JP4670430B2 - 電気化学デバイス - Google Patents

Description

本発明は、電気化学デバイスに関する。

リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイスは、活物質層を有する集電板とセパレータとが繰り返し積層された積層体を有する場合が多い。このような電気化学デバイスを製造する際に、積層体の取り扱い性を向上させるべく、集電板とセパレータとを互いに固定する必要がある。

従来は、セパレータや集電板の活物質層の表面に接着用の樹脂を塗布した後にこれらを積層することや、セパレータと集電板とを積層した後に積層体の外周に粘着テープを一周巻きつけることによりセパレータと集電板との固定が行われていた。（特許文献１参照）。
特開２０００−２５２１７５号公報

しかしながら、活物質層やセパレータの表面に接着用の樹脂等を塗ると、その部分における電解液のイオンの移動等が阻害されるため、内部抵抗の上昇等が起こる。一方、積層体の外側に粘着テープを巻きつける方法では、積層体の厚みが増加するために電気化学デバイスの薄型化の要請に反する。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、積層体の取り扱いが容易でありながら、薄型化が可能であり、かつ、内部抵抗の増大を回避可能な電気化学デバイスを提供することを目的とする。

本発明に係る電気化学デバイスは、一対の集電板、セパレータ、活物質層、電解液及び固定具を備えている。

一対の集電板は本体部及びタブ部をそれぞれ有し、集電板の本体部同士が互いに対向するように配置されている。

セパレータは本体部及びタブ部を有し、セパレータの本体部が一対の集電板の本体部間に配置されると共に、セパレータのタブ部が前記一対の集電板の本体部間から外にはみ出すように配置されている。

活物質層は、各集電板の本体部上にそれぞれ形成されセパレータと接している。

電解液は各活物質層に接触している。

固定具は絶縁性であり、各集電板のタブ部とセパレータのタブ部とを互いに固定している。

本発明によれば、固定具によりセパレータと各集電板とが互いに固定される。したがって、製造の際に、セパレータ及び集電板を含む積層体のハンドリングが容易である。

また、この固定具が集電板のタブ部とセパレータのタブ部とを固定している。したがって、固定具が活物質層とセパレータとの界面の面積を減少させず、電解液中のイオンの移動等が阻害されにくいので、電気化学デバイスの内部抵抗を低くできる。また、このような構成の固定具は、積層体、言い換えると、電気化学デバイスの厚みに対して影響を与えにくいので、電気化学デバイスの薄型化に資する。

ここで、固定具は、電気化学デバイスを集電板の積層方向から見た時に集電板の本体部と重ならない形状とされていることが好ましい。

これによれば、集電板、活物質層及びセパレータを積層した積層体に対して、集電板の本体部を積層方向に熱プレスする処理が固定具に邪魔されずに容易に行える。このような熱プレスをすると、活物質層とセパレータとの間に余分な空間ができにくいので、内部抵抗の抑制により資する。

また、固定具は、各集電板のタブ部に接着すると共にセパレータのタブ部に接着していることが好ましい。このように固定具が各タブ部に接着することによりこれらのタブ部が互いに固定されるため、小さい固定具でもこれらのタブ部を確実に固定することができる。

この場合、固定具は熱可塑性樹脂製であることが好ましい。これによれば、熱融着により、固定具を各集電板のタブ部及びセパレータのタブ部に対して容易に接着できる。

また、集電板のタブ部にはそれぞれリードが接続され、固定具は各リードをさらに被覆することが好ましい。

集電板のタブ部にリードを接続した上で、この集電板、活物質層及びセパレータを含む積層体をケース内に封入することが多い。この際に、ケースとリードとの間の気密性を高めるべくリードの表面に樹脂製等のカバーを被覆した上でこのカバーとケースとを接着する場合がある。このとき、本発明では固定具がリードをさらに被覆するので、固定具がリードのカバーを兼ねることができて経済的である。

また、固定具は、集電板の積層方向に互いに対向する２枚のシートが互いに接着されたものであり、シート間に前記一対の集電板の各タブ部及びセパレータのタブ部を挟んでいることが好ましい。このような固定具は、固定作業が容易である。

また、集電板を３つ以上備え、集電板はそれぞれ集電板の本体部同士が互いに対向しかつ集電板のタブ部同士が互い違いに２列に配置されるように重ねて配置され、各集電板の本体部間には、セパレータの本体部が集電板の本体部間に配置されると共にセパレータのタブ部が集電板の本体部間から外にはみ出すようにそれぞれセパレータが配置され、各集電板の本体部上には活物質層がそれぞれ形成され、各セパレータのタブ部は集電板のタブ部の２つの列の間に突出しており、固定具は各集電板のタブ部と各セパレータのタブ部とを互いに固定することが好ましい。

これによれば、多層積層構造の電気化学デバイスが実現する。また、集電板のタブ部が２列に並び、さらにセパレータのタブ部が集電板のタブ部の２つの列の間に配置されるので、小さい固定具によって集電板のタブ部及びセパレータのタブ部を互いに固定することができる。

ここで、セパレータのタブ部の幅は集電板のタブ部の２つの列の間隔よりも小さいことが好ましい。

セパレータのタブ部の幅が、集電板のタブ部の２つの列の間隔よりも小さいと、上下に重なる各列の集電板のタブ部間にセパレータのタブ部が挟まれない。したがって、集電板の各タブ部の長さを短くしても各列における集電板の上下のタブ部同士を電気的に接続することができる。従って、リードとの接続が容易となり、単位セルを並列接続した電気化学デバイスに極めて適する。

本発明によれば、積層体の取り扱いが容易でありながら、薄型化が可能であり、かつ、内部抵抗の増大を回避可能な電気化学デバイスを提供できる。

（第一実施形態）
まず、本発明の電気二重層キャパシタ（電気化学デバイス）の実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の第一実施形態に係る電気二重層キャパシタ１００を示す部分破断斜視図である。また、図２は、図１の積層構造体８７の平面図、図３は図２の積層構造体８７のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は図２の積層構造体８７のＩＶ−ＩＶ断面図、図５は図２の積層構造体８７のＶ−Ｖ断面図である。

本実施形態に係る電気二重層キャパシタ１００は、図１〜図５に示すように、主として、積層体８５、積層体８５を密閉した状態で収容するケース（外装体）５０と、積層体８５とケース５０の外部とを接続するためのリード１２及びリード２２と、積層体８５を固定する固定具９０とから構成されている。積層体８５、固定具９０、リード１２、及びリード２２が積層構造体８７を構成している。

積層体８５は、図３〜図５に示すように、上から順に、集電板１５／活物質層１０／セパレータ４０／活物質層１０／集電板１６／活物質層１０／セパレータ４０／活物質層１０／集電板１５／活物質層１０／セパレータ４０／活物質層１０／集電板１６／活物質層１０／セパレータ４０／活物質層１０／集電板１５のように積層している。

（集電板）
集電板１５は、図１及び図２に示すように、矩形状の本体部１５ａ及び本体部１５ａに接続され本体部１５ａよりも小さいタブ部１５ｂとを有する。集電板１６も同様に、図２に示すように、矩形状の本体部１６ａ及び本体部１６ａに接続され本体部１６ａよりも小さいタブ部１６ｂとを有する。集電板１５及び集電板１６は、集電板１５の本体部１５ａと集電板１６の本体部１６ａとが互いに対向する一方、集電板１５のタブ部１５ｂと集電板１６のタブ部１６ｂとが互い違いに２列に並ぶように交互に積層されている。すなわち、図２のように積層体８５を積層方向に見た時に、タブ部１５ｂが一列に重なり、タブ部１６ｂが一列に重なるようにされている。

集電板１５，１６の材料は電気二重層キャパシタの活物質層用集電板として通常用いられる金属材料であれば特に限定されず、例えば、銅やニッケル、アルミニウム等が挙げられる。

（活物質層）
活物質層１０は図３〜図５に示すように、集電板１５の本体部１５ａの表面上、及び、集電板１６の本体部１６ａの表面上にそれぞれ形成され、各集電板１５，１６に付着している。また、活物質層１０は、セパレータ４０の表面に接触している。

活物質層１０は、活物質、導電助剤、及び結着剤等を含む層である。活物質は特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられている炭素電極等の分極性電極を構成可能な材料を使用することができる。例えば、原料炭（例えは、石油系重質油の流動接触分解装置のボトム油や減圧蒸留装置の残さ油を原料油とするディレードコーカーより製造された石油コークス等）を賦活処理することにより得られる炭素材料（例えば、活性炭）を構成材料の主成分とすることができる。

導電助剤は、活物質層１０の導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、カーボンブラック類、粉末黒鉛等の炭素材料、アルミニウム、ステンレス等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物が挙げられる。

結着剤は、上記の活物質の粒子と導電助剤の粒子とを結合して活物質層として集電板１６に結着することができれば特に限定されず、公知の結着剤を使用できる。例えば、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）、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素ゴム等が挙げられる。

（セパレータ）
セパレータ４０は、集電板１５に形成された活物質層１０と、集電板１６に形成された活物質層１０との間にそれぞれ配置されている。図２〜図５に示すように、セパレータ４０の端面は活物質層１０及び集電板１５，１６の本体部１５ａ，１６ａの端面から外側に突出している。具体的には、図２に示すように、セパレータ４０は本体部４０ａ、短タブ部４０ｂ、長タブ部４０ｃを有している。

本体部４０ａは、集電板１５の活物質層１０及び集電板１６の活物質層１０との間に配置され、面積及び形状は活物質層１０と同じである。

短タブ部４０ｂは、本体部４０ａの外周に沿って設けられており、図２〜図５に示すように、集電板１５，１６の本体部１５ａ、１６ａ間から長さ４０ｂＬで外側に向けてはみ出している。短タブ部４０ｂにより、セパレータ４０を挟んだ活物質層１０と活物質層１０との短絡が低減されている。

長タブ部４０ｃは、本体部４０ａの外側に設けられており、集電板１５のタブ部１５ｂの列と集電板１６のタブ部１６ｂの列との間に突出している。長タブ部４０ｃは、集電板１５，１６の本体部１５ａ、１６ａ間から長さ４０ｃＬで突出している。長タブ部４０ｃの長さ４０ｃＬは短タブ部４０ｂの長さ４０ｂＬよりも長い。

長タブ部４０ｃの幅４０Ｗは、集電板１５のタブ部１５ｂの列と集電板１６のタブ部１６ｂの列との間隔１５Ｗよりも小さい。

セパレータ４０の材料は、電気絶縁性の多孔体であれば特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられているセパレータを使用することができる。例えば、電気絶縁性の多孔体としては、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積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル、ポリアクリロニトリ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。

（電解液）
電解液は、活物質層１０、及びセパレータ４０の孔の内部に含有されている。電解液は、特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられている電解液（電解質水溶液、有機溶媒を使用する非水電解液）を使用することができる。ここでは、有機溶媒を使用する電解液（非水電解液）であることが好ましい。電解液としては、アンモニウム塩を非水溶媒（有機溶媒）に溶解したものが好適に使用される。

電解質溶液の種類は特に限定されないが、一般的には溶質の溶解度、解離度、液の粘性を考慮して選択され、高導電率でかつ高電位窓（分解開始電圧が高い）の電解質溶液であることが望ましい。例えば、代表的な例としては、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレイト（ＴＥＡ）のような４級アンモニウム塩を、プロピレンカーボネート、ジエチレンカーボネイト、アセトニトリルなどの有機溶媒に溶解したものが使用される。なお、この場合、混入水分を厳重に管理する必要がある。

なお、本実施形態において、電解液は液状以外にゲル化剤を添加することにより得られるゲル状電解質であってもよい。また、電解液に代えて、固体電解質（固体高分子電解質又はイオン伝導性無機材料からなる電解質）が含有されていてもよい。

ここでは、図３〜図５に示すように、一つのセパレータ４０、このセパレータを挟む一対の活物質層１０，１０、及び、電解液が単位キャパシタｃｐを構成している。

（リード）
リード１２及びリード２２は、図１に示すように、リボン状の外形を呈してケース５０内からシール部５０ｂを通って外部に突出している。

リード１２、２２は、金属等の導体材料より形成されている。この導体材料としては、
アルミニウムを使用することが望ましい。

リード１２のケース５０内の端部は、図１、図２及び図５に示すように、各集電板１５のタブ部１５ｂの端部と抵抗溶接等によって接続されており、リード１２は各集電板１５を介して各活物質層１０と電気的に接続されている。

一方、リード２２のケース５０内の端部は、図１〜図３に示すように、各集電板１６のタブ部１６ｂの端部と抵抗溶接等によって接続されており、リード２２は各集電板１６を介して各活物質層１０と電気的に接続されている。なお、リード１２とリード２２とは積層体８５の積層方向と直交する方向に離間している。

（固定具）
固定具９０は、図１〜図５に示すように、矩形状のシート９０ａ及びシート９０ｂが集電板１５、１６の積層方向に重ねられて加熱により融着されたものである。図１〜図５に示すように、固定具９０は、シート９０ａ及びシート９０ｂの間に、リード１２の積層体側の端部、リード１２に対して重ねられた各集電板１５のタブ部１５ｂ、リード２２の積層体側の端部、リード２２に対して重ねられた各集電板１６のタブ部１６ｂ、及び各セパレータ４０の長タブ部４０ｃを挟み込んでいる。

すなわち、固定具９０は、各タブ部１６ｂ、各長タブ部４０ｃ、及び、各タブ部１５ｂと接着しており、これらを互いに固定している。また、この固定具９０は、リード１２及びリード２２のタブ部側の部分も被覆している。

固定具９０の材料は、絶縁体であれば特に限定されないが、合成樹脂から形成されていることが好ましい。特に、熱可塑性樹脂製であると、各タブ部１５ｂ、１６ｂや各長タブ部４０ｃとの接着が容易であり好ましい。特に、酸変性ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン等の酸変性ポリオレフィンは金属との接着性が高く好ましい。

（ケース）
ケース５０は、積層体８５を密封し、ケース内部へ空気や水分が進入するのを防止できるものであれば特に限定されず、公知の電気二重層キャパシタに用いられているケースを使用することができる。例えば、アルミニウム等の金属シートの内面にＰＰ等の熱可塑性樹脂をラミネートし、外面にＰＥＴ等の樹脂をラミネートしたものを使用することができる。本実施形態では、ケース５０は図１に示すように、矩形状の可撓性のシート５１Ｃを長手方向の略中央部で２つ折りにして形成したものであり、積層体８５を積層方向（上下方向）の両側から挟み込んでいる。２つ折りにされたシート５１Ｃの端部のうち、折り返し部分５０ａを除く３辺のシール部５０ｂがヒートシール又は接着剤により接着されており、積層体８５が内部に密封されている。また、ケース５０は、シール部５０ｂにおいて固定具９０を挟み込んでこれと接着している。

（製造方法）
次に、上述した電気二重層キャパシタ１００の作製方法の一例について説明する。

まず、活物質層１０を集電板上に形成するための塗布液（スラリー）を各々調整する。活物質層用の塗布液は、前述の活物質、導電助剤、結着剤等を溶媒に分散させた液である。塗布液に用いる溶媒としては、結着剤を溶解可能とし、活物質及び導電助剤を分散可能とするものであれば特に限定されるものではない。例えば、結着剤にＰＶｄＦを使用する場合、N−メチル−２−ピロリドン、N，N−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。

次に、アルミニウム箔、エッチングアルミニウム箔等の集電板用のシートを用意する。そして、集電板用シートの一方の面上に塗布液を塗布し乾燥させて活物質層を形成し、その後本体部１５ａ及びタブ部１５ｂを有する形状に切り抜いて、図６に示すような、本体部１５ａの一方の面に活物質層１０が形成した２層電極１２０を２つ得る。同様に、集電板シートの両方の面に塗布液を塗布し乾燥させて両面に活物質層を形成し、その後本体部１５ａ及びタブ部１５ｂを有する形状に切り抜いて図６に示すように、本体部１５ａの両面に活物質層１０が形成された３層電極１３０を１つ得る。また、同様にして、本体部１６ａ及びタブ部１６ｂを有し、本体部１６ａの両面に活物質層１０が形成された３層電極１４０を２つ得る。ここで、集電板用シートに塗布液を塗布する際の手法は特に限定されるものではなく、集電板用シートの材質や形状等に応じて適宜決定すればよい。例えば、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。塗布後、必要に応じて、平版プレス、カレンダーロール等により圧延処理を行う。また、タブ部１５ｂ，１６ｂの両面には、活物質層１０を形成しない。

続いて、本体部４０ａ、短タブ部４０ｂ及び長タブ部４０ｃを有するセパレータを用意する。具体的には、例えば、セパレータ４０は、絶縁性の多孔質材料を所定の大きさ及び形状に切り抜いて作成する。

続いて、２層電極１２０、３層電極１３０、３層電極１４０を、セパレータ４０を各間に挟むようにして図６の順番、すなわち、２層電極１２０／セパレータ４０／３層電極１４０／セパレータ４０／３層電極１３０／セパレータ４０／３層電極１４０／セパレータ４０／２層電極１２０のように積層することにより、図７のような積層体８５を得る。このとき、各セパレータ４０の両面に活物質層１０がそれぞれ接触するように配置する。また、タブ部１５ｂが一列に並び、タブ部１６ｂがタブ部１５ｂとは異なる位置で一列に並び、さらに、セパレータ４０の長タブ部４０ｃが、タブ部１５ｂの列とタブ部１６ｂの列との間に配置されるようにする。

そして、図７に示すように、各タブ部１５ｂの端部を重ねてリード１２の端部に溶接する一方、各タブ部１６ｂの端部を重ねてリード２２の端部に溶接する。

続いて、シート９０ａ，９０ｂを用意し、シート９０ａとシート９０ｂとで、タブ部１５ｂ、リード１２のタブ部側、長タブ部４０ｃ、タブ部１６ｂ及びリード２２のタブ部側を積層方向の両側から挟み、ヒートシーラ１２５，１２５でシート９０ａ，９０ｂを熱融着させて、シート９０ａ，９０ｂを一体化させるとともにこれらを各タブ部に接着して固定具９０を形成する。

これにより、図８に示すように、積層体８５、固定具９０、リード１２及びリード２２を有する積層構造体８７が完成する。

次に、図８に示すように、アルミニウムの両面を樹脂でラミネートした矩形状のシートを２つ折りにして、開口部５０ｃを除く他の２辺のシール部５０ｂをヒートシーラによりヒートシールしてケース５０ｆを形成する。

そして、残った一辺の開口部５０ｃからケース５０内に、積層構造体８７を挿入する。続いて、真空容器内でケース５０ｆ内に電解液を注入して積層体８５を電解液に浸漬させる。その後、リード１２、リード２２の一部をそれぞれケース５０ｆ内から外部に突出させ、ヒートシーラを用いて、ケース５０ｆの開口部５０ｃを、固定具９０を開口部５０ｃ間に挟んだ状態でシールする。これにより、電気二重層キャパシタ１００の作製が完了する。

（効果）
このような電気二重層キャパシタ１００によれば、集電板１５，１６のタブ部１５ｂ、１６ｂとセパレータ４０の長タブ部４０ｃとが固定具９０により互いに固定されており、これにより、セパレータ４０と各集電板１５，１６とが互いに固定されることとなる。したがって、製造の際に、セパレータ４０及び集電板１５，１６を含む積層体８５のハンドリングが容易である。このため、積層体８５をケース５０内へ挿入し、その後ケース５０をシールする工程等において、積層体８５における集電板１５，１６とセパレータ４０との位置ずれ等が起こりにくく、集電板間がショートする等の不良の発生が低減される。

また、固定具９０が集電板１５，１６のタブ部１５ｂ、１６ｂとセパレータ４０の長タブ部４０ｃとを固定している。したがって、固定具９０が、活物質層１０とセパレータ４０との界面の面積を減少させず、電解液中でのイオンの移動等が阻害されにくいので、電気二重層キャパシタ１００の内部抵抗を低くできる。また、このような構成の固定具９０は、積層体８５、言い換えると、電気二重層キャパシタ１００の厚みに対して影響を与えにくいので、電気二重層キャパシタ１００の薄型化に資する。

また、タブ部１５ｂ、１６ｂ同士が互い違いに２列に配置されており、各セパレータ４０の長タブ部４０ｃはタブ部１５ｂの列及びタブ部１６ｂの列の間に突出している。そして、固定具９０はこのように配置されたタブ部１５ｂ，１６ｂ及び長タブ部４０ｃを固定しているので、固定具９０の大きさが比較的小さくなってこのましい。

また、集電板１５等に対して垂直な方向から電気二重層キャパシタ１００を見た時に、固定具９０が集電板１５，１６の本体部１５ａ，１６ａと重ならないような形状及び大きさとされているので、積層体８５をケース５０内に封入した後に、ケース５０の外から集電板１５，１６の本体部１５ａ、１６ａを厚み方向に熱プレスする際に、固定具９０が邪魔にならないので好ましい。

また、長タブ部４０ｃの幅４０Ｗは、タブ部１５ｂの列とタブ部１６ｂの列との間隔１５Ｗよりも小さいので、タブ部１５ｂの列及びタブ部１６ｂの列においてそれぞれ上下のタブ部間にセパレータ４０のはみだし部４０ｃが挟まれないこととなる。したがって、各タブ部１５ｂ、１６ｂの突出長さ４０ｃＬを短くしても各列におけるタブ部１５ｂ同士、、タブ部１６ｂ同士を電気的に接続し、リード１２，２２に容易に接続することができる。

また、固定具９０が集電板１５，１６のタブ部１５ｂ、１６ｂに接着するとともにセパレータ４０の長タブ部４０ｃに接着することによりこれらが互いに固定されている。したがって、小さい固定具で確実な固定が可能となる。

また、固定具９０が熱可塑性樹脂製であるので、熱融着によりタブ部１５ｂ、１６ｂ及び長タブ部４０ｃに対して容易に接着できる。

また、固定具９０が、集電板１５，１６の積層方向に互いに対向する２枚のシート９０ａ，９０ｂが互いに接着されたものであり、シート９０ａ，９０ｂ間に集電板１５，１６の各タブ部１５ｂ、１６ｂ及びセパレータ４０の長タブ部４０ｃを挟んでいるので、固定作業が容易である。

また、タブ部１５ｂ、１６ｂにはそれぞれリード１２，２２が接続され、固定具９０は各リード１２，２２をさらに被覆している。そして、積層構造体８７をケース５０内に封入する際に、ケース５０で固定具９０を挟むように熱融着するので、この固定具９０が、ケース５０とリード１２，２２との間の気密性を高めるための樹脂製等のカバーを兼ねることができて経済的である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されずさまざまな変形態様を取ることが可能である。

例えば、上記実施形態においては、固定具９０はセパレータ４０の長タブ部４０ｃと集電板１５，１６のタブ部１５ｂ、１６ｂとを互いに固定しているが、セパレータ４０の短タブ部４０ｂと集電板１５，１６のタブ部１５ｂ、１６ｂとを互いに固定しても良い。

また、上記実施形態では、固定具９０は、リード１２，２２を被覆しているが、リード１２，２２を被覆しなくても実施は可能である。この場合には、リード１２、２２をタブ部１５ｂの列、タブ部１６ｂの列にそれぞれ接続する前に、固定具９０で長タブ部４０ｃとタブ部１５ｂ、１６ｂとを互いに固定しても良い。また、固定具９０がリード１２，２２を被覆しない場合には、リード１２，２２を固定具とは別の樹脂製等のカバーで被覆してから、このカバー部をケースと熱接着すると気密性の高いシールが可能である。

また、上記実施形態においては、タブ部１５ｂとタブ部１６ｂとが互い違いに配置されているが、例えば、集電板が全部で２枚の場合等には、タブ部１５ｂとタブ部１６ｂとが互いに対向していて、その間にセパレータの長タブ部４０ｃが挟まれたような形態も実施可能である。

また、上記実施形態においては、積層体８５は単セルとしての単位キャパシタｃｐを４つ有するものであったが、単位キャパシタｃｐを４つより多く有していてもよく、又、３つ以下、例えば、１つでもよい。

また、上記実施形態においては、集電板１５，１６を積層方向から見た時に固定具９０が集電板１５，１６と重ならないような形状とされているが、一部重なったとしても実施は可能である。

また、上記実施形態においては、固定具９０をタブ部１５ｂ、１６ｂ及び長タブ部４０ｃに接着することによりタブ部１５ｂ、１６ｂ及び長タブ部４０ｃを互いに固定しているが、例えば、クリップのような固定具でタブ部１５ｂ、１６ｂ及び長タブ部４０ｃを一緒に挟み込むことによりタブ部１５ｂ、１６ｂ及び長タブ部４０ｃを固定しても実施は可能である。

また、上記実施形態は、電気二重層キャパシタに関するものであるが、本発明は電気二重層キャパシタに限定されるものではなく、例えば、シュードキャパシタ、レドックスキャパシタ等のキャパシタにも適用可能である。

また、本発明は、キャパシタに限られず、リチウム二次電池等の電池にも適用可能である。例えば、リチウムイオン二次電池の場合には、セパレータを挟んで一方の活物質層が負極活物質層であり、他方の活物質層が正極活物質層となる。負極活物質としては、たとえば、黒鉛構造を有する炭素材料が挙げられる。また、正極活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ₂）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）、及び、一般式：ＬｉＮｉ_xＣｏ_yＭｎ_ｚＯ₂（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ₂Ｏ₅）、オリビン型ＬｉＭＰＯ₄（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ又はＦｅを示す）、チタン酸リチウム（Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂）等の複合金属酸化物が挙げられる。また、電解液としては、リチウムイオンを含む塩を含有した非水電解液が挙げられる。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明についてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
まず、活性炭／カーボンブラック（導電助剤）／ＰＶｄＦ（バインダ）＝８７／３／１０の重量組成で活物質塗料を作成し、厚み２０μｍのエッチングアルミ箔の上に一部被塗布部が形成されるように塗布し、乾燥した後、ロールプレスを行うことにより、集電板／活物質層の構造を有する２層電極シート、及び、活物質層／集電板／活物質層の構造を有する３層電極シートを作成した。続いて、これらのシートを金型によって打ち抜いて、タブ部及び本体部を有する集電板を有し本体部の一面に活物質層が形成された２層電極、及び、タブ部及び本体部を有する集電板を有し本体部の両面に活物質層が形成された３層電極を形成した。２層電極の本体部及び活物質層を合わせた厚みは４５μｍ、３層電極の本体部及び２つの活物質層を合わせた厚みは７０μｍであった。また、本体部の大きさは７．８０×７．８０ｍｍ、タブ部の大きさは２．０×２．０ｍｍとした。

続いて、再生セルロース製の厚さ３０μｍの電解紙を、８．２×８．２ｍｍの矩形領域（本体部及び短タブ部に対応）及び２．０×２．５ｍｍの長タブ部を有するように打ち抜いて、セパレータを得た。

続いて、２層電極／セパレータ／３層電極／セパレータ／３層電極／セパレータ／２層電極の構造となるようにこれらを積層して、積層体とした。ここでは、集電板のタブ部が互い違いに２列に配置され、かつ、セパレータのタブ部がタブ部の列間に配置されるように各電極及びセパレータを配置した。

その後、一方側の電極のタブ部群をリードと超音波融着する一方、他方側の電極のタブ部群を他のリードと超音波融着した。続いて、金属と樹脂を接着可能な酸変性ポリプロピレンフィルム（厚み３０μｍ、幅３．０ｍｍ×長さ１０．０ｍｍ）を２枚用意し、一方側のタブ部群、他方側のタブ部群、それぞれのリード、及び、セパレータの各長タブ部を積層方向に挟むように２枚の酸変性プロピレンフィルムを配置し、これらのフィルムをヒートシーラによりシールして２枚のフィルムを接着して固定具を形成した。ここではセパレータのタブ部の内０．２ｍｍの部分を固定具で挟み込んだ。これによって、積層構造体が得られた。ヒートシールは、１７５℃の温度及び１０×１０^４Ｐａの圧力を１５秒間加えることにより行った。なお、この酸変性ポリプロピレンフィルムは電極の本体部及びセパレータの本体部とは重ならなかった。

次に、厚み８５μｍのアルミラミネートフィルムを２つ折りにしたケースを用意し、積層構造体をこのケースで挟み、リードの一部がケースから突き出るようにしてケースの入り口部の２辺を、固定具がアルミラミネートフィルムに挟まれるようにしてヒートシールした。その後、このケースを真空乾燥機中で１６０℃の真空乾燥機中で１２時間乾燥を行った後、１．０ｍｏｌ／ＬのＴＥＡ−ＢＦ_４のポリカーボネート溶液を加え、減圧下で最後の辺を熱シールにより密封した。その後、８０℃に加熱した平板プレス機で４．９×１０^４Ｐａの圧力で積層体の本体部を、ケースの外側からプレスした。電気二重層キャパシタの最終的な厚みは約４９０μｍであった。

（比較例１）
固定具を形成する際に、２枚のシート間にセパレータの長タブ部を挟まない状態でヒートシールを行った以外は実施例１と同様にして電気二重層キャパシタを得た。

（比較例２）
積層体の積層後、固定具の形成前に、積層体の外周に厚み６５μｍのポリイミド製粘着テープを一周巻き付けた以外は、比較例１と同様にした。
なお、各実施例及び比較例においては、同一の方法で５個の電気二重層キャパシタを得た。

このようにして得られた各実施例及び各比較例について電気二重層キャパシタを、７０℃の環境で２．７Ｖの電圧を６時間印加後、０Ｖまで放電した。その後、２５℃の環境での各電気二重層キャパシタのＥＳＲ（等価直列抵抗）及び容量を測定した。さらに、２５℃の環境で２．５Ｖの電圧を１時間印加し、その後４８時間放置し、端子間電圧を測定して保持電圧を得た。さらに、各電気二重層キャパシタの厚みを測定した。結果を図９に示す。

固定具で集電板のタブ部及びセパレータの長タブ部を互いに固定した実施例１では、内部抵抗に対応する等価直列抵抗は十分低く、容量も均一となり、保持電圧も十分なものとなり、厚みも十分薄くなった。

固定具で集電板のタブ部のみを固定しセパレータの長タブ部を接着しなかった比較例１では、短絡するものが生じた。集電板とセパレータとが固定されていないので、積層体のハンドリング性が悪く、電極及びセパレータに位置ずれが生じたものと考えられる。

積層体の外周を粘着テープで固定した比較例２では、電気二重層キャパシタの厚みが十分薄くならず、また、保持電圧が低下した。保持電圧の低下は、最後に本体部を平板プレスでプレスする際に、粘着テープの下の部分に大きな圧力がかかってその部分のセパレータ等が薄くなったためと考えられる。

図１は、実施形態に係る電気二重層キャパシタを示す一部破断斜視図である。 図２は、図１のリチウムイオン二次電池の積層構造体の一部破断正面図である。 図３は、図２の積層構造体のＩＩＩ−ＩＩＩ面に沿った概略断面図である。 図４は、図２の積層構造体のＩＶ−ＩＶ面に沿った概略断面図である。 図５は、図２の積層構造体のＶ−Ｖ面に沿った概略断面図である。 図６は、図１の電気二重層キャパシタの製造工程を示す断面図である。 図７は、図１の電気二重層キャパシタの製造工程を示す図６に続く斜視図である。 図８は、図１の電気二重層キャパシタの製造工程を示す図７に続く斜視図である。 実施例１、比較例１，２の電気二重層キャパシタの特性を示す表である。

符号の説明

１０…活物質層、１２…リード、１５，１６…集電板、１５ａ，１６ａ…本体部、１５ｂ，１６ｂ…タブ部、２２…リード、４０…セパレータ、４０ａ…本体部、４０ｃ…長タブ部（タブ部）、５０…ケース、８５…積層体、８７…積層構造体、９０…固定具、９０ａ，９０ｂ…シート、１００…電気二重層キャパシタ（電気化学デバイス）。

Claims (8)

1. 本体部及びタブ部をそれぞれ有し、前記本体部同士が互いに対向しかつ前記タブ部同士が互いに対向しないように配置された一対の集電板と、
   本体部及びタブ部を有し、前記本体部が前記一対の集電板の本体部間に配置されると共に前記タブ部が前記一対の集電板の本体部間から外にはみ出すようにかつ前記集電体のタブ部間に突出するように配置され配置されたセパレータと、
   前記各集電板の本体部上にそれぞれ形成されて前記セパレータと接する活物質層と、
   前記各活物質層に接触する電解液と、
   前記各集電板のタブ部と前記セパレータのタブ部とを互いに固定する絶縁性の固定具と、
   を備え、
   前記セパレータのタブ部の幅は前記集電板のタブ部間の間隔よりも小さく、
   前記セパレータのタブ部の幅は前記セパレータの本体部よりも幅が狭い電気化学デバイス。
2. 本体部及びタブ部をそれぞれ有し、前記本体部同士が互いに対向しかつ前記集電板のタブ部同士が互い違いに２列に配置されるように重ねて配置された３つ以上の集電板と、
   本体部及びタブ部をそれぞれ有し、前記本体部が前記集電板の本体部間にそれぞれ配置されると共に前記タブ部が前記一対の集電板の本体部間から外にはみ出しかつ前記集電体のタブ部の２つの列の間にそれぞれ突出するように配置された複数のセパレータと、
   前記各集電板の本体部上にそれぞれ形成されて前記セパレータと接する活物質層と、
   前記各活物質層に接触する電解液と、
   前記各集電板のタブ部と前記各セパレータのタブ部とを互いに固定する絶縁性の固定具と、を備え、
   前記各セパレータのタブ部の幅は前記集電板のタブ部の二つの列の間隔よりも小さく、
   前記各セパレータのタブ部の幅は前記セパレータの本体部よりも幅が狭い電気化学デバイス。
3. 前記固定具は、前記電気化学デバイスを前記集電板の積層方向から見た時に前記集電板の本体部と重ならない形状とされている請求項１又は２に記載の電気化学デバイス。
4. 前記固定具は、前記各集電板のタブ部に接着すると共に前記セパレータのタブ部に接着している請求項１〜３のいずれか一項記載の電気化学デバイス。
5. 前記固定具は熱可塑性樹脂製である請求項４に記載の電気化学デバイス。
6. 前記集電板のタブ部にはそれぞれリードが接続され、前記固定具は前記各リードをさらに被覆する請求項１〜５のいずれかに記載の電気化学デバイス。
7. 前記一対の集電板、前記セパレータ、前記活物質層、前記電解液、及び前記固定具を収容するケースをさらに備え、前記固定具の一部は前記ケースから外部に突出している請求項６記載の電気化学デバイス。
8. 前記固定具は、前記集電板の積層方向に互いに対向する２枚のシートが互いに接着されたものであり、前記シート間に前記一対の集電板の各タブ部及び前記セパレータのタブ部を挟んでいる請求項１〜７のいずれかに記載の電気化学デバイス。

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