JP2002170552A - 蓄電素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層セル側面の集電体と端子板との電気的な
短絡を防止することができ、かつ、小型化が実現可能な
蓄電素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の蓄電素子は、基本セル１及び集
電体２を交互に積層してなる積層セル３と、この積層セ
ル３の両端に電気的に接続してなる端子板４、４とを備
え、基本セル１は、一対の電極が分離層を介して対向配
置されてなる蓄電素子において、少なくとも、積層セル
３の側面部の集電体２と一方の端子板４との間に絶縁層
５を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電素子及びその
製造方法に関し、特に、二次電池や電気二重層コンデン
サ等の電気的な短絡を防止すると共に、素子の小型化を
可能とした蓄電素子及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報通信の分野では、携帯機器の
小型化・軽量化が進んでおり、これに対応すべく二次電
池や電気二重層コンデンサの開発が盛んに行われてい
る。例えば、二次電池の場合、小型軽量化実現のため
に、形態自由度の高い柔軟な電池もしくは薄型大面積の
シート電池、薄型小面積のカード型電池が望まれてい
る。そこで、これら二次電池や電気二重層コンデンサに
おいては、外装材に、高分子膜や金属箔を貼り合わせて
なる複数層から構成されるラミネートフィルムを用いた
ものが提案されている。

【０００３】しかしながら、これらの二次電池や電気二
重層コンデンサにおいては、基本セルを複数個積層し、
ラミネート容器を用いて外装しているために、外装する
時に電気的な短絡が発生するという問題がある。これ
は、積層したセルの側面部の集電体と端子板が接触する
ことが原因として挙げられる。その理由は、集電体が基
本セルを積層した積層セルの側面に露出し、また、端子
板が外装パッケージを貫通して外方に露出しているため
に、外装時にこの集電体と端子板が接触し短絡が発生す
るからである。

【０００４】この積層セル側面の集電体と端子板との短
絡を防ぐ方法として、従来から幾つかの方法が提案され
ている。例えば、特開平４−２３７１０９号公報には、
基本セルを複数積層した電気二重層コンデンサ及びその
製造方法が開示されている（以下、従来例１と称す
る）。図３は、この電気二重層コンデンサを示す断面図
であり、積層セル１１を陽極端子１２、陰極端子１３お
よび絶縁ケース１４と共に外装ケース１５に組み込み、
その後、外装ケース１５をかしめることにより製造され
る。この電気二重層コンデンサでは、積層セル１１と陰
極端子１３の間に絶縁ケース１４があるために、両者間
の短絡を防止することができる。

【０００５】また、特開平８−７９２９１号公報には、
隣接する２つのセルの間に１枚の集電体を備え、この集
電体の外周部が隣接するガスケット間に挟み込まれて固
着されている構造の電気二重層コンデンサが開示されて
いる（以下、従来例２と称する）。図４は、この電気二
重層コンデンサを示す断面図であり、図において、符号
２１は円板状の集電体、２２は円板状のセパレータ、２
３はセパレータ２２と略同径の円板状の集電体、２４は
平リング状で非導電性のゴム材からなるガスケット、２
５は活性炭電極である。ここで、活性炭電極２５は粉末
あるいは固体の活性炭に電解液を含浸させたものであ
る。

【０００６】この電気二重層コンデンサは次のようにし
て製造される。まず、ガスケット２４と、直径がガスケ
ット２４の外径に等しい円板状の集電体２１と、直径が
ガスケット２４の外径と内径の中間値をとる円板状のセ
パレータ２２と、同様に直径がガスケット２４の外径と
内径の中間値をとる円板状の集電体２３を準備する。次
いで、ガスケット２４の片面に集電体２１を貼り合せ、
活性炭電極２５を詰めた器Ａと、ガスケット２４の片面
にセパレータ２２を同心円状に貼り合せ、活性炭電極２
５を詰めた器Ｂと、ガスケット２４の片面に集電体２３
を同心円状に貼り合せ、活性炭電極２５を詰めた器Ｃ
を、それぞれ複数個作製し、器Ａを下段にして器Ｂを積
層して合体させる。なお、各器Ａ〜Ｃには同量の活性炭
電極２５が詰め込まれており、各器Ａ〜Ｃはそれぞれが
セル1個分に相当している。

【０００７】次いで、器Ａ及び器Ｂの組を最下段にし、
その上に器Ｃ、器Ｂを交互に重ねて貼り合せた後、最上
段の器Ｂの上に集電体２１を貼り合せ、次いで、ガスケ
ット２４のゴム材の加硫特性を利用して電解液を封止す
る。以上により、電気二重層コンデンサが完成する。こ
の電気二重層コンデンサでは、隣接する２つのセルの間
に１枚の集電体２３を挟み込み、この集電体２３の外周
部をガスケット２４の外側の外周部より小さくして該ガ
スケット２４の内側に収納することで、集電体２３と端
子板間を絶縁しており、且つ厚み方向の小型化を実現し
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例１の
電気二重層コンデンサにおいては、絶縁ケース１４及び
外装ケース１５を使用しているため、製品の外径が大き
くなってしまい、さらなる小型化が難しいという問題点
があった。また、従来例２の電気二重層コンデンサにお
いては、製造する際に、ガスケット２４の径方向の厚み
は、集電体２３及びセパレータ２２を貼り合せるのに十
分な厚み、例えば、最低１ｍｍの厚みを確保しなければ
ならず、ガスケット２４と集電体２３及びセパレータ２
２の固着部分を小さくすることが難しく、電気二重層コ
ンデンサの径方向の小型化が困難であるという問題点が
あった。

【０００９】また、これらの電気二重層コンデンサを小
型、省スペースの電子機器に用いる場合、その外形形状
は体積効率を考えると四角形状がよいのであるが、四角
形状の場合、ガスケット２４と集電体２３及びセパレー
タ２２との固着部分を小さくしようとすると、位置合わ
せがさらに困難になるという問題点があった。

【００１０】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、積層セル側面の集電体と端子板との電気的
な短絡を防止することができ、かつ、小型化が実現可能
な蓄電素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次のような蓄電素子及びその製造方法を採
用した。すなわち、請求項１記載の蓄電素子は、複数の
基本セル及び集電体を交互に積層してなる積層セルと、
該積層セルの両端に電気的に接続してなる端子とを備
え、前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対向
配置されてなる蓄電素子において、少なくとも、前記積
層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との間に絶縁
層を設けてなることを特徴とする。

【００１２】請求項２記載の蓄電素子は、請求項１記載
の蓄電素子において、前記基本セルは、正電極及び負電
極が分離層を介して対向配置された二次電池用基本セル
であることを特徴とする。

【００１３】請求項３記載の蓄電素子は、請求項１記載
の蓄電素子において、前記基本セルは、一対の分極性電
極が分離層を介して対向配置された電気二重層コンデン
サ用基本セルであることを特徴とする。

【００１４】請求項４記載の蓄電素子は、請求項１、２
または３記載の蓄電素子において、前記絶縁層は、絶縁
性の有機樹脂であることを特徴とする。

【００１５】請求項５記載の蓄電素子は、請求項４記載
の蓄電素子において、前記有機樹脂は、熱硬化型樹脂、
紫外線硬化型樹脂、有機樹脂フィルムのいずれかである
ことを特徴とする。

【００１６】請求項６記載の蓄電素子の製造方法は、複
数の基本セル及び集電体を交互に積層してなる積層セル
と、該積層セルの両端に電気的に接続してなる端子とを
備え、前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対
向配置されてなる蓄電素子の製造方法であって、前記積
層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との間に絶縁
性の有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を硬化させることに
より、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子
との間に絶縁層を形成することを特徴とする。

【００１７】請求項７記載の蓄電素子の製造方法は、複
数の基本セル及び集電体を交互に積層してなる積層セル
と、該積層セルの両端に電気的に接続してなる端子とを
備え、前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対
向配置されてなる蓄電素子の製造方法であって、前記積
層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との間に絶縁
性の有機樹脂を挟持し、該有機樹脂を熱融着させること
により、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端
子との間に絶縁層を形成することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の蓄電素子及びその製造方
法の一実施の形態について図面に基づき説明する。図１
は、本発明の一実施の形態の二次電池の内部構造を示す
断面図、図２は、この二次電池の基本セルの内部構造を
示す断面図である。この二次電池は、基本セル１を集電
体２で挟んだ構造のセルを複数個積層してなる積層セル
３の両端にはそれぞれ端子板４が電気的に接続され、こ
の積層セル３の側面部の集電体２と端子板４との接触部
には絶縁層５が設けられ、これら全体はラミネートから
なる外装パッケージ６により覆われている。そして、一
方の端子板４の端部は外装パッケージ６を貫通して外方
に露出されている。

【００１９】基本セル１の内部構造は、図２に示すよう
に、負電極７と正電極８とが、微多孔性のセパレータ９
を介して対向配置され、これらはガスケット１０内に挿
入され、このガスケット１０の内部は、電解液が含浸さ
れた状態で、両端部それぞれに密着固定された集電体２
により密封されている。なお、負電極７及び正電極８を
分極性電極に置き換えれば、電気二重層コンデンサとな
る。

【００２０】次に、本実施の形態の二次電池の製造方法
について説明する。まず、基本セル１を作製するため
に、ガスケット１０の一方の開口部に集電体２を密着固
定し、このガスケット１０内に、負電極７と正電極８と
を微多孔性のセパレータ９を介して対向配置したセルを
正電極８が下側になった状態で挿入する。次いで、負電
極７に集電体２を密着固定し、このセルに図示しない注
入口から電解液を注入する。これにより、内部を電解液
で含浸した基本セル１が得られる。

【００２１】次いで、この基本セル１を２層以上積層し
た積層セル３の両端に、それぞれ端子板４を電気的に接
続する。ここでは、正電極８側の端子板４の端部が積層
セル３の側面から外方に垂直に延びている。次いで、側
面部の集電体２と外方に垂直に延びる端子板４との接触
部に絶縁層５を設け、この状態で、これら全体をラミネ
ートを用いて外装し、外装パッケージ６により覆われた
構造とする。なお、負電極７及び正電極８を分極性電極
に置き換えることにより、同様の製造工程により電気二
重層コンデンサを作製することができる。

【００２２】この二次電池では、積層セル３の側面部の
集電体２と端子板４との接触部に絶縁層５を設けたこと
により、集電体２と端子板４との間の接触による短絡が
起こるおそれがない。また、従来のように絶縁ケースを
使用する構造ではないから、積層セル３の面方向、すな
わち径方向の大きさを小さくすることができ、素子の小
型化が実現可能となる。

【００２３】このように、本実施の形態の二次電池によ
れば、積層セル３の側面部の集電体２と端子板４との間
の不注意な接触による短絡を防止することができる。し
たがって、この二次電池を長時間使用した場合において
も短絡等の不具合が生じるおそれがなくなり、信頼性を
向上させることができる。

【００２４】また、積層セル３の側面部の集電体２と端
子板４との接触部に絶縁層５を設けたので、全体をラミ
ネートからなる外装パッケージ６により被覆することが
でき、従来のような絶縁ケースを使用する必要がない。
したがって、構造を簡単化することができ、製造コスト
を低減することができる。また、積層セル３の面方向、
すなわち径方向の大きさを小さくすることができるの
で、素子の小型化を図ることができる。

【００２５】次に、本実施の形態の二次電池のより具体
的な実施例及び比較例について説明する。 「実施例１」電極材料として、負極活物質にＰＱｘ（ポ
リキノキサリン）、正極活物質にＰＣＩ（ポリシアノイ
ンドール）を用い、これらに導電材であるカーボン粉末
を適量混合して加圧成型し、薄板状の負電極７及び正電
極８を作製した。電解液としては４０ｗｔ％硫酸を用い
た。次いで、成膜した電極７、８を微多孔性のセパレー
タ９を介して対向配置させ、集電体２、ガスケット１０
を配置し、所定の圧力、時間、温度で加熱することによ
り、集電体２とガスケット１０との界面を加硫接着によ
って封止した。その後注入孔より上記電解液を注入し
た。

【００２６】このようにして得られた基本セル１を２層
以上積層して積層セル３とし、この積層セル３の両外端
の集電体２、２にそれぞれ端子板４を所定位置に密着し
て配置し、積層セル３側面の集電体２と端子板４の接触
部にエポキシ樹脂を塗布し、１２０℃で１時間、加硫接
着し、その後ラミネートを用いて外装し、外装パッケー
ジ６とした。

【００２７】ここで、本実施例１の基本セル１を１０個
積層した二次電池を１０００個作製し、短絡による不良
発生率をしらべた。その結果、本実施例１の二次電池で
は短絡による不良は０個であった。

【００２８】「比較例」積層セル３側面の集電体２と端
子板４の間にエポキシを塗布しない他は、実施例１と同
じ構成をもつ電池を作製した。次いで、本比較例の基本
セルを１０個積層した二次電池を１０００個作製し、短
絡による不良発生率をしらべた。その結果、本比較例の
二次電池では短絡による不良は４１６個であった。

【００２９】以上の結果より、本実施例１の二次電池
は、比較例の二次電池と比べて短絡による不良が極めて
少ない二次電池であることがわかる。その理由は、積層
セル３側面の集電体２と端子板４の接触部にエポキシ樹
脂を塗布・硬化させることにより絶縁体５を形成したの
で、短絡を防ぐことができたと考えられる。また、エポ
キシ樹脂を使用した場合、加硫接着時に硬化させること
ができ、硬化時間を短縮することができる。

【００３０】「実施例２」端子板４とガスケット１０と
の接触部にポリプロピレン（ＰＰ）を挟み、熱融着によ
り双方を接着した他は、比較例と同じ構成を有する二次
電池を作製した。次いで、本実施例２の基本セル１を１
０個積層した二次電池を１０００個作製し、短絡による
不良発生率をしらべた。その結果、本実施例２の二次電
池では短絡による不良は０個であった。

【００３１】以上により、本実施例２の二次電池は、比
較例の二次電池と比べて短絡による不良が極めて少ない
二次電池であることがわかる。その理由は、端子板４と
ガスケット１０との接触部にポリプロピレン（ＰＰ）を
挟み、熱融着により双方を接着させることにより絶縁体
５を形成したので、短絡を防ぐことができたと考えられ
る。また、ポリプロピレン（ＰＰ）を使用した場合、そ
の軟化温度は１８０℃であり、高温使用時による集電体
２及び端子板４間の剥離が抑えられる。

【００３２】「実施例３」ガスケット１０と接触する端
子板４の一部分に紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂を塗布・硬
化させた他は、比較例と同じ構成を有する二次電池を作
製した。次いで、本実施例３の基本セル１を１０個積層
した二次電池を１０００個作製し、短絡による不良発生
率をしらべた。その結果、本実施例３の二次電池では短
絡による不良は０個であった。

【００３３】以上により、本実施例２の二次電池は、比
較例の二次電池と比べて短絡による不良が極めて少ない
二次電池であることがわかる。その理由は、ガスケット
１０と接触する端子板４の一部分に紫外線（ＵＶ）硬化
型樹脂を塗布・硬化させることにより絶縁体５を形成し
たので、集電体２−端子板４間の短絡を防ぐことができ
たと考えられる。

【００３４】「実施例４」電極材料に活性炭を用いた他
は、実施例３と同じ構成を有する電気二重層コンデンサ
を作製した。次いで、本実施例４の基本セル１を１０個
積層した電気二重層コンデンサを１０００個作製し、短
絡による不良発生率をしらべた。その結果、本実施例４
の電気二重層コンデンサでは短絡による不良は０個であ
った。以上により、本実施例４の電気二重層コンデンサ
は、短絡による不良が極めて少ない電気二重層コンデン
サであることが分かった。

【００３５】以上の実施例１〜４及び比較例の短絡によ
る不良発生率を表１にまとめた。

【表１】

【００３６】以上、本発明の蓄電素子及びその製造方法
の一実施の形態について図面に基づき説明してきたが、
具体的な構成は本実施形態に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計の変更等が可能で
ある。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の蓄電素子に
よれば、少なくとも、前記積層セルの側面部の集電体と
一方の端子との間に絶縁層を設けたので、前記積層セル
の側面部の集電体と前記端子との間の不注意な接触によ
る短絡を防止することができる。したがって、この蓄電
素子を長時間使用した場合においても短絡等の不具合が
生じるおそれがなくなり、信頼性を向上させることがで
きる。

【００３８】また、従来のような絶縁ケースを使用する
必要がないので、構造を簡単化することができ、製造コ
ストを低減することができる。また、積層セルの面方
向、すなわち径方向の大きさを小さくすることができる
ので、素子の小型化を図ることができる。

【００３９】また、基本セルを、正電極及び負電極が分
離層を介して対向配置された二次電池用基本セルとすれ
ば、短絡等の不具合が生じるおそれがなく、信頼性が向
上し、小型化及び製造コストの削減が可能な二次電池を
提供することができる。

【００４０】また、基本セルを、一対の分極性電極が分
離層を介して対向配置された電気二重層コンデンサ用基
本セルとすれば、短絡等の不具合が生じるおそれがな
く、信頼性が向上し、小型化及び製造コストの削減が可
能な電気二重層コンデンサを提供することができる。

【００４１】本発明の蓄電素子の製造方法によれば、集
電体の一端部と一方の端子との間に絶縁性の有機樹脂を
塗布し、該有機樹脂を硬化させることにより、前記集電
体の一端部と一方の前記端子との間に絶縁層を形成する
ので、短絡等の不具合が生じるおそれがなく、信頼性が
向上した蓄電素子を、高価な設備を用いることなく、簡
単な工程で、しかも容易に作製することができる。

【００４２】本発明の他の蓄電素子の製造方法によれ
ば、集電体の一端部と一方の端子との間に絶縁性の有機
樹脂を挟持し、該有機樹脂を熱融着させることにより、
前記集電体の一端部と一方の前記端子との間に絶縁層を
形成するので、短絡等の不具合が生じるおそれがなく、
信頼性が向上した蓄電素子を、高価な設備を用いること
なく、簡単な工程で、しかも容易に作製することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態の二次電池の内部構造
を示す断面図である。

【図２】 本発明の一実施の形態の二次電池の基本セル
の内部構造を示す断面図である。

【図３】 従来の電気二重層コンデンサの一例を示す断
面図である。

【図４】 従来の電気二重層コンデンサの他の例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 基本セル ２ 集電体 ３ 積層セル ４ 端子板 ５ 絶縁層 ６ 外装パッケージ ７ 負電極 ８ 正電極 ９ 微多孔性のセパレータ １０ ガスケット １１ 積層セル １２ 陽極端子 １３ 陰極端子 １４ 絶縁ケース １５ 外装ケース ２１ 集電体 ２２ セパレータ ２３ 集電体 ２４ ガスケット ２５ 活性炭電極 Ａ〜Ｃ 器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 紙透 浩幸 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 原田 学 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 黒崎 雅人 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 吉田 真也 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 信田 知希 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 中澤 豊 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 三谷 勝哉 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5H022 AA00 AA19 BB00 BB12 BB22 CC02 CC08 CC12 CC25 EE06 KK03 5H028 AA01 AA07 BB01 CC02 CC08 CC11 CC24 EE06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の基本セル及び集電体を交互に積層
   してなる積層セルと、該積層セルの両端に電気的に接続
   してなる端子とを備え、 前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対向配置
   されてなる蓄電素子において、 少なくとも、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前
   記端子との間に絶縁層を設けてなることを特徴とする蓄
   電素子。
2. 【請求項２】 前記基本セルは、正電極及び負電極が分
   離層を介して対向配置された二次電池用基本セルである
   ことを特徴とする請求項１記載の蓄電素子。
3. 【請求項３】 前記基本セルは、一対の分極性電極が分
   離層を介して対向配置された電気二重層コンデンサ用基
   本セルであることを特徴とする請求項１記載の蓄電素
   子。
4. 【請求項４】 前記絶縁層は、絶縁性の有機樹脂である
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載の蓄電素
   子。
5. 【請求項５】 前記有機樹脂は、熱硬化型樹脂、紫外線
   硬化型樹脂、有機樹脂フィルムのいずれかであることを
   特徴とする請求項４記載の蓄電素子。
6. 【請求項６】 複数の基本セル及び集電体を交互に積層
   してなる積層セルと、該積層セルの両端に電気的に接続
   してなる端子とを備え、 前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対向配置
   されてなる蓄電素子の製造方法であって、 前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との間
   に絶縁性の有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を硬化させる
   ことにより、前記積層セルの側面部の集電体と一方の前
   記端子との間に絶縁層を形成することを特徴とする蓄電
   素子の製造方法。
7. 【請求項７】 複数の基本セル及び集電体を交互に積層
   してなる積層セルと、該積層セルの両端に電気的に接続
   してなる端子とを備え、 前記基本セルは、一対の電極が分離層を介して対向配置
   されてなる蓄電素子の製造方法であって、 前記積層セルの側面部の集電体と一方の前記端子との間
   に絶縁性の有機樹脂を挟持し、該有機樹脂を熱融着させ
   ることにより、前記積層セルの側面部の集電体と一方の
   前記端子との間に絶縁層を形成することを特徴とする蓄
   電素子の製造方法。