電気化学デバイス
【課題】 インピーダンス特性に優れた巻回型の電気化学デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】 アノード電極Ａを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ａ１及び主金属箔Ａ１の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２を有している。カソード電極Ｋを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ｋ２及び主金属箔Ｋ２の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２を有している。主金属箔Ａ１の露出領域の上面に、帯状の補助金属箔Ｔ１が設けられ、主金属箔Ｋ２の露出領域の上面に、帯状の補助金属箔Ｔ２が設けられている。個々の補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は、主金属箔Ａ１．Ｋ２に対して、長手方向（巻回後は周方向となる）の一箇所の位置のみで溶接されている
【解決手段】 アノード電極Ａを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ａ１及び主金属箔Ａ１の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２を有している。カソード電極Ｋを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ｋ２及び主金属箔Ｋ２の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２を有している。主金属箔Ａ１の露出領域の上面に、帯状の補助金属箔Ｔ１が設けられ、主金属箔Ｋ２の露出領域の上面に、帯状の補助金属箔Ｔ２が設けられている。個々の補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は、主金属箔Ａ１．Ｋ２に対して、長手方向（巻回後は周方向となる）の一箇所の位置のみで溶接されている
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池や電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）などの電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の巻回電極を用いた電気化学デバイス（電池、ＥＤＬＣ）に関する技術は、特許文献１〜１１に開示されている。特許文献１は金属箔スペーサに関する技術について開示し、特許文献２は樹脂スペーサに関する技術について開示し、特許文献３は絶縁テープの貼付に関する技術について開示し、特許文献４は巻回端面への端子取付に関する技術について開示し、特許文献５は保護層形成に関する技術について開示し、特許文献６は金属帯取付に関する技術について開示し、特許文献７は絶縁スペーサ膜取付に関する技術について開示し、特許文献８はセパレータをスペーサで隔離する技術について開示し、特許文献９は絶縁スペーサ層を用いた技術について開示し、特許文献１０，特許文献１１は金属スペーサ帯を用いた技術について開示している。
【０００３】
多くの巻回型の電気化学デバイスでは、一対の帯状電極と、一対の帯状のセパレータを交互に重ねて配置する。１つの帯状電極の上下面には活性炭がバインダ樹脂によって塗布されている。重ねられたものを巻芯の周囲に巻きつけ、巻きつけられた電極の幅方向の端部同士を直接溶着してそのまま取出電極として用いている。ここで、帯状電極を直接溶着するのは、余分な端子をこれに取り付けると、インピーダンスが高くなるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９８９２１号公報
【特許文献２】特開２０００−０２１４３６号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５４１４号公報
【特許文献４】特開２００５−３４７６０８号公報
【特許文献５】特開２００７−０９５６５６号公報
【特許文献６】特開２００７−３３５８１４号公報
【特許文献７】特開２００８−１９３０１０号公報
【特許文献８】特開平０５−１０９４３５号公報
【特許文献９】特開平０７−１３０３８９号公報
【特許文献１０】特開平１１−１３５１００号公報
【特許文献１１】特開平１１−２８３６０６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、単純に巻回体の幅方向端部を取出電極とする場合、帯状電極の幅方向端部間に隙間ができてしまう。この隙間の存在により、帯状電極が変形してインピーダンス特性が劣化したり、ばらつくという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、インピーダンス特性に優れた巻回型の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】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電気化学デバイスは、巻回された帯状の積層体と、前記積層体を電解液と共に収納する包囲体とを備え、前記帯状の積層体が、一対の帯状電極と前記帯状電極の一方を挟む一対のセパレータとを有し、それぞれの前記帯状電極は、帯状の主金属箔及び前記主金属箔に設けられた活物質層を有する巻回型の電気化学デバイスにおいて、帯状の前記主金属箔の隣接するもの同士の位置は幅方向に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に前記活物質層が形成されていない露出領域が設定され、この露出領域には、帯状の補助金属箔が前記主金属箔の長手方向に沿って設けられており、前記補助金属箔が複数であってこれらの補助金属箔がその長手方向に沿って断続的に設けられ、且つ、個々の前記補助金属箔は、前記主金属箔に対して、前記長手方向の一箇所の位置のみで溶接されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、補助金属箔が、主金属箔の露出領域における径方向の可動範囲を狭めるので、主金属箔の位置ずれによるインピーダンス変化を抑制することができる。また、補助金属箔が複数であってこれらの補助金属箔がその長手方向に沿って断続的に設けられ、且つ、個々の前記補助金属箔は、前記主金属箔に対して、前記長手方向の一箇所の位置のみで溶接されているので、補助金属箔の内部に応力が蓄積されにくい。換言すれば、補助金属箔間の隙間によって、巻回の際の主金属箔と補助金属箔の内外周差により生じるヨレを吸収でき、また、長手方向（巻回後の周方向）の一箇所の位置のみで溶接されているので、積層体を巻回した構造体の変形を抑制することができ、インピーダンスばらつきと品質誤差の少ない電気化学デバイスを提供することができる。
【０００９】
また、前記補助金属箔の単独の厚みの最大値は、前記露出領域において対向する前記主金属箔間の隙間の距離に等しいことが好ましい。この場合には、補助金属箔が、主金属箔間の距離を一定に保持するため、インピーダンスのばらつきが抑制される。
【００１０】
また、前記補助金属箔の材料は、前記主金属箔の材料と同一であることが好ましい。この場合、双方の材料は容易に溶接することができ、また、接触時に材料間の電位差も発生しないため、特性が安定するという利点もある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電気化学デバイスは、インピーダンス特性に優ることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の分解斜視図である。
【図２】実施形態に係る巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の斜視図（Ａ）と補助電極部の断面図（Ｂ）である。
【図３】巻芯に巻きつけられた積層体の斜視図である。
【図４】蓋となる電極板取付前の電気化学デバイスの縦断面図である。
【図５】蓋となる電極板取付時の電気化学デバイスの斜視図である。
【図６】蓋となる電極板取付後の電気化学デバイスの縦断面図である。
【図７】積層構造を詳細に説明するための積層体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態に係る電気化学デバイスについて説明する。同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、実施形態に係る巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の分解斜視図であり、図２は、この巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の斜視図（Ａ）と補助電極部の断面図（Ｂ）である。この電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）であるが、この構造は通常の電池にも適用できる。
【００１５】
この積層体は、帯状であり、一対の帯状電極（アノード電極Ａ、カソード電極Ｋ）と、帯状電極の一方（本図ではカソード電極Ｋ）を挟む一対のセパレータＳ１，Ｓ２とを有している。以下の説明では、三次元直交座標系が設定されており、帯状電極の幅方向をＺ軸方向とし、厚み方向をＸ軸方向とし、これらの双方に垂直な長手方向をＹ軸とする。
【００１６】
アノード電極Ａを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ａ１及び主金属箔Ａ１の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２を有している。カソード電極Ｋを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ｋ２及び主金属箔Ｋ２の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２を有している。帯状の主金属箔Ａ１，Ｋ２の隣接するもの同士の位置は幅方向（Ｚ軸方向）に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２が形成されていない露出領域（図７の寸法Ｚ３で示される）が設定されている。
【００１７】
アノード電極Ａにおいては、その主金属箔Ａ１の上記露出領域の上面に、帯状の補助金属箔Ｔ１が、主金属箔Ａ１の長手方向（Ｙ軸）に沿って設けられている。同様に、カソード電極Ｋにおいては、その主金属箔Ｋ２の上記露出領域の上面に、帯状の補助金属箔Ｔ２が、主金属箔Ｋ２の長手方向（Ｙ軸）に沿って設けられている。これらの補助金属箔Ｔ１と補助金属箔Ｔ２とは、Ｚ軸方向に沿って離間している。補助金属箔Ｔ１は、複数の短い帯状の補助金属箔Ｐ１からなり、これらの離間位置は凹領域Ｄ１を形成している。補助金属箔Ｔ２は、複数の短い帯状の補助金属箔Ｐ２からなり、これらの離間位置は凹領域Ｄ２を形成している。
【００１８】
セパレータＳ１，Ｓ２の幅は等しく、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２の幅も等しいが、セパレータの幅の方が、活物質層の幅よりも若干広い。補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の単独の厚みは、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２の単独の厚みよりも厚い。上述の関係は、積層体の巻回後においても保持されるが、巻回後においては、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は、幅方向（Ｚ軸方向）の両端に設けられる蓋となる電極板Ｌ１，Ｌ２とそれぞれ接触する（図６参照）。なお、それぞれの補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）は、それぞれ主金属箔Ａ１，Ｋ２と共に、電極板Ｌ１，Ｌ２に対して溶接され、特に、レーザ溶接される（図６参照）。
【００１９】
補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）が複数であってこれらの補助金属箔がその長手方向（巻回後は周方向）に沿って断続的に設けられ、且つ、個々の補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）は、主金属箔Ａ１，Ｋ２に対して、長手方向（図２のＹ軸：巻回後は周方向）の一箇所の位置のみ（本例では、巻き始め位置より側の１点）で溶接されているので、補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）の内部に応力が蓄積されにくい。換言すれば、補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）間の隙間Ｄ１，Ｄ２によって、巻回の際の主金属箔Ａ１，Ｋ２と補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）の内外周差により生じるヨレを吸収でき、また、長手方向（巻回後の周方向）の一箇所の位置のみで溶接されているので、積層体を巻回した構造体の変形を抑制することができ、インピーダンスばらつきと品質誤差の少ない電気化学デバイスを提供することができるのである。
【００２０】
なお、補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）は、厚みを有しているので、隣接する主金属箔間のスペーサとしても機能する一方で、組み立て製造時において、幅方向からの電解液の流入を阻害する傾向にあるが、補助金属箔Ｔ１（Ｐ１），Ｔ２（Ｐ２）が複数であって、これらの補助金属箔がその長手方向（巻回後は周方向となる）に沿って断続的に設けられているので、補助金属箔の切れ間（凹領域Ｄ２）から、電解液が十分に補助金属箔の内側に位置する活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２内に進入することができ、宴会液浸入ばらつきに起因したインピーダンスのばらつきが抑制され、インピーダンス特性が向上することとなる。なお、凹領域Ｄ１，Ｄ２或いは凸領域（補助金属箔）Ｐ１，Ｐ２の平面形状は四角形であるが、これは台形や平行四辺形であってもよい。
【００２１】
図２（Ｂ）のＹＺ断面に示すように、補助金属箔Ｐ１，Ｐ２は、レーザビームをＸ軸方向から照射されることで、その一部が溶解し、下部の主金属箔Ａ１（Ｋ２）に混合し、冷却時に固定され、これらは電気的に接続される。補助金属箔Ｐ１，Ｐ２の表面には、レーザビーム照射跡Ｐが形成され、これは若干の凹部を構成する。１つの補助金属箔Ｐ１（Ｐ２）において、溶接跡Ｐは帯状電極の巻き始め側に、位置するのが応力を蓄積しないという意味では好ましいが、別の位置でもよい。また、周方向の一箇所の位置のみで溶接されていれば、溶接箇所は、１つの補助金属箔Ｐ１（Ｐ２）当たり２箇所であってもよい。すなわち、図２（Ａ）で言えば、Ｙ軸の同一座標位置に２箇所の溶接跡Ｐが隣接して存在している場合も、その長手方向（周方向）の一箇所の位置のみで溶接されていることになる。
【００２２】
なお、上述のセパレータＳ１，Ｓ２、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２、金属箔Ａ１，Ｋ２の材料としては、公知のものを用いればよい。これらの材料について、以下に一例を示すが、本発明は、これらの材料に限定されるものではない。
【００２３】
セパレータＳ１，Ｓ２は、例えば重量比１０％以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。
【００２４】
活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２は分極性電極である。この分極性電極は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダ樹脂を混ぜて製造する。バインダ樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物が挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。製造時においては、これらの材料を、ノズルから出射して、主金属箔の両面に塗布する。
【００２５】
主金属箔Ａ１、Ｋ２は集電体であり、アルミニウム箔や銅箔の表面をエッチングによって表面を荒く加工したもの使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダを加えてシート状にして集電極に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電極に塗工する方法なども無数に存在する。
【００２６】
図３は、巻芯に巻きつけられた積層体の斜視図である。
【００２７】
外面が円筒面を有する巻芯Ｂの周囲に、図１及び図２に示した積層体が巻きつけられ、これらから電気化学デバイス本体１０が構成される。巻芯Ｂの中心軸はＺ軸であり、積層体はＺ軸回りに巻回されることになる。軸芯から離れるに従って、アノード電極Ａとカソード電極Ｋとが交互に積層されており、これらの間にはセパレータＳ１，Ｓ２が介在している。Ｚ軸方向に端部には、補助金属箔Ｔ１、Ｔ２が位置している。Ｚ軸の正方向端部においては、ＸＺ平面内において、補助金属箔Ｔ１が径方向に沿って隣接して配置されている。Ｚ軸の負方向端部においては、ＸＺ平面内において、補助金属箔Ｔ２が径方向に沿って隣接して配置されている。図面上では、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の厚みは、端部において対向する主金属箔間の隙間の距離よりも小さいが、これらは等しくてもよい。
【００２８】
図４は、蓋となる電極板取付前の電気化学デバイスの縦断面図（ＸＺ断面図）である。
【００２９】
電気化学デバイス本体１０を、筒体Ｈの内部に、それぞれの軸を一致させて挿入し、筒体Ｈの両端開口部を蓋である電極板Ｌ１，Ｌ２によって封止する。この封止には接着剤を用いることもできる。筒体Ｈ及び電極板Ｌ１，Ｌ２から包囲体が構成される。筒体Ｈの形状は円筒形の他、角筒形とすることもできる。また、巻芯Ｂの外面形状を角筒面とすることも可能である。巻芯Ｂ及び筒体Ｈの材料としては、アノード電極とカソード電極間の短絡を防止できるものであれば、各種材料を用いることができるが、例えば、絶縁体を用いることができる。巻芯Ｂ或いは筒体Ｈの構造は、絶縁体筒の両端に、金属筒を接合したものであってもよい。
【００３０】
ここで、一方の電極板Ｌ２で筒体Ｈを封止して、容器内に電解液ＬＱを導入する際、補助金属箔間の隙間である凹領域Ｄ１から電解液ＬＱが十分に補助金属箔Ｔ１（Ｐ１），Ｔ２（Ｐ２）の内側に位置する活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２内に進入することができる。電解液ＬＱは活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２内に十分に含浸する。これによりインピーダンスのばらつきが抑制され、インピーダンス特性が向上することとなる。
【００３１】
図５は、蓋となる電極板取付時の電気化学デバイスの斜視図であり、図６は、蓋となる電極板取付後の電気化学デバイスの縦断面図（ＸＺ断面図）である。
【００３２】
この電気化学デバイスは、巻回された帯状の積層体と、積層体を電解液ＬＱと共に収納する包囲体とを備えている。上述のように、包囲体は筒体Ｈと電極板Ｌ１，Ｌ２からなる。電極板Ｌ１，Ｌ２と、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２とを、それぞれ電気的に接続するため、電極板Ｌ１，Ｌ２に外側からレーザビームＬＢを照射し、照射位置を溶解し、これらの内側にそれぞれ位置する補助金属箔Ｔ１（Ｐ１），Ｔ２（Ｐ２）と電極板Ｌ１，Ｌ２とを接合する。レーザビームＬＢの照射位置には、凹部Ｄが形成される。複数の凹部はＸＹ平面内において放射状に形成されている。なお、レーザビームＬＢに代えて、高圧で電流を電極板Ｌ１，Ｌ２に与えることで、電流供給部位を溶解し、同様に、これらの内側にそれぞれ位置する補助金属箔Ｔ１，Ｔ２と電極板Ｌ１，Ｌ２とを接合することもできる。なお、包囲体の内部には電解液ＬＱが封入されている。
【００３３】
電解液ＬＱとしては水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、アセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。
【００３４】
図７は、積層構造を詳細に説明するための積層体の断面図である。
【００３５】
Ｚ軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Ｚ１は主金属箔Ａ１，Ｋ２の幅、寸法Ｚ２は活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２の幅、寸法Ｚ３は露出領域の幅（Ｚ１−Ｚ２）、寸法Ｚ４は活物質層からセパレータがＺ方向に突出した距離、寸法Ｚ５は補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の幅、寸法Ｚ６はセパレータＳ１，Ｓ２の幅を示している。
【００３６】
Ｘ軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Ｘ１は、主金属箔Ａ１，Ｋ２の厚み、寸法Ｘ２は、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２の厚み、寸法Ｘ３は、セパレータＳ１，Ｓ２の厚み、寸法Ｘ４は補助金属箔Ｔ１（Ｐ１），Ｔ２（Ｐ２）の厚みの最大値である。
【００３７】
それぞれの寸法の好適範囲は以下の通りである。
【００３８】
１０≦Ｚ１≦１０００ｍｍ
５ｍｍ≦Ｚ２≦９９５ｍｍ
２ｍｍ≦Ｚ３≦５０ｍｍ
１ｍｍ≦Ｚ４≦１０ｍｍ
１ｍｍ≦Ｚ５≦４９ｍｍ
７ｍｍ≦Ｚ６≦９９７ｍｍ
１０μｍ≦Ｘ１≦２００μｍ
１０μｍ≦Ｘ２≦５００μｍ
１０μｍ≦Ｘ３≦５０μｍ
１０μｍ≦Ｘ４≦５００μｍ
上述の範囲に関して、Ｚ１の範囲は電極箔の現実的な幅を示している。Ｚ２の範囲は実際的に塗布可能な活物質層の幅（電極幅）を示している。Ｚ３で規定される領域は素子機能に影響を与えないので、小型化の観点からは小さい方が好ましく、帯状電極の巻回後に幅方向両端をＺ軸に垂直に切断することで、切断面をフラットにし、幅を任意に設定することができる。但し、下限値を下回ると有効に機能する活物質層を溶接時に損傷する虞があるため、下限値以上であることが好ましく、上限値を超える場合には装置が大型化するため、上限値以下であることが好ましい。
【００３９】
また、Ｚ４はセパレータはみ出し量を規定するものであり、この範囲は電気特性に影響を与るものではなく、分離した金属箔が接触しない程度のマージンを有している。Ｚ６はセパレータの幅であるため、Ｚ２に２ｍｍを加えた値として設定した。
【００４０】
また、Ｚ５は、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の幅を規定するものであり、露出領域の幅Ｚ３−１ｍｍに設定した。
【００４１】
Ｘ１の範囲は、集電体である主金属箔の現実的な厚みの範囲であり、厚い方が、抵抗が低くなり、且つ、強度も高くなるという観点から好ましいが、単位体積当たりの集積度は低くなり多くの電荷を蓄積することができなくなる。比較的低抵抗で損傷にしくいためには、下限値以上の厚みが好適であり、集積度を大きく劣化させることなく、低抵抗で強度が十分に保持できる厚みは上述の上限値以下の値である。
【００４２】
Ｘ２の範囲は、活物質層の現実的な厚み範囲を規定しており、電極活性炭粒子の接触抵抗が減るので、薄いほど厚み方向の内部抵抗は低くなる利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、活物質層としての機能が十分でなくなるため、上記の下限値以上であることが好ましい。
【００４３】
Ｘ３の範囲は、セパレータの現実的な厚み範囲であり、薄いほうが厚み方向の内部抵抗が小さくなるという利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、セパレータとしての機能が十分ではなく、セパレータで分離された活物質層が実効的に短絡してしまうため、上記の下限値以上であることが好ましい。
【００４４】
Ｘ４の範囲は、隣接する主金属箔間に位置する層の合計厚以下であり、この場合には１２５０μｍ以下となるが、層合計よりも帯状電極を巻回可能な物理的な制約条件の方が小さく、したがって、かかる観点からすると、Ｘ４は５００μｍ以下であることが好ましく、その厚みは主金属箔と同じであることが内部応力を低減するという観点からは好ましい。したがって、Ｘ４は、主金属箔の厚みＸ１の下限値である１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
【００４５】
上述の電気化学デバイスによれば、補助金属箔Ｔ１（Ｐ１），Ｔ２（Ｐ２）が、主金属箔Ａ１，Ｋ２の露出領域における径方向（図７ではＸ軸方向）の可動範囲を狭めるので、主金属箔Ａ１，Ｋ２のＸ軸方向の位置ずれによるインピーダンス変化を抑制することができる。補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は厚みＸ４を有するので、補助金属箔Ｔ１．Ｔ２の側面（ＸＹ平面）と上述の電極板との接触面積を増加させ、これらの接触抵抗を減少させることができる。このように、接触抵抗が低減されると、素子の内部抵抗を抑えることができ、出力が向上する。また、かかる接触部位を介して放熱を行うことができる。したがって、本発明の電気化学デバイスは、インピーダンス特性と放熱特性に優ることとなる。なお、厚みＸ４は、上記観点から、可能な限り大きな方が好ましい。
【００４６】
また、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の単独の厚みＸ４は、露出領域（寸法Ｚ３の領域）において対向する主金属箔Ａ１（或いはＫ２）間の隙間の距離Ｌ（＝４×Ｘ２＋２×Ｘ３＋Ｘ１）以下である。この場合には、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２が、主金属箔間Ａ１，Ｋ２の距離Ｌを幅方向（Ｚ軸方向）端部において押し広げることにはならず、径方向寸法の大型化を抑制することができる。もちろん、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の単独の厚みＸ４(最大値)は、前記隙間の距離Ｌに一致していてもよく、この場合には、主金属箔Ａ１，Ｋ２の露出領域における径方向移動を確実に抑制すると共に、それぞれの主金属箔Ａ１（又はＫ２）を電気的に接続し、強度向上と共に、電気的な安定性を向上させることができる。
【００４７】
また、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の材料は、主金属箔Ａ１，Ｋ２の材料と同一であることが好ましい。例えば、双方ともアルミニウム或いは銅からなる。この場合、双方の材料は容易に溶接することができ、また、接触時に材料間の電位差も発生しないため、特性が安定するという利点もある。補助金属箔Ｔ１，Ｔ２と、主金属箔Ａ１，Ｋ２とは、電気的に接続されており、溶着（溶接）されていることが好ましいが、この溶接は、上記積層体を巻回しながら逐次行うことが好ましい。なぜならば、これらの間に応力が発生しにくいからである。
【００４８】
なお、上記では、補助金属箔は主金属箔の片面に設けられたが、これは両面に設けられていても良い。両面に補助金属箔を設ける場合の厚みは、片面に補助金属箔を設ける場合の厚みの１／２となる。補助金属箔の厚みＸ４が、活物質層（電極層）の厚みＸ２よりも小さい場合、帯状電極の端部の変形が著しく大きくなってしまう。なお、積層体の製造時には一定の圧力が厚み方向に印加される。
【００４９】
最大の厚みＸ４が、距離Ｌ（＝４×Ｘ２＋２×Ｘ３＋Ｘ１）よりも小さい場合、若干の隙間が補助金属箔Ｔ１，Ｔ２と主電極Ａ１，Ｋ２との間に、若干の隙間ができるため、Ｚ軸方向に沿って導入される電解液の侵入隙間が確保され、十分に電解液が内部に侵入し、電解液の不浸透に起因したインピーダンスのばらつきが抑制され、インピーダンス特性が向上することとなる。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ・・・アノード電極、Ａ１，Ｋ２・・・主金属箔、ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２・・・活物質層、Ｋ・・・カソード電極、Ｔ１，Ｔ２，Ｐ１，Ｐ２・・・補助金属箔、Ｄ１，Ｄ２・・・凹領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池や電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）などの電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の巻回電極を用いた電気化学デバイス（電池、ＥＤＬＣ）に関する技術は、特許文献１〜１１に開示されている。特許文献１は金属箔スペーサに関する技術について開示し、特許文献２は樹脂スペーサに関する技術について開示し、特許文献３は絶縁テープの貼付に関する技術について開示し、特許文献４は巻回端面への端子取付に関する技術について開示し、特許文献５は保護層形成に関する技術について開示し、特許文献６は金属帯取付に関する技術について開示し、特許文献７は絶縁スペーサ膜取付に関する技術について開示し、特許文献８はセパレータをスペーサで隔離する技術について開示し、特許文献９は絶縁スペーサ層を用いた技術について開示し、特許文献１０，特許文献１１は金属スペーサ帯を用いた技術について開示している。
【０００３】
多くの巻回型の電気化学デバイスでは、一対の帯状電極と、一対の帯状のセパレータを交互に重ねて配置する。１つの帯状電極の上下面には活性炭がバインダ樹脂によって塗布されている。重ねられたものを巻芯の周囲に巻きつけ、巻きつけられた電極の幅方向の端部同士を直接溶着してそのまま取出電極として用いている。ここで、帯状電極を直接溶着するのは、余分な端子をこれに取り付けると、インピーダンスが高くなるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９８９２１号公報
【特許文献２】特開２０００−０２１４３６号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５４１４号公報
【特許文献４】特開２００５−３４７６０８号公報
【特許文献５】特開２００７−０９５６５６号公報
【特許文献６】特開２００７−３３５８１４号公報
【特許文献７】特開２００８−１９３０１０号公報
【特許文献８】特開平０５−１０９４３５号公報
【特許文献９】特開平０７−１３０３８９号公報
【特許文献１０】特開平１１−１３５１００号公報
【特許文献１１】特開平１１−２８３６０６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、単純に巻回体の幅方向端部を取出電極とする場合、帯状電極の幅方向端部間に隙間ができてしまう。この隙間の存在により、帯状電極が変形してインピーダンス特性が劣化したり、ばらつくという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、インピーダンス特性に優れた巻回型の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】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電気化学デバイスは、巻回された帯状の積層体と、前記積層体を電解液と共に収納する包囲体とを備え、前記帯状の積層体が、一対の帯状電極と前記帯状電極の一方を挟む一対のセパレータとを有し、それぞれの前記帯状電極は、帯状の主金属箔及び前記主金属箔に設けられた活物質層を有する巻回型の電気化学デバイスにおいて、帯状の前記主金属箔の隣接するもの同士の位置は幅方向に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に前記活物質層が形成されていない露出領域が設定され、この露出領域には、帯状の補助金属箔が前記主金属箔の長手方向に沿って設けられており、前記補助金属箔が複数であってこれらの補助金属箔がその長手方向に沿って断続的に設けられ、且つ、個々の前記補助金属箔は、前記主金属箔に対して、前記長手方向の一箇所の位置のみで溶接されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、補助金属箔が、主金属箔の露出領域における径方向の可動範囲を狭めるので、主金属箔の位置ずれによるインピーダンス変化を抑制することができる。また、補助金属箔が複数であってこれらの補助金属箔がその長手方向に沿って断続的に設けられ、且つ、個々の前記補助金属箔は、前記主金属箔に対して、前記長手方向の一箇所の位置のみで溶接されているので、補助金属箔の内部に応力が蓄積されにくい。換言すれば、補助金属箔間の隙間によって、巻回の際の主金属箔と補助金属箔の内外周差により生じるヨレを吸収でき、また、長手方向（巻回後の周方向）の一箇所の位置のみで溶接されているので、積層体を巻回した構造体の変形を抑制することができ、インピーダンスばらつきと品質誤差の少ない電気化学デバイスを提供することができる。
【０００９】
また、前記補助金属箔の単独の厚みの最大値は、前記露出領域において対向する前記主金属箔間の隙間の距離に等しいことが好ましい。この場合には、補助金属箔が、主金属箔間の距離を一定に保持するため、インピーダンスのばらつきが抑制される。
【００１０】
また、前記補助金属箔の材料は、前記主金属箔の材料と同一であることが好ましい。この場合、双方の材料は容易に溶接することができ、また、接触時に材料間の電位差も発生しないため、特性が安定するという利点もある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電気化学デバイスは、インピーダンス特性に優ることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の分解斜視図である。
【図２】実施形態に係る巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の斜視図（Ａ）と補助電極部の断面図（Ｂ）である。
【図３】巻芯に巻きつけられた積層体の斜視図である。
【図４】蓋となる電極板取付前の電気化学デバイスの縦断面図である。
【図５】蓋となる電極板取付時の電気化学デバイスの斜視図である。
【図６】蓋となる電極板取付後の電気化学デバイスの縦断面図である。
【図７】積層構造を詳細に説明するための積層体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態に係る電気化学デバイスについて説明する。同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、実施形態に係る巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の分解斜視図であり、図２は、この巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の斜視図（Ａ）と補助電極部の断面図（Ｂ）である。この電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）であるが、この構造は通常の電池にも適用できる。
【００１５】
この積層体は、帯状であり、一対の帯状電極（アノード電極Ａ、カソード電極Ｋ）と、帯状電極の一方（本図ではカソード電極Ｋ）を挟む一対のセパレータＳ１，Ｓ２とを有している。以下の説明では、三次元直交座標系が設定されており、帯状電極の幅方向をＺ軸方向とし、厚み方向をＸ軸方向とし、これらの双方に垂直な長手方向をＹ軸とする。
【００１６】
アノード電極Ａを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ａ１及び主金属箔Ａ１の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２を有している。カソード電極Ｋを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ｋ２及び主金属箔Ｋ２の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２を有している。帯状の主金属箔Ａ１，Ｋ２の隣接するもの同士の位置は幅方向（Ｚ軸方向）に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２が形成されていない露出領域（図７の寸法Ｚ３で示される）が設定されている。
【００１７】
アノード電極Ａにおいては、その主金属箔Ａ１の上記露出領域の上面に、帯状の補助金属箔Ｔ１が、主金属箔Ａ１の長手方向（Ｙ軸）に沿って設けられている。同様に、カソード電極Ｋにおいては、その主金属箔Ｋ２の上記露出領域の上面に、帯状の補助金属箔Ｔ２が、主金属箔Ｋ２の長手方向（Ｙ軸）に沿って設けられている。これらの補助金属箔Ｔ１と補助金属箔Ｔ２とは、Ｚ軸方向に沿って離間している。補助金属箔Ｔ１は、複数の短い帯状の補助金属箔Ｐ１からなり、これらの離間位置は凹領域Ｄ１を形成している。補助金属箔Ｔ２は、複数の短い帯状の補助金属箔Ｐ２からなり、これらの離間位置は凹領域Ｄ２を形成している。
【００１８】
セパレータＳ１，Ｓ２の幅は等しく、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２の幅も等しいが、セパレータの幅の方が、活物質層の幅よりも若干広い。補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の単独の厚みは、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２の単独の厚みよりも厚い。上述の関係は、積層体の巻回後においても保持されるが、巻回後においては、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は、幅方向（Ｚ軸方向）の両端に設けられる蓋となる電極板Ｌ１，Ｌ２とそれぞれ接触する（図６参照）。なお、それぞれの補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）は、それぞれ主金属箔Ａ１，Ｋ２と共に、電極板Ｌ１，Ｌ２に対して溶接され、特に、レーザ溶接される（図６参照）。
【００１９】
補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）が複数であってこれらの補助金属箔がその長手方向（巻回後は周方向）に沿って断続的に設けられ、且つ、個々の補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）は、主金属箔Ａ１，Ｋ２に対して、長手方向（図２のＹ軸：巻回後は周方向）の一箇所の位置のみ（本例では、巻き始め位置より側の１点）で溶接されているので、補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）の内部に応力が蓄積されにくい。換言すれば、補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）間の隙間Ｄ１，Ｄ２によって、巻回の際の主金属箔Ａ１，Ｋ２と補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）の内外周差により生じるヨレを吸収でき、また、長手方向（巻回後の周方向）の一箇所の位置のみで溶接されているので、積層体を巻回した構造体の変形を抑制することができ、インピーダンスばらつきと品質誤差の少ない電気化学デバイスを提供することができるのである。
【００２０】
なお、補助金属箔Ｐ１（Ｔ１），Ｐ２（Ｔ２）は、厚みを有しているので、隣接する主金属箔間のスペーサとしても機能する一方で、組み立て製造時において、幅方向からの電解液の流入を阻害する傾向にあるが、補助金属箔Ｔ１（Ｐ１），Ｔ２（Ｐ２）が複数であって、これらの補助金属箔がその長手方向（巻回後は周方向となる）に沿って断続的に設けられているので、補助金属箔の切れ間（凹領域Ｄ２）から、電解液が十分に補助金属箔の内側に位置する活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２内に進入することができ、宴会液浸入ばらつきに起因したインピーダンスのばらつきが抑制され、インピーダンス特性が向上することとなる。なお、凹領域Ｄ１，Ｄ２或いは凸領域（補助金属箔）Ｐ１，Ｐ２の平面形状は四角形であるが、これは台形や平行四辺形であってもよい。
【００２１】
図２（Ｂ）のＹＺ断面に示すように、補助金属箔Ｐ１，Ｐ２は、レーザビームをＸ軸方向から照射されることで、その一部が溶解し、下部の主金属箔Ａ１（Ｋ２）に混合し、冷却時に固定され、これらは電気的に接続される。補助金属箔Ｐ１，Ｐ２の表面には、レーザビーム照射跡Ｐが形成され、これは若干の凹部を構成する。１つの補助金属箔Ｐ１（Ｐ２）において、溶接跡Ｐは帯状電極の巻き始め側に、位置するのが応力を蓄積しないという意味では好ましいが、別の位置でもよい。また、周方向の一箇所の位置のみで溶接されていれば、溶接箇所は、１つの補助金属箔Ｐ１（Ｐ２）当たり２箇所であってもよい。すなわち、図２（Ａ）で言えば、Ｙ軸の同一座標位置に２箇所の溶接跡Ｐが隣接して存在している場合も、その長手方向（周方向）の一箇所の位置のみで溶接されていることになる。
【００２２】
なお、上述のセパレータＳ１，Ｓ２、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２、金属箔Ａ１，Ｋ２の材料としては、公知のものを用いればよい。これらの材料について、以下に一例を示すが、本発明は、これらの材料に限定されるものではない。
【００２３】
セパレータＳ１，Ｓ２は、例えば重量比１０％以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。
【００２４】
活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２は分極性電極である。この分極性電極は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダ樹脂を混ぜて製造する。バインダ樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物が挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。製造時においては、これらの材料を、ノズルから出射して、主金属箔の両面に塗布する。
【００２５】
主金属箔Ａ１、Ｋ２は集電体であり、アルミニウム箔や銅箔の表面をエッチングによって表面を荒く加工したもの使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダを加えてシート状にして集電極に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電極に塗工する方法なども無数に存在する。
【００２６】
図３は、巻芯に巻きつけられた積層体の斜視図である。
【００２７】
外面が円筒面を有する巻芯Ｂの周囲に、図１及び図２に示した積層体が巻きつけられ、これらから電気化学デバイス本体１０が構成される。巻芯Ｂの中心軸はＺ軸であり、積層体はＺ軸回りに巻回されることになる。軸芯から離れるに従って、アノード電極Ａとカソード電極Ｋとが交互に積層されており、これらの間にはセパレータＳ１，Ｓ２が介在している。Ｚ軸方向に端部には、補助金属箔Ｔ１、Ｔ２が位置している。Ｚ軸の正方向端部においては、ＸＺ平面内において、補助金属箔Ｔ１が径方向に沿って隣接して配置されている。Ｚ軸の負方向端部においては、ＸＺ平面内において、補助金属箔Ｔ２が径方向に沿って隣接して配置されている。図面上では、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の厚みは、端部において対向する主金属箔間の隙間の距離よりも小さいが、これらは等しくてもよい。
【００２８】
図４は、蓋となる電極板取付前の電気化学デバイスの縦断面図（ＸＺ断面図）である。
【００２９】
電気化学デバイス本体１０を、筒体Ｈの内部に、それぞれの軸を一致させて挿入し、筒体Ｈの両端開口部を蓋である電極板Ｌ１，Ｌ２によって封止する。この封止には接着剤を用いることもできる。筒体Ｈ及び電極板Ｌ１，Ｌ２から包囲体が構成される。筒体Ｈの形状は円筒形の他、角筒形とすることもできる。また、巻芯Ｂの外面形状を角筒面とすることも可能である。巻芯Ｂ及び筒体Ｈの材料としては、アノード電極とカソード電極間の短絡を防止できるものであれば、各種材料を用いることができるが、例えば、絶縁体を用いることができる。巻芯Ｂ或いは筒体Ｈの構造は、絶縁体筒の両端に、金属筒を接合したものであってもよい。
【００３０】
ここで、一方の電極板Ｌ２で筒体Ｈを封止して、容器内に電解液ＬＱを導入する際、補助金属箔間の隙間である凹領域Ｄ１から電解液ＬＱが十分に補助金属箔Ｔ１（Ｐ１），Ｔ２（Ｐ２）の内側に位置する活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２内に進入することができる。電解液ＬＱは活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２内に十分に含浸する。これによりインピーダンスのばらつきが抑制され、インピーダンス特性が向上することとなる。
【００３１】
図５は、蓋となる電極板取付時の電気化学デバイスの斜視図であり、図６は、蓋となる電極板取付後の電気化学デバイスの縦断面図（ＸＺ断面図）である。
【００３２】
この電気化学デバイスは、巻回された帯状の積層体と、積層体を電解液ＬＱと共に収納する包囲体とを備えている。上述のように、包囲体は筒体Ｈと電極板Ｌ１，Ｌ２からなる。電極板Ｌ１，Ｌ２と、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２とを、それぞれ電気的に接続するため、電極板Ｌ１，Ｌ２に外側からレーザビームＬＢを照射し、照射位置を溶解し、これらの内側にそれぞれ位置する補助金属箔Ｔ１（Ｐ１），Ｔ２（Ｐ２）と電極板Ｌ１，Ｌ２とを接合する。レーザビームＬＢの照射位置には、凹部Ｄが形成される。複数の凹部はＸＹ平面内において放射状に形成されている。なお、レーザビームＬＢに代えて、高圧で電流を電極板Ｌ１，Ｌ２に与えることで、電流供給部位を溶解し、同様に、これらの内側にそれぞれ位置する補助金属箔Ｔ１，Ｔ２と電極板Ｌ１，Ｌ２とを接合することもできる。なお、包囲体の内部には電解液ＬＱが封入されている。
【００３３】
電解液ＬＱとしては水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、アセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。
【００３４】
図７は、積層構造を詳細に説明するための積層体の断面図である。
【００３５】
Ｚ軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Ｚ１は主金属箔Ａ１，Ｋ２の幅、寸法Ｚ２は活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２の幅、寸法Ｚ３は露出領域の幅（Ｚ１−Ｚ２）、寸法Ｚ４は活物質層からセパレータがＺ方向に突出した距離、寸法Ｚ５は補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の幅、寸法Ｚ６はセパレータＳ１，Ｓ２の幅を示している。
【００３６】
Ｘ軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Ｘ１は、主金属箔Ａ１，Ｋ２の厚み、寸法Ｘ２は、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２の厚み、寸法Ｘ３は、セパレータＳ１，Ｓ２の厚み、寸法Ｘ４は補助金属箔Ｔ１（Ｐ１），Ｔ２（Ｐ２）の厚みの最大値である。
【００３７】
それぞれの寸法の好適範囲は以下の通りである。
【００３８】
１０≦Ｚ１≦１０００ｍｍ
５ｍｍ≦Ｚ２≦９９５ｍｍ
２ｍｍ≦Ｚ３≦５０ｍｍ
１ｍｍ≦Ｚ４≦１０ｍｍ
１ｍｍ≦Ｚ５≦４９ｍｍ
７ｍｍ≦Ｚ６≦９９７ｍｍ
１０μｍ≦Ｘ１≦２００μｍ
１０μｍ≦Ｘ２≦５００μｍ
１０μｍ≦Ｘ３≦５０μｍ
１０μｍ≦Ｘ４≦５００μｍ
上述の範囲に関して、Ｚ１の範囲は電極箔の現実的な幅を示している。Ｚ２の範囲は実際的に塗布可能な活物質層の幅（電極幅）を示している。Ｚ３で規定される領域は素子機能に影響を与えないので、小型化の観点からは小さい方が好ましく、帯状電極の巻回後に幅方向両端をＺ軸に垂直に切断することで、切断面をフラットにし、幅を任意に設定することができる。但し、下限値を下回ると有効に機能する活物質層を溶接時に損傷する虞があるため、下限値以上であることが好ましく、上限値を超える場合には装置が大型化するため、上限値以下であることが好ましい。
【００３９】
また、Ｚ４はセパレータはみ出し量を規定するものであり、この範囲は電気特性に影響を与るものではなく、分離した金属箔が接触しない程度のマージンを有している。Ｚ６はセパレータの幅であるため、Ｚ２に２ｍｍを加えた値として設定した。
【００４０】
また、Ｚ５は、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の幅を規定するものであり、露出領域の幅Ｚ３−１ｍｍに設定した。
【００４１】
Ｘ１の範囲は、集電体である主金属箔の現実的な厚みの範囲であり、厚い方が、抵抗が低くなり、且つ、強度も高くなるという観点から好ましいが、単位体積当たりの集積度は低くなり多くの電荷を蓄積することができなくなる。比較的低抵抗で損傷にしくいためには、下限値以上の厚みが好適であり、集積度を大きく劣化させることなく、低抵抗で強度が十分に保持できる厚みは上述の上限値以下の値である。
【００４２】
Ｘ２の範囲は、活物質層の現実的な厚み範囲を規定しており、電極活性炭粒子の接触抵抗が減るので、薄いほど厚み方向の内部抵抗は低くなる利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、活物質層としての機能が十分でなくなるため、上記の下限値以上であることが好ましい。
【００４３】
Ｘ３の範囲は、セパレータの現実的な厚み範囲であり、薄いほうが厚み方向の内部抵抗が小さくなるという利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、セパレータとしての機能が十分ではなく、セパレータで分離された活物質層が実効的に短絡してしまうため、上記の下限値以上であることが好ましい。
【００４４】
Ｘ４の範囲は、隣接する主金属箔間に位置する層の合計厚以下であり、この場合には１２５０μｍ以下となるが、層合計よりも帯状電極を巻回可能な物理的な制約条件の方が小さく、したがって、かかる観点からすると、Ｘ４は５００μｍ以下であることが好ましく、その厚みは主金属箔と同じであることが内部応力を低減するという観点からは好ましい。したがって、Ｘ４は、主金属箔の厚みＸ１の下限値である１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
【００４５】
上述の電気化学デバイスによれば、補助金属箔Ｔ１（Ｐ１），Ｔ２（Ｐ２）が、主金属箔Ａ１，Ｋ２の露出領域における径方向（図７ではＸ軸方向）の可動範囲を狭めるので、主金属箔Ａ１，Ｋ２のＸ軸方向の位置ずれによるインピーダンス変化を抑制することができる。補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は厚みＸ４を有するので、補助金属箔Ｔ１．Ｔ２の側面（ＸＹ平面）と上述の電極板との接触面積を増加させ、これらの接触抵抗を減少させることができる。このように、接触抵抗が低減されると、素子の内部抵抗を抑えることができ、出力が向上する。また、かかる接触部位を介して放熱を行うことができる。したがって、本発明の電気化学デバイスは、インピーダンス特性と放熱特性に優ることとなる。なお、厚みＸ４は、上記観点から、可能な限り大きな方が好ましい。
【００４６】
また、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の単独の厚みＸ４は、露出領域（寸法Ｚ３の領域）において対向する主金属箔Ａ１（或いはＫ２）間の隙間の距離Ｌ（＝４×Ｘ２＋２×Ｘ３＋Ｘ１）以下である。この場合には、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２が、主金属箔間Ａ１，Ｋ２の距離Ｌを幅方向（Ｚ軸方向）端部において押し広げることにはならず、径方向寸法の大型化を抑制することができる。もちろん、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の単独の厚みＸ４(最大値)は、前記隙間の距離Ｌに一致していてもよく、この場合には、主金属箔Ａ１，Ｋ２の露出領域における径方向移動を確実に抑制すると共に、それぞれの主金属箔Ａ１（又はＫ２）を電気的に接続し、強度向上と共に、電気的な安定性を向上させることができる。
【００４７】
また、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の材料は、主金属箔Ａ１，Ｋ２の材料と同一であることが好ましい。例えば、双方ともアルミニウム或いは銅からなる。この場合、双方の材料は容易に溶接することができ、また、接触時に材料間の電位差も発生しないため、特性が安定するという利点もある。補助金属箔Ｔ１，Ｔ２と、主金属箔Ａ１，Ｋ２とは、電気的に接続されており、溶着（溶接）されていることが好ましいが、この溶接は、上記積層体を巻回しながら逐次行うことが好ましい。なぜならば、これらの間に応力が発生しにくいからである。
【００４８】
なお、上記では、補助金属箔は主金属箔の片面に設けられたが、これは両面に設けられていても良い。両面に補助金属箔を設ける場合の厚みは、片面に補助金属箔を設ける場合の厚みの１／２となる。補助金属箔の厚みＸ４が、活物質層（電極層）の厚みＸ２よりも小さい場合、帯状電極の端部の変形が著しく大きくなってしまう。なお、積層体の製造時には一定の圧力が厚み方向に印加される。
【００４９】
最大の厚みＸ４が、距離Ｌ（＝４×Ｘ２＋２×Ｘ３＋Ｘ１）よりも小さい場合、若干の隙間が補助金属箔Ｔ１，Ｔ２と主電極Ａ１，Ｋ２との間に、若干の隙間ができるため、Ｚ軸方向に沿って導入される電解液の侵入隙間が確保され、十分に電解液が内部に侵入し、電解液の不浸透に起因したインピーダンスのばらつきが抑制され、インピーダンス特性が向上することとなる。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ・・・アノード電極、Ａ１，Ｋ２・・・主金属箔、ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２・・・活物質層、Ｋ・・・カソード電極、Ｔ１，Ｔ２，Ｐ１，Ｐ２・・・補助金属箔、Ｄ１，Ｄ２・・・凹領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回された帯状の積層体と、前記積層体を電解液と共に収納する包囲体とを備え、前記帯状の積層体が、一対の帯状電極と前記帯状電極の一方を挟む一対のセパレータとを有し、それぞれの前記帯状電極は、帯状の主金属箔及び前記主金属箔に設けられた活物質層を有する巻回型の電気化学デバイスにおいて、
帯状の前記主金属箔の隣接するもの同士の位置は幅方向に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に前記活物質層が形成されていない露出領域が設定され、この露出領域には、帯状の補助金属箔が前記主金属箔の長手方向に沿って設けられており、
前記補助金属箔が複数であってこれらの補助金属箔がその長手方向に沿って断続的に設けられ、且つ、個々の前記補助金属箔は、前記主金属箔に対して、前記長手方向の一箇所の位置のみで溶接されていることを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
前記補助金属箔の単独の厚みの最大値は、前記露出領域において対向する前記主金属箔間の隙間の距離に等しいことを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
前記補助金属箔の材料は、前記主金属箔の材料と同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学デバイス。
【請求項１】
巻回された帯状の積層体と、前記積層体を電解液と共に収納する包囲体とを備え、前記帯状の積層体が、一対の帯状電極と前記帯状電極の一方を挟む一対のセパレータとを有し、それぞれの前記帯状電極は、帯状の主金属箔及び前記主金属箔に設けられた活物質層を有する巻回型の電気化学デバイスにおいて、
帯状の前記主金属箔の隣接するもの同士の位置は幅方向に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に前記活物質層が形成されていない露出領域が設定され、この露出領域には、帯状の補助金属箔が前記主金属箔の長手方向に沿って設けられており、
前記補助金属箔が複数であってこれらの補助金属箔がその長手方向に沿って断続的に設けられ、且つ、個々の前記補助金属箔は、前記主金属箔に対して、前記長手方向の一箇所の位置のみで溶接されていることを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
前記補助金属箔の単独の厚みの最大値は、前記露出領域において対向する前記主金属箔間の隙間の距離に等しいことを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
前記補助金属箔の材料は、前記主金属箔の材料と同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１７５８７２（Ｐ２０１１−１７５８７２Ａ）
【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２０１０−３９２６８（Ｐ２０１０−３９２６８）
【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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