JP6405613B2 - 電気化学デバイス - Google Patents

Description

本発明は、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）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、薄型化が可能で、しかも曲げ耐性に優れた電気化学デバイスに関する。

昨今、ＩＣチップを搭載するＩＣカードの普及には目を見張るものがある。特に金銭のやり取りを行うことも可能なＩＣカードもあり、社員証や会員証など、さまざまな用途に使われ、今後さらにＩＣカードの高機能化の対応が求められている。

そこで２次電池を用いたＩＣカードの開発が必要であるが、従来の電気化学デバイスは、厚みは１ｍｍ以上で折り曲げには対応していなかった。そこで、たとえば特許文献１に示すように、薄型化を目的とした電気化学デバイスも提案されている。

しかしながら、従来の電気化学デバイスを、ＩＣカードなどに内蔵させるためには、さらに電気化学デバイスを薄型にする必要がある。また、今後、ＩＣカードなどの高機能化に伴い、薄型でフレキシブルな母材を持つ製品に対して電気化学デバイスの用途が広がり、フレキシブルな電気化学デバイスが必要になってきている。

しかし、従来のＥＤＬＣなどの電気化学デバイスの構造では、折り曲げの際にしわが発生すると言う課題を有している。また従来の電気化学デバイスでは、特に製品周辺シール部分と内部素子との間の隙間部分にしわが発生しやすいという課題を有している。

特開２００６−４９６７０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、薄型化が可能で、しかも曲げ耐性に優れ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、
セパレータ層を挟むように一対の第１内部電極および第２内部電極が積層してある素子本体と、
前記素子本体を覆う外装シートと、
前記第１内部電極に電気的に接続してあり、前記外装シートの外側に引き出される第１リード端子と、
前記第２内部電極に電気的に接続してあり、前記外装シートの外側に引き出される第２リード端子と、を有する電気化学デバイスであって、
前記外装シートの耐力が、ＪＩＳ Ｚ２２４１において、３９０〜９８０Ｎ／ｍｍ^２ であり、
前記外装シートの硬さが、ピッカース硬さ（ＪＩＳ Ｚ２２４４）において、２３０〜３８０Ｈｖである。

本発明に係る電気化学デバイスでは、上述のような構成を有するために、デバイスの厚みを１ｍｍ以下、好ましくは０．８ｍｍ以下にすることができ、デバイスの薄型化が可能である。また本発明に係る電気化学デバイスでは、外装シートの耐力が所定の範囲にあり、また外装シートの硬度が所定範囲にあることから、繰り返し曲げに対して、十分な耐性を有する。

なお、従来の電気化学デバイスでは、繰り返し曲げに対して弱く、外装体にしわが発生する。しわの発生原因は、たとえば次のように説明することができる。デバイスの折り曲げの際に、素子中央部分に応力が加わり、素子内部に蓄えられている液状の電解液が素子外部に染み出し、素子とシールとの間に溜まる。その際に、電解液の応力によって隙間部分が大きく膨らみ、しわが発生する。電解液の染み出し量は、素子の面積、注液量、折り曲げの際の応力で決まる。

その場合、外装体の耐力（外装体の耐えられる変形応力）を大きくすれば、電解液の圧力に対応でき、しわの発生を抑制することができる。ゴムのような柔らかく弾性力の高い材料を外装体とした場合には、過度の折り曲げを行うと、内部電極の集電体がしわになる。しわは対向面積の減少による容量低下、セパレータ磨耗によるショートの発生を引き起こす。また、電気化学素子としては、ある程度、硬度がある方がデバイスとして扱いやすい。ただし、硬度が高すぎると、リード段差や素子段差などの急峻な外装体シートの変形に追随が困難になり、クラックが生じる。

好ましくは、素子本体が電解質溶液で浸漬されるように、外装シートの周縁部がシール部で密封され、
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内部電極および第２内部電極の長手方向に沿って相互に反対側の位置で、前記シール部の外部に引き出されている。

このように構成することで、電気化学デバイスを、優れた曲げ耐性と共に、さらに小型化することができる。

好ましくは、前記シール部の一部は、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、前記外装シート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。好ましくは、前記密封テープの長さに対応する前記シール部の幅は、１ｍｍ以上である。このシール部の幅が広い程、電解液の対策としては有効であり、デバイスの曲げ耐性が向上する。

好ましくは、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、シール部からそれぞれ引き出された第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、前記シール部に位置する前記外装シートの周縁部の一部を外側に延長して形成してなる。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、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。

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２は図１（Ａ）のII−II線に沿う概略断面図である。 図３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概略斜視図である。 図４Ａは図３の続きの工程を示す斜視図である。 図４Ｂは図４ＡのIVB−IVB線に沿う概略断面図である。 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８は図７のVIII−VIII線に沿う要部断面図である。 図９は図７に示す電気二重層キャパシタの製造方法例を示す概略斜視図である。 図１０は図９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がＹ軸方向の長さＷ０に比較して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には、図２を用いて後述するように、素子本体１０が内蔵してある。素子本体１０から引き出される一対の第１リード端子１８，２８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２シール部４２、第３シール部４４および第４シール部４６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がＸ軸方向の外側に引き出される外装シート４の周縁部４ｄ１を密封する部分を第１シール部４０とする。また、リード端子２８がＸ軸方向の外側に引き出される外装シート４の周縁部４ｄ２を密封する部分を第２シール部４２とする。第１シール部４０と第２シール部４２とは、外装シート４のＸ軸方向の反対側に位置する。また、外装シート４を折り返してなる周縁部４ｃを密封する部分を第３シール部４４とし、そのＹ軸方向の反対側に位置する外装シート４のサイド周縁部４ｅを密封している部分を第４シール部とする。

図２に示すように、外装シート４の内部には、素子本体１０が内蔵してある。素子本体１０は、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、単一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。

素子１０では、電解質溶液が染み込んであるセパレータ層１１を挟むように一対の第１内部電極１６と第２電極２６とが積層してある。第１内部電極１６と第２内部電極２６のうちの一方は、正極となり、他方は、負極となるが、構成は同じである。これらの第１内部電極１６および第２内部電極２６は、それぞれセパレータ層１１の相互に反対面に接触するように積層される第１活性層１２および第２活性層２２を有する。また、第１内部電極１６および第２内部電極２６は、各活性層１２，２２にそれぞれ接触するように積層される第１集電体層１４および第２集電体層２４を有する。

セパレータ層１１は、それぞれ内部電極１６および１８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の厚さは、たとえば５〜５０μｍ程度である。

集電体層１４，２４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１４，２４のそれぞれの厚みは、たとえば１５〜１００μｍ程度である。

活性層１２，２２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１２，２２は、それぞれの集電体層１４，２４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、活性炭、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１２，２２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１２，２２のそれぞれの厚さは、好ましくは、たとえば１〜１００μｍ程度である。活性層１２，２２は、各集電体層１４，２４の表面に、セパレータ層１１と同等以下の面積で、集電体層１４，２４の表面に形成されている。活性層１２，２２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。

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、外装シート４の周縁部同士、あるいは図５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、素子本体１０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２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、５〜８０μｍである。

本実施形態では、外装シート４の耐力は、ＪＩＳ Ｚ２２４１において、３９０〜１２７５Ｎ／ｍｍ^２ 、好ましくは７８５〜９８０Ｎ／ｍｍ^２ である。また、外装シートの硬さは、ピッカース硬さ（Ｈｖ）（ＪＩＳ ２２４４）において、２３０〜４８０、好ましくは２８０〜３８０である。このような観点からは、外装シート４の金属シート４Ａは、ＪＩＳで規定するステンレス鋼ＳＵＳ３０４（ＢＡ）、ＳＵＳ３０４（１／２Ｈ）、ＳＵＳ３０４ Ｈ、ＳＵＳ３０１ ＢＡ、ＳＵＳ３０１（１／２Ｈ）、ＳＵＳ３０１（３／４Ｈ）、が好ましく、特にＳＵＳ３０４（１／２Ｈ）が好ましい。

リード端子１８，２８は、集電体層１４，２４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。本実施形態では、各リード端子１８，２８は、集電体１４，２４をそれぞれ構成する導電性シートと一体化されたシートにより形成してあり、集電体層１４，２４と同じ厚みであっても良い。ただし、各リード端子１８，２８は、集電体層１４，２４とは別の導電性部材で形成し、各集電体層１４，２４と電気的に接続させても良い。その場合には、各リード端子１８，２８の厚みは、集電体層１４，２４の厚みと異ならせることも可能であり、たとえば２０〜１００μｍ程度である。

外装シート４で挟まれ、シール部４０，４２，４４および４６により素子本体１０を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１２，２２およびセパレータ層１１の内部に含浸されている。

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、たとえば、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ＴＥＡ^＋ ＢＦ４ ⁻ ）、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^＋ ＢＦ４ ⁻ ）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。

各リード端子１８，２８の先端は、図２に示すように、それぞれ第１シール部４０および第２シール部４２を貫通して、第１シール部４０および第２シール部４２の外部に引き出される。第１シール部４０および第２シール部４２は、各リード端子１８，２８が外部に引き出される部分であり、第３シール部４３および第４シール部４４に比較して、特に密封性が要求される。

図３および図４に示すリード端子１８，２８のそれぞれのＹ軸方向の幅は、同じでも異なっていても良い。また、これらのリード端子１８，２８が、それぞれ集電体層１４，２４と一体成形される場合には、リード端子１８，２８のＹ軸方向の幅は、集電体層１４，２４のＹ軸方向幅Ｗ１と略同じで良いが、幅Ｗ１よりも小さく、または大きくしても良い。

集電体層１４，２４のＹ軸方向幅Ｗ１は、好ましくは２〜１０ｍｍであり、セパレータ層１１のＹ軸方向幅Ｗ３よりも小さいことが好ましく、Ｗ３−Ｗ１は、好ましくは０．２〜２ｍｍである。集電体層１４，２４は、セパレータ層１１のＹ軸方向の中央に配置されることが好ましい。

また、図１（Ａ）に示す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、リード端子１８，２８を除くＥＤＬＣ２の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シール部４０および第２シール部４２は、後述する図６に示すように、密封用テープ４０ａ，４２ａと、外装シート４の周縁部４ｄ１，４ｄ２とが、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および第２シール部４２での密封性を向上させる。

また、第３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、熱シール時の加熱により、外装シート４の内側シート４Ｂが融着して一体化される。第４シール部４６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の内側シート４Ｂが、熱シール時の加熱により融着して一体化される。

第１シール部４０のＹ軸方向の両端には、それぞれ第３シール部４４および第４シール部４６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４４および第４シール部４６の他端を接続するように、第２シール部４２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、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、素子本体１０の第１リード端子１８と第２リード端子２８とが、ＥＤＬＣ２の長手（Ｘ軸方向）方向に沿って反対側に引き出されている。このため、ＥＤＬＣ２のＹ軸方向幅を小さくすることができると共に、第１シール部４０および第２シール部４２の厚みを必要最小限にすることができ、ＥＤＬＣ２全体の厚みも小さくすることができる。このため、ＥＤＬＣ２の小型化および薄型化を実現することができる。

本実施形態のＥＤＬＣ２では、たとえば第１リード端子１８を正極とし、第２リード端子２８を負極とし、電解質溶液で浸漬された素子本体１０に接続してある。ＥＤＬＣ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ために、素子を直列に接続してもよい。本実施形態のＥＤＬＣ２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６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，図４Ａおよび図４Ｂに示すように、まず、素子本体１０を製造する。素子本体１０を製造するために、図３に示すように、セパレータ層１１の表面および裏面に、第１内部電極１６および第２内部電極２６を配置する。セパレータ層１１の両側には、それぞれ活性層１２，２２が接触するように、内部電極１６，２６を積層する。

各リード端子１８，２８には、前述した第１シール部４０および第２シール部４２となるＸ軸方向位置に、それぞれ密封用テープ４０ａおよび４２ａが、各端子１８，２８を挟み込むように接着してある。テープ４０ａおよび４２ａのＹ軸方向の幅Ｗ２は、リード端子１８，２８のＹ軸方向幅よりも、好ましくは０．５〜３ｍｍ長い。テープ４０ａ，４２ａのＹ軸方向の幅は、図１(Ａ）に示すＥＤＬＣ２の第１シール部４０および第２シール部４２のＹ軸方向の幅に対応し、しかもＥＤＬＣ２のＹ軸方向幅Ｗ０を規定する。

図４Ａに示すテープ４０ａおよび４２ａのＹ軸方向の幅Ｗ２が狭すぎると、図１（Ａ）に示す第１シール部４０および第２シール部４２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、ＥＤＬＣ２のＹ軸方向幅Ｗ０が必要以上に大きくなる。テープ４０ａおよび４２ａのＸ軸方向の幅は、図２に示す第１シール部４０および第２シール部４２のＸ軸方向の長さＬ１に対応し、好ましくは、２〜４ｍｍである。

次に、図５に示すように、素子本体１０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で素子本体１０を覆う。なお、外装シート４は、Ｙ軸方向に予め長く形成してある。外装シート４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４ｄ１がテープ４０ａと重複し、外装シート４の第２シール部側の周縁部４ｄ２がテープ４２ａと重複するように調整されている。

次に、図６に示すように、素子本体１０の全体を覆う外装シート４を、図示省略してある治具にセットし、外装シート４の折り返し周縁部４ｃを加圧加熱し、第３シール部４４を形成する。次に、外装シートの第１シール部側の周縁部４ｄ１と、第２シール部側の周縁部４ｄ２とを加圧加熱し、第１シール部４０および第２シール部４２を形成する。

そのときに、密封用テープ４０ａと外装シート４の内周面に形成してある内側シート４Ｂ（図２参照）も一体化され、第１シール部４０での密封性が向上する。また、同様に、密封用テープ４２ａと外装シート４の内周面に形成してある内側シート４Ｂ（図２参照）も一体化され、第２シール部４２での密封性が向上する。

次に、第４シール部４６が形成されていない外装シート４の開口端５２から電解質溶液を注入し、その後に、最後の第４シール部４６を、前述と同様な熱シールにより形成する。その後に、第４シール部４６の外側の切断線５４に沿って外装シート４を切断し、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を挟み込む密封用テープ４０ａが、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄ１の間に挟み込まれて熱シールされることで形成される。また、同様に、第２シール部４２は、第２リード端子２８を挟み込む密封用テープ４２ａが、外装シート４の第２シール部側の周縁部４ｄ２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と外装シート４の周縁部４ｄ１とが熱で一体化され、リード端子１８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。また同様に、熱シールすることで、密封用テープ４２ａと外装シート４の周縁部４ｄ２とが熱で一体化され、リード端子２８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２シール部４２の厚みを最小限に薄くすることができる。

本実施形態のＥＤＬＣ２では、上述のような構成を有するために、デバイスの厚みを１ｍｍ以下、好ましくは０．８ｍｍ以下にすることができ、デバイスの薄型化が可能である。また本実施形態に係るＥＤＬＣ２では、外装シート４の耐力が所定の範囲にあり、また外装シート４の硬度が所定範囲にあることから、繰り返し曲げに対して、十分な耐性を有する。

なお、従来のＥＤＬＣでは、繰り返し曲げに対して弱く、外装体にしわが発生する。しわの発生原因は、たとえば次のように説明することができる。デバイスの折り曲げの際に、素子中央部分に応力が加わり、素子内部に蓄えられている液状の電解液が素子外部に染み出し、素子とシールとの間に溜まる。その際に、電解液の応力によって隙間部分が大きく膨らむ。その膨らみが所定以上に大きければ外装シートの耐力を超え塑性変形してしまい、しわが発生する。電解液の染み出し量は、素子の面積、注液量等で決まる。

その場合、外装体の耐力（外装体の耐えられる変形応力）が小さ過ぎれば、電解液が外装体の外に漏れだす可能性があり外装体としての役割を果たさないが、外装体の耐力（外装体の耐えられる変形応力）を所定範囲内に大きくすれば、電解液の圧力に対応でき、しわの発生を抑制することができる。しかし、ゴムのような柔らかく弾性力の高い材料を外装体とした場合にあっては、耐力はあるものの、硬度が小さすぎるため、外装体として支持体の役割を果たさず内部電極の破損または内部電極の集電体がしわになる。しわは対向面積の減少による容量低下、セパレータ磨耗によるショートの発生を引き起こす。一方、硬度が高すぎると、リード段差や素子段差などの急峻な外装体シートの変形に追随が困難になり、クラックが生じる。

この様に、外装体として、デバイスの折り曲げに対応するためには所定の硬度を有すると共に所定の耐力を満たす必要がある。本実施形態のＥＤＬＣ２では、外装体シートが所定範囲の耐力と硬度を有するので、しわが発生せず、しかもクラックなども発生しない。

また本実施形態では、密封テープ４０ａ，４２ａのＹ軸方向の長さに対応するシール部４０または４２のＹ軸方向幅は、2ｍｍ以上である。このシール部の幅が広い程、電解液の対策としては有効であり、デバイスの曲げ耐性が向上する。ただし、シール部の幅が広くなると、デバイスの幅が大きくなることから、シール部４０または４２の幅は、好ましくは、５ｍｍ以下である。

第２実施形態
図１（Ｂ）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と、第２シール部４２から引き出された第２リード端子２８とが折れ曲がるのを防止するサポートシート４ｆ１および４ｆ２をさらに有する。その他は、第１実施形態と同様なので、図面では共通する部材には共通する符号を付し、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２に示すように、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄ１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、図１（Ｂ）に示すように、サポートシート４ｆ１は、第１シール部４０に位置する外装シート４の裏面４ｂに位置する外装シート４の周縁部４ｄ３をＸ軸方向の外側に延長して形成してある。外装シート４の周縁部４ｄ３が、第１シール部４０に対してＸ軸方向の外側に突出する長さは、第１リード端子１８のＸ軸方向の外側に突出する長さに比較して長い。

また同様に、サポートシート４ｆ２は、第２シール部４２に位置する外装シート４の表面４ａまたは裏面４ｂに位置する外装シート４の周縁部４ｄ４をＸ軸方向の外側に延長して形成してある。外装シート４の周縁部４ｄ４が、第２シール部４２に対してＸ軸方向の外側に突出する長さは、第２リード端子２８のＸ軸方向の外側に突出する長さに比較して長い。

このように構成することで、サポートシート４ｆ１および４ｆ２の形成が容易になる。また、このように構成することで、第１シール部４０から引き出される第１リード端子１８と、第２シール部４２から引き出される第２リード端子２８とが折れ曲がることを有効に防止することができる。また、外装シート４の周縁部４ｄ３または４ｄ４の突出長さを、リード端子１８または２８の突出長さに比較して長くすることで、リード端子１８または２８が、外装シート４の周縁部４ｄ３または４ｄ４における金属シート（図２の金属シート４Ａ）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、第１リード端子１８および第２リード端子２８を、たとえば熱シール層でサポートシート４ｆ１または４ｆ２に固定することで、端子強度を増加させることができる。外装シート４ｆ１または４ｆ２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。

第３実施形態
図７に示すように、本実施形態のＥＤＬＣ２ｂでは、外装シート４の内部に、Ｙ軸方向に並んで２つの素子本体１０ａ，１０ｂが内蔵してある。その他は、第１実施形態と同様なので、図面では共通する部材には共通する符号を付し、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。

本実施形態では、図７に示すように、外装シート４が、表面シート４ａ１と裏面シート４ｂ１とから成り、図１（Ａ）に示す外装シート４に比較して、Ｙ軸方向に略２倍の大きさを有する。外装シート４の内部には、図８に示すように、２つの素子本体１０ａ，１０ｂが内蔵してあり、２つの素子本体１０ａ，１０ｂでは、セパレータ層１１を共用化している。素子本体１０ａ，１０ｂは、セパレータ層１１を共用化している以外は、それぞれ第１実施形態の素子本体１０と同じ構造を有している。ただし、本実施形態では、必ずしも単一のセパレータ層１１を用いることなく、素子本体１０ａ、１０ｂ毎に、それぞれ別のセパレータ層１１を用いてもよい。

外装シート４のＹ軸方向の中央部には、第３シール部４４ａがＸ軸方向に沿って形成してあり、素子本体１０ａ，１０ｂ間で、電解質溶液の流通が遮断されるようになっている。素子本体１０ａが収容される空間は、外装シート４に連続して形成される第１シール部４０、第２シール部４２、第３シール部４４ａおよび第４シール部４６ａにより密封され、電解質溶液が貯留される。同様に、素子本体１０ｂが収容される空間は、外装シート４に連続して形成される第１シール部４０、第２シール部４２、第３シール部４４ａおよび第４シール部４６ｂにより密封され、電解質溶液が貯留される。

次に、図９〜図１０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９に示すように、まず、Ｙ軸方向に幅が広い単一のセパレータ層１１の上に、Ｙ軸方向に並んで、２つの素子本体１０ａ，１０ｂを形成する。なお、２つのセパレータ層１１を用いて、２つの素子本体１０ａ，１０ｂを形成してもよい。素子本体１０ａ，１０ｂの製造方法は、第１実施形態の場合と同様である。

素子本体１０ａ，１０ｂにおける各リード端子１８，２８には、前述した実施形態と同様にして、密封用テープ４０ａおよび４２ａが、各端子１８，２８を挟み込むように接着する。

次に、素子本体１０ａ，１０ｂの全体を覆うように、外装シート４を構成する表面シート４ａと裏面シート４ｂとを合わせて、これらで素子本体１０ａ，１０ｂを覆う。なお、外装シート４は、Ｙ軸方向に予め長く形成してある。外装シート４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４ｄ１がテープ４０ａと重複し、外装シート４の第２シール部側の周縁部４ｄ２がテープ４２ａと重複するように調整されている。

次に、図１０に示すように、素子本体１０ａ，１０ｂの全体を覆う外装シート４を、図示省略してある治具にセットし、外装シート４のＹ軸方向の中央部をＸ軸方向に沿って加圧加熱し、第３シール部４４ａを形成する。次に、外装シートの第１シール部側の周縁部４ｄ１と、第２シール部側の周縁部４ｄ２とを加圧加熱し、第１シール部４０と第２シール部４２を形成する。

次に、第４シール部４６ａ，４６ｂが形成されていない外装シート４の開口端５２から電解質溶液をそれぞれ注入し、その後に、最後の第４シール部４６ａ，４６ｂを、前述と同様な熱シールにより形成する。その後に、第４シール部４６ａ，４６ｂの外側の切断線５４に沿って外装シート４を切断し、余分な外装シート４’を除去することで、図７に示す本実施形態のＥＤＬＣ２ｂが得られる。

なお、上述した実施形態では、外装シート４のＸ軸方向の同じ側から、同じ極性のリード端子１８，１８または２８，２８を引き出しているが、異なる極性のリード端子１８，２８または２８，１８を引き出してもよい。本実施形態では、Ｘ軸方向の同じ側に引き出されるリード端子相互を、接続片などで直列または並列に接続することで、電池の容量を増やしたり、耐電圧を高めることが可能である。また、本実施形態においても、図１（Ｂ）に示すようなサポートシート４ｆ１および４ｆ２を具備させても良い。
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。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例１
図１（Ａ）に示すＥＤＬＣ２を製造した。ＥＤＬＣ２における外装シート４における金属シート４Ａ（図２参照）の材質を、表１に示すように変化させ、外装シート４の耐力および硬さ（Ｈｖ）を変化させた。また、素子本体１０の厚みｔ（図４Ｂ参照）を、表１のように変化させると共に、素子本体１０における一対の電極のエッジ部からシール部の最内端までの幅Ｗ４（図６参照）を変化させて、ＥＤＬＣの試料１〜０を準備した。

各試料１〜３０に関して、それぞれ２０個作成し、下記の条件で曲げ試験を行い、しわの評価を目視により行った。しわが目視により観察された場合には、不良と判断し、その不良の数を、表１に示す。

曲げ試験の条件は、以下の通りであった。すなわち、カードサイズが８０ｍｍ×５０?のＰＥＴフィルムを二枚重ねて、その間の中央に、各試料を挟んだ。挟んだカードを、８０ｍｍ方向に高さ２ｃｍまで２５０回上に曲げ、その後に下に２５０回曲げた。次に、５０ｍｍ方向に高さ１ｃｍまで上に２５０回曲げた。その後に２５０回下に曲げた。試験方法はＪＩＳ Ｘ ６３０５に準拠して行った。

表１に示すように、外装シート４の耐力は、３９０〜１２７５Ｎ／ｍｍ^２ 、好ましくは７８５〜９８０Ｎ／ｍｍ^２ であり、外装シートの硬さは、ピッカース硬さ（Ｈｖ）において、２３０〜３８０、好ましくは２８０〜３８０である場合に、厚みｔ１および幅Ｗ４を適切に選択することで、曲げ不良を抑制できることが確認できた。また、厚みｔ１は、好ましくは１ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下である場合に、曲げ不良を抑制できることが確認できた。さらに、幅Ｗ４は、好ましくは０．５ｍｍ以上、さらに好ましくは１ｍｍ以上であることが確認できた。

２，２ａ，２ｂ… 電気二重層キャパシタ
４… 外装シート
４ａ… 表面
４ａ１… 表面シート
４ｂ… 裏面
４ｂ１… 裏面シート
４ｃ… 折り返し周縁部
４ｄ１… 第１シール部側の周縁部
４ｄ２… 第２シール部側の周縁部
４ｅ，４ｅ１，４ｅ２… サイド周縁部
４ｆ… サポートシート
１０… 素子本体
１１… セパレータ層
１２… 第１活性層
１４… 第１集電体層
１６… 第１内部電極
１８… 第１リード端子
２２… 第２活性層
２４… 第２集電体層
２６… 第２内部電極
２８… 第２リード端子
４０… 第１シール部
４２… 第２シール部
４４… 第３シール部
４６… 第４シール部

Claims (8)

1. セパレータ層を挟むように一対の第１内部電極および第２内部電極が積層してある素子本体と、
   前記素子本体を覆う外装シートと、
   前記第１内部電極に電気的に接続してあり、前記外装シートの外側に引き出される第１リード端子と、
   前記第２内部電極に電気的に接続してあり、前記外装シートの外側に引き出される第２リード端子と、を有する電気化学デバイスであって、
   前記外装シートの耐力が、ＪＩＳ Ｚ２２４１において、３９０〜９８０Ｎ／ｍｍ^２ であり、
   前記外装シートの硬さが、ピッカース硬さ（ＪＩＳ Ｚ２２４４ ）において、２３０〜３８０Ｈｖであり、
   前記素子本体の厚み（ｔ）が０．５ｍｍ以下であり、
   前記素子本体における前記一対の第１内部電極および第２内部電極のエッジ部からシール部の最内端までの幅（Ｗ４）が１ｍｍ以上である電気化学デバイス。
2. セパレータ層を挟むように一対の第１内部電極および第２内部電極が積層してある素子本体と、
   前記素子本体を覆う外装シートと、
   前記第１内部電極に電気的に接続してあり、前記外装シートの外側に引き出される第１リード端子と、
   前記第２内部電極に電気的に接続してあり、前記外装シートの外側に引き出される第２リード端子と、を有する電気化学デバイスであって、
   前記外装シートの耐力が、ＪＩＳ Ｚ２２４１において、３９０〜９８０Ｎ／ｍｍ^２ であり、
   前記外装シートの硬さが、ピッカース硬さ（ＪＩＳ Ｚ２２４４ ）において、２３０〜３８０Ｈｖであり、
   外装シートにおける金属シートの材質がＳＵＳ３０４（ＢＡ）またはＳＵＳ３０４（１／２Ｈ）であり、
   前記素子本体における一対の電極のエッジ部からシール部の最内端までの幅Ｗ４が１ｍｍ以上である電気化学デバイス。
3. 前記素子本体が電解質溶液で浸漬されるように、前記外装シートの周縁部が前記シール部で密封され、
   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内部電極および第２内部電極の長手方向に沿って相互に反対側の位置で、前記シール部の外部に引き出されている請求項１または２に記載の電気化学デバイス。
4. 前記シール部の一部は、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、前記外装シート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請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学デバイス。
5. 前記密封テープの長さに対応する前記シール部の幅は、１ｍｍ以上である請求項４に記載の電気化学デバイス。
6. 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１〜５のいずれかに記載の電気化学デバイス。
7. 前記サポートシートは、前記シール部に位置する前記外装シートの周縁部の一部を外側に延長して形成してなる請求項６に記載の電気化学デバイス。
8. 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請求項６または７に記載の電気化学デバイス。

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