JP2014072348A - 電気化学デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧に対応可能でありながら、薄型化を可能にした電気化学デバイスを提供すること。
【解決手段】第１素子１０と、第２素子２０と、第１素子と前記第２素子とを覆う外装シート４と、外装シートの内部で、第１素子と前記第２素子との間に積層され、第１電解質溶液と第２電解質溶液とを隔離する隔壁シート３０と、を有する電気化学デバイスである。このデバイスは、外装シート４の周縁部が隔壁シート３０の周縁部を挟み込むように一体化されるシール部４０〜４４をさらに有し、第１シール部４０では、第１リード端子１８，１９と第２リード端子２８，２９とが、第１シール部４０の長手方向に沿って異なる位置でシール部４０の外部に引き出されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気二重層キャパシタなどとして好ましく用いられる電気化学デバイスに係り、さらに詳しくは、薄型化を可能にした電気化学デバイスに関する。

電気二重層キャパシタに代表されるような電気化学デバイスは、高電圧に対応するために、いくつかの単セルを直列につなげ、電気分解以上の電圧に耐えられるように、材料的な制限を構造設計で補う手法が取られている。ここで言うまでもないが単セルは、一対のリード端子を有するものであり、複数の単セルの一方のリード端子同士を連結することにより直列接続としている。

もともと単セルはリード端子を外装体の外側に引き出しているため、その連結部は外装体の外側での接続となる。１つの手法として複数の単セルのつなぐべきリード端子を重ね合わせ、その後溶接するような手法ではリード端子の重なりにより、厚み増加の原因になり、また通常、リード端子を重ねる場合、リード端子の周囲に接着のための樹脂を形成し熱融着することが多いことから、更なる厚み増加の原因にもつながる。厚みの増加は外装体のシール性の劣化を招くおそれがあり好ましくない。

一方、端子の厚みは端子強度にも影響し、実装時の端子接合に不具合を生じる可能性があるために、端子の厚みを単に薄くすることでだけでは、薄型化と共に必要な電気化学デバイスに対する要求を同時に満たすことは難しい。近年では、ＩＣカードなどの分野でリチウム電池等が多く使われ、電気二重層キャパシタにおいても、その適用が検討されている。このときＩＣカード内での電池製品の厚みは、たとえば０．９ｍｍ以下と非常に薄いことを要求される。

なお、ＩＣカード内などに用いる電気化学デバイスとして、たとえば下記に示す特許文献１に示すデバイスが知られている。しかしながら、特許文献１に示すデバイスは、単一セルであり、高電圧に対応するために、いくつかの単セルを直列につなげる必要がある。たとえば特許文献１に示すような単一セルを単純に積層すると、外装シートが二重になり、その分で合計の厚みが増大する。

特開２０１１−１５１１７１号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、高電圧に対応可能でありながら、薄型化を可能にした電気化学デバイスを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る電気化学デバイスは、
第１セパレータ層を挟むように一対の第１内部電極が積層してある第１素子と、
第２セパレータ層を挟むように一対の第２内部電極が積層してある第２素子と、
少なくとも前記第１素子と前記第２素子とを覆う外装シートと、
前記外装シートの内部で、前記第１素子と前記第２素子との間に積層され、前記第１電解質溶液と前記第２電解質溶液とを隔離する隔壁シートと、
前記一対の第１内部電極のうちの少なくとも１つの第１内部電極に接続される第１リード端子と、
前記一対の第２内部電極のうちの少なくとも１つの第２内部電極に接続される第２リード端子と、を有する電気化学デバイスであって、
前記外装シートの周縁部が前記隔壁シートの周縁部を挟み込むように一体化されるシール部をさらに有し、
前記シール部では、前記第１リード端子と前記第２リード端子とが、前記シール部の長手方向に沿って異なる位置で前記シール部の外部に引き出されていることを特徴とする。

本発明に係る電気化学デバイスでは、外装シートの内部に、隔壁シートにより仕切られている２つ以上の素子を収容することが可能である。そのため、高電圧に対応可能である。しかも、２つ以上の素子が隔壁シートを介して積層してあるため、水平方向に２つ以上の素子を配置する場合に比較して、デバイスの小型化にも寄与する。

さらに、本発明に係る電気化学デバイスでは、第１素子の第１リード端子と第２素子の第２リード端子とが、シール部の長手方向に沿って異なる位置でシール部の外部に引き出されている。このため、リード端子の引出部におけるシール部の厚みを低減することが可能である。ＩＣカード内での電池製品の厚みは、たとえば０．９ｍｍ以下と非常に薄いことが要求され、電気化学デバイスの薄型化で問題となるのは、リード端子の引出部におけるシール部の厚みである。電気化学デバイスを構成する各部材の厚みを薄くすることはできるが、シール部分は複数の部材の合算の厚みになることから相対的な厚みの増大を招き易い部分である。そのため、従来では、リード端子の引出部におけるシール部の厚みを相対的に薄くすることは困難であったが、本発明により初めて薄型化が可能になった。特に、本発明では、２つ以上のセルを積層させながら、０．９ｍｍ以下の厚みを実現することができる。

好ましくは、本発明に係る電気化学デバイスは、
前記一対の第１内部電極のそれぞれに接続される一対の第１リード端子と、
前記一対の第２内部電極のそれぞれに接続される一対の第２リード端子と、を有し、
これらの４つのリード端子が、前記シール部の長手方向に沿って全て異なる位置で前記シール部の外部に引き出されている。

本発明に係る電気化学デバイスでは、隔壁シートを介して積層方向に隣り合う第１内部電極と第２内部電極とは、外装シートの内部で接続されても良いが、リード端子を介してシール部の外部で接続されることが好ましい。第１内部電極と第２内部電極とを、外装シートの内部で接続する場合に比較して、リード端子を介してシール部の外部で接続する方が、外装シートによる厚み加算がないため、デバイスの薄型化に寄与できる。そのため、少なくとも４つのリード端子が、シール部の長手方向に沿って全て異なる位置で前記シール部の外部に引き出されていることで、デバイスのさらなる薄型化が可能になる。

好ましくは、一対の前記第１リード端子のうちの１つと、一対の前記第２リード端子のうちの１つとが、前記シール部の長手方向に沿って隣り合っており、前記シール部の外部において、電気的に接続されている。このように構成することで、第１素子と第２素子とを直列に接続することが容易になり、デバイスの耐電圧を素子の数に対応して増大させることができると共に、デバイスのさらなる薄型化が可能になる。また、端子間の配線抵抗を最小限に低減することが可能である。このようにして接続された接続部は、バランス回路などに接続して電圧の制御を行うための端子として利用しても良い。なお、必要に応じて、第１素子と第２素子とが並列に接続されるように、一対の前記第１リード端子のうちの１つと、一対の前記第２リード端子のうちの１つとを接続しても良い。

好ましくは、前記シール部の一部に、リード端子引き出し用の第１シール部（トップシール部）を有し、前記第１リード端子と前記第２リード端子とが、前記第１シール部の長手方向に沿って異なる位置で前記第１シール部の外部に引き出されている。

好ましくは、前記第１シール部は、前記第１リード端子と前記第２リード端子とをそれぞれ挟み込む密封用テープが、前記隔壁シートの第１シール部側の周縁部と共に、前記外装シートの第１シール部側の周縁部の間に挟み込まれて熱シールされることで形成される。熱シールすることで、密封用テープと隔壁シートの第１シール部側の周縁部とが熱で一体化され、リード端子の取り出し部は、外装シートの内部の密封が良好になる。また密封を良好に保ちながら、第１シール部の厚みを最小限に薄くすることができる。

好ましくは、前記第１シール部の長手方向の両端には、それぞれ第３シール部（サイドシール部）の一端が接続するように連続して形成してあり、これらの第３シール部の他端を接続するように、第２シール部（ボトムシール部）が連続して形成してあり、
前記第３シール部は、隔壁シートの周縁部の一部が、前記外装シートの間に挟み込まれて熱シールされることで形成され、
前記第２シール部は、隔壁シートの周縁部の他の部分が、前記外装シートの折り返しにより挟み込まれて熱シールされることで形成される。

このように構成することで、デバイスの厚みを薄く保持しながら、外装シートの内部において、第１素子の第１電解質溶液と第２素子の第２電解質溶液との隔離を図り、しかも、これらの溶液が外装シートの外部に漏れることを有効に防止することができる。

好ましくは、前記第１シール部から引き出された前記第１リード端子および前記第２リード端子の折れ曲がりを防止するサポートシートをさらに有する。このように構成することで、第１シール部から引き出された第１リード端子および第２リード端子の折れ曲がりを有効に防止することができる。

好ましくは、前記サポートシートは、前記第１シール部に位置する前記外装シートの第１シール部側の周縁部の１つを外側に延長して形成してある。このようにして構成することで、サポートシートの形成が容易になる。

好ましくは、前記サポートシートの突出長さが、前記第１リード端子および前記第２リード端子の突出長さよりも長い。このように構成することで、第１シール部から引き出された第１リード端子および第２リード端子の折れ曲がりを有効に防止することができる。

図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係る電気二重層キャパシタの斜視図、図１（Ｂ）は本発明の他の実施形態に係る電気二重層キャパシタの斜視図である。 図２Ａは図１ＡのIIA−IIA線に沿う概略断面図である。 図２Ｂは図１ＢのIIB−IIB線に沿う概略断面図である。 図３は図１（Ａ）に示す電気二重層キャパシタの製造方法例を示す概略斜視図である。 図４Ａは図３の続きの工程を示す斜視図である。 図４Ｂは図４ＡのIVB−IVB線に沿う概略断面図である。 図５は図４の続きの工程を示す斜視図である。 図６は図５の続きの工程を示す斜視図である。 図７は図６の続きの工程を示す斜視図である。 図８は図７の続きの工程を示す斜視図である。 図９は図８の続きの工程を示す斜視図である。 図１０は図９の続きの工程を示す斜視図である。 図１１は図１０の続きの工程を示す斜視図である。 図１２は図１１の続きの工程を示す斜視図である。 図１３は図１２の続きの工程を示す斜視図である。 図１４は本発明の他の実施形態に係る電気二重層キャパシタの斜視図である。 図１５は本発明のさらに他の実施形態に係る電気二重層キャパシタの分解斜視図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第１実施形態
図１（Ａ）に示すように、本発明の一実施形態に係る電気化学デバイスとしての電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）２は、外装シート４を有する。外装シート４には、一枚のシート４を折り返し周縁部４ｃで折り曲げて表面４ａおよび裏面４ｂが形成してある。

本実施形態では、外装シート４は、Ｘ軸方向の長さＬ０に対してＹ軸方向の長さＷ０が長い長方形状を有するが、これに限定されず、正方形でも、その他の多角形状、あるいは円形、楕円形、あるいはその他の形状でも良い。この実施形態では、外装シート４の表面４ａと裏面４ｂとが重なる方向を厚み方向（Ｚ軸方向）とし、それに相互に直交する方向をＸ軸およびＹ軸とする。

外装シート４の内部には、図２Ａを用いて後述するように、第１素子１０および第２素子２０とが重なる位置で積層してある。それらの素子１０および２０からそれぞれ引き出される一対の第１リード端子１８，１９と一対の第２リード端子２８，２９とが、外装シート４の外部に引き出されている。

図１Ａに示すように、本実施形態では、長方形状の外装シート４の内部は、外装シート４の四辺に沿って形成してある第１シール部４０、第３シール部４２および第２シール部４４とに囲まれて密封してある。この実施形態では、リード端子１８，１９，２８，２９がＸ軸方向に引き出された側を第１シール部（トップシール部）と称し、それと反対側には外装シートを折り返してなる周縁部４ｃ側を第２シール部（ボトムシール部）と称している。これらのシール部４０、４２および４４の形成方法については後述する。

図２Ａに示すように、外装シート４の内部には、第１素子１０と第２素子２０とが、隔壁シート３０を介してＺ軸方向に積層してある。第１素子１０と第２素子２０とは、同じ構成を有し、後述するように、それぞれのリード端子１８，１８および２８，２９の取り出し位置が異なるのみである。第１素子１０および第２素子２０は、それぞれ電気二重層キャパシタの素子を構成しており、本実施形態では、２つのキャパシタ素子が外装シート４の内部に収容してある。

第１素子１０は、図４Ｂにも示すように、第１電解質溶液が染み込んである第１セパレータ層１１を挟むように一対の第１内部電極１６，１７が積層してある。第１内部電極１６，１７のうちの一方は、正極となり、他方は、負極となるが、構成は同じである。これらの第１内部電極１６，１７は、それぞれ第１セパレータ層１１の相互に反対面に接触するように積層される第１活性層１２，１４と、各第１活性層１２，１４にそれぞれ接触するように積層される第１集電体層１３，１５とで構成してある。

第２素子２０は、第１素子１０と同様であり、図２Ａに示すように、第２電解質溶液が染み込んである第２セパレータ層２１を挟むように一対の第２内部電極２６，２７が積層してある。第２内部電極２６，２７のうちの一方は、正極となり、他方は、負極となるが、構成は同じである。これらの第２内部電極１６，２７は、それぞれ第２セパレータ層２１の相互に反対面に接触するように積層される第２活性層２２，２４と、各第２活性層２２，２４にそれぞれ接触するように積層される第２集電体層２３，２５とで構成してある。

セパレータ層１１（２１）は、それぞれ内部電極１６，１７（２６，２７）を電気的に絶縁すると共に、電解質溶液が浸透可能に構成してあり、たとえば電気絶縁性の多孔質シートで構成される。電気絶縁性の多孔質シートとしては、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単層体、積層体や、上記樹脂の混合物の延伸膜、あるいは、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１種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。セパレータ層１１（２１）の厚さは、たとえば５〜５０μｍ程度である。

集電体層１３，１５，２３，２５としては、一般的に高い導電性を有する材料であれば特に限定されないが、低電気抵抗の金属材料が好ましく用いられ、たとえば、銅、アルミニウム、ニッケル等などのシートが用いられる。これらの集電体層１３，１５，２３，２５のそれぞれの厚みは、たとえば１５〜５０μｍ程度である。

活性層１２，１４，２２，２４は、活物質およびバインダを含み、好ましくは導電助剤を含む。活性層１２，１４，２２，２４は、それぞれの集電体層１３，１５，２３，２５を構成するシートの表面に積層して形成される。

活物質としては、種々の電子伝導性を有する多孔体が挙げられ、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、メソカーボンファイバー（ＭＣＦ）、コークス類、ガラス状炭素、有機化合物焼成体等の炭素材料が挙げられる。バインダとしては、上記の活物質、好ましくは導電助剤を集電体層を構成するシートに固定することができれば特に限定されず、種々の結着剤を使用できる。バインダとしては、たとえば、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）等のフッ素樹脂や、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）と水溶性高分子（カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、デキストリン、グルテン等）との混合物等が挙げられる。

導電助剤は、活性層１２，１４，２２，２４の電子伝導性を高めるために添加される材料である。導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ＩＴＯ等の導電性酸化物が挙げられる。

活性層１２，１４，２２，２４の厚さは、好ましくは、たとえば１〜２００μｍ程度である。活性層１２，１４，２２，２４は、リード端子が接続される部分を避けるように集電体層１３，１５，２３，２５上に形成されている。活性層１２，１４，２２，２４は、公知の方法で作製することができる。

本実施形態において、「正極」とは、電気二重層キャパシタに電圧を印加した際に、電解質溶液中のアニオンが吸着する電極であり、「負極」とは、電気二重層キャパシタに電圧を印加した際に、電解質溶液中のカチオンが吸着する電極である。なお、電気二重層キャパシタに対して一度特定の正負の向きに電圧を印加して充電した後に再充電する際には、通常最初と同じ向きに充電を行い、逆向きに電圧を印加して充電することは少ない。

隔壁シート３０は、電気絶縁材料で構成してあり、２つの素子１０，２０にそれぞれ含まれる後述の電解質溶液を透過させない材料からなり、しかも、熱シール可能なものであることが好ましい。たとえば隔壁シート３０は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）、フッ素樹脂、ポリイミド（ＰＩ）などで構成してあることが好ましい。隔壁シート６の厚みは、好ましくは、２０〜１００μｍである。

外装シート４は、後述の電解質溶液を透過させない材料からなり、しかも、隔壁シート３０の周縁部、あるいは図５に示す密封用テープ４０ａと熱シールにより一体化されるものであることが好ましい。この密封用テープは、作業性から粘着テープなどのテープ状のものが好ましい。ただしテープに限らず塗布可能なシーラント樹脂であっても熱により溶融し接着可能なものであればどのような形態のものでも良い。また、外装シート４は、素子１０および２０を密封し、シート４の内部に、空気や水分が進入するのを防止するもので構成してある。具体的には、外装シート４は、単層シートでも良いが、図２Ａに示すように、金属シート４Ａを、内側シート４Ｂおよび外側シート４Ｃとで挟むように積層してある多層シートであることが好ましい。

金属シート４Ａは、たとえばアルミニウム，ステンレス等で構成してあることが好ましく、内側シート４Ｂは、電気絶縁材で構成してあり、電解質溶液とは反応しにくく熱シール可能なポリプロピレンなどの隔壁シートと同様な材質で構成してあることが好ましい。また、外側シート４Ｃは、特に制限されず、たとえばＰＥＴ、ＰＣ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、ＰＩ、フッ素樹脂、ＰＥ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などで構成してあることが好ましい。外装シート４の厚みは、好ましくは、５〜５０μｍである。

リード端子１８，１９，２８，２９は、集電体層１３，１５，２３，２５に対して電流の入出力端子の役割を果たす導電性部材であり、矩形板形状をなしている。リード端子１８，１９，２８，２９の厚さは、好ましくは、２０〜１０００μｍ程度である。

外装シート４で囲まれ、隔壁シート３０により分離され、シール部４０，４２および４４により各素子１０および２０をそれぞれ密封するための空間には、電解質溶液（図示せず）が充填され、その一部は、電極１６，１７，２６，２７およびセパレータ層１１および２１の内部に含浸されている。

電解質溶液としては、電解質を有機溶媒に溶解させたものが使用される。電解質としては、例えば、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ＴＥＡ^＋ ＢＦ４ ⁻ ）、トリエチルモノメチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ＴＥＭＡ^＋ ＢＦ４ ⁻ ）等の４級アンモニウム塩など、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などを用いるのが好ましい。なお、これらの電解質は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、有機溶媒としては、公知の溶媒を使用することができる。有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルホルムアミド、スルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリルなど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。

第１素子１０のための空間に収容される第１電解質溶液と、第２素子２０のための空間に収容される第２電解質溶液とは、同じでも異なっていても良いが、同じであることが好ましい。製造が容易になるからである。これらの第１電解質溶液と第２電解質溶液とは、隔壁シート３０とシール部４０，４２および４４とで、相互に分離される。

本実施形態では、各内部電極１６，１７，２６，２７の集電体層１３，１５，２３，２５の第１シール部４０側の端部が、集電体層１２，１４，２２，２４に対して突出してあり、それらの端部内側に、薄板状のリード端子１８，１９，２８，２９の後端が超音波溶接、スポット溶接などにより接続してある。各リード端子１８，１９，２８，２９の後端が各集電体層１３，１５，２３，２５の端部と接続する位置は、図２Ａに示すように、Ｚ軸方向で異なると共に、Ｙ軸方向にも異なる。

各リード端子１８，１９，２８，２９の先端は、図２Ａに示すように、第１シール部４０を貫通して、第１シール部４０の外部に引き出される。第１シール部４０は、各リード端子１８，１９，２８，２９が引き出される部分であり、第３シール部４２および第２シール部４４に比較して、特に密封性が要求され、その合計の厚みＴ０は、ＥＤＬＣ２の各部分の中で最も厚くなる部分である。本実施形態では、後述する手法を採用することにより、この部分の厚みＴ０を、０．９ｍｍ以下にし、しかも好適な密封性能を保持することに成功した。

図１に示すように、本実施形態では、第１シール部４０では、第１リード端子１８，１９と第２リード端子２８，２９とが、第１シール部４０の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って全て異なる位置で第１シール部４０の外部に引き出されている。しかも、一対の第１リード端子１８，１９のうちの１つと、一対の第２リード端子２８，２９のうちの１つとが、第１シール部４０の長手方向に沿って隙間Ｗ３で隣り合っており、第１シール部４０の外部において、接続片５０により電気的に接続されている。

接続片５０は、リード端子１８，１９，２８，２９と同様な材質で構成してあり、同様な厚みを有する。接続片５０による近接する２つのリード端子１９，２８の接続は、たとえば超音波溶接など、前述したリード端子と集電体層との接続と同様な方法により接続することができる。

本実施形態では、近接する２つのリード端子１９，２８の隙間Ｗ３は、第２リード端子２８，２９相互間の隙間Ｗ４（第１リード端子１８，１９相互間の隙間も同じ）よりも狭く、好ましくは、０．２ｍｍ以上である。この隙間Ｗ３が狭すぎると、第１シール部４０における隙間Ｗ３の部分にシーラント樹脂が入りにくくなるおそれがあると共に、高温および高湿度下において、第１シール部４０の厚みが増大する可能性がある。また、この隙間Ｗ３が広すぎると、ＥＤＬＣ２のＹ軸方向幅が変わらない場合に、第２リード端子２８，２９相互間の隙間Ｗ４（第１リード端子１８，１９相互間の隙間も同じ）が相対的に狭くなり、実装時の端子取り扱いの点で好ましくない。

第２リード端子２８，２９（第１リード端子１８，１９も同じ）のそれぞれのＹ軸方向の幅Ｗ１およびＷ２は、異なっていても良い。その場合、素子間をつなぐ配線抵抗を下げる目的から好ましくはＷ１＜Ｗ２の関係が良い。一方、ＥＤＬＣから瞬時に高電圧を取り出したい場合にはＷ１＞Ｗ２の関係も取り出し抵抗が低くなるため好ましい。幅Ｗ１は、具体的にはたとえば１〜４ｍｍが好適である。また、ＥＤＬＣ２のＹ軸方向の幅Ｗ０は、ＩＣカード内に収容する場合には、好ましくは、１０〜５０ｍｍであり、Ｘ軸方向の長さＬ０は、好ましくは、１０〜５０ｍｍである。

本実施形態では、一対の第１リード端子１８，１９（第２リード端子２８，２９も同様）のうちの外側に位置する第１リード端子１８（第２リード端子２９）は、内側に位置する第１リード端子１９（第２リード端子２９）よりも、Ｘ軸方向に突出して形成してある。

すなわち、図２Ａに示すように、外側に位置する第１リード端子１８（第２リード端子２９）の第１シール部４０からの突出長さＬ１は、内側に位置する第１リード端子１９（第２リード端子２９）の突出長さＬ２よりも長い。突出長さＬ２は、好ましくは、３〜１０ｍｍであり、Ｌ１−Ｌ２は、好ましくは、１〜３ｍｍである。Ｌ１＞Ｌ２とすることで、端子の取り扱いミスを防止することができる。さらに、接続片５０からのリークも防止することができ、より信頼性の高い電気化学デバイスを提供することができる。

本実施形態では、従来では最も漏れが発生しやすい第１シール部４０は、後述するように、隔壁シート３０の周縁部が、図５に示す密封用テープ４０ａと熱シール時の加熱により一体化されて形成される。その際に、外装シート４の内周面に形成してある内側シート４Ｂも一体化され、第１シール部での密封性を向上させる。また、隔壁シート３０の周縁部が、第１シール部４０と一体化されるために、第１素子１０を収容する空間と第２素子２０を収容する空間の隔離も良好に保たれる。

また、第２シール部４４では、外装シート４の折り返し周縁部４ｃで折り曲げられて、隔壁シート３０のボトム側周縁部が挟み込まれ、熱シール時の加熱により、隔壁シート３０のボトム側周縁部が外装シート４の内側シート４Ｂと一体化される。その結果、第２シール部４４での密封性が確保され、第１素子１０を収容する空間と第２素子２０を収容する空間の隔離も良好に保たれる。

図１（Ａ）に示す第３シール部４２では、外装シート４の表面４ａおよび裏面４ｂにおける各サイド周縁部４ｅにより、隔壁シート３０のボトム側周縁部が挟み込まれ、熱シール時の加熱により、隔壁シート３０のボトム側周縁部が外装シート４の内側シート４Ｂと一体化される。その結果、第３シール部４２での密封性が確保され、第１素子１０を収容する空間と第２素子２０を収容する空間の隔離も良好に保たれる。

第１シール部４０の長手方向の両端には、それぞれ第３シール部４２の一端が接続するように連続して形成してあり、これらの第３シール部４２の他端を接続するように、第２シール部４４が連続して形成してある。そのため、外装シート４の内部は、隔壁シート３０によりＺ軸方向に分離された状態で、外装シート４の外部に対して良好に密封される。

本実施形態のＥＤＬＣ２では、外装シート４の内部に、隔壁シート３０により仕切られている２つ以上の素子１０，２０を収容することが可能である。そのため、高電圧に対応可能である。しかも、２つ以上の素子１０，２０が隔壁シート３０を介して積層してあるため、水平方向に２つ以上の素子を配置する場合に比較して、デバイスの小型化にも寄与する。

さらに、本実施形態のＥＤＬＣ２では、第１素子１０の第１リード端子１８，１９と第２素子２０の第２リード端子２８，２９とが、直線状の第１シール部４０の長手方向（Ｚ軸方向）に沿って異なる位置でシール部４０の外部に引き出されている。このため、リード端子１８，１９，２８，２９の引出部におけるシール部４０のＺ軸方向の厚みを低減することが可能である。

ＩＣカード内での電池製品の厚みは、たとえば０．９ｍｍ以下と非常に薄いことが要求され、ＥＤＬＣの薄型化で問題となるのは、リード端子１８，１９，２８，２９の引出部におけるシール部４０の厚みである。すなわち、他の部分は薄くできても、従来では、リード端子１８，１９，２８，２９の引出部におけるシール部４０の厚みを０．９ｍｍ以下にすることは困難であったが、本実施形態において初めて可能になった。すなわち、本実施形態では、２つ以上のセルを積層させながら、０．９ｍｍ以下（さらに好ましくは０．６ｍｍ以下、特に好ましくは０．５ｍｍ以下）の厚みを実現することができる。

また、本実施形態のＥＤＬＣ２では、隔壁シート３０を介して積層方向に隣り合う第１内部電極１７と第２内部電極２６とは、リード端子１９，２８を介してシール部４０の外部で接続片５０により接続される。この接続片５０はシール部４０に近接したところに設置される。言い換えれば、接続片５０は本実施形態では外装体シートの側方側の近傍に配置される。この様にすることで第１素子と第２素子が電気的に一体化された高耐電圧に対応するＥＤＬＣとなる。第１内部電極１７と第２内部電極２６とを、外装シート４の内部で接続する場合に比較して、リード端子１９，２８を介してシール部４０の外部で接続する方が、デバイスの薄型化に寄与できる。

本実施形態のＥＤＬＣ２は、最終的に第１リード端子１８を正極とし、第２リード端子２９を負極として使用することで、電解質溶液が分離された素子１０，２０が直列接続され、耐電圧が向上する。ＥＬＤＣでは、単一の素子での耐電圧が最大で約２．８５Ｖ程度と決まっており、用途に合わせて耐電圧を向上させるには、素子を直列に接続することが効果的である。本実施形態のＥＬＤＣは、きわめて薄く、しかも十分な耐電圧を有することから、ＩＣカードなどの薄型電子部品に内蔵するための電池として好適に用いることができる。

図１（Ａ）に示すように、本実施形態では、一対の第１リード端子１８，１９のうちの１つの端子１９と、一対の第２リード端子２８，２９のうちの１つの端子２８とが、シール部４０の長手方向に沿って近接して隣り合っており、シール部４０の外部において、電気的に接続されている。このように構成することで、図２Ａに示す第１素子１０と第２素子２０とを直列に接続することが容易になり、デバイスの耐電圧を素子の数に対応して増大させることができると共に、デバイスのさらなる薄型化が可能になる。このようにして接続された接続部は、バランス回路などに接続しても良い。なお、必要に応じて、第１素子１０と第２素子２０とが並列に接続されるように構成しても良い。

次に、図３〜図１３を用いて、本実施形態のＥＤＬＣ２の製造方法の一例について説明する。

図３，図４Ａおよび図４Ｂに示すように、まず、第１素子１０を製造する。第１素子１０を製造するために、図３に示すように、第１セパレータ層１１の表面および裏面に、第１内部電極１６，１７を配置する。図４Ｂに詳細に示すように、各内部電極１６，１７の集電体層１３，１５の第１シール部側の端部の内側には、それぞれ第１リード端子１８，１９の後端が超音波溶接などで接続してある。セパレータ層１１の両側には、それぞれ活性層１２，１４が接触するように、内部電極１６，１７を積層する。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、第１素子１０を構成する積層体は、テープ４６により仮止めされる。

各リード端子１８，１９には、前述した第１シール部４０となるＸ軸方向位置に、密封用テープ４０ａが、各端子１８，１９を挟み込むように接着してある。各端子１８，１９は、Ｙ軸方向に所定間隔（図１に示す幅Ｗ４）で離れて配置してあり、テープ４０ａのＹ軸方向の幅は、各端子１８，１９に接着してあるテープ４０ａ相互が接触しないような幅であることが好ましい。

具体的には、テープ４０ａのＹ軸方向の幅は、好ましくはＷ１に対して０．５〜３ｍｍ長い。テープ４０ａのＹ軸方向の幅が狭すぎると、図２Ａに示す第１シール部４０におけるシール性が十分でなくなる可能性があり、幅が広すぎると、テープ同士が重なり第１シール部の厚みＴ０が大きくなり好ましくない。

テープ４０ａのＸ軸方向の幅は、図２Ａに示す第１シール部４０のＸ軸方向の長さＬ３に対応し、好ましくは、２〜４ｍｍである。

次に、図５に示すように、第１素子１０と同様にして第２素子２０が形成され、第１素子１０と第２素子２０とは、隔壁シート３０を挟み込むように配置される。なお、リード端子１９，２８間の隙間（図１（Ａ）に示す隙間Ｗ３）は小さいので、リード端子１９，２８にそれぞれ接着してあるテープ４０ａの相互は、Ｙ軸方向で重なることになる。しかしながら、これらのリード端子１９，２８間の隙間（図１（Ａ）に示す隙間Ｗ３）は、適切に保たれているため、後工程で説明する熱シール後に形成される第１シール部４０のシール性が低下することはない。

次に、図６に示すように、隔壁シート３０を挟み込むように配置された素子１０および２０の全体を覆うように、外装シート４を折り返し周縁部４ｃで折り曲げて、シートの表面４ａおよび裏面４ｂで素子１０，２０を覆う。

なお、外装シート４および隔壁シート３０は、Ｙ軸方向に予め長く形成してある。外装シート４および隔壁シート３０のＸ軸方向の幅は、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄおよび隔壁シート３０の周縁部がテープ４０ａと重複するように調整されている。

次に、図７に示すように、隔壁シート３０を挟み込むように配置された素子１０および２０の全体を覆う外装シート４を、治具６０にセットし、外装シート４の折り返し周縁部４ｃを加圧加熱し、第２シール部４４を形成する。

次に、図８に示すように、外装シートの第１シール部側の周縁部４ｄを加圧加熱し、第１シール部４０を形成する。そのときに、隔壁シート３０の周縁部が、密封用テープ４０ａと熱シール時の加熱により一体化されて形成される。その際に、外装シート４の内周面に形成してある内側シート４Ｂ（図２Ａ参照）も一体化され、第１シール部４０での密封性が向上する。

次に、図９に示すように、片側のみの第３シール部４２を、前述と同様な熱シールにより形成し、次に、図１０に示すように、第３シール部４２が形成されていない外装シート４の開口端６２から電解質溶液を注入し、その後に、図１１に示すように、最後の第３シール部４２を、前述と同様な熱シールにより形成する。

次に、図１２に示すように、第３シール部４２の外側の切断線６４に沿って外装シート４を隔壁シート３０と共に切断し、余分な外装シート４’を除去する。最後に、図１３に示すように、隣接する第１リード端子１９と第２リード端子２８とを接続片５０で接続することで、本実施形態のＥＤＬＣ２が得られる。

本実施形態の製造方法では、第１シール部４０は、第１リード端子１８，１９と第２リード端子２８，２９とをそれぞれ挟み込む密封用テープ４０ａが、隔壁シート３０の周縁部と共に、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄの間に挟み込まれて熱シールされることで形成される。熱シールすることで、密封用テープ４０ａと隔壁シート３０の周縁部とが熱で一体化され、リード端子１８，１９，２８，２９の取り出し部において、外装シート４の内部の密封が良好になる。また密封を良好に保ちながら、第１シール部４０の厚みを最小限に薄くすることができる。

このように構成することで、ＥＤＬＣ２の厚みを薄く保持しながら、外装シート４の内部において、第１素子１０の第１電解質溶液と第２素子２０の第２電解質溶液との隔離を図り、しかも、これらの溶液が外装シート４の外部に漏れることを有効に防止することができる。

第２実施形態
図１（Ｂ）および図２Ｂに示すように、本実施形態のＥＤＬＣ２ａは、第１シール部４０から引き出された第１リード端子１８，１９および第２リード端子２８，２９の折れ曲がりを防止するサポートシート４ｆをさらに有する。その他は、第１実施形態と同様なので、以下の説明では、共通する部分の説明は一部省略し、相違する部分について詳細に説明する。

前述した第１実施形態では、図２Ａに示すように、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄでは、外装シート４の表面４ａと裏面４ｂとでＸ軸方向の位置が同じである。これに対して、本実施形態では、サポートシート４ｆは、第１シール部４０に位置する外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄの１つを外側に延長して形成してある。

このようにして構成することで、サポートシート４ｆの形成が容易になる。サポートシート４ｆの突出長さＬ４は、第１リード端子１８および第２リード端子２９の突出長さＬ１よりも長い。なお、Ｌ４−Ｌ１は、好ましくは０．５〜２ｍｍである。

このように構成することで、第１シール部４０から引き出された第１リード端子１８，１９および第２リード端子２８，２９の折れ曲がりを有効に防止することができる。また、Ｌ４＞Ｌ１とすることで、リード端子１８が、外装シート４の第１シール部側の周縁部４ｄにおける金属シート（図２Ａの金属シート２Ａ）露出端に接触するおそれがなくなり、確実に短絡防止を図れる。

また本実施形態では、第１リード端子１８，１９および第２リード端子２８，２９を、たとえば熱シール層でサポートシート４ｆに固定することで、端子強度を増加させることができる。外装シート４ｆに固定することで、端子ズレが起こり難くなり、ＡＣＦ接続などの様々な端子接続が容易になる。

第３実施形態
図１４に示すように、本実施形態のＥＤＬＣ２ｂでは、リード端子１９，２８のうちのいずれか一方が、他方よりも長く形成してあり、その長い方のリード端子２８を、途中で折り曲げ、折り曲げられた部分を接続片５０ａとして、他方のリード端子１９に接続してある。その他は、第１実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。本実施形態では、接続片５０ａが、いずれかのリード端子２８を延長することで形成され、接続すべき箇所が一箇所となり、リード端子１９，２８の接続が容易になる。また、接続の信頼性も向上する。

第４実施形態
図１５に示すように、本実施形態のＥＤＬＣ２ｃでは、接続片５０が、絶縁性のサポートシート４ｆ１の表面に予め接着してあり、サポートシート４ｆ１を外装シート４の裏面４ｂに接続すると共に、接続片５０がリード端子１９，２８を接続するようになっている。その他は、第１実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。本実施形態では、接続片５０とリード端子１９，２８との接続が容易になる。

その他の実施形態
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、本発明が適用されるラミネート型の電気化学デバイスとしては、ＥＤＬＣに限らず、リチウム電池やリチウム電池キャパシタなどにも適用することができる。また、上述した実施形態では、外装シート４の内部に、２つの素子１０，２０を収容したが、本発明では、３つ以上の素子を隔壁シート３０を介して積層しても良い。ただし、素子の積層数に応じて、合計厚みが増大する。

また、上述した実施形態では、四角形状の外装シート４の１辺のみで、全てのリード端子１８，１９，２８，２９をシール部の外部に取り出しているが、本発明は、これに限定されず、四角形状の外装シート４の別々の辺の位置から各リード端子１８，１９，２８，２９を取り出すように構成しても良い。
さらに、上述した実施形態では、１枚の外装シート４を折り返した場合の構造を説明してきたが、外装シートを２枚用意し対向して貼り合わせ周縁（４辺）を熱シールしてもよい。この場合、更なる厚みの低減を図ることができるため好ましい。

２，２ａ，２ｂ，２ｃ… 電気二重層キャパシタ
４… 外装シート
４ａ… 表面
４ｂ… 裏面
４ｃ… 折り返し周縁部
４ｄ… 第１シール部側の周縁部
４ｅ… サイド周縁部
４ｆ，４ｆ１… サポートシート
１０… 第１素子
１１… 第１セパレータ層
１２，１４… 第１活性層
１３，１５… 第１集電体層
１６，１７… 第１内部電極
１８，１９… 第１リード端子
２０… 第２素子
２１… 第２セパレータ層
２２，２４… 第２活性層
２３，２５… 第２集電体層
２６，２７… 第２内部電極
２８，２９… 第２リード端子
３０… 隔壁シート
４０… 第１シール部
４２… 第３シール部
４４… 第２シール部
５０… 接続片

Claims (9)

1. 第１セパレータ層を挟むように一対の第１内部電極が積層してある第１素子と、
   第２セパレータ層を挟むように一対の第２内部電極が積層してある第２素子と、
   少なくとも前記第１素子と前記第２素子とを覆う外装シートと、
   前記外装シートの内部で、前記第１素子と前記第２素子との間に積層され、前記第１電解質溶液と第２電解質溶液とを隔離する隔壁シートと、
   前記一対の第１内部電極のうちの少なくとも１つの第１内部電極に接続される第１リード端子と、
   前記一対の第２内部電極のうちの少なくとも１つの第２内部電極に接続される第２リード端子と、を有する電気化学デバイスであって、
   前記外装シートの周縁部が前記隔壁シートの周縁部を挟み込むように一体化されるシール部をさらに有し、
   前記シール部では、前記第１リード端子と前記第２リード端子とが、前記シール部の長手方向に沿って異なる位置で前記シール部の外部に引き出されている電気化学デバイス。
2. 前記一対の第１内部電極のそれぞれに接続される一対の第１リード端子と、
   前記一対の第２内部電極のそれぞれに接続される一対の第２リード端子と、を有し、
   これらの４つのリード端子が、前記シール部の長手方向に沿って全て異なる位置で前記シール部の外部に引き出されている請求項１に記載の電気化学デバイス。
3. 一対の前記第１リード端子のうちの１つと、一対の前記第２リード端子のうちの１つとが、前記シール部の長手方向に沿って隣り合っており、前記シール部の外部において、電気的に接続されている請求項２に記載の電気化学デバイス。
4. 前記シール部の一部に、第１シール部を有し、前記第１リード端子と前記第２リード端子とが、前記第１シール部の長手方向に沿って異なる位置で前記第１シール部の外部に引き出されている請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学デバイス。
5. 前記第１シール部は、前記第１リード端子と前記第２リード端子とをそれぞれ挟み込む密封用テープが、前記隔壁シートの第１シール部側の周縁部と共に、前記外装シートの第１シール部側の周縁部の間に挟み込まれて熱シールされることで形成される請求項４に記載の電気化学デバイス。
6. 前記第１シール部の長手方向の両端には、それぞれ第３シール部の一端が接続するように連続して形成してあり、これらの第３シール部の他端を接続するように、第２シール部が連続して形成してあり、
   前記第３シール部は、隔壁シートの側部周縁部が、前記外装シートの側部周縁部の間に挟み込まれて熱シールされることで形成され、
   前記第２シール部は、隔壁シートの底部周縁部が、前記外装シートの折り返し周縁部の間に挟み込まれて熱シールされることで形成される請求項４または５に記載の電気化学デバイス。
7. 前記第１シール部から引き出された前記第１リード端子および前記第２リード端子の折れ曲がりを防止するサポートシートをさらに有する請求項４〜６のいずれかに記載の電気化学デバイス。
8. 前記サポートシートは、前記第１シール部に位置する前記外装シートの第１シール部側の周縁部の１つを外側に延長して形成してなる請求項７に記載の電気化学デバイス。
9. 前記サポートシートの突出長さが、前記第１リード端子および前記第２リード端子の突出長さよりも長い請求項７または８に記載の電気化学デバイス。

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