電気化学デバイス用外装体及び電気化学デバイス
【課題】 デッドスペースを低減でき、耐圧性に優れたシール構造を有する電気化学デバイス用外装体を提供すること。
【解決手段】 電気化学デバイスの発電要素を内部に収容するための外装体であって、互いに対向する第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２により構成され、上記第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が接着されてなるシール部を有し、上記シール部の少なくとも一部は、上記第２のラミネートフィルム５２の縁部が、上記第１のラミネートフィルム５１の外装体外部側の面の縁部に重なるように折り曲げられて接着された外面シール部５となっている、電気化学デバイス用外装体。
【解決手段】 電気化学デバイスの発電要素を内部に収容するための外装体であって、互いに対向する第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２により構成され、上記第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が接着されてなるシール部を有し、上記シール部の少なくとも一部は、上記第２のラミネートフィルム５２の縁部が、上記第１のラミネートフィルム５１の外装体外部側の面の縁部に重なるように折り曲げられて接着された外面シール部５となっている、電気化学デバイス用外装体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学デバイス用外装体及び電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイスでは、アルミラミネート外装体を用いたものが実用化されている。アルミラミネート外装体は、軽量であり形状の自由度が高いという利点がある。
【０００３】
従来のラミネート外装体の構造は、発電要素収容部の周囲に設けた糊代部分でラミネートフィルムを熱プレス等によりシールする構造となっている（例えば、特許文献１〜４参照）。これらのラミネート外装体の構造では、糊代分のデッドスペースが生じるため、ラミネート外装体の糊代部分（シール部）を折り畳むことで省スペース化することが提案されている（例えば、特許文献５〜９参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７７０４３号公報
【特許文献２】特開２０００−１３３２１６号公報
【特許文献３】特開２０００−１４９９９３号公報
【特許文献４】特開２０００−２８５９０４号公報
【特許文献５】特開２０００−２００５８５号公報
【特許文献６】特開２０００−２５１８５５号公報
【特許文献７】特開２０００−２６８８０７号公報
【特許文献８】特開２００１−３２５９２５号公報
【特許文献９】特開２００１−３２５９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献５〜９に記載されたラミネート外装体の構造でも、折り畳んだ糊代部分がデッドスペースになるため、更なるデッドスペース低減の余地を有している。また、上記特許文献１〜９に記載されたラミネート外装体の構造では、外装体内部の内圧が高まった場合に糊代部分が徐々に押し広げられ、剥がれが生じやすいという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、デッドスペースを低減でき、耐圧性に優れたシール構造を有する電気化学デバイス用外装体、及び、それを用いた電気化学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、電気化学デバイスの発電要素を内部に収容するための外装体であって、互いに対向する第１のラミネートフィルム及び第２のラミネートフィルムにより構成され、上記第１及び第２のラミネートフィルムの縁部同士が接着されてなるシール部を有し、上記シール部の少なくとも一部は、上記第２のラミネートフィルムの縁部が、上記第１のラミネートフィルムの外装体外部側の面の縁部に重なるように折り曲げられて接着された外面シール部となっている、電気化学デバイス用外装体を提供する。
【０００８】
かかる電気化学デバイス用外装体によれば、シール部の少なくとも一部が上記構造の外面シール部となっていることにより、シール部が外装体の外側に設けられた従来の外装体と比較して、デッドスペースを十分に低減することができる。また、上記構造の外面シール部は、外装体内部の内圧が高まった場合でも、シール部を押し広げる方向に力が働かないため剥がれが生じ難く、優れた耐圧性を得ることができる。
【０００９】
本発明の電気化学デバイス用外装体は、外形が矩形状であり、電極端子を導出する辺に接する二辺のうちの少なくとも一方の辺が、上記外面シール部となっていることが好ましい。かかる構造の外装体は、上記外面シール部を備えることによるデッドスペースの低減及び耐圧性の向上効果がより有効に得られる。
【００１０】
本発明はまた、上記本発明の電気化学デバイス用外装体と、上記外装体の内部に密閉した状態で収容された発電要素及び電解質溶液と、一端が上記発電要素の各電極に接続され、他端が上記外装体の外部に露出された電極端子と、を備える、電気化学デバイスを提供する。かかる電気化学デバイスは、上述した構造の外装体を備えるため、デッドスペースが十分に低減されており、優れた耐圧性を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、デッドスペースを十分に低減でき、耐圧性に優れたシール構造を有する電気化学デバイス用外装体、及び、それを用いた電気化学デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な一実施形態を示す正面図である。
【図３】従来の電気化学デバイス用外装体の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の電気化学デバイス用外装体の構成材料となるラミネートフィルムの基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図５】図１に示した電気化学デバイス用外装体１を作製する際の一連の工程図である。
【図６】本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）の好適な一実施形態を示す正面図である。
【図７】図６に示すリチウムイオン二次電池の内部を負極１０の表面の法線方向からみた場合の展開図である。
【図８】図６に示すリチウムイオン二次電池を図６のＸ１−Ｘ１線に沿って切断した場合の模式断面図である。
【図９】図６に示すリチウムイオン二次電池を図６のＸ２−Ｘ２線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な一実施形態を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の外装体１は、互いに対向する一対のラミネートフィルム５１，５２（第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２）により構成され、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が接着されてなるシール部は、第２のラミネートフィルム５２の縁部が、第１のラミネートフィルム５１の外装体外部側の面の縁部に重なるように折り曲げられて接着された外面シール部５となっている。外装体１は、外形が矩形状であり、一枚のラミネートフィルムを折り曲げて形成したものである。
【００１５】
また、外装体１においては、図１に開口部として示した辺１Ａが電極端子を導出する辺となっており、これに接する二辺１Ｂ，１Ｃが両方とも上記外面シール部５となっている。また、外装体１の辺１Ａと対向する辺１Ｄは折り曲げ部であり、一対のラミネートフィルム５１，５２が連続している。ここで、辺１Ｄは折り曲げ部であるため、電気化学デバイスを作製後、外装体内部の内圧が高まった場合に、外装体１の辺１Ｄと辺１Ｂ及び辺１Ｃとが接する角部から電解質溶液が漏れ出す場合がある。したがって、外装体１の辺１Ｄと辺１Ｂ及び辺１Ｃとが接する角部は、ヒートシール又は接着剤等によってシールすることが好ましい。具体的には、図２（ａ）に示すように、辺１Ｄと辺１Ｂ及び辺１Ｃとが接する角部にのみにシール部Ｓを設けるか、図２（ｂ）に示すように、辺１Ｄ全体にシール部Ｓを設けることが好ましい。
【００１６】
一方、図３は、シール部が外装体の外側に形成された従来の外装体の一例を示す斜視図である。図３に示すように、従来の外装体４において、一対のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が接着されてなるシール部６は、外装体の外側に設けられている。外装体４においては、図３に開口部として示した辺４Ａが電極端子を導出する辺となっており、これに接する二辺４Ｂ，４Ｃの両方、並びに、辺４Ａと対向する辺４Ｄがシール部６となっている。
【００１７】
図３に示した外装体４の構造では、シール部６がデッドスペースとなる。これに対し、図１に示した外装体１の構造によれば、シール部が外面シール部５となっていることにより、デッドスペースを十分に低減することができる。
【００１８】
また、図３に示した外装体４の構造では、外装体内部の内圧が高まった場合、シール部６に対して図３中の矢印Ｐの方向、すなわちシール部６が押し広げられる方向に力が働き、剥がれが生じやすい。これに対し、図１に示した外装体１の構造によれば、外装体内部の内圧が高まった場合、外面シール部５が押し広げられる方向に力が働かないため、剥がれが生じ難く、優れた耐圧性が得られる。
【００１９】
本実施形態の外装体１を構成する一対のラミネートフィルム５１，５２（第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２）としては、可とう性を有するラミネートフィルムが用いられる。ラミネートフィルムは軽量であり薄膜化が容易なため、電気化学デバイス自体の形状を薄膜状とすることができる。そのため、本来の体積エネルギー密度を容易に向上させることができるとともに、電気化学デバイスの設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
【００２０】
このラミネートフィルムは可とう性を有するものであれば特に限定されないが、外装体の十分な機械的強度と軽量性とを確保しつつ、外装体の外部から内部への水分や空気の侵入及び外装体の内部から外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する観点から、収容する発電要素に接触する高分子製の最内部の層と、該最内部の層の上記発電要素と接する側と反対側に配置される金属層と、該金属層の上記最内部の層と接する側と反対側に配置される高分子製の層と、を少なくとも有する３層以上の層から構成されるラミネートフィルムであることが好ましい。
【００２１】
ラミネートフィルムの積層構造としては、例えば、図４に示す構成のラミネートフィルムが挙げられる。図４に示すラミネートフィルム５３は、その内面Ｆ１において外装体内部に収容する発電要素と接触する高分子製の最内部の層５３ａと、最内部の層５３ａのもう一方の面（外側の面）上に配置された金属層５３ｃと、金属層５３ｃの外側の面に配置された高分子製の最外部の層５３ｂと、を有する。
【００２２】
最内部の層５３ａは可とう性を有する層であり、その構成材料は上記の可とう性を発現させることが可能であり、且つ、外装体の内部に収容される電解質溶液に対する化学的安定性（化学反応、溶解、膨潤が起こらない特性）、並びに、酸素及び水（空気中の水分）に対する化学的安定性を有している高分子であれば特に限定されないが、更に酸素、水（空気中の水分）及び電解質溶液の成分に対する透過性の低い特性を有している材料が好ましい。最内部の層５３ａの構成材料としては、例えば、エンジニアリングプラスチック、並びに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン酸変成物、ポリプロピレン酸変成物、ポリエチレンアイオノマー、ポリプロピレンアイオノマー等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。
【００２３】
なお、「エンジニアリングプラスチック」とは、機械部品、電気部品、住宅用材等で使用されるような優れた力学特性と耐熱性、耐久性を有しているプラスチックを意味し、例えば、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオキシテトラメチレンオキシテレフタロイル（ポリブチレンテレフタレート）、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等が挙げられる。
【００２４】
また、最外部の層５３ｂの構成材料としては、上記最内部の層５３ａと同様の構成材料を使用してもよい。本実施形態の外装体においては、第２のラミネートフィルム５２の縁部が折り曲げられるため、外面シール部５では、第１のラミネートフィルム５１の外面（図４中の面Ｆ２）と第２のラミネートフィルム５２の内面（図４中の面Ｆ１）とが接着されることになる。そのため、熱プレスにより外面シール部５を形成する際に、加熱温度を調節することで縁部の面Ｆ１と面Ｆ２とを選択的に熱融着させることが可能となることから、最外部の層５３ｂの構成材料は、最内部の層５３ａの構成材料よりも融点の低い材料を用いることが好ましい。最外部の層５３ｂの構成材料として好ましくは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。これらの中でも、吸水率が極めて低いことから、ポリプロピレン、ポリエチレンが特に好ましい。
【００２５】
金属層５３ｃとしては、酸素、水（空気中の水分）及び電解質溶液に対する耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましい。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、クロム等からなる金属箔を使用してもよい。
【００２６】
本実施形態の外装体に用いるラミネートフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートからなる最内部の層５３ａと、アルミニウムからなる金属層５３ｃと、ポリプロピレンからなる最外部の層５３ｂとで構成された３層構造のラミネートフィルムが特に好ましい。
【００２７】
上述した構造を有するラミネートフィルム５３は、ドライラミネーション法、ウエットラミネーション法、ホットメルトラミネーション法、エクストルージョンラミネーション法等の既知の製法を用いて作製することができる。例えば、ラミネートフィルム５３を構成する高分子製の層となるフィルム、及び、アルミニウム等からなる金属箔をそれぞれ用意する。金属箔は、例えば金属材料を圧延加工することにより用意することができる。次に、好ましくは先に述べた複数の層の構成となるように、高分子製の層となるフィルムの上に接着剤を介して金属箔を貼り合わせる等してラミネートフィルム（多層フィルム）５３を作製する。得られたラミネートフィルム５３は、所定の形状及び大きさに切断して使用される。
【００２８】
次に、上述した電気化学デバイス用外装体の製造方法の例について説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した外装体１を作製する際の一連の工程図である。まず、図５（ａ）に示すように、一枚のラミネートフィルム５０を用意する。このラミネートフィルム５０は、図中の折り曲げ線Ｙ−Ｙにおいて折り曲げられるものである。ラミネートフィルム５０は、折り曲げ線Ｙ−Ｙにおいて折り曲げた場合に対向配置された状態となる第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２の領域を有している。図中の５２Ｂは、第２のラミネートフィルム５２の縁部であり、この部分が第１のラミネートフィルム５１の縁部５１Ｂの外面に重なるように折り曲げられて接着されることで外面シール部５が形成されることとなる。また、図中の５１Ａ及び５２Ａは、それぞれ第１及び第２のラミネートフィルム５２の外面シール部５を形成しない部分領域を示す。
【００２９】
次に、図５（ｂ）に示すように、折り曲げ線Ｙ−Ｙにおいてラミネートフィルム５０を二つ折りにする。次いで、図５（ｃ）に示すように、第２のラミネートフィルム５２の縁部５２Ｂを、第１のラミネートフィルム５１の外装体外部側の面の縁部５１Ｂに重なるように折り曲げ、重なり合った縁部５１Ｂと５２Ｂとを接着することで外面シール部５を形成する。その後、図２に示したように、必要に応じて外装体１の角部を含む領域をシールする。これにより、外装体１を作製することができる。
【００３０】
上記外装体１の製造方法において、重なり合った縁部５１Ｂと縁部５２Ｂとの接着方法は特に限定されないが、例えば、ヒートシールによる接着方法や接着剤を用いた接着方法を用いることができる。生産性の観点からは、ヒートシール法を用いることが好ましい。ヒートシール法により接着する場合、例えば、接着する縁部５１Ｂ，５２Ｂのみを細いブレードで挟んで熱プレスする方法や、熱を通さない板状の部材を外装体内部に入れ、外面シール部５を形成する側から外部プレス（熱プレス）する方法を用いることができる。また、ラミネートフィルム５０が図４に示したような高分子製の最内部の層５３ａ、金属層５３ｃ及び高分子製の最外部の層５３ｂを有し、且つ、最外部の層５３ｂの構成材料の融点が最内部の層５３ａの構成材料の融点よりも低い場合には、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の外側から外装体の全体又は一部（例えば、外面シール部５を形成する部分）を熱プレスし、重なり合った縁部５１Ｂ及び縁部５２Ｂ間のみを選択的に熱融着させる方法を用いることもできる。
【００３１】
以上、本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の電気化学デバイス用外装体は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の説明における外装体１は、電極端子を導出する辺に接する２辺が両方とも外面シール部５となっているが、一方のシール部が外面シール部５であり、他方のシール部が従来のシール部６であってもよい。また、本発明の外装体は、図１に示した矩形状のものに限定されず、円筒形等の形状でもよい。
【００３２】
また、図１に示した外装体１においては、一枚のラミネートフィルムを折り曲げて第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２を形成しているが、第１のラミネートフィルム５１と第２のラミネートフィルム５２とは別々のフィルムであってもよい。この場合、外装体１における折り曲げ部はシール部となり、図２（ｂ）に示したように辺１Ｄ全体がシールされる。
【００３３】
次に、上述した電気化学デバイス用外装体を用いた電気化学デバイスの好適な一実施形態について説明する。本実施形態では、外装体として図１に示した外装体１を用いたリチウムイオン二次電池について説明する。
【００３４】
図６は、本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）の好適な一実施形態を示す正面図である。また、図７は図６に示すリチウムイオン二次電池の内部を負極１０の表面の法線方向からみた場合の展開図である。更に、図８は図６に示すリチウムイオン二次電池を図６のＸ１−Ｘ１線に沿って切断した場合の模式断面図である。また、図９は図６に示すリチウムイオン二次電池を図６のＸ２−Ｘ２線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【００３５】
図６〜図９に示すように、リチウムイオン二次電池１００は、主として、互いに対向する板状の負極１０及び板状の正極２０と、負極１０と正極２０との間に隣接して配置される板状のセパレータ４０と、リチウムイオンを含む電解質溶液と、これらを密閉した状態で収容する外装体１と、負極１０に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部が外装体１の外部に突出される負極用リード１２と、正極２０に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部が外装体１の外部に突出される正極用リード２２とから構成されている。以下、本実施形態の各構成要素の詳細を説明する。
【００３６】
なお、本明細書において、「負極」とは、電池の放電時の極性を基準とする電極であって、放電時の酸化反応により電子を放出する電極である。更に、「正極」とは、電池の放電時の極性を基準とする電極であって、放電時の還元反応により電子を受容する電極である。
【００３７】
まず、負極１０及び正極２０について説明する。負極１０は、負極集電体と、該負極集電体上に形成された負極活物質含有層とからなる。また、正極は、正極集電体と、該正極集電体上に形成された正極活物質含有層とからなる。
【００３８】
負極集電体及び正極集電体は、負極活物質含有層及び正極活物質含有層への電荷の移動を充分に行うことができる良導体であれば特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に用いられている集電体を使用することができる。例えば、負極集電体及び正極集電体としては、それぞれ銅、アルミニウム等の金属箔が挙げられる。
【００３９】
また、負極１０の負極活物質含有層は、主として、負極活物質と、結着剤とから構成されている。なお、負極活物質含有層は、更に導電助剤を含有していることが好ましい。
【００４０】
負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＰＦ６−、ＣｌＯ４−）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能なものであれば特に制限されず、公知の負極活物質を使用できる。このような負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ等のリチウムと化合することのできる金属、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｎＯ２等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、ＴｉＯ２が挙げられる。
【００４１】
負極１０に用いられる結着剤としては、公知の結着剤を特に制限なく使用することができ、例えば、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）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂が挙げられる。この結着剤は、活物質粒子や必要に応じて添加される導電助剤等の構成材料同士を結着するのみならず、それらの構成材料と集電体との結着にも寄与している。
【００４２】
また、上記の他に、結着剤としては、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。
【００４３】
更に、上記の他に、結着剤としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等を用いてもよい。また、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子を用いてもよい。更に、シンジオタクチック１、２−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン（炭素数２〜１２）共重合体等を用いてもよい。また、導電性高分子を用いてもよい。
【００４４】
必要に応じて用いられる導電助剤としては特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、カーボンブラック類、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属粉、炭素材料及び金属粉の混合物、ＩＴＯのような導電性酸化物が挙げられる。
【００４５】
正極２０の正極活物質含有層は、主として、正極活物質と、結着剤とから構成されている。なお、正極活物質含有層は、更に導電助剤を含有していることが好ましい。
【００４６】
正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＣｌＯ４−）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、及び、一般式：ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎｚＭａＯ２（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ａ≦１、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒより選ばれる１種類以上の元素）で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ２Ｏ５）、オリビン型ＬｉＭＰＯ４（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素またはＶＯを示す）、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）等の複合金属酸化物が挙げられる。
【００４７】
正極２０に用いられる結着剤としては、負極１０に用いられる結着剤と同様のものを使用することができる。また、正極２０に必要に応じて用いられる導電助剤としては、負極１０に用いられる導電助剤と同様のものを使用することができる。
【００４８】
また、正極２０の正極集電体は、例えばアルミニウムからなる正極用リード２２の一端に電気的に接続され、正極用リード２２の他端は外装体１の外部に延びている。一方、負極１０の負極集電体も、例えば銅又はニッケルからなる負極用リード１２の一端に電気的に接続され、負極用リード１２の他端は外装体１の外部に延びている。
【００４９】
負極１０と正極２０との間に配置されるセパレータ４０は、イオン透過性を有し、且つ、電子的絶縁性を有する多孔体から形成されていれば特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に用いられるセパレータを使用することができる。例えば、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積層体や、上記高分子の混合物の延伸膜、或いは、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一種の構成材料からなる繊維不織布等が挙げられる。
【００５０】
電解質溶液（図示せず）は外装体１の内部空間に充填され、その一部は、負極１０、正極２０、及びセパレータ４０の内部に含有されている。電解質溶液は、リチウム塩を有機溶媒に溶解した非水電解質溶液が使用される。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＣＯ）２等の塩が使用される。なお、これらの塩は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、電解質溶液は、高分子等を添加することによりゲル状としてもよい。
【００５１】
また、有機溶媒は、公知の電気化学デバイスに使用されている溶媒を使用することができる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネート等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。
【００５２】
外装体１は、図１、図２（ａ）及び図５に示した構造を有するものであり、電極端子を導出する辺に接する２辺のシール部が外面シール部５となっており、また、折り曲げ部側の角部がシールされてシール部Ｓが形成されている。また、図６及び図７に示すように、第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２の電極端子を導出する辺側の縁部５１ａ及び５２ａは、電極端子（負極用リード１２及び正極用リード２２）を挟んだ状態でシールされている。第１のラミネートフィルム５１の縁部５１ａ及び第２のラミネートフィルム５２の縁部５２ａのシール部に接触する負極用リード１２の部分には、負極用リード１２と第１及び第２のラミネートフィルム中の金属層との接触を防止するための絶縁体１４が被覆されている。更に、第１のラミネートフィルム５１の縁部５１ａ及び第２のラミネートフィルム５２の縁部５２ａのシール部に接触する正極用リード２２の部分には、正極用リード２２と第１及び第２のラミネートフィルム中の金属層との接触を防止するための絶縁体２４が被覆されている。
【００５３】
これら絶縁体１４及び絶縁体２４の構成は特に限定されないが、例えば、それぞれ高分子から形成されていてもよい。なお、負極用リード１２及び正極用リード２２のそれぞれに対するラミネートフィルム中の金属層の接触が充分に防止可能であれば、これら絶縁体１４及び絶縁体２４は配置しない構成としてもよい。
【００５４】
次に、上述したリチウムイオン二次電池１００の製造方法について説明する。
【００５５】
発電要素６０（負極１０、セパレータ４０及び正極２０がこの順で順次積層された積層体）の製造方法は、特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池の製造に採用されている公知の方法を用いることができる。
【００５６】
負極１０及び正極２０を作製する場合、先ず、上述した各構成成分を混合し、結着剤が溶解可能な溶媒に分散させ、電極形成用塗布液（スラリー又はペースト等）を作製する。溶媒としては、結着剤が溶解可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。
【００５７】
次に、上記電極形成用塗布液を集電体表面上に塗布し、乾燥させ、圧延することにより集電体上に活物質含有層を形成し、負極１０及び正極２０の作製を完了する。ここで、電極形成用塗布液を集電体の表面に塗布する際の手法は特に限定されるものではなく、集電体の材質や形状等に応じて適宜決定すればよい。塗布方法としては、例えば、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
【００５８】
その後、作製した負極１０及び正極２０のそれぞれに対して、負極用リード１２及び正極用リード２２をそれぞれ電気的に接続する。
【００５９】
次に、負極１０と正極２０との間に、セパレータ４０を接触した状態（好ましくは非接着状態）で配置し、発電要素６０を完成する。このとき、負極１０の負極活物質含有層側の面、及び、正極２０の正極活物質含有層側の面がセパレータ４０と接触するように配置する。
【００６０】
一方、外装体１を先に説明した製造方法により製造する。図１及び図５に示したように、外装体１には、発電要素６０を外装体１中に導入するための開口部を確保するために、一部にヒートシールを行わない部分を設けておく。これにより開口部を有した状態の外装体１が得られる。
【００６１】
そして、開口部を有した状態の外装体１の内部に、負極用リード１２及び正極用リード２２が電気的に接続された発電要素６０を挿入する。そして、電解質溶液を注入する。続いて、負極用リード１２、正極用リード２２の一部をそれぞれ外装体１内に挿入した状態で、シール機を用いて、外装体１の開口部をシールする。これにより、外装体１及びリチウムイオン二次電池１００の作製が完了する。
【００６２】
以上、本発明の電気化学デバイスの好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の説明においては、負極１０及び正極２０をそれぞれ１つずつ備えたリチウムイオン二次電池１００について説明したが、負極１０及び正極２０をそれぞれ２以上備え、負極１０と正極２０との間にセパレータ４０が常に１つ配置される構成としてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態の説明においては、外装体として図１に示した外装体１を用いた場合について説明したが、外装体は図１に示した外装体１に限定されるものではない。更に、本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）は、図６に示したような形状のものに限定されず、例えば、円筒形等の形状でもよい。
【００６４】
また、上記実施形態の説明においては、電気化学デバイスがリチウムイオン二次電池の場合について説明したが、本発明の電気化学デバイスはリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、金属リチウム二次電池等のリチウムイオン二次電池以外の二次電池や、電気二重層キャパシタ、擬似容量キャパシタ、シュードキャパシタ、レドックスキャパシタ等の電気化学キャパシタ等であってもよい。なお、リチウムイオン二次電池以外の電気化学デバイスの場合、電極活物質としては、それぞれの電気化学デバイスに適したものを用いればよい。例えば、電気二重層キャパシタの場合には、正極活物質含有層及び負極活物質含有層中に含まれる活物質として、アセチレンブラック、グラファイト、黒鉛、活性炭などが用いられる。
【符号の説明】
【００６５】
１…電気化学デバイス用外装体、５…外面シール部、１０…負極、１２…負極用リード、１４…絶縁体、２０…正極、２２…正極用リード、２４…絶縁体、４０…セパレータ、５０…ラミネートフィルム、５１…第１のラミネートフィルム、５２…第２のラミネートフィルム、６０…発電要素、１００…リチウムイオン二次電池。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学デバイス用外装体及び電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイスでは、アルミラミネート外装体を用いたものが実用化されている。アルミラミネート外装体は、軽量であり形状の自由度が高いという利点がある。
【０００３】
従来のラミネート外装体の構造は、発電要素収容部の周囲に設けた糊代部分でラミネートフィルムを熱プレス等によりシールする構造となっている（例えば、特許文献１〜４参照）。これらのラミネート外装体の構造では、糊代分のデッドスペースが生じるため、ラミネート外装体の糊代部分（シール部）を折り畳むことで省スペース化することが提案されている（例えば、特許文献５〜９参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７７０４３号公報
【特許文献２】特開２０００−１３３２１６号公報
【特許文献３】特開２０００−１４９９９３号公報
【特許文献４】特開２０００−２８５９０４号公報
【特許文献５】特開２０００−２００５８５号公報
【特許文献６】特開２０００−２５１８５５号公報
【特許文献７】特開２０００−２６８８０７号公報
【特許文献８】特開２００１−３２５９２５号公報
【特許文献９】特開２００１−３２５９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献５〜９に記載されたラミネート外装体の構造でも、折り畳んだ糊代部分がデッドスペースになるため、更なるデッドスペース低減の余地を有している。また、上記特許文献１〜９に記載されたラミネート外装体の構造では、外装体内部の内圧が高まった場合に糊代部分が徐々に押し広げられ、剥がれが生じやすいという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、デッドスペースを低減でき、耐圧性に優れたシール構造を有する電気化学デバイス用外装体、及び、それを用いた電気化学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、電気化学デバイスの発電要素を内部に収容するための外装体であって、互いに対向する第１のラミネートフィルム及び第２のラミネートフィルムにより構成され、上記第１及び第２のラミネートフィルムの縁部同士が接着されてなるシール部を有し、上記シール部の少なくとも一部は、上記第２のラミネートフィルムの縁部が、上記第１のラミネートフィルムの外装体外部側の面の縁部に重なるように折り曲げられて接着された外面シール部となっている、電気化学デバイス用外装体を提供する。
【０００８】
かかる電気化学デバイス用外装体によれば、シール部の少なくとも一部が上記構造の外面シール部となっていることにより、シール部が外装体の外側に設けられた従来の外装体と比較して、デッドスペースを十分に低減することができる。また、上記構造の外面シール部は、外装体内部の内圧が高まった場合でも、シール部を押し広げる方向に力が働かないため剥がれが生じ難く、優れた耐圧性を得ることができる。
【０００９】
本発明の電気化学デバイス用外装体は、外形が矩形状であり、電極端子を導出する辺に接する二辺のうちの少なくとも一方の辺が、上記外面シール部となっていることが好ましい。かかる構造の外装体は、上記外面シール部を備えることによるデッドスペースの低減及び耐圧性の向上効果がより有効に得られる。
【００１０】
本発明はまた、上記本発明の電気化学デバイス用外装体と、上記外装体の内部に密閉した状態で収容された発電要素及び電解質溶液と、一端が上記発電要素の各電極に接続され、他端が上記外装体の外部に露出された電極端子と、を備える、電気化学デバイスを提供する。かかる電気化学デバイスは、上述した構造の外装体を備えるため、デッドスペースが十分に低減されており、優れた耐圧性を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、デッドスペースを十分に低減でき、耐圧性に優れたシール構造を有する電気化学デバイス用外装体、及び、それを用いた電気化学デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な一実施形態を示す正面図である。
【図３】従来の電気化学デバイス用外装体の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の電気化学デバイス用外装体の構成材料となるラミネートフィルムの基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図５】図１に示した電気化学デバイス用外装体１を作製する際の一連の工程図である。
【図６】本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）の好適な一実施形態を示す正面図である。
【図７】図６に示すリチウムイオン二次電池の内部を負極１０の表面の法線方向からみた場合の展開図である。
【図８】図６に示すリチウムイオン二次電池を図６のＸ１−Ｘ１線に沿って切断した場合の模式断面図である。
【図９】図６に示すリチウムイオン二次電池を図６のＸ２−Ｘ２線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な一実施形態を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の外装体１は、互いに対向する一対のラミネートフィルム５１，５２（第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２）により構成され、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が接着されてなるシール部は、第２のラミネートフィルム５２の縁部が、第１のラミネートフィルム５１の外装体外部側の面の縁部に重なるように折り曲げられて接着された外面シール部５となっている。外装体１は、外形が矩形状であり、一枚のラミネートフィルムを折り曲げて形成したものである。
【００１５】
また、外装体１においては、図１に開口部として示した辺１Ａが電極端子を導出する辺となっており、これに接する二辺１Ｂ，１Ｃが両方とも上記外面シール部５となっている。また、外装体１の辺１Ａと対向する辺１Ｄは折り曲げ部であり、一対のラミネートフィルム５１，５２が連続している。ここで、辺１Ｄは折り曲げ部であるため、電気化学デバイスを作製後、外装体内部の内圧が高まった場合に、外装体１の辺１Ｄと辺１Ｂ及び辺１Ｃとが接する角部から電解質溶液が漏れ出す場合がある。したがって、外装体１の辺１Ｄと辺１Ｂ及び辺１Ｃとが接する角部は、ヒートシール又は接着剤等によってシールすることが好ましい。具体的には、図２（ａ）に示すように、辺１Ｄと辺１Ｂ及び辺１Ｃとが接する角部にのみにシール部Ｓを設けるか、図２（ｂ）に示すように、辺１Ｄ全体にシール部Ｓを設けることが好ましい。
【００１６】
一方、図３は、シール部が外装体の外側に形成された従来の外装体の一例を示す斜視図である。図３に示すように、従来の外装体４において、一対のラミネートフィルム５１，５２の縁部同士が接着されてなるシール部６は、外装体の外側に設けられている。外装体４においては、図３に開口部として示した辺４Ａが電極端子を導出する辺となっており、これに接する二辺４Ｂ，４Ｃの両方、並びに、辺４Ａと対向する辺４Ｄがシール部６となっている。
【００１７】
図３に示した外装体４の構造では、シール部６がデッドスペースとなる。これに対し、図１に示した外装体１の構造によれば、シール部が外面シール部５となっていることにより、デッドスペースを十分に低減することができる。
【００１８】
また、図３に示した外装体４の構造では、外装体内部の内圧が高まった場合、シール部６に対して図３中の矢印Ｐの方向、すなわちシール部６が押し広げられる方向に力が働き、剥がれが生じやすい。これに対し、図１に示した外装体１の構造によれば、外装体内部の内圧が高まった場合、外面シール部５が押し広げられる方向に力が働かないため、剥がれが生じ難く、優れた耐圧性が得られる。
【００１９】
本実施形態の外装体１を構成する一対のラミネートフィルム５１，５２（第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２）としては、可とう性を有するラミネートフィルムが用いられる。ラミネートフィルムは軽量であり薄膜化が容易なため、電気化学デバイス自体の形状を薄膜状とすることができる。そのため、本来の体積エネルギー密度を容易に向上させることができるとともに、電気化学デバイスの設置されるべき空間の体積を基準とする体積エネルギー密度も容易に向上させることができる。
【００２０】
このラミネートフィルムは可とう性を有するものであれば特に限定されないが、外装体の十分な機械的強度と軽量性とを確保しつつ、外装体の外部から内部への水分や空気の侵入及び外装体の内部から外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する観点から、収容する発電要素に接触する高分子製の最内部の層と、該最内部の層の上記発電要素と接する側と反対側に配置される金属層と、該金属層の上記最内部の層と接する側と反対側に配置される高分子製の層と、を少なくとも有する３層以上の層から構成されるラミネートフィルムであることが好ましい。
【００２１】
ラミネートフィルムの積層構造としては、例えば、図４に示す構成のラミネートフィルムが挙げられる。図４に示すラミネートフィルム５３は、その内面Ｆ１において外装体内部に収容する発電要素と接触する高分子製の最内部の層５３ａと、最内部の層５３ａのもう一方の面（外側の面）上に配置された金属層５３ｃと、金属層５３ｃの外側の面に配置された高分子製の最外部の層５３ｂと、を有する。
【００２２】
最内部の層５３ａは可とう性を有する層であり、その構成材料は上記の可とう性を発現させることが可能であり、且つ、外装体の内部に収容される電解質溶液に対する化学的安定性（化学反応、溶解、膨潤が起こらない特性）、並びに、酸素及び水（空気中の水分）に対する化学的安定性を有している高分子であれば特に限定されないが、更に酸素、水（空気中の水分）及び電解質溶液の成分に対する透過性の低い特性を有している材料が好ましい。最内部の層５３ａの構成材料としては、例えば、エンジニアリングプラスチック、並びに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン酸変成物、ポリプロピレン酸変成物、ポリエチレンアイオノマー、ポリプロピレンアイオノマー等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。
【００２３】
なお、「エンジニアリングプラスチック」とは、機械部品、電気部品、住宅用材等で使用されるような優れた力学特性と耐熱性、耐久性を有しているプラスチックを意味し、例えば、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオキシテトラメチレンオキシテレフタロイル（ポリブチレンテレフタレート）、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等が挙げられる。
【００２４】
また、最外部の層５３ｂの構成材料としては、上記最内部の層５３ａと同様の構成材料を使用してもよい。本実施形態の外装体においては、第２のラミネートフィルム５２の縁部が折り曲げられるため、外面シール部５では、第１のラミネートフィルム５１の外面（図４中の面Ｆ２）と第２のラミネートフィルム５２の内面（図４中の面Ｆ１）とが接着されることになる。そのため、熱プレスにより外面シール部５を形成する際に、加熱温度を調節することで縁部の面Ｆ１と面Ｆ２とを選択的に熱融着させることが可能となることから、最外部の層５３ｂの構成材料は、最内部の層５３ａの構成材料よりも融点の低い材料を用いることが好ましい。最外部の層５３ｂの構成材料として好ましくは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。これらの中でも、吸水率が極めて低いことから、ポリプロピレン、ポリエチレンが特に好ましい。
【００２５】
金属層５３ｃとしては、酸素、水（空気中の水分）及び電解質溶液に対する耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましい。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、クロム等からなる金属箔を使用してもよい。
【００２６】
本実施形態の外装体に用いるラミネートフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートからなる最内部の層５３ａと、アルミニウムからなる金属層５３ｃと、ポリプロピレンからなる最外部の層５３ｂとで構成された３層構造のラミネートフィルムが特に好ましい。
【００２７】
上述した構造を有するラミネートフィルム５３は、ドライラミネーション法、ウエットラミネーション法、ホットメルトラミネーション法、エクストルージョンラミネーション法等の既知の製法を用いて作製することができる。例えば、ラミネートフィルム５３を構成する高分子製の層となるフィルム、及び、アルミニウム等からなる金属箔をそれぞれ用意する。金属箔は、例えば金属材料を圧延加工することにより用意することができる。次に、好ましくは先に述べた複数の層の構成となるように、高分子製の層となるフィルムの上に接着剤を介して金属箔を貼り合わせる等してラミネートフィルム（多層フィルム）５３を作製する。得られたラミネートフィルム５３は、所定の形状及び大きさに切断して使用される。
【００２８】
次に、上述した電気化学デバイス用外装体の製造方法の例について説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した外装体１を作製する際の一連の工程図である。まず、図５（ａ）に示すように、一枚のラミネートフィルム５０を用意する。このラミネートフィルム５０は、図中の折り曲げ線Ｙ−Ｙにおいて折り曲げられるものである。ラミネートフィルム５０は、折り曲げ線Ｙ−Ｙにおいて折り曲げた場合に対向配置された状態となる第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２の領域を有している。図中の５２Ｂは、第２のラミネートフィルム５２の縁部であり、この部分が第１のラミネートフィルム５１の縁部５１Ｂの外面に重なるように折り曲げられて接着されることで外面シール部５が形成されることとなる。また、図中の５１Ａ及び５２Ａは、それぞれ第１及び第２のラミネートフィルム５２の外面シール部５を形成しない部分領域を示す。
【００２９】
次に、図５（ｂ）に示すように、折り曲げ線Ｙ−Ｙにおいてラミネートフィルム５０を二つ折りにする。次いで、図５（ｃ）に示すように、第２のラミネートフィルム５２の縁部５２Ｂを、第１のラミネートフィルム５１の外装体外部側の面の縁部５１Ｂに重なるように折り曲げ、重なり合った縁部５１Ｂと５２Ｂとを接着することで外面シール部５を形成する。その後、図２に示したように、必要に応じて外装体１の角部を含む領域をシールする。これにより、外装体１を作製することができる。
【００３０】
上記外装体１の製造方法において、重なり合った縁部５１Ｂと縁部５２Ｂとの接着方法は特に限定されないが、例えば、ヒートシールによる接着方法や接着剤を用いた接着方法を用いることができる。生産性の観点からは、ヒートシール法を用いることが好ましい。ヒートシール法により接着する場合、例えば、接着する縁部５１Ｂ，５２Ｂのみを細いブレードで挟んで熱プレスする方法や、熱を通さない板状の部材を外装体内部に入れ、外面シール部５を形成する側から外部プレス（熱プレス）する方法を用いることができる。また、ラミネートフィルム５０が図４に示したような高分子製の最内部の層５３ａ、金属層５３ｃ及び高分子製の最外部の層５３ｂを有し、且つ、最外部の層５３ｂの構成材料の融点が最内部の層５３ａの構成材料の融点よりも低い場合には、第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２の外側から外装体の全体又は一部（例えば、外面シール部５を形成する部分）を熱プレスし、重なり合った縁部５１Ｂ及び縁部５２Ｂ間のみを選択的に熱融着させる方法を用いることもできる。
【００３１】
以上、本発明の電気化学デバイス用外装体の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の電気化学デバイス用外装体は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の説明における外装体１は、電極端子を導出する辺に接する２辺が両方とも外面シール部５となっているが、一方のシール部が外面シール部５であり、他方のシール部が従来のシール部６であってもよい。また、本発明の外装体は、図１に示した矩形状のものに限定されず、円筒形等の形状でもよい。
【００３２】
また、図１に示した外装体１においては、一枚のラミネートフィルムを折り曲げて第１及び第２のラミネートフィルム５１，５２を形成しているが、第１のラミネートフィルム５１と第２のラミネートフィルム５２とは別々のフィルムであってもよい。この場合、外装体１における折り曲げ部はシール部となり、図２（ｂ）に示したように辺１Ｄ全体がシールされる。
【００３３】
次に、上述した電気化学デバイス用外装体を用いた電気化学デバイスの好適な一実施形態について説明する。本実施形態では、外装体として図１に示した外装体１を用いたリチウムイオン二次電池について説明する。
【００３４】
図６は、本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）の好適な一実施形態を示す正面図である。また、図７は図６に示すリチウムイオン二次電池の内部を負極１０の表面の法線方向からみた場合の展開図である。更に、図８は図６に示すリチウムイオン二次電池を図６のＸ１−Ｘ１線に沿って切断した場合の模式断面図である。また、図９は図６に示すリチウムイオン二次電池を図６のＸ２−Ｘ２線に沿って切断した場合の要部を示す模式断面図である。
【００３５】
図６〜図９に示すように、リチウムイオン二次電池１００は、主として、互いに対向する板状の負極１０及び板状の正極２０と、負極１０と正極２０との間に隣接して配置される板状のセパレータ４０と、リチウムイオンを含む電解質溶液と、これらを密閉した状態で収容する外装体１と、負極１０に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部が外装体１の外部に突出される負極用リード１２と、正極２０に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部が外装体１の外部に突出される正極用リード２２とから構成されている。以下、本実施形態の各構成要素の詳細を説明する。
【００３６】
なお、本明細書において、「負極」とは、電池の放電時の極性を基準とする電極であって、放電時の酸化反応により電子を放出する電極である。更に、「正極」とは、電池の放電時の極性を基準とする電極であって、放電時の還元反応により電子を受容する電極である。
【００３７】
まず、負極１０及び正極２０について説明する。負極１０は、負極集電体と、該負極集電体上に形成された負極活物質含有層とからなる。また、正極は、正極集電体と、該正極集電体上に形成された正極活物質含有層とからなる。
【００３８】
負極集電体及び正極集電体は、負極活物質含有層及び正極活物質含有層への電荷の移動を充分に行うことができる良導体であれば特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に用いられている集電体を使用することができる。例えば、負極集電体及び正極集電体としては、それぞれ銅、アルミニウム等の金属箔が挙げられる。
【００３９】
また、負極１０の負極活物質含有層は、主として、負極活物質と、結着剤とから構成されている。なお、負極活物質含有層は、更に導電助剤を含有していることが好ましい。
【００４０】
負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＰＦ６−、ＣｌＯ４−）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能なものであれば特に制限されず、公知の負極活物質を使用できる。このような負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ等のリチウムと化合することのできる金属、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｎＯ２等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、ＴｉＯ２が挙げられる。
【００４１】
負極１０に用いられる結着剤としては、公知の結着剤を特に制限なく使用することができ、例えば、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）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂が挙げられる。この結着剤は、活物質粒子や必要に応じて添加される導電助剤等の構成材料同士を結着するのみならず、それらの構成材料と集電体との結着にも寄与している。
【００４２】
また、上記の他に、結着剤としては、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。
【００４３】
更に、上記の他に、結着剤としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等を用いてもよい。また、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子を用いてもよい。更に、シンジオタクチック１、２−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン（炭素数２〜１２）共重合体等を用いてもよい。また、導電性高分子を用いてもよい。
【００４４】
必要に応じて用いられる導電助剤としては特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、カーボンブラック類、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属粉、炭素材料及び金属粉の混合物、ＩＴＯのような導電性酸化物が挙げられる。
【００４５】
正極２０の正極活物質含有層は、主として、正極活物質と、結着剤とから構成されている。なお、正極活物質含有層は、更に導電助剤を含有していることが好ましい。
【００４６】
正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＣｌＯ４−）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、及び、一般式：ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎｚＭａＯ２（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ａ≦１、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒより選ばれる１種類以上の元素）で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ２Ｏ５）、オリビン型ＬｉＭＰＯ４（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素またはＶＯを示す）、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）等の複合金属酸化物が挙げられる。
【００４７】
正極２０に用いられる結着剤としては、負極１０に用いられる結着剤と同様のものを使用することができる。また、正極２０に必要に応じて用いられる導電助剤としては、負極１０に用いられる導電助剤と同様のものを使用することができる。
【００４８】
また、正極２０の正極集電体は、例えばアルミニウムからなる正極用リード２２の一端に電気的に接続され、正極用リード２２の他端は外装体１の外部に延びている。一方、負極１０の負極集電体も、例えば銅又はニッケルからなる負極用リード１２の一端に電気的に接続され、負極用リード１２の他端は外装体１の外部に延びている。
【００４９】
負極１０と正極２０との間に配置されるセパレータ４０は、イオン透過性を有し、且つ、電子的絶縁性を有する多孔体から形成されていれば特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に用いられるセパレータを使用することができる。例えば、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積層体や、上記高分子の混合物の延伸膜、或いは、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一種の構成材料からなる繊維不織布等が挙げられる。
【００５０】
電解質溶液（図示せず）は外装体１の内部空間に充填され、その一部は、負極１０、正極２０、及びセパレータ４０の内部に含有されている。電解質溶液は、リチウム塩を有機溶媒に溶解した非水電解質溶液が使用される。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＣＯ）２等の塩が使用される。なお、これらの塩は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、電解質溶液は、高分子等を添加することによりゲル状としてもよい。
【００５１】
また、有機溶媒は、公知の電気化学デバイスに使用されている溶媒を使用することができる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネート等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。
【００５２】
外装体１は、図１、図２（ａ）及び図５に示した構造を有するものであり、電極端子を導出する辺に接する２辺のシール部が外面シール部５となっており、また、折り曲げ部側の角部がシールされてシール部Ｓが形成されている。また、図６及び図７に示すように、第１のラミネートフィルム５１及び第２のラミネートフィルム５２の電極端子を導出する辺側の縁部５１ａ及び５２ａは、電極端子（負極用リード１２及び正極用リード２２）を挟んだ状態でシールされている。第１のラミネートフィルム５１の縁部５１ａ及び第２のラミネートフィルム５２の縁部５２ａのシール部に接触する負極用リード１２の部分には、負極用リード１２と第１及び第２のラミネートフィルム中の金属層との接触を防止するための絶縁体１４が被覆されている。更に、第１のラミネートフィルム５１の縁部５１ａ及び第２のラミネートフィルム５２の縁部５２ａのシール部に接触する正極用リード２２の部分には、正極用リード２２と第１及び第２のラミネートフィルム中の金属層との接触を防止するための絶縁体２４が被覆されている。
【００５３】
これら絶縁体１４及び絶縁体２４の構成は特に限定されないが、例えば、それぞれ高分子から形成されていてもよい。なお、負極用リード１２及び正極用リード２２のそれぞれに対するラミネートフィルム中の金属層の接触が充分に防止可能であれば、これら絶縁体１４及び絶縁体２４は配置しない構成としてもよい。
【００５４】
次に、上述したリチウムイオン二次電池１００の製造方法について説明する。
【００５５】
発電要素６０（負極１０、セパレータ４０及び正極２０がこの順で順次積層された積層体）の製造方法は、特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池の製造に採用されている公知の方法を用いることができる。
【００５６】
負極１０及び正極２０を作製する場合、先ず、上述した各構成成分を混合し、結着剤が溶解可能な溶媒に分散させ、電極形成用塗布液（スラリー又はペースト等）を作製する。溶媒としては、結着剤が溶解可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。
【００５７】
次に、上記電極形成用塗布液を集電体表面上に塗布し、乾燥させ、圧延することにより集電体上に活物質含有層を形成し、負極１０及び正極２０の作製を完了する。ここで、電極形成用塗布液を集電体の表面に塗布する際の手法は特に限定されるものではなく、集電体の材質や形状等に応じて適宜決定すればよい。塗布方法としては、例えば、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
【００５８】
その後、作製した負極１０及び正極２０のそれぞれに対して、負極用リード１２及び正極用リード２２をそれぞれ電気的に接続する。
【００５９】
次に、負極１０と正極２０との間に、セパレータ４０を接触した状態（好ましくは非接着状態）で配置し、発電要素６０を完成する。このとき、負極１０の負極活物質含有層側の面、及び、正極２０の正極活物質含有層側の面がセパレータ４０と接触するように配置する。
【００６０】
一方、外装体１を先に説明した製造方法により製造する。図１及び図５に示したように、外装体１には、発電要素６０を外装体１中に導入するための開口部を確保するために、一部にヒートシールを行わない部分を設けておく。これにより開口部を有した状態の外装体１が得られる。
【００６１】
そして、開口部を有した状態の外装体１の内部に、負極用リード１２及び正極用リード２２が電気的に接続された発電要素６０を挿入する。そして、電解質溶液を注入する。続いて、負極用リード１２、正極用リード２２の一部をそれぞれ外装体１内に挿入した状態で、シール機を用いて、外装体１の開口部をシールする。これにより、外装体１及びリチウムイオン二次電池１００の作製が完了する。
【００６２】
以上、本発明の電気化学デバイスの好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の説明においては、負極１０及び正極２０をそれぞれ１つずつ備えたリチウムイオン二次電池１００について説明したが、負極１０及び正極２０をそれぞれ２以上備え、負極１０と正極２０との間にセパレータ４０が常に１つ配置される構成としてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態の説明においては、外装体として図１に示した外装体１を用いた場合について説明したが、外装体は図１に示した外装体１に限定されるものではない。更に、本発明の電気化学デバイス（リチウムイオン二次電池）は、図６に示したような形状のものに限定されず、例えば、円筒形等の形状でもよい。
【００６４】
また、上記実施形態の説明においては、電気化学デバイスがリチウムイオン二次電池の場合について説明したが、本発明の電気化学デバイスはリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、金属リチウム二次電池等のリチウムイオン二次電池以外の二次電池や、電気二重層キャパシタ、擬似容量キャパシタ、シュードキャパシタ、レドックスキャパシタ等の電気化学キャパシタ等であってもよい。なお、リチウムイオン二次電池以外の電気化学デバイスの場合、電極活物質としては、それぞれの電気化学デバイスに適したものを用いればよい。例えば、電気二重層キャパシタの場合には、正極活物質含有層及び負極活物質含有層中に含まれる活物質として、アセチレンブラック、グラファイト、黒鉛、活性炭などが用いられる。
【符号の説明】
【００６５】
１…電気化学デバイス用外装体、５…外面シール部、１０…負極、１２…負極用リード、１４…絶縁体、２０…正極、２２…正極用リード、２４…絶縁体、４０…セパレータ、５０…ラミネートフィルム、５１…第１のラミネートフィルム、５２…第２のラミネートフィルム、６０…発電要素、１００…リチウムイオン二次電池。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学デバイスの発電要素を内部に収容するための外装体であって、
互いに対向する第１のラミネートフィルム及び第２のラミネートフィルムにより構成され、
前記第１及び第２のラミネートフィルムの縁部同士が接着されてなるシール部を有し、
前記シール部の少なくとも一部は、前記第２のラミネートフィルムの縁部が、前記第１のラミネートフィルムの外装体外部側の面の縁部に重なるように折り曲げられて接着された外面シール部となっている、電気化学デバイス用外装体。
【請求項２】
外形が矩形状であり、
電極端子を導出する辺に接する二辺のうちの少なくとも一方の辺が、前記外面シール部となっている、請求項１記載の電気化学デバイス用外装体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電気化学デバイス用外装体と、
前記外装体の内部に密閉した状態で収容された発電要素及び電解質溶液と、
一端が前記発電要素の各電極に接続され、他端が前記外装体の外部に露出された電極端子と、
を備える、電気化学デバイス。
【請求項１】
電気化学デバイスの発電要素を内部に収容するための外装体であって、
互いに対向する第１のラミネートフィルム及び第２のラミネートフィルムにより構成され、
前記第１及び第２のラミネートフィルムの縁部同士が接着されてなるシール部を有し、
前記シール部の少なくとも一部は、前記第２のラミネートフィルムの縁部が、前記第１のラミネートフィルムの外装体外部側の面の縁部に重なるように折り曲げられて接着された外面シール部となっている、電気化学デバイス用外装体。
【請求項２】
外形が矩形状であり、
電極端子を導出する辺に接する二辺のうちの少なくとも一方の辺が、前記外面シール部となっている、請求項１記載の電気化学デバイス用外装体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電気化学デバイス用外装体と、
前記外装体の内部に密閉した状態で収容された発電要素及び電解質溶液と、
一端が前記発電要素の各電極に接続され、他端が前記外装体の外部に露出された電極端子と、
を備える、電気化学デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１７５８４７（Ｐ２０１１−１７５８４７Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３８８７５（Ｐ２０１０−３８８７５）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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