JP2019061878A

JP2019061878A - 電気化学デバイス

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Publication number: JP2019061878A
Application number: JP2017186628A
Authority: JP
Inventors: 真一朗筧; Shinichiro Kakehi; 悠西村; Yu Nishimura; 清志内田; Kiyoshi Uchida
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-04-18

Abstract

【課題】集電体タブ側端部とアルミラミネート外装体とが密着する領域において、外力が加わってもアルミラミネート外装体が突き破られにくく、ピンホールなどの欠陥発生を防止した電気化学デバイスを提供することである。【解決手段】アルミラミネートフィルムの外装体内に、正極と負極がセパレータを介して対向した電極群と、電解液を収容し、電極群からの引き出し部で積層された集電体タブが、電極リード端子を介して外装体から外部に引き出される電気化学デバイスであって、前記積層された集電体タブは、折り返し部を有し、折り返し部の集電体タブ側端部は幅方向に段差を持ち、その隣接しなおかつ連続した５点の各集電体タブの端点をつなげて直線近似した線が、集電体タブの幅方向に対し鋭角な角度αを成すこと（０度＜角α≦３５度）を特徴とする電気化学デバイスを用いる。【選択図】図２

Description

本発明は、電気化学デバイスに関する。

近年、スマートフォン、タブレット型ＰＣ、ノートパソコンなどをはじめとする携帯用電子機器の普及に伴い、小型・軽量で薄く、なおかつ長時間の連続稼動が可能な二次電池などの電気化学デバイスが求められている。この要求に応えるべく非水電解質電池、中でもリチウムイオンの吸蔵・放出を利用したリチウムイオン二次電池に関して種々の提案がなされている。

例えば上記リチウムイオン二次電池は、正極集電体の両面に正極活物質を設けた正極と、負極集電体の両面に負極活物質を設けた負極が、セパレータを介して対向して配置されひとつの電極群をなし、その電極群は電解液と共に外装体により封入されるとともに、一対の集電体タブが電極群からの引き出し部で各々積層され、電極リード端子を介して外部に引き出されるような構造になっている。

これらのリチウムイオン二次電池は従来の金属缶に代えて厚さ２０〜１００ｕｍ程度の金属箔の両面に樹脂フィルムを貼りあわせたラミネート外装体を用いることでさらなる軽量化、薄型化が可能になった。

中でも金属箔をアルミニウムとしたアルミラミネートフィルムを用いることにより、より軽く、省スペースな二次電池を作ることが有効となっている。このように軽量化、省スペース化が求められる背景としては、電池の体積エネルギー密度向上の要求があるためである。

またこれらの応用として、小型用途だけでなく電気自動車用電源や蓄電用途の大型電池、キャパシタなどもこのような構成のアルミラミネート外装体を用いることが検討されており、体積エネルギー密度向上がますます重要となっている。

同様の理由でアルミラミネート外装体を用いた時の集電体タブと電極リード端子との接続についての工夫も行われてきた。例えば、特許文献１に示されるように複数の正極と負極がセパレータを介して対向するように配置されて作製された電極群は、その正極あるいは負極から複数の集電体タブが同一方向に引き出され一か所で束ねられて正極側の電極リード端子あるいは負極側の電極リード端子に各々接続され、また前記電極リード端子は外装体の接合シール部を介して外部へと引き出される構造をもっている。

前記集電体タブと前記電極リード端子の接続については、複数の集電体タブは一旦電極群最下面に近接する位置で積層され上部へ向かって折り返されたのちに電極リード端子と接続されることが特に省スペースの観点から一般的である。これにより電極群と外装体の接合シール部との間隔を狭めることが可能となり、リチウムイオン二次電池の体積エネルギー密度が向上する。

しかし、集電体タブは一枚一枚は厚さ２０μｍ程度の非常に薄くて柔らかい金属箔であるが、複数枚を積層すると全体としては非常に強固になり硬くなる。図１に示すように、複数の集電体タブの引き出し方向に平行な二辺が厚み方向に、並び揃えられて折り返された集電体タブ側端部が外装体と接する領域においては、前記集電体タブ側端部が鋭利に尖っていることにより、真空シールされて密着した場合や、外的な衝撃が加わった場合に外装体を突き破ってしまう恐れがあった。

外装体の最内面には、厚み数十μｍ程度の樹脂層が形成されているが、その部分が突き破られピンホールが形成されると、そこからアルミ箔層まで電解液が染み出すこととなる。アルミ箔は電解液に侵されて腐食し、ガス発生、液漏れを引き起こしてしまう危険がある。

但し、集電体タブの積層厚が０．１ｍｍ以内では、タブの強度が弱いため自在に変形し、外装体破損の原因となっていない。集電体タブ枚数が増し、集電体タブ側端部が揃って積層された集電体タブの厚みが０．１ｍｍを超えると、折り返し位置で強固になり、外装体破損の原因となっている。

特に、最近ではさらなる電池容量向上のために電極枚数を増やすことが検討されており、集電体タブ数が増加するとさらに外装体破損の危険性が増すこととなる。

それを防止するために例えば集電体タブ側端部と外装体との間に緩衝材を設けることも可能であるが、部品点数が増しコスト面で不利となるばかりか、無駄に大きさが増してリチウムイオン二次電池の体積エネルギー密度が低減することとなる。

特開２００７−２３４４６６号公報

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、集電体タブ側端部とアルミラミネート外装体とが密着する領域において、外力が加わってもアルミラミネート外装体が突き破られにくく、ピンホールなどの欠陥発生を防止した電気化学デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にかかる電気化学デバイスは、アルミラミネートフィルムの外装体内に、正極と負極がセパレータを介して対向した電極群と、電解液を収容し、電極群からの引き出し部で積層された集電体タブが、電極リード端子を介して外装体から外部に引き出される電気化学デバイスであって、前記積層された集電体タブは、折り返し部を有し、折り返し部の集電体タブ側端部は幅方向に段差を持ち、その隣接しなおかつ連続した５点の各集電体タブの端点をつなげて直線近似した線が、集電体タブの幅方向に対し鋭角な角度αを成すこと（０度＜角α≦３５度）を特徴とする電気化学デバイスが提供される。

本発明にかかる電気化学デバイスによれば、積層された集電体タブの側端部とアルミラミネート外装体とが密着する箇所の集電体タブ厚み方向の断面において少なくとも一部に幅方向に階段状の段差を有し、強固なエッジ部が形成されないため、アルミラミネート外装体が破れることを防止することが可能となる。

本発明にかかる電気化学デバイスは、前記折り返し部において、集電体タブの少なくとも一方の側端部の一部に切欠きが形成されていることを特徴とする。

この形状によれば、折り返し部において、集電体タブ積層断面における階段状の段差がより規則性を有し、よりアルミラミネート外装体の破れを防止できる。

本発明にかかる電気化学デバイスは、前記折り返し部において、前記集電体タブの少なくとも一方の側端部における引出方向に対してなす角度θが５度〜２７度であることを特徴とする。

この形状によれば、折り返し部において、集電体タブ積層断面の全域において階段状の段差を有し、電極群の厚みが制限されず、より好ましい。

本発明によれば、集電体タブ側端部とアルミラミネート外装体とが密着する領域において、外力が加わってもアルミラミネート外装体が突き破られにくく、ピンホールなどの欠陥発生を防止した電気化学デバイスを提供することができる。

（ａ）本実施形態の電気化学デバイスの構成例を示す斜視図である。（ｂ）本実施形態の電気化学デバイスの構成例を示す側面図である。本実施形態の電気化学デバイスの折り返し部を示す斜視図である。従来の構造例を示す斜視図である。本実施形態の積層された集電体タブの折り返し部断面を投影面に投影した図である。（ａ）実施例１による、集電体タブ切欠きを示す平面図である。（ｂ）実施例１における、積層された集電体タブの折り返し部断面を投影面に投影した図である。実施例４による、集電体タブ切欠きを示す平面図である。実施例４における、積層された集電体タブの折り返し部断面を投影面に投影した図である。実施例５による、集電体タブを示す斜視図である。実施例１による、積層された集電体タブを示す斜視図である。実施例３における、積層された集電体タブの折り返し部断面を投影面に投影した図である。実施例５における、積層された集電体タブの折り返し部断面を投影面に投影した図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電気化学デバイスの好適な実施の一例を詳細に説明する。ただし、本発明の電気化学デバイスは、以下の実施形態に限定されるものではない。なお、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、本電気化学デバイスの一実施形態を示したものである。なお、本電気化学デバイスは、図２に示す集電体タブ形状を持つ電極群が、アルミラミネート外装体に電解液と共に封入された構造になっている。

集電体タブは、正極および負極から各々その一部が電極面と平行に引き出されるように形成され、外部へと取り出せるようになっている。前記正極と負極がセパレータを介して対向して配置された電極群においては、図２に示すように正極側の複数の集電体タブはひとつに積層されて外部導出用の正極側の電極リード端子へと接続される。負極側の複数の集電体タブについても同様にひとつに積層されて負極側の電極リード端子へと接続される。

このとき、複数の集電体タブは、電極群の厚み方向のどの位置で積層されても構造上問題はない。しかしながら、電極リード端子との接続のために、ある程度の長さの接続しろを設けねばならず、その長さの分だけアルミラミネート外装体の封止位置は電極群から遠ざかるため、体積エネルギー密度の低下を招く。

そこで、複数の集電体タブを電極群の最下端近傍の位置で積層し、上方へ折り返すような構造とすると、電極リード端子との接続しろを設けても、アルミラミネート外装体の封止位置を電極群に近づけることができ、より好ましい形態である。集電体タブの折り返し部は、図２に示すような位置に形成される。

大型化、高容量化を図る場合、前記電極リード端子はそれに応じて大電流を流しても耐えうるものでなければならず、例えば１００Ａを流したい場合、厚みにもよるが、一般的には５０ｍｍ以上の幅が必要となる。

従って、図１（ａ）に示すように、前記電極リード端子側の集電体タブの幅も同様に５０ｍｍ以上とすべきである。それよりも幅が小さくなると、溶接用の面積を充分確保できなかったり、電気抵抗が増し発熱の原因となったりするためである。

なお、集電体タブの幅が大きすぎることは、体積エネルギー密度を低下させるため、最大でも電極リード端子幅の２０％増以下とすべきである。

一方、図１（ａ）に示す集電体タブの電極群側の幅は、大きさに限度はないものの、正極側の集電体タブと負極側の集電体タブが互いに接触しないような安全な距離をとることや、無駄に電気化学デバイスが大きくなることを防ぐためには、先端側の幅に対して２０％程度の増加にとどめることが好ましい。

集電体タブは、正極または負極の内側の層にある集電体の一部が、延伸されて形成されているものである。大容量化のためには、なるべくたくさんの正極および負極をセパレータを介して対向させ、外装体に収容したい要求があるため、体積エネルギー密度向上の観点により、最大でも５０μｍ以下の薄い集電体を使用する。

一方、薄くしすぎると、大電流が流れた時に抵抗成分によって発熱し、破損する可能性がある。そのため、正極側および負極側ともに集電体および集電体タブの厚みは２０μｍ程度が一般的である。

電極群から引き出される複数の集電体タブは、積層した時のトータル厚みは厚くなるため、引き出し方向に平行な集電体タブの二辺が、厚み方向に揃えられて、折り返された集電体タブ側端部が強固となると、真空シールされて密着した場合や、外力が加わった場合にアルミラミネート外装体の破損の恐れが高まっている。

集電体タブは、前述のように、電極群の最下面に近接した位置で積層され、集電体タブ引き出し方向に対して直角な折り返し位置によって上方へと折り返されて、電極リード端子へと接続される形態が好ましい。

このとき例えば、積層され折り返された集電体タブが接続される電極リード端子の接続面は、電極群の厚み方向に対して平行となるように配置し、さらに前記電極リード端子の先端側が直角に折り曲げられて電極群の長さ方向に平行に外部に向かって引き出されるような形状とする場合は、電極群とアルミラミネート外装体の接合シール部との間隔が狭まり体積エネルギー密度向上が図れる。

図３に示すように、前記折り返された集電体タブの少なくとも外側の辺の側端部は、その厚み方向に揃っていると全体としては非常に強固になり硬くなり、外装体破損の原因となる。

ここで、外側の辺とは、図１（ａ）に示すように、集電体タブの引き出し方向の二辺のうち、電極群の端部９に近い側の辺のことである。

従って、前記側端部が強固とならないよう、以下のような形状とした。すなわち、積層された集電体タブの折り返し部を、投影面に投影した、図４に示す投影図において、最下層の電極から引き出された集電体タブ端部の端点を含んで連続する５つの端点を結んだ線分が、前記集電体タブの幅方向と所定の鋭角な角度α（０度＜α≦３５度）を成すようにした。

ここで、投影面とは、最下層の電極の、集電体タブを有する一辺に垂直で、かつ前記電極の電極面に平行な直線を法線とする面のことである。

ここで、最下層とは、積層された集電体タブの折り返し部に、厚み方向に最も近い電極のことである。

ここで、折り返し部の端部とは、図４に示すように、投影面に形成される階段状になった集電体タブの幅方向の端部を指す。図示してはいないが、もう一方の集電体タブの端部も存在する。

ここで、端点とは、投影面において、各集電体タブの上側の表面から延長した線と、側面のうちもっとも外側にでている点から前記延長線へ垂線をひいて交差した点を指す。

ここで、連続する５つの端点を結んだ線分とは、投影面において、５つの端点を最小二乗法を用いて、直線近似したものを指す。

集電体タブの長さ方向の少なくとも外側の辺の一部について、例えば図５（ａ）のような波形状を形成し、電極群の最下面に近接する位置でこれらの複数の集電体タブを積層すると、電極群の厚みに応じて各層の集電体タブ電極群側からの距離に差が生じるため、前記波形状は最上層から最下層へと行くに従って、集電体タブの引き出し方向へとずれていく。そのずれが生じた部分を含んで折り返すと、図５（ｂ）に示すように折り返し部で各層の幅が増減し、厚み方向断面には少なくとも一部に階段状の段差が形成される。

その結果、積層された集電体タブの折り返し線に沿った側端部断面は各層毎に幅が異なり、図４に示すように、連続した５つの端点を結んだ線分は、集電体タブの幅方向に対して所定の鋭角な角度αを成す。

このような角度αが９０度よりも小さい場合は、集電体タブの側端部が等しく揃えられた状態とはなっていないため、その硬さは低減され、外装体を破損しにくくなっている。すなわち、角度αは、０度に近ければ近いほど集電体タブの側端部の硬さは低減される。

このように階段状の段差を形成することで、外側の辺の側端部は外装体を破損しにくくなり、さらに対向する側端部も同様な構造にすることがより好ましい。

ここで、集電体タブの側端部の一部を波形状から、三角波形状にしても同様の階段状の段差を得ることができる。さらに、以下のように略半円形や略三角形の切欠きを一か所形成することも可能である。このとき、前記折り返し部の厚み方向断面には階段状の段差が形成される。

図６に示すように、すべての集電体タブの側端部の一部について、例えば略半円形の切欠きを設ける。この切欠き形状は、集電体タブの引き出し方向に対して平行でない角度を持つ形状であることが肝要である。電極群に近接する位置でこれらの複数の集電体タブを積層すると、電極群の厚みに応じて各層の集電体タブ根元からの距離に差が生じるため、結果的に前記切欠き位置が最上層から最下層へと行くにしたがって集電体タブの引き出し方向へとずれていく。

すべての集電体タブを切欠き部を含んだ位置で折り返すと、折り返し部で各層の幅が増減し、厚み方向断面には少なくとも一部に図７に示すような階段状の段差が形成される。

得られる集電体タブの側端部断面形状としては、少なくとも一部が、その厚み方向にかけて、幅方向に階段状に広くなるかあるいは狭くなるか、または狭くなったのちに広くなるような形状となる。

その結果、積層された集電体タブの折り返し線に沿った側端部厚み方向断面については、各層毎に幅が異なり連続した５点の端点をつなげて直線近似した線は、集電体タブの幅方向に対して鋭角な角度αを持つ。このような角度αが９０度よりも小さい場合は、集電体タブの側端部が等しく揃えられた状態とはなっていないため、その硬さは低減され、外装体を破損しにくくなっている。

このように各集電体タブに同じ形状の切欠きを一か所形成した場合は、図７に示すように、積層された集電体タブ折り返し部の幅の増減は一方向の変化となり、同じ幅を持つ層は複数存在しない。従って、強度を低減させることができ、図５（ｂ）と比較し、より好ましい形態である。

前記切欠きは、トムソン刃で所定の切欠き形状をあらかじめ作製した型を用い、一軸プレスなどの手段によって作製することができる。

また、集電体タブの長さ方向の少なくとも外側の辺の一部について、所定の斜め辺形成角θを有する斜め辺を形成することもより好ましい形態である。

ここで、斜め辺形成角θとは、図８に示すように、集電体タブの本来の引き出し方向に対して、外側の辺に設けた電極群側から電極リード端子側へ向かう角度のことである。

この場合、前記折り返し部の折り返し線に沿った厚み方向断面における各層の幅の増減は、一方向である。また、斜め辺形成角θを規定することにより、前記角度αをコントロールすることができる。

すなわち角度αは、
角度α＝ｔａｎ−１｛（集電体タブ一枚の厚み × タブ積層枚数）／（ｔａｎθ × 電極群厚み）｝で示される。従って、斜め辺形成角θを変化させることで、角度αをコントロールできる。

集電体タブの長さは、電極群の厚みによって異なるが、体積エネルギー密度向上の観点より、図２に示すように最大でも電極群の厚みの二倍以下とすることが望ましい。それ以上では、余剰の集電体タブを収容するための無駄なスペースを要する。従って、例えば集電体タブ長さを４０ｍｍ以下とした場合、斜め辺形成角θは２７度以下が良い。

より好ましいのは、５度≦斜め辺形成角θ≦２７度である。このとき、体積エネルギー密度を損なわず、外装体破損防止効果がある。

ここで、電極群の幅を大きくした場合には、集電体タブの電極群側の幅も大きくでき、従って斜め辺形成角θもさらに大きくすることができる。しかし、実質的には先端部の幅が狭くなり大電流用途に向かず、実用的でない。

本実施形態における集電体タブの積層厚みは、０．１ｍｍから１．２ｍｍとすることが好ましい。積層厚みが０．１ｍｍ未満では、正極および負極の枚数が著しく制限されるため、放電容量を大きくすることができず、また、１．２ｍｍを超えると、集電体タブと電極リード端子との接続が極めて困難となるためである。両者の接続には超音波融着を用いるが、集電体タブの積層厚みが大きすぎると適切なエネルギーを伝えることができず、融着できない。

電極群は、正極と負極、セパレータを複数枚準備し交互に積層して作製される。このとき、セパレータはその外寸が正極、負極よりも大きく設定され、両者が短絡しないようにする。なお長尺の正極と負極を一枚ずつ準備し、両者の間に長尺のセパレータを挿入したのち巻回し、扁平化した電極群とすることもできる。

これらの電極群から引き出された正極側および負極側の各集電体タブをそれぞれ一つに積層した後に、電極リード端子とそれぞれの積層された集電体タブとを超音波融着などの手段により接続する。

以下、本発明にかかる電気化学デバイスを実施例、比較例によりさらに詳細に説明する。なお、これらの例に限定されるものではない。

（実施例１）
正極は、ＬｉＣｏＯ_２、カーボンブラック、グラファイト、ポリフッ化ビニリデンからなる正極塗膜をドクターブレード法で厚さ１５μｍのアルミニウム箔の両面に塗布・乾操し、作製した。

このとき、集電体タブを打ち抜き作製できるように塗布部に隣接してアルミニウム箔が露出した未塗布部をあらかじめ形成した。

負極は、グラファイト、カーボンブラック、ポリフッ化ビニリデンからなる負極塗膜をドクターブレード法で厚さ１５μｍの銅箔の両面に塗布・乾燥し作製した。このとき、集電体タブを打ち抜き作製できるように塗布部に隣接して銅箔が露出した未塗布部分をあらかじめ形成した。

その後、前記正極を、縦１２０ｍｍｘ横１４０ｍｍで打ち抜いた。また、併せて、集電体タブを打ち抜いて形成した。このとき、集電体タブは正極の一方の長辺の端部寄りから引き出されるように形成した。集電体タブサイズは長さ３０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚み１５μｍとした。

集電体タブの長さ方向の二辺のうち、外側の辺の一部については、振幅＝１ｍｍ、周期＝４ｍｍとなるような略正弦波形となるよう、トムソン刃で打ち抜き加工した。これにより、図９に示すような集電体タブ形状を得た。

集電タブの引き出し形状を正極と左右対称とした以外はすべて同様にして負極を形成した。

セパレータは厚み２５μｍのポリエチレン製微多孔膜フィルムを使用し、縦１２２ｍｍｘ横１４２ｍｍで打ち抜いた。

上記の正極３０枚、負極３１枚、セパレータ３０枚を準備し、正極と負極間にセパレータが挿入されるよう交互に重ねあわせ電極群を作製した。このとき正極、負極、セパレータは各々が正しく配置され位置ずれが起こらないよう電極群を作製した。電極群の全体厚みはトータルで８ｍｍであった。

電極群の長辺の一方から突出している正極側の複数の集電体タブを上方から金属板を用いて垂直に加圧し、先端を引き出し方向に向けたまま電極群の最下層部分で積層し、仮止めした。

このとき、最上層の集電体タブと最下層の集電体タブではその電極群の高さに応じて、集電体タブの根元から積層された場所までの距離が異なるため、あらかじめ作製しておいた波形加工の位置も異なっている。すなわち、図９に示すように、波形加工部の位置は最上層から最下層へと行くに従って引き出し方向に向かって電極群の厚みに相当する８ｍｍ分のずれが生じていた。

積層された集電体タブの合計厚みは、０．４５ｍｍであった。集電体タブの外側端部の断面形状は図５（ｂ）に示すように、階段状の段差が形成されている。

上記階段状の段差について角度αを計測した。計測の結果、角度は６．８度であった。

電極リード端子との接続しろを設けるため、積層された集電体タブの前記折り返し位置から電極群の厚み分の８ｍｍを残して、余剰分をギロチンカッターにて幅方向に裁断した。次に、仮止めした積層済みの正極側の集電体タブを、電極リード端子に超音波融着機を用いて溶接し一体化させた。

正極側と同様に、負極側についても、集電体タブを形成して、電極リード端子と接続した。

曲げ加工用のポンチおよびダイスを設けた日本オートマチックマシン（株）製サーボプレス機を用いて、正極側および負極側の集電体タブおよび一体化された電極リード端子を、集電体タブの引き出し方向に対し直角に上方へ向かって折り返した。集電体タブの折り返し位置は、電極群側から電極リード側へ向かって１ｍｍの位置とした。

同時に同じプレス操作によって、電極リード端子のみを再度反対側に直角に折り曲げ、集電体タブの引き出し方向と電極リード端子の引き出し方向が揃うようにした。

この電極群を外装体に挿入し、正負の電極リード端子を外装体の熱融着部を介して外部へと取出し、エチレンカーボネート／ジエチルカーボネート＝４／６、ＬｉＰＦ_６１Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）なる電解液を注液した。

注液終了後は封口し、予備充電、エージングを行い、リチウムイオン二次電池を作製した。得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は約１０Ａｈであった。

評価方法については、従来、積層された集電体タブの側端部が強固になっているために外からの衝撃によって、直接密着している外装体内側の樹脂層やアルミ層にピンホールを開け、漏液不良を起こす原因となっていることを踏まえ、下記の通りとした。

すなわちこのリチウムイオン二次電池について、落下試験を行った。試験条件は、電池工業会産業用リチウム二次電池の安全性試験（単電池および電池システム）ＳＢＡＳ１１０１「落下試験」に準じて行った。

前記落下試験は、設置時の安全性を確保するために、単電池と電池システムについて行うことと定められている。試験対象が７ｋｇ以下の場合には１００ｃｍの高さから全体落下試験を行うこととされている。コンクリートの床へ任意の向きで３回行う。判定基準は、破裂／液漏れなきこと、である。

但し、この試験条件をそのまま適用すると、例えば電極群がつぶれて短絡するなど別な破壊要因が含まれてしまい、適切に原因解明できない。従って今回は、積層された集電体タブの側端部が外装体と密着している角部を下にして、高さ５０ｃｍから１回コンクリートの床へ落下させることとした。

そして外装体が破損し液漏れするか否かを判定基準とし、１００個中１００個合格したものを良品と判断した。なお、微小なピンホールが開いた場合は、液漏れまではいかなくても、アルミ層が腐食して黒ずんだり、内部に侵入した空気に起因するガス膨れといった現象も起こるため、これらもＮＧとしてカウントすることとした。

１００個を試験した結果、液漏れ無し歩留は１００個で１００％であった。

（実施例２）
集電体タブの形状以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。集電体タブの長さ方向の二辺のうち外側の辺の一部については、振幅＝３ｍｍ、周期＝４ｍｍとなるような略正弦波形となるよう打ち抜き加工し、波形形状を得た。

その結果、集電体タブの外側端部の断面は、階段状の段差が形成されている。実施例１と同様に、上記階段状の段差について角度αを計測した結果、角度αは２．３度であった。

得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は約１０Ａｈであり、実施例１と同様の試験を行った結果、液漏れ無し歩留は１００個中１００個で、１００．０％であった。

（実施例３）
集電体タブの形状以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。集電体タブの長さ方向の二辺のうち外側の辺の一部については、振幅＝２ｍｍ、周期＝２ｍｍとなるような略三角波形となるよう打ち抜き加工した。

その結果、集電体タブの外側端部の断面形状は図１０に示すように、階段状の段差が形成されている。実施例１と同様に、上記階段状の段差について角度αを計測した結果、角度αは２．４度であった。

得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は約１０Ａｈで、実施例１と同様の試験を行った結果、液漏れ無し歩留は１００個中１００個で、１００．０％であった。

（実施例４）
集電体タブの形状以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。集電体タブの長さ方向の二辺のうち外側の辺の一部については、略半円形の切欠きを形成した。切欠きの半径は３．５ｍｍとした。また、その中心位置は、集電体タブと正極との境目から３．５ｍｍ先端側へ移動した点、とした。これにより、図６のような形状を得た。

その結果、集電体タブの外側端部の断面形状は図７に示すように、階段状の段差が形成されている。実施例１と同様に、上記階段状の段差について角度αを計測した結果、角度αは２．４度であった。

（実施例５）
集電体タブの形状以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。集電体タブの長さ方向の二辺のうち外側の辺の一部については、図８に示すような斜め辺形成角θを持つ直線を形成した。

本実施例では、斜め辺形成角θを７度とした。その結果、集電体タブの外側端部の断面形状は図１１に示すように、全域に階段状の段差が形成されている。実施例１と同様に、上記階段状の段差について角度αを計測した結果、角度αは２４．６度であった。

（実施例６）
斜め辺形成角θを５度とした以外は実施例５と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。実施例１と同様に、階段状の段差について角度αを計測した結果、角度αは３２．７度であった。

（実施例７）
斜め辺形成角θを１４度とした以外は実施例５と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。実施例１と同様に、階段状の段差について角度αを計測した結果、角度αは１２．７度であった。

（実施例８）
斜め辺形成角θを２７度とした以外は実施例５と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。実施例１と同様に、階段状の段差について角度αを計測した結果、角度αは６．３度であった。

（実施例９）
正極数を６０枚、負極数を６１枚、セパレータ数を６０枚とし、斜め辺形成角θを５度とした以外は実施例５と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。電極群の全体厚みはトータルで１６ｍｍであった。また、積層された正極側の集電体タブの合計厚みは、０．９ｍｍであった。実施例１と同様に、階段状の段差について角度αを計測した結果、角度αは３２．７度であった。

得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は約２０Ａｈであり、実施例１と同様の試験を行った結果、液漏れ無し歩留は１００個中１００個で、１００．０％であった。

（比較例１）
集電体タブサイズを長さ３０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚み１５μｍの矩形とした以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。積層された集電体タブの折り返し線に沿った側端部断面には階段状の段差は発現しない。実施例１と同様に角度αを計測した結果、角度αは９０度であった。

得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は約１０Ａｈであり、実施例１と同様の試験を行った結果、液漏れ無し歩留は１００個中４８個で、４８．０％であった。

ＮＧの５２個については、液漏れ箇所を詳しく観察したところ、主に正極側の集電体タブの折り返し部において、集電体タブの外側の辺の側端部が外装体内側の樹脂層やアルミ層に突き刺さり、ピンホールやキズをつけ、そこから液漏れをしていることを確認した。

（比較例２）
正極数を６枚、負極数を７枚、セパレータ数を６枚とした以外は比較例１と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。電極群の全体厚みはトータルで１．６ｍｍであった。また、積層された正極側の集電体タブの合計厚みは、０．０９ｍｍであった。積層された集電体タブの折り返し線に沿った側端部断面には階段状の段差は発現しない。実施例１と同様に角度αを計測した結果、角度αは９０度であった。

得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は約２Ａｈであり、実施例１と同様の試験を行った結果、液漏れ無し歩留は１００個中７９個で、７９．０％であった。
ＮＧの２１個については、比較例１と同様の破損が生じていた。

（比較例３）
斜め辺形成角θを２度とした以外は実施例５と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。実施例１と同様に、階段状の段差について角度αを計測した結果、角度αは５８．２度であった。

得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は約１０Ａｈであり、実施例１と同様の試験を行った結果、液漏れ無し歩留は１００個中６５個で、６５．０％であった。ＮＧの３５個については、比較例１と同様の破損が生じていた。

（比較例４）
斜め辺形成角θを４度とした以外は実施例５と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。実施例１と同様に、階段状の段差について角度αを計測した結果、角度αは３８．８度であった。

得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は約１０Ａｈであり、実施例１と同様の試験を行った結果、液漏れ無し歩留は１００個中８９個で、８９．０％であった。ＮＧの１１個については、比較例１と同様の破損が生じていた。

（比較例５）
正極数を６０枚、負極数を６１枚、セパレータ数を６０枚とした以外は比較例１と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。電極群の全体厚みはトータルで１６ｍｍであった。また、積層された正極側の集電体タブの合計厚みは、０．９ｍｍであった。

積層された集電体タブの折り返し線に沿った側端部断面には階段状の段差は発現しない。実施例１と同様に角度αを計測した結果、角度αは９０度であった。

得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は約２０Ａｈであり、実施例１と同様の試験を行った結果、液漏れ無し歩留は１００個中３９個で、３９．０％であった。ＮＧの６１個については、比較例１と同様の破損が生じていた。

実施例１〜９および比較例１〜５の評価結果を表１に示す。

表１の比較例１〜５に対し、実施例１〜９は、積層された集電体タブの長さ方向の少なくとも外側の辺の形状をいくつかのパターンに変更することで、液漏れ無し歩留改善効果が得られた。

本発明は、リチウムイオン二次電池およびＥＤＬＣ等のラミネート外装体を有し、集電体タブを有する電気化学デバイスに広く応用可能である。

１集電体タブ
２電極リード端子
３電極群
４切欠き
５集電体タブの折り返し部
６斜め辺形成角θ
９電極群の端部
１０外側の辺
１１集電体タブの側端部
１２正極
１３セパレータ
１４負極
１５集電体タブの電極リード端子側の幅
１６集電体タブの電極群側の幅
１７端点
１９段差部

Claims

アルミラミネートフィルムの外装体内に、正極と負極がセパレータを介して対向した電極群と、電解液を収容し、前記電極群からの引き出し部で積層された集電体タブが、電極リード端子を介して外装体から外部に引き出される電気化学デバイスであって、前記積層された集電体タブは、折り返し部を有し、前記折り返し部の集電体タブ側面は幅方向に段差を持ち、その隣接しなおかつ連続した５点の各集電体タブの端点をつなげて直線近似した線が、前記集電体タブの幅方向に対し鋭角な角度αを成すこと（０度＜角α≦３５度）を特徴とする電気化学デバイス。
前記折り返し部において、前記集電体タブの少なくとも一方の側端部の一部に切欠きが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
前記折り返し部において、前記集電体タブの少なくとも一方の側端部における引出方向に対してなす角度θが５度〜２７度であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。