ＥＤＬＣ２のＹ軸方向の幅Ｗ０は、ＩＣカード内に収容する場合には、好ましくは、１０〜５０ｍｍであり、Ｘ軸方向の長さＬ０は、好ましくは、１０〜５０ｍｍである。

本実施形態では、第１リード端子１８（第２リード端子２９も同様）は、中間リード端子１９よりも、Ｘ軸方向に突出して形成してある。すなわち、図２Ａに示すように、第１リード端子１８（第２リード端子２９）の第１シール部４０からの突出長さＬ１は、中間リード端子１９の突出長さＬ２よりも長い。突出長さＬ２は、好ましくは、３〜１０ｍｍであり、Ｌ１−Ｌ２は、好ましくは、１〜３ｍｍである。Ｌ１＞Ｌ２とすることで、端子の取り扱いミスを防止することができる。

本実施形態では、従来では最も漏れが発生しやすい第１シール部４０は、後述するように、隔壁シート３０の周縁部が、密封用テープ４０ａと熱シール時の加熱により一体化されて形成される。その際に、外装シート４の内周面に形成してある内側シート４Ｂも一体化され、第１シール部４０での密封性を向上させる。また、隔壁シート３０の周縁部が、第１シール部４０と一体化されるために、第１素子１０を収容する空間と第２素子２０を収容する空間の隔離も良好に保たれる。

また、第２シール部４４では、外装シート４の折り返し周縁部４ｃで折り曲げられて、隔壁シート３０のボトム側周縁部が挟み込まれ、熱シール時の加熱により、隔壁シート３０のボトム側周縁部が外装シート４の内側シート４Ｂと一体化される。その結果、第２シール部４４での密封性が確保され、第１素子１０を収容する空間と第２素子２０を収容する空間の隔離も良好に保たれる。

図１（Ａ）に示す第３シール部４２では、外装シート４の表面４ａおよび裏面４ｂにおける各サイド周縁部４ｅにより、隔壁シート３０のサイド側周縁部が挟み込まれ、熱シール時の加熱により、隔壁シート３０のサイド側周縁部が外装シート４の内側シート４Ｂと一体化される。その結果、第３シール部４２での密封性が確保され、第１素子１０を収容する空間と第２素子２０を収容する空間の隔離も良好に保たれる。

第１シール部４０の長手方向の両端には、それぞれ第３シール部４２の一端が接続するように連続して形成してあり、これらの第３シール部４２の他端を接続するように、第２シール部４４が連続して形成してある。そのため、外装シート４の内部は、隔壁シート３０によりＺ軸方向に分離された状態で、外装シート４の外部に対して良好に密封される。

本実施形態のＥＤＬＣ２では、外装シート４の内部に、隔壁シート３０により仕切られている２つ以上の素子１０，２０を収容することが可能である。そのため、高電圧に対応可能である。しかも、２つ以上の素子１０，２０が隔壁シート３０を介して積層してあるため、水平方向に２つ以上の素子を配置する場合に比較して、デバイスの小型化にも寄与する。

さらに本実施形態では、中間電極５０の一方の面に形成してある第２活性層２２が貫通孔３２に密封されて入り込み、隔壁シート３０に固定された中間集電体層１５が、第１電極１７の集電体層と第２電極２６の集電体層とを兼ねる。そのために、貫通孔３２に入り込んでいる第２中間活性層２２の厚みと、共用化している中間集電体層１５に相当する厚みを低減することができ、デバイス２の厚みをさらに薄くすることができる。また、このような構成を採用することで、第１素子１０と第２素子２０とを直列に接続することが容易になる。

また本実施形態では、第１内部電極１７および第２内部電極２６の双方を構成する中間集電体層１５を隔壁シート３０に液密に固定するために、第１内部電極１７を外装シート４に対して固定する場合に比較して、第１内部電極１７と外装シート４と絶縁を保持しやすいと共に、デバイスを折り曲げたときの衝撃に対する耐性に優れている。

また本実施形態では、中間集電体層１５には、中間リード端子１９を接続してあり、中間リード端子１９を外部のバランス回路などに接続することで、電圧の制御を容易に行うことができる。ただし、本発明では、中間集電体層１５には、中間リード端子１９を接続させないことで、第１シール部４０の厚みをさらに低減することができる。

また、本実施形態では、図９Ｂに示すように、第２中間活性領域２２の平面方向（Ｘ−Ｙ方向）の領域Ｓｍ２が、第１中間活性層１４の平面方向の領域Ｓｍ１と重複する平面位置に形成してある。また、これらの領域Ｓｍ１およびＳｍ２の面積も略一致する。第２中間活性領域２２の平面方向の領域Ｓｍ２は、貫通孔３２の開口領域Ｓｈ０と重複するように形成してあり、これらの面積も略一致する。

ただし、本実施形態では、第１中間活性層１４の平面方向の領域Ｓｍ１が、第１ベース活性層１２の平面方向の領域Ｓｂ１の範囲内に含まれる関係、あるいは逆の関係にあり、
第２中間活性層２２の平面方向の領域Ｓｍ２が、第２ベース活性層２４の平面方向の領域Ｓｂ２の範囲内に含まれる関係、あるいは逆の関係にあってもよい。

このような関係にすることで、中間電極５０に対して、中間電極ではない第１内部電極１６または第２内部電極２７がセパレータ層１１または２１を介して、平面方向に多少位置ズレして配置されたとしても、活性層１２，１４相互の重複部分の面積、または活性層２２，２４相互の重複部分の面積が変化せず、目的とする安定した性能を確保しやすい。すなわち、位置ずれによる容量減少の軽減と、抵抗増加のバラツキの軽減を図ることができる。また、各素子１０および２０のバランスも良くなる。なお、本発明では、これらの活性層１２，１４，２２，２４の領域の平面方向位置が相互に略一致（面積が相互に略同一）であってもよい。

さらに、本実施形態のＥＤＬＣ２では、第１リード端子１８と中間リード端子１９と第２リード端子２９とが、直線状の第１シール部４０の長手方向（Ｚ軸方向）に沿って異なる位置でシール部４０の外部に引き出されている。このため、リード端子１８，１９，２９の引出部におけるシール部４０のＺ軸方向の厚みを低減することが可能である。

ＩＣカード内での電池製品の厚みは、たとえば０．９ｍｍ以下と非常に薄いことが要求され、ＥＤＬＣの薄型化で問題となるのは、リード端子１８，１９，２９の引出部におけるシール部４０の厚みである。すなわち、他の部分は薄くできても、従来では、リード端子１８，１９，２９の引出部におけるシール部４０の厚みを０．９ｍｍ以下にすることは困難であったが、本実施形態において初めて可能になった。すなわち、本実施形態では、２つ以上のセルを積層させながら、０．９ｍｍ以下（さらに好ましくは０．６ｍｍ以下、特に好ましくは０．５ｍｍ以下）の厚みを実現することができる。

さらに本実施形態のＥＤＬＣ２では、最終的に第１リード端子１８を正極とし、第２リード端子２９を負極として使用することで、電解質溶液が分離された素子１０，２０が直列接続され、耐電圧が向上する。ＥＬＤＣでは、単一の素子での耐電圧が最大で約２．８５Ｖ程度と決まっており、用途に合わせて耐電圧を向上させるには、素子を直列に接続することが効果的である。本実施形態のＥＬＤＣは、きわめて薄く、しかも十分な耐電圧を有することから、ＩＣカードなどの薄型電子部品に内蔵するための電池として好適に用いることができる。

次に、図３〜図１６を用いて、本実施形態のＥＤＬＣ２の製造方法の一例について説明する。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、まず、中間電極５０を準備する。中間電極５０を形成するために、中間集電体層１５の表裏面に、活性炭を塗布することなどにより、活性層１４および２２を形成する。これらの活性層１４および２２の領域Ｓｍ１およびＳｍ２は、同じでも異なっていても良いが、好ましくは略同一であり、平面方向に略一致する位置に形成される。活性層１４および２２の厚みは、同じであることが好ましく、しかも、隔壁シート３０の厚みと略同一であることが好ましい。活性層２２が貫通孔３２の内部に入り込んだ場合に、活性層２２の表面と隔壁シート３０の上面が面一になるからである。

次に、図４および図９Ｂに示すように、リード端子１９の後端を、中間集電体層１５における活性層１４が形成されていない端部に超音波溶接などで接続する。リード端子１９には、前述した第１シール部４０となるＸ軸方向位置に、密封用テープ４０ａが、端子１９を挟み込むように接着してある。次に、図５および図９Ｂに示すように、貫通孔３２が形成してある隔壁シート３０を準備する。本実施形態では、貫通孔３２の形状は四角形であるが、それに限定されない。

次に、図６および図９Ｂに示すように、中間電極５０の第２中間活性層２２が貫通孔３２の内部に入り込むように、中間集電体層１５の周縁部を隔壁シート３０の貫通孔３２の周囲に沿って熱シールにより液密に固定する。第２中間活性層２２が貫通孔３２の内部から脱落しないように、図７に示すように、テープ４６により仮止めしても良い。

これらの作業と並行して、図９Ｂに示す第１電極１６、第２電極２７、セパレータ層１１および２１を準備する。各集電体層１３，２５の第１シール部側の端部の内側には、それぞれリード端子１８，２９の後端が超音波溶接などで接続してある。各リード端子１８，１９には、密封用テープ４０ａが、リード端子１９と同様にして貼着してある。

次に、図８、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、セパレータ層１１を介して第１電極１６を中間電極５０の第１中間活性層１４に対して積層すると共に、セパレータ層２１を介して第２電極２７を中間電極５０の第２中間活性層２２に対して積層する。このように積層することで、隔壁シート３０の一方の面には第１素子１０が形成され、他方の面には、第２素子２０が形成される。

なお、各リード端子１８，１９，２９には、前述した第１シール部４０となるＸ軸方向位置に、密封用テープ４０ａが、各端子１８，１９，２９を挟み込むように接着してある。各端子１８，１９，２９は、Ｙ軸方向に所定間隔（図１（Ａ）に示す幅Ｗ３）で離れて配置してあり、テープ４０ａのＹ軸方向の幅は、各端子１８，１９，２９に接着してあるテープ４０ａ相互が接触しないような幅であることが好ましい。

具体的には、テープ４０ａのＹ軸方向の幅は、好ましくは端子２９の幅Ｗ１に対して０．５〜３ｍｍ長い。テープ４０ａのＹ軸方向の幅が狭すぎると、図２Ａに示す第１シール部４０におけるシール性が十分でなくなる可能性があり、幅が広すぎると、テープ同士が重なり第１シール部の厚みＴ０が大きくなり好ましくない。

テープ４０ａのＸ軸方向の幅は、図２Ａに示す第１シール部４０のＸ軸方向の長さＬ３に対応し、好ましくは、２〜４ｍｍである。

次に、図１０に示すように、隔壁シート３０を挟み込むように配置された素子１０および２０の全体を覆うように、外装シート４を折り返し周縁部４ｃで折り曲げて、シートの表面４ａおよび裏面４ｂで素子１０，２０を覆う。

なお、外装シート４および隔壁シート３０は、Ｙ軸方向に予め長く形成してある。外装シート４および隔壁シート３０のＸ軸方向の幅は、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄおよび隔壁シート３０の周縁部がテープ４０ａと重複するように調整されている。

次に、図１１に示すように、隔壁シート３０を挟み込むように配置された素子１０および２０の全体を覆う外装シート４を、治具６０にセットし、外装シート４の折り返し周縁部４ｃを加圧加熱し、第２シール部４４を形成する。

次に、図１２に示すように、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄを加圧加熱し、第１シール部４０を形成する。そのときに、隔壁シート３０の周縁部が、密封用テープ４０ａと熱シール時の加熱により一体化されて形成される。その際に、外装シート４の内周面に形成してある内側シート４Ｂ（図２Ａ参照）も一体化され、第１シール部４０での密封性が向上する。

次に、図１３に示すように、片側のみの第３シール部４２を、前述と同様な熱シールにより形成し、次に、図１４に示すように、第３シール部４２が形成されていない外装シート４の開口端６２から電解質溶液を注入し、その後に、図１５に示すように、最後の第３シール部４２を、前述と同様な熱シールにより形成する。

次に、図１６に示すように、第３シール部４２の外側の切断線６４に沿って外装シート４を隔壁シート３０と共に切断し、余分な外装シート４’を除去することで、本実施形態のＥＤＬＣ２が得られる。

本実施形態の製造方法では、第１シール部４０は、第１リード端子１８と中間リード端子１９と第２リード端子２９とをそれぞれ挟み込む密封用テープ４０ａが、隔壁シート３０の周縁部と共に、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄの間に挟み込まれて熱シールされることで形成される。熱シールすることで、密封用テープ４０ａと隔壁シート３０の周縁部とが熱で一体化され、リード端子１８，１９，２８，２９の取り出し部において、外装シート４の内部の密封が良好になる。また密封を良好に保ちながら、第１シール部４０の厚みを最小限に薄くすることができる。

このように構成することで、ＥＤＬＣ２の厚みを薄く保持しながら、外装シート４の内部において、第１素子１０の第１電解質溶液と第２素子２０の第２電解質溶液との隔離を図り、しかも、これらの溶液が外装シート４の外部に漏れることを有効に防止することができる。

第２実施形態
図１（Ｂ）および図２Ｂに示すように、本実施形態のＥＤＬＣ２ａは、第１シール部４０から引き出された第１リード端子１８，１９および第２リード端子２８，２９の折れ曲がりを防止するサポートシート４ｆをさらに有する。その他は、第１実施形態と同様なので、以下の説明では、共通する部分の説明は一部省略し、相違する部分について詳細に説明する。

前述した第１実施形態では、図２Ａに示すように、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄでは、外装シート４の表面４ａと裏面４ｂとでＸ軸方向の位置が同じである。これに対して、本実施形態では、サポートシート４ｆは、第１シール部４０に位置する外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄの１つを外側に延長して形成してある。

このようにして構成することで、サポートシート４ｆの形成が容易になる。サポートシート４ｆの突出長さＬ４は、第１リード端子１８および第２リード端子２９の突出長さＬ１よりも長い。なお、Ｌ４−Ｌ１は、好ましくは０．５〜２ｍｍである。

このように構成することで、第１シール部４０から引き出された第１リード端子１８，１９および第２リード端子２８，２９の折れ曲がりを有効に防止することができる。また、Ｌ４＞Ｌ１とすることで、リード端子１８が、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄにおける金属シート（図２Ａの金属シート２Ａ）露出端に接触するおそれがなくなり、確実に短絡防止を図れる。

また本実施形態では、リード端子１８，１９および２９を、たとえば熱シールでサポートシート４ｆに固定することで、端子強度をさらに増加させることができる。外装シート４ｆに固定することで、端子ズレが起こり難くなり、ＡＣＦ接続などの様々な端子接続が容易になる。

その他の実施形態
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、本発明が適用されるラミネート型の電気化学デバイスとしては、ＥＤＬＣに限らず、リチウム電池やリチウム電池キャパシタなどにも適用することができる。

また、上述した実施形態では、四角形状の外装シート４の１辺のみで、全てのリード端子１８，１９，２８，２９をシール部の外部に取り出しているが、本発明は、これに限定されず、四角形状の外装シート４の別々の辺の位置から各リード端子１８，１９，２８，２９を取り出すように構成しても良い。

さらに、上述した実施形態では、１枚の外装シート４を折り返した場合の構造を説明してきたが、外装シートを２枚用意し対向して貼り合わせ周縁（４辺）を熱シールしてもよい。この場合、更なる厚みの低減を図ることができるため好ましい。

また、上述した実施形態では、第１素子１０の上に第２素子２０が積層してあるが、その積層順序は特に限定されない。また、本発明では、第２素子２０の上に、さらに、隔壁シート３０を介して、図示省略してある第３素子を、前述した第１素子１０と第２素子２０との関係と同様にして積層しても良い。その場合には、第２素子２０の一方の第２内部電極が、第３素子の第３内部電極を兼ねるように構成しても良い。第３素子の上には、同様にして第４素子以降も積層することができる。なお本発明では、第１、第２および第３の概念は、相対的な概念であり、第１が第２または第３にもなり得ると共に、第４以降が、第１、第２および第３のいずれかに該当しても良い。

２，２ａ… 電気二重層キャパシタ
４… 外装シート
４ａ… 表面
４ｂ… 裏面
４ｃ… 折り返し周縁部
４ｄ… 第１シール部側の周縁部
４ｅ… サイド周縁部
４ｆ… サポートシート
１０… 第１素子
１１… 第１セパレータ層
１２… 第１ベース活性層
１４… 第１中間活性層
１３… 第１ベース集電体層
１５… 中間集電体層
１６，１７… 第１内部電極
１８… 第１リード端子
１９… 中間リード端子
２０… 第２素子
２１… 第２セパレータ層
２２… 第２中間活性層
２４… 第２ベース活性層
２５… 第２ベース集電体層
２６，２７… 第２内部電極
２９… 第２リード端子
３０… 隔壁シート
３２… 貫通孔
４０… 第１シール部
４２… 第３シール部
４４… 第２シール部
５０… 中間電極

Claims (8)

1. 第１セパレータ層を挟むように一対の第１内部電極が積層してある第１素子と、
   第２セパレータ層を挟むように一対の第２内部電極が積層してある第２素子と、
   少なくとも前記第１素子と前記第２素子とを覆う外装シートと、
   前記外装シートの内部で、前記第１素子と前記第２素子との間に積層され、第１電解質溶液と第２電解質溶液とを隔離する隔壁シートと、
   前記一対の第１内部電極のうちの少なくとも１つの第１内部電極に接続される第１リード端子と、
   前記一対の第２内部電極のうちの少なくとも１つの第２内部電極に接続される第２リード端子と、を有する電気化学デバイスであって、
   前記隔壁シートには、表裏面を貫通する貫通孔が形成してあり、前記隔壁シートに近接する前記第１内部電極の一方の面に形成してある電極部分が前記貫通孔に密封されて入り込むように、前記第１内部電極が前記隔壁シートに液密に固定され、
   前記隔壁シートに固定された前記第１内部電極の少なくとも一部が、前記第２素子におけるいずれか一方の前記第２内部電極の少なくとも一部を兼ねていることを特徴とする電気化学デバイス。
2. 前記隔壁シートに固定された前記第１内部電極は、
   前記第２内部電極を兼ねる中間電極として機能し、
   中間集電体層と、
   前記中間集電体層の一方の面に形成してある第２中間活性層と、
   前記中間集電体層の他方の面に形成してある第１中間活性層と、を有し、
   前記第２中間活性層が、前記隔壁シートの前記貫通孔に入り込む前記電極部分である請求項１に記載の電気化学デバイス。
3. 前記中間電極ではない前記第１内部電極は、
   前記第１中間活性層に対して前記第１セパレータ層を挟んで配置される第１ベース活性層と、
   前記第１ベース活性層を保持する第１ベース集電体層と、を有し、
   前記中間電極ではない前記第２内部電極は、
   前記第２中間活性層に対して前記第２セパレータ層を挟んで配置される第２ベース活性層と、
   前記第２ベース活性層を保持する第２ベース集電体層と、を有し、
   前記第１ベース集電体層には前記第１リード端子が接続され、
   前記第２ベース集電体層には前記第２リード端子が接続されている請求項２に記載の電気化学デバイス。
4. 前記中間集電体層には、中間リード端子が接続してある請求項３に記載の電気化学デバイス。
5. 前記外装シートの周縁部が前記隔壁シートの周縁部を挟み込むように一体化されるシール部をさらに有し、
   前記シール部では、前記第１リード端子と前記第２リード端子とが、前記シール部の長手方向に沿って異なる位置で前記シール部の外部に引き出されている請求項１〜４のいずれかに記載の電気化学デバイス。
6. 前記中間リード端子が、前記シール部に沿って前記第１リード端子と前記第２リード端子との間で、前記シール部の外部に引き出されている請求項５に記載の電気化学デバイス。
7. 前記第１中間活性層の平面方向の領域が、前記第１ベース活性層の平面方向の領域の範囲内に含まれる関係、あるいは逆の関係にあり、
   前記第２中間活性層の平面方向の領域が、前記第２ベース活性層の平面方向の領域の範囲内に含まれる関係、あるいは逆の関係にある請求項３〜６のいずれかに記載の電気化学デバイス。
8. 前記シール部から引き出された前記第１リード端子および前記第２リード端子の折れ曲がりを防止するサポートシートをさらに有する請求項５〜７のいずれかに記載の電気化学デバイス。

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