JP7231323B2

JP7231323B2 - 電気化学デバイス

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Publication number: JP7231323B2
Application number: JP2017171279A
Authority: JP
Inventors: 紗耶関口; 直之岩田
Original assignee: Envision AESC Japan Ltd
Current assignee: Envision AESC Japan Ltd
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2023-03-01
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: JP2019046741A

Description

本発明は電気化学デバイスに関する。

携帯電話、デジタルカメラ、ラップトップコンピュータなどの携帯型電子機器の電源や、車両用や家庭用の電源として、二次電池等の電気化学デバイスが広く普及している。一般的な電気化学デバイスは、２種類のシート状の電極、すなわち正極と負極がセパレータを介して巻回または積層された電極組立体が、電解液とともに、柔軟なフィルムからなる外装容器内に収容された構成を有する。具体的には、電極組立体が、正極と負極が重なり合う方向（積層方向）の両側から柔軟なフィルムで覆われ、電極組立体の周縁部の外側においてフィルム同士が重ね合わせられる。そして、フィルム同士の重なり合った部分が互いに接合されて外装容器が構成されている。

外装容器を構成するフィルムは、一般的には、金属箔の一方の面に内側樹脂層が形成され、他方の面に外側樹脂層が形成された多層構造のラミネートフィルムである。電極組立体の周縁部の外側で、電極組立体の積層方向の両側に位置するラミネートフィルムの内側樹脂層同士が重ね合わせられて、重なり合う内側樹脂層同士が互いに接合されて外装容器が構成される。

特許文献１に記載されている扁平形電池の外装フィルムは、耐熱性樹脂フィルムとアルミニウム箔と内面接着性樹脂層とから構成されている。発電要素の周縁部の外側において外装フィルムの内面接着性樹脂層同士が互いに接合されて外装容器が構成されている。
特許文献２に記載されている電池用外装材は、耐熱性樹脂フィルムを含む外層と、金属箔層と、熱可塑性樹脂層を含む内層とから構成されている。電極組立体の周縁部の外側において電池用外装材の内層同士が互いに接合されて電池外装体が構成されている。
特許文献３，４に記載されているラミネート電池でも、発電要素の周縁部の外側においてラミネートフィルム同士が互いに接合されて外装容器が構成されている。

特公平０４－００６０７０号公報特開２０１５－１５６４０４号公報特許４４３２１４６号公報特開２００５－３３２７２６号公報

二次電池等の電気化学デバイスの外装容器の、電極組立体の積層方向の両側に位置するフィルム同士が重なり合う状態で接合される部分において、十分な電気的絶縁性および封止性が得られないことがある。

特許文献１，２に記載されている構成では、内面接着性樹脂層および内層が互いに接触した状態で接合された接合部分のみを用いて外装容器（電池外装体）の封止が行われている。そのため、十分な封止を実現するためには大きな接合部分が必要である。従って、発電機能に寄与する発電要素の外側に大きなスペースが生じ、電池の小型化の妨げになる。引用文献１，２では、接合部分よりも内側（収容されている発電要素に近い位置）に、封止性を向上させるための部分を設けることは想定されていない。

特許文献３に記載されている構成では、ラミネートフィルムの接合部分の内側（発電要素に近い位置）に樹脂塊を形成し、フィルム同士の接合部分に加えて樹脂塊が封止に寄与する。この樹脂塊は、発電要素の周縁部に向かって凸状の略半球状の断面形状を有している。しかし、この構成では、断面が半球状の樹脂塊とラミネートフィルムの接合部分との間にクラックが生じて外装容器が損傷し、封止性や絶縁性が損なわれるおそれがある。具体的には、クラック内に電解液が浸入して漏れを生じたり、電解液を介してラミネートフィルム内の金属箔と発電要素の電極との電気的短絡を生じたりするおそれがある。

一方、特許文献４に記載されている構成では、特許文献３の構成とは対照的に、ラミネートフィルム同士の接合部分に凹状部分が形成されて、クラックの発生が抑えられている。しかし、この構成では、ラミネートフィルム同士の接合部分が、凹状部分の分だけ小さくなり、封止性や絶縁性が損なわれるおそれがある。この構成において十分な大きさの接合部分を確保するためには、ラミネートフィルムの、発電要素の周縁部の外側に延びる部分を大きくする必要があり、ラミネート電池全体の大型化を招く。また、凹状部分の分だけ、発電要素の周縁部からラミネートフィルム同士の接合部分までの距離が長く、収納部内の空間の体積が大きいため、発電要素の保持の安定性が低く、かつ、収容される電解液の量が必要以上に多くなる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、前述した問題点を解決して、外装容器の損傷が生じにくく、外装容器の封止性と絶縁性が良好な電気化学デバイスを提供することにある。

本発明の電気化学デバイスは、正極と負極とがセパレータを介して重なり合う電極組立体と、ラミネートフィルムからなり電極組立体を収容する外装容器とを有し、ラミネートフィルムは内側樹脂層を含み、内側樹脂層は、高流動性樹脂層と、高流動性樹脂層よりも流動性の低い低流動性樹脂層とを含む多層構造であり、外装容器は、高流動性樹脂層同士が対向する状態で電極組立体を挟み込んだラミネートフィルムの外周部同士が互いに接合されて構成されており、ラミネートフィルムの外周部同士の接合部分よりも、外装容器に収容されている電極組立体に近い位置に、ラミネートフィルム同士を接続する樹脂塊が形成されており、樹脂塊の、電極組立体および接合部分を通る切断線に沿う断面が、ラミネートフィルムの接合部分側に１つの頂点を有する三角形状であり、接合部分において、ラミネートフィルムの内側樹脂層の高流動性樹脂層同士が対向する状態で互いに接合された積層構造が構成されており、接合部分における接合前の内側樹脂層の樹脂量に対する接合後の内側樹脂層の樹脂量が８５％以上９３．１％未満であり、ラミネートフィルムの外周部同士の接合部分では、低流動性樹脂層、高流動性樹脂層、低流動性樹脂層がこの順番に重なり合っている。

本発明によると、外装容器の損傷が生じにくく、外装容器の封止性と絶縁性が良好な電気化学デバイスが実現する。

本発明が適用される電気化学デバイスの一例である積層型のリチウムイオン二次電池を示す平面図である。図１ＡのＡ－Ａ線断面図である。本発明の第１の実施形態の電気化学デバイスの、溶着前のラミネートフィルムの接合部分の周辺を示す断面図である。図２Ａに示す電気化学デバイスの、溶着後のラミネートフィルムの接合部分の周辺を示す断面図である。本発明の第２の実施形態の電気化学デバイスの、溶着前のラミネートフィルムの接合部分の周辺を示す断面図である。図３Ａに示す電気化学デバイスの、溶着後のラミネートフィルムの接合部分の周辺を示す断面図である。関連技術の電気化学デバイスの、溶着前のラミネートフィルムの接合部分の周辺を示す断面図である。図４Ａに示す第１の実施形態の電気化学デバイスの、溶着後のラミネートフィルムの接合部分の周辺を示す断面図である。本発明の電気化学デバイスの実験例の樹脂塊の形状を示す断面図である。比較例の電気化学デバイスの樹脂塊の形状を示す断面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１Ａ，１Ｂは、本発明が適用される電気化学デバイスの一例である積層型のリチウムイオン二次電池１００の一般的な構成を模式的に示している。図１Ａは二次電池１００の主面（扁平な面）に対して垂直上方から見た平面図である。図１Ｂは図１ＡのＡ－Ａ線断面図である。

［電池の基本構造］
リチウムイオン二次電池１００は、２種類の電極、すなわち正極（正極シート）１と負極（負極シート）２とがセパレータ３を介して重なり合う電極組立体４（発電要素）を備えている。電極組立体４は電解液５と共に、柔軟なラミネートフィルム６からなる外装容器内に収容されている。電極組立体４の正極１には正極端子７の一端が、負極２には負極端子８の一端がそれぞれ接続されている。正極端子７の他端側および負極端子８の他端側は、それぞれ外装容器の外側に引き出されている。図１Ｂでは、電極組立体４を構成する各層の一部（厚さ方向の中間部に位置する層）を図示省略して、電解液５を示している。それに伴って、電極（正極１および負極２）の集電体（タブ）１ａ，２ａが電極端子（正極端子７と負極端子８）と重なり合っている部分でも、電極組立体４の中央部で図示省略した電極の集電体は存在しないと仮定して描いている。また、図１Ｂでは、見やすくするために、正極１と負極２とセパレータ３とラミネートフィルム６がそれぞれ互いに接触していないように図示している。しかし、実際にはこれらは密着して積層されている。

正極１は、正極集電体１ａと、その正極集電体１ａに塗布された正極活物質層１ｂとを含む。正極集電体１ａの表面と裏面には、正極活物質層１ｂが形成された塗布部と正極活物質層１ｂが形成されていない未塗布部とが、長手方向に沿って並んで位置する。負極２は、負極集電体２ａとその負極集電体２ａに塗布された負極活物質層２ｂとを含む。負極集電体２ａの表面と裏面には、塗布部と未塗布部とが長手方向に沿って並んで位置する。

正極１と負極２のそれぞれの未塗布部（集電体１ａ，２ａ）の一部は、電極組立体４の、電極１，２およびセパレータ３が互いに積層されている部分（積層部分）の外側に延出して、電極端子（正極端子７または負極端子８）と接続するためのタブとして用いられる。正極１の正極タブ（正極集電体１ａの一部）は正極端子７と重ね合わせられて、超音波溶接等で互いに接続されている。詳細には図示されていないが、負極２の負極タブ（負極集電体２ａの一部）は負極端子８と重ね合わせられて、超音波溶接等で互いに接続されている。正極端子７の他端部および負極端子８の他端部は、フィルム６からなる外装容器の外側にそれぞれ引き出されている。負極２の塗布部（負極活物質層２ｂ）の外形寸法は正極１の塗布部（正極活物質層１ｂ）の外形寸法よりも大きく、セパレータ３の外形寸法よりも小さいか等しい。

電極組立体４の正極１と負極２が重なる方向（積層方向）における一方の側（図１Ｂの上方）に位置するラミネートフィルム６と、他方の側（図１Ｂの下方）に位置するラミネートフィルム６は、電極組立体４を包囲した状態で、外周部同士が互いに重なり合っている。このように電極組立体４の周縁部の外側で重なり合うラミネートフィルム６同士を接合することで、外周部が封止された外装容器が完成する。なお、本発明では、ラミネートフィルム６同士が直接接合されている接合部分９の内側（外装容器内に収容されている電極組立体４に近い側）に、樹脂塊１０が形成されている。

正極端子７および負極端子８が外装容器の内部から外部に延出する部分（図１Ｂの右側）においては、上下のラミネートフィルム６同士は直接重なり合わず、正極端子７または負極端子８を挟んで重なり合う状態になる。そこで、正極端子７および負極端子８の両面に熱融着性樹脂からなるシーラント１２を予め設けておき、正極端子７および負極端子８の各面においてシーラント１２とラミネートフィルム６とをそれぞれ熱溶着させる。それによって、上方のラミネートフィルム６と下方のラミネートフィルム６とを、正極端子７および負極端子８とシーラント１２とを挟んで互いに固定させる。このように、電極組立体４の周縁部の外側において、上方のラミネートフィルム６と下方のラミネートフィルム６とが、直接または正極端子７および負極端子８とシーラント１２とを挟んで重なり合った状態で互いに固定されて外装容器が構成される。

［第１の実施形態］
図１Ａ，１Ｂに示すような構成の二次電池１００等の電気化学デバイスに適用される、本発明の第１の実施形態について、図２Ａ，２Ｂを参照して説明する。本実施形態のラミネートフィルム６は、基材となる金属箔６ａの両面にそれぞれ樹脂層６ｂ，６ｃが設けられた多層構造である。金属箔６ａは、電解液５の漏出や外部からの水分の浸入を防止する等のバリア性を有するアルミニウムやステンレス鋼などからなる。外側樹脂層６ｃは、例えばナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエステルフィルムなどからなる。内側樹脂層６ｂは、高流動性樹脂層６ｂ１と低流動性樹脂層６ｂ２とが積層された多層構造である。

本実施形態では、電極組立体４（図１Ｂ参照）の周縁部の外側において、積層方向の一方の側（上方）のラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂの高流動性樹脂層６ｂ１と、積層方向の他方の側（下方）のラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂの高流動性樹脂層６ｂ１とが互いに重なり合った状態で互いに熱溶着している。さらに、本実施形態の外装容器では、図２Ａに示すようにラミネートフィルム６同士が直接接触した状態で接合された接合部分９の内側（電極組立体４側）に、図２Ｂに示す樹脂塊１０が形成されている。樹脂塊１０は、電極組立体４とラミネートフィルム６の接合部分９とを通る線に沿って切断した断面、例えば図１ＡのＡ－Ａ線に相当する位置で切断した断面において、ラミネートフィルム６同士の接合部分９に向かう１つの頂点１０ａを有する三角形状である。樹脂塊１０は、上方のラミネートフィルム６の接合部分９以外の部分（便宜上、「非接合部分」という）の一部と、下方のラミネートフィルム６の接合部分９以外の部分（非接合部分）の一部との間に位置し、それらを接続している。なお、ここで言う三角形とは、各辺が完全な直線ではなく多少曲線状になっているものや、角部が多少丸みを帯びているものも含む。

本実施形態では、ラミネートフィルム６同士が直接接合されている接合部分９のみならず、その内側に位置する樹脂塊１０も、ラミネートフィルム６同士の接合および外装容器の封止に寄与する。そのため、外装容器の封止性が向上する。また、樹脂塊１０を利用して外装容器の封止性を確保しつつ、接合部分９を比較的小さく形成することが可能であり、電気化学デバイスの小型化の妨げにならない。さらに、本実施形態の樹脂塊１０は三角形状の断面形状を有しており構造的な強度が高く損傷しにくいため、経時的な封止性の低下や電気的短絡を生じる危険性が小さい。

［第２の実施形態］
図１Ａ，１Ｂに示すような構成の二次電池１等の電気化学デバイスに適用される、本発明の第２の実施形態について、図３Ａ，３Ｂを参照して説明する。本実施形態のラミネートフィルム６は、第１の実施形態と同様な金属箔６ａおよび外側樹脂層６ｃと、３層構造の内側樹脂層６ｂとからなる。この内側樹脂層６ｂは、低流動性樹脂層６ｂ２が１対の高流動性樹脂層６ｂ１に挟まれた構造である。そして、電極組立体４の周縁部の外側において、上方のラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂの高流動性樹脂層６ｂ１と下方のラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂの高流動性樹脂層６ｂ１とが互いに重なり合った状態で、加熱治具（例えば図３Ａに示すシールバー１１）を用いて外側から加熱および加圧されて互いに熱溶着して、接合部分９が形成されている。このようにシールバー１１にを用いてラミネートフィルム６同士が接合される接合部分９の内側（電極組立体４側）に樹脂塊１０が形成されている。樹脂塊１０が形成される位置は、内側樹脂層６ｂの樹脂が溶融する前には内側樹脂層６ｂ同士が直接接触していなかった部分である。すなわち、樹脂塊１０は、接合部分９になる位置でラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂ同士が直接接触した状態でシールバー１１に押圧された際に、上下のラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂがそれぞれ溶融して接合部分９から内側（電極組立体４に向かう方向）に押し出されてはみ出した樹脂が固化したものである。

本実施形態では、上方のラミネートフィルム６と下方のラミネートフィルム６とが、もともとは接触していなかった部分（接合部分９よりも内側（電極組立体４に近い位置）の非接合部分）において、樹脂塊１０を介して接続されている。一例としては、高流動性樹脂層６ｂ１と低流動性樹脂層６ｂ２は同種の樹脂材料（例えばポリプロピレン）からなり、結晶構造の違い等に依って、同一の温度条件の下での流動性が異なっている。ただし、低流動性樹脂層６ｂ２が全く流動しないわけでは無いので、接合部分９からはみ出して樹脂塊１０を構成する樹脂材料には、高流動性樹脂層６ｂ１を構成する樹脂材料のみならず、低流動性樹脂層６ｂ２を構成する樹脂材料も含まれている可能性がある。固化状態では、高流動性樹脂層６ｂ１を構成する樹脂材料と低流動性樹脂層６ｂ２を構成する樹脂材料とが混然としている。すなわち、形成された樹脂塊１０に低流動性樹脂層６ｂ２を構成する樹脂材料が含まれている可能性がある。ラミネートフィルム６同士が接合されるとともに樹脂塊１０が形成されている図３Ｂにおいては、上方のラミネートフィルム６の高流動性樹脂層６ｂ１と下方のラミネートフィルム６の高流動性樹脂層６ｂ１が一体化した状態を示している。

第１の実施形態の樹脂塊１０と同様に、本実施形態の樹脂塊１０は、電極組立体４とラミネートフィルム６同士の接合部分９とを通る断面において、接合部分９側に向かう１つの頂点１０ａを有する三角形状の断面形状を有している。その三角形の１辺である、樹脂塊１０の電極組立体４側の辺１０ｂは実質的に平坦であり、電極組立体４側から樹脂塊１０の内部に食い込む凹状の部分は存在しない。そして、樹脂塊１０と、ラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂ（非接合部分）とはなだらかに連続して繋がっており、その繋ぎ目の部分（接続個所）に大きな凹凸（特に電極組立体４側から樹脂塊１０の内部に食い込む凹状の部分）は生じていない。この接続個所において樹脂塊１０（断面形状の三角形の１辺１０ｂ）とラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂ（非接合部分）との間の角度θは９０度以上（直角または鈍角）である。

［本発明の技術的意義］
樹脂塊１０の技術的意義について以下に説明する。二次電池１等の電気化学デバイスにおいては、外装容器の封止の信頼性を向上させるためにラミネートフィルム６同士の接合強度の向上が望まれる。一方、ラミネートフィルム６同士の接合部分９をあまり大きくして電気化学デバイス全体の大型化を招くことは好ましくない。そのため、ラミネートフィルム６同士の接合部分９の内側（電極組立体４側）に、ラミネートフィルム６同士を繋ぐ樹脂塊１０を形成し、樹脂塊１０がラミネートフィルム６同士の接合に寄与することで、電気化学デバイスを大型化することなく接合強度を高めた構成がある（特許文献３）。しかし、樹脂塊１０が形成された外装容器において、電気的短絡や電解液の漏れ等の問題が生じることがある。本発明者は、このような電気的短絡や電解液の漏れ等の問題について検討し、樹脂塊１０にクラックが生じることに起因して前述した発生する場合があることを見出した。

本発明者の検討の結果、図４Ａ，４Ｂに示すような関連技術において樹脂塊１０に特にクラックが生じやすいのは、樹脂塊１０とラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂ（非接合部分）との繋ぎ目の部分（接続個所）であることを見出した。すなわち、樹脂塊１０と内側樹脂層６ｂとの接続個所において、電極組立体４の収容部から接合部分９に向かう方向に食い込む凹状部分１０ｃが形成されていると、その凹状部分１０ｃを起点としてクラックが生じ易い。言い換えると、接続個所において樹脂塊１０とラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂ（非接合部分）との間の角度θが９０度未満（鋭角）である場合に、クラックが生じ易い。

このように本発明者が見出した傾向に基づいて、本発明では、図２Ｂ，３Ｂに示すように、前述した接続個所において、樹脂塊１０とラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂ（非接合部分）とがなだらかに連続して繋がるようにして、樹脂塊１０とラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂ（非接合部分）との間の角度θが９０度以上（直角または鈍角）になるように、樹脂塊１０を形成している。この場合、接続個所に大きな凹凸は生じていない。さらに、樹脂塊１０の断面形状である三角形の電極組立体４側の辺１０ｂが実質的に平坦であり、明確な凹凸形状が存在しない構成であると、特に好ましい。このような構成であると、前述したように、ラミネートフィルム６同士が直接接合されている接合部分９と、その内側の樹脂塊１０とを用いて、外装容器の強固な封止を行うことができる。しかも、樹脂塊１０自体、または樹脂塊１０とラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂ（非接合部分）との繋ぎ目の部分（接続個所）にクラック等の損傷が生じにくい。従って、経時的な外装容器の封止性の低下や、損傷部分を介する電気的短絡の発生を抑えることができる。

ラミネートフィルム６同士を良好に接続するための条件の１つとして、上方と下方のラミネートフィルム６のそれぞれの内側樹脂層６ｂの厚さが８０％程度になるように、加圧しながら加熱して内側樹脂層６ｂを熱溶着させることが好ましいことが知られている。その際に、前述した構成（断面が三角形状の樹脂塊１０とラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂ（非接合部分）とがなだらかに連続して繋がり、樹脂塊１０と内側樹脂層６ｂとの間の角度θが９０度以上（直角または鈍角）であり、接続個所に大きな凹凸は生じていない構成）を実現するために、各ラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂをそれぞれ多層構造にすることが有効であることを本発明者は見出した。具体的には、各ラミネートフィルム６が、通常の溶融しやすい樹脂層（高流動性樹脂層）６ｂ１と、高流動性樹脂層６ｂ１と比べて相対的に流動しにくい低流動性樹脂層６ｂ２とが積層された多層構造の内側樹脂層６ｂを含む構成であると、内側樹脂層６ｂ同士の強固な熱溶着が可能であるとともに、接合部分の内側への樹脂の過剰なはみ出しが抑えられ、形成される樹脂塊の形状をある程度制御できる。

図４Ａに示す関連技術のように、３層構造のラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂが単層の高流動性樹脂層である場合には、接合部分９の内側にはみ出す樹脂の量が過剰であり、はみ出した樹脂からなる樹脂塊１０の形状をあまり制御できない。その結果、図４Ｂに示すように接合部分９の内側に向かって凸状の樹脂塊１０が形成される。そして、樹脂塊１０と内側樹脂層６ｂとの接続個所において、樹脂塊１０と内側樹脂層６ｂの間の角度θが９０度未満（鋭角）であって、樹脂塊１０の内部に食い込む凹状部分１０ｃが生じる。このような構成では、長期間の使用の間に、凹状部分１０ｃが起点となってクラックが生じ易い。ラミネートフィルム６にクラックが発生することに伴う封止性の低下に加えて、クラックから電解液が浸入すること等が原因で電気的短絡が生じるおそれがある。それに対して、図２Ｂ，３Ｂに示すように、内側樹脂層６ｂ中に低流動性樹脂層６ｂ２が含まれていると、前述したように上方と下方のラミネートフィルム６のそれぞれの内側樹脂層６ｂの厚さが８０％程度になるように加圧しながら加熱する際に、接合部分９の内側にはみ出す樹脂の量をある程度抑えることができ、はみ出した樹脂からなる樹脂塊１０の形状を制御できる。その結果、前述したような適切な形状の樹脂塊１０を形成でき、封止性の低下や電気的短絡の発生を抑えることができる。

なお、前述した第１の実施形態では、高流動性樹脂層６ｂ１と低流動性樹脂層６ｂ２とからなる２層構造の内側樹脂層６ｂを含むラミネートフィルム６を用いている。また、第２の実施形態では、１対の高流動性樹脂層６ｂ１とそれらの間に挟まれる低流動性樹脂層６ｂ２とからなる３層構造の内側樹脂層６ｂを含むラミネートフィルム６を用いている。ただし、本発明はこれらの構成に限定されない。少なくとも１層の高流動性樹脂層６ｂ１と少なくとも１層の低流動性樹脂層６ｂ２とを含む４層以上の内側樹脂層６ｂを含むラミネートフィルム６を用いてもよい。また、上記の説明および図面では省略しているが、内側樹脂層６ｂ内の各層を接着するための接着層が各層の間に介在している場合もある。その場合であっても、少なくとも１層の高流動性樹脂層６ｂ１と少なくとも１層の低流動性樹脂層６ｂ２とを含む多層構造の内側樹脂層６ｂを含むラミネートフィルム６を用いて、本発明の効果を奏する電気化学デバイスを製造することが可能である。前述したように高流動性樹脂層６ｂ１と低流動性樹脂層６ｂ２は同種の材料からなり、結晶構造の違い等に基づいて流動性が異なっていてもよい。しかし、これらの構成の変形例として、高流動性樹脂層６ｂ１と低流動性樹脂層６ｂ２が、流動性が異なる異種の材料から形成されていてもよい。

本実施形態の二次電池において、正極活物質層１ｂを構成する活物質としては、例えばＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_２、Ｌｉ_２ＭＯ_３－ＬｉＭＯ_２、ＬｉＮｉ_1/3Ｃｏ_1/3Ｍｎ_1/3Ｏ_２などの層状酸化物系材料や、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのスピネル系材料、ＬｉＭＰＯ_４などのオリビン系材料、Ｌｉ_２ＭＰＯ_４Ｆ、Ｌｉ_２ＭＳｉＯ_４Ｆなどのフッ化オリビン系材料、Ｖ_２Ｏ_５などの酸化バナジウム系材料などが挙げられる。各正極活物質において、これらの活物質を構成する元素の一部が他の元素で置換されていてもよく、また、Ｌｉが過剰組成となっていてもよい。そして、これらの活物質のうちの１種、または２種以上の混合物を使用することができる。

負極活物質層２ｂを構成する活物質としては、黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンなどの炭素材料や、リチウム金属材料、シリコンやスズなどの合金系材料、Ｎｂ_２Ｏ_５やＴｉＯ_２などの酸化物系材料、あるいはこれらの複合物を用いることができる。

正極活物質層１ｂおよび負極活物質層２ｂを構成する活物質合剤は、前述したそれぞれの活物質に、結着剤や導電助剤等が適宜加えられたものである。導電助剤としては、カーボンブラック、炭素繊維、または黒鉛などのうちの１種、または２種以上の組み合せを用いることができる。また、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、変性アクリロニトリルゴム粒子などを用いることができる。

正極活物質層１ｂと負極活物質層２ｂのいずれにおいても、例えば製造上のばらつきや層形成能力に起因する不可避な各層の傾斜や凹凸や丸み等が生じていても構わない。

正極集電体１ａとしては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金等を用いることができ、特にアルミニウムが好ましい。負極集電体２ａとしては、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金を用いることができる。

電解液５としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類や、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等の鎖状カーボネート類や、脂肪族カルボン酸エステル類や、γ－ブチロラクトン等のγ－ラクトン類や、鎖状エーテル類、環状エーテル類、などの有機溶媒のうちの１種、または２種以上の混合物を使用することができる。さらに、これらの有機溶媒にリチウム塩を溶解させることができる。

セパレータ３は主に樹脂製の多孔膜、織布、不織布等からなり、その樹脂成分として、例えばポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ナイロン樹脂、アラミド樹脂（芳香族ポリアミド樹脂）、またはポリイミド樹脂等を用いることができる。特にポリオレフィン系の微多孔膜は、イオン透過性と、正極と負極とを物理的に隔離する性能に優れているため好ましい。また、必要に応じて、セパレータ３には無機物粒子を含む層を形成してもよい。無機物粒子としては、絶縁性の酸化物、窒化物、硫化物、炭化物などを挙げることができ、なかでもＴｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３を含むことが好ましい。

正極端子７としては、アルミニウムやアルミニウム合金で構成されたものを用いることができる。負極端子８としては、銅や銅合金、あるいはそれらにニッケルメッキを施したものや、ニッケルなどを用いることができる。それぞれの端子７，８の他端部側は外装容器の外部に引き出される。それぞれの端子７，８の、外装容器の外周部分の熱溶着される部分に対応する箇所には、熱融着性の樹脂（シーラント１２）を予め設けておくことができる。

［電気化学デバイスの製造方法］
本発明の電気化学デバイスの製造方法について説明する。まず、前述したように、正極１と負極２とをセパレータ３を介して重ね合わせて電極組立体４を形成する。そして、電極組立体４を、積層方向における一方の側（図１Ｂの上方）と、他方の側（図１Ｂの下方）からそれぞれラミネートフィルム６で覆い、電極組立体４を包囲したラミネートフィルム６の外周部同士を互いに重ね合わせる。そこで、電極組立体４の周縁部の外側で重なり合うラミネートフィルム６の外周部同士を、一部を除いて、シールバー１１等を用いて加熱および加圧して熱溶着させる。その後に、重なり合うラミネートフィルム６の外周部の、加熱および加圧を行わずに熱溶着させなかった部分を注入口として、ラミネートフィルム６で包囲された空間内に電解液５を注入する。電解液を注入した後に、注入口において、ラミネートフィルム６の外周部を、シールバー１１等を用いて加熱および加圧して熱溶着させる。このようにして、内部に電極組立体４と電解液５が収容され、ラミネートフィルム６の外周部全体が熱溶着されて封止された外装容器が完成し、電気化学デバイスが製造される。

本発明者は、前述した電気化学デバイスの製造方法において、ラミネートフィルム６の外周部を加熱および加圧する際の溶着時間および溶着温度について検討した。その結果を表１に示している。

この表１を見ると、前述したように、ラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂが高流動性樹脂層６ｂ１と低流動性樹脂層６ｂ２とを含む多層構造である場合に、１９５℃～２００℃の温度で６～７秒間加熱することで、前述したような好ましい断面三角形の樹脂塊１０を形成できることが判った。特に、経時的な絶縁不良が発生する可能性が低く、電気的短絡の発生を抑制するという点で優れた効果を発揮することができた。この実験において形成された樹脂塊の一例の具体的な形状を図５Ａに示している。図５Ａでは内側樹脂層６ｂについて詳細に示されていないが、図３Ａ，３Ｂと同じ３層構造の内側樹脂層６ｂを用いている。このように１９５℃～２００℃の温度で６～７秒間加熱するという条件で外装容器のラミネートフィルム６を熱溶着することで、図５Ａに示す樹脂塊１０を有し本発明の優れた効果を奏することができる電気化学デバイスを容易に製造できる。

一方、ラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂが高流動性樹脂層のみからなる単層構造である場合に、２００℃の温度で７秒間加熱することで溶着を行った結果を表２に示している。

この比較例では、図５Ｂに示すように、接合部分９から内側に向かって凸状の半円形の断面形状を有する樹脂塊１０が形成される。そして、表２に示すように樹脂残存率が低く、あまり良好で無い溶着状態になった。また、絶縁不良が発生する可能性が高かった。なお、ラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｂが結晶構造の違いがない複数の層からなる構造である場合にも、表２に示す例と同様に、樹脂塊の形状があまり好ましくなく、溶着状態があまり良好でなかった。

以上説明したように、本発明によると、外装容器を構成するラミネートフィルム６の損傷を抑え、電気的短絡を引き起こすことが抑制できる。そして、良好な外装容器を安定して形成でき、ひいては、高性能の電気化学デバイス１００を容易に効率良く製造できる。

前述した実施形態では、複数の正極１と複数の負極２がセパレータ３を介して交互に繰り返し積層された電極組立体４を有している。しかし、１枚のみの正極１と１枚のみの負極２がセパレータ３を介して重なり合う電極組立体４を有する構成にも本発明を採用可能である。また、電極組立体４および外装容器の同じ辺から正極端子７と負極端子８が並んで延出している構成に限られず、正極端子７と負極端子８が電極組立体４および外装容器のそれぞれ異なる辺から外部に延出していてもよい。さらに、１枚の長尺の正極１と１枚の長尺の負極２をセパレータ３を介して重ね合わせた状態で巻回した巻回体を、電極組立体４として用いることもできる。

また、本発明を採用したリチウムイオン二次電池について説明したが、リチウムイオン電池以外の二次電池や、キャパシタ（コンデンサ）等の電池以外の電気化学デバイスの製造方法に本発明を適用しても有効である。

１正極
２負極
３セパレータ
４電極組立体
５電解液
６ラミネートフィルム
６ａ金属箔
６ｂ内側樹脂層
６ｂ１高流動性樹脂層
６ｂ２低流動性樹脂層
６ｃ外側樹脂層
７正極端子
８負極端子
９接合部分
１０樹脂塊
１００リチウムイオン二次電池（電気化学デバイス）

Claims

正極と負極がセパレータを介して重なり合う電極組立体と、ラミネートフィルムからなり前記電極組立体を収容する外装容器とを有し、
前記ラミネートフィルムは内側樹脂層を含み、前記内側樹脂層は、高流動性樹脂層と、前記高流動性樹脂層よりも流動性の低い低流動性樹脂層とを含む多層構造であり、
前記外装容器は、前記高流動性樹脂層同士が対向する状態で前記電極組立体を挟み込んだ前記ラミネートフィルムの外周部同士が互いに接合されて構成されており、
前記ラミネートフィルムの外周部同士の接合部分よりも、前記外装容器に収容されている前記電極組立体に近い位置に、前記ラミネートフィルム同士を接続する樹脂塊が形成されており、
前記樹脂塊の、前記電極組立体および前記接合部分を通る切断線に沿う断面が、前記ラミネートフィルムの前記接合部分側に１つの頂点を有する三角形状であり、
前記接合部分において、前記ラミネートフィルムの前記内側樹脂層の前記高流動性樹脂層同士が対向する状態で互いに接合された積層構造が構成されており、
前記接合部分における接合前の前記内側樹脂層の樹脂量に対する接合後の前記内側樹脂層の樹脂量が８５％以上９３．１％未満であり、
前記ラミネートフィルムの外周部同士の前記接合部分では、前記低流動性樹脂層、前記高流動性樹脂層、前記低流動性樹脂層がこの順番に重なり合っている、電気化学デバイス。
前記ラミネートフィルムは、金属箔と、前記金属箔の一方の面に積層された前記内側樹脂層と、前記金属箔の他方の面に積層された外側樹脂層とを含む、請求項１に記載の電気化学デバイス。
前記樹脂塊の断面形状の前記三角形の、前記外装容器に収容されている前記電極組立体側の辺は、前記電極組立体側から前記樹脂塊の内部に食い込む凹状部分を有していない平坦な辺である、請求項１または２に記載の電気化学デバイス。
前記樹脂塊と前記ラミネートフィルムの前記内側樹脂層との間の角度は９０度以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
前記樹脂塊と前記ラミネートフィルムの前記内側樹脂層との接続個所に、前記電極組立体側から前記樹脂塊の内部に食い込む凹状部分が生じることなく、前記樹脂塊と前記ラミネートフィルムの前記内側樹脂層が連続的に繋がっている、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
前記接合部分は、前記ラミネートフィルムの前記内側樹脂層同士が直接接触した状態で溶着されて接合されている部分であり、前記樹脂塊は前記接合部分と連続して形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。