電気化学デバイス
【課題】 インピーダンス特性に優れた巻回型の電気化学デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】 アノード電極Ａを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ａ１及び主金属箔Ａ１の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２を有している。カソード電極Ｋを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ｋ２及び主金属箔Ｋ２の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２を有している。主金属箔Ａ１の露出領域には、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２と同一の厚みの絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２が、主金属箔Ａ１の長手方向に沿って形成されている。主金属箔Ｋ２の露出領域には、活物質層ＫＥ１，ＫＥ２と同一の厚みの絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２が、主金属箔Ｋ２の長手方向に沿って形成されている。
【解決手段】 アノード電極Ａを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ａ１及び主金属箔Ａ１の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２を有している。カソード電極Ｋを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ｋ２及び主金属箔Ｋ２の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２を有している。主金属箔Ａ１の露出領域には、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２と同一の厚みの絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２が、主金属箔Ａ１の長手方向に沿って形成されている。主金属箔Ｋ２の露出領域には、活物質層ＫＥ１，ＫＥ２と同一の厚みの絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２が、主金属箔Ｋ２の長手方向に沿って形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池や電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）などの電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の巻回電極を用いた電気化学デバイス（電池、ＥＤＬＣ）に関する技術は、特許文献１〜１１に開示されている。特許文献１は金属箔スペーサに関する技術について開示し、特許文献２は樹脂スペーサに関する技術について開示し、特許文献３は絶縁テープの貼付に関する技術について開示し、特許文献４は巻回端面への端子取付に関する技術について開示し、特許文献５は保護層形成に関する技術について開示し、特許文献６は金属帯取付に関する技術について開示し、特許文献７は絶縁スペーサ膜取付に関する技術について開示し、特許文献８はセパレータをスペーサで隔離する技術について開示し、特許文献９は絶縁スペーサ層を用いた技術について開示し、特許文献１０及び特許文献１１は金属スペーサ帯を用いた技術について開示している。
【０００３】
多くの巻回型の電気化学デバイスでは、一対の帯状電極と、一対の帯状のセパレータを交互に重ねて配置する。１つの帯状電極の上下面には活性炭がバインダ樹脂によって塗布されている。重ねられたものを巻芯の周囲に巻きつけ、巻きつけられた電極の幅方向の端部同士を直接溶着してそのまま取出電極として用いている。ここで、帯状電極を直接溶着するのは、余分な端子をこれに取り付けると、インピーダンスが高くなるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９８９２１号公報
【特許文献２】特開２０００−０２１４３６号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５４１４号公報
【特許文献４】特開２００５−３４７６０８号公報
【特許文献５】特開２００７−０９５６５６号公報
【特許文献６】特開２００７−３３５８１４号公報
【特許文献７】特開２００８−１９３０１０号公報
【特許文献８】特開平０５−１０９４３５号公報
【特許文献９】特開平０７−１３０３８９号公報
【特許文献１０】特開平１１−１３５１００号公報
【特許文献１１】特開平１１−２８３６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、単純に巻回体の幅方向端部を取出電極とする場合、帯状電極の幅方向端部間に隙間ができてしまう。この隙間の存在により、帯状電極が変形してインピーダンス特性が劣化したり、ばらつくことになる。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、インピーダンス特性と放熱特性とに優れた巻回型の電気化学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電気化学デバイスは、巻回された帯状の積層体と、前記積層体を電解液と共に収納する包囲体とを備え、前記帯状の積層体が、一対の帯状電極と前記帯状電極の一方を挟む一対のセパレータとを有し、それぞれの前記帯状電極は、帯状の主金属箔及び前記主金属箔に設けられた活物質層を有する巻回型の電気化学デバイスにおいて、帯状の前記主金属箔の隣接するもの同士の位置は幅方向に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に前記活物質層が形成されていない露出領域が設定され、この露出領域には、前記活物質層と同一の厚みの絶縁層が前記主金属箔の長手方向に沿って形成されていることを特徴とする。なお、「同一」とは±３％の誤差を含むことを意味するものとする。
【０００８】
すなわち、活物質層表面と絶縁層表面は、主金属箔の露出領域表面から同一の高さに位置しており、したがって、活物質層表面と絶縁層表面に垂直に圧力をかけると、この圧力は均等に分散し、主金属箔が変形しにくいという効果がある。このような圧力は、活物質層の密度を高め、表面の平坦性を高めるために加えられる。
【０００９】
また、前記絶縁層の構成材料は、活物質層を構成するバインダ樹脂材料と同一の樹脂材料であることが好ましい。この場合、絶縁層の構成材料は、バインダ樹脂材料と同一の化学的影響を受けるので、すなわち、デバイス内部に収容される電解液に対して同様の耐性を有するので、デバイス特性に絶縁層自体が大きな悪影響を与えることがなく、また、異種樹脂材料である場合に、これらが電解液中に溶け出した場合の不測の悪影響も避けることが可能となる。
【００１０】
絶縁層は、バインダ樹脂成分を露出領域に塗布することで形成されたものであることが好ましい。活物質層を形成した後にバインダ樹脂成分を塗布することによって、これが活物質層にわずかに重なるため、活物質層同士がショートする不良を回避することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００１１】
前記絶縁層は、前記主金属箔に貼り付けられた絶縁シートであることがより好ましい。この場合、絶縁シートと主金属箔の歩留まりを個別に制御することができる。また、絶縁シートを貼り付けるだけで絶縁層を形成することができるので、組み立てが簡単であるという利点もある。
【００１２】
前記絶縁層は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド及びポリフッ化ビリニデンからなる樹脂群から選択される少なくとも１つの樹脂を含むことが好ましい。これらの樹脂群は、バインダとしても使用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電気化学デバイスは、インピーダンス特性と放熱特性に優ることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の分解斜視図である。
【図２】巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の斜視図である。
【図３】巻芯に巻きつけられた積層体の斜視図である。
【図４】蓋となる電極板取付前の電気化学デバイスの縦断面図である。
【図５】蓋となる電極板取付時の電気化学デバイスの斜視図である。
【図６】蓋となる電極板取付後の電気化学デバイスの縦断面図である。
【図７】積層構造を詳細に説明するための積層体の断面図である。
【図８】巻回された帯状電極を部分斜視図である。
【図９】巻回された帯状電極を部分斜視図である。
【図１０】巻回された帯状電極を部分斜視図である。
【図１１】実際の活物質層と絶縁層の分布を説明するための積層体の断面図である。
【図１２】実際の活物質層と絶縁層の分布を説明するための積層体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施の形態に係る電気化学デバイスについて説明する。同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の分解斜視図であり、図２は、巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の斜視図である。この電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）であるが、この構造は通常の電池にも適用できる。
【００１７】
この積層体は、帯状であり、一対の帯状電極（アノード電極Ａ、カソード電極Ｋ）と、帯状電極の一方（本図ではカソード電極Ｋ）を挟む一対のセパレータＳ１，Ｓ２とを有している。以下の説明では、三次元直交座標系が設定されており、帯状電極の幅方向をＺ軸方向とし、厚み方向をＸ軸方向とし、これらの双方に垂直な長手方向をＹ軸とする。
【００１８】
アノード電極Ａを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ａ１及び主金属箔Ａ１の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２を有している。カソード電極Ｋを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ｋ２及び主金属箔Ｋ２の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２を有している。帯状の主金属箔Ａ１，Ｋ２の隣接するもの同士の位置は幅方向（Ｚ軸方向）に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２が形成されていない露出領域（図７の寸法Ｚ３で示される）が設定されている。
【００１９】
アノード電極Ａにおいては、その主金属箔Ａ１の上記露出領域の上面に、帯状の絶縁層（絶縁シート）ＡＲ１が、主金属箔Ａ１の長手方向（Ｙ軸）に沿って形成されている。主金属箔Ａ１の露出領域の下面には、帯状の絶縁層（絶縁シート）ＡＲ２が、主金属箔Ａ１の長手方向（Ｙ軸）に沿って形成されている。同様に、カソード電極Ｋにおいては、その主金属箔Ｋ２の上記露出領域の上面に、帯状の絶縁層（絶縁シート）ＫＲ１が、主金属箔Ｋ２の長手方向（Ｙ軸）に沿って形成されている。主金属箔Ｋ２の露出領域の下面には、帯状の絶縁層（絶縁シート）ＫＲ２が、主金属箔Ｋ２の長手方向（Ｙ軸）に沿って形成されている。これらの絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２と絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２とは、Ｚ軸方向に沿って離間している。
【００２０】
なお、上述の絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２は、主金属箔に貼り付けられた絶縁シートであり、したがって、絶縁シートと主金属箔の歩留まりを個別に制御することができる。上述の積層体は、絶縁シートを主金属箔に貼り付けるだけで、絶縁層を形成することができるので、組み立てが簡単であるという利点もある。
【００２１】
また、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２は、バインダ樹脂成分を上記露出領域に塗布することで形成されたものであることが好ましい。すなわち、活物質層を形成した後にバインダ樹脂成分を塗布することによって、これが活物質層にわずかに重なるため、活物質層同士がショートする不良を回避することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００２２】
セパレータＳ１，Ｓ２の幅は等しく、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２の幅も等しいが、セパレータの幅の方が、活物質層の幅よりも若干広い。各絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の単独の厚みＸ２（αとする）は、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２の単独の厚みＸ２（βとする）と同一である（図７参照）。なお、「同一」とは±３％の誤差を含むことを意味するものとする（α＝β×（１００±３）％）。
【００２３】
すなわち、活物質層表面と絶縁層表面は、主金属箔の露出領域表面から同一の高さに位置しており、したがって、活物質層表面と絶縁層表面に垂直に圧力をかけると、この圧力は均等に分散し、主金属箔が変形しにくいという効果がある。このような圧力は、活物質層の密度を高め、表面の平坦性を高めるために加えられる。
【００２４】
上述の関係は、積層体の巻回後においても保持されるが、巻回後においては、主金属箔Ａ１，Ｋ２は、幅方向（Ｚ軸方向）の両端に設けられる蓋となる電極板Ｌ１，Ｌ２とそれぞれ接触する（図６参照）。なお、主金属箔Ａ１，Ｋ２は、電極板Ｌ１，Ｌ２に対して溶接され、特に、レーザ溶接される（図６参照）。
【００２５】
なお、上述のセパレータＳ１，Ｓ２、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２、主金属箔Ａ１，Ｋ２、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の材料としては、公知のものを用いればよい。これらの材料について、以下に一例を示すが、本発明は、これらの材料に限定されるものではない。
【００２６】
セパレータＳ１，Ｓ２は、例えば重量比１０％以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。
【００２７】
活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２は分極性電極である。この分極性電極は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダ樹脂を混ぜて製造する。バインダ樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物が挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。製造時においては、これらの材料を、ノズルから出射して、主金属箔の両面に塗布する。
【００２８】
主金属箔Ａ１、Ｋ２は集電体であり、アルミニウム箔や銅箔の表面をエッチングによって表面を荒く加工したもの使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダを加えてシート状にして集電極に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電極に塗工する方法なども無数に存在する。
【００２９】
絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の構成材料は、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２を構成するバインダ樹脂材料と同一の樹脂材料であることが好ましい。この場合、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の構成材料は、バインダ樹脂材料と同一の化学的影響を受けるので、すなわち、デバイス内部に収容される電解液に対して同様の耐性を有するので、デバイス特性に絶縁層自体が大きな悪影響を与えることがなく、また、異種樹脂材料である場合に、これらが電解液中に溶け出した場合の不測の悪影響も避けることが可能となる。
【００３０】
絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド及びポリフッ化ビリニデンからなる樹脂群から選択される少なくとも１つの樹脂を含むことが好ましい。これらの樹脂群は、バインダとしても使用することができる。
【００３１】
図３は、巻芯に巻きつけられた積層体の斜視図である。
【００３２】
外面が円筒面を有する巻芯Ｂの周囲に、図１及び図２に示した積層体が巻きつけられ、これらから電気化学デバイス本体１０が構成される。巻芯Ｂの中心軸はＺ軸であり、積層体はＺ軸回りに巻回されることになる。軸芯から離れるに従って、アノード電極Ａとカソード電極Ｋとが交互に積層されており、これらの間にはセパレータＳ１，Ｓ２が介在している。Ｚ軸方向に端部には、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２が位置している。Ｚ軸の正方向端部においては、ＸＺ平面内において、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２が径方向に沿って隣接して配置されている。Ｚ軸の負方向端部においては、ＸＺ平面内において、絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２が径方向に沿って隣接して配置されている。絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の厚みは、端部において対向する主金属箔間の隙間の距離よりも小さい。また、上述のように、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の単独の厚み（図７のＸ２）は、活物質層の単独の厚み（図７のＸ２）に一致している。
【００３３】
図４は、蓋となる電極板取付前の電気化学デバイスの縦断面図（ＸＺ断面図）である。
【００３４】
絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２が薄い場合、Ｚ軸方向から電解液が、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２（図２参照）内に容易に流入することができる。これにより、電解液の活物質層内での含浸の度合いの相違に起因する端子間のインピーダンスのばらつきを抑制することができ、インピーダンス特性に優ることとなる。
【００３５】
なお、この電気化学デバイスの製造においては、電気化学デバイス本体１０を、筒体Ｈの内部に、それぞれの軸を一致させて挿入し、筒体Ｈの両端開口部を蓋である電極板Ｌ２，Ｌ１によって順次封止するが、一方の電極板Ｌ１の封止前に電解液ＬＱを包囲体内部に導入する。この封止には接着剤を用いることもできる。筒体Ｈ及び電極板Ｌ１，Ｌ２から包囲体が構成される。筒体Ｈの形状は円筒形の他、角筒形とすることもできる。また、巻芯Ｂの外面形状を角筒面とすることも可能である。巻芯Ｂ及び筒体Ｈの材料としては、アノード電極とカソード電極間の短絡を防止できるものであれば、各種材料を用いることができるが、例えば、絶縁体を用いることができる。巻芯Ｂ或いは筒体Ｈの構造は、絶縁体筒の両端に、金属筒を接合したものであってもよい。
【００３６】
図５は、蓋となる電極板取付時の電気化学デバイスの斜視図であり、図６は、蓋となる電極板取付後の電気化学デバイスの縦断面図（ＸＺ断面図）である。
【００３７】
この電気化学デバイスは、巻回された帯状の積層体と、積層体を電解液ＬＱと共に収納する包囲体とを備えている。上述のように、包囲体は筒体Ｈと電極板Ｌ１，Ｌ２からなる。電極板Ｌ１，Ｌ２と、主金属箔Ａ１，Ｋ２（図１参照）とをそれぞれ電気的に接続するため、電極板Ｌ１，Ｌ２に外側からレーザビームＬＢを照射し、照射位置を溶解し、これらの内側にそれぞれ位置する主金属箔Ａ１，Ｋ２と電極板Ｌ１，Ｌ２とを接合する。レーザビームＬＢの照射位置には、凹部Ｄが形成される。複数の凹部ＤはＸＹ平面内において放射状に形成されている。なお、レーザビームＬＢに代えて、高圧で電流を電極板Ｌ１，Ｌ２に与えることで、電流供給部位を溶解し、同様に、これらの内側にそれぞれ位置する主金属箔Ａ１，Ｋ２と電極板Ｌ１，Ｌ２とを接合することもできる。なお、包囲体の内部には電解液ＬＱが封入されている。
【００３８】
電解液ＬＱとしては水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、アセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。
【００３９】
図７は、積層構造を詳細に説明するための積層体の断面図である。
【００４０】
Ｚ軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Ｚ１は主金属箔Ａ１，Ｋ２の幅、寸法Ｚ２は活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２の幅、寸法Ｚ３は露出領域の幅（Ｚ１−Ｚ２）、寸法Ｚ４は活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２からセパレータがＺ方向に突出した距離、寸法Ｚ６はセパレータＳ１，Ｓ２の幅を示している。
【００４１】
Ｘ軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Ｘ１は、主金属箔Ａ１，Ｋ２の厚み、寸法Ｘ２は、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２（絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２）の厚み、寸法Ｘ３は、セパレータＳ１，Ｓ２の厚みである。
【００４２】
それぞれの寸法の好適範囲は以下の通りである。
１０ｍｍ≦Ｚ１≦１０００ｍｍ
５ｍｍ≦Ｚ２≦９９５ｍｍ
２ｍｍ≦Ｚ３≦５０ｍｍ
１ｍｍ≦Ｚ４≦１０ｍｍ
７ｍｍ≦Ｚ６≦９９７ｍｍ
【００４３】
１０μｍ≦Ｘ１≦２００μｍ
１０μｍ≦Ｘ２≦５００μｍ
１０μｍ≦Ｘ３≦５０μｍ
【００４４】
上述の範囲に関して、Ｚ１の範囲は電極箔の現実的な幅を示している。Ｚ２の範囲は実際的に塗布可能な活物質層の幅（電極幅）を示している。Ｚ３で規定される領域は素子機能に影響を与えないので、小型化の観点からは小さい方が好ましく、帯状電極の巻回後に幅方向両端をＺ軸に垂直に切断することで、切断面をフラットにし、幅を任意に設定することができる。但し、下限値を下回ると有効に機能する活物質層を溶接時に損傷する虞があるため、下限値以上であることが好ましく、上限値を超える場合には装置が大型化するため、上限値以下であることが好ましい。
【００４５】
また、Ｚ４はセパレータはみ出し量を規定するものであり、この範囲は電気特性に影響を与るものではなく、分離した金属箔が接触しない程度のマージンを有している。Ｚ６はセパレータの幅であるため、Ｚ２に２ｍｍを加えた値として設定した。
【００４６】
Ｘ１の範囲は、集電体である主金属箔の現実的な厚みの範囲であり、厚い方が、抵抗が低くなり、且つ、強度も高くなるという観点から好ましいが、単位体積当たりの集積度は低くなり多くの電荷を蓄積することができなくなる。比較的低抵抗で損傷にしくいためには、下限値以上の厚みが好適であり、集積度を大きく劣化させることなく、低抵抗で強度が十分に保持できる厚みは上述の上限値以下の値である。
【００４７】
Ｘ２の範囲は、活物質層の現実的な厚み範囲を規定しており、電極活性炭粒子の接触抵抗が減るので、薄いほど厚み方向の内部抵抗は低くなる利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、活物質層としての機能が十分でなくなるため、上記の下限値以上であることが好ましい。
【００４８】
Ｘ３の範囲は、セパレータの現実的な厚み範囲であり、薄いほうが厚み方向の内部抵抗が小さくなるという利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、セパレータとしての機能が十分ではなく、セパレータで分離された活物質層が実効的に短絡してしまうため、上記の下限値以上であることが好ましい。
【００４９】
上述の電気化学デバイスによれば、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２が、主金属箔Ａ１，Ｋ２の露出領域における径方向（図７ではＸ軸方向）の可動範囲を若干狭めるので、主金属箔Ａ１，Ｋ２のＸ軸方向の位置ずれによるインピーダンス変化を若干抑制することができる。
【００５０】
また、主金属箔Ａ１，Ｋ２はアルミニウム或いは銅からなる。これらの材料は電極板と容易に溶接することができる。
【００５１】
また、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２が、主金属箔Ａ１，Ｋ２の長手方向（巻回後には周方向となる）に沿って、主金属箔Ａ１，Ｋ２に連続的又は断続的に接着されている場合には、これらを強固に固定することができる。主金属箔を加熱しこれに樹脂シートを貼り付けると樹脂シートは主金属箔に容易に接着する。
【００５２】
なお、上記では、絶縁層は主金属箔の両面に設けられたが、これは片面に設けられていても良い。もちろん、両面に形成されている場合には、当該絶縁層が粉塵や電解液中の浮遊物による不本意な短絡をより確実に防止することができる。
【００５３】
図８は、巻回された帯状電極を部分斜視図である。
【００５４】
主金属箔Ａ１（Ｋ２）の幅方向の一端に均一厚みの絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２（ＫＲ１，ＫＲ２）が形成されている。本例では、各絶縁層の形状はアスペクト比の高い長方形（帯状）であるが、これは帯状でなくてもよい。
【００５５】
図９は、巻回された別の形状の帯状電極を部分斜視図である。
【００５６】
主金属箔Ａ１（Ｋ２）の幅方向の一端に均一厚みの絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２（ＫＲ１，ＫＲ２）が形成されている。本例では、各絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２（ＫＲ１，ＫＲ２）は、それぞれ複数の長方形領域からなり、複数の長方形領域の絶縁層が、帯状電極の周方向に沿って断続的に配置されている。長方形領域の絶縁層間には、スペース領域ＲＫが設定されており、スペース領域ＲＫには絶縁層は存在していない。
【００５７】
図１０は、巻回された更に別の帯状電極を部分斜視図である。
【００５８】
主金属箔Ａ１（Ｋ２）の幅方向の一端に均一厚みの絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２（ＫＲ１，ＫＲ２）が形成されている。本例では、各絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２（ＫＲ１，ＫＲ２）は、それぞれ帯状体の一部分を切り欠いた形状を有しており、複数の切り欠き領域ＲＫは半円形をして、円弧が帯状電極の幅方向中心に向かって突出している。切り欠き領域ＲＫには絶縁層は存在していない。
【００５９】
図１１は、実際の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２と絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２の分布を説明するための積層体の断面図（Ａ）と、実際の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２と絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２の分布を説明するための積層体の断面図（Ｂ）である。
【００６０】
活物質層ＫＥ１，ＫＥ２，ＡＥ１，ＡＥ２は、最大値として一定の厚みを有する領域と、Ｚ軸方向（図面横方向）の一方向に向かうにしたがって徐々に薄くなっている領域を有している。絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２，ＡＲ１，ＡＲ２も、最大値として一定の厚みを有する領域と、Ｚ軸方向（図面横方向）の一方向に向かうにしたがって徐々に薄くなっている領域を有している。もちろん、活物質層及び絶縁層の一方が、一点鎖線で示すように、境界部分において他方の上に存在し、かつ、一定厚みの部分よりも若干は盛り上がっていてもよい。各層においては、一定の厚みを有する領域が大部分を占めるため、各層の厚みは、この実質的に一定の厚みを有する部分（誤差（±３％）含む）の平均厚で示されるものとする。
【００６１】
この積層体は厚み方向（図１参照：Ｘ軸方向）に沿ってプレスされるが、活物質層ＫＥ１，ＫＥ２，ＡＥ１，ＡＥ２と、絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２，ＡＲ１，ＡＲ２の一定厚みの領域では、これらの厚みは等しいために、これらには均等に圧力がかかり、主金属箔Ａ１，Ｋ２の変形が抑制される。したがって、主金属箔Ａ１，Ｋ２と上述の電極板との接触抵抗のばらつきも小さくなり、端子間のインピーダンス特性に優れることになる。なお、Ｚ軸方向の一端側の活物質層の厚みが最大値（一定値）となっているのは、活物質層の塗布の後に、帯状電極のＺ軸方向の一端を、ＸＹ平面に平行に切断したためである。
【００６２】
上述の構造は、一方の層を形成した後、他方の層を形成する。例えば、ノズルから原材料を出射して活物質層を主金属層上に塗布した後、同様に、ノズルから樹脂の原材料を出射して絶縁層を主金属層の露出領域上に塗布して形成する。または、樹脂からなる絶縁シートを、主金属層の露出領域上に貼り付ける。
【００６３】
図１２は、実際の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２と絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２の分布を説明するための積層体の断面図（Ａ）と、実際の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２と絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２の分布を説明するための積層体の断面図（Ｂ）である。
【００６４】
この構造は、図１１に示したものと、隣接層の重なりの部分のみが異なる。本例では、図１２（Ａ）に示すように、図面の横方向（帯状電極のＺ軸方向（図１参照））に隣接する活物質層ＫＥ１と絶縁層ＫＲ１とは、一部分が重なっており、この部分において、活物質と絶縁物質の混合領域ＫＭ１が形成されている。同様に、図面の横方向（帯状電極のＺ軸方向（図１参照））に隣接する活物質層ＫＥ２と絶縁層ＫＲ２とは、一部分が重なっており、この部分において、活物質と絶縁物質の混合領域ＫＭ２が形成されている。
【００６５】
また、図１２（Ｂ）に示すように、図面の横方向（帯状電極のＺ軸方向（図１参照））に隣接する活物質層ＡＥ１と絶縁層ＡＲ１とは、一部分が重なっており、この部分において、活物質と絶縁物質の混合領域ＡＭ１が形成されている。同様に、図面の横方向（帯状電極のＺ軸方向（図１参照））に隣接する活物質層ＡＥ２と絶縁層ＡＲ２とは、一部分が重なっており、この部分において、活物質と絶縁物質の混合領域ＡＭ２が形成されている。
【００６６】
この構造は、双方の層を同時に塗布することで形成する。例えば、ノズルから原材料を出射して活物質層を主金属層上に塗布しつつ、ノズルから樹脂の原材料を出射して絶縁層を主金属層の露出領域上に塗布して形成する。双方の塗布領域は一部分が重なっている。この場合、混合領域の存在によって、双方の接着強度が高くなる。
【符号の説明】
【００６７】
Ａ・・・アノード電極、Ａ１，Ｋ２・・・主金属箔、ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２・・・活物質層、Ｋ・・・カソード電極、ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２・・・絶縁層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池や電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）などの電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の巻回電極を用いた電気化学デバイス（電池、ＥＤＬＣ）に関する技術は、特許文献１〜１１に開示されている。特許文献１は金属箔スペーサに関する技術について開示し、特許文献２は樹脂スペーサに関する技術について開示し、特許文献３は絶縁テープの貼付に関する技術について開示し、特許文献４は巻回端面への端子取付に関する技術について開示し、特許文献５は保護層形成に関する技術について開示し、特許文献６は金属帯取付に関する技術について開示し、特許文献７は絶縁スペーサ膜取付に関する技術について開示し、特許文献８はセパレータをスペーサで隔離する技術について開示し、特許文献９は絶縁スペーサ層を用いた技術について開示し、特許文献１０及び特許文献１１は金属スペーサ帯を用いた技術について開示している。
【０００３】
多くの巻回型の電気化学デバイスでは、一対の帯状電極と、一対の帯状のセパレータを交互に重ねて配置する。１つの帯状電極の上下面には活性炭がバインダ樹脂によって塗布されている。重ねられたものを巻芯の周囲に巻きつけ、巻きつけられた電極の幅方向の端部同士を直接溶着してそのまま取出電極として用いている。ここで、帯状電極を直接溶着するのは、余分な端子をこれに取り付けると、インピーダンスが高くなるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９８９２１号公報
【特許文献２】特開２０００−０２１４３６号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５４１４号公報
【特許文献４】特開２００５−３４７６０８号公報
【特許文献５】特開２００７−０９５６５６号公報
【特許文献６】特開２００７−３３５８１４号公報
【特許文献７】特開２００８−１９３０１０号公報
【特許文献８】特開平０５−１０９４３５号公報
【特許文献９】特開平０７−１３０３８９号公報
【特許文献１０】特開平１１−１３５１００号公報
【特許文献１１】特開平１１−２８３６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、単純に巻回体の幅方向端部を取出電極とする場合、帯状電極の幅方向端部間に隙間ができてしまう。この隙間の存在により、帯状電極が変形してインピーダンス特性が劣化したり、ばらつくことになる。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、インピーダンス特性と放熱特性とに優れた巻回型の電気化学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電気化学デバイスは、巻回された帯状の積層体と、前記積層体を電解液と共に収納する包囲体とを備え、前記帯状の積層体が、一対の帯状電極と前記帯状電極の一方を挟む一対のセパレータとを有し、それぞれの前記帯状電極は、帯状の主金属箔及び前記主金属箔に設けられた活物質層を有する巻回型の電気化学デバイスにおいて、帯状の前記主金属箔の隣接するもの同士の位置は幅方向に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に前記活物質層が形成されていない露出領域が設定され、この露出領域には、前記活物質層と同一の厚みの絶縁層が前記主金属箔の長手方向に沿って形成されていることを特徴とする。なお、「同一」とは±３％の誤差を含むことを意味するものとする。
【０００８】
すなわち、活物質層表面と絶縁層表面は、主金属箔の露出領域表面から同一の高さに位置しており、したがって、活物質層表面と絶縁層表面に垂直に圧力をかけると、この圧力は均等に分散し、主金属箔が変形しにくいという効果がある。このような圧力は、活物質層の密度を高め、表面の平坦性を高めるために加えられる。
【０００９】
また、前記絶縁層の構成材料は、活物質層を構成するバインダ樹脂材料と同一の樹脂材料であることが好ましい。この場合、絶縁層の構成材料は、バインダ樹脂材料と同一の化学的影響を受けるので、すなわち、デバイス内部に収容される電解液に対して同様の耐性を有するので、デバイス特性に絶縁層自体が大きな悪影響を与えることがなく、また、異種樹脂材料である場合に、これらが電解液中に溶け出した場合の不測の悪影響も避けることが可能となる。
【００１０】
絶縁層は、バインダ樹脂成分を露出領域に塗布することで形成されたものであることが好ましい。活物質層を形成した後にバインダ樹脂成分を塗布することによって、これが活物質層にわずかに重なるため、活物質層同士がショートする不良を回避することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００１１】
前記絶縁層は、前記主金属箔に貼り付けられた絶縁シートであることがより好ましい。この場合、絶縁シートと主金属箔の歩留まりを個別に制御することができる。また、絶縁シートを貼り付けるだけで絶縁層を形成することができるので、組み立てが簡単であるという利点もある。
【００１２】
前記絶縁層は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド及びポリフッ化ビリニデンからなる樹脂群から選択される少なくとも１つの樹脂を含むことが好ましい。これらの樹脂群は、バインダとしても使用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電気化学デバイスは、インピーダンス特性と放熱特性に優ることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の分解斜視図である。
【図２】巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の斜視図である。
【図３】巻芯に巻きつけられた積層体の斜視図である。
【図４】蓋となる電極板取付前の電気化学デバイスの縦断面図である。
【図５】蓋となる電極板取付時の電気化学デバイスの斜視図である。
【図６】蓋となる電極板取付後の電気化学デバイスの縦断面図である。
【図７】積層構造を詳細に説明するための積層体の断面図である。
【図８】巻回された帯状電極を部分斜視図である。
【図９】巻回された帯状電極を部分斜視図である。
【図１０】巻回された帯状電極を部分斜視図である。
【図１１】実際の活物質層と絶縁層の分布を説明するための積層体の断面図である。
【図１２】実際の活物質層と絶縁層の分布を説明するための積層体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施の形態に係る電気化学デバイスについて説明する。同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の分解斜視図であり、図２は、巻回型の電気化学デバイスに用いられる積層体の斜視図である。この電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）であるが、この構造は通常の電池にも適用できる。
【００１７】
この積層体は、帯状であり、一対の帯状電極（アノード電極Ａ、カソード電極Ｋ）と、帯状電極の一方（本図ではカソード電極Ｋ）を挟む一対のセパレータＳ１，Ｓ２とを有している。以下の説明では、三次元直交座標系が設定されており、帯状電極の幅方向をＺ軸方向とし、厚み方向をＸ軸方向とし、これらの双方に垂直な長手方向をＹ軸とする。
【００１８】
アノード電極Ａを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ａ１及び主金属箔Ａ１の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２を有している。カソード電極Ｋを構成する帯状電極は、帯状の主金属箔Ｋ２及び主金属箔Ｋ２の両面にそれぞれ設けられた一対の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２を有している。帯状の主金属箔Ａ１，Ｋ２の隣接するもの同士の位置は幅方向（Ｚ軸方向）に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２が形成されていない露出領域（図７の寸法Ｚ３で示される）が設定されている。
【００１９】
アノード電極Ａにおいては、その主金属箔Ａ１の上記露出領域の上面に、帯状の絶縁層（絶縁シート）ＡＲ１が、主金属箔Ａ１の長手方向（Ｙ軸）に沿って形成されている。主金属箔Ａ１の露出領域の下面には、帯状の絶縁層（絶縁シート）ＡＲ２が、主金属箔Ａ１の長手方向（Ｙ軸）に沿って形成されている。同様に、カソード電極Ｋにおいては、その主金属箔Ｋ２の上記露出領域の上面に、帯状の絶縁層（絶縁シート）ＫＲ１が、主金属箔Ｋ２の長手方向（Ｙ軸）に沿って形成されている。主金属箔Ｋ２の露出領域の下面には、帯状の絶縁層（絶縁シート）ＫＲ２が、主金属箔Ｋ２の長手方向（Ｙ軸）に沿って形成されている。これらの絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２と絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２とは、Ｚ軸方向に沿って離間している。
【００２０】
なお、上述の絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２は、主金属箔に貼り付けられた絶縁シートであり、したがって、絶縁シートと主金属箔の歩留まりを個別に制御することができる。上述の積層体は、絶縁シートを主金属箔に貼り付けるだけで、絶縁層を形成することができるので、組み立てが簡単であるという利点もある。
【００２１】
また、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２は、バインダ樹脂成分を上記露出領域に塗布することで形成されたものであることが好ましい。すなわち、活物質層を形成した後にバインダ樹脂成分を塗布することによって、これが活物質層にわずかに重なるため、活物質層同士がショートする不良を回避することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００２２】
セパレータＳ１，Ｓ２の幅は等しく、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２の幅も等しいが、セパレータの幅の方が、活物質層の幅よりも若干広い。各絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の単独の厚みＸ２（αとする）は、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２の単独の厚みＸ２（βとする）と同一である（図７参照）。なお、「同一」とは±３％の誤差を含むことを意味するものとする（α＝β×（１００±３）％）。
【００２３】
すなわち、活物質層表面と絶縁層表面は、主金属箔の露出領域表面から同一の高さに位置しており、したがって、活物質層表面と絶縁層表面に垂直に圧力をかけると、この圧力は均等に分散し、主金属箔が変形しにくいという効果がある。このような圧力は、活物質層の密度を高め、表面の平坦性を高めるために加えられる。
【００２４】
上述の関係は、積層体の巻回後においても保持されるが、巻回後においては、主金属箔Ａ１，Ｋ２は、幅方向（Ｚ軸方向）の両端に設けられる蓋となる電極板Ｌ１，Ｌ２とそれぞれ接触する（図６参照）。なお、主金属箔Ａ１，Ｋ２は、電極板Ｌ１，Ｌ２に対して溶接され、特に、レーザ溶接される（図６参照）。
【００２５】
なお、上述のセパレータＳ１，Ｓ２、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２、主金属箔Ａ１，Ｋ２、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の材料としては、公知のものを用いればよい。これらの材料について、以下に一例を示すが、本発明は、これらの材料に限定されるものではない。
【００２６】
セパレータＳ１，Ｓ２は、例えば重量比１０％以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。
【００２７】
活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２は分極性電極である。この分極性電極は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダ樹脂を混ぜて製造する。バインダ樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物が挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。製造時においては、これらの材料を、ノズルから出射して、主金属箔の両面に塗布する。
【００２８】
主金属箔Ａ１、Ｋ２は集電体であり、アルミニウム箔や銅箔の表面をエッチングによって表面を荒く加工したもの使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダを加えてシート状にして集電極に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電極に塗工する方法なども無数に存在する。
【００２９】
絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の構成材料は、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２を構成するバインダ樹脂材料と同一の樹脂材料であることが好ましい。この場合、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の構成材料は、バインダ樹脂材料と同一の化学的影響を受けるので、すなわち、デバイス内部に収容される電解液に対して同様の耐性を有するので、デバイス特性に絶縁層自体が大きな悪影響を与えることがなく、また、異種樹脂材料である場合に、これらが電解液中に溶け出した場合の不測の悪影響も避けることが可能となる。
【００３０】
絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド及びポリフッ化ビリニデンからなる樹脂群から選択される少なくとも１つの樹脂を含むことが好ましい。これらの樹脂群は、バインダとしても使用することができる。
【００３１】
図３は、巻芯に巻きつけられた積層体の斜視図である。
【００３２】
外面が円筒面を有する巻芯Ｂの周囲に、図１及び図２に示した積層体が巻きつけられ、これらから電気化学デバイス本体１０が構成される。巻芯Ｂの中心軸はＺ軸であり、積層体はＺ軸回りに巻回されることになる。軸芯から離れるに従って、アノード電極Ａとカソード電極Ｋとが交互に積層されており、これらの間にはセパレータＳ１，Ｓ２が介在している。Ｚ軸方向に端部には、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２が位置している。Ｚ軸の正方向端部においては、ＸＺ平面内において、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２が径方向に沿って隣接して配置されている。Ｚ軸の負方向端部においては、ＸＺ平面内において、絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２が径方向に沿って隣接して配置されている。絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の厚みは、端部において対向する主金属箔間の隙間の距離よりも小さい。また、上述のように、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２の単独の厚み（図７のＸ２）は、活物質層の単独の厚み（図７のＸ２）に一致している。
【００３３】
図４は、蓋となる電極板取付前の電気化学デバイスの縦断面図（ＸＺ断面図）である。
【００３４】
絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２が薄い場合、Ｚ軸方向から電解液が、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２、ＫＥ１，ＫＥ２（図２参照）内に容易に流入することができる。これにより、電解液の活物質層内での含浸の度合いの相違に起因する端子間のインピーダンスのばらつきを抑制することができ、インピーダンス特性に優ることとなる。
【００３５】
なお、この電気化学デバイスの製造においては、電気化学デバイス本体１０を、筒体Ｈの内部に、それぞれの軸を一致させて挿入し、筒体Ｈの両端開口部を蓋である電極板Ｌ２，Ｌ１によって順次封止するが、一方の電極板Ｌ１の封止前に電解液ＬＱを包囲体内部に導入する。この封止には接着剤を用いることもできる。筒体Ｈ及び電極板Ｌ１，Ｌ２から包囲体が構成される。筒体Ｈの形状は円筒形の他、角筒形とすることもできる。また、巻芯Ｂの外面形状を角筒面とすることも可能である。巻芯Ｂ及び筒体Ｈの材料としては、アノード電極とカソード電極間の短絡を防止できるものであれば、各種材料を用いることができるが、例えば、絶縁体を用いることができる。巻芯Ｂ或いは筒体Ｈの構造は、絶縁体筒の両端に、金属筒を接合したものであってもよい。
【００３６】
図５は、蓋となる電極板取付時の電気化学デバイスの斜視図であり、図６は、蓋となる電極板取付後の電気化学デバイスの縦断面図（ＸＺ断面図）である。
【００３７】
この電気化学デバイスは、巻回された帯状の積層体と、積層体を電解液ＬＱと共に収納する包囲体とを備えている。上述のように、包囲体は筒体Ｈと電極板Ｌ１，Ｌ２からなる。電極板Ｌ１，Ｌ２と、主金属箔Ａ１，Ｋ２（図１参照）とをそれぞれ電気的に接続するため、電極板Ｌ１，Ｌ２に外側からレーザビームＬＢを照射し、照射位置を溶解し、これらの内側にそれぞれ位置する主金属箔Ａ１，Ｋ２と電極板Ｌ１，Ｌ２とを接合する。レーザビームＬＢの照射位置には、凹部Ｄが形成される。複数の凹部ＤはＸＹ平面内において放射状に形成されている。なお、レーザビームＬＢに代えて、高圧で電流を電極板Ｌ１，Ｌ２に与えることで、電流供給部位を溶解し、同様に、これらの内側にそれぞれ位置する主金属箔Ａ１，Ｋ２と電極板Ｌ１，Ｌ２とを接合することもできる。なお、包囲体の内部には電解液ＬＱが封入されている。
【００３８】
電解液ＬＱとしては水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、アセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。
【００３９】
図７は、積層構造を詳細に説明するための積層体の断面図である。
【００４０】
Ｚ軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Ｚ１は主金属箔Ａ１，Ｋ２の幅、寸法Ｚ２は活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２の幅、寸法Ｚ３は露出領域の幅（Ｚ１−Ｚ２）、寸法Ｚ４は活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２からセパレータがＺ方向に突出した距離、寸法Ｚ６はセパレータＳ１，Ｓ２の幅を示している。
【００４１】
Ｘ軸方向に関する寸法について説明すると、寸法Ｘ１は、主金属箔Ａ１，Ｋ２の厚み、寸法Ｘ２は、活物質層ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２（絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２）の厚み、寸法Ｘ３は、セパレータＳ１，Ｓ２の厚みである。
【００４２】
それぞれの寸法の好適範囲は以下の通りである。
１０ｍｍ≦Ｚ１≦１０００ｍｍ
５ｍｍ≦Ｚ２≦９９５ｍｍ
２ｍｍ≦Ｚ３≦５０ｍｍ
１ｍｍ≦Ｚ４≦１０ｍｍ
７ｍｍ≦Ｚ６≦９９７ｍｍ
【００４３】
１０μｍ≦Ｘ１≦２００μｍ
１０μｍ≦Ｘ２≦５００μｍ
１０μｍ≦Ｘ３≦５０μｍ
【００４４】
上述の範囲に関して、Ｚ１の範囲は電極箔の現実的な幅を示している。Ｚ２の範囲は実際的に塗布可能な活物質層の幅（電極幅）を示している。Ｚ３で規定される領域は素子機能に影響を与えないので、小型化の観点からは小さい方が好ましく、帯状電極の巻回後に幅方向両端をＺ軸に垂直に切断することで、切断面をフラットにし、幅を任意に設定することができる。但し、下限値を下回ると有効に機能する活物質層を溶接時に損傷する虞があるため、下限値以上であることが好ましく、上限値を超える場合には装置が大型化するため、上限値以下であることが好ましい。
【００４５】
また、Ｚ４はセパレータはみ出し量を規定するものであり、この範囲は電気特性に影響を与るものではなく、分離した金属箔が接触しない程度のマージンを有している。Ｚ６はセパレータの幅であるため、Ｚ２に２ｍｍを加えた値として設定した。
【００４６】
Ｘ１の範囲は、集電体である主金属箔の現実的な厚みの範囲であり、厚い方が、抵抗が低くなり、且つ、強度も高くなるという観点から好ましいが、単位体積当たりの集積度は低くなり多くの電荷を蓄積することができなくなる。比較的低抵抗で損傷にしくいためには、下限値以上の厚みが好適であり、集積度を大きく劣化させることなく、低抵抗で強度が十分に保持できる厚みは上述の上限値以下の値である。
【００４７】
Ｘ２の範囲は、活物質層の現実的な厚み範囲を規定しており、電極活性炭粒子の接触抵抗が減るので、薄いほど厚み方向の内部抵抗は低くなる利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、活物質層としての機能が十分でなくなるため、上記の下限値以上であることが好ましい。
【００４８】
Ｘ３の範囲は、セパレータの現実的な厚み範囲であり、薄いほうが厚み方向の内部抵抗が小さくなるという利点があるため、上記の上限値以下であることが好ましいが、薄すぎる場合には、セパレータとしての機能が十分ではなく、セパレータで分離された活物質層が実効的に短絡してしまうため、上記の下限値以上であることが好ましい。
【００４９】
上述の電気化学デバイスによれば、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２が、主金属箔Ａ１，Ｋ２の露出領域における径方向（図７ではＸ軸方向）の可動範囲を若干狭めるので、主金属箔Ａ１，Ｋ２のＸ軸方向の位置ずれによるインピーダンス変化を若干抑制することができる。
【００５０】
また、主金属箔Ａ１，Ｋ２はアルミニウム或いは銅からなる。これらの材料は電極板と容易に溶接することができる。
【００５１】
また、絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２が、主金属箔Ａ１，Ｋ２の長手方向（巻回後には周方向となる）に沿って、主金属箔Ａ１，Ｋ２に連続的又は断続的に接着されている場合には、これらを強固に固定することができる。主金属箔を加熱しこれに樹脂シートを貼り付けると樹脂シートは主金属箔に容易に接着する。
【００５２】
なお、上記では、絶縁層は主金属箔の両面に設けられたが、これは片面に設けられていても良い。もちろん、両面に形成されている場合には、当該絶縁層が粉塵や電解液中の浮遊物による不本意な短絡をより確実に防止することができる。
【００５３】
図８は、巻回された帯状電極を部分斜視図である。
【００５４】
主金属箔Ａ１（Ｋ２）の幅方向の一端に均一厚みの絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２（ＫＲ１，ＫＲ２）が形成されている。本例では、各絶縁層の形状はアスペクト比の高い長方形（帯状）であるが、これは帯状でなくてもよい。
【００５５】
図９は、巻回された別の形状の帯状電極を部分斜視図である。
【００５６】
主金属箔Ａ１（Ｋ２）の幅方向の一端に均一厚みの絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２（ＫＲ１，ＫＲ２）が形成されている。本例では、各絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２（ＫＲ１，ＫＲ２）は、それぞれ複数の長方形領域からなり、複数の長方形領域の絶縁層が、帯状電極の周方向に沿って断続的に配置されている。長方形領域の絶縁層間には、スペース領域ＲＫが設定されており、スペース領域ＲＫには絶縁層は存在していない。
【００５７】
図１０は、巻回された更に別の帯状電極を部分斜視図である。
【００５８】
主金属箔Ａ１（Ｋ２）の幅方向の一端に均一厚みの絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２（ＫＲ１，ＫＲ２）が形成されている。本例では、各絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２（ＫＲ１，ＫＲ２）は、それぞれ帯状体の一部分を切り欠いた形状を有しており、複数の切り欠き領域ＲＫは半円形をして、円弧が帯状電極の幅方向中心に向かって突出している。切り欠き領域ＲＫには絶縁層は存在していない。
【００５９】
図１１は、実際の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２と絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２の分布を説明するための積層体の断面図（Ａ）と、実際の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２と絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２の分布を説明するための積層体の断面図（Ｂ）である。
【００６０】
活物質層ＫＥ１，ＫＥ２，ＡＥ１，ＡＥ２は、最大値として一定の厚みを有する領域と、Ｚ軸方向（図面横方向）の一方向に向かうにしたがって徐々に薄くなっている領域を有している。絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２，ＡＲ１，ＡＲ２も、最大値として一定の厚みを有する領域と、Ｚ軸方向（図面横方向）の一方向に向かうにしたがって徐々に薄くなっている領域を有している。もちろん、活物質層及び絶縁層の一方が、一点鎖線で示すように、境界部分において他方の上に存在し、かつ、一定厚みの部分よりも若干は盛り上がっていてもよい。各層においては、一定の厚みを有する領域が大部分を占めるため、各層の厚みは、この実質的に一定の厚みを有する部分（誤差（±３％）含む）の平均厚で示されるものとする。
【００６１】
この積層体は厚み方向（図１参照：Ｘ軸方向）に沿ってプレスされるが、活物質層ＫＥ１，ＫＥ２，ＡＥ１，ＡＥ２と、絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２，ＡＲ１，ＡＲ２の一定厚みの領域では、これらの厚みは等しいために、これらには均等に圧力がかかり、主金属箔Ａ１，Ｋ２の変形が抑制される。したがって、主金属箔Ａ１，Ｋ２と上述の電極板との接触抵抗のばらつきも小さくなり、端子間のインピーダンス特性に優れることになる。なお、Ｚ軸方向の一端側の活物質層の厚みが最大値（一定値）となっているのは、活物質層の塗布の後に、帯状電極のＺ軸方向の一端を、ＸＹ平面に平行に切断したためである。
【００６２】
上述の構造は、一方の層を形成した後、他方の層を形成する。例えば、ノズルから原材料を出射して活物質層を主金属層上に塗布した後、同様に、ノズルから樹脂の原材料を出射して絶縁層を主金属層の露出領域上に塗布して形成する。または、樹脂からなる絶縁シートを、主金属層の露出領域上に貼り付ける。
【００６３】
図１２は、実際の活物質層ＫＥ１，ＫＥ２と絶縁層ＫＲ１，ＫＲ２の分布を説明するための積層体の断面図（Ａ）と、実際の活物質層ＡＥ１，ＡＥ２と絶縁層ＡＲ１，ＡＲ２の分布を説明するための積層体の断面図（Ｂ）である。
【００６４】
この構造は、図１１に示したものと、隣接層の重なりの部分のみが異なる。本例では、図１２（Ａ）に示すように、図面の横方向（帯状電極のＺ軸方向（図１参照））に隣接する活物質層ＫＥ１と絶縁層ＫＲ１とは、一部分が重なっており、この部分において、活物質と絶縁物質の混合領域ＫＭ１が形成されている。同様に、図面の横方向（帯状電極のＺ軸方向（図１参照））に隣接する活物質層ＫＥ２と絶縁層ＫＲ２とは、一部分が重なっており、この部分において、活物質と絶縁物質の混合領域ＫＭ２が形成されている。
【００６５】
また、図１２（Ｂ）に示すように、図面の横方向（帯状電極のＺ軸方向（図１参照））に隣接する活物質層ＡＥ１と絶縁層ＡＲ１とは、一部分が重なっており、この部分において、活物質と絶縁物質の混合領域ＡＭ１が形成されている。同様に、図面の横方向（帯状電極のＺ軸方向（図１参照））に隣接する活物質層ＡＥ２と絶縁層ＡＲ２とは、一部分が重なっており、この部分において、活物質と絶縁物質の混合領域ＡＭ２が形成されている。
【００６６】
この構造は、双方の層を同時に塗布することで形成する。例えば、ノズルから原材料を出射して活物質層を主金属層上に塗布しつつ、ノズルから樹脂の原材料を出射して絶縁層を主金属層の露出領域上に塗布して形成する。双方の塗布領域は一部分が重なっている。この場合、混合領域の存在によって、双方の接着強度が高くなる。
【符号の説明】
【００６７】
Ａ・・・アノード電極、Ａ１，Ｋ２・・・主金属箔、ＡＥ１，ＡＥ２，ＫＥ１，ＫＥ２・・・活物質層、Ｋ・・・カソード電極、ＡＲ１，ＡＲ２，ＫＲ１，ＫＲ２・・・絶縁層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回された帯状の積層体と、前記積層体を電解液と共に収納する包囲体とを備え、前記帯状の積層体が、一対の帯状電極と前記帯状電極の一方を挟む一対のセパレータとを有し、それぞれの前記帯状電極は、帯状の主金属箔及び前記主金属箔に設けられた活物質層を有する巻回型の電気化学デバイスにおいて、
帯状の前記主金属箔の隣接するもの同士の位置は幅方向に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に前記活物質層が形成されていない露出領域が設定され、この露出領域には、前記活物質層と同一の厚みの絶縁層が前記主金属箔の長手方向に沿って形成されている、
ことを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
前記絶縁層の構成材料は、前記活物質層を構成するバインダ樹脂材料と同一の樹脂材料である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
前記絶縁層は、バインダ樹脂成分を前記露出領域に塗布することで形成されたものである、
ことを特徴とする請求項２に記載の電気化学デバイス。
【請求項４】
前記絶縁層は、前記主金属箔に貼り付けられた絶縁シートである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
前記絶縁層は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド及びポリフッ化ビリニデンからなる樹脂群から選択される少なくとも１つの樹脂を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項１】
巻回された帯状の積層体と、前記積層体を電解液と共に収納する包囲体とを備え、前記帯状の積層体が、一対の帯状電極と前記帯状電極の一方を挟む一対のセパレータとを有し、それぞれの前記帯状電極は、帯状の主金属箔及び前記主金属箔に設けられた活物質層を有する巻回型の電気化学デバイスにおいて、
帯状の前記主金属箔の隣接するもの同士の位置は幅方向に沿ってずれており、これらが重なっていない領域に前記活物質層が形成されていない露出領域が設定され、この露出領域には、前記活物質層と同一の厚みの絶縁層が前記主金属箔の長手方向に沿って形成されている、
ことを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
前記絶縁層の構成材料は、前記活物質層を構成するバインダ樹脂材料と同一の樹脂材料である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
前記絶縁層は、バインダ樹脂成分を前記露出領域に塗布することで形成されたものである、
ことを特徴とする請求項２に記載の電気化学デバイス。
【請求項４】
前記絶縁層は、前記主金属箔に貼り付けられた絶縁シートである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
前記絶縁層は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド及びポリフッ化ビリニデンからなる樹脂群から選択される少なくとも１つの樹脂を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１７６１４２（Ｐ２０１１−１７６１４２Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９２８０（Ｐ２０１０−３９２８０）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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