WO2013099541A1 - 蓄電デバイス及びその製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • electrodes are formed by applying a polarizable electrode layer on both surfaces of a collector electrode made of an aluminum foil, and stacked via a separator. It is manufactured by.
  • the above-described prior art has a problem in that the arrangement of the electrode and the separator is not stable because the electrode and the separator are fixed by bonding and are not integrated, and it is difficult to make a multilayer.
  • the strength of the current collector electrode is reduced. For example, it is not easy to form an active material layer on both sides of the current collector electrode. There was a problem that handling became difficult.
  • an object of the present invention is to provide a power storage device that can be easily multi-layered and is advantageous for downsizing, and a manufacturing method thereof.
  • an electricity storage device includes a laminate in which a separator layer is provided between one first electrode of a positive electrode or a negative electrode and the other second electrode, an electrolyte,
  • An electricity storage device comprising a laminate and a package for accommodating the electrolyte, wherein the first electrode current collector electrode and a first electrode provided on one main surface of the first electrode current collector electrode Comprising at least two first electrode composite sheets in which an electrode active material layer and a separator layer covering at least a part of the one main surface are integrated, and the at least two first electrode composite sheets The other main surface of the first electrode current collector electrode of one first electrode composite sheet and the other main surface of the first electrode current collector electrode of the other first electrode compound sheet are opposed to each other.
  • the bonding layer includes a polymer having an imide bond in the main chain. It is characterized in that are Nde.
  • the bonding layer preferably contains a polymer having a siloxane bond in the main chain.
  • the method for manufacturing an electricity storage device includes a laminate in which a separator layer is provided between one first electrode of the positive electrode or the negative electrode and the other second electrode, an electrolyte, and the laminate.
  • a method of manufacturing an electricity storage device comprising: a package containing the electrolyte; and a step of preparing a bonding resin layer containing a polymer having an imide bond in the main chain; and the bonding resin layer
  • a first electrode composite sheet is produced in which a first electrode active material layer provided on the other main surface of the current collector electrode and a separator layer covering at least a part of the other main surface are integrated.
  • a process, one main surface of the first first electrode current collector electrode, and one main surface of the second first electrode current collector electrode When, it is characterized by the including the step of bonding via the bonding resin layer.
  • the bonding resin layer contains a polymer having a siloxane bond in the main chain.
  • the manufacturing method of the electrical storage device of this invention forms the layer by which the said resin layer for joining and the said 1st 1st electrode current collector electrode were joined on a base material, and peels the said base material after that. It is preferable that the process is included.
  • FIG. 1 It is a process flow figure of the manufacturing method of the electrical storage device concerning one embodiment of the present invention.
  • the process of forming the positive electrode 21 on the base film 100 is shown, (1) is the group provided with the mold release layer 101 and the resin layer 121 for joining.
  • 2 is a cross-sectional view of the material film 100, (2) is a cross-sectional view in which the positive electrode current collector film 102 is formed on the bonding resin layer 121, and (3) is a resist pattern R102 on the positive electrode current collector film 102.
  • (4) is a cross-sectional view obtained by etching the positive electrode current collector film 102
  • (5) is a cross-sectional view obtained by removing the resist pattern R102
  • (6a) is a cross-sectional view obtained by etching the positive electrode current collector film 102. It is sectional drawing which formed the positive electrode active material layer 21b on the collector electrode 21a, (6b) is a top view of (6a).
  • the step of forming the separator composite layer 20A on the positive electrode 21 to produce the positive electrode composite sheet 20A, and the negative electrode current collector electrode 31a and the negative electrode active material layer 31b are formed.
  • (7a) is a cross-sectional view in which the separator layer 42 is formed on the positive electrode current collector electrode 21a and the bonding resin layer 121
  • (7b) is a plan view of (7a).
  • (8a) is a plan view of the negative electrode 31 formed on the base film.
  • 10 is a cross-sectional view of the negative electrode composite sheet 30A
  • (10) is a cross-sectional view in which the positive electrode composite sheet 20A and the negative electrode composite sheet 30A are arranged to face each other
  • (11) is the positive electrode composite sheet 20A and the negative electrode composite sheet 30A.
  • It is sectional drawing of 50 A of positive electrode / negative electrode integrated sheets which joined between the separator layers 42
  • (12) is sectional drawing which peeled the base film 100 by the side of the positive electrode of 50 A of positive electrode / negative electrode integrated sheets.
  • stacking a positive electrode / negative electrode integrated sheet is shown, (13) is the cross section which has arrange
  • (17) is a cross-sectional view in which another positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A is stacked on the stacked positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A in the method for manufacturing an electricity storage device of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the laminated block 1 for electrochemical elements used in the power storage device according to this embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an electric double layer capacitor 80A shown as an example of an electric storage device including the multilayer block 1 for electrochemical elements.
  • the front surface (surface shown by hatching) of the multilayer block 1 for electrochemical elements is the positive electrode 21 (the positive electrode collector layer 21c and the positive electrode active material layer 21b) and the negative electrode 31 (the negative electrode collector layer 31c).
  • the negative electrode active material layer 31b) are shown in cross-section so that the outline of the arrangement can be understood, but in fact, as shown in detail in the manufacturing method to be described later, this is covered with an adhesive separator layer 42.
  • the electrolyte is supplied to the electricity storage unit in the electrochemical element laminated block 1 through the notch 25 (see FIG. 3B) provided in the separator layer. That is, the notch 25 functions as an electrolyte guide path through which the electrolyte can be introduced into the electrochemical device laminated block 1.
  • the rear surface (surface parallel to the front surface) of the multilayer block 1 for electrochemical elements is similarly covered with a separator layer 42 (not shown), and a cut 25 may be provided in the separator layer 42 covering the rear surface.
  • electrochemical device multilayer block 1 by storing the electrochemical device multilayer block 1 together with an electrolyte in a package including a positive electrode package electrode and a negative electrode package electrode, for example, electric storage such as an electric double layer capacitor, a lithium ion secondary battery, or a lithium ion capacitor.
  • electric storage such as an electric double layer capacitor, a lithium ion secondary battery, or a lithium ion capacitor.
  • a device can be formed.
  • the laminated block 1 for electrochemical elements includes a pair of positive electrode 21 (positive electrode current collector layer 21c and positive electrode active material layer 21b) and negative electrode 31 (negative electrode) in which the positive electrode active material layer 21b and the negative electrode active material layer 31b face each other.
  • At least one positive electrode current collector layer 21c (or at least one negative electrode current collector layer 31c) has two positive electrode current collector electrodes (or two negative electrode current collectors).
  • the main surfaces of the electrode are formed by bonding via a bonding layer containing a polymer having an imide bond in the main chain.
  • the imide bond has a strong molecular structure because aromatics are bonded to each other to have a conjugated structure.
  • a highly polar imide bond has a strong intermolecular force, a bond between molecular chains is also strong, and a bonding layer having high mechanical strength and high heat resistance can be obtained.
  • the bonding layer includes a polymer having a siloxane bond in the main chain.
  • the bond between Si—O in the siloxane bond has high bond energy and high heat resistance.
  • the rotation barrier of the siloxane bond is low, and the bond between Si—O can rotate relatively freely, so that it has flexibility, and it is presumed that it has high adhesion.
  • the separator layer 42 forms an electrolyte guiding path capable of guiding the electrolyte therein between the positive electrode active material layer 21b and the negative electrode active material layer 31b.
  • the electrolyte can be easily supplied (injected) into the power storage unit by disposing the electrochemical element laminated block 1 in the package and supplying the electrolyte into the package.
  • the electrolyte reaches the power storage unit in a shorter time, there is an advantage that the electrolyte can be easily injected.
  • this does not limit the injection of the electrolyte into the electrochemical device multilayer block 1 after the electrical storage unit is laminated in the manufacture of the electrical storage device using the electrochemical device multilayer block 1.
  • the liquid may be injected before and / or during the stacking of the power storage units, or may be additionally injected after the power storage units are stacked.
  • the separator layer 42 has adhesion so that it can be adhered to a part of the surface of the positive electrode or a part of the surface of the negative electrode, or can be adhered to each other.
  • thermoplastic resin PVDF (polyvinylidene fluoride) and its copolymer with propylene hexafluoride, polyethylene oxide, etc.
  • thermosetting resin such as polyimide, polyamideimide, polyamide, etc.
  • thermoplastic resin is softened by heating to the glass transition temperature or the melting point. Therefore, the positive electrode active material layer 21b, the negative electrode active material layer 31b, and the positive electrode, which are adherends, are bonded by heating or heating. The contact area with the current collector layer 21c or the negative electrode current collector layer 31c or the separator layer is increased, and a strong adhesive strength (bonding strength) is obtained, which is preferable.
  • PVDF which is a thermoplastic resin
  • thermosetting resin has high heat resistance, strong binding force, excellent chemical stability, and higher strength than the thermoplastic resin, the strength of the laminate is improved.
  • Examples of the method for adhering the separator layer 42 to the above-mentioned adherend include pressure bonding or heating of each electrode provided with the separator layer 42, and the adherend (positive electrode, negative electrode, etc.) by pressure bonding or heating. It is glued and integrated. Moreover, it can adhere
  • the temporary laminated body is formed by performing temporary adhesion by heating or the like during sequential lamination of the electrodes. This adhesion is applied by heating or the like.
  • this bonding may be performed on a laminated assembly in which a plurality of laminated bodies are temporarily bonded together, or may be performed for each stacked body after the temporarily bonded laminated assemblies are separated into pieces.
  • the separator layer 42 may include a particulate insulator. By including the particulate insulator in the separator layer 42, the strength of the separator layer 42 can be improved, crushing at the time of lamination can be suppressed, and a short circuit between the electrodes can be prevented.
  • the separator layer 42 preferably has an air permeability of 1250 sec / 100 cc or more in order to ensure sufficient adhesion and to maintain the shape of the laminated block for electrochemical elements firmly.
  • the air permeability is a scale used to express the ease of gas permeation, and is a digital type Oken air permeability tester (for example, a method based on Japanese Industrial Standards (JIS) P 8117 (for example, Asahi Seiko Co., Ltd. “EG01-5-1MR”) can be used under the conditions of a cylinder pressure of 0.25 MPa, a measurement pressure of 0.05 MPa, and a measurement internal diameter of 30 mm.
  • JIS Japanese Industrial Standards
  • P 8117 for example, Asahi Seiko Co., Ltd. “EG01-5-1MR”
  • an electric double layer capacitor 80A including the electrochemical element multilayer block 1 will be described with reference to FIG.
  • the laminated block 1 for electrochemical elements is arranged in a package composed of a package base portion 11b and a package lid portion 11a.
  • the package base portion 11b and the package lid portion 11a can be formed of a heat resistant resin such as a liquid crystal polymer.
  • the positive electrode package electrode 122b and the negative electrode package electrode 132b made of, for example, a metal such as aluminum are disposed separately on the package base portion 11b.
  • the positive electrode terminal electrode 21t of the stacked block for electrochemical devices 1 electrically connected to the plurality of positive electrode current collector layers 21c and the positive electrode package electrode 122b are electrically connected by the conductive adhesive 122a.
  • the negative electrode terminal electrode 31t of the stacked block for electrochemical devices 1 electrically connected to the plurality of negative electrode current collector layers 31c and the negative electrode package electrode 132b are electrically connected by the conductive adhesive 132a.
  • An electrolyte is disposed in a package including the package base portion 11b and the package lid portion 11a.
  • the electrolyte When the electrolyte is supplied after the electrochemical element laminated block 1 is arranged in the package, the electrolyte reaches the electric storage unit through the notch 25 as described above.
  • the strength of the current collector layer is reinforced by the separator layer. Therefore, for example, even when the current collector layer is thinned and reduced in size, deformation of the current collector layer due to external stress can be suppressed, and the current collector layer is broken, the resistance value is increased, the capacity is decreased, etc. Can be suppressed.
  • FIG. 1 is a process flow diagram of a method for producing an electricity storage device (electrochemical element laminated block 1) according to the present embodiment. Hereinafter, each process is demonstrated according to the process flow of FIG.
  • a base film 100 made of polyethylene naphthalate having a silicone release layer 101 formed on the surface thereof is prepared.
  • the substrate film itself having releasability can be used without performing releasability imparting treatment.
  • the substrate film has no releasability or is used after being given a releasability imparting treatment such as forming a release layer 101 in order to further improve the releasability.
  • plastic films such as polyethylene terephthalate, polypropylene, polyester, polycarbonate, polyamide, polyamideimide, polyethylene, fluororesin, cellulose acetate, cellophane, paper, and the like can be used.
  • Examples of the releasability imparting treatment method include a method of coating a base film with a silicone resin, a wax, a surfactant, a metal oxide, a fluororesin or the like.
  • the release layer 101 for example, those mainly composed of one or more of nitrocellulose, hard polyvinyl chloride, polyamide, polyester, melamine resin, urea resin, epoxy resin, urethane resin and the like are appropriately used.
  • a method for imparting releasability there is a method of forming a coating on a base film by, for example, a gravure method.
  • a bonding resin layer 121 is formed on the base film 100 (or the release layer 101).
  • a bonding resin layer 121 a mixed resin of polyimide and silicone, a precursor of a siloxane-modified polyimide, or the like is used.
  • a base film to which a release resin layer slurry obtained by dissolving these in a solvent is provided. It is formed by coating on the gravure system and drying.
  • Step PS2> the positive electrode current collector film 102 is formed on the bonding resin layer 121 by, for example, vapor deposition.
  • the positive electrode current collector film 102 by forming the positive electrode current collector film 102 on the bonding resin layer 121 having a smooth surface, the positive current collector film 102 having high continuity and a low resistance while being a thin film can be obtained. As a result, it is possible to effectively reduce the size and height of the electricity storage device.
  • the positive electrode current collector film 102 As a method of forming the positive electrode current collector film 102, known techniques such as sputtering and coating can be used in addition to vapor deposition. In vapor deposition and sputtering, since the film continuity is good, it is easy to form a current collector film having a low resistance and a thin film thickness, and the power storage device can be easily reduced in size and height.
  • a plurality of resist patterns R102 are printed on the positive electrode current collector film 102 at a predetermined interval and dried.
  • This resist pattern R102 is arranged in a matrix, for example, and is formed in the same rectangular shape as the positive electrode current collector electrode 21a to be formed later.
  • the resist pattern R102 is peeled off as shown in FIG. 2 (5). As described above, the rectangular positive electrode collector electrode 21a is formed.
  • resist printing by gravure printing in addition to a method of printing a resist by screen printing, resist printing by gravure printing, photolithography using a coating type resist, photolithography using a dry film resist, or the like may be used.
  • Screen printing and gravure printing are preferred if importance is placed on low cost, and photolithography is preferred if accuracy is important.
  • a method of forming the current collector electrode in addition to the method of etching the current collector film, a method of directly depositing the current collector film on the base film on which the release layer is formed using a metal mask Alternatively, a method of performing a plasma ashing process by directly depositing a current collector film using an oil mask or the like may be used.
  • the positive electrode current collector electrode 21a forms an oxide film on the surface
  • the positive electrode current collector electrode 21a is formed of aluminum (Al)
  • the oxide film on the aluminum surface is removed by passing through a mixed acid of hydrofluoric acid and sulfuric acid. can do.
  • positive electrode active material layers 21b are formed at two locations on the positive electrode collector electrode 21a.
  • the positive electrode active material layer 21b can be formed on the positive electrode current collector electrode 21a by, for example, screen printing an active material slurry.
  • the center line L1 orthogonal to the longitudinal direction of the positive electrode current collector electrode 21a Symmetrically with respect to the center line L1.
  • the side surfaces except for the inner side surfaces facing each other across the center line L1 are preferably formed so as to coincide with the outer periphery of the positive electrode current collector electrode 21a.
  • a separator layer 42 is formed on the bonding resin layer 121 and the positive electrode collector electrode 21a so as to surround the positive electrode active material layer 21b.
  • a slit 25 is provided in the separator layer 42 so as to be in contact with the positive electrode active material layer 21b. The cut 25 penetrates the separator layer 42 in (7b).
  • the front surface (the hatched surface in FIG. 8) of the multilayer block 1 for electrochemical elements is covered with the separator layer 42.
  • the rear surface (surface parallel to the front surface) of the multilayer block 1 for electrochemical elements is also covered with the separator layer 42.
  • a plurality of power storage units (a set of positive electrode active material layers 21b and a negative electrode active material layer 31b facing each other in the vertical direction in FIG. 7B) (positive electrode current collector electrodes) 21a and the positive electrode active material layer 21b), the negative electrode (the negative electrode current collector electrode 31a and the negative electrode active material layer 31b), and the positive electrode and the negative electrode are disposed between and bonded to a part of the positive electrode and a part of the negative electrode.
  • the intermediate product for obtaining the power storage unit is separated one by one in the vertical direction, for example, C1 in FIG. 3 (7b)
  • the front surface and the rear surface of the electrochemical device multilayer block 1 can be covered with the separator layer 42, respectively.
  • the separator layer 42 covering the front surface and the rear surface of the laminated block 1 for electrochemical elements has a cut 25, respectively. And since the notch 25 functions as an electrolyte guiding path, the electrolyte can enter the electrochemical element laminated block 1 through the notch 25.
  • each power storage unit of the electrochemical device multilayer block 1 is allowed to pass outside the power storage unit (outside of the electrochemical device multilayer block 1) by passing through the electrolyte guiding path of each power storage unit. Can be discharged.
  • the positive electrode composite sheet 20A is manufactured through the above steps PS1 to PS5.
  • a negative electrode composite sheet 30A is produced according to steps NS1 to NS6 similar to steps PS1 to PS6 when producing the positive electrode composite sheet 20A.
  • the negative electrode current collector electrode 31a has a positive electrode current collector in the positive electrode composite sheet 20A as shown in FIGS. 3 (8a) and 4 (8b). It arrange
  • steps NS2 to NS4 instead of the positive electrode current collector film 102, the positive electrode current collector electrode 21a, and the positive electrode active material layer 21b in steps PS2 to PS4, a negative electrode current collector film and a negative electrode current collector electrode 31a, respectively.
  • the negative electrode active material layer 31b is formed, when producing an electric double layer capacitor as an electricity storage device, the positive electrode current collector film 102 and the negative electrode current collector film, the positive electrode current collector electrode 21a and the negative electrode current collector electrode 31a
  • the positive electrode active material layer 21b and the negative electrode active material layer 31b can be the same.
  • the shape and area of the positive electrode collector electrode 21a and the negative electrode collector electrode 31a may be the same or different.
  • the shape and area of the positive electrode active material layer 21b and the negative electrode active material layer 31b may be the same or different. Considering the displacement of the positive electrode 21 and the negative electrode 31, the area of the positive electrode 21 and the negative electrode 31 is changed even if the positive electrode 21 or the negative electrode 31 is displaced by increasing the area of one of the positive electrode 21 or the negative electrode 31. The change in resistance and capacitance of the electric double layer capacitor can be suppressed.
  • the positive electrode composite sheet 20A and the negative electrode composite sheet 30A are referred to as a composite sheet, and the positive electrode current collector electrode 21a and the negative electrode
  • the collector electrode 31a may be simply referred to as a collector electrode, and the positive electrode active material layer 21b and the negative electrode active material layer 31b may be simply referred to as an active material layer.
  • the binder in the active material layer is deposited near the interface between the active material layer / current collector electrode. Therefore, the binding force between the active material layer / current collector electrode can be increased.
  • the active material layer can be formed after etching of the current collector electrode and removal of the oxide film of the current collector electrode, which facilitates etching and removal of the oxide film. Become.
  • Step MS1> First, as shown in FIG. 4 (10), the positive electrode composite sheet 20A and the negative electrode composite sheet 30A are arranged so that the surfaces on which the separator layer 42 is formed are opposed to each other. From both sides, for example, the separator layers 42 are joined as shown in FIG. 4 (11) by applying pressure and heating evenly with a pressure plate (not shown). As described above, the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A is manufactured.
  • the temperature of the pressure plate is set to 80 ° C.
  • the pressure of the pressure is set to 20 MPa
  • the pressure time is set to 30 seconds.
  • the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A produced by joining the separator layers 42 has approximately the same heat expansion and contraction characteristics as the positive electrode composite sheet 20A and the negative electrode composite sheet 30A on both sides of the bonded surface. Since it has, the curvature after joining is suppressed and the handling in the following manufacturing processes becomes easy.
  • the positive electrode composite sheet 20A and the negative electrode composite sheet 30A are joined to form a positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A, even when the positive electrode composite sheet 20A and the negative electrode composite sheet 30A are thinned, the positive electrode composite sheet Without destroying the 20A and the negative electrode composite sheet 30A, it becomes easier to handle while maintaining the regular arrangement and the predetermined position, and the device can be further reduced in size and height.
  • a plurality of power storage units are arranged in the horizontal direction.
  • the gap formed between the positive electrode active material layer 21b and the negative electrode active material layer 31b is formed through the notch 25 in the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A. It is preferable to communicate with the outside.
  • an extra gas air or the like
  • Sealing can prevent the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50 ⁇ / b> A from expanding and deforming its shape.
  • either one of the base film 100 on the negative electrode composite sheet 30A side or the positive electrode composite sheet 20A side is peeled off.
  • the negative electrode side of the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A is brought into contact with a suction plate (not shown) and sucked.
  • the negative electrode integrated sheet 50A is lifted, and the base film 100 on the positive electrode side is peeled off.
  • the difference in bonding force is, for example, high temperature
  • the difference in bonding force is, for example, high temperature
  • the positive electrode composite sheet 20A and the negative electrode composite sheet 30A at a high pressure.
  • the voids of the active material layer and the separator layer are not crushed, and the shapes of the positive electrode composite sheet 20A and the negative electrode composite sheet 30A are not deformed. It is necessary to keep in mind.
  • the adhesion to the substrate film is stronger due to thermal damage to the substrate film and entrapping due to the kinetic energy of the deposited particles. Therefore, if there is no release layer, peeling may be difficult. Therefore, in this invention, it is preferable to form the release layer of the thickness which can prevent the damage to a base film.
  • the positive electrode side of the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A is brought into contact with a suction disk and sucked to lift the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A, and the negative electrode substrate film 100 is peeled off.
  • the required number of positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A in which the base film 100 is bonded to either the positive electrode composite sheet 20A side or the negative electrode composite sheet 30A side is prepared.
  • Step MS2> Lamination of positive and negative electrode integrated sheets ⁇ Step MS2>
  • the base film 100 is bonded to the negative electrode composite sheet 30A side under the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A whose negative electrode side is sucked by the suction plate.
  • the two positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A are brought into contact with each other as shown in FIG. Press the entire surface evenly with a pressure plate that does not.
  • the temperature of the pressure plate is set to 200 ° C.
  • the pressure of the pressure is set to 5 MPa
  • the pressure time is set to 10 seconds.
  • a separator layer having a predetermined thickness (for example, 6 ⁇ m) is formed on the base film.
  • the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A is laminated on the separator layer of the separator layer sheet.
  • the base film 100 on the negative electrode side of the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A sucked by the suction disk is peeled off.
  • the negative electrode integrated sheet 50A is disposed so that the negative electrode sides face each other, and the negative electrode sides are bonded to each other as shown in FIG.
  • the positive electrode-side base film 100 of another laminated positive / negative electrode integrated sheet 50A is peeled off, and the positive-electrode-side base film 100 is peeled thereon, and then the positive / negative electrode integrated sheet 50A.
  • the positive electrode sides face each other, and the positive electrode sides are bonded together by bonding the bonding resin layers 121 to each other.
  • Step MS1 and Step MS2 are repeated as many times as necessary to produce an electrochemical element laminated sheet LB1 in which the positive and negative electrode integrated sheets 50A are laminated as shown in FIG.
  • the separator layer in which only the separator layer is formed as in the first lamination.
  • the separator layer of the separator layer sheet is opposed to and joined at the end of the lamination.
  • thermosetting resin precursor is included in the bonding resin layer 121
  • the obtained laminated sheet for electrochemical elements LB1 is heated at, for example, 150 ° C. for 30 minutes to thermally cure the resin.
  • a bonding layer 123 is obtained.
  • the heating conditions for thermosetting are appropriately selected according to the precursor component of the thermosetting resin contained in the bonding resin layer 121.
  • the bonding resin layer 121 is a thermoplastic resin or the like, heating for thermosetting is not necessary.
  • the outermost positive electrode collector electrode 21a and the negative electrode collector electrode 31a are one layer, and the positive electrode current collector Although the body electrode 21a or the anode current collector electrode 31a is thinner than the inner current collector electrode in which two layers are stacked, in FIG. The layers are drawn to the same thickness.
  • the thicknesses of the current collector electrode and the active material layer may be the same regardless of the formation place, and can be appropriately changed according to the formation place and the manufacturing method.
  • Step MS3> After peeling off the base film 100 disposed on the upper and lower outermost layers of the electrochemical element laminate sheet LB1, the electrochemical element laminate sheet LB1 is cut along the cutting line D1 to form a laminate.
  • the laminated block 1 for electrochemical elements is produced.
  • the laminated block 1 for an electrochemical element which is a laminate, is produced by cutting a plurality of vertically stacked energy storage units from a state in which a plurality of energy storage units are aligned in the horizontal direction into a single stacked energy storage unit.
  • the base film 100 may be peeled off after the electrochemical element laminated sheet LB1 is cut.
  • the main surfaces of the two positive electrode current collector electrodes 21a are bonded to each other via the bonding layer 123, whereby the positive electrode current collector layer 21c is formed, and the main surfaces of the two negative electrode collector electrodes 31a are bonded to each other through the bonding layer 123, whereby the negative electrode collector layer 31c is formed.
  • the positive electrode terminal electrode 21 t is formed on the side surface where the positive electrode current collector layer 21 c is exposed in the cut surface of the cut multilayer block 1 for electrochemical elements, and the negative electrode current collector layer is formed.
  • a negative terminal electrode 31t is formed on the side surface where 31c is exposed.
  • the positive electrode terminal electrode 21t and the negative electrode terminal electrode 31t can be formed by adhering aluminum to the side surface of the electrochemical device multilayer block 1 by sputtering, for example.
  • the positive electrode terminal electrode 21t and the negative electrode terminal electrode 31t are prepared by forming a conductive film directly on the side surface of the multilayer block 1 for electrochemical devices by sputtering, vapor deposition, ion plating, thermal spraying, cold spraying, plating, or the like. Also good.
  • the positive electrode terminal electrode 21t and the negative electrode terminal electrode 31t may be formed by applying a conductive adhesive directly to the side surface of the electrochemical element laminated block 1 by dipping.
  • the electrolyte guiding path is not exposed on the side surface of the laminated block 1 for electrochemical elements where the positive electrode terminal electrode 21t or the negative electrode terminal electrode 31t is formed. This is because when the electrolyte guiding path is exposed, the positive electrode terminal electrode 21t or the negative electrode terminal electrode 31t may enter the power storage unit and short-circuit with the positive electrode or the negative electrode.
  • the electrochemical device laminated block 1 having the positive electrode terminal electrode 21t and the negative electrode terminal electrode 31t formed on the side surfaces is housed together with the electrolyte in a package including the positive electrode package electrode 122b and the negative electrode package electrode 132b as illustrated in FIG.
  • an electric storage device such as the electric double layer capacitor 80A is manufactured.
  • the electrochemical device laminated block 1 When the electrochemical device laminated block 1 is housed in the package, for example, conductive adhesives 122a and 132a containing gold as conductive particles are applied to the positive terminal electrode 21t and the negative terminal electrode 31t by dipping,
  • the laminated block 1 for electrochemical elements is arranged so that the conductive adhesive 122a and the conductive adhesive 132a are connected to the positive electrode package electrode 122b and the negative electrode package electrode 132b, respectively.
  • the package in which the electrochemical element multilayer block 1 is disposed is heated at 170 ° C. for 10 minutes to cure the conductive adhesives 122a and 132a, and the electrochemical element multilayer block 1 is then connected to the package electrode 122b,
  • the positive electrode terminal electrode 21t and the negative electrode terminal electrode 31t are electrically connected to the positive electrode package electrode 122b and the negative electrode package electrode 132b, respectively.
  • the conductive particles carbon, silver, copper, aluminum or the like is used in addition to gold.
  • the laminated block 1 for electrochemical elements contained in the package has the cuts 25 on the front and rear surfaces as described above, and the individual power storage units have electrolyte guide paths, so that the electrolyte can be stored quickly. It is supplied between the positive electrode active material layer 21a and the negative electrode active material layer 31b in the unit.
  • the positive electrode composite sheet 20A or the negative electrode composite sheet 30A is produced on the base film 100, and the positive electrode composite sheet 20A or the negative electrode composite sheet 30A is prepared.
  • the process of peeling from the base film 100 is included. Thereby, it becomes possible to integrally produce a plurality of positive electrode current collector electrodes 21a patterned on one continuous separator layer and positive electrode active material layer 21b.
  • a large number of electrochemical element multilayer blocks 1 can be manufactured at once, and productivity is improved as compared with the conventional method in which electric double layer capacitors are individually handled one by one. Can be improved.
  • the adjacent positive electrode 21 and negative electrode 31 are bonded and fixed to the separator layer 42, it is possible to prevent the positional shift between the positive electrode 21 and the negative electrode 31 after the manufacturing process and commercialization. .
  • the active material layer is formed on both sides of the collector electrode. It is possible to easily realize the state in which the is formed, and it is possible to manufacture the laminated block 1 for electrochemical elements having a high volume capacity ratio.
  • two positive electrode composite sheets 20A from which the base film 100 has been peeled are bonded to each other with the positive electrode current collector electrodes 21a facing each other between the surfaces from which the base film has been peeled to produce a positive electrode / positive electrode integrated sheet.
  • the negative electrode current collector electrodes 31a are bonded to each other between the surfaces of the two negative electrode composite sheets 30A from which the base film 100 has been peeled off so that the negative electrode current collector electrodes 31a face each other.
  • the positive electrode / positive electrode integrated sheet and the negative electrode / negative electrode integrated sheet are bonded to each other with the separator layers 42 facing each other to produce a laminated sheet.
  • Another negative electrode / negative electrode integrated sheet is bonded to the laminated sheet on the positive electrode / positive electrode integrated sheet side with the separator layers 42 facing each other. This lamination process is repeated as many times as necessary to produce a laminated sheet for electrochemical elements.
  • a porous insulating layer having a lower air permeability than the separator layer 42 may be formed on the positive electrode active material layer 21b and the negative electrode active material layer 31b. In this case, leakage current is more reliably ensured. Can be suppressed.
  • Example 1 an electric double layer capacitor was manufactured according to the manufacturing method of the above embodiment.
  • the design value of the capacitance was 480 mF.
  • an Al film having a film thickness of 500 nm was formed on the surface of the bonding resin layer 121 as the positive electrode current collector film 102 by vacuum deposition.
  • the film formation conditions for the aluminum film were as follows: the degree of vacuum was 3 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, the current value was 800 mA, the film formation rate was 30 kg / second, and the substrate cooling temperature was ⁇ 10 ° C.
  • the substrate PEN film 100 on which the resist pattern R102 is printed is immersed in a ferric chloride aqueous solution bath at 45 ° C. for 30 seconds, and the aluminum film other than the portion masked by the resist is removed by wet etching.
  • a positive electrode current collector aluminum electrode was formed as the positive electrode current collector electrode 21a.
  • the aqueous ferric chloride solution remaining on the substrate surface was removed by a water shower.
  • organic solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate, 3-methoxybutyl acetate, and amine solvents can be used for resist stripping.
  • carbon black Toka Black (registered trademark) # 3855 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.
  • BET specific surface area 2.7 g of BET specific surface area of 90 m2 / g
  • CMC2260 carboxymethylcellulose manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.
  • 2.0 g of 38.8 wt% polyacrylate resin aqueous solution 2.0 g of 38.8 wt% polyacrylate resin aqueous solution, and 286 g of deionized water.
  • carbon black Toka Black (registered trademark) # 3855 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.
  • CMC2260 carboxymethylcellulose
  • two active material layer patterns each having a 6 mm ⁇ 10 mm rectangular shape are formed on the positive electrode current collector electrode 21 a having a rectangular size of 20 mm ⁇ 10 mm by screen printing. ), followeded by drying for 20 minutes in a hot air oven at 80 ° C. to form a positive electrode active material layer 21 b having a thickness of 4 ⁇ m.
  • PVDF-HFP polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer
  • NMP 1-methyl-2-pyrrolidone
  • the positive electrode composite sheet 20A and the negative electrode composite sheet 30A were disposed so that the separator layers 42 face each other with the positive electrode composite sheet 20A facing down, and the entire surfaces were evenly pressed from both sides with a pressure plate and joined.
  • the temperature of the pressurizing plate was set to 80 ° C.
  • the pressurizing pressure was set to 20 MPa
  • the pressurizing time was set to 30 seconds.
  • the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A was laminated while appropriately peeling the base material PEN film 100 as follows.
  • the negative electrode side of one positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A was brought into contact with a suction board and sucked to lift the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A, and then the substrate PEN film 100 on the positive electrode side was peeled off.
  • the film 100 was placed with the side facing down and joined.
  • the temperature of the pressure plate was set to 80 ° C.
  • the pressure for pressurization was set to 20 MPa
  • the pressurization time was set to 30 seconds.
  • the positive electrode / negative electrode integrated structure in which a sheet in which only the separator layer 42 is formed on the base material PEN film 100 is joined under the other positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A from which the base material PEN film 100 on the negative electrode side is peeled off.
  • seat 50 was arrange
  • the temperature of the pressure plate was set to 200 ° C.
  • the base material PEN film 100 on the positive electrode side of the other positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A was peeled off.
  • the negative electrode side is sucked into a suction plate to further peel off the positive electrode side base material PEN film 100.
  • One positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A was bonded in the same manner. At this time, the temperature of the pressure plate was set to 200 ° C., the pressure of the pressure was set to 5 MPa, and the pressure time was set to 10 seconds.
  • 50 positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A are laminated on a sheet in which only the separator layer 42 is formed on the substrate PEN film 100, and the uppermost substrate PEN film 100 is laminated. Was peeled off.
  • the substrate PEN film 100 side of the sheet in which only the separator layer 42 is formed on the separately prepared substrate PEN film 100 is brought into contact with the suction disk and sucked, and the separator layer 42 is the uppermost substrate.
  • a laminated sheet for electrochemical devices was produced by bonding the PEN film 100 onto the positive / negative integrated sheet 50A from which the PEN film 100 was peeled off.
  • the temperature of the pressurizing plate was set to 80 ° C.
  • the pressurizing pressure was set to 20 MPa
  • the pressurizing time was set to 30 seconds.
  • the above-mentioned joining is performed on the base material PEN film 100 between the separator layer 42 and the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A, or between the two positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A, and the entire surface is uniformly applied with a pressure plate. This was done by applying pressure.
  • the temperature of the pressurizing plate was set to 80 ° C.
  • the pressurizing pressure was set to 20 MPa
  • the pressurizing time was set to 30 seconds.
  • the pressure plate temperature was set to 200 ° C.
  • the pressurizing pressure was set to 5 MPa
  • the pressurizing time was set to 10 seconds.
  • the precursor in the bonding resin layer 121 is polymerized and thermally cured, so that the bonding layer of the siloxane-modified polyimide is obtained. 123 was obtained.
  • the laminated sheet LB1 for an electrochemical element produced as described above is peeled off after the base material PEN film 100 bonded up and down is cut, and an electric double layer capacitor block (laminated block for an electrochemical element) 1 was made.
  • a positive electrode terminal electrode 21t and a negative electrode terminal electrode 31t were formed by depositing aluminum on the side surface of the cut electric double layer capacitor block 1 by sputtering.
  • a package made of a liquid crystal polymer comprising a package base portion 11b having a positive electrode package electrode 122b and a negative electrode package electrode 132b and a package lid portion 11a as shown in FIG.
  • conductive adhesive 122a containing gold as conductive particles and conductive adhesive 132a are applied by dipping on the positive terminal electrode 21t and the negative terminal electrode 31t, respectively, and the conductive adhesion
  • the laminated block 1 for electrochemical elements was arranged so that the agent 122a and the conductive adhesive 132a were connected to the positive electrode package electrode 122b and the negative electrode package electrode 132b, respectively.
  • a bonding resin layer 121 having a thickness of 2 ⁇ m formed by printing on a base film and drying was obtained in the same manner as in the method for producing the electric double layer capacitor of Sample No. 1.
  • the bonding resin layer 121 was peeled off from the base film and cut into a 5 mm ⁇ 10 mm rectangular shape to prepare a sample for measuring the breaking strength of sample number 1.
  • a bonding resin layer 121 having a thickness of 2 ⁇ m formed by printing on a base film and drying was obtained in the same manner as in the method for producing the electric double layer capacitor of Sample No. 1.
  • the bonding resin layer 121 is peeled off from the base film and heated at 150 ° C. for 30 minutes to polymerize the precursor in the bonding resin layer 121 and thermally cure to obtain a siloxane-modified polyimide. 1 was prepared for measuring the thermal decomposition starting temperature.
  • Sample No. 2 An electric double layer capacitor, a sample for measuring the breaking strength, and a sample for measuring the thermal decomposition onset temperature were obtained in the same manner as in Sample No. 1 except that a resin mixed with polyimide and silicone was used as the bonding layer. .
  • sample No. 3 An electric double layer capacitor of sample number 3, a sample for measuring break strength, and a sample for measuring thermal decomposition starting temperature were obtained in the same manner as sample number 1 except that polyimide was used as the bonding layer.
  • Example No. 4 An electric double layer capacitor, a sample for measuring the breaking strength, and a sample for measuring the thermal decomposition starting temperature were obtained in the same manner as in Sample No. 1 except that polyamideimide was used as the bonding layer.
  • Sample No. 5 An electric double layer capacitor, a sample for measuring the breaking strength, and a sample for measuring the thermal decomposition starting temperature were obtained in the same manner as Sample No. 1 except that silicone was used as the bonding layer.
  • sample No. 6 An electric double layer capacitor of sample number 6, a sample for measuring break strength, and a sample for measuring thermal decomposition starting temperature were obtained in the same manner as sample number 1 except that urethane resin was used as the bonding layer.
  • sample No. 8 An electric double layer capacitor of sample number 8, a sample for measuring the breaking strength, and a sample for measuring the thermal decomposition starting temperature were obtained in the same manner as sample number 1 except that polyacrylate was used as the bonding layer.
  • Example No. 9 An electric double layer capacitor, a sample for measuring the breaking strength, and a sample for measuring the thermal decomposition starting temperature were obtained in the same manner as in Sample No. 1 except that carboxymethylcellulose was used as the bonding layer.
  • thermosetting resin the heating temperature and heating time for thermosetting were appropriately selected according to the components of the bonding layer.
  • sample evaluation The electric double layer capacitors of Sample Nos. 1 to 9 produced as described above were used as measurement samples, and 100 capacitances were measured for each sample number. Then, with respect to the design value of 480 mF, a measurement sample having a measured capacitance value within ⁇ 20% was judged as a non-defective product, and a non-defective product rate was determined. That is, a measurement sample having a measured capacitance value of 384 mF to 576 mF was judged as a good product. A sample having a non-defective capacitance rate of 90% or more was determined to be good ( ⁇ ), and a sample having a non-capacitance rate of less than 90% was determined to be unacceptable (x).
  • RSA-3 dynamic viscoelasticity measuring device
  • a chuck with 6 mm at both ends in the longitudinal direction of each sample for measuring the breaking strength of sample numbers 1 to 9 prepared as described above. Holding at intervals, the breaking strength was measured at a tensile speed of 0.13 mm / s at room temperature.
  • thermal decomposition starting temperature of the junction layer of the electric double layer capacitor in sample numbers 1 to 9 was measured by the following method.
  • Table 1 shows the results of the evaluation performed as described above.
  • the LT side surface is polished along the width direction of the electrochemical device multilayer block, A polished cross section was obtained.
  • the laminated current collector electrode was observed in this polished cross section, it was confirmed that at least one of the laminated current collector electrodes was broken in all of the defective capacitors. Such a breakage of the collector electrode was not confirmed in the non-defective product.
  • Sample Nos. 5 and 7 to 9 in which the non-defective capacitance rate was determined to be impossible ( ⁇ ) had a small breaking strength of the bonding resin layer of 5 MPa or less. For this reason, if the bonding resin layer cannot withstand the stress applied in the process such as peeling from the base film of the bonding resin layer or heating while pressing the sheets, and it is likely to break Conceivable.
  • Sample Nos. 6 and 9 in which the reflow heat resistance was determined to be “x” had a thermal decomposition starting temperature of the bonding layer as low as 290 ° C. or less. For this reason, the bonding layer is thermally decomposed by the heat during reflow, and the structure of the electric double layer capacitor is broken by the generated gas or the like, or the decomposition products generated by the thermal decomposition are mixed in the electrolyte. It seems to have deteriorated.
  • Sample Nos. 1 to 4 in which the bonding resin layer and the bonding layer include a polymer having an imide bond in the main chain have high breaking strength of the bonding resin layer, so that the stress applied in the manufacturing process is It can be considered that the bonding resin layer and the current collector film were able to withstand, and a good capacitance rate was obtained. Moreover, since the thermal decomposition temperature of a joining layer is high, it is thought that the electric double layer capacitor which has high heat resistance was obtained.
  • Example 2 an electric double layer capacitor was manufactured according to the manufacturing method of the above embodiment. However, the joining between the two positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A was performed by setting the pressure plate temperature to 130 ° C., the pressurization pressure to 5 MPa, and the pressurization time to 10 seconds.
  • sample preparation (Sample No. 10) Except that the joining between the two positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A was performed by setting the pressure plate temperature at 130 ° C., the pressurizing pressure of 5 MPa, and the pressurizing time of 10 seconds, the same as Sample No. 1 An electric double layer capacitor of Sample No. 10 was obtained.
  • Example No. 13 Except that the joining between the two positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A was performed by setting the pressure plate temperature at 130 ° C., the pressurizing pressure of 5 MPa, and the pressurizing time of 10 seconds, the same as Sample No. 4 Although an electric double layer capacitor was produced, the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A could not be joined together, and an electric double layer capacitor could not be obtained.
  • Example No. 14 Except that the joining between the two positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A was carried out by setting the pressure plate temperature at 130 ° C., the pressurizing pressure of 5 MPa, and the pressurizing time of 10 seconds, as in sample number 5. An electric double layer capacitor of Sample No. 14 was obtained.
  • Sample No. 15 Except that the joining between the two positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A was performed by setting the pressure plate temperature at 130 ° C., the pressurizing pressure of 5 MPa, and the pressurizing time of 10 seconds, the same as Sample No. 6 An electric double layer capacitor of Sample No. 15 was obtained.
  • Example No. 16 Except that the joining between the two positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A was carried out by setting the pressure plate temperature at 130 ° C., the pressurizing pressure of 5 MPa, and the pressurizing time of 10 seconds, the same as Sample No. 7 Although an electric double layer capacitor was produced, the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A could not be joined together, and an electric double layer capacitor could not be obtained.
  • Example No. 17 Except that the joining between the two positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A was performed by setting the pressure plate temperature at 130 ° C., the pressurizing pressure of 5 MPa, and the pressurizing time of 10 seconds, the same as Sample No. 8 An electric double layer capacitor of Sample No. 17 was obtained.
  • Example No. 18 Except that the joining between the two positive electrode / negative electrode integrated sheets 50A was performed by setting the pressure plate temperature at 130 ° C., the pressurizing pressure of 5 MPa, and the pressurizing time of 10 seconds, the same as Sample No. 9 Although an electric double layer capacitor was produced, the positive electrode / negative electrode integrated sheet 50A could not be joined together, and an electric double layer capacitor could not be obtained.
  • thermosetting resin in which the bonding layer has a thermosetting resin, the heating temperature and heating time for thermosetting were appropriately selected according to the components of the bonding layer.

Abstract

 高い耐熱性を有し、多層化が容易で、小型化に有利な蓄電デバイス及びその製造方法を提供する。 正極又は負極の一方の第1極と他方の第2極との間にセパレータ層が設けられてなる積層体と、電解質と、前記積層体と前記電解質を収納するパッケージと、を有してなる蓄電デバイスであって、第1極集電体電極と、その第1極集電体電極の一方の主面に設けられた第1極活物質層と、前記一方の主面の少なくとも一部を覆うセパレータ層と、が一体化されてなる第1極複合シートを少なくとも2つ含んでなり、前記少なくとも2つの第1極複合シートの一方の第1極複合シートの第1極集電体電極の他方の主面と、他方の第1極複合シートの第1極集電体電極の他方の主面と、が対向して接合層を介して接合されており、前記接合層が、主鎖中にイミド結合を有する高分子を含む。

Description

蓄電デバイス及びその製造方法
 本発明は、蓄電デバイス及びその製造方法に関する。
 近年、比較的大容量が得られる小型・軽量のバッテリとして、電気二重層キャパシタ等の蓄電デバイスが広く用いられている。
 この蓄電デバイスは、例えば、特許文献1に開示されているように、アルミニウム箔からなる集電体電極の両面に分極性電極層を塗布することで電極を形成し、セパレータを介して積層することにより製造されている。
特開2010-123988号公報
 しかしながら、上述した従来技術は、電極とセパレータが接合により固定されて一体化されていないため、電極とセパレータの配置が安定せず、多層化が難しいという問題があった。
 また、集電体電極を薄くして小型化を図ろうとした場合、集電体電極の強度が低下するため、例えば集電体電極の両面に活物質層を形成することが容易ではないなど、取り扱いが困難になるという問題があった。
 さらに、集電体電極に外部応力が加わった場合、容易に形状が変形し、集電体電極が破れ、蓄電デバイスの抵抗値の上昇や容量低下を招くという問題があった。
 そこで、本発明では、多層化が容易で、小型化に有利な蓄電デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するために、本発明に係る蓄電デバイスは、正極又は負極の一方の第1極と他方の第2極との間にセパレータ層が設けられてなる積層体と、電解質と、前記積層体と前記電解質を収納するパッケージと、を有してなる蓄電デバイスであって、第1極集電体電極と、その第1極集電体電極の一方の主面に設けられた第1極活物質層と、前記一方の主面の少なくとも一部を覆うセパレータ層と、が一体化されてなる第1極複合シートを少なくとも2つ含んでなり、前記少なくとも2つの第1極複合シートの一方の第1極複合シートの第1極集電体電極の他方の主面と、他方の第1極複合シートの第1極集電体電極の他方の主面と、が対向して接合層を介して接合されており、前記接合層が、主鎖中にイミド結合を有する高分子を含んでいることを特徴としている。
 また、本発明の蓄電デバイスは、前記接合層が、主鎖中にシロキサン結合を有する高分子を含んでいることが好ましい。
 また、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、正極又は負極の一方の第1極と他方の第2極との間にセパレータ層が設けられてなる積層体と、電解質と、前記積層体と前記電解質を収納するパッケージと、を有してなる蓄電デバイスの製造方法であって、主鎖中にイミド結合を有する高分子を含む接合用樹脂層を準備する工程と、前記接合用樹脂層の一方の主面に、第1の第1極集電体電極の一方の主面を対向して配する工程と、前記第1の第1極集電体電極と、その第1の第1極集電体電極の他方の主面に設けられた第1極活物質層と、前記他方の主面の少なくとも一部を覆うセパレータ層と、が一体化されてなる第1極複合シートを作製する工程と、前記第1の第1極集電体電極の一方の主面と、第2の第1極集電体電極の一方の主面と、を前記接合用樹脂層を介して接合する工程とを含むことを特徴としている。
 また、本発明の蓄電デバイスの製造方法は、前記接合用樹脂層が、主鎖中にシロキサン結合を有する高分子を含んでいることが好ましい。
 また、本発明の蓄電デバイスの製造方法は、前記接合用樹脂層と前記第1の第1極集電体電極が接合された層を基材上に形成し、その後、前記基材を剥離する工程を含んでいることが好ましい。
 以上のように、本発明によれば、高い耐熱性を有し、多層化が容易で、小型化に有利な蓄電デバイス及びその製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスの製造方法の工程フロー図である。 本発明の一実施形態の蓄電デバイスの製造方法において、基材フィルム100上に正極21を形成する工程を示しており、(1)は、離型層101と接合用樹脂層121を備えた基材フィルム100の断面図であり、(2)は接合用樹脂層121上に正極集電体膜102を形成した断面図であり、(3)は、正極集電体膜102上にレジストパターンR102を形成した断面図であり、(4)は、正極集電体膜102がエッチングされた断面図であり、(5)は、レジストパターンR102を除去した断面図であり、(6a)は、正極集電体電極21a上に正極活物質層21bを形成した断面図であり、(6b)は、(6a)の平面図である。 本発明の一実施形態の蓄電デバイスの製造方法において、正極21上にセパレータ層42を形成して正極複合シート20Aを作製する工程と、負極集電体電極31aと負極活物質層31bを形成する工程とを示しており、(7a)は、正極集電体電極21aと接合用樹脂層121の上にセパレータ層42を形成した断面図であり、(7b)は、(7a)の平面図であり、(8a)は、基材フィルム上に負極31を形成した平面図である。 本発明の一実施形態の蓄電デバイスの製造方法において、正極・負極一体化シート50Aを形成する工程を示しており、(8b)は、図3(8a)の断面図であり、(9)は、負極複合シート30Aの断面図であり、(10)は、正極複合シート20Aと負極複合シート30Aを対向して配置した断面図であり、(11)は、正極複合シート20Aと負極複合シート30Aのセパレータ層42間を接合した正極・負極一体化シート50Aの断面図であり、(12)は、正極・負極一体化シート50Aの正極側の基材フィルム100を剥離した断面図である。 本発明の一実施形態の蓄電デバイスの製造方法において、正極・負極一体化シートを積層する工程を示しており、(13)は、2つの正極・負極一体化シート50Aを対向して配置した断面図であり、(14)は、2つの正極・負極一体化シートを積層した断面図であり、(15)は、その一方の基材フィルム100を剥離した断面図であり、(16)は、積層された正極・負極一体化シート50Aにさらに別の正極・負極一体化シート50Aを配置した断面図である。 (17)は、本発明の一実施形態の蓄電デバイスの製造方法において、積層された正極・負極一体化シート50Aにさらに別の正極・負極一体化シート50Aを積層した断面図である。 本発明の一実施形態の正極・負極一体化シート50Aが積層された電気化学素子用積層シートLB1の断面図である。 本発明の一実施形態に係る電気化学素子用積層ブロック1に正極端子電極21tと負極端子電極31tとを形成した電気化学素子の一部断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電気化学素子用積層ブロック1を含む蓄電デバイスの例として示す、電気二重層キャパシタ80Aの断面図である。 本発明の実施例1に係る電気二重層キャパシタのリフロー耐熱性を評価するための、リフロー時の温度プロファイルを示す図である。
 以下、本発明に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。
(1)蓄電デバイス
 図8は、本実施形態に係る蓄電デバイスに用いる電気化学素子用積層ブロック1を示す斜視図である。
 図9は、電気化学素子用積層ブロック1を含む蓄電デバイスの例として示す、電気二重層キャパシタ80Aの断面図である。
 なお、図8では、電気化学素子用積層ブロック1の前面(ハッチングにより示した面)は、正極21(正極集電体層21cと正極活物質層21b)と負極31(負極集電体層31cと負極活物質層31b)の配置の概略を理解できるように断面を示しているが、実際は、後述する製造方法において詳細を示すように、接着性を有するセパレータ層42により覆われており、このセパレータ層42に設けられた切れ込み25(図3(7b)参照)を介して、電解質が電気化学素子用積層ブロック1内の蓄電ユニットに供給される。すなわち、切れ込み25は、電解質を電気化学素子用積層ブロック1内に導入することができる電解質誘導路として機能する。
 また、電気化学素子用積層ブロック1の後面(前面に平行な面)も同様に、図示しないセパレータ層42により覆われており、この後面を覆うセパレータ層42にも切れ込み25を設けてよい。
 後述するように電気化学素子用積層ブロック1を正極パッケージ電極及び負極パッケージ電極を備えたパッケージ内に電解質とともに収納することで例えば電気二重層キャパシタ、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタのような蓄電デバイスを形成することができる。
 電気化学素子用積層ブロック1は、正極活物質層21bと負極活物質層31bとが対向している1組の正極21(正極集電体層21cと正極活物質層21b)と負極31(負極集電体層31cと負極活物質層31b)および当該正極と当該負極の間に配置され、当該正極の表面の一部および当該負極の表面の一部と接着しているセパレータ層42(図8では詳細部の記載を省略)とを有する蓄電ユニットが複数積層した積層体を有する。
 後述するように、本発明においては、少なくとも1つの正極集電体層21c(または、少なくとも1つの負極集電体層31c)は、2つの正極集電体電極(または、2つの負極集電体電極)の主面同士が、主鎖中にイミド結合を有する高分子を含む接合層を介して接合されることで形成されている。
 イミド結合は、芳香族同士が結合して共役構造を持つため、強固な分子構造を有する。また、極性の高いイミド結合が強い分子間力を持つため、分子鎖間の結合も強く、高い機械的強度、高耐熱性を有する接合層が得られる。
 また、本発明においては、前記接合層が主鎖中にシロキサン結合を有する高分子を含んでいることが好ましい。シロキサン結合中のSi-O間の結合は結合エネルギーが高く、高耐熱性を有する。また、シロキサン結合の回転障壁が低く、Si-O間の結合が比較的自由に回転できるため柔軟性を有し、これにより高い接着性を有するものと推測される。
 セパレータ層42は、電解質を内部に誘導できる電解質誘導路を正極活物質層21bと負極活物質層31bとの間に形成している。
 従って、パッケージ内に電気化学素子用積層ブロック1を配置し、電解質をパッケージ内に供給することで、容易に電解質を蓄電ユニット内に供給(注液)することができる。
 この結果、蓄電ユニットの積層時の熱等の影響による電解液の変質、揮発等の問題を防止することができる。
 また、電解質の注液を積層体形成後に行えることから蓄電ユニットの積層時に蓄電ユニットを電解質を含んだ状態でハンドリングする必要がなく、工程が簡略化され、効率的である。
 さらに、電解質がより短い時間で蓄電ユニット内に到達するため、電解質の注液が容易であるという利点を有する。
 なお、これは、電気化学素子用積層ブロック1を用いた蓄電デバイスの製造において、電解質の電気化学素子用積層ブロック1への注液を蓄電ユニットの積層後に限定するものではない。蓄電ユニットの積層前および/または蓄電ユニットの積層中に注液しておいてもよいし、蓄電ユニットの積層後に追加で注液してもよい。
 上述のようにセパレータ層42は、当該正極の表面の一部もしくは当該負極の表面の一部と接着できる、またはセパレータ層42同士で接着できるように接着性を有している。
 セパレータ層42としては熱可塑性樹脂(PVDF(ポリフッ化ビニリデン)及びその六フッ化プロピレンとの共重合体、ポリエチレンオキサイドなど)および、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミドなどの熱硬化性樹脂を使用することができる。
 これらの中で、熱可塑性樹脂はガラス転移温度または融点まで加熱することによって軟らかくなるため、加熱又は加熱しながら圧着することで被接着物である正極活物質層21b、負極活物質層31b、正極集電体層21cもしくは負極集電体層31cまたはセパレータ層との接触面積が大きくなり、強い接着強度(接合強度)が得られるため好ましい。
 また、熱可塑性樹脂であるPVDFを用いた場合、耐熱性及び耐溶剤性に優れる。
 一方、熱硬化性樹脂は耐熱性が高く、結着力が強く、化学的安定性に優れ、熱可塑性樹脂と比較して高強度であるため、積層体の強度が向上する。
 セパレータ層42を上述の被接着物に接着する方法としては、例えばセパレータ層42を設けた各電極を圧着または加熱することが挙げられ、圧着または加熱することにより被接着物(正極、負極等)に接着されて一体化する。また圧着時に加熱することにより、より強固に接着することができる。
 セパレータ層42を設けた各電極を積層して積層体を作製する際、積層体においては、電極の逐次積層時は、加熱などにより仮接着を行うことで仮積層体を形成し、仮積層体に加熱などにより本接着を施す。
 このようにすると、積層時に、正極と負極間の位置を精度よく逐次積層することが可能になる。
 また、本接着は、積層体が複数個まとめて仮接着された積層集合体に施してもよいし、仮接着された積層集合体を個片化した後に、積層体毎に行ってもよい。
 セパレータ層42は、粒子状絶縁体を含んでもよい。セパレータ層42に粒子状絶縁体を含むことにより、セパレータ層42の強度を向上することができ、積層時の潰れを抑制し、電極間ショートを防ぐことができる。
 セパレータ層42は充分な接着性を確保し、かつ電気化学素子用積層ブロック1トの形状を堅固に維持するために、好ましくは1250sec/100cc以上の透気度を有する。
 なお、透気度とは、気体の透過しやすさを表すのに用いる尺度であり、日本工業規格(JIS)のP 8117に準拠した方法により、デジタル型王研式透気度試験機(例えば、旭精工株式会社製「EG01-5-1MR」)を使用し、シリンダー圧0.25MPa、測定圧0.05MPa、測定内部径30mmの条件で測定できる。
 透気度の値が大きいと気体を通し難く、これは同時に電解液のような液体も通し難いことを示している。
 次に、図9を用いて、電気化学素子用積層ブロック1を含む電気二重層キャパシタ80Aについて説明する。
 電気化学素子用積層ブロック1は、パッケージベース部11bとパッケージ蓋部11aからなるパッケージ内に配置されている。パッケージベース部11bとパッケージ蓋部11aは例えば液晶ポリマーのような耐熱樹脂により形成され得る。
 パッケージベース部11bには、例えばアルミニウムのような金属より成る正極パッケージ電極122bと負極パッケージ電極132bとが分離して配置されている。
 複数の正極集電体層21cと電気的に接続している電気化学素子用積層ブロック1の正極端子電極21tと、正極パッケージ電極122bとが、導電性接着剤122aにより電気的に接続されている。同様に、複数の負極集電体層31cと電気的に接続している電気化学素子用積層ブロック1の負極端子電極31tと、負極パッケージ電極132bとが、導電性接着剤132aにより電気的に接続されている。
 パッケージベース部11bとパッケージ蓋部11aからなるパッケージ内に電解質が配置されている。
 この電解質をパッケージ内に電気化学素子用積層ブロック1を配置した後に供給した場合、上述のように、切れ込み25を介して電解質が蓄電ユニット内に到達する。
 以上の本実施形態に係る蓄電デバイスにおいては、集電体層がセパレータ層と一体化されているため、セパレータ層により集電体層の強度が補強される。これにより、例えば集電体層を薄くして小型化を図った場合でも、外部応力による集電体層の変形を抑制でき、集電体層の破れや抵抗値の上昇、容量の低下などを抑制できる。
 (2)製造方法
 次に、本実施形態に係る蓄電デバイス(電気化学素子用積層ブロック1)の製造方法を説明する。
 図1は、本実施形態に係る蓄電デバイス(電気化学素子用積層ブロック1)の製造方法の工程フロー図である。以下、図1の工程フローにしたがって各工程を説明する。
 i)正極複合シート20A作製
<ステップPS1>
 まず、図2(1)に示すように、例えば、表面にシリコーン系の離型層101が形成されたポリエチレンナフタレートからなる基材フィルム100を準備する。
 基材フィルムそのものが離型性を有するものは離型性付与処理をすることなく用いることができる。
 基材フィルムが離型性を有しないもの、又はより離型性を高めるために、離型層101を形成する等、離型性付与処理をして使用することが好ましい。
 基材フィルム100としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエチレン、フッ素樹脂、セルロースアセテートなどのプラスチックフィルムをはじめ、セロハン、紙なども用いることができる。
 離型性付与処理法としては、たとえばシリコーン樹脂、ワックス、界面活性剤、金属酸化物、フッ素樹脂などを基材フィルム上にコーティングする方法が挙げられる。
 離型層101としては、その他にたとえばニトロセルロース、硬質ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリエステル、メラミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂の1種または2種以上を主体とするものが適宜用いられ、それらの離型性付与処理法としては、基材フィルム上にたとえばグラビア方式によりコーティングして形成することが挙げられる。
 さらに、基材フィルム100(または離型層101)の上に接合用樹脂層121を形成する。接合用樹脂層121としては、ポリイミドとシリコーンの混合樹脂やシロキサン変性ポリイミドの前駆体等が用いられ、例えば、これらを溶媒に溶解した接合用樹脂層スラリーを離型性が付与された基材フィルム上にグラビア方式によりコーティングし、乾燥することで形成される。
 <ステップPS2>
 次に、図2(2)に示すように、接合用樹脂層121上に、正極集電体膜102を例えば蒸着により形成する。
 このように、表面が平滑な接合用樹脂層121上に正極集電体膜102を形成することで、高い連続性を有し、薄膜でありながら低抵抗の正極集電体膜102を得ることが容易となり、その結果、蓄電デバイスの小型低背化を効果的に進めることができる。
 また、正極集電体膜102の形成方法としては蒸着の他、スパッタリングや塗布など公知の技術を用いることができる。蒸着やスパッタリングは、膜の連続性が良いため低抵抗で、膜厚が薄い集電体膜の形成が容易であり、蓄電デバイスの小型低背化が容易となる。
 <ステップPS3>
 図2(3)に示すように正極集電体膜102上に、複数のレジストパターンR102を所定の間隔で印刷して、乾燥させる。このレジストパターンR102は、例えば、マトリクス状に配置され、後に形成される正極集電体電極21aと同様の矩形形状にそれぞれ形成される。
 次に、図2(4)に示すように、レジストパターンR102をエッチングマスクとして、正極集電体膜102をエッチングした後、図2(5)に示すように、レジストパターンR102を剥離する。以上のようにして、矩形形状の正極集電体電極21aを形成する。
 マスキング方法としてはスクリーン印刷によりレジストを印刷する方法の他、グラビア印刷によるレジストの印刷、塗布型レジストを用いたフォトリソ、ドライフィルムレジストを用いたフォトリソなどを用いてもよい。コストが安いことを重視するのであれば、スクリーン印刷、グラビア印刷が好ましく、精度を重視するのであれば、フォトリソが好ましい。
 また、集電体電極を形成する方法として、集電体膜をエッチングする方法の他に、離型層が形成された基材フィルム上にメタルマスクを用いて直接集電体膜を蒸着する方法やオイルマスクを用いて直接集電体膜を蒸着してプラズマアッシング処理を行う方法などを用いてもよい。
 また、正極集電体電極21aが表面に酸化膜を形成するような場合は、正極集電体電極21aを形成した後、正極集電体電極21aの酸化膜を除去する工程を含むことが好ましい。正極集電体電極21aの酸化膜の除去は、例えば、アルミニウム(Al)により正極集電体電極21aを形成した場合には、フッ酸と硫酸の混酸に通して、アルミニウム表面の酸化膜を除去することができる。
 <ステップPS4>
 図2(6a)(6b)に示すように、正極集電体電極21a上の2箇所に、正極活物質層21bを形成する。
 正極活物質層21bは、正極集電体電極21a上に、例えば、活物質スラリーをスクリーン印刷することにより形成することができ、例えば、正極集電体電極21aの長手方向に直交する中心線L1に対して対称に、中心線L1から所定の間隔を開けて形成される。正極活物質層21bにおいて、中心線L1を挟んで対向する内側側面を除く側面はそれぞれ、正極集電体電極21aの外周に一致するように形成することが好ましい。
 <ステップPS5>
 次に、図3の(7a)(7b)に示すように、正極活物質層21bを取り囲むように接合用樹脂層121および正極集電体電極21a上にセパレータ層42を形成する。この際、(7b)に示すように、正極活物質層21bに接するように切れ込み25をセパレータ層42に設ける。切れ込み25は、(7b)においてセパレータ層42を貫通している。
 上述したように、図8には図示しないが、電気化学素子用積層ブロック1の前面(図8においてハッチングを施した面)は、セパレータ層42により覆われている。同様に、電気化学素子用積層ブロック1の後面(前面に平行な面)もセパレータ層42により覆われている。
 後述するステップMS3までに、図3の7(b)において縦方向に複数ならぶ蓄電ユニット(正極活物質層21bと負極活物質層31bとが対向している1組の正極(正極集電体電極21aと正極活物質層21b)と負極(負極集電体電極31aと負極活物質層31b)および当該正極と当該負極の間に配置され、当該正極の一部および当該負極の一部と接着しているセパレータ層42とを合わせて「蓄電ユニット」と呼ぶ場合がある。)または蓄電ユニットを得るための中間品を縦方向に1つずつ切り離す際に、例えば、図3(7b)のC1、C2線およびC3線に相当する部位で切り離すことにより、電気化学素子用積層ブロック1の前面および後面をそれぞれセパレータ層42により覆うことができる。
 電気化学素子用積層ブロック1の前面および後面を覆うセパレータ層42は、それぞれ切れ込み25を有している。そして、切れ込み25が電解質誘導路として機能するため、電解質がこの切れ込み25を通って、電気化学素子用積層ブロック1に入ることができる。
 また、電気化学素子用積層ブロック1のそれぞれの蓄電ユニットで発生したガスを、それぞれの蓄電ユニットの電解質誘導路を通過させることにより、蓄電ユニットの外部(電気化学素子用積層ブロック1の外部)に排出できる。
 以上のステップPS1~ステップPS5の工程を経て、正極複合シート20Aが作製される。
 <ステップPS6>
 ステップPS6では、ステップPS1~ステップPS5を繰り返して、必要な枚数の正極複合シート20Aを作製する。
 ii)負極複合シート30A作製
図1に示すように、正極複合シート20Aを製造する際のステップPS1~ステップPS6と同様のステップNS1~ステップNS6にしたがって、負極複合シート30Aを作製する。
 負極複合シート30Aにおいて、負極集電体電極31aは、その長手方向に直交する中心線L2が、図3(8a)および図4(8b)に示すように、正極複合シート20Aにおける正極集電体電極21aの中心線L1の中央に位置するように配置され、負極活物質層31bはそれぞれ中心線L2に対して対称に、かつ正極活物質層21bに重なるような位置に形成される。
 また、ステップNS2~NS4において、ステップPS2~ステップPS4における正極集電体膜102、正極集電体電極21a、正極活物質層21bに代えてそれぞれ負極集電体膜、負極集電体電極31a、負極活物質層31bを形成するが、蓄電デバイスとして電気二重層キャパシタを作製する際には、正極集電体膜102と負極集電体膜、正極集電体電極21aと負極集電体電極31a及び正極活物質層21bと負極活物質層31bとはそれぞれ同様のものを用いることができる。
 なお、正極集電体電極21aと負極集電体電極31aの形状及び面積は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、正極活物質層21bと負極活物質層31bの形状及び面積は同一であってもよいし、異なっていてもよい。正極21や負極31の位置ずれを考慮して、正極21又は負極31の一方の面積を大きくして、正極21や負極31が位置ずれしたような場合でも正極21と負極31の対向面積が変化しないようにでき、電気二重層キャパシタの抵抗や容量の変化を抑制することができる。
 また、本実施形態において、正極と負極に共通する事項を、特に両者を区別することなく説明するときには、正極複合シート20A及び負極複合シート30Aは複合シートといい、正極集電体電極21a及び負極集電体電極31aは単に集電体電極といい、正極活物質層21b及び負極活物質層31bは単に活物質層という場合がある。
 本実施形態で示したように、集電体電極上に活物質層を塗工するようにした場合には、活物質層中のバインダが活物質層/集電体電極の界面付近に堆積するため、活物質層/集電体電極間の結着力を高くできる。
 また、本実施形態で示したように、高い連続性を有し、薄膜化された集電体電極上に活物質層を塗工するようにすると、より一層の小型低背化が可能になる。
 また、活物質層上に集電体電極を形成するようにすると、集電体電極のエッチングや集電体電極の酸化膜の除去が困難となるが、本実施形態では、集電体電極上に活物質層を形成するようにしているので、集電体電極のエッチングや集電体電極の酸化膜の除去後に活物質層を形成することが可能となり、エッチングや酸化膜の除去が容易となる。
 iii)正極・負極一体化シートの作製及び積層
<ステップMS1>
 まず、図4(10)に示すように、正極複合シート20Aと負極複合シート30Aをセパレータ層42が形成されている面が対向するように配置して、正極複合シート20Aと負極複合シート30Aの両側から、例えば、図示しない加圧板により均等に加圧して加熱することにより、図4(11)に示すように、セパレータ層42間を接合する。以上のようにして、正極・負極一体化シート50Aが作製される。
 このとき、例えば、加圧板の温度は80℃とし、加圧の圧力は20MPa、加圧時間は30秒に設定する。
 このようにセパレータ層42間を接合することにより作製された正極・負極一体化シート50Aは、その貼り合わせ面の両側の正極複合シート20Aと負極複合シート30Aとがほぼ同等の熱に対する伸縮特性を有しているので、接合後の反りが抑えられ、以下の製造工程における取り扱いが容易になる。
 また、正極複合シート20Aと負極複合シート30Aが接合され正極・負極一体化シート50Aとされているため、正極複合シート20Aと負極複合シート30Aが薄層化されたような場合でも、正極複合シート20Aと負極複合シート30Aを破壊することなく、正規の配列・所定の位置を保持したままハンドリングすることが更に容易となり、デバイスの更なる小型低背化が可能となる。
 そして、正極・負極一体化シート50A内には、横方向に複数の蓄電ユニットが整列して形成されている。
 なお、本実施形態で示すように、正極・負極一体化シート50Aにおいて、正極活物質層21bと負極活物質層31bとの間に形成される空隙は、切れ込み25を通じて正極・負極一体化シート50Aの外部と連通していることが好ましい。これにより、正極複合シート20Aと負極複合シート30Aを接合して正極・負極一体化シート50Aを作製する際に、気体(空気など)が余分に正極複合シート20Aと負極複合シート30Aとの間に封止され、正極・負極一体化シート50Aが膨れて形状が変形するのを防止することができる。
 セパレータ層間を接合した後、負極複合シート30A側又は正極複合シート20A側の基材フィルム100のいずれか一方を剥離する。
 例えば、正極側の基材フィルム100を剥離するときには、図4(12)に示すように、図示しない吸引盤に、正極・負極一体化シート50Aの負極側を接触させて吸引して、正極・負極一体化シート50Aを持ち上げて、正極側の基材フィルム100を剥離する。
 正極側の基材フィルム100を剥離しようとする場合、基材フィルム100と正極複合シート20A間の接合力よりも強い接合力を正極複合シート20Aと負極複合シート30A間で確保する必要があるが、両者の接合力の差は、基材フィルム100と正極複合シート20Aの間に離型層がある場合は、比較的容易に実現できる。
 一方、基材フィルム100と正極複合シート20Aの間(すなわち、基材フィルム100と接合用樹脂層121との間)に離型層がない場合は、上記接合力の差は、例えば、高温・高圧で正極複合シート20Aと負極複合シート30Aを接合することにより実現できる。しかしながら、高温・高圧下での接合では、活物質層やセパレータ層の空隙が潰れてしまうことがないように、また、正極複合シート20Aや負極複合シート30Aの形状が変形してしまうことがないように留意する必要がある。
 また、集電体電極を接合用樹脂層121上に蒸着により形成した場合などは、基材フィルムへの熱ダメージおよび蒸着粒子の運動エネルギーによるめり込みのため、基材フィルムとの密着力がより強くなり、離型層がないと剥離が困難となることがある。したがって、本発明では、基材フィルムへのダメージを防止できる厚みの離型層を形成しておくことが好ましい。
 負極側の基材フィルム100を剥離するときには、正極・負極一体化シート50Aの正極側を吸引盤に接触させて吸引して、正極・負極一体化シート50Aを持ち上げて、負極側の基材フィルム100を剥離する。
 このようにして、正極複合シート20A側又は負極複合シート30A側のいずれか一方に基材フィルム100が接合された、正極・負極一体化シート50Aを必要枚数作製する。
 iv)正極・負極一体化シートの積層
<ステップMS2>
 最初の積層は、例えば、図5(13)に示すように、負極側が吸引盤に吸引された正極・負極一体化シート50Aの下に、負極複合シート30A側に基材フィルム100が接合された正極・負極一体化シート50Aを、基材フィルム100が下になるように配置した後、図5(14)に示すように、その2枚の正極・負極一体化シート50Aを接触させて、図示しない加圧板により全面を均等に加圧して接合する。
 このとき、例えば、加圧板の温度は200℃とし、加圧の圧力は5MPa、加圧時間は10秒に設定する。
 なお、図8に示すような上下最外層にセパレータ層が配置された電気化学素子用積層ブロック1を作製する場合には、基材フィルム上に例えば、所定の厚み(例えば、6μm)のセパレータ層のみが形成されたセパレータ層用シートを用い、最初の積層は、そのセパレータ層用シートのセパレータ層の上に正極・負極一体化シート50Aを積層するようにする。
 次に、図5(15)に示すように、吸引盤に吸引された正極・負極一体化シート50Aの負極側の基材フィルム100を剥離する。
 そして、その負極側の基材フィルム100が剥離された正極・負極一体化シート50Aの上に、図5(16)に示すように、負極側の基材フィルム100が剥離された別の正極・負極一体化シート50Aを、負極側が対向するように配置して、図6(17)に示すように、負極側同士を接合する。
 次に、積層された別の正極・負極一体化シート50Aの正極側の基材フィルム100を剥離して、その上に、正極側の基材フィルム100が剥離された正極・負極一体化シート50Aを正極側が対向するように配置して、正極側同士をそれぞれの接合用樹脂層121を互いに接着させることにより接合する。
 以降、ステップMS1及びステップMS2を必要回数繰り返して、図7に示すような、正極・負極一体化シート50Aが積層された電気化学素子用積層シートLB1を作製する。
 尚、図8に示すような最外層にセパレータ層が配置された電気化学素子用積層ブロック1を作製する場合には、最初の積層に用いたものと同じ、セパレータ層のみが形成されたセパレータ層用シートを用い、積層の最後にそのセパレータ層用シートのセパレータ層を対向させて接合する。
 そして、接合用樹脂層121に熱硬化性樹脂の前駆体が含まれる場合は、得られた電気化学素子用積層シートLB1を例えば150℃で30分加熱して、樹脂を熱硬化させることで、接合層123が得られる。熱硬化のための加熱の条件は、接合用樹脂層121に含まれる熱硬化性樹脂の前駆体成分に応じて適宜選択される。
 接合用樹脂層121が熱可塑性樹脂等の場合は、熱硬化のための加熱は必要ないことは言うまでもない。
 なお、以上の工程により作製される電気化学素子用積層ブロック1では、図7に示すように、最外層の正極集電体電極21a及び負極集電体電極31aは1層であり、正極集電体電極21a又は負極集電体電極31aが2層重ねられてなる内側の集電体電極より薄くなるが、図8では、作図上の制約により、全ての正極集電体層及び負極集電体層を同じ厚さに描いている。
 しかしながら、本発明では、例えば、集電体電極や活物質層の厚さを形成場所によらず同一にしてもよいし、形成場所や製造方法に応じて適宜変更することも可能である。
 <ステップMS3>
 次に、電気化学素子用積層シートLB1の上下最外層に配置されている基材フィルム100を剥がした後、電気化学素子用積層シートLB1を裁断線D1に沿って裁断して、積層体である電気化学素子用積層ブロック1を作製する。
 すなわち、縦方向に積層した蓄電ユニットが横方向に複数整列している状態から単一の積層した蓄電ユニットに裁断することにより積層体である電気化学素子用積層ブロック1を作製する。
 尚、このステップでは、電気化学素子用積層シートLB1を裁断した後、基材フィルム100を剥離するようにしてもよい。
 以上の工程により作製される、積層体である電気化学素子用積層ブロック1では、2つの正極集電体電極21aの主面同士が接合層123を介して接合されることで正極集電体層21cが形成され、2つの負極集電体電極31aの主面同士が接合層123を介して接合されることで負極集電体層31cが形成されている。
 <ステップMS4>
 そして、図8に示すように、裁断された電気化学素子用積層ブロック1の裁断面のうち、正極集電体層21cが露出された側面に正極端子電極21tを形成し、負極集電体層31cが露出された側面に負極端子電極31tを形成する。
 ここで、正極端子電極21t及び負極端子電極31tは、電気化学素子用積層ブロック1の側面に、例えば、スパッタリングによりアルミニウムを付着させることにより形成することができる。
 正極端子電極21t及び負極端子電極31tは、スパッタリングの他、蒸着、イオンプレーティング、溶射、コールドスプレー、めっきなどにより電気化学素子用積層ブロック1の側面に直接導電皮膜を形成することで作製してもよい。
 また、正極端子電極21t及び負極端子電極31tは、電気化学素子用積層ブロック1の側面に直接導電性接着剤をディッピングにより塗布するようにして形成してもよい。
 正極端子電極21tまたは負極端子電極31tが形成される電気化学素子用積層ブロック1の側面には、電解質誘導路が露出していない方が好ましい。電解質誘導路が露出している場合、正極端子電極21tまたは負極端子電極31tが蓄電ユニット内部に入り込んで、正極または負極と短絡する場合があるからである。
 側面に正極端子電極21t及び負極端子電極31tが形成された電気化学素子用積層ブロック1は、図9に例示するように、正極パッケージ電極122b及び負極パッケージ電極132bを備えたパッケージ内に電解質とともに収納され、例えば、電気二重層キャパシタ80Aのような蓄電デバイスが作製される。
 パッケージ内に電気化学素子用積層ブロック1を収納する際、例えば、正極端子電極21t及び負極端子電極31t上に、導電性粒子として金を含有する導電性接着剤122a、132aをディッピングにより塗布し、導電性接着剤122a及び導電性接着剤132aが、それぞれ正極パッケージ電極122b及び負極パッケージ電極132bに接続されるように、電気化学素子用積層ブロック1を配置する。
 そして、電気化学素子用積層ブロック1が配置されたパッケージを例えば、170℃で10分加熱して、導電性接着剤122a、132aを硬化させて、電気化学素子用積層ブロック1をパッケージ電極122b、132bに固定するとともに、正極端子電極21t及び負極端子電極31tをそれぞれ正極パッケージ電極122b及び負極パッケージ電極132bに電気的に接続する。
 導電性粒子としては、金の他にカーボン、銀、銅、アルミニウムなどが用途によって用いられる。
 そしてパッケージ内に入れられた、電気化学素子用積層ブロック1は上述のように前面および後面に切れ込み25を有し、かつここ個々の蓄電ユニットが電解質誘導路を有することから、電解質が迅速に蓄電ユニット内で正極活物質層21aと負極活物質層31bとの間に供給される。
 以上の本実施形態に係る電気化学素子用積層ブロック1の製造方法は、基材フィルム100上に正極複合シート20A又は負極複合シート30Aを作製して、その正極複合シート20A又は負極複合シート30Aを基材フィルム100から剥がす工程を含んでいる。これにより、連続した1つのセパレータ層にパターニングされた複数の正極集電体電極21aと、正極活物質層21bとを一体化して作製することが可能になる。
 同様に、連続した1つのセパレータ層にパターニングされた複数の負極集電体電極31aと負極活物質層31bとを一体化して作製することが可能になる。
 したがって、本実施形態の製造方法では、多数の電気化学素子用積層ブロック1を一括して作製することができ、電気二重層キャパシタを個別に1つずつハンドリングする従来の方法に比較して生産性を向上させることができる。
 また、本実施形態の製造方法では、複数のパターニングされた正極集電体電極21a又は負極集電体電極31aが連続した1つのセパレータ層42で一体化されているため、電極の取り扱いが容易となる。また、積層されるまで、正極複合シート20A及び負極複合シート30Aが基材フィルム100に支持されているので、さらに電極の取り扱いが容易となる。
 したがって、例えば、正極集電体電極21a又は負極集電体電極31aを薄くしてもそれらの電極の取り扱いが容易である。したがって、より小型の電気化学素子用積層ブロック1を作製することができる。
 また、本実施形態の製造方法によれば、パターニングされた複数の正極集電体電極21a及び/又は負極集電体電極31aと、複数の正極活物質層21b及び/又は負極活物質層31bとがセパレータ層42と一体化されているので、電気化学素子用積層ブロック1を小型化しても、製造過程におけるハンドリングが容易となり、より小さい電気化学素子用積層ブロック1を製造することが可能になる。
 さらに、本実施形態の製造方法では、隣接する正極21と負極31とがセパレータ層42に接合されて固定されているため、製造過程及び製品化後における正極21と負極31の位置ずれが防止できる。
 これにより、製造過程におけるシートの取り扱い及び多層化が容易となり、製品化後における容量変化等の特性変化を抑えることができる。
 また、本実施形態の製造方法では、一方の表面に活物質層が形成された集電体電極の他方の表面同士を向かい合わせて配置しているので、集電体電極の両面に活物質層が形成された状態を容易に実現でき、体積容量比率の高い電気化学素子用積層ブロック1を作製することが可能になる。
 すなわち、従来の製造方法では、集電体箔の両面に活物質層を形成することは、ハンドリング上容易ではなく、困難である。
 なお、本実施形態においては、正極複合シート20Aと負極複合シート30Aのセパレータ層42間を接合することで正極・負極一体化シート50Aを作製し、該正極・負極一体化シート50Aを積層することで電気化学素子用積層シートLB1を作製した。しかし、電気化学素子用積層シートの作製方法はこれに限るものではなく、次の様にして作製してもよい。
 例えば、基材フィルム100が剥離された2つの正極複合シート20Aの基材フィルムが剥離された面間を正極集電体電極21a同士を対向させて接合して、正極・正極一体化シートを作製する。同様に、基材フィルム100が剥離された2つの負極複合シート30Aの基材フィルムが剥離された面間を負極集電体電極31a同士を対向させて接合して、負極・負極一体化シートを作製する。これら正極・正極一体化シートと負極・負極一体化シートとをそれぞれのセパレータ層42同士を対向させて接合することで積層シートを作製する。この積層シートの正極・正極一体化シート側に、別の負極・負極一体化シートをセパレータ層42同士を対向させて接合する。この積層工程を必要回数繰り返して、電気化学素子用積層シートを作製する。
 なお、本実施形態においては、正極活物質層21bおよび負極活物質層31b上にセパレータ層42よりも透気度の低い多孔性絶縁層を形成してもよく、この場合は漏れ電流をより確実に抑制できる。
 実施例1では、前記実施形態の製造方法にしたがって、電気二重層キャパシタを作製した。なお、静電容量の設計値は480mFとした。
 〔試料の作製〕
 (試料番号1)
 まず、基材フィルム100として、表面にシリコーン系の離型層101が形成された基材PENフィルムを準備した。この表面に、シロキサン変性ポリイミドの前駆体(30wt%)をメチルプロキシトールアセテート(70wt%)に溶解させて作製した接合層用スラリーをグラビア方式により印刷し、100℃で30秒間乾燥させて、厚みが2μmの接合用樹脂層121を形成した。
 次に、正極集電体膜102として真空蒸着法により膜厚500nmのAl膜を接合用樹脂層121の表面に形成した。アルミニウム膜の成膜条件は、真空度3×10-4Pa、電流値800mA、成膜レート30Å/秒、基材冷却温度-10℃とした。
 アルミニウム膜102が形成された基材PENフィルム100に、スクリーン印刷により、20mm×10mmの矩形パターンを隣接パターン間距離8mmで縦5列、横10列に配列したレジストパターンR102を印刷した後、100℃の熱風炉中で15分間乾燥させた。
 レジストパターンR102が印刷された基材PENフィルム100を、45℃の塩化第二鉄水溶液槽中に30秒間浸漬して、レジストによりマスキングされている部分以外のアルミニウム膜をウェットエッチングして除去することにより、正極集電体電極21aとして正極集電体アルミニウム電極を形成した。その後、水洗シャワーにて基材表面に残った塩化第二鉄水溶液を除去した。
 なお、試料番号1では、安価な塩化第二鉄を用いたが、その他、塩酸、硫酸、硝酸またはその混酸を用いることもできるし、フッ酸塩系中性水溶液を用いることもできる。
 正極集電体電極21aが形成された基材PENフィルム100を、酢酸ブチルシャワーに通して、レジストを剥離した。その後、60℃の熱風炉中で基材表面に残った酢酸ブチルを蒸発させた。
 レジスト剥離には、酢酸ブチル以外に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート、アミン系溶剤などの有機溶剤を用いることもできる。
 次に、活性炭(BET比表面積1668m2/g、平均細孔直径1.83nm、平均粒径D50=1.26μm)を29.0g、カーボンブラック(東海カーボン株式会社製トーカブラック(登録商標)#3855、BET比表面積90m2/g)を2.7g、カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業株式会社製CMC2260)を3.0g、38.8重量%のポリアクリレート樹脂水溶液を2.0g、脱イオン水を286g秤量して混合し、活性炭ペーストを作製した。
 作製した活性炭ペーストを使用して、1つの大きさが20mm×10mmの矩形の正極集電体電極21a上にスクリーン印刷により、それぞれ6mm×10mm矩形形状の2つの活物質層パターンを図2(6a)に示す配置で印刷した後、80℃の熱風炉中で20分間乾燥させることで厚さ4μmの正極活物質層21bを形成した。
 次に、160gのPVDF-HFP(ポリフッ化ビニリデン-六フッ化プロピレン共重合体)と640gのNMP(1-メチル-2-ピロリドン)溶媒を混合し、NMP中に20質量%PVDF-HFPが存在するバインダ溶液を作製した。
 その後、25gの粉体状のアルミナ(D50=0.3μm)を25gのNMP中に分散させたものに、上記バインダ溶液を236g加え、混合することでセパレータ層用スラリーを得た。
 このセパレータ層用スラリーを用いて、図3の(7a)、(7b)に示す正極複合シート20Aを50枚作製した。形成したセパレータ層42の厚さ(接合用樹脂層121の表面からセパレータ層42の表面までの距離)は15μmであった。
 同様にして、負極複合シート30Aを50枚作製し、準備した。
 次に、正極複合シート20Aと負極複合シート30Aを、正極複合シート20Aを下にしてセパレータ層42同士を向かい合わせて配置し、両側から全面を均等に加圧板で加圧して接合した。このとき、加圧板の温度は80℃とし、加圧の圧力は20MPa、加圧時間は30秒に設定した。
 以上のようにして正極・負極一体化シートを更に49枚作製して、正極・負極一体化シート50Aとした。
 正極・負極一体化シート50Aを、以下のように、適宜、基材PENフィルム100を剥離しながら積層した。
 まず、吸引盤に1枚の正極・負極一体化シート50Aの負極側を接触させて吸引して、正極・負極一体化シート50Aを持ち上げた後、正極側の基材PENフィルム100を剥離した。
 その吸引盤に吸引して正極側の基材PENフィルム100を剥離した正極・負極一体化シート50Aの下に、基材PENフィルム100上に8μm厚のセパレータ層42を形成したシートを基材PENフィルム100側が下になるように配置して接合した。このとき、加圧板の温度は80℃とし、加圧の圧力は20MPa、加圧時間は30秒に設定した。
 そして、吸引盤に吸引されていた正極・負極一体化シート50Aの負極側の基材PENフィルム100を剥離した。
 次に、吸引盤に別の1枚の正極・負極一体化シート50Aの正極側を接触させて吸引して、正極・負極一体化シートを持ち上げた後、負極側の基材PENフィルム100を剥離した。
 その負極側の基材PENフィルム100を剥離した上記別の正極・負極一体化シート50Aの下に、基材PENフィルム100上にセパレータ層42のみを形成したシートが接合された正極・負極一体化シート50を配置して互いの接合用樹脂層121同士を接着することにより接合した。このとき、加圧板の温度は200℃とし、加圧の圧力は5MPa、加圧時間は10秒に設定した。
 接合後、上記別の正極・負極一体化シート50Aの正極側の基材PENフィルム100を剥離した。
 そして、その正極側の基材PENフィルム100を剥離した別の正極・負極一体化シート50Aの上に、吸引盤に負極側を吸引して正極側の基材PENフィルム100を剥離したさらに別の1枚の正極・負極一体化シート50Aを同様に接合した。このとき、加圧板の温度は200℃とし、加圧の圧力は5MPa、加圧時間は10秒に設定した。
 以上の工程を繰り返して、基材PENフィルム100上にセパレータ層42のみを形成したシートの上に、50枚の正極・負極一体化シート50Aを積層して、その最上層の基材PENフィルム100を剥離した。
 最後に、別に準備した基材PENフィルム100上にセパレータ層42のみを形成したシートの基材PENフィルム100側を吸引盤に接触させて吸引して、そのセパレータ層42を上記最上層の基材PENフィルム100を剥離した正極・負極一体化シート50Aの上に接合することで電気化学素子用積層シートを作製した。このとき、加圧板の温度は80℃とし、加圧の圧力は20MPa、加圧時間は30秒に設定した。
 上記接合はそれぞれ、基材PENフィルム100上でセパレータ層42と正極・負極一体化シート50Aとの間、又は2つの正極・負極一体化シート50Aの間を接触させて全面を均等に加圧板で加圧することにより行った。セパレータ層42と正極・負極一体化シート50Aとの間の接合は、加圧板の温度を80℃とし、加圧の圧力は20MPa、加圧時間は30秒に設定した。2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合は、加圧板の温度を200℃とし、加圧の圧力は5MPa、加圧時間は10秒に設定した。
 以上のようにして作製した電気化学素子用積層シートLB1を150℃で30分間加熱することで、接合用樹脂層121中の前駆体を重合させ、熱硬化させることで、シロキサン変性ポリイミドの接合層123を得た。
 以上のようにして作製した電気化学素子用積層シートLB1を、上下に接着している基材PENフィルム100を剥離した後、裁断して、電気二重層キャパシタブロック(電気化学素子用積層ブロック)1を作製した。
 裁断された電気二重層キャパシタブロック1の側面にスパッタリングによりアルミニウムを付着させることにより正極端子電極21t、負極端子電極31tを形成した。
 これを、図9に示すように正極パッケージ電極及122bおよび負極パッケージ電極132bを備えたパッケージベース部11bとパッケージ蓋部11aとからなる、液晶ポリマー製のパッケージ内に収納した。パッケージ内に収納する際、正極端子電極21t及び負極端子電極31t上に、それぞれ導電性粒子として金を含有する導電性接着剤122aおよび導電性接着剤132aをディッピングにより塗布して、その導電性接着剤122aおよび導電性接着剤132aが、それぞれ正極パッケージ電極122b及び負極パッケージ電極132bに接続されるように、電気化学素子用積層ブロック1を配置した。
 これを170℃で10分加熱して、導電性接着剤を硬化させて、電気二重層キャパシタブロック1をパッケージ電極に固定するとともに、端子電極をパッケージ電極に電気的に接続した。
 以上のようにして、パッケージ内への固定及び電気的接続が完了した後、電解質として90μLの1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートを注液して、レーザ溶接にてパッケージを封止した。
 これにより試料番号1の電気二重層キャパシタを得た。
 また、以下のようにして、接合用樹脂層の破断強度測定用試料を作製した。
 まず、前記試料番号1の電気二重層キャパシタの作製方法と同様にして、基材フィルム上に印刷し、乾燥して形成された厚みが2μmの接合用樹脂層121を得た。
 この接合用樹脂層121を基材フィルムより剥離し、5mm×10mmの矩形状に裁断し、試料番号1の破断強度測定用試料を作製した。
 また、以下のようにして、接合層の熱分解開始温度測定用試料を作製した。
 まず、前記試料番号1の電気二重層キャパシタの作製方法と同様にして、基材フィルム上に印刷し、乾燥して形成された厚みが2μmの接合用樹脂層121を得た。
 この接合用樹脂層121を基材フィルムより剥離し、150℃で30分間加熱することで、接合用樹脂層121中の前駆体を重合させ、熱硬化させることで、シロキサン変性ポリイミドとし、試料番号1の熱分解開始温度測定用試料を作製した。
 (試料番号2)
 ポリイミドとシリコーンが混合された樹脂を接合層としたこと以外は、試料番号1と同様にして、試料番号2の電気二重層キャパシタ、破断強度測定用試料および熱分解開始温度測定用試料を得た。
 (試料番号3)
 ポリイミドを接合層としたこと以外は、試料番号1と同様にして、試料番号3の電気二重層キャパシタ、破断強度測定用試料および熱分解開始温度測定用試料を得た。
 (試料番号4)
 ポリアミドイミドを接合層としたこと以外は、試料番号1と同様にして、試料番号4の電気二重層キャパシタ、破断強度測定用試料および熱分解開始温度測定用試料を得た。
 (試料番号5)
 シリコーンを接合層としたこと以外は、試料番号1と同様にして、試料番号5の電気二重層キャパシタ、破断強度測定用試料および熱分解開始温度測定用試料を得た。
 (試料番号6)
 ウレタン樹脂を接合層としたこと以外は、試料番号1と同様にして、試料番号6の電気二重層キャパシタ、破断強度測定用試料および熱分解開始温度測定用試料を得た。
 (試料番号7)
 エポキシ樹脂を接合層としたこと以外は、試料番号1と同様にして、試料番号7の電気二重層キャパシタ、破断強度測定用試料および熱分解開始温度測定用試料を得た。
 (試料番号8)
 ポリアクリレートを接合層としたこと以外は、試料番号1と同様にして、試料番号8の電気二重層キャパシタ、破断強度測定用試料および熱分解開始温度測定用試料を得た。
 (試料番号9)
 カルボキシメチルセルロースを接合層としたこと以外は、試料番号1と同様にして、試料番号9の電気二重層キャパシタ、破断強度測定用試料および熱分解開始温度測定用試料を得た。
 なお、試料番号2~9では、接合層用スラリーの溶媒などは接合層の成分に応じて適宜選択した。
 また、接合層が熱硬化性樹脂を有する試料番号2~7では、熱硬化のための加熱温度や加熱時間などは接合層の成分に応じて適宜選択した。
 〔試料の評価〕
 上記のようにして作製した試料番号1~9の電気二重層キャパシタを測定試料とし、各試料番号につき、100個の静電容量を測定した。そして、設計値である480mFに対して、静電容量の測定値が±20%以内の測定試料を良品と判断して静電容量良品率を求めた。すなわち、静電容量の測定値が384mF~576mFの測定試料を良品と判断した。そして、静電容量良品率が90%以上の試料を良(○)と判定し、静電容量良品率が90%未満の試料を不可(×)と判定した。
 次に、試料番号1~9の電気二重層キャパシタのリフロー耐熱性を以下の方法により測定した。
 まず、上記のようにして作製した試料番号1~9の電気二重層キャパシタの初期静電容量を測定した後、リフロー炉(日本アントム製、HAS-5016)に3回通した。リフロー時の温度プロファイルを図10に示す。リフロー炉のピーク温度は260℃、リフロー炉を1回通過する時間は300秒とした。その後、電気二重層キャパシタの静電容量を再度測定し、前記初期静電容量からの変化率を求めた。前記変化率が20%以下の試料を○と判定し、前記変化率が20%より大きく、50%以下の試料を△と判定し、前記変化率が50%より大きい試料を×と判定した。
 次に、試料番号1~9で使用した各接合用樹脂層の破断強度を以下の方法により測定した。
 すなわち、動的粘弾性測定装置(TAインスツルメント社製、RSA-3)を用い、上記のようにして作製した試料番号1~9の各破断強度測定用試料の長手方向両端を6mmのチャック間隔で保持し、0.13mm/sの引張速度、室温にて破断強度を測定した。
 次に、試料番号1~9における電気二重層キャパシタの接合層の熱分解開始温度を以下の方法により測定した。
 すなわち、上記のようにして作製した試料番号1~9の各熱分解開始温度測定用試料20mgをアルミ容器であるアルミパンに入れ、熱分析装置(島津製作所製、DTG-60)を用いて5℃/分の昇温速度で熱重量分析を行い、熱分解開始温度を測定した。
 上述のようにして行った評価の結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 試料番号1~4および試料番号6において、良好な静電容量良品率が得られた。
 静電容量の良品と不良品から電気化学素子用積層ブロックを取り出して樹脂固めした後、LT側面を電気化学素子用積層ブロックの幅方向に沿って研磨し、幅方向の1/2の時点における研磨断面を得た。この研磨断面にて、積層された集電体電極を観察したところ、静電容量の不良品は全て、積層された集電体電極の少なくとも1つに破断が確認された。静電容量の良品においては、このような集電体電極の破断は確認されなかった。
 静電容量良品率が不可(×)と判定された試料番号5および7~9は、接合用樹脂層の破断強度が5MPa以下と小さかった。このため、接合用樹脂層の基材フィルムからの剥離やシート積層時における加熱しながらの加圧等の工程にて負荷される応力に接合用樹脂層が耐えることができず、破断し易いと考えられる。
 この結果、接合用樹脂層上に形成されている集電体膜も破断することとなり、静電容量が低下したものと思われる。
 また、試料番号1~5および試料番号7、8において、良好なリフロー耐熱性が得られた。
 リフロー耐熱性が×と判定された試料番号6および9は、接合層の熱分解開始温度が290℃以下と小さかった。このため、リフロー時の熱により接合層が熱分解し、発生したガス等により電気二重層キャパシタの構造が壊れたり、熱分解により発生した分解生成物が電解質中に混入したことにより、電気特性が劣化したものと思われる。
 一方、接合用樹脂層および接合層が主鎖中にイミド結合を有する高分子を含んでいる試料番号1~4は、接合用樹脂層の破断強度が高いため、製造工程において負荷される応力に接合用樹脂層および集電体膜が耐えることができ、良好な静電容量良品率が得られたと考えられる。また、接合層の熱分解温度が高いため、高耐熱性を有する電気二重層キャパシタが得られたものと考えられる。
 実施例2では、前記実施形態の製造方法にしたがって、電気二重層キャパシタを作製した。ただし、2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合は、加圧板の温度を130℃、加圧の圧力を5MPa、加圧時間を10秒に設定して行った。
 〔試料の作製〕
(試料番号10)
 2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合を、加圧板の温度130℃、加圧の圧力5MPa、加圧時間10秒に設定して行ったこと以外は、試料番号1と同様にして、試料番号10の電気二重層キャパシタを得た。
 (試料番号11)
 2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合を、加圧板の温度130℃、加圧の圧力5MPa、加圧時間10秒に設定して行ったこと以外は、試料番号2と同様にして、試料番号11の電気二重層キャパシタを得た。
 (試料番号12)
 2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合を、加圧板の温度130℃、加圧の圧力5MPa、加圧時間10秒に設定して行ったこと以外は、試料番号3と同様にして電気二重層キャパシタを作製したが、正極・負極一体化シート50A同士を接合できず、電気二重層キャパシタを得ることができなかった。
 (試料番号13)
 2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合を、加圧板の温度130℃、加圧の圧力5MPa、加圧時間10秒に設定して行ったこと以外は、試料番号4と同様にして電気二重層キャパシタを作製したが、正極・負極一体化シート50A同士を接合できず、電気二重層キャパシタを得ることができなかった。
 (試料番号14)
 2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合を、加圧板の温度130℃、加圧の圧力5MPa、加圧時間10秒に設定して行ったこと以外は、試料番号5と同様にして、試料番号14の電気二重層キャパシタを得た。
 (試料番号15)
 2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合を、加圧板の温度130℃、加圧の圧力5MPa、加圧時間10秒に設定して行ったこと以外は、試料番号6と同様にして、試料番号15の電気二重層キャパシタを得た。
 (試料番号16)
 2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合を、加圧板の温度130℃、加圧の圧力5MPa、加圧時間10秒に設定して行ったこと以外は、試料番号7と同様にして電気二重層キャパシタを作製したが、正極・負極一体化シート50A同士を接合できず、電気二重層キャパシタを得ることができなかった。
 (試料番号17)
 2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合を、加圧板の温度130℃、加圧の圧力5MPa、加圧時間10秒に設定して行ったこと以外は、試料番号8と同様にして、試料番号17の電気二重層キャパシタを得た。
 (試料番号18)
 2つの正極・負極一体化シート50Aの間の接合を、加圧板の温度130℃、加圧の圧力5MPa、加圧時間10秒に設定して行ったこと以外は、試料番号9と同様にして電気二重層キャパシタを作製したが、正極・負極一体化シート50A同士を接合できず、電気二重層キャパシタを得ることができなかった。 
 なお、試料番号11~18では、接合層用スラリーの溶媒などは接合層の成分に応じて適宜選択した。
 また、接合層が熱硬化性樹脂を有する試料番号11、14および15では、熱硬化のための加熱温度や加熱時間などは接合層の成分に応じて適宜選択した。
 〔試料の評価〕
 接合用樹脂層および接合層が主鎖中にシロキサン結合を有する高分子を含んでいる試料番号10および11は、加圧板の温度が130℃でも接合用樹脂層間を接合し、電気二重層キャパシタを得ることができた。低温での接合は、製造設備の耐熱設計を簡略化でき、コストを低減できる。また、熱により基材フィルムが軟化、変形し、積層精度が低下するのを抑制することができる。また、電極やセパレータ層への熱ダメージを抑制することができる。
 1 電気化学素子用積層ブロック
 20A 正極複合シート
 21a 正極集電体電極
 21b 正極活物質層
 21c 正極集電体層
 21t 正極端子電極
 30A 負極複合シート
 31a 負極集電体電極
 31b 負極活物質層
 31c 負極集電体層
 31t 負極端子電極
 42 セパレータ層
 50A 正極・負極一体化シート
 100 基材フィルム
 101 離型層
 102 正極集電体膜
 R102 レジストパターン
 121 接合用樹脂層
 122a,132a 導電性接着剤
 122b 正極パッケージ電極
 123 接合層
 132b 負極パッケージ電極
 LB1 電気化学素子用積層シート
 D1 裁断線

Claims (5)

  1.  正極又は負極の一方の第1極と他方の第2極との間にセパレータ層が設けられてなる積層体と、電解質と、前記積層体と前記電解質を収納するパッケージと、を有してなる蓄電デバイスであって、
     第1極集電体電極と、その第1極集電体電極の一方の主面に設けられた第1極活物質層と、前記一方の主面の少なくとも一部を覆うセパレータ層と、が一体化されてなる第1極複合シートを少なくとも2つ含んでなり、
     前記少なくとも2つの第1極複合シートの一方の第1極複合シートの第1極集電体電極の他方の主面と、他方の第1極複合シートの第1極集電体電極の他方の主面と、が対向して接合層を介して接合されており、
     前記接合層が、主鎖中にイミド結合を有する高分子を含むこと
     を特徴とする蓄電デバイス。
  2.  前記接合層が、主鎖中にシロキサン結合を有する高分子を含むこと
     を特徴とする請求項1に記載の蓄電デバイス。
  3.  正極又は負極の一方の第1極と他方の第2極との間にセパレータ層が設けられてなる積層体と、電解質と、前記積層体と前記電解質を収納するパッケージと、を有してなる蓄電デバイスの製造方法であって、
     主鎖中にイミド結合を有する高分子を含む接合用樹脂層を準備する工程と、
     前記接合用樹脂層の一方の主面に、第1の第1極集電体電極の一方の主面を対向して配する工程と、
     前記第1の第1極集電体電極と、その第1の第1極集電体電極の他方の主面に設けられた第1極活物質層と、前記他方の主面の少なくとも一部を覆うセパレータ層と、が一体化されてなる第1極複合シートを作製する工程と、
     前記第1の第1極集電体電極の一方の主面と、第2の第1極集電体電極の一方の主面と、を前記接合用樹脂層を介して接合する工程と
     を含むことを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。
  4.  前記接合用樹脂層が、主鎖中にシロキサン結合を有する高分子を含むこと
     を特徴とする請求項3に記載の蓄電デバイス。
  5.  前記接合用樹脂層と前記第1の第1極集電体電極が接合された層を基材上に形成し、その後、前記基材を剥離する工程を含むことを特徴とする請求項3または4に記載の蓄電デバイスの製造方法。
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