WO2010125867A1 - 電気化学デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】集電体当たりの取得容量が大きく、内部抵抗が低く、かつ組み立てが容易な電気化学デバイスを提供する。【解決手段】幅方向に互いに離間して配列された複数の正極１１Ａに対し、第１の集電体本体１２ａ１同士が連結され互いに隣接する第１の集電体１２ａ，１２ａ間と、第１のタブ部１２ａ２同士が連結され互いに隣接する第１の集電体１２ａ，１２ａ間とに、負極連続体１１ＢＷをそれぞれ架設するように挿入してシート積層体１６Ｓを準備し、シート積層体の負極連続体を素子単位の幅寸法に切断して複数の積層体１６を得る。

Description

電気化学デバイスおよびその製造方法
本発明は、正極と負極とがセパレータを間に挟んで交互に積層された積層素子を備えた電気化学デバイスに関する。
近年、携帯型電話機やノート型パーソナルコンピュータ等の携帯型の電子機器に用いることができる小型で大容量の電気化学デバイスが注目されている。このような電気化学デバイスとしては、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等が知られている。　
このような電気化学デバイスとして、例えば特開平６－１７６９７９号公報（特許文献１）では、小型で軽量であるという特長を損なうことなく、容量の増大を図った固体電解コンデンサが提案されている。特許文献１に開示されているコンデンサ素子１２０は、図７に示されるように、複数に区画された小領域を単位として酸化皮膜層１０４及び固体電解質層１０６が形成された陽極体１０２と、導体１１２の表面を絶縁層１１４で被覆して可撓性を備え、固体電解質層１０６に重ね合わせる部分に導体１１２を露出させた配線導体１１０とを備える。このコンデンサ素子１２０は、陽極体１０２を折り畳んで形成した固体電解質層１０６間に配線導体１１０を挟み込み、露出させた導体１１２と固体電解質層１０６とを導電体１１８を介して電気的に接続して構成される。このコンデンサ素子１２０は、折り畳まれた配線導体の一端が引出端子として用いられるので、内部抵抗が大きい。　
特開平９－７８９３号公報（特許文献２）には、静電容量が大きく、かつ内部抵抗の低い電気二重層キャパシタが提案されている。この電気二重層キャパシタは、図８に示されるように、２枚の帯状の導電体２１９ａ，２１９ｂが交互に重なるように折り畳まれてなる一対の集電体、集電体の積層面に形成された分極性電極２１２、および隣接する分極性電極２１２間に配されたセパレータ２０３からなる素子を具備する。この構造の電気二重層キャパシタは、素子毎に積層する工程が必要であり、大量生産に不向きである。　
特開２００２－１５７９９７号公報（特許文献３）には、簡単な工程で製造できる折り畳み型のリチウムイオン電池及びその製造方法が提案されている。この特許文献３に記載の製造方法においては、図９に示されるように、長尺の負極集電体の両面に設けられた帯状未塗工部３０７に活物質３０４を塗工して負極シート３０１が作成される。その両面には、セパレータ３０９が接着剤を介して積層され、さらにその上に負極の帯状未塗工部３０７より幅広の活物質の帯状未塗工部３０８が設けられた短冊状の正極シート３０２が接着剤を介して積層される。また、負極の活物質塗工端部は、正極の活物質未塗工の部分に張り出すように位置付けられて積層される。続いて、隣接する正極シート３０２の間３１３を切断して正負の電極ターミナルを取り付け、帯状未塗工部３０７，３０８において折り畳むことで、折り畳み型リチウム電池が作成される。この特許文献３の製造方法においては、得られる電池の集電体当りの取得容量が小さいので、大きな容量を取得するためには積層数を多くする必要があり、その結果、薄型化が難しい。また、内部抵抗が大きい。
特開平６－１７６９７９号公報 特開平９－７８９３号公報 特開２００２－１５７９９７号公報
上記従来の電気化学デバイスは、いずれも、（１）集電体当たりの取得容量が大きく、（２）内部抵抗が小さく、（３）組み立てが容易という３つの要請を同時に満足するものではなかった。本発明は、集電体当たりの取得容量が大きく、内部抵抗が小さく、かつ組み立てが容易な電気化学デバイスを提供することを目的とする。また、本発明は、上記の電気化学デバイスを効率よく安定して生産することが可能な製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明の一実施形態における電気化学デバイスは、正極と負極とがセパレータを間に挟んで交互に積層された積層体からなる素子を備える。前記正極は、幅寸法ＸＡ、長さ寸法ＹＡの四角形の板状の第１の集電体本体と、該第１の集電体本体の幅方向の一辺に突設され前記第１の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法の第１のタブ部と、を有する複数の第１の集電体と、前記第１の集電体本体の少なくとも一方の主面に形成された第１の活物質層と、を有し、前記複数の第１の集電体は、第１の集電体本体同士が該集電体本体の幅方向の辺で、また第１のタブ部同士が該タブ部の幅方向の辺で、長さ方向に交互に連結されるとともに、前記第１の集電体本体の幅方向の辺で谷折り、タブ部の幅方向の辺で山折りすることにより折り重ねられ、前記第１のタブ部同士が重ね合わされて導電接続されている。　また、前記負極は、前記第１の集電体本体の幅寸法ＸＡより大きな幅寸法ＸＢと、長さ寸法ＹＢとを有する四角形の板状の第２の集電体本体と、該第２の集電体本体の幅方向の一辺に突設され前記第２の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法の第２のタブ部と、を有する複数の第２の集電体と、該第２の集電体本体の両主面にそれぞれ形成された第２の活物質層と、を有し、前記第２の集電体が、前記第１の集電体本体同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間と、第１のタブ部同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間とに、第２のタブ部が露出するように、それぞれ配設され、第２のタブ部同士が重ね合わされて導電接続されている。　また、前記セパレータは、前記第２の集電体本体の幅寸法ＸＢと同一の幅寸法ＸＣと、前記第２の集電体本体の長さ寸法ＹＢの２倍以上の長さ寸法ＹＣとを有し、前記長さ寸法ＹＣのほぼ中央で二つ折りにされて前記負極の集電体本体の幅方向の他辺側を包むように正極と負極との間に配設されている。　
また、本発明の一実施形態における電気化学デバイスは、さらに、前記正極の第１のタブ部の基端側の表面を被覆する絶縁層を有することができる。また、本発明の一実施形態における電気化学デバイスは、正極と負極との間にセパレータを介在させて構成され、前記正極は、それぞれが、活物質層を少なくとも一方の面に有する矩形板状の正極集電体本体部と当該正極集電体本体部の１辺の一部に形成された正極タブとを含む第１正極集電体、第２正極集電体、及び第３正極集電体を有し、前記第２正極集電体は、前記第１正極集電体とそれぞれの正極タブを介して電気的に接続され、その正極集電体本体が前記第１正極集電体の正極集電体本体の裏面と対向するように配置されており、前記第３正極集電体は、前記第１正極集電体とそれぞれの正極集電体本体部の正極タブが形成された１辺と対向する辺を介して電気的に接続され、その正極集電体本体が前記第１正極集電体の正極集電体本体の表面と対向するように配置されており、前記負極は、それぞれが、活物質層を両面に有する矩形板状の負極集電体本体部と該当該負極集電体本体部の１辺の一部に形成された負極タブとを含む第１負極集電体、及び第２負極集電体を有し、前記第１負極集電体は、前記第１正極集電体と前記第２正極集電体との間に配置され、前記第２負極集電体は、前記第１正極集電体と前記第３正極集電体との間に配置されるとともに、前記第１負極集電体とそれぞれの負極タブを介して電気的に接続され、前記セパレータは、前記第１負極集電体の負極集電体本体部の表面を覆う第１シート部と、裏面を覆う第２シート部と、当該第１シート部と第２シート部とを連絡する連絡部とを有する第１セパレータと、前記第２負極集電体の負極集電体本体部の表面を覆う第１シート部と、裏面を覆う第２シート部と、当該第１シート部と第２シート部とを連絡する連絡部とを有する第２セパレータと、を含んで構成される。　
また、本発明の一実施形態における電気化学デバイスの製造方法は、両主面に第１の活物質層が形成され幅寸法ＸＡ，長さ寸法ＹＡの四角形の板状の第１の集電体本体と該第１の集電体本体の幅方向の一辺に突設され該第１の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法の第１のタブ部とを有する第１の集電体が、第１の集電体本体同士、第１のタブ部同士が長さ方向に交互に複数連結された正極シートを準備する工程と、正極シートを第１の集電体本体同士の連結部で谷折り、第１のタブ部同士の連結部で山折りして折り重ねることにより正極を得る工程と、両主面に第２の活物質層が形成され前記第１の集電体本体の幅寸法より大きな幅寸法ＸＢと、長さ寸法ＹＢとを有する四角形の板状の第２の集電体本体と該第２の集電体本体の幅方向の一辺に突設され前記第２の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法の第２のタブ部とを有する第２の集電体が幅方向に複数連続する負極シートを準備する工程と、前記第２の集電体本体の幅寸法ＸＢと同一の幅寸法ＸＣと、該第２の集電体本体の長さ寸法の２倍以上の長さ寸法ＹＣとを有するセパレータが幅方向に複数連続するセパレータシートを準備する工程と、負極シートを間に挟んでセパレータシートを長さ方向に２つ折りすることにより負極連続体を得る工程と、幅方向に互いに離間して配列された複数の正極に対し、第１の集電体本体同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間と、第１のタブ部同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間とに、負極連続体をそれぞれ架設するように挿入してシート積層体を得る工程と、シート積層体の正極の第１のタブ部同士、負極の第２のタブ部同士を、それぞれ導電接続する工程と、シート積層体の負極連続体を素子単位の幅寸法に切断して素子単位の複数の積層体を得る工程と、積層体を電解液とともにパッケージ内に封止する工程と、を有する。　
また、本発明の一実施形態における電気化学デバイスの製造方法は、負極連続体を得る工程において、前記セパレータシートと前記負極シートとを相互に固着することができる。　
また、本発明の一実施形態における電気化学デバイスの製造方法は、タブ部と引出導体との導電接続を、タブ部同士の導電接続と同時に行なうことができる。　
本発明の一実施形態における電気化学デバイスによれば、第１の集電体本体の幅方向の辺で谷折り、第１のタブ部の幅方向の辺で山折りされて折り重ねられた正極に対し、第１の集電体本体同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間と、第１のタブ同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間とに、第２のタブ部が露出するようにそれぞれ負極の集電体が配設されるとともに、長さ寸法のほぼ中央で二つ折りにされたセパレータが負極の集電体本体を包むように正極と負極との間に配設されている。このため、積層された複数の集電体の両主面が、積層体の両外側を除いて、静電容量の取得に寄与する。例えば、第１の集電体が第１の集電体本体の幅方向の辺により接続されているので、当該接続位置も静電容量の取得に寄与する。これにより、集電体当りの取得容量を大きくすることができ、薄型で取得容量が大きな電気化学デバイスを提供することができる。また、正極は第１の集電体本体の幅方向の辺で谷折り、第１のタブ部の幅方向の辺で山折りされて折り重ねられているので、集電体の表面が酸化されても内部抵抗の増加が抑制される。また正極の第１の集電体本体の幅寸法ＸＡに対して、負極の第２の集電体本体の幅寸法ＸＢが大きいので、正極の非対向部分に起因するガスの発生を抑制することができる。　
また、本発明の一実施形態における電気化学デバイスによれば、正極の第１のタブ部の基端側の表面を被覆する絶縁層を有するので、正極と負極との誤接触の発生を防止することができる。　
本発明の一実施形態における電気化学デバイスの製造方法によれば、両主面に第１の活物質層が形成され幅寸法ＸＡ，長さ寸法ＹＡの四角形の板状の第１の集電体本体と該第１の集電体本体の幅方向の一辺に突設され該第１の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法の第１のタブ部とを有する第１の集電体が、第１の集電体本体同士、第１のタブ部同士が長さ方向に交互に複数連
結された正極シートを準備し、正極シートを第１の集電体本体同士の連結部で谷折り、第１のタブ部同士の連結部で山折りして折り重ねることにより正極を得る。また、両主面に第２の活物質層が形成され前記第１の集電体本体の幅寸法より大きな幅寸法ＸＢと、長さ寸法ＹＢとを有する四角形の板状の第２の集電体本体と該第２の集電体本体の幅方向の一辺に突設され前記第２の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法の第２のタブ部とを有する第２の集電体が幅方向に複数連続する負極シートを準備する。また、前記第２の集電体本体の幅寸法ＸＢと同一の幅寸法ＸＣと、該第２の集電体本体の長さ寸法の２倍以上の長さ寸法ＹＣとを有するセパレータが幅方向に複数連続するセパレータシートを準備する。次に、負極シートを間に挟んでセパレータシートを長さ方向に２つ折りすることにより負極連続体を得る。次に、幅方向に互いに離間して配列された複数の正極に対し、第１の集電体本体同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間と、第１のタブ部同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間とに、負極連続体をそれぞれ架設するように挿入してシート積層体を得る。次に、シート積層体の正極の第１のタブ部同士、負極の第２のタブ部同士を、それぞれ導電接続する。次に、シート積層体の負極連続体を素子単位の幅寸法に切断して素子単位の複数の積層体を得る。次に、積層体を電解液とともにパッケージ内に封止する。このため、集電体当りの取得容量が大きな電気化学デバイスを効率よく安定生産することができる。　
本発明の一実施形態における電気化学デバイスの製造方法によれば、前記負極連続体を得る工程において、前記セパレータシートと前記負極シートとを相互に固着するので、シート積層体を準備する際に、負極連続体におけるセパレータシートと負極シートとの位置ズレや負極シートの抜け落ちの発生を防止でき、組み立て作業を安定して効率良く行うことができる。　
本発明の一実施形態における電気化学デバイスの製造方法によれば、前記タブ部と引出導体との導電接続を、タブ部同士の導電接続と同時に行なうので、組立時の工数を削減してリードタイムを短縮することができる。
本発明の一実施態様における電気化学デバイスによれば、集電体当りの取得容量を大きくすることができ、薄型で容量が大きな電気化学デバイスを提供することができるという利点がある。　また、本発明の一実施態様における電気化学デバイスの製造方法によれば、集電体当りの取得容量が大きな電気化学デバイスを効率よく安定生産することができるという利点がある。
本発明の一実施態様における電気化学デバイスのパッケージの内部を透視した模式図である。 本発明の一実施態様における電気化学デバイスの内部構造を示す図であり、図２（Ａ）は上記図１のＡ－Ａ線における断面の模式図、図２（Ｂ）は上記図１のＢ－Ｂ線における断面の模式図である。 本発明の一実施態様における電気化学デバイスの製造方法において、正極を得る工程を示す図であり、図３（Ａ）は正極シートを示す斜視図、図３（Ｂ）は正極を示す分解斜視図である。 本発明の一実施態様における電気化学デバイスの製造方法において、負極連続体を得る工程を示す図であり、図４（Ａ）は負極連続体を構成する負極シートとセパレータシートを示す斜視図、図４(Ｂ)は負極連続体を示す斜視図である。 本発明の一実施態様における電気化学デバイスの製造方法において、シート積層体を得る工程を示す斜視図である。 本発明の一実施態様における電気化学デバイスのシート積層体を示す分解斜視図である。 背景技術の一例を示す図である。 背景技術の他の例を示す図である。 背景技術の他の例を示す図である。
以下、本発明の電気化学デバイスの様々な実施形態について、図１ないし図６を参照して説明する。　
一実施形態における電気化学デバイス１０は、正極１１Ａと負極１１Ｂとがセパレータ１５を介在させて交互に積層された積層体１６からなる素子を備えている。正極１１Ａは、幅寸法ＸＡ、長さ寸法ＹＡの四角形の板状の第１の集電体本体１２ａ１（本明細書又は請求の範囲において、第１の集電体本体を「正極集電体本体」と称することがある））、第１の集電体本体１２ａ１の幅方向の一辺に突設され第１の集電体本体１２ａ１の幅寸法ＸＡより小さい幅寸法の第１のタブ部１２ａ２（本明細書又は請求の範囲において、第１のタブ部を「正極タブ」と称することがある））をそれぞれ有する複数の第１の集電体１２ａ（本明細書又は請求の範囲において、第１の集電体を「正極集電体」と称することがある）、及び第１の集電体本体１２ａ１の主面の表側と裏側の少なくとも一方に形成された第１の活物質層１３ａを有する。正極１１Ａは、複数（例えば３つ）の第１の集電体１２ａを長さ方向に交互に連結して構成される。一例として、正極１１Ａは、複数の第１の集電体１２ａを第１の集電体本体１２ａ１の幅方向の辺Ｆ１で連結し、さらに、このように連結された第１の集電体１２ａの一方の第１のタブ部１２ａ２を他の集電体１２ａの第１のタブ部１２ａ２とその幅方向の辺Ｆ２で連結して構成される。このように構成された正極１１Ａは、図３（Ｂ）に示されるように、第１の集電体本体１２ａ１の幅方向の辺Ｆ１で谷折り、タブ部１２ａ２の幅方向の辺Ｆ２で山折りすることにより折り重ねられ、対向する第１のタブ部１２ａ２同士が導電接続される。また、負極１１Ｂは、第１の集電体本体１２ａ１の幅寸法ＸＡより大きな幅寸法ＸＢと長さ寸法ＹＢとを有する四角形の板状の第２の集電体本体１２ｂ１（本明細書又は請求の範囲において、第２の集電体本体を「負極集電体本体」と称することがある）及び第２の集電体本体１２ｂ１の幅方向の一辺に突設された第２の集電体本体１２ｂ１の幅寸法より小さい幅寸法を有する第２のタブ部１２ｂ２（本明細書又は請求の範囲において、第２のタブ部を「負極タブ」と称することがある）を含む複数の第２の集電体１２ｂ（本明細書又は請求の範囲において、第２の集電体を「負極集電体」と称することがある）並びに第２の集電体本体１２ｂ１の両主面にそれぞれ形成された第２の活物質層１３ｂを有する。１つの負極１１Ｂは、辺Ｆ１で連結された第１の集電体１２ａの間に第２のタブ部１２ｂ２が露出するように挿入され、他の負極１１Ｂは、辺Ｆ２で連結された第１の集電体１２ａの間に第２のタブ部１２ｂ２が露出するように挿入され、対向する第２のタブ部１２ｂ２同士が導電接続される。セパレータ１５は、幅寸法が第２の集電体本体１２ｂ１の幅寸法ＸＢと同一であり、長さ寸法が第２の集電体本体１２ｂ１の長さ寸法ＹＢの２倍以上である矩形部材を、長さ寸法ＹＣのほぼ中央で二つ折りにして構成される。この二つ折りにされたセパレータ１５は、負極１１Ｂの集電体本体１２ｂ１を包むように正極１１Ａと負極１１Ｂとの間に配設される。つまり、セパレータ１５は、負極１１Ｂの集電体本体１２ｂ１の表面を覆うシート状部材と裏面を覆うシート状部材と、これらのシート状部材同士を連絡する連絡部とを有する。　
また、電気化学デバイス１０は、正極１１Ａの第１のタブ部１２ａ２の基端側の表面を被覆する絶縁層１４ａと、負極１１Ｂの第２のタブ部１２ｂ２の基端側の表面を被覆する絶縁層１４ｂとを有する。　
次に、本発明の一実施形態における電気化学デバイスの製造方法について、図１～図５を参照して説明する。一実施形態における電気化学デバイスの製造方法は、まず、図３（Ａ）に示すように、主面の表側と裏側の少なくとも一方に第１の活物質層１３ａが形成され幅寸法ＸＡ，長さ寸法ＹＡの四角形の板状に形成された第１の集電体本体１２ａ１と、第１の集電体本体１２ａ１の幅方向の一辺に突設され第１の集電体本体１２ａ１の幅寸法より小さい幅寸法を有する第１のタブ部１２ａ２と、を有する第１の集電体１２ａを複数連結して構成される正極シート１１ＡＳを準備する。正極シート１１ＡＳは、例えば、３つの第１の集電体１２ａを長さ方向に連結して構成される。この場合、中央に配置した第１の集電体１２ａの第１の集電体本体１２ａ１を前方に配置した他の第１の集電体１２ａの第１の集電体本体１２ａ１と辺Ｆ１において連結し、さらに、中央に配置した第１の集電体１２ａの第１のタブ部１２ａ２を後方に配置した他の第１の集電体１２ａの第１のタブ部１２ａ２とその幅方向の辺Ｆ２において連結することで構成される。次に、図３（Ｂ）に示すように、正極シート１１ＡＳを中央に配置した第１の集電体１２ａの第１の集電体本体１２ａ１と前方に配置した第１の集電体１２ａの第１の集電体本体１２ａ１との連結部（幅方向の辺Ｆ１）で谷折りにし、中央に配置した第１の集電体１２ａの第１のタブ部１２ａ２と後方に配置した第１の集電体１２ａの第１のタブ部１２ａ２との連結部（幅方向の辺Ｆ２）で山折りして折り重ねることにより正極１１Ａが得られる。また、第２の集電体本体１２ｂ１と第２のタブ部１２ｂ２とを有する第２の集電体１２ｂを、幅方向に連結した負極シート１１ＢＳを準備する。図４（Ａ）に示すように、第２の集電体本体１２ｂ１は、主面の表側と裏側に第２の活物質層１３ｂが形成され、第１の集電体本体１２ａ１の幅寸法ＸＡより大きな幅寸法ＸＢと、長さ寸法ＹＢとを有し、四角形の板状に形成される。第２のタブ部１２ｂ２は、第２の集電体本体１２ａ１の幅方向の一辺に突設され、第２の集電体本体１２ａ１の幅寸法ＸＢより小さい幅寸法を有する。また、第２の集電体本体１２ｂ１の幅寸法ＸＢと同一の幅寸法ＸＣと、第２の集電体本体１２ｂ１の長さ寸法ＹＢの２倍の長さ寸法ＹＣとを有するセパレータ１５を幅方向に複数連結して構成されるセパレータシート１５Ｓを準備する。セパレータシート１５Ｓは、負極シート１１ＢＳを間に挟んで長さ方向に２つ折りされ、図４（Ｂ）に示される負極連続体１１ＢＷが得られる。負極連続体１１ＢＷは複数準備される。次に、負極連続体１１ＢＷは、図５に示すように、幅方向に互いに離間して配列された複数の正極１１Ａと接合され、図６に示すシート積層体１６Ｓが得られる。例えば、１の負極連続体１１ＢＷは、中央に配置した第１の集電体１２ａと前方に配置した第１の集電体１２ａとの間に挿入され、他の負極連続体１１ＢＷは、中央に配置した第１の集電体１２ａと後方に配置した第１の集電体１２ａとの間に挿入される。挿入後に、正極１１Ａの第１のタブ部１２ａ２同士が電気的に接続され、負極１１Ｂの第２のタブ部１２ｂ２同士が電気的に接続される。続いて、シート積層体１６Ｓの負極連続体１１ＢＷを素子単位の幅寸法になるように切断予定線Ｃで切断して複数の積層体１６を得る。最後に、積層体１６を電解液Ｅとともにパッケージ１８内に封止して図２に示される電気化学デバイス１０が得られる。　
また、上述した製造方法においては、負極連続体１１ＢＳを得る工程において、図４（Ｂ）に示すように、セパレータシート１５Ｓと負極シート１１ＢＳとが接着材Ａにより相互に固着しても良い。　
また、上述した製造方法においては、第１のタブ部１１ａ２同士を導電接続する際に、第１のタブ部１２ａ２と引出導体１７ａとの導電接続を同時に行なうようにしても良い。同様に、第２のタブ部１１ｂ２同士を導電接続する際に、第２のタブ部１２ｂ２と引出導体１７ｂとの導電接続を同時に行なうようにしても良い。　
第１の集電体１２ａは、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属を材料とする箔を用いて形成することができる。一実施形態における電気化学デバイス１０がリチウムイオンキャパシタとして用いられる場合には、アルミニウム、ステンレス等の金属を材料とする箔を用いることができる。上記箔の厚さは、例えば１０μｍから５０μｍの範囲にすることができる。第１の集電体本体１２ａ１は、四角形の板状に形成することができる。四角形又は矩形とは、幾何学的に厳密な意味で
の四角形に限られない。例えば、第１の集電体本体１２ａ１には、作業性その他の観点から角部にＲ付けやＣ面を形成することができ、また、各辺に凹部や突部を有することができる。第１のタブ部１２ａ２は、例えば、第１の集電体本体１２ａ１の幅方向の一辺に突設される。　
第２の集電体１２ｂは、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属を材料とする箔を用いて形成することができる。第１の集電体１２ａの材料と第２の集電体１２ｂの材料とは同じであってもよく、異なっていてもよい。電気化学デバイス１０がリチウムイオンキャパシタとして用いられる場合、銅、ニッケル、ステンレス等の金属を材料とする箔を用いることができる。上記箔の厚さは、例えば１０μｍから５０μｍの範囲にすることができる。第２の集電体本体１２ｂ１は、四角形の板状に形成することができる。ここで四角形の板状とは、幾何学的に厳密な意味での四角形に限られない。例えば、第２の集電体本体１２ｂ１は、作業性その他の観点から角部にＲ付けやＣ面を形成することができ、また、各辺に多少の凹部や突部を有することができる。第２のタブ部１２ｂ２は、第２の集電体本体１２ｂ１の幅方向の一辺に突設される。　
第１の活物質層１３ａ及び第２の活物質層１３ｂは、活性炭、ポリアセン、グラファイト等のカーボン系材料、リチウム遷移金属酸化物等を材料とする活物質を含有することができる。一実施形態における電気化学デバイス１０がリチウムイオンキャパシタとして用いられる場合、リチウムイオンおよび／またはアニオンを可逆的に吸蔵できるあらゆる物質を活物質の材料として用いることができ、例えば活性炭、導電性高分子、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であってポリアセン系骨格を有するポリアセン系有機半導体(ＰＡＳ)等を用いることができる。また、ＬｉＣｏＯ２，ＬｉｘＮｉＯ２，ＬｉｘＭｎＯ２，ＬｉｘＦｅＯ２等のＬｉｘＭｙＯｚ（Ｍは１又は複数の金属を示す。）の一般式で表わされるリチウム含有金属酸化物、またはコバルト、マンガン、ニッケル等の繊維金属酸化物を用いることもできる。第１の活物質層１３ａの活物質材料と第２の活物質層１３ｂの活物質材料とは同じであってもよく、異なっていてもよい。一実施形態における電気化学デバイス１０がリチウムイオンキャパシタとして用いられる場合、活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵できるものであれば特に限定されず、例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、活性炭、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であってポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体（ＰＡＳ）等を挙げることができる。上記活物質層は、上記活物質の粉末、バインダおよび必要に応じて導電性粉末を水系または有機系溶媒中に分散させてスラリーとし、このスラリーを集電体に塗布後乾燥させることによって成型することができる。スラリーを予めシート状に成形したものを集電体に貼り付けることによって成形することもできる。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のゴム系バインダ又はポリプロピレン若しくはポリエチレン等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。また、一実施形態における電気化学デバイス１０がリチウムイオンキャパシタとして用いられる場合、バインダとして、ＳＢＲ等のゴム系バインダ、ポリ四フッ化エチレン若しくはポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、又はポリプロピレン若しくはポリエチレン等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。また、上記導電性粉末としては、アセチレンブラック、グラファイト、金属粉末等を用いることができる。上記各活物質層１３ａ又は１３ｂの上記各集電体本体１２ａ１又は１２ｂ１の表面上への形成方法は、例えば塗工法、シート貼り付け法等を用いることができる。　
正極シート１１ＡＳは、第１の集電体１２ａが長さ方向に３つ以上連結して構成することができる。連結数が増すほど、集電体当りの平均取得容量を高めることができる。また、連結数は奇数に限定するものではなく、偶数連結してもよい。また、正極１１Ａは、最も外側に位置する第１の集電体１２ａを除いて、複数の第１の集電体１２ａの集電体本体１２ａ１のそれぞれに第１の活物質層１３ａが形成されるように構成することができる。作業性その他の観点から、複数の第１の集電体１２ａの集電体本体１２ａ１の最も外側の面にも第１の活物質層１３ａを形成してもよい。また、積層体１６を複数組に分割形成する場合等においては、組毎の最外側面の活物質層を省略してもよい。正極１１Ａの折り重ねられた第１の集電体１２ａの集電体本体１２ａ１同士が連結される部分に、作業性その他の観点から、幅方向の一部に連続する１つのスリット又は間欠的に設けられる複数のスリットを形成してもよく、また、溝を形成してもよい。また、正極１１Ａの折り重ねられた第１の集電体１２ａの第１のタブ部１２ａ２同士が連結される部分に、同様に、スリット又は溝を形成してもよい。　
負極シート１１ＢＳは、第２の集電体１２ｂを幅方向に２つ以上連結して構成することができる。連結数が増すほど、組み立て工程当りに得られる積層体１６の数が増加し、一実施形態における電気化学デバイス１０を効率よく生産することができる。また、負極１１Ｂは、第２の集電体１２ｂの集電体本体１２ｂ１の主面の表裏両面にそれぞれ活物質層１３ｂを形成することができる。正極１１Ａの最も外側の面にさらに負極を配置する場合においては、正極と対向する面だけに活物質層を設けたものであってもよい。　
セパレータ１５は、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、セルロース、アラミド樹脂等の材料又はそれらの混合物からなる多孔質体によって形成することができる。一実施形態における電気化学デバイス１０がリチウムイオンキャパシタとして用いられる場合は、セパレータ１５は、セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン等の材料からなる多孔質体によって形成することができる。セパレータ１５の厚さは、例えば２０μｍから５０μｍの範囲にすることができる。また、セパレータシート１５Ｓは、セパレータ１５を幅方向に２つ以上連結して形成することができる。　
負極連続体１１ＢＷは、負極シート１１ＢＳが挟まれたセパレータシート１５Ｓを長さ方向に２つ折りして形成することができる。また、負極シート１１ＢＳとセパレータシート１５Ｓとは、例えば接着剤Ａを用いた接着又は熱を用いた融着等により相互に固着される。　
絶縁層１４ａは、一例として、正極１１Ａの第１のタブ部１２ａ２の基端側の表面を被覆するように形成される。また、絶縁層１４ｂは、一例として、負極１１Ｂの第２のタブ部１２ｂ２の基端側の表面を被覆するように形成される。　
積層体１６は、正極１１Ａと、中央に配置した第１の集電体１２ａと前方に配置され中央に配置した第１の集電体１２ａと辺Ｆ１で連結された第１の集電体１２ａとの間に挿入された１の負極１１Ｂと、中央に配置した第１の集電体１２ａと後方に配置され中央に配置した第１の集電体１２ａと辺Ｆ２で連結された第１の集電体１２ａとの間に挿入された他の負極１１Ｂと、二つ折りにされ正極１１Ａと負極１１Ｂとの間に配設されたセパレータ１５と、を有するように構成することができる。正極１１Ａの折り重ねられた複数の第１の集電体１２ａの最外側にさらにセパレータ１５を介して負極１１Ｂを配設したものであってもよい。　
引出導体１７ａは、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属を材料とする箔から形成することができる。箔の厚さは、例えば２０μｍから２００μｍの範囲である。一例として、正極１１Ａの互いに重ね合わされて導電接続された第１のタブ部１２ａ２と、負極１１Ｂの互いに重ね合わされて導電接続された第２のタブ部と１２ｂ２とに、それぞれ引出導体１７ａ及び１７ｂが導電接続される。上記タブ部１２ａ２及び１２ｂ２と上記引出導体１７ａ及び１７ｂとは、超音波溶接法、抵抗溶接法、レーザー溶接法等の方法を用いて電気的に接続することができる。　
パッケージ１８は、例えば金属箔がラミネートされた合成樹脂フィルムなどを用いて形成することができる。金属箔は、アルミニウム等を用いて形成することができる。合成樹脂フィルムは、例えばポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂、又はこれらの積層物（例えば、ナイロンをベース材とし、シーラントとしてポリプロピレンを積層させた積層物）を用い、例えば二つ折りにして重ね合わせた辺をヒートシールにより融着することにより形成することができる。　
電解液Ｅとして用いるための電解質は、例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（Ｅｔ４ＮＢＦ４）又は下式（１）で示される化合物等からなる。［Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ］＋Ｘ－・・・（１）（式中、Ｒ１～Ｒ４は、不飽和結合，エーテル結合，アミド結合もしくはエステル結合を有してもよい炭素数１～６のアルキル基又は分子中に窒素原子を有してもよい炭素数４～６のシクロアルキル基を表し、Ｘ－は、ＣｌＯ４－、ＢＦ４－、ＰＦ６－、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ－、ＣＦ３ＳＯ４－、Ｃ２Ｆ５ＳＯ４－のような陰イオンを表す。）上記電解質が、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、３－メトキシプロピオニトリル、γ－ブチロラクトン、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、スルホラン、３－メチルスルホラン等の溶媒により溶解されることにより、電解液Ｅが形成される。一実施形態における電気化学デバイス１０がリチウムイオンキャパシタとして用いられる場合、ＬｉＣｌＯ４，ＬｉＡｓＦ６，ＬｉＢＦ４，ＬｉＰＦ６，Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等のリチウム塩からなる電解質を、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ－ブチルラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン若しくはスルホラン等の溶媒又はこれらの溶媒の二種以上を混合した混合液に溶解することで得られる電解液Ｅが一例として用いられる。　
次に、本発明の一実施形態における電気化学デバイス１０を応用した電気二重層キャパシタについて、適宜図１ないし図５を参照し、電気二重層キャパシタに含まれる要素のうち上述した電気化学デバイス１０に含まれる要素と対応する要素には同じ参照符番を用いて説明を行なう。まず、厚さ２５μｍのアルミニウム箔の主面の表側及び裏側の対向する位置に、活性炭、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム及びアセチレンブラックを含む活物質材料ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、１００℃で１分間乾燥し、厚さ１０μｍの活物質層１３ａを形成する。次に、活物質層１３ａが形成されたアルミニウム箔から、幅寸法ＸＡが１４ｍｍ、長さ寸法ＹＡが１７ｍｍの四角形の板状の第１の集電体本体１２ａ１と、第１の集電体本体１２ａ１の幅方向の一辺に突設され第１の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法５ｍｍ、長さ寸法４ｍｍの第１のタブ部１２ａ２とを有する第１の集電体１２ａを、図３（Ａ）に示すように長さ方向に３つ連結された状態で金型により打ち抜くことで、２枚の正極シートＡＳが得られる。　
次に、この正極シートＡＳを、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、集電体本体１２ａ１同士が連結されている部分で谷折りにし、第１のタブ部１２ａ２同士が連結されている部分部で山折りにすることで、正極１１Ａが得られる。　
また、活物質層１３ａと同様の手法で、アルミニウム
箔に活物質層１３ｂが形成される。次に、このアルミニウム箔から、幅寸法ＸＢが１６ｍｍ、長さ寸法ＹＢが１７ｍｍの四角形の板状の第２の集電体本体１２ｂ１と、第２の集電体本体１２ｂ１の幅方向の一辺に突設され第２の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法５ｍｍ、長さ寸法４ｍｍの第２のタブ部１２ｂ２とを有する第２の集電体１２ｂを、図４（Ａ）に示すように幅方向に２つ連結された状態で金型から打ち抜き、２枚の負極シート１１ＢＳが得られる。　
また、厚さ３０μｍのセルロースから、幅寸法ＸＣが１６ｍｍ、長さ寸法ＹＣが３６ｍｍのセパレータ１５が幅方向に２つ連結されたセパレータシート１５Ｓを金型により打ち抜き、２枚のセパレータシート１５Ｓが得られる。　
次に、セパレータシート１５Ｓを長さ方向に二つ折りにし、セパレータシート１５Ｓの二つ折りにされた各面の間に負極シート１１ＢＳを挟みこむことで、２組の負極連続体１１ＢＷが得られる。　
次に、上記で得られた正極１１Ａの中央に配置した第１の集電体１２ａと前方に配置され中央に配置した第１の集電体１２ａと第１の集電体１２ａの辺Ｆ１で接続された前方の集電体１２ａとの間に１の負極連続体１１ＢＷを挿入し、さらに、中央に配置した第１の集電体１２ａと中央に配置した第１の集電体１２ａと第１のタブ部１２ａ２の辺Ｆ２で接続された後方に配置した第１の集電体１２ａとの間に、他の負極連続体１１ＢＷを挿入することで、シート積層体１６Ｓが得られる。　
次に、上記で得られたシート積層体の正極の第１のタブ部１２ａ２同士を重ね合わせ、さらに、幅３ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ１００μｍのアルミニウム製帯状体からなる引出導体１７ａの一端側を重ねて超音波により溶接することにより、正極１１Ａの第１のタブ部１２ａ２同士と引出導体１７ａとが導電接続される。　
同様に上記で得られたシート積層体１６Ｓの負極１１Ｂの第２のタブ部１２ｂ２同士を重ね合わせ、さらに、上記と同様に引出導体１７ｂの一端側を重ねて溶接することにより、負極１１Ｂの第２のタブ部１２ｂ２同士と引出導体１７ｂとが導電接続される。　
このようにして得られたシート積層体１６Ｓの負極連続体１１ＢＷを素子単位の幅寸法になるように２つに切断し、素子単位の２つの積層体１６が得られる。　
次に、幅３８ｍｍ、長さ２６ｍｍのアルミラミネートフィルムを幅方向で二つ折りにし、この間に素子単位に切断された積層体１６を前記引出導体１７ａ、１７ｂが露出するように挟み、重ね合わせた３辺のうちの２辺を２２０℃で１秒間０．５ＭＰａの条件でヒートシールにより融着した。　
次に、前工程において二つ折りにして重ね合わされたアルミラミネートフィルムの開口部から、ＴＥＭＡ－ＢＦ４（トリエチルメチルアンモニウム-テトラフルオロボレート）/ＰＣ（プロピレンカーボネート）１．５ｍｏｌ／ｌからなる電解液を０．０７ｇ注液し、さらに、残りの一辺を上記と同じ条件でヒートシールにより融着してパッケージを封止することで、電気二重層キャパシタが得られる。　
このようにして得られた電気二重層キャパシタについて、日本国東京都目黒区に本社を有する北斗電工株式会社製の電気化学測定システムHZ-5000および充放電装置HJ-2010を用い、定電流放電法、交流インピーダンス（１ｋＨｚ）で電気性能（静電容量、内部抵抗）を測定した。その結果、静電容量は０．２Ｆ、内部抵抗は２００ｍΩであった。　
上記実施形態においては、電気二重層キャパシタを例に説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、一方の電極にリチウムイオンを担持させる所謂リチウムイオンキャパシタやリチウムイオン電池等の電気化学デバイスにも適用できる。
１０：電気化学デバイス１１Ａ：正極１１ＡＳ：正極シート１１Ｂ：負極１１ＢＳ：負極シート１１ＢＷ：負極連続体１２ａ：第１の集電体１２ａ１：第１の集電体本体１２ａ２：第１のタブ部１２ｂ：第２の集電体１２ｂ１：第２の集電体本体１２ｂ２：第２のタブ部１３ａ，１３ｂ：活物質層１４ａ，１４ｂ：絶縁層１５：セパレータ１５Ｓ：セパレータシート１６：積層体１６Ｓ：シート積層体１７ａ，１７ｂ：引出導体１８：パッケージＣ：切断予定線Ｅ：電解液Ｆ１：辺（谷折り）Ｆ２：辺（山折り）ＸＡ：第１の集電体本体の幅寸法ＸＢ：第２の集電体本体の幅寸法ＸＣ：セパレータの幅寸法ＹＡ：第１の集電体本体の長さ寸法ＹＢ：第２の集電体本体の長さ寸法ＹＣ：セパレータの長さ寸法

Claims (7)

  1. 正極と負極とがセパレータを間に挟んで交互に積層された積層体からなる素子を備えた電気化学デバイスであって、　前記正極は、幅寸法ＸＡ、長さ寸法ＹＡの四角形の板状の第１の集電体本体と、該第１の集電体本体の幅方向の一辺に突設され前記第１の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法の第１のタブ部と、を有する複数の第１の集電体と、　前記複数の第１の集電体のそれぞれの前記第１の集電体本体の少なくとも一方の主面に形成された第１の活物質層と、を有し、　前記複数の第１の集電体は、第１の集電体本体同士が該集電体本体の幅方向の辺で、また第１のタブ部同士が該タブ部の幅方向の辺で、長さ方向に交互に連結されるとともに、前記第１の集電体本体の幅方向の辺で谷折り、前記タブ部の幅方向の辺で山折りすることにより折り重ねられ、前記第１のタブ部同士が重ね合わされて導電接続されており、　前記負極は、　前記第１の集電体本体の幅寸法ＸＡより大きな幅寸法ＸＢと、長さ寸法ＹＢとを有する四角形の板状の第２の集電体本体と、該第２の集電体本体の幅方向の一辺に突設され前記第２の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法の第２のタブ部と、を有する複数の第２の集電体と、　該第２の集電体本体の両主面にそれぞれ形成された第２の活物質層と、を有し、　前記第２の集電体が、前記第１の集電体本体同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間と、第１のタブ部同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間とに、第２のタブ部が露出するように、それぞれ配設され、第２のタブ部同士が重ね合わされて導電接続されており、前記セパレータは、前記第２の集電体本体の幅寸法ＸＢと同一の幅寸法ＸＣと、前記第２の集電体本体の長さ寸法ＹＢの２倍以上の長さ寸法ＹＣとを有し、前記長さ寸法ＹＣのほぼ中央で二つ折りにされて前記負極の集電体本体の幅方向の他辺側を包むように正極と負極との間に配設されていることを特徴とする電気化学デバイス。
  2. 前記正極の第１のタブ部の基端側の表面を被覆する絶縁層を有することを特徴とする請求項１記載の電気化学デバイス。
  3. 両主面に第１の活物質層が形成され幅寸法ＸＡ，長さ寸法ＹＡの四角形の板状の第１の集電体本体と該第１の集電体本体の幅方向の一辺に突設され該第１の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法の第１のタブ部とを有する第１の集電体が、第１の集電体本体同士、第１のタブ部同士が長さ方向に交互に複数連結された正極シートを準備する工程と、正極シートを第１の集電体本体同士の連結部で谷折り、第１のタブ部同士の連結部で山折りして折り重ねることにより正極を得る工程と、両主面に第２の活物質層が形成され前記第１の集電体本体の幅寸法より大きな幅寸法ＸＢと、長さ寸法ＹＢとを有する四角形の板状の第２の集電体本体と該第２の集電体本体の幅方向の一辺に突設され前記第２の集電体本体の幅寸法より小さい幅寸法の第２のタブ部とを有する第２の集電体が幅方向に複数連続する負極シートを準備する工程と、前記第２の集電体本体の幅寸法ＸＢと同一の幅寸法ＸＣと、該第２の集電体本体の長さ寸法の２倍以上の長さ寸法ＹＣとを有するセパレータが幅方向に複数連続するセパレータシートを準備する工程と、負極シートを間に挟んでセパレータシートを長さ方向に２つ折りすることにより負極連続体を得る工程と、幅方向に互いに離間して配列された複数の正極に対し、第１の集電体本体同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間と、第１のタブ部同士が連結され互いに隣接する第１の集電体間とに、負極連続体をそれぞれ架設するように挿入してシート積層体を得る工程と、シート積層体の正極の第１のタブ部同士、負極の第２のタブ部同士を、それぞれ導電接続する工程と、シート積層体の負極連続体を素子単位の幅寸法に切断して素子単位の複数の積層体を得る工程と、タブ部に引出導体を導電接続する工程と、積層体を電解液とともにパッケージ内に封止する工程と、を有することを特徴とする電気化学デバイスの製造方法。
  4. 前記負極連続体を得る工程において、前記セパレータシートと前記負極シートとを相互に固着することを特徴とする請求項３記載の電気化学デバイスの製造方法。
  5. 前記タブ部と引出導体との導電接続を、タブ部同士の導電接続と同時に行なうことを特徴とする請求項３記載の電気化学デバイスの製造方法。
  6. 正極と負極との間にセパレータを介在させた電気化学デバイスであって、　前記正極は、　それぞれが、活物質層を少なくとも一方の面に有する矩形板状の正極集電体本体部と当該正極集電体本体部の１辺の一部に形成された正極タブとを含む第１正極集電体、第２正極集電体、及び第３正極集電体を有し、　前記第２正極集電体は、前記第１正極集電体とそれぞれの正極タブを介して電気的に接続され、その正極集電体本体が前記第１正極集電体の正極集電体本体の裏面と対向するように配置されており、　前記第３正極集電体は、前記第１正極集電体とそれぞれの正極集電体本体部の正極タブが形成された１辺と対向する辺を介して電気的に接続され、その正極集電体本体が前記第１正極集電体の正極集電体本体の表面と対向するように配置されており、　前記負極は、　それぞれが、活物質層を両面に有する矩形板状の負極集電体本体部と該当該負極集電体本体部の１辺の一部に形成された負極タブとを含む第１負極集電体、及び第２負極集電体を有し、　前記第１負極集電体は、前記第１正極集電体と前記第２正極集電体との間に配置され、　前記第２負極集電体は、前記第１正極集電体と前記第３正極集電体との間に配置されるとともに、前記第１負極集電体とそれぞれの負極タブを介して電気的に接続され、　前記セパレータは、　前記第１負極集電体の負極集電体本体部の表面を覆う第１シート部と、裏面を覆う第２シート部と、当該第１シート部と第２シート部とを連絡する連絡部とを有する第１セパレータと、　前記第２負極集電体の負極集電体本体部の表面を覆う第１シート部と、裏面を覆う第２シート部と、当該第１シート部と第２シート部とを連絡する連絡部とを有する第２セパレータと、　を含んで構成される、　電気化学デバイス。
  7. 前記負極集電体本体部が、前記正極集電体本体部の全面よりも幅広に形成された請求項６に記載の電気化学デバイス。
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