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。主金属箔の重なっていない領域における主金属箔のそれぞれの一方面側に活物質層ＡＥ２，ＫＥ２が形成されていない露出領域が設定され、それぞれの他方面側には活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が全面に形成されている。
【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。主金属箔の重なっていない領域における主金属箔のそれぞれの一方面側に活物質層ＡＥ２，ＫＥ２が形成されていない露出領域が設定され、それぞれの他方面側には活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が全面に形成されている。
【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、ばらつくことになる。
【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と放熱特性と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おける前記主金属箔のそれぞれの一方面側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、それぞれの他方面側には前記活物質層が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、主金属箔の重なっていない他方面側の領域において、活物質層が形成されているため、かかる領域が機械的に強化されており、その変形が抑制される。したがって、変形に起因する端子間のインピーダンス変化が抑制される。特に、活物質層の高密度化を行うために、厚み方向にプレス処理を行う場合などには、上記露出領域は変形が生じやすいが、本発明では、当該変形は抑制される。
【０００９】
また、他方面側に対向する一方面側には、活物質層は形成されていないため、他方面側の活物質層は、実効的に電荷蓄積に寄与していない。したがって、露出領域の主金属箔を端子用の電極板などに溶接する場合において、かかる領域の活物質層が損傷しても、インピーダンス特性などの素子特性に影響を与えないという利点がある。
【００１０】
また、前記他方面は、これに対応する前記一方面よりも、巻回の中心軸から遠くに位置する、ことを特徴とする。すなわち、他方面は、巻回時において、一方面よりも外側に位置している。他方面には、活物質層が形成されており、活物質層は形成時に若干縮むので、内部に引張り応力が残留している。したがって、これを外側にして帯状電極の巻回を行うと、引張り応力に抗して巻回が行われることとなり、大きな力で巻回を行うことができ、帯状電極の隣接材との密着性が高くなり、巻回された積層体の強度は高くなる。
【００１１】
また、前記主金属箔の前記一方面上には、補助金属箔が設けられていることを特徴とする。すなわち、補助金属箔は、主金属箔の重なっていない上記露出領域の機械的強度を更に高くすることができる。また、補助金属箔は、他方面側の活物質層と共に、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、積層方向の断面積が、主金属箔単体の場合よりも大きくなるため、これに電極板などを溶接する場合には、接合面積が大きくなる。電極板との接触面積が増加すると、これらの接触抵抗を減少させることができ、素子の内部抵抗を抑えることができ、出力が向上する。
【００１２】
また、前記補助金属箔の厚みは、前記活物質層の厚みと同一であることが好ましい。この場合、厚み方向にプレス処理を行う場合においても、活物質層と補助金属箔に均等に圧力がかかるため、これらが設けられた主金属箔の変形を抑制することができ、変形に伴うインピーダンス変化を抑制することができる。
【００１３】
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が好ましい。この場合、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。
【発明の効果】
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】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】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。
【図８】巻かれた積層体の一部分の斜視図である。
【図９】巻かれた積層体の一部分の斜視図である。
【図１０】巻かれた積層体の一部分の斜視図である。
【図１１】補助金属箔を更に備えた電極構造の断面図である。
【図１２】補助金属箔を更に備えた電極構造の斜視図（Ａ）と、断面図（Ｂ）である。
【図１３】補助金属箔を更に備えた電極構造の斜視図（Ａ）と、断面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、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、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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おける主金属箔Ａ１，Ｋ２のそれぞれの一方面側（図１の下面側）に活物質層ＡＥ２，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、それぞれの他方面側（図１の上面側）には活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が全面に形成されている。すなわち、上述の露出領域の反対面側には、活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が形成されている。
【００２０】
上記露出領域は、主金属箔Ａ１の下面において長手方向（Ｙ軸）に沿って延びている。また、上記露出領域は、主金属箔Ｋ２の下面において長手方向（Ｙ軸）に沿って延びている。それぞれの主金属箔Ａ１，Ｋ２における露出領域は、Ｚ軸方向に沿って離間している。
【００２１】
セパレータＳ１，Ｓ２の幅は互いに等しく、上面の活物質層ＡＥ１，ＫＥ１の幅も互いに等しい。また、下面の活物質層ＡＥ２，ＫＥ２の幅も互いに等しい。セパレータＳ１，Ｓ２の幅の方が、狭幅の活物質層ＡＥ２，ＫＥ２の幅よりも若干広い。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、主金属箔Ａ１，Ｋ２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、主金属箔Ａ１，Ｋ２は、それぞれ、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）。
【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、主金属箔Ａ１，Ｋ２の端部が位置している。Ｚ軸の正方向端部においては、ＸＺ平面内において、カソード電極Ｋの主金属箔Ｋ２（図１参照）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、アノード電極Ａの主金属箔Ａ１（図１参照）が径方向に沿って隣接して配置されている。
【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】
この電気化学デバイスの製造においては、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によって順次封止するが、一方の電極板Ｌ１の封止前に電解液を包囲体内部に導入する。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】
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。
【００３１】
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、主金属箔Ａ１，Ｋ２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主金属箔Ａ１，Ｋ２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Ｄ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主金属箔Ａ１，Ｋ２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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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は狭幅側の活物質層ＡＥ２，ＫＥ２の幅、寸法Ｚ３は露出領域の幅（Ｚ１−Ｚ２）、寸法Ｚ４は活物質層ＡＥ２，ＫＥ２からセパレータがＺ方向に突出した距離、寸法Ｚ６はセパレータＳ１，Ｓ２の幅を示している。
【００３５】
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の厚みである。
【００３６】
それぞれの寸法の好適範囲は以下の通りである。
【００３７】
１０ｍｍ≦Ｚ１≦１０００ｍｍ
５ｍｍ≦Ｚ２≦９９５ｍｍ
２ｍｍ≦Ｚ３≦５０ｍｍ
１ｍｍ≦Ｚ４≦１０ｍｍ
７ｍｍ≦Ｚ６≦９９７ｍｍ
１０μｍ≦Ｘ１≦２００μｍ
１０μｍ≦Ｘ２≦５００μｍ
１０μｍ≦Ｘ３≦５０μｍ
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。
【００３８】
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。
【００３９】
Ｘ１の範囲は、集電体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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
上述の電気化学デバイスによれば、主金属箔の重なっていない他方面側（図７の上面側）の領域において、活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が形成されているため、かかる領域が機械的に強化されており、その変形が抑制される。したがって、変形に起因する端子間のインピーダンス変化が抑制される。特に、活物質層の高密度化を行うために、厚み方向にプレス処理を行う場合などには、上記露出領域は変形が生じやすいが、本形態では、当該変形は抑制される。
【００４３】
また、他方面側（図７の上面側）に対向する一方面側（図７の下面側）には、活物質層ＡＥ２，ＫＥ２は形成されていないため、他方面側の活物質層ＡＥ１，ＫＥ１は、実効的に電荷蓄積に寄与していない。したがって、露出領域（Ｚ３）の主金属箔Ａ１，Ｋ２を端子用の電極板などに溶接する場合において、かかる領域の活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が損傷しても、インピーダンス特性などの素子特性に影響を与えないという利点がある。
【００４４】
また、活物質層ＡＥ１，ＫＥ１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）の可動範囲を若干狭めるので、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若干抑制することができる。
【００４５】
また、前記他方面（図７のＡ１，Ｋ２の上面）は、これに対応する前記一方面（図７のＡ１，Ｋ２の下面）よりも、巻回の中心軸（Ｚ軸）から遠くに位置する。すなわち、他方面（図７のＡ１，Ｋ２の上面）は、巻回時において、一方面（図７のＡ１，Ｋ２の下面）よりも外側に位置している。他方面（図７のＡ１，Ｋ２の上面）には、活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が形成されており、活物質層は形成時に若干縮むので、内部に引張り応力が残留している。したがって、これを外側にして帯状電極の巻回を行うと、引張り応力に抗して巻回が行われることとなり、大きな力で巻回を行うことができ、帯状電極の隣接材との密着性が高くなり、巻回された積層体の強度は高くなる。
【００４６】
図８は、上記第１の実施形態に係る巻かれた積層体の一部分の斜視図である。同図は、アノード電極又はカソード電極のＺ軸方向端部の形状を示している。
【００４７】
上述の露出領域には、活物質層ＡＥ２あるいはＫＥ２は形成されていない。また、他方面（図７のＡ１，Ｋ２の上面）は、巻回時において、一方面（図７のＡ１，Ｋ２の下面）よりも外側に位置している。巻回の中心軸はＺ軸であって、主金属箔Ａ１又はＫ２の湾曲中心に位置している。
【００４８】
図９は、第２の実施形態に係る巻かれた積層体の一部分の斜視図である。
【００４９】
上記では、活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）は、主金属箔Ａ１（Ｋ２）の全面に形成されていたが、活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）は、一部分の領域ＲＫには、形成されてなくてもよい。切り欠き領域ＲＫは、主金属箔Ａ１（Ｋ２）のＺ軸方向端部からＺ軸に沿って延びたスリット形状をしており、かかる場合においても、上述の露出領域に形成された活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）が、主金属箔Ａ１（Ｋ２）を補強している。
【００５０】
図１０は、第３の実施形態に係る巻かれた積層体の一部分の斜視図である。
【００５１】
第１の実施形態では、活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）は、主金属箔Ａ１（Ｋ２）の全面に形成されていたが、第３実施形態においても、活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）は、一部分の領域ＲＫには、形成されていない。切り欠き領域ＲＫの外縁形状は、主金属箔Ａ１（Ｋ２）のＺ軸方向端部から延びた円弧の一部であり、かかる場合においても、上述の露出領域に形成された活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）が、主金属箔Ａ１（Ｋ２）を補強している。
【００５２】
図１１は、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２を露出領域上に更に備えた電極構造の断面図である。
【００５３】
主金属箔Ａ１，Ｋ２の前記一方面（図１１の下面）には、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２が設けられている。すなわち、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は、主金属箔Ａ１,Ｋ２の重なっていない上記露出領域の機械的強度を更に高くすることができる。また、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は、他方面側（図１１の上面）の活物質層ＡＥ１、ＫＥ１と共に、主金属箔Ａ１，Ｋ２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Ａ１，Ｋ２の径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。また、積層方向の断面積が、主金属箔Ａ１，Ｋ２単体の場合よりも大きくなるため、これに電極板などを溶接する場合には、接合面積が大きくなる。電極板との接触面積が増加すると、これらの接触抵抗を減少させることができ、素子の内部抵抗を抑えることができ、出力が向上する。
【００５４】
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、こ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、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の厚み（Ｘ４とする）は、上記観点から、可能な限り大きな方が好ましい。
【００５５】
また、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の厚みが、活物質層ＡＥ２，ＫＥ２の厚みと同一であることが好ましい。この場合、厚み方向にプレス処理を行う場合においても、活物質層と補助金属箔に均等に圧力がかかるため、これらが設けられた主金属箔の変形を抑制することができ、変形に伴うインピーダンス変化を抑制することができる。なお、同一とは、一方の厚みに対して±５％以内の誤差を含むこととする。
【００５６】
図１２及び図１３は、補助金属箔を更に備えた電極構造の斜視図（Ａ）と、断面図（Ｂ）である。
【００５７】
それぞれのアノード電極及びカソード電極において、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２が複数であってこれらの補助金属箔Ｔ１，Ｔ２がその長手方向に沿って断続的に設けられ、且つ、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（図１１のＹ軸：巻回後の周方向）の一箇所の位置Ｐのみ（本例では、巻き始め位置より側の１点）で溶接されていることが好ましい。この場合、補助金属箔Ｔ１，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Ｔ１（又はＴ２）間の隙間によって、巻回の際の主金属箔Ａ１（Ｋ２）と補助金属箔Ｔ１（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Ｐ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。
【００５８】
図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）の断面図に示すように、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は、レーザビームＬＢを図１１の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Ｔ１，Ｔ２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Ｔ１（Ｔ２）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Ｔ１（Ｔ２）当たり２箇所であってもよい。すなわち、図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）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。
【００５９】
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、レーザ光などで溶着（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。
【００６０】
また、補助金属箔Ｔ１．Ｔ２が、主金属箔Ａ１，Ｋ２の長手方向（巻回後には周方向となる）に沿って、主金属箔Ａ１，Ｋ２に連続的又は断続的に溶接されている場合には、これらを強固に固定することができる。
【００６１】
活物質層ＡＥ２，ＫＥ２と、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２とは物理的に離間していてもよいが、これらは若干接触していてもよい。
【００６２】
以上、説明したように、上述の構造によれば、Ｚ軸方向の端部の主金属箔の変形が抑制されるため、端子と溶着されない箇所の発生が抑制され、インピーダンス特性が向上する。また、活物質層の未塗布部分に、活物質層と同じ厚さの補助電極箔を溶着すると、主金属箔の下面においても、全面がフラットな構造となるため、厚み方向へのプレス処理時において、これらに均等に圧力がかかり、不規則な変形が抑制される。
【符号の説明】
【００６３】
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・・・補助金属箔。
【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、ばらつくことになる。
【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と放熱特性と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おける前記主金属箔のそれぞれの一方面側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、それぞれの他方面側には前記活物質層が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、主金属箔の重なっていない他方面側の領域において、活物質層が形成されているため、かかる領域が機械的に強化されており、その変形が抑制される。したがって、変形に起因する端子間のインピーダンス変化が抑制される。特に、活物質層の高密度化を行うために、厚み方向にプレス処理を行う場合などには、上記露出領域は変形が生じやすいが、本発明では、当該変形は抑制される。
【０００９】
また、他方面側に対向する一方面側には、活物質層は形成されていないため、他方面側の活物質層は、実効的に電荷蓄積に寄与していない。したがって、露出領域の主金属箔を端子用の電極板などに溶接する場合において、かかる領域の活物質層が損傷しても、インピーダンス特性などの素子特性に影響を与えないという利点がある。
【００１０】
また、前記他方面は、これに対応する前記一方面よりも、巻回の中心軸から遠くに位置する、ことを特徴とする。すなわち、他方面は、巻回時において、一方面よりも外側に位置している。他方面には、活物質層が形成されており、活物質層は形成時に若干縮むので、内部に引張り応力が残留している。したがって、これを外側にして帯状電極の巻回を行うと、引張り応力に抗して巻回が行われることとなり、大きな力で巻回を行うことができ、帯状電極の隣接材との密着性が高くなり、巻回された積層体の強度は高くなる。
【００１１】
また、前記主金属箔の前記一方面上には、補助金属箔が設けられていることを特徴とする。すなわち、補助金属箔は、主金属箔の重なっていない上記露出領域の機械的強度を更に高くすることができる。また、補助金属箔は、他方面側の活物質層と共に、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、積層方向の断面積が、主金属箔単体の場合よりも大きくなるため、これに電極板などを溶接する場合には、接合面積が大きくなる。電極板との接触面積が増加すると、これらの接触抵抗を減少させることができ、素子の内部抵抗を抑えることができ、出力が向上する。
【００１２】
また、前記補助金属箔の厚みは、前記活物質層の厚みと同一であることが好ましい。この場合、厚み方向にプレス処理を行う場合においても、活物質層と補助金属箔に均等に圧力がかかるため、これらが設けられた主金属箔の変形を抑制することができ、変形に伴うインピーダンス変化を抑制することができる。
【００１３】
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が好ましい。この場合、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。
【発明の効果】
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】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】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。
【図８】巻かれた積層体の一部分の斜視図である。
【図９】巻かれた積層体の一部分の斜視図である。
【図１０】巻かれた積層体の一部分の斜視図である。
【図１１】補助金属箔を更に備えた電極構造の断面図である。
【図１２】補助金属箔を更に備えた電極構造の斜視図（Ａ）と、断面図（Ｂ）である。
【図１３】補助金属箔を更に備えた電極構造の斜視図（Ａ）と、断面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、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、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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おける主金属箔Ａ１，Ｋ２のそれぞれの一方面側（図１の下面側）に活物質層ＡＥ２，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、それぞれの他方面側（図１の上面側）には活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が全面に形成されている。すなわち、上述の露出領域の反対面側には、活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が形成されている。
【００２０】
上記露出領域は、主金属箔Ａ１の下面において長手方向（Ｙ軸）に沿って延びている。また、上記露出領域は、主金属箔Ｋ２の下面において長手方向（Ｙ軸）に沿って延びている。それぞれの主金属箔Ａ１，Ｋ２における露出領域は、Ｚ軸方向に沿って離間している。
【００２１】
セパレータＳ１，Ｓ２の幅は互いに等しく、上面の活物質層ＡＥ１，ＫＥ１の幅も互いに等しい。また、下面の活物質層ＡＥ２，ＫＥ２の幅も互いに等しい。セパレータＳ１，Ｓ２の幅の方が、狭幅の活物質層ＡＥ２，ＫＥ２の幅よりも若干広い。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、主金属箔Ａ１，Ｋ２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、主金属箔Ａ１，Ｋ２は、それぞれ、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）。
【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、主金属箔Ａ１，Ｋ２の端部が位置している。Ｚ軸の正方向端部においては、ＸＺ平面内において、カソード電極Ｋの主金属箔Ｋ２（図１参照）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、アノード電極Ａの主金属箔Ａ１（図１参照）が径方向に沿って隣接して配置されている。
【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】
この電気化学デバイスの製造においては、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によって順次封止するが、一方の電極板Ｌ１の封止前に電解液を包囲体内部に導入する。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】
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。
【００３１】
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、主金属箔Ａ１，Ｋ２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主金属箔Ａ１，Ｋ２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Ｄ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主金属箔Ａ１，Ｋ２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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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は狭幅側の活物質層ＡＥ２，ＫＥ２の幅、寸法Ｚ３は露出領域の幅（Ｚ１−Ｚ２）、寸法Ｚ４は活物質層ＡＥ２，ＫＥ２からセパレータがＺ方向に突出した距離、寸法Ｚ６はセパレータＳ１，Ｓ２の幅を示している。
【００３５】
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の厚みである。
【００３６】
それぞれの寸法の好適範囲は以下の通りである。
【００３７】
１０ｍｍ≦Ｚ１≦１０００ｍｍ
５ｍｍ≦Ｚ２≦９９５ｍｍ
２ｍｍ≦Ｚ３≦５０ｍｍ
１ｍｍ≦Ｚ４≦１０ｍｍ
７ｍｍ≦Ｚ６≦９９７ｍｍ
１０μｍ≦Ｘ１≦２００μｍ
１０μｍ≦Ｘ２≦５００μｍ
１０μｍ≦Ｘ３≦５０μｍ
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。
【００３８】
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。
【００３９】
Ｘ１の範囲は、集電体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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
上述の電気化学デバイスによれば、主金属箔の重なっていない他方面側（図７の上面側）の領域において、活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が形成されているため、かかる領域が機械的に強化されており、その変形が抑制される。したがって、変形に起因する端子間のインピーダンス変化が抑制される。特に、活物質層の高密度化を行うために、厚み方向にプレス処理を行う場合などには、上記露出領域は変形が生じやすいが、本形態では、当該変形は抑制される。
【００４３】
また、他方面側（図７の上面側）に対向する一方面側（図７の下面側）には、活物質層ＡＥ２，ＫＥ２は形成されていないため、他方面側の活物質層ＡＥ１，ＫＥ１は、実効的に電荷蓄積に寄与していない。したがって、露出領域（Ｚ３）の主金属箔Ａ１，Ｋ２を端子用の電極板などに溶接する場合において、かかる領域の活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が損傷しても、インピーダンス特性などの素子特性に影響を与えないという利点がある。
【００４４】
また、活物質層ＡＥ１，ＫＥ１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）の可動範囲を若干狭めるので、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若干抑制することができる。
【００４５】
また、前記他方面（図７のＡ１，Ｋ２の上面）は、これに対応する前記一方面（図７のＡ１，Ｋ２の下面）よりも、巻回の中心軸（Ｚ軸）から遠くに位置する。すなわち、他方面（図７のＡ１，Ｋ２の上面）は、巻回時において、一方面（図７のＡ１，Ｋ２の下面）よりも外側に位置している。他方面（図７のＡ１，Ｋ２の上面）には、活物質層ＡＥ１，ＫＥ１が形成されており、活物質層は形成時に若干縮むので、内部に引張り応力が残留している。したがって、これを外側にして帯状電極の巻回を行うと、引張り応力に抗して巻回が行われることとなり、大きな力で巻回を行うことができ、帯状電極の隣接材との密着性が高くなり、巻回された積層体の強度は高くなる。
【００４６】
図８は、上記第１の実施形態に係る巻かれた積層体の一部分の斜視図である。同図は、アノード電極又はカソード電極のＺ軸方向端部の形状を示している。
【００４７】
上述の露出領域には、活物質層ＡＥ２あるいはＫＥ２は形成されていない。また、他方面（図７のＡ１，Ｋ２の上面）は、巻回時において、一方面（図７のＡ１，Ｋ２の下面）よりも外側に位置している。巻回の中心軸はＺ軸であって、主金属箔Ａ１又はＫ２の湾曲中心に位置している。
【００４８】
図９は、第２の実施形態に係る巻かれた積層体の一部分の斜視図である。
【００４９】
上記では、活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）は、主金属箔Ａ１（Ｋ２）の全面に形成されていたが、活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）は、一部分の領域ＲＫには、形成されてなくてもよい。切り欠き領域ＲＫは、主金属箔Ａ１（Ｋ２）のＺ軸方向端部からＺ軸に沿って延びたスリット形状をしており、かかる場合においても、上述の露出領域に形成された活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）が、主金属箔Ａ１（Ｋ２）を補強している。
【００５０】
図１０は、第３の実施形態に係る巻かれた積層体の一部分の斜視図である。
【００５１】
第１の実施形態では、活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）は、主金属箔Ａ１（Ｋ２）の全面に形成されていたが、第３実施形態においても、活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）は、一部分の領域ＲＫには、形成されていない。切り欠き領域ＲＫの外縁形状は、主金属箔Ａ１（Ｋ２）のＺ軸方向端部から延びた円弧の一部であり、かかる場合においても、上述の露出領域に形成された活物質層ＡＥ１（ＫＥ１）が、主金属箔Ａ１（Ｋ２）を補強している。
【００５２】
図１１は、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２を露出領域上に更に備えた電極構造の断面図である。
【００５３】
主金属箔Ａ１，Ｋ２の前記一方面（図１１の下面）には、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２が設けられている。すなわち、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は、主金属箔Ａ１,Ｋ２の重なっていない上記露出領域の機械的強度を更に高くすることができる。また、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は、他方面側（図１１の上面）の活物質層ＡＥ１、ＫＥ１と共に、主金属箔Ａ１，Ｋ２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Ａ１，Ｋ２の径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。また、積層方向の断面積が、主金属箔Ａ１，Ｋ２単体の場合よりも大きくなるため、これに電極板などを溶接する場合には、接合面積が大きくなる。電極板との接触面積が増加すると、これらの接触抵抗を減少させることができ、素子の内部抵抗を抑えることができ、出力が向上する。
【００５４】
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、こ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、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の厚み（Ｘ４とする）は、上記観点から、可能な限り大きな方が好ましい。
【００５５】
また、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２の厚みが、活物質層ＡＥ２，ＫＥ２の厚みと同一であることが好ましい。この場合、厚み方向にプレス処理を行う場合においても、活物質層と補助金属箔に均等に圧力がかかるため、これらが設けられた主金属箔の変形を抑制することができ、変形に伴うインピーダンス変化を抑制することができる。なお、同一とは、一方の厚みに対して±５％以内の誤差を含むこととする。
【００５６】
図１２及び図１３は、補助金属箔を更に備えた電極構造の斜視図（Ａ）と、断面図（Ｂ）である。
【００５７】
それぞれのアノード電極及びカソード電極において、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２が複数であってこれらの補助金属箔Ｔ１，Ｔ２がその長手方向に沿って断続的に設けられ、且つ、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（図１１のＹ軸：巻回後の周方向）の一箇所の位置Ｐのみ（本例では、巻き始め位置より側の１点）で溶接されていることが好ましい。この場合、補助金属箔Ｔ１，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Ｔ１（又はＴ２）間の隙間によって、巻回の際の主金属箔Ａ１（Ｋ２）と補助金属箔Ｔ１（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Ｐ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。
【００５８】
図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）の断面図に示すように、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２は、レーザビームＬＢを図１１の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Ｔ１，Ｔ２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Ｔ１（Ｔ２）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Ｔ１（Ｔ２）当たり２箇所であってもよい。すなわち、図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）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。
【００５９】
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、レーザ光などで溶着（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。
【００６０】
また、補助金属箔Ｔ１．Ｔ２が、主金属箔Ａ１，Ｋ２の長手方向（巻回後には周方向となる）に沿って、主金属箔Ａ１，Ｋ２に連続的又は断続的に溶接されている場合には、これらを強固に固定することができる。
【００６１】
活物質層ＡＥ２，ＫＥ２と、補助金属箔Ｔ１，Ｔ２とは物理的に離間していてもよいが、これらは若干接触していてもよい。
【００６２】
以上、説明したように、上述の構造によれば、Ｚ軸方向の端部の主金属箔の変形が抑制されるため、端子と溶着されない箇所の発生が抑制され、インピーダンス特性が向上する。また、活物質層の未塗布部分に、活物質層と同じ厚さの補助電極箔を溶着すると、主金属箔の下面においても、全面がフラットな構造となるため、厚み方向へのプレス処理時において、これらに均等に圧力がかかり、不規則な変形が抑制される。
【符号の説明】
【００６３】
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・・・補助金属箔。
【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おける前記主金属箔のそれぞれの一方面側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、それぞれの他方面側には前記活物質層が形成されている、
ことを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
前記他方面は、これに対応する前記一方面よりも、巻回の中心軸から遠くに位置する、
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】
前記主金属箔の前記一方面上には、補助金属箔が設けられている、
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４】
前記補助金属箔の厚みは、前記活物質層の厚みと同一である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
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、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項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おける前記主金属箔のそれぞれの一方面側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、それぞれの他方面側には前記活物質層が形成されている、
ことを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
前記他方面は、これに対応する前記一方面よりも、巻回の中心軸から遠くに位置する、
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】
前記主金属箔の前記一方面上には、補助金属箔が設けられている、
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４】
前記補助金属箔の厚みは、前記活物質層の厚みと同一である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
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、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１７６１３６（Ｐ２０１１−１７６１３６Ａ）
【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２０１０−３９２６３（Ｐ２０１０−３９２６３）
【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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