JP4893808B2

JP4893808B2 - 電気化学デバイス及びその製造方法

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Publication number: JP4893808B2
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Inventors: 直人塚本; 清志内田; 浩昭長谷川
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Description

本発明は、電気化学デバイス及びその製造方法に関するものである。

従来の電気化学デバイスは、アルミニウムからなる外装体中にリチウムイオン電池（ＬＩＢ）や、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）などの電池素体を封入している。すなわち、アルミニウムラミネートからなる外装体内に電池素体を配置し、外装体内には必要に応じて電解液を導入し、外装体の周辺部を封止していた。

電池素体からは、アノード及びカソードのリードが延びており、それぞれは、外装体の封止部の隙間を抜けて、外部に延びている。また、アルミニウムラミネートの内側には樹脂層が設けられており、封止部を熱圧着することで、封止が行われる。この封止部とリードとの間の構造について、幾つかの研究が行われている。下記特許文献１は、封止部におけるリードに複数の孔を設けることにより、かかる箇所における接着面積を高める工夫がされている。また、下記特許文献２は、封止部におけるリードの幅を狭めることにより、かかる箇所における接着面積を高める工夫がされている。その他の関連する技術は、特許文献３〜特許文献７に記載されている。

特開２００３−８６１５３号公報特開２００３−８６１５２号公報特開２００２−２３１２１７号公報特開２００２−２４６２６９号公報特開２００３−２４２９６１号公報特開２００７−１８７６６号公報特開２００８−１０３２９４号公報

しかしながら、本願発明者らの知見によれば、リード表面におけるバリなどの凹凸形状が、外装体内側の樹脂層を傷つけ、金属フィルムに到達して短絡・リークパスを形成する場合や、湾曲面内の空間内に樹脂層が熱圧着時に充填されない場合がある。本願発明者らは、これらが原因となって、多くの場合、時間の経過伴って、内部の液体やガスが漏れたり、リードが短絡するなどの不良品が発生するため、高品質の電気化学デバイスが得られないという問題を発見した。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高品質な電気化学デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る電気化学デバイスは、金属フィルムを含む外装体と、前記外装体内に封入された電池素体と、少なくとも前記外装体の封止部の内側に設けられた樹脂層と、前記電池素体から前記外装体の前記封止部の前記樹脂層間を介して、前記外装体の外部に延びたリードと、を備え、前記リードの前記封止部における形状は、対向する第１及び第２曲面からそれぞれなる表面及び裏面を含み、前記第１表面と、前記リード長手方向に垂直な平面との第１交線は、前記リードから離れる方向に凸の連続した第１曲線からなり、前記第２表面と、前記リード長手方向に垂直な平面との第２交線は、前記リードから離れる方向に凸の連続した第２曲線からなり、前記封止部における、前記リードの幅方向中央位置近傍における前記リードの最大厚みＺ１（μｍ）と、前記リードの幅方向端部位置における厚みＺ１１（μｍ）とは、以下の関係式：
Ｚ１１＜Ｚ１、
Ｚ１１≦−１．０９×１０ ^−４Ｚ１ ^２＋０．１８Ｚ１＋７８.１
Ｚ１１≧８．３９×１０ ^−５Ｚ１ ^２ −４．１７×１０ ^−２Ｚ１＋７９．４
を満たし、前記厚みＺ１１（μｍ）は、１５（μｍ）以上であり、前記リードの前記湾曲面加工部と、この湾曲面加工部に隣接し一定の厚みを有する未加工部との間には、段差が形成され、この段差は前記樹脂層内に食い込んでいることを特徴とする。

この電気化学デバイスによれば、表面及び裏面が共に曲面からなり、好ましくは幅方向の端部の厚みは中央部近傍よりも薄く設定されている（Ｚ１１＜Ｚ１）。したがって、実質的に尖った箇所を有していないので、周囲の樹脂層を傷つけないという効果がある。また、上記関係式を満たしているので、熱圧着時にリードの強度をたもつことができるという効果がある。

また、前記厚みＺ１１は、１５μｍ以上、好適には２５μｍ以上であることが好ましい。すなわち、リード端部の厚みが極端に薄くなると、熱圧着時にリードが切断される確率が高くなる。したがって、本発明では、端部厚みＺ１１を１５μｍ以上とすることで、切断可能性を低くすることとした。

また、上述の電気化学デバイスの製造方法は、少なくとも前記リードの前記封止部に位置する領域をロールプレス加工し、前記リードの表面及び裏面を曲面に変形させる工程と、表面及び裏面が曲面である前記リードを、前記封止部の前記樹脂層間に配置し、これらを前記外装体とともに熱圧着する工程と、を備えることを特徴とする。

この場合、熱圧着時に樹脂層は軟化してリードの周囲に密着するが、リードの表裏面は予めロールプレス加工によって曲面にされているため、樹脂層を傷つけることが抑制され、高品質の電気化学デバイスが製造される。

また、本発明に係る電気化学デバイスの製造方法は、前記ロールプレス加工時の圧力Ｐ_Ｐと、前記熱圧着時の圧力Ｐ_Ｔとは、以下の関係：Ｐ_Ｐ＞Ｐ_Ｔを満たすことが好ましい。すなわち、通常の熱圧着よりも高い圧力でロールプレスを行うと、リードを変形させて湾曲面を形成することができる。

また、本発明に係る電気化学デバイスの製造方法は、前記ロールプレス加工時の圧力Ｐ_Ｐと、前記熱圧着時の圧力Ｐ_Ｔとは、以下の関係：１．９６×１０^５Ｐａ≦Ｐ_Ｐ≦５．８８×１０^５Ｐａ、０．９８×１０^５Ｐａ≦Ｐ_Ｔ≦３．９２×１０^５Ｐａを満たすことが好ましい。この場合、リードのプレス加工時のリード形状をとどめたまま、熱圧着を行うことができるという効果がある。

本発明によれば、高品質な電気化学デバイスを提供することができる。

電気化学デバイスの斜視図である。図１に示した電気化学デバイスのＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。電気化学デバイスの封止部近傍の拡大斜視図である。リードの湾曲面加工部の拡大斜視図である。一方向に湾曲したリードの縦断面図（Ａ）、Ｓ字型に湾曲したリードの縦断面図（Ｂ）である。ロールプレス加工時のリードの縦断面図である。ロールプレス加工されたリードの縦断面図である。幅方向端部の角部を平面的に切り落としたリードの縦断面図である。幅方向端部の厚みＺ１１の厚みＺ１に対する比率（％）と、中央部近傍の最大厚みＺ１とを変化させた場合の歩留まり（％）を示す図表である。幅方向端部の厚みＺ１１の厚みＺ１の場合の歩留まりβの関係を示すグラフである。厚みＺ１，Ｚ１１と歩留まりβの関係を示す図表である。厚みＺ１，Ｚ１１と歩留まりβの関係を示す図表である。厚みＺ１，Ｚ１１と歩留まりβの関係を示す図表である。厚みＺ１，Ｚ１１と歩留まりβの関係を示す図表である。種々の条件の場合のリードの縦断面図である。

以下、実施の形態に係る電気化学デバイスについて説明する。なお、説明において、同一要素には、同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１は電気化学デバイスの斜視図であり、図２は図１に示した電気化学デバイスのＩＩ−ＩＩ矢印断面図、図３は電気化学デバイスの封止部近傍の拡大斜視図である。なお、これらの図では、図示の如く、ＸＹＺ三次元直交座標系が設定されている。

この電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）であり、金属フィルムＭ１，Ｍ２を含む外装体Ｐと、外装体Ｐ内に封入された電池素体２０（図３参照）と、少なくとも外装体Ｐの封止部（トップシール部）Ｐ１の内側に設けられた樹脂層Ｒ１，Ｒ２（図２参照）と、電池素体２０から外装体Ｐの封止部Ｐ１の樹脂層Ｒ１，Ｒ２間を介して、外装体Ｐの外部に延びたリードＡ１，Ｋ１とを備えている。リードＡ１，Ｋ１は、Ｘ軸方向に沿って延びており、幅方向はＹ軸、厚み方向はＺ軸に一致する。

樹脂層Ｒ１，Ｒ２は、金属フィルムＭ１，Ｍ２の内側の全面に貼り付けられているが、これらは、長方形の外装体Ｐの四辺周囲の封止部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に位置する箇所の金属フィルムＭ１，Ｍ２に設けられていてもよい。これらの封止部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、熱圧着によって封止されている。外装体Ｐの四辺の封止部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に囲まれた中央領域Ｐ０内部には、電池素体２０が配置される。アノードとしてのリードＡ１と、カソードとしてのリードＫ１との間には、電圧を印加して電池素体２０を充電することもでき、また、電池素体２０に充電された電力を、これらから取り出すこともできる。

図２を参照し、封止部Ｐ１におけるリードＡ１（Ｋ１）の幅方向中央部近傍の最大厚みをＺ１、幅方向端部の厚みをＺ１１、樹脂層Ｒ１，Ｒ２全体の厚みをＺ２、外装体全体の厚みをＺ３とする。この場合、封止部Ｐ１における、リードＡ１（Ｋ１）の幅方向中央位置近傍におけるリードＡ１（Ｋ１）の最大厚みＺ１と、リードＡ１（Ｋ１）の幅方向端部位置における厚みＺ１１とは、Ｚ１１＜Ｚ１を満たしている。

また、リードＡ１（Ｋ１）の封止部Ｐ１における形状は、対向する第１曲面及び第２曲面からそれぞれなる表面７Ａ及び裏面７Ｂを含み（図４参照）、第１表面７Ａと、リード長手方向（Ｘ軸）に垂直な平面（ＹＺ平面）との第１交線（図２のＹＺ断面におけるリード上面）は、リードＡ１（Ｋ１）から離れる方向に凸の連続した第１曲線からなり、第２表面（図４の７Ｂ）と、リード長手方向（Ｘ軸）に垂直な平面（ＹＺ平面）との第２交線（図２のＹＺ断面におけるリード下面）は、リードＡ１（Ｋ１）から離れる方向に凸の連続した第２曲線からなる。

この電気化学デバイスによれば、表面及び裏面（リードの上面及び下面）が共に曲面からなり、幅方向の端部の厚みは中央部近傍よりも薄く設定されている。したがって、実質的に尖った箇所を有していないので、周囲の樹脂層Ｒ１，Ｒ２を傷つけないという効果がある。また、端部の厚みＺ１１が、中央部近傍の厚みＺ１より薄いため、端部が樹脂層を傷つける可能性が低下し、歩留まりが向上する。更に、従来、リード幅方向端部の近傍には、樹脂が十分に充填されず。封止が十分ではないなどの歩留まり低下要因があったが、本例では、端部の厚みＺ１１が、中央部近傍の厚みＺ１の４０％以下であるため、リード幅方向端部の近傍にも十分に樹脂が充填されやすくなる。

また、厚みＺ１１は１５μｍ以上であることが好ましい。すなわち、リード端部の厚みが極端に薄くなると、かかる箇所が鋭利性を帯びてくると共に、熱圧着時にリードが切断される確率が高くなる。したがって、本例では、端部厚みＺ１１を１５μｍ以上、好適には２５μｍとすることで、切断可能性を低くしている。また、この構成によれば、端部の鋭利性に起因して樹脂層が傷つけられるのを抑制することもできる。

また、図３に示す電池素体２０の構造としては、無数のものが考えられる。本例では、アノード（正極）側の電極として、銅などの金属箔からなる集電体１と、活性炭質構造体などからなる分極性電極２を結合したものを用いる。また、カソード（負極）側の電極として、アルミニウムなどの金属箔からなる集電体５と、活性炭質構造体などからなる分極性電極４とを結合したものを用いる。また、これらの正極と負極との間にはセパレータ３が介在している。もちろん、複数の電池素体を積層させてもよいが、ここでは、簡略化のため、１つの電池素体のみが収納された例を示している。

分極性電極２，４は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダー樹脂を混ぜて製造する。バインダー樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物が挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。

集電体１，５としては、銅箔やアルミニウム箔の表面をエッチングによって表面を荒く加工したものを使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダーを加えてシート状にして集電極に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電極に塗工する方法なども無数に存在する。

セパレータ３は、例えば重量比１０％以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。

外装体Ｐ内に充填される電解液ＬＱとしては、水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、アセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。

また、図３に示すように、正極及び負極の集電体１，５は、リードＡ１，Ｋ１にそれぞれ結合されている。なお、これらは一体の金属箔からなることとしてもよい。リードＡ１，Ｋ１には、ロールプレス加工によって形成された湾曲面加工部７が設けられている。この部分の厚みは、上述のとおりであり、この部分の厚みは外側の未加工部の厚みよりも薄く設定され、未加工部と湾曲面加工部７との境界には段差が形成されている。湾曲面加工部７は、第１ステップとして、平坦で対向する２つの押圧面を有するプレス機内に、リードＡ１，Ｋ１を挿入し、これらをプレス加工により平坦化した後、第２ステップとして、この平坦化表面上を更にロールプレス加工する。ロールプレスに用いる円筒押圧面の軸は、Ｘ軸方向に平行であり、Ｘ軸周りに回転する（図６参照）。なお、封止部Ｐ１などもプレス機で熱圧着加工するため、第１ステップの平坦化加工には、従来からある熱圧着用のプレス機を用いればよい。

図４は、リードの湾曲面加工部７の拡大斜視図である。

図３に示した封止部Ｐ１のＸ軸方向の寸法Ｘ２は、図４に示す湾曲面加工部７のＸ軸方向の寸法Ｘ１よりも、若干長く設定されている。封止部Ｐ１には全領域に樹脂層Ｒ１，Ｒ２が設けられているので、湾曲面加工部７の上下面の段差が樹脂層Ｒ１，Ｒ２内に食い込むこととなり、リードＡ１（Ｋ１）のＸ軸方向の移動が規制される。リードＡ１（Ｋ１）の幅Ｙ１は、例えば３．５ｍｍに設定される。

リードＡ１（Ｋ１）の湾曲面加工部７の上面（表面）を７Ａ，下面（裏面）を７Ｂとする。これらは概ねＸ軸を中心とした円筒面を構成している。湾曲面加工部７の上下面間の距離（厚み）は中央部近傍においてＺ１であり、端部においてＺ１１である。未加工部の上下面間の距離（厚み）は場所に依存せずＺ０である。なお、Ｚ１＜Ｚ０が満たされている。Ｚ０の値は、例えば１００μｍとし、Ｚ１の値は例えば８０μｍとする。

上述の湾曲面加工部７の加工前のＹＺ断面形状について、詳細に説明する。

図５（Ａ）は、一方向に湾曲したリードの縦断面図（ＹＺ断面）、図５（Ｂ）は、Ｓ字型に湾曲したリードの縦断面図（ＹＺ断面）である。リードは、金属フィルムに２枚のブレードを当てて細く切断することで形成されるが、２枚のブレードを当てる向きが同一の面である場合には、一方向のみに湾曲し、異なる面である場合にはＳ字型に湾曲する。

図５（Ａ）において、リードＡ１（Ｋ１）の湾曲面の一方向の弧の一端（点Ａ）と、この一端（点Ａ）から延びてリードＡ１（Ｋ１）に接触する点（点Ｂ）とを結ぶ線分の長さ（ＡＢ）をＬ１とし、この線分（ＡＢ）からリードＡ１（Ｋ１）の湾曲面（下面７Ｂ）までの最短距離（点Ｃと点Ｄとの間の距離）の最大値をＬ２とする。なお、湾曲面が円弧の場合には、点Ｄは、幅方向の中点を通る中央線と、湾曲面との交点になる。

同様に、図５（Ｂ）において、リードＡ１（Ｋ１）の湾曲面の一方向の弧の一端（点Ｘ）と、この一端（点Ｘ）から延びてリードＡ１（Ｋ１）に接触する点（点Ｙ）とを結ぶ線分の長さ（ＸＹ）をＬ１とし、この線分（ＸＹ）からリードＡ１（Ｋ１）の湾曲面（下面７Ｂ）までの最短距離（線分ＸＹに垂直な線分の点Ｗまでの距離）の最大値をＬ２とする。

同様に、線分ＴＳに関して補足説明をすると、リードＡ１（Ｋ１）の湾曲面の一方向の弧の一端（点Ｓ）と、この一端（点Ｓ）から延びてリードＡ１（Ｋ１）に接触する点（点Ｔ）とを結ぶ線分の長さ（ＳＴ）をＬ１とし、この線分（ＳＴ）からリードＡ１（Ｋ１）の湾曲面（上面７Ａ）までの最短距離（線分ＳＴに垂直な線分の点Ｕまでの距離）の最大値をＬ２とする。

なお、Ｓ字を構成する湾曲面がそれぞれ円弧の場合には、幅方向の中点を通る中央線と、上下の湾曲面との交点Ｕ，Ｚは、それぞれカーブの変曲点になる。

ブレードによって切断して製造したリードに、上述の第１ステップの平坦化加工を施した場合、上下面の平坦性は向上し、図５（Ａ）、図５（Ｂ）の場合、湾曲率Ｒ（＝Ｌ２／Ｌ１）は、０＜Ｒ≦３％を満たしている。また、樹脂層の厚みＺ２に対するリードの中央部近傍の厚みＺ１の比率α（＝Ｚ１／Ｚ２）は、３０％≦α≦６０％を満たしている。

上記数値範囲の場合、ロールプレス加工前においても、リードの端部Ａ，Ｘ，Ｓの尖りが抑制され、特定範囲の厚みにある樹脂層及び上下の金属フィルムＭ１，Ｍ２を傷つけにくくなる。

なお、未加工の従来技術の場合、図１５の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、リードＡ１（Ｋ１）の湾曲が大きく、樹脂層が薄い場合には、図の領域Ｊにおいて、リードＡ１（Ｋ１）が樹脂層を突き破り、金属フィルムＭ２に当接し、外装体内部の液体漏れや金属フィルムを介したリードＡ１（Ｋ１）の電気的短絡が生じる虞があるが、上述の実施形態によれば、上下面が平滑な湾曲面からなるので、このような不具合が著しく改善される。

また、図５（Ａ）において、すなわちリードの長手方向に垂直な断面内において、湾曲面（下面７Ｂ）と線分（ＡＢ）によって囲まれた面積をＳ１とし、図５（Ｂ）において、すなわちリードの長手方向に垂直な断面内において、湾曲面（下面７Ｂ）と線分（ＸＹ）によって囲まれた面積Ｓ２とすると、従来、これらの領域に樹脂が充填されにくいという問題があった。一方、本発明では、第１ステップにおいて平坦化加工がされ、第２ステップにおいて凸表面となるようにロールプレス加工されており、上述の面積Ｓ１，Ｓ２は完全に消失している。したがって、リード周囲に樹脂層が充填されやすくなり、外装体の密閉性が向上するという効果がある。

すなわち、図１５（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、従来技術では、この空間内に、気体ＡＩＲが充填され、素子が高温になった時や電解液の電気分解により内圧が高まったとき、封止部からガスや電解液が漏れるといった現象が観察されたが、本実施形態では、このような不具合は著しく改善される。

図６は、ロールプレス加工時のリードの縦断面図である。

プレス用のロールＲＡ，ＲＢの回転軸ＲＡＣ，ＲＡＢは、Ｘ軸に平行であり、これらの円筒形外周面をそれぞれリードＡ１（Ｋ１）の上下面に当接させ、リードＡ１（Ｋ１）の厚み方向の中心に向かう方向（Ｚ軸）に力ＦＡ、ＦＢをかける。ロール外周面がリード上下面に与える圧力Ｐ_Ｐは、外装体の熱圧着時の圧力Ｐ_Ｔよりも大きい。圧力Ｐ_Ｐをリード表面に与えながら、ロールＲＡ，ＲＢは矢印の方向に回転しながらリード表面上を転がり、Ｙ軸方向に沿って往復する。これにより、リードの断面形状が変形し、断面レンズ形状（樽形形状）のリードが完成する。このようなロールプレス加工により、容易にレンズ状断面を形成することができる。

図７は、ロールプレス加工されたリードＡ１（Ｋ１）の縦断面図である。

リードＡ１（Ｋ１）は、ＹＺ断面内において、幅方向の寸法Ｙ１、端部厚みＺ１１、中央部近傍厚み（最大値）Ｚ１を有する。上述のように、１５μｍ≦Ｚ１１を満たしている。なお、Ｚ１＜Ｙ１であり、また、上下面をそれぞれ円筒面とすると、その中心軸は、リードの外側に位置する。なお、端部と側面の境界の角部には、ロールプレス加工に起因して微小なアールが付いている。この場合にも、Ｚ１の値はミクロ的に見た端部厚の最小値（最も端の位置の厚み）を採用するが、ミクロ的に連続して厚みが０μｍとなるように連続して確定できない場合には、端部厚みＺ１１は、厚み０μｍを与える幅方向エッジから１００μｍ内側（中心より）の位置を端部位置とする。

図８は、幅方向端部の角部を平面的に切り落としたリードの縦断面図である。

このように、角を落とすのみでは、一方の表面と、切り落とした箇所との境界が、不連続に屈曲し、実質的に突出部分が残るため、周囲の樹脂層を傷つける虞がある。角を落とす領域を幅方向に大きくし、断面形状をテーパー状とした場合も同様であり、境界における突出部分は存在する。

一方、図７に示した実施形態においては、実質的に突出部分がない。これにより、樹脂層との熱圧着時（樹脂溶融時）において、樹脂層を傷つけて、リード同士がアルミフィルムを介して短絡する可能性が実質的に零になる。また、図７に示したリードの中心から外周面までの距離が実質的に均一に近くなり、リードの軸周りの回転位置変化の許容量が大きくなり、熱圧着時の短絡形成の可能性がさらに低下する。

上記電気化学デバイスの製造方法は、以下の通りである。

まず、リードＡ１，Ｋ２は、上述のように、プレス機により、平坦化処理を行い、続いて、ロールプレス加工を行う。次に、電池素体２０を用意し、これの正負の電極にリードＡ１，Ｋ１を接続する。次に、内面に樹脂層Ｒ１，Ｒ２が形成された金属フィルムＭ１，Ｍ２を用意する。外装体Ｐ内に電池素体２０を入れ、その一辺の封止部Ｐ１を熱圧着により封止して、残りの封止部は必要に応じて開放しておく。次に、これらからなる外装体Ｐの残りの２箇所の封止部を熱圧着により封止し、例えば、最後の一辺の封止部を開放した段階で電解液を入れ、電解液を入れた後に、残りの一辺の封止部の熱圧着を行う。これにより電気化学デバイス１０が完成する。

以上、説明したように、上記実施形態の電気化学デバイス１０の製造方法は、少なくともリードＡ１、Ｋ１の封止部Ｐ１（図３参照）に位置する領域を平坦な押圧面でプレス加工（フラットプレス）し、リードＡ１，Ｋ１の平坦性を向上させる工程と、続いて、ロールプレス加工して、リードの表面及び裏面を曲面に変形させる工程と、ロールプレス加工されたリードＡ１，Ｋ１を、封止部Ｐ１の樹脂層Ｒ１、Ｒ２間に配置し、これらを外装体Ｐとともに熱圧着する工程とを備えている。

この場合、熱圧着時に樹脂層Ｒ１，Ｒ２は軟化してリードの周囲に密着するが、リードＡ１，Ｋ１は予めフラットプレス加工によって平坦化され、更に、ロールプレス加工されているため、樹脂層が傷つきにくく、樹脂層Ｒ１，Ｒ２との密着性が高くなり、高品質の電気化学デバイス１０が製造される。

また、この電気化学デバイス１０の製造方法は、上記プレス加工時の圧力Ｐ_Ｐと、熱圧着時の圧力Ｐ_Ｔとは、Ｐ_Ｐ＞Ｐ_Ｔの関係を満たしている。すなわち、通常の熱圧着よりも高い圧力でロールプレスを行うと、リードを変形させて湾曲面を形成することができる。

また、プレス加工時の圧力Ｐ_Ｐと、熱圧着時の圧力Ｐ_Ｔとは、１．９６×１０^５Ｐａ≦Ｐ_Ｐ≦５．８８×１０^５Ｐａ、０．９８×１０^５Ｐａ≦Ｐ_Ｔ≦３．９２×１０^５Ｐａを満たすことが好ましい。この場合、リードのプレス加工時のリード形状を留めたまま、熱圧着を行うことができるためショート率を低下させることができるという効果がある。

以上のように、上記製造方法によれば、内部のガスや電解液の漏洩路を形成することのない、経時的に安定した素子構造を製造することができる。

なお、上述の金属箔リードの材料としては、アルミニウムが適当であるが、銅などを用いることもできる。また、樹脂層Ｒ１，Ｒ２の材料としては、熱溶融性又は熱可塑性樹脂である高分子樹脂（ポリプロピレン）が適当であるが、他の樹脂を用いることも可能である。なお、上述の電気化学デバイスは、ＥＤＬＣ以外のリチウムイオン電池などにも適用することが可能である。

上述の電気化学デバイスを試作する実験を行った。以下、比較例と共に実施例について説明する。

（比較例１）
まず、テープ状のリードにフラットプレス加工及びロールプレス加工を行わないで電気化学デバイスを製造した。リードの材料としては、幅Ｙ１＝３．５ｍｍ，厚さＺ０＝１００μｍのアルミニウム（Ａｌ）を用い、これをＡｌ金属フィルムの内面をポリプロプレン樹脂層（単独の厚み１００μｍ）でコーティングした外装体内に挟み込み、熱圧着（０．３ＭＰａ、温度１８０℃、７秒）を行い、電解液を入れない電気化学デバイス（セル）を作製すると、樹脂層を傷つけてリード間が短絡するという問題が生じた。リード端子間抵抗が１００ＭΩ未満となった場合に不良品とすると、この場合、サンプル数５０個において、歩留まりβ１は、６０％となった。

更に、外装体内に電気二重層キャパシタ用電解液（ＴＥＡ−ＢＦ４／アセトニトリルを１．５ｍｏｌ／Ｌ溶液）を注液し、−４０〜８０℃の温度域で、電圧２．５Ｖ〜１Ｖ、電流５０ｍＡの充放電試験を行うと、リード部分から電解液が漏洩した。電解液重量減少率が１％未満のもの（漏れ跡痕なし）を良品とし、それ以外を不良品とした。すなわち、電解液重量減少率が１％以上となる場合を不良品とすると、サンプル数５０個において、１００％の不良品が発生し、この場合の歩留まりβ２＝０％となった。なお、「ＴＥＡ−ＢＦ４」は、テトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウムであり、第4級アンモニウム塩からなる電解質である。

すなわち、以下の結果となった。
Ｚ１＝１００μｍ
Ｚ１１＝１００μｍ
Ｚ２＝１６０μｍ
歩留まりβ１＝６０％
歩留まりβ２＝０％
最終歩留まりβ＝β１×β２＝０％

（実施例１）
実施例１では、比較例１と同一の条件において、熱圧着予定の部分に対して、上述のように、フラットプレス加工（幅５ｍｍ）及びロールプレス加工を行った。これらのプレス加工では、後に行うＡｌ外装体との熱圧着（０．３ＭＰａ）よりも高い圧力（０．４ＭＰａ）で、熱圧着予定の範囲をプレス処理をした。これらのプレス加工に用いるプレス材としてはステンレス鋼材を用いた。第１ステップのフラットプレス加工により、平坦化処理後のＡｌリードの厚みは８０μｍに減少した。次のロールプレス加工によって、Ｚ１＝８０μｍ、Ｚ１１＝４０μｍに変形した。

次に、比較例１と同様に、リード封止部の熱圧着を行った。歩留りβ１の測定時においては、電解液は外装体内には注入していない。歩留りβ２の測定時においては、電解液を注入した。実施例１では、リードプレスを除く全ての条件は比較例１と同一である。

比較例１と同様に、外装体内に同一条件の電解液を注液し、同一条件の充放電試験を行った場合、電解液注入前の歩留まりβ１は１００％に向上し、良品のリード端子間抵抗は１００ＭΩ以上となった。また、サンプル数５０個とし、注液後に液漏れが生じる不良品は、０％に減少し、この場合の歩留りβ２＝１００％となった。

すなわち、以下の結果となった。
Ｚ１＝８０μｍ
Ｚ１１＝４０μｍ
Ｚ２＝２００μｍ
歩留まりβ１＝１００％
歩留まりβ２＝１００％
最終歩留まりβ＝β１×β２＝１００％
同様に、Ｚ１とＺ１１の値を変更して実験を行った場合の結果は、図９に示す通りであある。なお、同一条件のサンプル数は２０個である。

図９は、幅方向端部の厚みＺ１１の厚みＺ１に対する比率（％）と、中央部近傍の最大厚みＺ１とを変化させた場合の歩留まり（％）を示す図表である。（Ａ）は、樹脂層の単独の厚みが８０μｍ（合計厚みＺ２＝１６０μｍ）の場合を示し、（Ｂ）は、樹脂層の単独の厚みが１００μｍ（合計厚みＺ２＝２００μｍ）の場合を示し、（Ｃ）は、樹脂層の単独の厚みが１２０μｍ（合計厚みＺ２＝２４０μｍ）の場合を示している。樹脂厚に拘らず、Ｚ１１／Ｚ１が４０％以上であり、Ｚ１が８０μｍ以上である場合には、良好な結果が得られており、Ｚ１１／Ｚ１が５０％以上であり、Ｚ１が６０μｍ以上である場合には、良好な結果が得られており、Ｚ１１／Ｚ１が６０％以上であり、Ｚ１が６０μｍ以上である場合には、良好な結果が得られており、Ｚ１１／Ｚ１が８０％以上であり、Ｚ１が４０μｍ以上である場合には、良好な結果が得られている。

図９内では、歩留まりβ１（％）と共に、実験結果（○、×）を示してある。実験結果（○）は、歩留まりβ１が６５％以上の場合を示し、実験結果（×）は歩留まりβ１が６５％未満の場合を示す。上述のように、リード間が短絡することで、リード間抵抗が１００ＭΩ未満となったものを不良品とし、１００ＭΩ以上となったものを良品とした。

図１０は、幅方向端部の厚みＺ１１の厚みＺ１の場合の歩留まりβの関係を示すグラフであり、各種の品質のランク（ＲＡＮＫ（Ａ）〜（Ｄ））を規定する関数が示されている。

各ＲＡＮＫの意味は、以下のとおりである。

ＲＡＮＫ（Ａ）：歩留まりが最も良い場合であり、歩留まりβが７０％以上の場合。

ＲＡＮＫ（Ｂ）：第１ステップの平坦化効果が支配的で、第２ステップによる端部を薄くした効果がない場合であり、歩留まりβが４０％以上７０％未満の場合。

ＲＡＮＫ（Ｃ）：熱圧着時において、リード切断が生じやすく、歩留まりβが２０％以上４０％未満の場合。

ＲＡＮＫ（Ｄ）：熱圧着時において、１００％のリード切断が生じる、歩留まりβが０％以上２０％未満の場合。

なお、図１１はＲＡＮＫ（Ａ）の場合のβのデータ、図１２はＲＡＮＫ（Ｂ）の場合のβのデータ、図１３はＲＡＮＫ（Ｃ）の場合のβのデータ、図１４はＲＡＮＫ（Ｃ）の場合のβのデータを示しており、Ｚ１及びＺ１１の値以外の条件は、実施例１と同一である。

また、Ｚ１とＺ１１は、各ランク毎に、以下の関係式を満たしている。

ＲＡＮＫ（Ａ）の範囲は、以下の式（第１式、第７式、第８式）を全て満たす範囲で表すことができる。なお、Ｚ１は少なくとも１０〜１０００μｍの範囲を満たすことができる。

第１式：Ｚ１１＜Ｚ１
第７式：Ｚ１１≦−１．０９×１０^−４Ｚ１^２＋０．１８Ｚ１＋７８.１
第８式：Ｚ１１≧８．３９×１０^−５Ｚ１^２−４．１７×１０^−２Ｚ１＋７９．４

ＲＡＮＫ（Ｂ）の範囲は、以下の式（第１式、第２式、第３式、第４式）を全て満たし、且つ、ＲＡＮＫ（Ａ）の集合に含まれない範囲（ＲＡＮＫ（Ａ）の補集合）で表すことができる。なお、Ｚ１は少なくとも１０〜２０００μｍの範囲を満たすことができる。

第１式：Ｚ１１＜Ｚ１
第２式：Ｚ１１＜３４．５４×ｌｎ（Ｚ１）−４８．８７
第３式：Ｚ１１＞２５×ｅｘｐ（９．５１×１０^−４Ｚ１）
第４式：Ｚ１１＜２００

ＲＡＮＫ（Ｃ）の範囲は、以下の式（第１式、第５式、第６式）を全て満たし、且つ、ＲＡＮＫ（Ａ）及びＲＡＮＫ（Ｂ）のいずれの集合にも含まれない範囲（ＲＡＮＫ（Ａ）と（Ｂ）の和集合の補集合）で表すことができる。なお、Ｚ１（μｍ）は少なくとも１０〜２０００μｍの範囲を満たすことができる。

第１式：Ｚ１１＜Ｚ１
第５式：Ｚ１１≦−３．２０×１０^−５Ｚ１^２＋７．２０×１０^−２Ｚ１＋１８４
第６式：Ｚ１１≧１．９８×１０^−５Ｚ１^２＋４．７２×１０^−４Ｚ１＋２３．５

ＲＡＮＫ（Ｄ）の範囲は、以下の式（第１式）を満たし、且つ、ＲＡＮＫ（Ａ）、ＲＡＮＫ（Ｂ）及びＲＡＮＫ（Ｃ）のいずれの集合にも含まれない範囲（ＲＡＮＫ（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の和集合の補集合）で表すことができる。なお、Ｚ１（μｍ）は少なくとも１０〜２５００μｍの範囲を満たすことができる。

第１式：Ｚ１１＜Ｚ１

また、Ｚ１（μｍ）＝１００〜２５００μｍというような厚いリードに対しても，ある程度は、エッジ部分を薄化処理することで，歩留まりを向上させることができる。なお、厚みＺ１１（μｍ）は、１５μｍ未満では上述のような不具合が生じるため、２５μｍ以上で実験が行われた。

なお、これらの式は、図９の実験結果を満たしている。

（比較例２）
比較例１と比較して、実施例１と同様にフラットプレス加工のみを行い、厚みが８０μｍに減少したリードを作製した。このリードの幅方向の四隅を図８に示すようにカットし、Ｚ１（μｍ）＝８０μｍ、Ｚ１１（μｍ）＝４０μｍの断面が八角形のリードを作製した。その他の条件は、比較例１と同一条件で実験を行った。この場合の歩留まりβ１=８０％であった。しかしながら、ロールプレス加工は行わないため、β２＝７０％であった。これは、一方で，エッジそのものの数が増加（断面が八角形になる）する事によって、突き抜け、ショートの確率が増大し、その結果，断面が滑らかなレンズ型よりも歩留まりが劣るものと考えられる。また、切削時に発生するパーティクルを完全に除去することは難しく、これがリード表面に付着、突き抜けの一因となることも考えられる。

上記実施例では、アルミ箔リードのフラットプレス加工により、アルミ箔リードの湾曲やたわみが減り、バリが潰れ、更に、ロールプレス加工によって表面の鋭利性も著しく減少するため、その結果、アルミ外装体の熱圧着時にもアルミ箔リードに均一に圧力がかかり、リードによる樹脂層の突きぬけが減少したと考えられる（ショートの減少）。また、実施例の場合には、樹脂層との密着性が向上し、ガス／液漏れが減少している。

１０…電気化学デバイス、Ｐ…外装体、Ｍ１，Ｍ２…金属フィルム、Ｒ１，Ｒ２…樹脂層、Ａ１，Ｋ１…リード、２０…電池素体、ＬＱ…電解液、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…封止部。

Claims

金属フィルムを含む外装体と、
前記外装体内に封入された電池素体と、
少なくとも前記外装体の封止部の内側に設けられた樹脂層と、
前記電池素体から前記外装体の前記封止部の前記樹脂層間を介して、前記外装体の外部に延びたリードと、
を備え、
前記リードの前記封止部における湾曲面加工部の形状は、対向する第１及び第２曲面からそれぞれなる表面及び裏面を含み、
前記第１表面と、前記リード長手方向に垂直な平面との第１交線は、前記リードから離れる方向に凸の連続した第１曲線からなり、
前記第２表面と、前記リード長手方向に垂直な平面との第２交線は、前記リードから離れる方向に凸の連続した第２曲線からなり、
前記封止部における、前記リードの幅方向中央位置近傍における前記リードの最大厚みＺ１（μｍ）と、前記リードの幅方向端部位置における厚みＺ１１（μｍ）とは、
以下の関係式：
Ｚ１１＜Ｚ１、
Ｚ１１≦−１．０９×１０^−４Ｚ１^２＋０．１８Ｚ１＋７８.１
Ｚ１１≧８．３９×１０^−５Ｚ１^２−４．１７×１０^−２Ｚ１＋７９．４
を満たし、
前記厚みＺ１１（μｍ）は、１５（μｍ）以上であり、
前記リードの前記湾曲面加工部と、この湾曲面加工部に隣接し一定の厚みを有する未加工部との間には、段差が形成され、この段差は前記樹脂層内に食い込んでいる、
ことを特徴とする電気化学デバイス。
請求項１に記載の電気化学デバイスの製造方法であって、
少なくとも前記リードの前記封止部に位置する領域をロールプレス加工し、前記リードの表面及び裏面を曲面に変形させる工程と、
表面及び裏面が曲面である前記リードを、前記封止部の前記樹脂層間に配置し、これらを前記外装体とともに熱圧着する工程と、
を備えることを特徴とする電気化学デバイスの製造方法。
前記ロールプレス加工時の圧力Ｐ_Ｐと、前記熱圧着時の圧力Ｐ_Ｔとは、以下の関係：
Ｐ_Ｐ＞Ｐ_Ｔ
を満たすことを特徴とする請求項２に記載の電気化学デバイスの製造方法。