JP6180887B2 - 電気化学デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、スマートフォン、タブレット等の携帯機器に使用される電池やコンデンサ、ハイブリッド自動車、電気自動車、風力発電、太陽光発電、夜間電気の蓄電用に使用される電池やコンデンサ等の電気化学デバイスに関する。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「アルミニウム」の語は、アルミニウム及びその合金を含む意味で用いている。
近年、スマートフォン、タブレット端末等のモバイル電気機器の薄型化、軽量化に伴い、これらに搭載されるリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池の外装材としては、旧来の金属缶に代えて、厚さ２０〜１００μｍ程度のアルミニウム箔の両面にプラスチックフィルムを貼り合わせたラミネート外装材が用いられて軽量化が図られている。また、その応用として、電気自動車等の電源や、蓄電用途の大型電源、キャパシタ等も、上記構成のラミネート外装材で包装することが検討されている。
一般に、外装材に金属缶を使用するリチウムイオン電池では、金属缶の材料として厚さ０．２ｍｍ以上のアルミニウム材、鉄材、ステンレス材が使用されており、これらの金属材料は材料強度が高いことから、電極の残留応力による缶の反り変形や、電解液等の分解で発生するガスで生じる内圧上昇による缶の膨れを抑制することができる。
一方、外装材として、アルミニウム箔の両面にプラスチックフィルムを貼り合わせたラミネート外装材を使用したリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池、特にスマートフォンや自動車用に使用される大型で厚みが薄いリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池では、外装材の強度が十分ではないことから、電極の残留応力によるラミネート外装材の反り変形や、電解液等の分解で発生するガスで生じる内圧上昇によるラミネート外装材の膨れを抑制することができなかった。
このような外装材の変形や膨れを防止できるものとして、特許文献１には、複数個の電池で構成される組電池本体部と、少なくとも熱可塑性樹脂フィルム及び厚さ１５〜１２０μｍの第一軟質アルミニウム箔を構成層として含む第一外装材と、少なくとも熱可塑性樹脂フィルム及び厚さ１５０〜４００μｍの第二軟質アルミニウム箔を構成層として含む第二外装材とを備え、前記第一外装材は、前記組電池本体部を収容し得る収容ケースと、該収容ケースの上面開放口の周縁から略水平方向の外方に向けて延ばされた封止用周縁部とを有する立体形状に成形され、前記第二外装材は、平面状であり、前記第一外装材の収容ケース内に前記組電池本体部が収容され、該組電池本体部の上に前記第二外装材が配置され、該第二外装材の周縁部と前記第一外装材の封止用周縁部とが接合されて封止されてなるラミネート組電池が記載されている。この電池では、組電池本体部の上に配置される第二外装材は、厚さ１５０〜４００μｍの厚さの大きい第二軟質アルミニウム箔を含んでいるから、電池内部の内圧による外装材の膨れ、変形を防止することができる。
また、特許文献２には、複数個の電池で構成される組電池本体部と、少なくとも軟質アルミニウム箔及び熱可塑性樹脂フィルムを構成層として含む第一外装材と、少なくとも硬質金属箔及び熱可塑性樹脂フィルムを構成層として含む第二外装材とを備え、前記第一外装材は、前記組電池本体部を収容し得る収容ケースと、該収容ケースの上面開放口の周縁から略水平方向の外方に向けて延ばされた封止用周縁部とを有する立体形状に成形され、前記第二外装材は、平面状であり、前記第一外装材の収容ケース内に前記組電池本体部が収容され、該組電池本体部の上に前記第二外装材が配置され、該第二外装材の周縁部と前記第一外装材の封止用周縁部とが接合されて封止されてなるラミネート組電池が記載されている。この電池では、組電池本体部の上に配置される第二外装材は、硬質金属箔を含んでいるから、電池内部の内圧による外装材の膨れ、変形を防止することができる。
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、変形を十分に防止するには、第二軟質アルミニウム箔の厚さを大きくする必要があり、そうすると、得られるラミネート電池（外装材で外装された電池）の重量エネルギー密度が低下するという問題があった。
また、特許文献２に記載の技術では、第二外装材が硬質金属箔を含んでいるので、外装材の強度が向上して、外装材の膨れや変形を防止する効果がある一方、スマートフォンや自動車用に使用される大型で厚みが薄いラミネート電池では、電極の残留応力によるラミネート外装材の反り変形を十分に防止することはできなかった。
本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、電気化学デバイス（電池等）が大型で厚みが薄いものであっても、重量エネルギー密度を低下させることなく、デバイス本体部を外装している外装材の反り変形や、内圧上昇による外装材の膨れを十分に防止することができる電気化学デバイスを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層と、内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層と、これら両フィルム層間に配設された金属箔層とを含む第一外装材と、
外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層と、内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層と、これら両フィルム層間に配設された金属箔層とを含む第二外装材と、
電気化学デバイス本体部と、を備え、
前記第一外装材における外側層側の表面に１ないし複数条のリブが突設され、
前記第二外装材は、前記電気化学デバイス本体部を収容し得る収容ケースと、該収容ケースの上面開放口の周縁から略水平方向の外方に向けて延ばされた封止用周縁部とを有する立体形状に成形され、
前記第二外装材の収容ケース内に前記電気化学デバイス本体部が収容され、該電気化学デバイス本体部の上に前記第一外装材がその内側層側を内方にして配置され、該第一外装材の内側層の周縁部と、前記第二外装材の封止用周縁部の内側層とが接合されて封止されていることを特徴とする電気化学デバイス。
外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層と、内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層と、これら両フィルム層間に配設された金属箔層とを含む第二外装材と、
電気化学デバイス本体部と、を備え、
前記第一外装材における外側層側の表面に１ないし複数条のリブが突設され、
前記第二外装材は、前記電気化学デバイス本体部を収容し得る収容ケースと、該収容ケースの上面開放口の周縁から略水平方向の外方に向けて延ばされた封止用周縁部とを有する立体形状に成形され、
前記第二外装材の収容ケース内に前記電気化学デバイス本体部が収容され、該電気化学デバイス本体部の上に前記第一外装材がその内側層側を内方にして配置され、該第一外装材の内側層の周縁部と、前記第二外装材の封止用周縁部の内側層とが接合されて封止されていることを特徴とする電気化学デバイス。
［２］前記リブの高さが０．５ｍｍ〜５ｍｍである前項１に記載の電気化学デバイス。
［３］前記第一外装材において前記リブが複数条設けられている前項１または２に記載の電気化学デバイス。
［４］前記リブは、前記外側層、前記内側層および前記金属箔層を含む積層材が、部分的に折り重ね加工されることによって、突設形成されたものであり、
前記リブの内部における前記折り重ね加工により重ね合わされた内側層同士が溶着接合されている前項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
前記リブの内部における前記折り重ね加工により重ね合わされた内側層同士が溶着接合されている前項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
［５］前記第一外装材の厚さが０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍである前項４に記載の電気化学デバイス。
［６］前記第一外装材の内側層の厚さが０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍである前項４または５に記載の電気化学デバイス。
［７］前記第一外装材の金属箔層として硬質アルミニウム箔が用いられている前項１〜６のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
［１］の発明では、第一外装材における外側層側の表面に１ないし複数条のリブが突設されているから、電気化学デバイス（電池等）が大型で厚みが薄いものであっても、重量エネルギー密度を低下させることなく、電極の残留応力による外装材の反り変形（電極の反り変形）や、電解液等の分解で発生するガスで生じる内圧上昇による外装材の膨れを十分に防止することができる。
［２］の発明では、リブの高さが０．５ｍｍ〜５ｍｍに設定されており、高さが０．５ｍｍ以上であることで電気化学デバイス（電池等）において外装材の反り変形や膨れを十分に防止できると共に、高さが５ｍｍ以下であることで電気化学デバイス（電池等）の全体厚さを抑制できる。
［３］の発明では、リブが複数条設けられているから、電気化学デバイス（電池等）において外装材の反り変形や膨れの防止効果をさらに向上させることができる。
［４］の発明では、外側層、内側層および金属箔層を含む積層材が、部分的に折り重ね加工されることによってリブが突設形成されたものであり、リブの形成が容易である。また、リブの内部における折り重ね加工により重ね合わされた内側層同士が溶着接合されているから、安定して立ち上がったリブを形成できる。
［５］の発明では、外装材の厚さが０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されており、０．０５ｍｍ以上であることでリブの厚さを十分に確保できて、電気化学デバイス（電池等）において外装材の反り変形や膨れを十分に防止できると共に、０．３ｍｍ以下であることで折り重ね加工によるリブの形成が容易になる。
［６］の発明では、内側層の厚さが０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍであるから、外装材の内側層の周縁部同士をヒートシールした際に該ヒートシール部に隙間が残存することを十分に防止できて電解液漏れを十分に防止できるものとなる。
［７］の発明では、金属箔層として硬質アルミニウム箔が用いられているから、電気化学デバイス（電池等）において外装材の反り変形や膨れをより十分に抑制できる。
本発明に係る電気化学デバイス２０の一実施形態を図３に示す。この電気化学デバイス２０は、第一外装材（リブ付き外装材）１と、第二外装材３１と、電気化学デバイス本体部１０とを備えている。
前記第一外装材１は、図１に示すように、外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層２と、内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層３と、これら両フィルム層２、３間に配置された金属箔層４とを含む積層体からなり、前記積層体における外側層２側の表面に複数条のリブ（突条部）５が突設された構成が採用されている。前記複数条のリブ５は、互いに離間して配置されている（図１参照）。なお、前記リブ（突条部）５の形成数は、１個であってもよい。
本実施形態では、前記リブ５は、前記外側層２、前記内側層３および前記金属箔層４を含む平面状の積層体が、部分的に折り重ね加工されることによって、突設形成されたものである（図１参照）。そして、前記リブ５の内部における前記折り重ね加工により重ね合わされた内側層３、３同士が加熱により溶着一体化されて溶着接合部６が形成されており、このような溶着接合部（内側層同士の溶着接合部）６の形成によって前記リブ５の突設状態が解消されない（リブ５が無くならない）ものとなされている。このような平面状の積層体に部分的に折り重ね加工を行うことによって、前記リブ５が形成されているので、生産性に優れている。前記部分的な折り重ね加工は、例えば、人の手によって部分的に折り重ね部を形成せしめた状態で、該折り重ね部分を、テスター産業株式会社製の装置（品番：ＴＰ−７０１−Ｂ）を用いてヒートシールして溶着一体化するという作業を順次進めていくことによって、行うことができるが、これは一例を示したものに過ぎず、特にこのような手法、装置に限定されるものではない。
なお、本発明では、前記リブ５の形成手法は、上記の部分的な折り重ね加工に限定されるものではなく、他の手法が採用されてもよい。
前記第二外装材３１は、外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層２と、内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層３と、これら両フィルム層間に配設された金属箔層４とを含む構成である（図２参照）。
前記第二外装材４１は、冷間プレス成形等のプレス成形等により、前記電気化学デバイス本体部１０を収容し得る収容凹部４２ａを有する収容ケース４２と、該収容ケース４２の上面側の開放口の周縁から略水平方向の外方に向けて延ばされた封止用周縁部４３とを備えた立体成形体４１Ａに形成されている（図２、４参照）。
前記収容ケース４２は、平面視略矩形状の底面壁４２Ｘの四辺のそれぞれから側面壁４２Ｙが立設されてなり、上面が開口されている。前記立体成形体４１Ａの収容ケース４２の内面を構成している（収容ケース４２の内部空間に露出している）のが熱可塑性樹脂未延伸フィルム層３であり、前記収容ケース４２の外面を構成している（外部に露出している）のが耐熱性樹脂延伸フィルム層２である（図２参照）。
前記電気化学デバイス本体部１０には、図４に示すように、正極タブ３１、正極用タブフィルム３２、負極タブ３３、負極用タブフィルム３４が取り付けられている。
しかして、図３、４に示すように、前記第二外装材４１からなる立体成形体４１Ａの収容ケース４２内に、略直方体形状の電気化学デバイス本体部１０が収容され、該電気化学デバイス本体部１０の上に前記第一外装材（リブ付き外装材）１がその内側層３側を内方（下側）にして配置され、該第一外装材１の内側層３の周縁部と、前記立体成形体４１Ａ（第二外装材４１）の封止用周縁部４３の内側層３とがヒートシールによりシール接合されて封止されることによって、本発明の電気化学デバイス２０が構成されている。
図３において、１３は、前記第一外装材１の周縁部と、前記立体成形体４１Ａの封止用周縁部４３とで形成されたヒートシール部である。図５は、前記ヒートシール部１３でのシール接合状態を示す断面図である。図５に示すように、前記ヒートシール部１３において、第一外装材１と第二外装材４１の間に隙間は残存しておらず、即ちヒートシール部１３での内側層３同士の溶着接合部１４に隙間は存在しておらず、従って電解液等の内容物の液漏れを十分に防止することができる。
上記電気化学デバイス２０では、蓋体を構成する外装材として、上記リブ付き外装材１を用いているから、電気化学デバイス（電池等）２０において、電極３１、３３の残留応力による第一外装材１、第二外装材４１の反り変形（電極３１、３３の反り変形）や、電解液等の分解で発生するガスで生じる内圧上昇による第一外装材１、第二外装材４１の膨れを十分に防止することができる。
本発明において、前記リブ５の高さＨは、０．５ｍｍ〜５ｍｍに設定されるのが好ましい。リブ５の高さが０．５ｍｍ以上であることで、電気化学デバイス本体部１０を外装した外装材１、４１の反り変形（電極の残留応力による電極の反り変形）や、外装材１、４１の膨れを十分に防止できると共に、高さが５ｍｍ以下であることで電気化学デバイス（電池等）２０の全体厚さを抑制できる。中でも、前記リブ５の高さＨは、１ｍｍ〜２ｍｍに設定されるのが特に好ましい。
前記リブ５は、前記リブ付き外装材（第一外装材）１において複数条（複数個）設けられているのが好ましい。この場合には、電気化学デバイス２０において、外装材１、４１の反り変形（電極の残留応力による電極の反り変形）や外装材１、４１の膨れの防止効果をさらに向上させることができる。
中でも、前記リブ５は、前記リブ付き外装材（第一外装材）１において２個〜２０個（２条〜２０条）設けられているのがより好ましい。２０個以下とすることで、折り重ね加工の煩雑さを抑制できるし、第一外装材１の内側層３の周縁部と、第二外装材４１（立体成形体４１Ａ）の封止用周縁部４３の内側層３とを重ね合わせてヒートシールした際に均一なヒートシールを実現することができて、ヒートシール部１３における内側層３同士の溶着接合部１４に隙間ができることをより十分に防止できて（図５参照）、電解液等の内容液の漏れをより十分に防止できるという効果が得られる。
前記リブ付き外装材（第一外装材）１の厚さは、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されるのが好ましい。０．０５ｍｍ以上であることでリブ５の厚さを十分に確保できて外装材の反り変形や膨れを十分に防止できると共に、０．３ｍｍ以下であることで折り重ね加工によるリブ５の形成が容易になる。
前記第一外装材（リブ付き外装材）１および第二外装材４１（立体成形体４１Ａ）において、その積層構成は次のような構成であるのが好ましい。即ち、金属箔層４の上面に第１接着剤層（図示しない）を介して耐熱性樹脂延伸フィルム層（外側層）２が積層一体化されると共に、前記金属箔層４の下面に第２接着剤層（図示しない）を介して熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（内側層）３が積層一体化された積層構成が採用されるのが好ましい（図１、２参照）。
前記耐熱性樹脂延伸フィルム層（外側層）２としては、特に限定されるものではないが、例えば、延伸ナイロンフィルム等の延伸ポリアミドフィルム、延伸ポリエステルフィルム等が挙げられる。中でも、前記耐熱性樹脂延伸フィルム層２としては、二軸延伸ナイロンフィルム等の二軸延伸ポリアミドフィルム、二軸延伸ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム又は二軸延伸ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムを用いるのが特に好ましい。前記ナイロンフィルムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、６ナイロンフィルム、６，６ナイロンフィルム、ＭＸＤナイロンフィルム等が挙げられる。なお、前記耐熱性樹脂延伸フィルム層２は、単層で形成されていても良いし、或いは、例えば延伸ポリエステルフィルム／延伸ポリアミドフィルムからなる複層（延伸ＰＥＴフィルム／延伸ナイロンフィルムからなる複層等）で形成されていても良い。
前記耐熱性樹脂延伸フィルム層２の厚さは、９μｍ〜５０μｍであるのが好ましい。延伸ポリエステルフィルムを用いる場合には厚さは９μｍ〜５０μｍであるのが好ましく、延伸ナイロンフィルムを用いる場合には厚さは１５μｍ〜５０μｍであるのが好ましい。上記好適下限値以上に設定することで外装材１、４１として十分な強度を確保できると共に、上記好適上限値以下に設定することで電気化学デバイス（電池等）の重量エネルギー密度の向上とコスト低減を実現できる。
前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（内側層）３は、リチウムイオン二次電池等で用いられる腐食性の強い電解液などに対しても優れた耐薬品性を具備させると共に、外装材１、４１にヒートシール性を付与する役割を担うものである。
前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層３としては、特に限定されるものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、オレフィン系共重合体、これらの酸変性物およびアイオノマーからなる群より選ばれた少なくとも１種の熱可塑性樹脂からなる未延伸フィルムにより構成されるのが好ましい。
前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（内側層）３の厚さは、０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍに設定されるのが好ましい。厚さが０．０２ｍｍ以上であることで、第一外装材１の内側層３の周縁部と、第二外装材４１（立体成形体４１Ａ）の封止用周縁部４３の内側層３とを重ね合わせてヒートシールした際に該ヒートシール部１３における内側層３同士の溶着接合部１４に隙間が残存することを十分に防止できて内容液（電解液等）の漏れを十分に防止できる。また、厚さが０．１ｍｍ以下であることで、ヒートシール時の断熱による熱不足により溶着が不十分になるのを十分に防止できる。なお、前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層３は、単層であってもよいし、複層であってもよい。
前記金属箔層４は、外装材１、４１に酸素や水分の侵入を阻止するガスバリア性を付与する役割を担うものである。前記金属箔層４としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム箔、銅箔等が挙げられ、アルミニウム箔が一般的に用いられる。中でも、硬質アルミニウム箔を用いるのが好ましい。前記金属箔層４の厚さは、２０μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。２０μｍ以上であることで金属箔を製造する際の圧延時のピンホール発生を防止できると共に、１００μｍ以下であることで電気化学デバイス（電池等）の重量エネルギー密度の向上とコスト低減を実現できる。
前記金属箔層４は、少なくとも内側の面（内側層３側の面）に、化成処理が施されているのが好ましい。このような化成処理が施されていることによって内容物（電池の電解液等）による金属箔表面の腐食を十分に防止できる。例えば次のような処理をすることによって金属箔に化成処理を施す。即ち、例えば、脱脂処理を行った金属箔の表面に、
１）リン酸、クロム酸及びフッ化物の金属塩の混合物からなる水溶液
２）リン酸、クロム酸、フッ化物金属塩及び非金属塩の混合物からなる水溶液
３）アクリル系樹脂又は／及びフェノール系樹脂と、リン酸と、クロム酸と、フッ化物金属塩との混合物からなる水溶液
のいずれかを塗工した後乾燥することにより化成処理を施す。
１）リン酸、クロム酸及びフッ化物の金属塩の混合物からなる水溶液
２）リン酸、クロム酸、フッ化物金属塩及び非金属塩の混合物からなる水溶液
３）アクリル系樹脂又は／及びフェノール系樹脂と、リン酸と、クロム酸と、フッ化物金属塩との混合物からなる水溶液
のいずれかを塗工した後乾燥することにより化成処理を施す。
前記第１接着剤層としては、特に限定されるものではないが、例えば、２液反応型接着剤により形成された接着剤層等が挙げられる。前記２液反応型接着剤としては、例えば、ポリウレタン系ポリオール、ポリエステル系ポリオール及びポリエーテル系ポリオールからなる群より選ばれるポリオールの１種または２種以上からなる第１液と、イソシアネートからなる第２液（硬化剤）とで構成される２液反応型接着剤などが挙げられる。即ち、反応後の接着剤種で記載すると、前記第１接着剤層としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリウレタン接着剤層、ポリエステルポリウレタン接着剤層、ポリエーテルポリウレタン接着剤層等が挙げられる。前記第１接着剤層は、例えば、前記２液反応型接着剤等の接着剤が、前記金属箔層４の上面に又は／及び前記耐熱性樹脂延伸フィルム層２の下面に、グラビアコート法等の手法により塗布されることによって形成される。
前記第２接着剤層としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリウレタン系接着剤、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリオレフィン系接着剤、エラストマー系接着剤、フッ素系接着剤等により形成された接着剤層が挙げられる。中でも、アクリル系接着剤、ポリオレフィン系接着剤を用いるのが好ましく、この場合には、外装材１、４１の耐電解液性及び水蒸気バリア性を向上させることができる。
なお、上記実施形態では、第１接着剤層と第２接着剤層を設けた構成を採用しているが、これら両層は、いずれも必須の構成層ではなく、これらを設けない構成を採用することもできる。
前記電気化学デバイス本体部１０としては、特に限定されるものではないが、例えば、電池本体部、キャパシタ本体部、コンデンサ本体部等が挙げられる。前記電気化学デバイス本体部１０としては、通常は、その厚さＴが０．５ｍｍ〜１０ｍｍのものが用いられるが（図４参照）、特にこの厚さに限定されるものではない。
前記ヒートシール部１３の幅は、０．５ｍｍ以上に設定するのが好ましい。０．５ｍｍ以上とすることで封止を確実に行うことができる。中でも、前記ヒートシール部１３の幅は、３ｍｍ〜１５ｍｍに設定するのが好ましい。
次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。
＜実施例１＞
厚さ４０μｍのＪＩＳ Ａ８０７９で規定される軟質アルミニウム箔４の一方の面に、ポリエステル−ウレタン系接着剤（２液硬化型）を介して厚さ２５μｍの延伸ナイロンフィルム（外側層）２を貼合し、前記軟質アルミニウム箔４の他方の面に、ポリオレフィン系接着剤（２液硬化型）を介して厚さ４０μｍの未延伸ポリプロピレンフィルム（内側層）３を貼合した後、４０℃恒温槽にて３日間の養生を行うことによって得られた積層体を２枚準備した。
厚さ４０μｍのＪＩＳ Ａ８０７９で規定される軟質アルミニウム箔４の一方の面に、ポリエステル−ウレタン系接着剤（２液硬化型）を介して厚さ２５μｍの延伸ナイロンフィルム（外側層）２を貼合し、前記軟質アルミニウム箔４の他方の面に、ポリオレフィン系接着剤（２液硬化型）を介して厚さ４０μｍの未延伸ポリプロピレンフィルム（内側層）３を貼合した後、４０℃恒温槽にて３日間の養生を行うことによって得られた積層体を２枚準備した。
次に、一方の積層体をエンボス成形することによって、縦５４ｍｍ、横３３ｍｍ、深さ４ｍｍの立体形状（上面開放の略直方体形状）に成形された収容ケース４２と、該収容ケースの上面開放口の周縁から略水平方向の外方に向けて延ばされた幅５ｍｍの封止用周縁部４３とを有する立体成形体４１Ａを得た（図２、４参照）。
また、他方の積層体を縦８０ｍｍ、横５３ｍｍの大きさに打ち抜いた後、この積層体に対して縦方向において１０ｍｍ間隔で部分的に折り重ね加工を行うことによって、横方向に沿って延ばされた高さが１ｍｍの突部（リブ予定部）を外側層側に３個形成せしめ、次いで前記突部の両側面を一対の２００℃の熱板で３秒間挟み込むことによって、前記突部の内部における前記折り重ね加工により重ね合わされた内側層３、３同士を溶着接合させて、外側層２側の表面に３条（３個）のリブ５（高さＨが１ｍｍ）が互いに縦方向に間隔をあけて横方向に平行状に設けられたリブ付き外装材１を得た（参考図：図１、３）（なお、図１、３ではリブ形成数が６個であるものを示しているが、この実施例１ではリブ形成数が３個である）。
また、厚さ３０μｍの軟質アルミニウム箔、厚さ３０μｍのポリプロピレンフィルム、厚さ３０μｍの軟質の銅箔を層状に重ね合わせて縦５２ｍｍ×横３１ｍｍの大きさに打ち抜いたものを４０枚積層することによって、略直方体形状の電池本体部１０の模擬品を作成した。
図３、４に示すように、前記立体成形体４１Ａの収容凹部４２ａに、前記電池本体部（模擬品）１０を入れた後、電池本体部１０の上面に電解液（エチレンカーボネート：ジメチレンカーボネート：ジメチルカーボネートが、１：１：１の体積比率で混合された混合カーボネートにＬｉＰＦ6を添加して得られたＬｉＰＦ6濃度が１モル／Ｌの電解液）に、ガス発生を促すための純水を濃度５０００ｐｐｍで添加した液体を５ｍＬ滴下し、次いで、電池本体部１０の上に前記リブ付き外装材１をその内側層３側を内方（下方）にして載置し（即ちリブ形成側を外方（上方）に配置した態様で載置し）、しかる後、０．０８６ＭＰａの減圧状態で、リブ付き外装材１の周縁部と、立体成形体４１Ａの封止用周縁部４３とを、２００℃に加熱した金属製熱板にて２秒間ヒートシールして封止することによって、図３に示す構成の電池（模擬品）を得た。
＜実施例２＞
隣り合うリブの間隔を５ｍｍとし、リブの形成数を１０条（１０個）とした以外は、実施例１と同様にして電池（模擬品）を得た。リブの高さＨは実施例１と同様に１ｍｍである。
隣り合うリブの間隔を５ｍｍとし、リブの形成数を１０条（１０個）とした以外は、実施例１と同様にして電池（模擬品）を得た。リブの高さＨは実施例１と同様に１ｍｍである。
＜実施例３＞
リブ付き外装材１を構成する積層体として、厚さ３０μｍのＪＩＳ Ａ３００３で規定される硬質アルミニウム箔４の一方の面に、ポリエステル−ウレタン系接着剤（２液硬化型）を介して厚さ１２μｍの延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（外側層）２を貼合し、前記硬質アルミニウム箔４の他方の面に、ポリオレフィン系接着剤（２液硬化型）を介して厚さ４０μｍの未延伸ポリプロピレンフィルム（内側層）３を貼合した積層体を使用した以外は、実施例１と同様にして、図３に示す構成の電池（模擬品）を得た。
リブ付き外装材１を構成する積層体として、厚さ３０μｍのＪＩＳ Ａ３００３で規定される硬質アルミニウム箔４の一方の面に、ポリエステル−ウレタン系接着剤（２液硬化型）を介して厚さ１２μｍの延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（外側層）２を貼合し、前記硬質アルミニウム箔４の他方の面に、ポリオレフィン系接着剤（２液硬化型）を介して厚さ４０μｍの未延伸ポリプロピレンフィルム（内側層）３を貼合した積層体を使用した以外は、実施例１と同様にして、図３に示す構成の電池（模擬品）を得た。
＜比較例１＞
リブ付き外装材１に代えて、リブなし外装材（実施例１においてリブを形成する前の平面状の積層体）を用いた以外は、実施例１と同様にして電池（模擬品）を得た。従って、この比較例１の電気化学デバイスでは、外装体にリブは全く設けられていない。
リブ付き外装材１に代えて、リブなし外装材（実施例１においてリブを形成する前の平面状の積層体）を用いた以外は、実施例１と同様にして電池（模擬品）を得た。従って、この比較例１の電気化学デバイスでは、外装体にリブは全く設けられていない。
上記のようにして得られた各電池（模擬品）について下記試験法に基づいて変形防止性の評価を行った。その結果を表１に示す。
＜変形防止性能試験法＞
各実施例、比較例ごとにそれぞれ９個のサンプルを準備し、予めデジタルノギスで各サンプル（電池）の厚さＴを測定しておいて、これを「試験前の厚さ」とし、次いで４０℃の恒温槽、６０℃の恒温槽、８０℃の恒温槽の中に、それぞれ３個づつ配置し、この状態で２４時間経過させた後、恒温槽からサンプルを取り出し、各サンプル毎に、デジタルノギスでサンプル（電池）の厚さ（測定位置で厚さに差異があるときは厚さの最大値）Ｔを測定して、これを「試験後の厚さ」とし、
変形率（％）＝｛（試験後の厚さ）−（試験前の厚さ）｝÷（試験前の厚さ）×１００
上記計算式により、変形率（％）を求めた。
各実施例、比較例ごとにそれぞれ９個のサンプルを準備し、予めデジタルノギスで各サンプル（電池）の厚さＴを測定しておいて、これを「試験前の厚さ」とし、次いで４０℃の恒温槽、６０℃の恒温槽、８０℃の恒温槽の中に、それぞれ３個づつ配置し、この状態で２４時間経過させた後、恒温槽からサンプルを取り出し、各サンプル毎に、デジタルノギスでサンプル（電池）の厚さ（測定位置で厚さに差異があるときは厚さの最大値）Ｔを測定して、これを「試験後の厚さ」とし、
変形率（％）＝｛（試験後の厚さ）−（試験前の厚さ）｝÷（試験前の厚さ）×１００
上記計算式により、変形率（％）を求めた。
なお、温度のより高い恒温槽に入れたサンプル（電池）の方が内部でのガスの発生量はより多くなっている。
表１から明らかなように、同じ温度条件での対比結果から、蓋材としてリブ付き外装材を使用した本発明の実施例１〜３の電池では、蓋材にリブなし外装材を使用して構成された比較例１の電池と比較して、変形率は十分に小さく抑制されており、外装材の反り変形や膨れを十分に防止できることがわかる。
中でも、リブ付き外装材の金属箔層として硬質アルミニウム箔を用いた構成の実施例３の電池では、６０℃、８０℃の高い温度条件でも（内部でのガスの発生量が多くなっても）、比較例１の電池と比較して、変形率は格段に小さく抑制されており、実施例１、２よりも外装材の反り変形や膨れをより一層十分に抑制できることがわかる。
本発明の電気化学デバイス用リブ付き外装材は、例えば、電池用外装材、コンデンサ用外装材として好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではない。
本発明に係る電気化学デバイスは、例えば、
１）スマートフォン、タブレット等の携帯機器に使用されるリチウムポリマー電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層コンデンサ
２）ハイブリッド自動車、電気自動車等の電源
３）風力発電、太陽光発電、夜間電気の蓄電用に使用される電池やコンデンサ
等として好適であるが、特にこのような用途に限定されるものではない。
１）スマートフォン、タブレット等の携帯機器に使用されるリチウムポリマー電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層コンデンサ
２）ハイブリッド自動車、電気自動車等の電源
３）風力発電、太陽光発電、夜間電気の蓄電用に使用される電池やコンデンサ
等として好適であるが、特にこのような用途に限定されるものではない。
１…第一外装材（リブ付き外装材）
２…耐熱性樹脂延伸フィルム層（外側層）
３…熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（内側層）
４…金属箔層
５…リブ（突条部）
６…リブ内の内側層同士の溶着接合部
１０…電気化学デバイス本体部
１３…ヒートシール部
１４…ヒートシール部での内側層同士の溶着接合部（接合界面）
２０…電気化学デバイス
４１…第二外装材
４１Ａ…立体成形体
４２…収容ケース
４３…封止用周縁部
２…耐熱性樹脂延伸フィルム層（外側層）
３…熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（内側層）
４…金属箔層
５…リブ（突条部）
６…リブ内の内側層同士の溶着接合部
１０…電気化学デバイス本体部
１３…ヒートシール部
１４…ヒートシール部での内側層同士の溶着接合部（接合界面）
２０…電気化学デバイス
４１…第二外装材
４１Ａ…立体成形体
４２…収容ケース
４３…封止用周縁部
Claims (7)
- 外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層と、内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層と、これら両フィルム層間に配設された金属箔層とを含む第一外装材と、
外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層と、内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層と、これら両フィルム層間に配設された金属箔層とを含む第二外装材と、
電気化学デバイス本体部と、を備え、
前記第一外装材における外側層側の表面に１ないし複数条のリブが突設され、
前記第二外装材は、前記電気化学デバイス本体部を収容し得る収容ケースと、該収容ケースの上面開放口の周縁から略水平方向の外方に向けて延ばされた封止用周縁部とを有する立体形状に成形され、
前記第二外装材の収容ケース内に前記電気化学デバイス本体部が収容され、該電気化学デバイス本体部の上に前記第一外装材がその内側層側を内方にして配置され、該第一外装材の内側層の周縁部と、前記第二外装材の封止用周縁部の内側層とが接合されて封止されていることを特徴とする電気化学デバイス。 - 前記リブの高さが０．５ｍｍ〜５ｍｍである請求項１に記載の電気化学デバイス。
- 前記第一外装材において前記リブが複数条設けられている請求項１または２に記載の電気化学デバイス。
- 前記リブは、前記外側層、前記内側層および前記金属箔層を含む積層材が、部分的に折り重ね加工されることによって、突設形成されたものであり、
前記リブの内部における前記折り重ね加工により重ね合わされた内側層同士が溶着接合されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。 - 前記第一外装材の厚さが０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍである請求項４に記載の電気化学デバイス。
- 前記第一外装材の内側層の厚さが０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍである請求項４または５に記載の電気化学デバイス。
- 前記第一外装材の金属箔層として硬質アルミニウム箔が用いられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
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