JP6678036B2

JP6678036B2 - ラミネート型蓄電素子の製造方法

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Publication number: JP6678036B2
Application number: JP2016012994A
Authority: JP
Inventors: 裕也飯田; 直昭西村; 隆二伊藤; 晃大山本; 成瀬　悟; 悟成瀬
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: JP2017134962A

Description

本発明はラミネートフィルムからなる外装体内に発電素子を収納してなるラミネート型蓄電素子の製造方法と当該方法によって製造されたラミネート型蓄電素子に関する。

近年、例えば、ワンタイムパスワード機能やディスプレイを搭載したＩＣカード、ディスプレイ付きのＩＣカード、あるいはタグやトークン（ワンタイムパスワード生成機）など、電源を内蔵しながら極めて薄型の電子機器（以下、薄型電子機器）が実用化されてきている。そしてこれらの薄型電子機器の実現には電源となる蓄電素子（一次電池、二次電池、電気二重層コンデンサーなど）の小型薄型が必須の要件であり、その小型薄型化に適した蓄電素子としてラミネート型蓄電素子がある。

図１に一般的なラミネート型蓄電素子を示した。図１（Ａ）はラミネート型蓄電素子１０１の外観図であり、図１（Ｂ）は当該蓄電素子１０１の内部構造の一例を示す分解斜視図である。ラミネート型蓄電素子１０１は、図１（Ａ）に示したように平板状の外観形状を有し、ラミネートフィルムが扁平な矩形袋状に成形されてなる外装体１１内に発電要素が密封されている。またここに示したラミネート型蓄電素子１０１では、矩形の外装体１１の一辺１３から正極端子板２３および負極端子板３３が外方に導出されている。

つぎに図１（Ｂ）を参照しつつラミネート型蓄電素子１０１の構造について説明する。なお図１（Ｂ）では一部の部材や部位にハッチングを施し、他の部材や部位と区別しやすいようにしている。この図１（Ｂ）に示したように、外装体１１内には、シート状の正極２０とシート状の負極３０がセパレーター４０を介して積層されてなる電極体１０が電解液とともに封入されている。正極２０は金属板や金属箔からなる正極集電体２１の一主面に正極活物質を含んだ正極材料２２を配置したものであり、負極３０は金属板や金属箔などからなる負極集電体３１の一主面に負極活物質を含んだ負極材料３２を配置したものである。そして電極体１０は、正極２０と負極３０をそれぞれの電極材料（２２、３２）が対面するように、セパレーター４０を介して積層、圧着（あるいはセパレーター４０に溶着）されたものである。

外装体１１は、互いに重ね合わせた矩形状の二枚のアルミラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）において図中網掛けのハッチングまたは点線の枠で示した周縁領域１２が熱圧着法により溶着されて内部が密閉されたものである。ラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）は、周知のごとく、基材となる金属箔（アルミ箔、ステンレス箔）の表裏に１層以上の樹脂層が積層された構造となっており、一般的には、一方の面に例えばポリアミド樹脂などからなる保護層が積層され、他方の面には例えばポリプロピレンなどの熱溶着性を有する接着層が積層された構造を有している。

２枚のラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）を扁平袋状の外装体１１に成形しつつ、当該外装体１１内に電極体１０を収納する手順としては、例えば、矩形平面形状を有して互いに対面する２枚のラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）間に電極体１０を配置するとともに、矩形の３辺同士を溶着して残りの一辺側が開口した袋状に形成する。また当該３辺の内の一辺１３については正負両極（２０、３０）の端子板（２３、３３）を外装体１１外に突出させた状態で溶着する。このようにして矩形の一辺が開口する袋状に形成されたラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）内に電解液を注入したならば、開口している一辺の周縁領域１２を溶着し、図１（Ａ）に示したラミネート型蓄電素子１０１を完成させる。

ところで正極材料２２および負極材料３２が積層されている正極集電体２１および負極集電体３１は、当然のことながら正極端子板２３および負極端子板３３に電気的に接続されており、その正極２０および負極３０の端子板（以下、電極端子板（２３、３３）とも言う）は密封状態にある外装体１１外に導出されている。そのため外装体１１において電極端子板（２３、３３）が導出されている縁辺１３ではラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）の接着層同士を溶着させただけでは電極端子板（２３、３３）とラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）との密着強度を十分に確保できない場合がある。また電極端子板（２３、３３）が導出されている縁辺１３では、その電極端子板（２３、３３）の厚さ方向に渡って接着層を溶融させた状態で介在させることが難しく、当該縁辺１３が十分に封止されず防水性が低下する可能性がある。そのためラミネート型蓄電素子１０１では、外装体１１において電極端子板（２３、３３）が導出される縁辺１３を確実に封止するための構造を備えている。そして電極端子板（２３、３３）を外装体１１外に導出させつつ当該外装体１１を密封する方法としては、概ねタブリード５０を電極端子板（２３、３３）として用いる方法と、正極２０および負極３０の集電体（２１、３１）に帯状の金属箔や金属板（以下、端子リード）を取り付け、その端子リードをそのまま電極端子板（２３、３３）として用いる方法がある。なお図１（Ｂ）ではタブリード５０を用いた方法が示されており、正極集電体２１と負極集電体３１のそれぞれにタブリード５０からなる電極端子板（２３、３３）が接続されている。タブリード５０は、以下の特許文献１にも記載されているように、実質的な電極端子板（２３、３３）である金属板や金属箔などからなる帯状の端子リード５１の延長途上に、絶縁樹脂製のシール剤（以下、タブフィルム５２）が当該端子リード５１を狭持するように接着された構造を有している。端子リード５１の一方の端部５３は外装体１１の外側に露出し、他方の端部は正極集電体２１および負極集電体３１の一部に超音波溶着などの方法によって接続されている。もちろん正極集電体２１および負極集電体３１に別体の帯状の金属板や金属箔を取り付け、その金属板や金属箔にさらにタブリード５０を接続することもできる。そして互いに対面し合うラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）の周縁領域１２を熱圧着して扁平袋状の外装体１１に成形する際、外装体１１の周縁領域１２において、電極端子板（２３、３３）が突出する側の縁辺１３ではタブリード５０のタブフィルム５２をラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）とともに熱溶着する。それによって当該縁辺１３では端子リード５１に溶着されているタブフィルム５２がラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）の接着層に溶着されている。

一方タブリードを用いず、端子リードのみをそのまま電極端子板として用いる方法もある。図２に当該方法によって作製されるラミネート型蓄電素子２０１の分解斜視図を示した。図２に示したように、外装体１１の周縁領域１２において、リード導体そのものからなる電極端子板（２３、３３）が導出されている縁辺１３に、帯状のタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）をラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）の裏面にあらかじめ溶着した状態で熱圧着しておいた上で、ラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）の周縁領域１２を熱圧着して外装体１１を成形している。すなわち互いに対面するラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）において、電極端子板（２３、３３）が導出されている縁辺１３ではこの帯状のタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）を介してラミネートフィルム同士（１１ａ−１１ｂ）が接着されている。なおラミネート型蓄電素子の構造などについては、例えば以下の特許文献２に記載されている。また以下の非特許文献１には実際に市販されているラミネート型蓄電素子である薄型リチウム電池の特徴や放電性能などが記載されている。

特開２０１４−８６１３９号公報特開２００６−２８１６１３号公報

ＦＤＫ株式会社、"薄型リチウム一次電池"、[online]、[平成２７年１２月９日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fdk.co.jp/battery/lithium/lithium_thin.html＞

上述したように、ラミネート型蓄電素子では、対面するラミネートフィルム同士を熱圧着することで扁平袋状に成形された外装体から電極端子板を導出させた構造を有し、外装体を封止しつつ当該外装体から電極端子板を導出させるための方法としては、タブリードを用いた方法（以下、タブリード法とも言う）と、端子リードのみからなる電極端子板と裏面の一辺に帯状のタブフィルムが溶着されたラミネートフィルムとを用いる方法（以下、タブフィルム法とも言う）とがある。

まず後者のタブフィルム法は、ラミネートフィルムにおいて電極端子板が導出される縁辺（以下、端子側縁辺とも言う）にあらかじめ帯状のタブフィルムを溶着させておき、その帯状のタブフィルム間に金属製の電極端子板を介在させた状態で端子側縁辺を含むラミネートフィルムの周縁領域を熱圧着している。そのため端子側縁辺側の周縁領域では、ラミネートフィルムを熱圧着した際の熱が外装体の内方にまで十分に伝わらず、タブフィルムの溶融に必要な熱量が不足し、電極端子板とタブフィルムとの密着性が不十分になる可能性がある。また十分にタブフィルムを溶融させるために高い温度で熱圧着を行うと、ラミネートフィルムの保護層が損傷する可能性がある。保護層が損傷すればラミネートフィルムを構成する金属箔が空気中の水分などに触れて腐食し、漏液に至る場合もある。また高温での熱圧着は外装体内部の電極体を損傷させる原因にもなる。

一方タブリード法では、工場生産によって蓄電素子とは個別に製造されているタブリードを用いており、そのタブリードでは、電極端子板となる端子リードの一部にタブフィルムが強固に密着している。そのため外装体を封止する際には、ラミネートフィルムの接着層が溶融する程度の温度と圧力でタブフィルムがラミネートフィルムに容易に溶着される。すなわち高い密着強度で電極端子の導出領域を封止することができる。しかし電極集電体にタブリードの端子リードを超音波溶着するため、ラミネート型蓄電素子を組み立てる際の工数が増加する。高価な超音波溶着機も必要となる。もちろんタブリード自体が一つの製品として販売されている部材であるため、タブフィルム法に用いた端子リードとタブフィルムに係る部材コストよりも高くなることが多い。また極めて小型で薄型のラミネート型蓄電素子では電極集電体に端子リードを取り付ける際に高い位置精度が要求され、このこともコストアップの要因となる。なお位置精度に関してはタブフィルム法でも同じことが言える。

そこで本発明は、コストアップを伴わずに、ラミネートフィルムや電極体の損傷を防止しつつ、外装体において電極端子板が導出されている周縁領域を十分に高い密着強度で封止することができるラミネート型蓄電素子の製造方法と当該方法で製造されたラミネート型蓄電素子を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、扁平袋状に成形された外装体内にシート状の正極と負極がセパレーターを介して積層された電極体が電解液とともに密封されているとともに、前記外装体の所定の縁辺から電極端子板が導出されてなるラミネート型蓄電素子の製造方法であって、
矩形の一辺に当該一辺と直交する方向に帯状に延長する正極端子部を一体的に備えた平板状または箔状の金属からなる正極集電体を用い、当該正極集電体における前記矩形の領域の一主面に正極活物質を含む正極材料を配置して前記正極を組み立てる正極組立ステップと、
矩形の一辺に当該一辺と直交する方向に帯状に延長する負極端子部を一体的に備えた平板状または箔状の金属からなる負極集電体を用い、当該負極集電体における前記矩形の領域の一主面に負極活物質を含む負極材料を配置して前記負極を組み立てる負極組立ステップと、
前記正極材料と前記負極材料とが対面するように前記正極と前記負極を前記セパレーターを介して積層して前記電極体を組み立てる電極体組立ステップと、
前記電極体における前記正極端子部および前記負極端子部の延長方向に対して横断する方向に帯状に延長して配置させた熱溶着性を有する２枚のタブフィルムで前記正極端子部と前記負極端子部を狭持しつつ、当該２枚のタブフィルムを熱圧着する第１熱圧着ステップと、
前記第１熱圧着ステップを実行した上で、前記電極体を対面する２枚の矩形状のラミネートフィルム間に配置するとともに、当該ラミネートフィルムの平面領域を周回する枠状の周縁領域における前記所定の縁辺に沿う領域に前記タブフィルムを配置しつつ前記正極端子部と前記負極端子部を当該縁辺から導出させる電極体配置ステップと、
前記対面する矩形のラミネートフィルムの平面領域を周回する周縁領域において前記所定の縁辺を含む三方の縁辺側を熱圧着することで、当該ラミネートフィルムを開口を備えた袋状に成形する第２熱圧着ステップと、
前記開口より前記袋状のラミネートフィルム内に電解液を充填するとともに、当該開口を熱圧着することで封止する密封ステップと、
を含む、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子の製造方法としている。

より好適には、前記電極体組立ステップでは、前記正極端子部と前記負極端子部とが同方向に突出するように前記電極体を組み立て、
前記第１熱圧着ステップでは、前記２枚のタブフィルムで前記正極端子部と前記負極端子部を一括して狭持しつつ、当該２枚のタブフィルムを熱圧着し、
前記電極体配置ステップでは、前記正極端子部と前記負極端子部を前記対面するラミネートフィルムの特定の一つの縁辺から導出させる、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子の製造方法とすることである。前記正極集電体および前記負極集電体として金属箔を用いることを特徴とするラミネート型蓄電素子の製造方法としたり、前記ラミネート型蓄電素子は、電子回路と電源を内蔵したカード型電子機器の前記電源として使用されることを特徴とするラミネート型蓄電素子の製造方法としたりしてもよい。

本発明のラミネート型蓄電素子によれば、ラミネートフィルムや電極体に損傷がなく、電極端子板の導出領域が十分に高い密着強度で封止されて、高い信頼性を有している。またより安価に提供することも可能である。また本発明のラミネート型蓄電素子の製造方法によれば、安価で信頼性の高いラミネート型蓄電素子を効率的に製造することができる。

一般的なラミネート型蓄電素子の一つの例を示す図である。一般的なラミネート型蓄電素子のその他の例を示す図である。本発明の一実施形態に係るラミネート型蓄電素子を示す図である。本発明の実施例に係るラミネート型蓄電素子の製造方法を示す図である。本発明の比較例に係るラミネート型蓄電素子の製造方法を示す図である。本発明の実施例および比較例に係るラミネート型蓄電素子に対する接着強度試験の実施方法を示す図である。本発明の実施例および比較例に係る方法で作製されたラミネート型蓄電素子に対する保存試験の結果を示す図である。

本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。ある図面において符号を付した部分について、不要であれば他の図面ではその部分に符号を付さない場合もある。

＝＝＝実施形態＝＝＝
本発明の一実施形態として、本発明の実施例に係る方法によって製造されたラミネート型蓄電素子を挙げる。図３に当該実施形態に係るラミネート型蓄電素子（以下、蓄電素子１ａとも言う）を示した。図３（Ａ）は蓄電素子１ａの外観図であり、図３（Ｂ）は蓄電素子の分解斜視図である。図３（Ａ）に示したように、蓄電素子１ａの外観は図１（Ａ）に示した一般的なラミネート型蓄電素子１０１と同様である。しかし内部の構造や構成が異なっている。具体的には、図３（Ｂ）に示したように正極集電体２１および負極集電体３１において、正極材料２２および負極材料３２が積層される矩形領域（以下、集電領域とも言う）に帯状の凸部（２４、３４）が一体的に形成された平面形状を有し、その凸部（２４、２４）の先端側の領域（２５、３５）が電極端子板として外装体１１外に露出している。すなわち電極材料（２２、３４）が積層される集電体（２１、３１）そのもの（以下、芯体とも言う）が電極端子板を兼ねている。２枚のラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）において、外装体１１の内方となる面（以下、裏面とも言う）には、電極端子板として機能する上記の凸部（以下、端子部（２４、３４）とも言う）が導出される縁辺（以下、端子側縁辺１３とも言う）に沿って帯状のタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）が配置されている。そして２枚のラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）は、上記端子側縁辺１３では、帯状の２枚のタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）が端子部（２４、３４）を狭持しつつ互いに溶着され、その溶着された状態の２枚のタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）がラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）の裏面に溶着されている。このように本発明の実施形態における蓄電素子１ａでは、電極集電体（２１、３１）の構造や端子側縁辺１３における外装体１１の封止構造に特徴を有している。そして本発明の実施例は、これらの特徴を有する蓄電素子１ａの製造方法であり、実施形態に係る蓄電素子１ａは、本実施例に係る製造方法によって作製されることで、外装体１１の端子側縁辺１３が十分に高い密着強度で封止されているとともに、ラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）や電極体１０の損傷もなく、極めて高い信頼性を有するものとなっている。また実施例に係る製造方法により蓄電素子１ａをより安価に提供することも期待される。以下に本発明の実施例に係る蓄電素子の製造方法について説明する。

＝＝＝実施例に係る製造方法＝＝＝
本発明の実施例に係る蓄電素子の製造方法は、概略的には、電極体における正極と負極の電極端子部に帯状のタブフィルムを熱圧着により溶着させる工程と、この工程によってタブフィルムが端子部に溶着された状態の電極体を対面するラミネートフィルム間に配置して、そのラミネートフィルムの周縁領域を熱圧着により溶着する工程とが含まれている。そして以下では図３（Ｂ）にて示したように、電極体１０の積層方向を上下方向とするとともに、セパレーター４０に対して正極２０が下方にあるものとして上下の各方向を規定することとして、本発明の実施例に係る蓄電素子の製造方法を説明する。図４は本発明に係る蓄電素子の製造方法の実施例の一つを示す図であり、図４（Ａ）〜（Ｆ）にその製造手順を示した。まず図４（Ａ）に示したように正極２０における端子部２４の基端側下面に帯状のタブフィルム１４ａを当該端子部２４を横断する方向に位置合わせしつつ積層する。なおタブフィルム１４ａの位置は、最終的に外装体１１の周縁領域１２において、端子側縁辺１３に沿う位置である。またここではその後の工程でタブフィルム１４ａの位置がずれないように、正極２０の端子部（以下、正極端子部２４とも言う）の上面の一部に半田ごて当てるなどしてタブフィルム１４ａを当該正極端子部２４に仮溶着している。

次に図４（Ｂ）に示したように、電極体１０を構成する各部材（セパレーター４０、負極３０）を正極２０の上方に順次積層して電極体１０を形成する。ここでは各部材（４０、３０）を順次積層するそれぞれの工程で、その都度、各部材（４０、３０）の上面にブロック状のヒーターなどを押し当てるなどして部材同士（４０−２０、２０−４０）を仮溶着する。なおこのような電極体１０の形成手順は従来の蓄電素子の製造方法でも採用されている。さらに図４（Ｃ）に示したように、最下層のタブフィルム１４ａと対面させるように、負極３０の端子部（以下、負極端子部３４とも言う）の上面にもタブフィルム１４ｂを配置し、正極端子部２４と負極端子部３４を一括して２枚のタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）によって狭持する。そして正極端子部２４と負極端子部３４を介して積層されている２枚のタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）の上下両側からヒーターを内蔵したブロック状の治具などを用いて熱圧着する。ここでは１５０℃の温度と０．２ＭＰａの圧力で熱圧着している。それによって正極端子部２４と負極端子部３４にタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）が強固に接着されるとともに、２枚のタブフィルム同士（１４ａ―１４ｂ）も溶着して正極端子部２４と負極端子部３４を横断する当該タブフィルム（１４ａ、１４ｂ）の介在領域の全域が確実に封止される。

つぎに図４（Ｄ）に示したように、正極端子部２４と負極端子部３４にタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）が接着された状態の電極体１０を、互いに対面する２枚のラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）で狭持する。ここではまず負極３０の上面にラミネートフィルム１１ｂを貼り付けたのち、このラミネートフィルム１１ｂに対面させるように正極２０の下面にラミネートフィルム１１ａを貼り付ける。さらに図４（Ｅ）に示したように、互いに対面する矩形のラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）の周縁領域１２において、端子側縁辺１３を含む三つの縁辺（１３、１５）側を熱圧着することで一辺１６に開口１７を有する袋状の外装体１１に成形する。ここでは端子側縁辺１３に対向する縁辺１６側に開口１７を設ける。そしてこの開口１７から袋状の外装体１１内に電解液を注入するとともに、開口１７が設けられていた縁辺１６を減圧環境化で熱溶着して図４（Ｆ）に示した蓄電素子１ａを完成させる。

このように実施例に係る蓄電素子の製造方法では、あらかじめ芯体（２１、３１）の一部である端子部（２４、３４）を２枚のタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）で狭持しつつ２枚のタブフィルム同士（１４ａ−１４ｂ）を熱圧着により溶着し、その上でラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）の周縁領域１２を熱圧着により溶着している。そのためタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）と端子部（２４、３４）およびタブフィルム同士（１４ａ−１４ｂ）が高い強度で密着し、かつタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）とラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）も高い強度で密着する。したがって外装体１１の端子側縁辺１３の周縁領域１２が確実に封止される。また従来の蓄電素子の製造方法とは異なり、電極集電体の芯体が電極端子板を兼ねているので、電極端子板を電極集電体の芯体に超音波溶接などの方法によって取り付ける工程を必要としない。そのため複雑な工程や電極端子板に要する部材コストを低減させることができる。とくに電極端子板をタブリードで構成する場合には部材コストの低減効果が高い。超音波溶接機などの電極端子板を集電体の芯体に溶着するための設備も不要となる。電極端子板として機能する端子部は芯体と一体成形されるため、電極端子板を芯体に取り付ける際に生じる位置ずれが原理的に発生しない。すなわち、電極端子部を外装体に対して高い位置精度で外方に導出させることができる。とくにＩＣカードなどのカード型電子機器に内蔵される極めて小型薄型の蓄電素子の場合、カード型電子機器内の電子回路と蓄電素子の電極端子板との接続には僅かな位置ずれも許容されないため、本実施例の方法で製造される蓄電素子は、外装体に対する電極端子板の相対的な位置ずれが発生し難く、カード型電子機器の電源として極めて好適なものとなっている。

＝＝＝信頼性＝＝＝
本発明の実施例に係る方法で製造された蓄電素子の信頼性を確認するために、図３に示した構造を有するリチウム二次電池を実施例の方法、および実施例とは異なる方法（比較例に係る方法）で作製した。そして実施例に係る方法と比較例に係る方法でそれぞれ作製した２種類のリチウム二次電池をサンプルとして、これらサンプルに対して信頼性試験を行った。以下では、まずサンプルとして作製したリチウム二次電池の具体的な構成と比較例に係る製造方法について説明し、その上で作製した２種類のサンプルに対する信頼性試験の内容とその試験結果について説明する。

＜リチウム二次電池の構成＞
図３（Ｂ）を参照しつつサンプルとなるリチウム二次電池の構造について説明する。電極体１０を構成する正極２０は、１０〜５０μｍ厚みを持つアルミ箔からなる正極集電体２１の片面にスラリー状の正極材料２２を５０〜２００μｍの厚さで塗布した後に、真空中１３０℃で乾燥して作製したものである。そして正極材料２２は、正極活物質であるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）と炭素系導電剤（アセチレンブラック、グラファイトなど）と、結着剤となるポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）とが固形分の質量比で９０：５：５となるように混合するとともに、その混合物を有機溶剤（ＮＭＰなど）に分解または溶解させながら混練することで調製されたものである。

負極３０は、厚さ１０〜５０μｍの銅箔からなる負極集電体３１の片面にスラリー状の負極材料３２を、正極２０と同様にして５０〜２００μｍの厚さで塗布した後に、真空中１３０℃で乾燥して作製したものである。負極材料３２は、難黒鉛化炭素を負極活物質として、正極と同様の炭素系導電剤と結着剤を固形分の質量比で９０：５：５となるように混合するとともに、その混合物を有機溶剤（ＮＭＰなど）に分解または溶解させながら混練することで調製されたものである。なお電解液にはプロピレンカーボネートに溶質としてＬｉＰＦ_６を溶解させたものを用いている。このようにサンプルとして作製したリチウム二次電池は、集電体の構造と外装体における端子側縁辺の封止構造が異なるだけで、充放電反応に関わる構成については、従来のラミネート型リチウム二次電池と同様である。

＜比較例に係る製造方法＞
図５は比較例に係る製造方法を示しており、図５（Ａ）〜（Ｅ）にその製造手順を示した。まず図５（Ａ）に示したように、２枚のラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）のそれぞれの端子側縁辺１３にタブフィルム（１４ａ、１４ｂ）を溶着しておき、図５（Ｂ）に示すように、下方（正極２０側）のラミネートフィルム１１ａの上面に組み立て済みの正極２０を積層しつつ正極端子部２４とタブフィルム１４ａとの積層領域を熱圧着して正極端子部２４とタブフィルム１４ａとを溶着する。上方（負極３０側）のラミネートフィルム１１ｂについては、当該負極３０側のラミネートフィルム１１ｂの下方に組み立て済みの負極３０を積層しつつ負極端子部３４とラミネートフィルム１１ｂの積層領域を熱圧着してタブフィルム１４ｂを負極端子部３４に溶着する。それによって負極３０側の組立済み部品（以下、負極組立品とも言う）が完成する。正極２０側については、図５（Ｃ）に示したように、正極２０の上面にセパレーター４０を溶着して正極２０側の組み立て済み部品（以下、正極組立品とも言う）を完成させる。もちろん負極３０の下面にセパレーター４０を溶着しておいてもよい。そして図５（Ｄ）に示したように、正極組立品と負極組立品を積層し、互いに対面する矩形のラミネートフィルム（１１ａ、１１ｂ）の周縁領域１２において、端子側縁辺１３を含む三つの縁辺（１３、１５）側を熱圧着することで互いに一辺１６に開口を有する袋状の外装体１１に成形する。そしてこの開口１７から袋状の外装体内に電解液を注入するとともに、外装体１１の周縁領域１２において当該開口１７がある縁辺１５側を熱圧着して外装体１１を密封する。それによって図５（Ｅ）に示したリチウム二次電池１ｂが完成する。

＜信頼性試験＞
つぎに上述した実施例に係る方法で作製したサンプル（以下、サンプルＡ）と比較例に係る方法で作製したサンプル（以下、サンプルＢ）を３個ずつ作製し、各個体について、正極側および負極側のそれぞれのラミネートフィルム（図３〜図５、符号１１ａおよび１１ｂ）の端子側縁辺（図３〜図５、符号１３）側の周縁領域（図３〜図５、符号１２）に対して引張試験機を用いた接着強度試験を行った。図６に接着強度試験の実施方法の概略を示した。なお図６は正極側のラミネートフィルム１１ａの接着強度を測定する例を示している。まず接着強度試験の実施に先立って蓄電素子（図３、符号１ａ）を負極端子部３４の幅に裁断し、負極端子部３４の基端側も負極集電体（図３（Ｂ）、符号３１）の集電領域から切り離しておく。そして負極端子部３４の導出方向を鉛直方向、すなわち電極体（図３（ｂ）、符号１０）の積層方向に対応する上下方向ではなく、重力の方向に一致させるとともに、負極端子部３４の先端側を鉛直上方に向ける。

そして負極端子部２４の基端側と負極側のラミネートフィルム１１ｂとをクランプ６０ｄで狭持するとともに、この狭持した状態でクランプ６０ｄを固定する。正極側のラミネートフィルム１１ａについては外装体１１における端子側縁辺１３に対して内方側、すなわちタブフィルム１４ａに接着されている周縁領域１２に対して鉛直下方の端部６１側を鉛直上方へ反転させ、その反転させた端部６１をクランプ６０ｕで挟むとともに、その鉛直上方側のクランプｕを引張試験機に取り付ける。そして当該クランプを図中白抜き矢印で示したように引張試験機により鉛直上方に引っ張る。そして正極側のタブフィルム１４ａとラミネートフィルム１１ａとが剥離したときの接着強度（Ｎ）を正極側の接着強度とした。負極側のラミネートフィルム１１ｂの接着強度については、試験前に蓄電素子から正極端子部（図３（ｂ）、符号２４）に対応する領域を切り出しておき、正極側のラミネートフィルム１１ａと正極端子部の基端側を鉛直下方のクランプ６０ｄで狭持して固定し、負極側のラミネートフィルム１１ｂを狭持した鉛直上方のクランプ６０ｕを引張試験機により鉛直上方に引っ張って接着強度を測定すればよい。

以下の表１に接着強度試験の結果を示した。

表１ではサンプルＡとサンプルＢに属する各個体の正極側および負極側の接着強度の平均値と接着強度（Ｎ）のバラツキを示す標準偏差σが示されている。そしてこの表１に示したように、実施例の方法で作製したサンプルＡは比較例の方法で作製したサンプルＢに対して正極側と負極側の双方で接続強度の平均値が２Ｎ程度高く、外装体における端子側縁辺側の周縁領域が強固に封止されていることが分かった。また標準偏差σはサンプルＢの１．７〜２．１に対してサンプルＡは０．３〜０．６であり、極めて均一な接着強度で封止されていることも確認された。

つぎに接続強度試験とは別に各サンプルを３個ずつ作製し、各個体を６０℃９０％ＲＨの高温高湿度環境下に保存する試験（以下、保存試験）を行った。そして保存開始から所定の日数が経過する毎に、各個体の内部抵抗を周知の交流定電流方式（１ＫＨｚ、１０ｍＡ）によって調べた。

図７と以下の表２に当該保存試験の結果を示した。

図７および表２では、保存日数毎の内部抵抗を保存開始時点での内部抵抗を１としたときの比（倍）によって示している。そして図７および表２に示したように、実施例に対応するサンプルＡでは保存後７０日が経過した時点での内部抵抗か当初の２０．５倍であったが、比較例に対応するサンプルＢでは内部抵抗が１０８倍にもなったことから、実施例に係る方法によって製造された蓄電素子は高い保存性能を備えていることが分かった。

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
本発明の実施例では、電極端子板を兼ねる電極集電体として２０μｍ〜５０μｍ程度の厚さを有する金属箔を用いていたが、それ以上の厚さを有する金属板を用いてもよい。しかし電極端子板の厚さが薄いほど密着強度が高くなることは明らかなので、空気中の水分などに対する防水性を考慮すれば電極端子板を兼ねた電極集電体には金属箔を用いることがより望ましい。

本発明の実施例に係る製造方法は、図４に示した手順に限らず、適宜に変更可能である。例えば、最初に電極体を組み立てておき、その上で正極と負極の端子部を横断する方向に延長する２枚のタブフィルムを、それぞれ正極端子部の下面および負極端子部の上面に接触させた状態で対面させて、その互いに対面するタブフィルムを熱圧着して、タブフィルム同士、および正極と負極の端子部とタブフィルムを溶着させてもよい。いずれにしてもタブリードを正極と負極の端子部が２枚のタブフィルムによって狭持された状態で、そのタブフィルムを溶着し、その上で電極体を２枚のラミネートフィルムで狭持してそのラミネートフィルム同士を熱溶着させればよい。すなわちタブフィルムとラミネートフィルムに対して個別に熱圧着工程を設ければよい。なお当然のことながら、本発明は積層構造を有する平板状の電極体をラミネートフィルムからなる外装体内に密封した構造であれば、リチウム二次電池限らず、様々な種類のラミネート型蓄電素子（リチウム二次電池、電気二重層コンデンサーなど）に適用することができる。

上記実施形態に係る蓄電素子では正極端子部と負極端子部が外装体の同じ端子側縁辺から同方向に導出されていたが、正極端子部と負極端子部は、外装体において互いに対向する二つの縁辺から反対方向に向かって導出されていてもよい。しかし正極端子部と負極端子部が一つの縁辺から同方向に導出されている蓄電素子では、電極体の厚さによってこれら端子部同士が上下方向に離間している。そのため実施形態として図３に示したような蓄電素子では、二つの縁辺のそれぞれから端子部が一つずつ導出されている蓄電素子と比較すると、実質的には実際の厚さよりも厚い電極端子部が一つの縁辺から導出されていることになる。したがって本実施例の製造法では、正極と負極の端子部が同方向に導出されている蓄電素子を製造する際により高い効果を奏する。

１ａ，１ｂ，１０１，２０１ラミネート型蓄電素子、１１外装体、
１１ａ，１１ｂラミネートフィルム、１２周縁領域、１３端子側縁辺、
１４ａ，１４ｂタブフィルム、１６開口側の縁辺、１７開口、２０正極、
２１正極集電体、２２正極材料、２３正極端子板、２４正極端子部、
２５正極端子部の先端領域、３０負極、３１負極集電体、３２負極材料、
３３負極端子板、３４負極端子部、３５負極端子部の先端領域、
４０セパレーター、５０タブリード、５１タブリードの端子リード、
５２タブリードのタブフィルム

Claims

扁平袋状に成形された外装体内にシート状の正極と負極がセパレーターを介して積層された電極体が電解液とともに密封されているとともに、前記外装体の所定の縁辺から電極端子板が導出されてなるラミネート型蓄電素子の製造方法であって、
矩形の一辺に当該一辺と直交する方向に帯状に延長する正極端子部を一体的に備えた平板状または箔状の金属からなる正極集電体を用い、当該正極集電体における前記矩形の領域の一主面に正極活物質を含む正極材料を配置して前記正極を組み立てる正極組立ステップと、
矩形の一辺に当該一辺と直交する方向に帯状に延長する負極端子部を一体的に備えた平板状または箔状の金属からなる負極集電体を用い、当該負極集電体における前記矩形の領域の一主面に負極活物質を含む負極材料を配置して前記負極を組み立てる負極組立ステップと、
前記正極材料と前記負極材料とが対面するように前記正極と前記負極を前記セパレーターを介して積層して前記電極体を組み立てる電極体組立ステップと、
前記電極体における前記正極端子部および前記負極端子部の延長方向に対して横断する方向に帯状に延長して配置させた熱溶着性を有する２枚のタブフィルムで前記正極端子部と前記負極端子部を狭持しつつ、当該２枚のタブフィルムを熱圧着する第１熱圧着ステップと、
前記第１熱圧着ステップを実行した上で、前記電極体を対面する２枚の矩形状のラミネートフィルム間に配置するとともに、当該ラミネートフィルムの平面領域を周回する枠状の周縁領域における前記所定の縁辺に沿う領域に前記タブフィルムを配置しつつ前記正極端子部と前記負極端子部を当該縁辺から導出させる電極体配置ステップと、
前記対面する矩形のラミネートフィルムの平面領域を周回する周縁領域において前記所定の縁辺を含む三方の縁辺側を熱圧着することで、当該ラミネートフィルムを開口を備えた袋状に成形する第２熱圧着ステップと、
前記開口より前記袋状のラミネートフィルム内に電解液を充填するとともに、当該開口を熱圧着することで封止する密封ステップと、
を含む、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子の製造方法。
請求項１において、
前記電極体組立ステップでは、前記正極端子部と前記負極端子部とが同方向に突出するように前記電極体を組み立て、
前記第１熱圧着ステップでは、前記２枚のタブフィルムで前記正極端子部と前記負極端子部を一括して狭持しつつ、当該２枚のタブフィルムを熱圧着し、
前記電極体配置ステップでは、前記正極端子部と前記負極端子部を前記対面するラミネートフィルムの特定の一つの縁辺から導出させる、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子の製造方法。
請求項１または２において、前記正極集電体および前記負極集電体として金属箔を用いることを特徴とするラミネート型蓄電素子の製造方法。
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記ラミネート型蓄電素子は、電子回路と電源を内蔵したカード型電子機器の前記電源として使用されることを特徴とするラミネート型蓄電素子の製造方法。