WO2016203619A1

WO2016203619A1 - ラミネート外装蓄電デバイスおよびその製造方法

Info

Publication number: WO2016203619A1
Application number: PCT/JP2015/067629
Authority: WO
Inventors: 宇高　友広; 信雄安東
Original assignee: Jsr株式会社
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2016-12-22
Also published as: JPWO2016203619A1

Abstract

外装体の内部にガスが発生しても、そのガスが、液漏れが生ずることなしに特定の部位から確実に排出されるラミネート外装蓄電デバイスおよびその製造方法を提供する。　本発明のラミネート外装蓄電デバイスは、互いに重ね合わせた外装フィルムが、それぞれの外周部に形成された接合部において相互に接合された外装体を有し、当該外装体の内部に形成された収容部に蓄電デバイス要素が収容されて構成されたラミネート外装蓄電デバイスであって、前記外装体は、前記外装フィルムの少なくとも一方における前記接合部以外の部分を貫通する孔口部と、前記孔口部の少なくとも一部を包囲するよう形成された、前記外装フィルムが相互に接合されたシール部とを有し、前記シール部の表面は、当該シール部の周辺部分の表面より沈下していることを特徴とする。

Description

ラミネート外装蓄電デバイスおよびその製造方法

　本発明は、電池要素やキャパシタ（コンデンサ）要素などの蓄電デバイス要素が、外装フィルムによって構成された外装体内に収容されたラミネート外装蓄電デバイスおよびその製造方法に関する。

　近年、携帯機器、電子機器や電気自動車等の移動体の電源として、ラミネート外装蓄電デバイスが使用されている。このラミネート外装蓄電デバイスは、外装フィルムによって構成された外装体内に、正極と負極とがセパレータを介して巻回または交互に積層されて構成された電池要素などの蓄電デバイス要素を、電解液と共に収容した蓄電デバイスである。

　このようなラミネート外装蓄電デバイスにおいては、過充電になったり、高温にさらされたりすることにより、電解液が電気分解または加熱分解される。そのため、外装体の内部に可燃性ガス等のガスが発生し、外装体の内部圧力が上昇することがある。
　このような問題を解決する手段としては、外装体における外装フィルムの接合部の一部分に接合力の弱い部分（以下、「弱接合部分」ともいう。）や応力が集中する部分（以下、「応力集中部分」ともいう。）を形成し、内部のガス圧が上昇した場合に、この弱接合部分や応力集中部分をガス抜き用の安全弁として機能させる構成の安全機構を設ける手段や、内部圧力が所定の値以上に上昇したときに自動的に開口して、可燃性ガスなどを外部に排気する安全弁を有する安全機構を設ける手段などが提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献４参照）。

　図１０に、外装体における接合部位に弱接合部分が形成されてなる安全機構が設けられたラミネート外装蓄電デバイスの一例における構成を分解して示す。このラミネート外装蓄電デバイス５０の外装体においては、上部外装フィルム５１Ａと下部外装フィルム５１Ｂとが重ね合わされた状態で、それぞれの外周部がその全周にわたって熱シールされて接合部５２が形成されている。これにより、上部外装フィルム５１Ａと下部外装フィルム５１Ｂとの間に、蓄電デバイス要素を収容する収容部が形成されている。外装体の収容部内には、薄型の蓄電デバイス要素（例えば、電池要素やキャパシタ要素）５５が有機電解液と共に収容されている。
　このラミネート外装蓄電デバイス５０には、接合部５２の一部分に、弱接合部分５３が設けられている。この弱接合部分５３が安全弁として作用することによって外装体内において多量のガスが発生した場合にも、そのガスを弱接合部分５３から放出させて圧力開放を行うことにより、外装体が破裂することが防止される。具体的には、弱接合部分５３は、接合部５２における他の部分よりシール強度が低くなっている。そして、外装体における蓄電デバイス要素（電池要素やキャパシタ要素）が収容された収容部の内部圧力が所定の値に達すると、弱接合部分５３が優先的に剥離して排気口が形成される。
　また、この図の例においては、外装体は長方形の輪郭形状を有する。外装体における短辺側の一辺から、蓄電デバイス要素（電池要素やキャパシタ要素）５５を構成する複数の正極の各々に電気的に接続された共通の正極リード部材である正極用電源タブ５６が引き出されている。また、外装体における短辺側の他辺から、複数の負極の各々に電気的に接続された共通の負極リード部材である負極用電源タブ５７が引き出されている。

　このような構成のラミネート外装蓄電デバイスにおいては、弱接合部分５３には、収容部の内部圧力が所定の値に達したときに確実に剥離して排気口が形成され、かつ、通常の使用状態においては、確実に密閉されて十分な信頼性が確保される程度のシール強度が要求される。しかし、製造上の観点から、最適なシール強度を有する弱接合部分５３を確実に形成することは容易ではなかった。その結果、形成された弱接合部分５３は、製品毎にシール強度が異なるため、各蓄電デバイスにおける圧力開放にばらつきが生じやすいという問題が発生していた。

　また、例えば特許文献５の図２には、接合部が形成された領域に、非接合部位が収容部に連続しかつ収容部に対して入り江状に形成され、この非接合部位が形成された領域に、外装フィルムの剥離によって内部と外部とを連通させる圧力開放部が接合部から内方に突出するよう形成されてなる安全機構が開示されている。
　しかしながら、圧力開放部の形成を熱融着によって行うと、熱伝導によって、外装フィルムにおける加熱治具が接する部分の周囲も融着する。そのため、所要の形状の圧力開放部を形成することが困難である。その結果、外装体内で多量のガスが発生した場合に、圧力開放部が剥離してガスが放出する圧力にばらつきが生じることがあった。
　また、所要の形状の圧力開放部を形成するために、外装フィルムにおける融着させない部分に冷却板を接触させながら熱融着を行うことが考えられる。しかし、このような方法でも、熱融着による接合幅を十分に制御することができないため、ガスが放出する圧力にばらつきが生じやすいという問題がある。
　また、充分な間隔の時間をあけて熱融着を行うことにより、熱融着による接合幅を制御することが考えられるが、微細な形状を形成することができなかったり、生産性が低下したりするという問題がある。
　更に、外装フィルムにおける熱融着が不要な部分の熱融着層（樹脂層）を剥離したり、熱融着層上に非熱融着性のシートを配置したりすることによって、熱融着による接合幅を制御することも考えられるが、得られる外装体の信頼性が低下したり、製造コストが上昇したりするという問題がある。

特開平０５－０１３０６１号公報特開平１１－０８６８２３号公報特開２００６－２３６６０５号公報特開２００７－１５７６７８号公報特許第３８５９６４５号公報

　本発明は、以上の事情に基づいてなされたものであって、その目的は、外装体の内部においてガスが発生した場合に、所期の圧力で確実にガス開放を行うことができるラミネート外装蓄電デバイスおよびその製造方法を提供することにある。

　本発明のラミネート外装蓄電デバイスは、互いに重ね合わせた外装フィルムが、それぞれの外周部に形成された接合部において相互に接合された外装体を有し、当該外装体の内部に形成された収容部に蓄電デバイス要素が収容されて構成されたラミネート外装蓄電デバイスであって、
　前記外装体は、前記外装フィルムの少なくとも一方における前記接合部以外の部分を貫通する孔口部と、前記孔口部の少なくとも一部を包囲するよう形成された、前記外装フィルムが相互に接合されたシール部とを有し、
　前記シール部の表面は、当該シール部の周辺部分の表面より沈下していることを特徴とする。

　また、本発明のラミネート外装蓄電デバイスは、互いに重ね合わせた外装フィルムが、それぞれの外周部に形成された接合部において相互に接合された外装体を有し、当該外装体の内部に形成された収容部に蓄電デバイス要素が収容されて構成されたラミネート外装蓄電デバイスであって、
　前記外装体は、前記外装フィルムの少なくとも一方における前記接合部以外の部分を貫通する孔口部と、前記孔口部の少なくとも一部を包囲するよう形成された、前記外装フィルムが相互に接合されたシール部とを有し、
　前記シール部は、超音波溶接によって形成されていることを特徴とする。

　本発明のラミネート外装蓄電デバイスにおいては、前記外装体は、前記接合部に包囲され、前記収容部に連通する非接合部位を有し、前記シール部は、少なくとも一部が前記非接合部位に包囲されていることが好ましい。
　また、前記シール部の接合力が、前記接合部の接合力より小さいことが好ましい。
　また、前記シール部の接合幅が０．２ｍｍ～２ｍｍであることが好ましい。
　また、前記シール部の表面の沈下量が０．０３～０．１５ｍｍであることが好ましい。

　本発明のラミネート外装蓄電デバイスの製造方法は、互いに重ね合わせた外装フィルムが、それぞれの外周部に形成された接合部において相互に接合された外装体を有し、当該外装体の内部に形成された収容部に蓄電デバイス要素が収容されて構成されたラミネート外装蓄電デバイスを製造する方法であって、
　前記外装フィルムにおける前記接合部となる領域以外の領域に、前記外装フィルムの少なくとも一方を貫通する孔口部を形成し、その後、前記外装フィルムが相互に接合された、前記孔口部の少なくとも一部を包囲するシール部を形成する工程、または
　前記外装フィルムにおける前記接合部となる領域以外の領域に、前記外装フィルムが相互に接合されたシール部を形成し、その後、前記外装フィルムの少なくとも一方を貫通する、少なくとも一部が前記シール部に包囲された孔口部を形成する工程
を有し、
　前記シール部を超音波溶接によって形成することを特徴とする。

　本発明のラミネート外装蓄電デバイスの製造方法においては、前記外装体は、前記接合部に包囲され、前記収容部に連通する非接合部位を有し、
　前記シール部を、少なくとも一部が前記非接合部位に包囲された状態で形成することが好ましい。
　また、前記シール部を、当該シール部の表面が当該シール部の周辺部分の表面より沈下した状態に形成することが好ましい。
　また、前記超音波溶接による前記シール部の形成時間は０．０１～５ｓｅｃであることが好ましい。

　本発明のラミネート外装蓄電デバイスにおいては、安全弁を構成するシール部は、超音波溶接時に圧迫しながら融着させることによって形成されることにより、シール部の表面が、当該シール部の周辺部分の表面より沈下した状態とされている。同時にシール部のみを接合するため、熱拡散による融着幅の拡大が小さく、微細なシール部であっても所要の接合幅で形成することが可能である。
　また、超音波溶接によってシール部が形成されることにより、接合部より小さい接合力のシール部が確実に得られる。
　従って、本発明のラミネート外装蓄電デバイスによれば、外装体の内部においてガスが発生した場合に、シール部が剥離する内部圧力について製品毎のばらつきが小さく、所期の圧力で確実にガス開放を行うことができ、しかも、より低圧でガス開放を行うことが可能となる。
　また、シール部を超音波溶接によって形成することにより、シール部の表面が当該シール部の周辺部分の表面より沈下しているため、外観検査によってシール部の状態を容易に確認することができる。そのため、シール部の位置ずれなどによる不具合を容易に確認することができ、品質管理の向上を図ることができる。

本発明のラミネート外装蓄電デバイスの一例の構成を示す説明用平面図である。図１のラミネート外装蓄電デバイスにおける安全機構を示す説明図である。図２に示す安全機構のＡ－Ａ断面を示す説明図である。蓄電デバイス要素の一例の構成を示す説明図である。本発明のラミネート外装蓄電デバイスの他の例の構成を示す説明用平面図である。図５に示すラミネート外装蓄電デバイスにおける安全機構のＢ－Ｂ断面を示す説明図である。シール部の変形例を示す説明図である。本発明のラミネート外装蓄電デバイスの更に他の例における安全機構を示す説明図である。図８に示す安全機構のＡ－Ａ断面を示す説明図である。従来の安全機構が設けられたラミネート外装蓄電デバイスの一例の構成を示す説明用分解図である。

　以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明のラミネート外装蓄電デバイスの一例の構成を示す説明用平面図であり、図２は、図１のラミネート外装蓄電デバイスにおける安全機構を示す説明図、図３は、図２に示す安全機構のＡ－Ａ断面を示す説明図である。
　このラミネート外装蓄電デバイス１０においては、外装体２０は、それぞれ熱融着性を有する長方形の上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂが、互いに重ね合わせた状態で、それぞれの外周部の全周にわたって形成された接合部２２において相互に気密に接合されて構成されている。外装体２０の内部には、蓄電デバイス要素が収容される収容部２３が形成されている。収容部２３内には、蓄電デバイス要素が有機電解液と共に収容されている。
　また、図示の例では、上部外装フィルム２１Ａにおける収容部２３を形成する部分には、絞り加工が施されている。

　外装体２０における上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの外周部には、その一辺が収容部２３に連通し、その他の辺が接合部２２に包囲された非接合部位２４が形成されている。この非接合部位２４が形成された領域には、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの少なくとも一方を貫通する孔口部２６が形成されている。孔口部２６は、図２および図３の例では、上部外装フィルム２１Ａのみを貫通するよう形成されているが、下部外装フィルム２１Ｂのみを貫通するよう形成されていても、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂを貫通するよう形成されていてもよい。また、非接合部位２４が形成された領域には、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの一部分が相互に接合されたシール部２５が、孔口部２６を包囲するよう形成されている。そして、シール部２５および孔口部２６によって、安全弁２７が構成されている。図示の例では、非接合部位２４における収容部２３に連通する一辺と垂直な他辺において、安全弁２７のシール部２５が、接合部２２から連続して非接合部位２４に突出するよう形成されている。

　外装体２０を構成する上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂとしては、例えば内側からポリプロピレン（以下、「ＰＰ」という。）層、アルミニウム層およびナイロン層などがこの順で積層された外装フィルムを好適に用いることができる。
　上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂとして、例えばＰＰ層、アルミニウム層およびナイロン層が積層された外装フィルムを用いる場合には、その厚みは、通常、５０～３００μｍである。

　上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの縦横の寸法は、収容部２３に収容される蓄電デバイス要素１１の寸法に応じて適宜選択されるが、例えば縦方向の寸法が４０～２００ｍｍ、横方向の寸法が６０～３００ｍｍである。
　また、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの接合部２２の接合幅は、例えば好ましくは２～５０ｍｍであり、より好ましくは２～４０ｍｍであり、さらに好ましくは２～１５ｍｍである。なお、接合部２２における非接合部位２４に隣接する一辺に形成された狭窄部分２２ａの接合幅は、その他の辺の接合幅と同一であっても、異なっていてもよい。
　また、非接合部位２４の寸法としては、接合部２２および収容部２３の寸法にもよるが、収容部２３に連通する一辺の寸法が、５～４０ｍｍ、この一辺に垂直な他辺（図１において上下方向の辺）の寸法は例えば３～１２ｍｍである。

　安全弁２７におけるシール部２５は、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの少なくとも一方の表面全体が、シール部２５の周辺部分の表面より沈下した状態とされている。具体的には、上部外装フィルム２１Ａまたは下部外装フィルム２１Ｂにおけるシール部２５の表面が沈下することによって、上部外装フィルム２１Ａまたは下部外装フィルム２１Ｂの表面に溝が形成されている。

　シール部２５の表面の沈下量は、０．０３～０．１５ｍｍであることが好ましく、０．０４～０．１３ｍｍであることが更に好ましい。ここで、シール部２５の表面の沈下量とは、シール部２５の厚み方向において、シール部２５による溝の外縁（シール部２５とその周辺部分との境界縁）の位置レベルから溝の底部（シール部２５の表面）の位置レベルまでの距離をいう。
　シール部２５の表面の沈下量が０．０３ｍｍ未満である場合には、充分な接合強度を有するシール部２５を得ることが困難となる。そのため、シール部２５の気密性が低く、水分の侵入による容量低下や電解液の漏出を引き起こす虞れがある。一方、シール部２５の表面の沈下量が０．１５ｍｍを超える場合には、シール部２５全体の厚みや、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂにおける金属層の厚みによっても影響されるが、得られるシール部２５の接合力が大きくなり、初期の圧力でガス開放が行われる虞れや、過剰な時間にわたってシール部２５に力を加えることによる外装体２０における金属層や融着層などが破断することによって、水分の侵入による容量低下を引き起こしたりする虞れがある。

　また、安全弁２７におけるシール部２５の接合力は、外装体２０における接合部２２の接合力より小さいことが好ましい。
　また、安全弁２７におけるシール部２５の接合幅は、０．２～２ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．３～１．２ｍｍである。この接合幅が過小である場合には、ガス排出を行う内部圧力のばらつきが生じ、或いは、密閉状態を確保することが困難となることがあり、信頼性が低下するため、好ましくない。一方、この接合幅が過大である場合には、当該シール部２５が剥離する前に、接合部２２が剥離することがあるため、ガスが放出される位置を安全弁に特定させることができなくなり、安全性の観点から好ましくない。
　ここで、シール部２５の接合幅とは、孔口部２６の周縁とシール部２５の外周との間の最短距離を意味する。例えば孔口部２６の輪郭形状が円形の場合には、当該孔口部２６の周縁からシール部２５の外周までの距離を意味し、孔口部２６の輪郭形状が多角形の場合には、当該多角形の外接円からシール部２５の外周までの距離を意味する。図２に示す例では、シール部２５は、孔口部２６を包囲する半円環状部分を有しており、この半円環状部分によって形成された溝の幅が接合幅である。また、図３に示すように、シール部２５による溝がテーパ状に形成されている場合には、溝の開口側（図３において上側））の幅が接合幅である。

　安全弁２７における孔口部２６の輪郭形状は、円形であってもよく、多角形であってもよい。
　安全弁２７における孔口部２６の直径は、０．５～８ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１．０～６ｍｍである。
　ここで、孔口部２６の直径とは、輪郭形状が円形の場合には円の直径を意味し、輪郭形状がｎ角形の場合にはｎ角形の外接円の直径を意味する。

　ラミネート外装蓄電デバイス１０を構成する蓄電デバイス要素１１は、図４に示すように、セパレータＳを介して、それぞれ正極集電体１２ａ上に正極層１２が形成されてなる複数の正極と、それぞれ負極集電体１３ａ上に負極層１３が形成されてなる複数の負極とが交互に積層されて構成された電極積層体１１ａを有し、この電極積層体１１ａの上面には、リチウムイオンの供給源であるリチウム金属（リチウム極層）１８が配置され、このリチウム金属１８上には、リチウム極集電体１８ａが積層されている。また、１９は、リチウム極取り出し部材である。
　複数の正極の各々は、取り出し部材１６を介して、共通の正極リード部材である、例えばアルミニウム製の正極用外部端子１４に電気的に接続されている。一方、複数の負極の各々は、取り出し部材１７を介して、共通の負極リード部材である、例えば銅製の負極用外部端子１５に電気的に接続されている。
　そして、正極用外部端子１４および負極用外部端子１５の各々は、外装体２０における一端および他端から外部に突出するよう引き出されている。

　蓄電デバイス要素１１を構成する正極層１２としては、電極材料を、必要に応じて導電材（例えば、活性炭、カーボンブラック等）およびバインダー等を加えて成形したものが用いられる。正極層１２を構成する電極材料としては、リチウムを可逆的に担持可能であれば、特に限定されないが、例えば、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＦｅＯ₂等の一般式：Ｌｉ_xＭ_yＯ_z（但し、Ｍは金属原子を示し、ｘ、ｙおよびｚは整数である。）で表される金属酸化物等の正極活物質、活性炭などが挙げられる。
　また、蓄電デバイス要素１１を構成する負極層１３としては、電極材料をバインダーで成形したものが用いられる。負極層１３の電極材料としては、リチウムを可逆的に担持できるものであれば特に限定されないが、例えば黒鉛（グラファイト）、非晶質炭素によって被覆された黒鉛、種々の炭素材料、ポリアセン系物質、錫酸化物、珪素酸化合物、活性炭等の粉末状、粒状の負極活物質などが挙げられる。

　また、電解液としては、適宜の有機溶媒中に電解質が溶解されてなるものを用いることが好ましい。有機溶媒の具体例としては、例えば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、アセトニトリル、ジメトキシエタン等の非プロトン性有機溶媒が挙げられ、これらは単独でまたは２種類以上を組み合わせて用いることができる。また、電解質としては、リチウムイオンを生成しうるものが用いられ、その具体例としては、ＬｉＩ、ＬｉＣＩＯ₄、ＬｉＡｓＦ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆などが挙げられる。

　このようなラミネート外装蓄電デバイス１０は、例えば以下のようにして製造することができる。
　先ず、下部外装フィルム２１Ｂ上における収容部２３となる位置に、蓄電デバイス要素１１を配置すると共に、蓄電デバイス要素１１上に上部外装フィルム２１Ａを重ね合わせる。この上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの外周部における３辺を熱融着する。この際、非接合部位２４、並びに、安全弁を形成させるシール部２５、孔口部２６、および、安全弁２７に相当する位置を、ヒートブロックに凹部を設けて圧着しない構造にしておくか、相当する部位に冷却ブロックを配して、熱融着しないようにする。これにより、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの外周部における３辺が接合されると共に、接合された３辺のうち１辺に非接合部位２４が形成される。

　次いで、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂにおける非接合部位２４が形成された領域内に、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂを貫通する孔口部２６を形成すると共に、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂが相互に接合された、孔口部２６を包囲するシール部２５を形成する。シール部２５および孔口部２６を形成する方法としては、以下の（１）または（２）の方法を挙げることができる。
（１）外装フィルムにおける接合部となる領域以外の領域に、外装フィルムの少なくとも一方を貫通する孔口部を形成し、その後、外装フィルムが相互に接合された、孔口部の少なくとも一部を包囲するシール部を形成する方法。
　具体的に説明すると、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの少なくとも一方における非接合部位２４が形成された領域の一部に打ち抜き加工を施すことにより、孔口部２６が形成される。その後、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂにおける孔口部２６を包囲する部分を、超音波溶接によって相互に接合することにより、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの少なくとも一方の表面が周辺部分の表面から沈下した状態のシール部２５が形成される。
（２）外装フィルムにおける接合部となる領域以外の領域に、外装フィルムが相互に接合されたシール部を形成し、その後、外装フィルムの少なくとも一方を貫通する、少なくとも一部がシール部に包囲された孔口部を形成する方法。
　具体的に説明すると、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂにおける非接合部位２４が形成された領域の一部を、超音波溶接によって相互に接合することにより、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの少なくとも一方の表面が周辺部分の表面から沈下した状態のシール部２５が形成される。その後、シール部２５が形成された領域の一部に打ち抜き加工を施すことにより、シール部２５に包囲された孔口部２６が形成される。
　このようにして、シール部２５および孔口部２６によって構成された安全弁２７が形成される。
　そして、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの間に電解液を注入した後、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの外周部における未融着の１辺を熱融着することにより、外装体２０が形成される。このようにしてラミネート外装蓄電デバイス１０が得られる。

　以上において、超音波溶接によるシール部２５の形成時間は０．０１ｓｅｃ～５ｓｅｃが好ましく、０．０５ｓｅｃ～１ｓｅｃが更に好ましい。シール部２５の形成時間が０．０１ｓｅｃ未満である場合には、十分な接合強度を有するシール部２５を得ることが困難となる。そのため、シール部２５の気密性が低く、水分の侵入による容量低下や電解液の漏出を引き起こす虞れがある。一方、シール部２５の形成時間が５ｓｅｃを超える場合には、得られるシール部２５の接合幅が大きくなり、所期の圧力でガス開放が行われなくなる虞れや、過剰な時間にわたりシール部に力を加えることによる外装体２０における金属層や融着層などの破断によって、水分の侵入による容量低下を引き起こしたりする虞れがある。
　超音波溶接によるシール部２５を形成する際に、シール部にかかる圧力は０．１～１ＭＰａが好ましく、０．１５ＭＰａ～０．５ＭＰａが更に好ましい。
　超音波溶接において用いられる超音波の周波数は、１０ｋＨｚ～２００ｋＨｚが好ましく、１５ｋＨｚ～１００ｋＨｚが更に好ましい。超音波の周波数が１０ｋＨｚ未満である場合には、シール部２５の形成において相当に長い溶接時間が必要となる上に、充分な接合強度を有するシール部２５を形成することが困難となる虞がある。一方、超音波の周波数が２００ｋＨｚを超える場合には、振動によって外装フィルムに大きい損傷が生じる結果、得られるシール部２５に劣化が生じる虞がある。
　超音波溶接時に与える振動方向は、接合面に対して平行な方向、垂直の方向のどちらも適用することができるが、外装フィルムの損傷が少ない垂直方向に振動を加えることが好ましい。
　シール部２５の表面の沈下量を調整するためには、超音波溶接において、シール部２５の形成時間や、上部外装フィルム２１Ａまたは下部外装フィルム２１Ｂの表面に超音波溶接装置のホーンを当接することによって、上部外装フィルム２１Ａまたは下部外装フィルム２１Ｂの表面が変位したときの変位量を調整すればよい。

　また、接合部２２を形成するための熱融着の条件としては、加熱温度が１５０～２５０℃、加熱時間が１～２０ｓｅｃである。
　また、孔口部２６を形成する工程は、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの外周部を熱融着する前に行われてもよく、或いは上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの間に電解液を注入した後に行われてもよい。

　上記のラミネート外装蓄電デバイス１０においては、外装体２０内における蓄電デバイス要素１１が収容される収容部２３内にガスが発生した場合には、このガスは外周部に形成された非接合部位２４内に進入する。そのため、ガスの発生量に応じて、収容部２３のみならず、非接合部位２４内も十分に膨張し、これに伴って、安全弁２７におけるシール部２５には応力が作用して、シール部２５が剥離する。これにより、孔口部２６から外装体２０内のガスが外部に排出される。

　以上において、安全弁２７を構成するシール部２５は、超音波溶接によって形成されることにより凹凸を有する。そのため、微細なシール部２５であっても所要の接合幅で形成することが可能である。
　また、超音波溶接によってシール部２５が形成されることにより、接合部より小さい接合力のシール部２５が確実に得られる。
　従って、本発明のラミネート外装蓄電デバイスによれば、外装体２０の内部においてガスが発生した場合に、シール部２５が剥離する内部圧力について製品毎のばらつきが小さく、所期の圧力で確実にガス開放を行うことができ、しかも、より低圧でガス開放を行うことが可能となる。
　また、シール部２５を超音波溶接によって形成することにより、当該シール部２５は凹凸を有するため、外観検査によってシール部２５の状態を容易に確認することができる。そのため、シール部２５の位置ずれなどによる不具合を容易に確認することができ、品質管理の向上を図ることができる。
　また、外装体２０の内部圧力が低圧の状態ではシール部２５が剥離しにくいため、外装体２０内の高い気密性が得られる。

　このような構成を有する本発明のラミネート外装蓄電デバイスは、リチウムイオンキャパシタなどの有機電解液キャパシタであるものの他、有機電解液電池であるものにも適用することができる。但し、有機電解液キャパシタが、有機電解液電池に比べ充電容量が小さいが瞬時に充電、放電できる構成を有するものであることから、ガス圧変化が大きくなる可能性があるため、特に、ラミネート外装蓄電デバイスが有機電解液キャパシタよりなるものである場合に有効である。

　図５は、本発明のラミネート外装蓄電デバイスの他の例の構成を示す説明用平面図であり、図６は、図５のラミネート外装蓄電デバイスにおける安全機構のＢ－Ｂ断面を示す説明図である。図５および図６に示すラミネート外装蓄電デバイス１０においては、非接合部位２４における中心領域に、上部外装フィルム２１Ａを貫通する円形の孔口部２６と、この孔口部２６を包囲し、表面が周辺部分の表面から沈下した状態で、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの一部分が超音波溶接によって相互に接合された、円環状のシール部２５とからなる安全弁２７が形成されている。
　このラミネート外装蓄電デバイス１０におけるその他の構成は、図１に示すラミネート外装蓄電デバイス１０と基本的に同様である。
　図５および図６に示すラミネート外装蓄電デバイス１０によれば、図１に示すラミネート外装蓄電デバイス１０と同様の効果が得られる。

　本発明においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
（１）安全弁におけるシール部および孔口部の輪郭形状は、円形、多角形に限られず、楕円形、その他の適宜の形状とすることができる。
（２）シール部の具体的な形態は、図２に示す形態に限られず、例えば図７（ａ）～（ｆ）に示す形態であってもよい。シール部の形態は、超音波溶接において使用する治具（ホーン）の形状によって変えることができる。
（３）外装体２０に非接合部位２４が形成されていることは必須ではない。この場合には、例えば、収容部２３における蓄電デバイス要素が存在しない領域に孔口部２６が形成され、この孔口部２６を包囲するシール部２５が形成されていてもよい。
（４）外装体２０は、１枚の外装フィルムを折りたたんで互いに重ね合わせた状態で、それぞれの外周部の３辺にわたって形成された接合部２２において相互に気密に接合されて構成されていてもよい。
（５）図８および図９に示すように、非接合部位２４に突出する突出部分２２ｂを有する接合部２２を形成し、この突出部分２２ｂの先端に連続してシール部２５を形成してもよい。但し、図２および図３に示すように、シール部２５全体を非接合部位２４に突出するよう形成する場合には、超音波溶接を行うことで、熱広がりが生じることによって、シール部２５が接合部２２の狭窄部分２２ａと連続して形成されてしまうことを抑制することができる点で好ましい。

〈実施例１〉
（１）正極の作製：
　幅２００ｍｍ、厚み１５μｍの帯状のアルミニウム箔に、パンチング方式により、開口面積０．７９ｍｍ²の円形の複数の貫通孔を千鳥状に配列されるよう形成することにより、開口率４２％の集電体を作製した。この集電体の一部分に、導電塗料を、縦型ダイ方式の両面塗工機を用い、塗工幅１３０ｍｍ、塗工速度８ｍ／ｍｉｎの塗工条件により、両面合わせた塗布厚みの目標値を２０μｍに設定して両面塗工した。その後、導電塗料の塗膜を減圧乾燥させることにより、集電体の表裏面に導電層を形成した。
　次いで、集電体の表裏面に形成された導電層上に、活性炭を含む正極塗料を、縦型ダイ方式の両面塗工機を用い、塗工速度８ｍ／ｍｉｎの塗工条件により、両面合わせた塗布厚みの目標値を１５０μｍに設定して両面塗工した。その後、正極塗料の塗膜を減圧乾燥させることにより、導電層上に正極層を形成した。
　このようにして得られた、集電体の一部分に導電層および正極層が積層されてなる材料を、導電層および正極層が積層されてなる部分（以下、正極について「塗工部」ともいう。）が９８ｍｍ×１２８ｍｍ、いずれの層も形成されてない部分（以下、正極について「未塗工部」ともいう。）が９８ｍｍ×１５ｍｍとなるように、９８ｍｍ×１４３ｍｍの大きさに切断することにより、正極を作製した。

（２）負極の作製：
　幅２００ｍｍ、厚み１０μｍの帯状の銅箔に、パンチング方式により、開口面積０．７９ｍｍ²の円形の複数の貫通孔を千鳥状に配列されるよう形成することにより、開口率４２％の集電体を得た。この集電体の一部分に、黒鉛を含む負極塗料を、縦型ダイ方式の両面塗工機を用い、塗工幅１３０ｍｍ、塗工速度８ｍ／ｍｉｎの塗工条件により、両面合わせた塗布厚みの目標値を８０μｍに設定して両面塗工した。その後、負極塗料の塗膜を減圧乾燥させることにより、集電体の表裏面に負極層を形成した。
　このようにして得られた、集電体の一部分に負極層が形成されてなる材料を、負極層が形成されてなる部分（以下、負極について「塗工部」という。）が１００ｍｍ×１２８ｍｍ、負極層が形成されてない部分（以下、負極について「未塗工部」という。）が１００ｍｍ×１５ｍｍになるように、１００×１４３ｍｍの大きさに切断することにより、負極を作製した。

（３）リチウムイオンキャパシタ要素の作製：
　先ず、正極１０枚、負極１１枚、厚みが５０μｍのセパレータ２２枚を用意し、正極と負極とを、それぞれの塗工部は重なるが、それぞれの未塗工部は反対側になり重ならないよう、セパレータ、負極、セパレータ、正極の順で積層し、積層体の４辺をテープにより固定することにより、電極積層ユニットを作製した。
　次いで、厚み２６０μｍのリチウム箔を用意し、電極積層ユニットを構成する各負極活物質１ｇ当り５５０ｍＡｈ／ｇになるようにしてリチウム箔を切断し、この切断したリチウム箔を、厚さ４０μｍの銅網に圧着することにより、リチウムイオン供給部材を作製し、このリチウムイオン供給部材を電極積層ユニットの上側に負極と対向するよう配置した。
　そして、作製した電極積層ユニットの１０枚の正極の各々の未塗工部に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム製の正極用外部端子を重ねて超音波溶接した。一方、電極積層ユニットの１１枚の負極の各々の未塗工部およびリチウムイオン供給部材の各々に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの銅製の負極用外部端子を重ねて抵抗溶接した。以上のようにして、リチウムイオンキャパシタ要素を作製した。

（４）試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタの作製：
　次いで、ＰＰ層、アルミニウム層およびナイロン層が積層されてなり、寸法が１２５ｍｍ（縦幅）×１６０ｍｍ（横幅）×０．１５ｍｍ（厚み）で、中央部分に、１０５ｍｍ（縦幅）×１４５ｍｍ（横幅）の絞り加工が施された上部外装フィルム（接合部となる外周部の幅が１０ｍｍ）と、ＰＰ層、アルミニウム層およびナイロン層が積層されてなり、寸法が１２５ｍｍ（縦幅）×１６０ｍｍ（横幅）×０．１５ｍｍ（厚み）の下部外装フィルムとを作製した。上部外装フィルムの外周部における一辺の中央位置（非接合部位となる位置）に、直径が２ｍｍの孔口部を形成した。そして、上部外装フィルムの外周部における孔口部が形成された一辺に対向する他辺の中央位置に、直径１ｍｍの試験用のガス流入口を形成した。
　次いで、下部外装フィルム上における収容部となる位置に、リチウムイオンキャパシタ要素を、その正極用外部端子および負極用外部端子の各々が、下部外装フィルムの端部から外方に突出するよう配置した。このリチウムイオンキャパシタ要素に、上部外装フィルムを重ね合わせた。上部外装フィルムおよび下部外装フィルムの外周部における３辺（正極用外部端子および負極用外部端子が突出する２辺および孔口部が形成された１辺）を、加熱時間が７ｓｅｃ、加熱温度が２００℃の条件で熱融着することにより、当該３辺に収容部を取り囲む接合部を形成すると共に、収容部に連通する寸法が６ｍｍ（縦幅）×１４０ｍｍ（横幅）の非接合部位を形成した。
　その後、超音波溶接装置のホーンを上部外装フィルムの非接合部位の中央部における孔口部を包囲する部分に対して当接し、形成時間（溶接時間）が０．１ｓｅｃ、周波数が６０ｋＨｚ（垂直方向の振動）、ホーンの当接による上部外装フィルムの表面の変位量（以下、「フィルム変位量」という。）が０．０７ｍｍとなる条件で超音波溶接を行うことにより、上部外装フィルムにおいて表面が周辺部分の表面から沈下した状態のシール部を形成した。このシール部の接合幅は、０．５ｍｍであった。また、シール部における上部外装フィルムの表面の沈下量は０．０６ｍｍであった。シール部における下部外装フィルムの表面は沈下していなかった。
　次いで、管状のガス注入口が形成されたステンレス板と通常のステンレス板とによって、上部外装フィルムおよび下部外装フィルムの外周部における未融着の一辺を挟持して固定した。この際、ステンレス板を、そのガス注入口が上部外装フィルムに形成されたガス流入口に重なるよう配置した。
　このようにして、図５に示す構成の安全弁を有する試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタを合計で３個作製した。３つの試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタを、それぞれサンプルＡ、サンプルＢおよびサンプルＣとする。

　以上において、シール部の表面の沈下量およびシール部の接合幅は、以下のようにして測定した。
（沈下量）
　マイクロメーターによって、外装体における接合部およびシール部の厚みをそれぞれ５カ所測定して平均値を算出し、下記式により、沈下量を算出した。
　沈下量＝接合部の厚み（平均値）－シール部の厚み（平均値）
（接合幅）
　マイクロノギスによって、外装体における上部外装フィルムの表面に形成された、シール部による溝の幅を測定し、この値を接合幅とした。

（５）試験：
　３個の試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタの各々を、１０ｍｍの間隔で離間して配置された２枚のアクリル板の間に配置し、ステンレス板のガス注入口から内部に窒素ガスを注入し、注入された窒素ガスが外部に排出された時点の内部圧力を測定すると共に、上部外装フィルムおよび下部外装フィルムにおける窒素ガスが排出される部位を調べた。
　その結果、３個全ての試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタにおいて、安全弁におけるシール部が剥離して当該安全弁から窒素ガスが排出された。ガス排出時の内部圧力を下記表１に示す。
　また、シール部の剥離状態を調べたところ、３個全ての試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタにおいて、シール部における収容部に近い部分が剥離していることが確認された。

〈実施例２〉
　シール部の接合幅を０．６ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタを合計で３個作製し、これらについて試験を行った。
　その結果、３個全ての試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタにおいて、安全弁におけるシール部が剥離して当該安全弁から窒素ガスが排出された。ガス排出時の内部圧力を下記表１に示す。
　また、シール部の剥離状態を調べたところ、３個全ての試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタにおいて、シール部における収容部に近い部分が剥離していることが確認された。

〈実施例３～６〉
　超音波溶接によるシール部の形成において、下記表１に従って形成時間およびフィルム変位量を変更したこと以外は、実施例１と同様にして試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタを合計で３個作製し、これらについて試験を行った。
　その結果、３個全ての試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタにおいて、安全弁におけるシール部が剥離して当該安全弁から窒素ガスが排出された。ガス排出時の内部圧力を下記表１に示す。

〈実施例７〉
（１）正極の作製：
　幅２００ｍｍ、厚み１５μｍの帯状のアルミニウム箔よりなる集電体、およびＬｉＣｏＯ₂を含む正極塗料を用い、集電体の表裏面に、導電層を形成せずに正極層を形成したこと以外は、実施例１と同等にして正極を作製した。
（２）負極の作製：
　幅２００ｍｍ、厚み１０μｍの帯状の銅箔よりなる集電体、および黒鉛を含む負極塗料を用い、集電体の表裏面に負極層を形成したこと以外は、実施例１と同様にして負極を作製した。
（３）リチウムイオン二次電池要素の作製：
　リチウムイオン供給部材を配置しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法によりリチウムイオン二次電池要素を作製した。
（４）試験用ラミネート外装リチウムイオン二次電池の作製：
　リチウムイオンキャパシタ要素の代わりに、上記リチウムイオン二次電池要素を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により試験用ラミネート外装リチウムイオン二次電池を合計で３個作製した。
（５）試験
　３つの試験用ラミネート外装リチウムイオン二次電池を、それぞれサンプルＡ、サンプルＢおよびサンプルＣとし、これらについて実施例１と同様にして試験を行った。
　その結果、３個全ての試験用ラミネート外装リチウムイオン二次電池において、安全弁におけるシール部が剥離して当該安全弁から窒素ガスが排出された。ガス排出時の内部圧力を下記表１に示す。

〈比較例１〉
　上部外装フィルムおよび下部外装フィルムの外周部における３辺を、加熱時間が７ｓｅｃ、加熱温度が２００℃の条件で熱融着をすることにより、当該３辺に収容部を取り囲む接合部を形成すると共に、１辺に収容部に連通する非接合部位および孔口部を包囲するシール部を形成したこと以外は、実施例１と同様にして試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタを合計で３個作製し、これらについて試験を行った。
　その結果、３個全ての試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタにおいて、安全弁におけるシール部が剥離して当該安全弁から窒素ガスが排出された。ガス排出時の内部圧力を下記表１に示す。

　以上の結果から明らかなように、実施例１～６に係る試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタおよび実施例７に係る試験用のラミネート外装リチウムイオン二次電池によれば、シール部が剥離する内部圧力について製品毎のばらつきが小さく、低圧で確実にガス開放を行うことができることが確認された。
　これに対して、比較例１に係る試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタにおいては、安全弁におけるシール部が剥離したが、剥離時の外装体の内部圧力が実施例１～７よりも相対的に高く、しかも、シール部が剥離する内部圧力のばらつきが大きかった。

１０　ラミネート外装蓄電デバイス
１１　蓄電デバイス要素
１１ａ　電極積層体
１２　正極層
１２ａ　正極集電体
１３　負極層
１３ａ　負極集電体
１４　正極用外部端子
１５　負極用外部端子
１６，１７　取り出し部材
１８　リチウム金属（リチウム極層）
１８ａ　リチウム極集電体
１９　リチウム極取り出し部材
２０　外装体
２１Ａ　上部外装フィルム
２１Ｂ　下部外装フィルム
２２　接合部
２２ａ　狭窄部分
２２ｂ　突出部分
２３　収容部
２４　非接合部位
２５　シール部
２６　孔口部
２７　安全弁
５０　ラミネート外装蓄電デバイス
５１Ａ　上部外装フィルム
５１Ｂ　下部外装フィルム
５２　接合部
５３　弱接合部分
５５　蓄電デバイス要素
５６　正極用電源タブ
５７　負極用電源タブ
　Ｓ　セパレータ

Claims

　互いに重ね合わせた外装フィルムが、それぞれの外周部に形成された接合部において相互に接合された外装体を有し、当該外装体の内部に形成された収容部に蓄電デバイス要素が収容されて構成されたラミネート外装蓄電デバイスであって、
　前記外装体は、前記外装フィルムの少なくとも一方における前記接合部以外の部分を貫通する孔口部と、前記孔口部の少なくとも一部を包囲するよう形成された、前記外装フィルムが相互に接合されたシール部とを有し、
　前記シール部の表面は、当該シール部の周辺部分の表面より沈下していることを特徴とするラミネート外装蓄電デバイス。
　互いに重ね合わせた外装フィルムが、それぞれの外周部に形成された接合部において相互に接合された外装体を有し、当該外装体の内部に形成された収容部に蓄電デバイス要素が収容されて構成されたラミネート外装蓄電デバイスであって、
　前記外装体は、前記外装フィルムの少なくとも一方における前記接合部以外の部分を貫通する孔口部と、前記孔口部の少なくとも一部を包囲するよう形成された、前記外装フィルムが相互に接合されたシール部とを有し、
　前記シール部は、超音波溶接によって形成されていることを特徴とするラミネート外装蓄電デバイス。
　前記外装体は、前記接合部に包囲され、前記収容部に連通する非接合部位を有し、前記シール部は、少なくとも一部が前記非接合部位に包囲されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラミネート外装蓄電デバイス。
　前記シール部の接合力が、前記接合部の接合力より小さいことを特徴とする請求項１～３のいずれかにに記載のラミネート外装蓄電デバイス。
　前記シール部の接合幅が０．２ｍｍ～２ｍｍであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のラミネート外装蓄電デバイス。
　前記シール部の表面の沈下量が０．０３～０．１５ｍｍであることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のラミネート外装蓄電デバイス。
　互いに重ね合わせた外装フィルムが、それぞれの外周部に形成された接合部において相互に接合された外装体を有し、当該外装体の内部に形成された収容部に蓄電デバイス要素が収容されて構成されたラミネート外装蓄電デバイスを製造する方法であって、
　前記外装フィルムにおける前記接合部となる領域以外の領域に、前記外装フィルムの少なくとも一方を貫通する孔口部を形成し、その後、前記外装フィルムが相互に接合された、前記孔口部の少なくとも一部を包囲するシール部を形成する工程、または
　前記外装フィルムにおける前記接合部となる領域以外の領域に、前記外装フィルムが相互に接合されたシール部を形成し、その後、前記外装フィルムの少なくとも一方を貫通する、少なくとも一部が前記シール部に包囲された孔口部を形成する工程
を有し、
　前記シール部を超音波溶接によって形成することを特徴とするラミネート外装蓄電デバイスの製造方法。
　前記外装体は、前記接合部に包囲され、前記収容部に連通する非接合部位を有し、
　前記シール部を、少なくとも一部が前記非接合部位に包囲された状態で形成することを特徴とする請求項７に記載のラミネート外装蓄電デバイスの製造方法。
　前記シール部を、当該シール部の表面が当該シール部の周辺部分の表面より沈下した状態に形成することを特徴とする請求項７または請求項８に記載のラミネート外装蓄電デバイスの製造方法。
　前記超音波溶接による前記シール部の形成時間は０．０１～５ｓｅｃであることを特徴とする請求項７～９のいずれかに記載のラミネート外装蓄電デバイスの製造方法。