JP2003317807A

JP2003317807A - 電気化学素子

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Publication number: JP2003317807A
Application number: JP2002125754A
Authority: JP
Inventors: Seiji Morita; 誠二森田; Satoru Naruse; 悟成瀬; Shoichi Inamine; 正一稲嶺; Masahiro Imanishi; 雅弘今西; Nobuhiro Nishiguchi; 信博西口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-07
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP4390426B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リフロー耐性を備え、さらに封止性の低下に
よる水分、酸素等の侵入による素子の劣化を抑えた電気
化学素子を提供することを目的とする。【解決手段】外装体の構成部材である、外部端子を兼
ねる第１外部端子と、外装体の構成部材である、外部端
子を兼ねる第２外部端子と、前記第１外部端子と前記第
２外部端子との間に収納された蓄電要素とを有し、前記
両外部端子の周縁端面同士が、２００℃以上の融点を有
する樹脂を主材とする前記絶縁封止部材を介して対向し
た構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性、封止性の
向上を目的とした電気化学素子の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化に伴い、電子機器のメ
モリバックアップ等の用途に用いられる電気化学素子
は、更なる小型化とともに、高温、多湿等の苛酷な環境
に対する耐性が求められている。さらに最近では、電気
化学素子には、基板に表面実装する際における、リフロ
ー耐性が要求されている。なお、リフロー耐性とは、ク
リーム半田が塗布された基板上に電子部品を乗せ、加熱
された炉内を通過させて基板上の半田を溶融させ、電子
部品を基板に表面実装させる際における熱耐性をいう。

【０００３】また、本明細書中で使用する「電気化学素
子」とは、電気二重層コンデンサ等の電荷蓄積を行う素
子や、薄型の非水電解質二次電池、ポリアセン電池等の
化学電池を意味している。ところで、従来、このような
電気化学素子は、図４に示すボタン型電池のように、樹
脂性の絶縁封止部材を外装金属とかしめることによって
生じる樹脂の圧縮応力により密封していた。このような
製造方法によると、外部からの力により変形させられた
樹脂が応力緩和（変形させた状態で時間が経過すること
により変形初期に発生した応力が緩和すること）を引き
起こし、封止性が低下する。これにより、酸素等のガス
成分や水分が素子内部に混入し、素子の性能が低下する
という問題があった。

【０００４】かしめ以外の封止法としては、ペーパー型
電池のように、アルミラミネート等を熱溶着等により封
止する方法がある。しかし、アルミラミネート材に通常
使用されている樹脂材料は、ポリエチレン、ポリプロピ
レン等であり、これらの樹脂はリフロー温度（約２００
℃以上）より融点が低いため、リフロー炉を通過させる
と樹脂層が融解してしまう。このため、リフロー工程に
おいて、液漏れ等が発生するという問題があった。

【０００５】樹脂の耐熱性向上の技術として、特開平７
−７８６０４号公報には、変性ポリエチレン樹脂に電子
線を照射する技術が開示されている。この技術による
と、耐熱性が向上し、さらに熱溶着における封止不良が
生じにくい。しかし、この技術による樹脂の耐熱性は１
５０℃程度であり、リフローによる表面実装には耐えら
れない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の事情に
鑑みなされたものであって、リフロー耐性を有し、さら
に封止部の密閉性に優れ、かつ封止部の経時劣化の生じ
にくい電気化学素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、外装体の構成部材である外部端子を兼ね
る第１外部端子と、外装体の構成部材である外部端子を
兼ねる第２外部端子と、前記第１外部端子と前記第２外
部端子との間に収納された蓄電要素と、前記第１外部端
子と前記第２外部端子とを絶縁するとともに封止する絶
縁封止部材とを有し、前記絶縁封止部材が２００℃以上
の融点を有する樹脂を主材とし、前記絶縁封止部材の周
縁端面同士が前記絶縁封止部材を介して対向した構造で
あることを特徴とする。

【０００８】上記構成によれば、絶縁封止部材が２００
℃以上の融点を有する樹脂を主材とするため、一般的に
リフローに使用する温度（約２００℃以上）において融
解しない。このため、リフロー時の液漏れを防止するこ
とができる。また、かしめにより封止していた従来型素
子と異なり、応力緩和に起因する封止不良が生じないの
で、封止部より水分、酸素等が素子内に侵入し、素子を
劣化させるという問題が生じにくい。さらに好ましく
は、２４０℃以上の融点を有する樹脂を使用する。この
構成によると、融点の高い半田を用いたリフロー工程に
おいても、液漏れ等の問題が発生しない。

【０００９】また、絶縁封止部材に使用する樹脂は、わ
ずかながらも水分、酸素等の透過性を有しており、その
透過量は絶縁封止部材の最薄部の厚みにより規制され
る。従って、絶縁封止部材の最薄部の厚みを、好ましく
は素子全体の厚みの１２．６６％以下、または２００μ
ｍ以下とする。この構成であると、絶縁性と封止性を確
保でき、かつ効率よく水分等の侵入による素子の劣化を
抑えることができる。より好ましくは、素子全体の厚み
の１２．６６％以下、または２００μｍ以下とした透過
量規制領域を、蓄電要素を包囲するように閉環状に形成
する構成とするのがよい。この構成であると、一層効果
的に水分等の侵入を防止することができる。ただし、絶
縁封止部材の最薄部の厚みが薄すぎると、外部端子同士
の絶縁性や封止性に問題が生じるので、このようなこと
がない範囲で樹脂厚みを設定するのがよい。

【００１０】また、少なくとも一方の外部端子がハット
状に形成されており、そのハット状外部端子のつばの部
分が他方の外部端子と絶縁封止部材を介して対向してい
る構造であることが好ましい。このような構造である
と、絶縁封止部材の厚みを厚くすることなく、蓄電要素
の収納空間を大きくすることができる。

【００１１】本発明で使用する融点が２００℃以上の樹
脂は特に限定されるものではなく、公知の種々の樹脂を
使用することができるが、中でも耐熱性の高いポリフェ
ニルサルファイト、ポリエーテルエーテルケトンが好適
に使用できる。

【００１２】また、絶縁封止部材を封止する方法として
は、熱溶着や接着剤等で接着する方法等が例示できる
が、外部から力を加えて樹脂を変形させることのない方
法によるのがよい。

【００１３】また、電気化学素子をリフローにより基板
に表面実装する際には、図５に示すように両電極端子に
タブ８を取り付け、そのタブ８と基板とを半田により溶
着する構造をとることもできる。

【００１４】なお、本明細書中で使用する「蓄電要素」
とは、対向した一対の電極を必須要素とし、必要に応じ
てセパレータや、電解質が含まれる。例えば化学電池の
場合、正極と負極とを必須要素とし、さらに電解質等を
有しており、電気二重層コンデンサの場合、一対の分極
性電極を必須要素とし、さらに電解質等を有する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、非水電解
質二次電池を例として、以下に詳細に説明する。なお、
本発明は、電気二重層コンデンサ等の電荷蓄積を行う素
子や、ポリアセン電池等の化学電池に応用可能であり、
下記実施の形態に限定されるものではないことは勿論の
ことである。

【００１６】図１は本発明の実施の形態に係る電気化学
素子である非水電解質二次電池の外観斜視図、図２は電
気化学素子である非水電解質二次電池の断面図である。

【００１７】図２に示すように、本発明の非水電解質二
次電池はアルミニウム−リチウム合金からなる負極活物
質を有する負極板（第１の電極板）３ａと、マンガン酸
リチウム（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）からなる正極活物質を有する
正極板（第２の電極板）３ｂと、両電極を離隔するセパ
レータ３ｃを構成要素とする蓄電要素を有している。前
記負極板３ａは集電網２を介して負極外部端子（第１外
部端子）１に、前記正極板３ｂは導電性塗膜５を介して
正極外部端子（第２外部端子）４に接続され、電池内部
で生じた化学エネルギーを電気エネルギーとして外部へ
取り出し得るようになっている。

【００１８】更に、両外部端子の間には、樹脂製の絶縁
封止部材６が配置され、熱溶着により両外装金属を封止
している。また、電池内部にはプロピレンカーボネート
（ＰＣ）と１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）とを混
合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂
を１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解した電解液３ｄ
が注入され、また、電池内部の短絡を防止するため絶縁
シート７がリング状に挿入されている。

【００１９】前記絶縁封止部材は融点が２００℃以上の
樹脂からなり、最薄部の厚みが素子全体の厚みの１２．
６６％以下、または２００μｍ以下である。

【００２０】なお、本発明に係る絶縁封止部材には、熱
安定剤、光安定剤、滑剤、可塑剤、無機充填剤、消臭
剤、着色剤、顔料、帯電防止剤等の添加剤が含まれるこ
とがあり、遮光、隠蔽、耐熱性を付与するための無機フ
ィラーが含まれていてもよい。また、複数種の樹脂成分
が混合されたものであってもよい。

【００２１】なお、電気二重層コンデンサの場合、第１
の電極板、第２の電極板をそれぞれ一対の分極性電極板
と読み替えればよい。

【００２２】上記非水電解質二次電池は、公知の材料、
方法を用いて作製することができる。具体的には、正極
材料としてはコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウ
ム、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複合
酸化物、負極材料としては黒鉛、コークス等の炭素質
物、リチウム合金、金属酸化物等、非水溶媒としてはエ
チレンカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボ
ネート類、γ−ブチロラクトン等のエステル類、１，２
−ジメトキシエタン等のエーテル類等、電解質塩として
はＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＰＦ₆等をそれぞれ単独
で、あるいは二種以上混合して用いることができる。ポ
リアセン電池、電気二重層コンデンサ等も公知の材料、
公知の方法により作成することができる。しかしなが
ら、２００℃より低い温度で揮発する溶媒を過剰に用い
ると、リフローにより溶媒が揮発し、電池がふくれてし
まう原因となるので、好ましくない。

【００２３】（実施例１）実施例にかかる非水電解質二
次電池を、次のようにして作製した。

【００２４】図１に示すように、ハット状に形成された
ステンレスからなる負極端子１に、ステンレスからなる
集電網２をスポット溶着した。これにアルミニウム板を
圧着した後リチウム板を張り合わせ、負極板３ａを作製
した。アルミニウムとリチウムとの積層板は、後に電気
化学的手法により合金化する。

【００２５】正極端子の一側面に導電性の塗料を塗布し
たものを準備し、スピネル型マンガン酸リチウム（Ｌｉ
Ｍｎ₂Ｏ₄）からなる正極活物質を、公知の方法でペレッ
ト状に成型し、正極板３ｂを作製した。

【００２６】次に、ポリフェニルサルファイト製の不織
布からなるセパレータ３ｃと、ポリフェニルサルファイ
トからなるリング状の絶縁シート７を準備した。

【００２７】プロピレンカーボネート（ＰＣ）と、１，
２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）とを混合した混合溶媒
に、電解質塩としてＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂を１Ｍ（モ
ル／リットル）になるよう溶解させ、電解液３ｄを作製
した。

【００２８】図２に示すように負極端子１、負極板３
ａ、セパレータ３ｃ、正極板３ｂ、正極端子４、絶縁シ
ート７を配置し、電解液３ｄを注液し、ハット状負極端
子のつばの部分（幅２．０ｍｍ）に、厚みが２０μｍで
あるポリフェニルサルファイトからなる絶縁封止部材
（融点：約２８０℃）を介して正極端子の導電性塗膜側
と、負極端子とを張り合わせ、ポリフェニルサルファイ
トの融点まで加熱し、圧力をかけながら熱溶着すること
により封止し、実施例１に係る本発明電池Ａ１を作製し
た。なお、この電池厚みは１．４０ｍｍであった。

【００２９】（実施例２）絶縁封止部材の厚みを１００
μｍとし、正極板の厚みを０．０８ｍｍ厚くしたこと以
外は上記実施例１と同様にして、実施例２に係る本発明
電池Ａ２を作製した。この電池の厚みは１．４８ｍｍで
あった。

【００３０】（実施例３）絶縁封止部材の厚みを２００
μｍとし、正極板の厚みを０．１８ｍｍ厚くしたこと以
外は上記実施例１と同様にして、実施例３に係る本発明
電池Ａ３を作製した。この電池の厚みは１．５８ｍｍで
あった。

【００３１】（実施例４）絶縁封止部材として、ポリエ
ーテルエーテルケトン（融点：約３４０℃）の両面にエ
ポキシ系接着剤を塗布し、加圧しながら１８０℃で熱溶
着したこと以外は、上記実施例１と同様にして、実施例
４に係る本発明電池Ａ４を作製した。この電池の厚みは
１．４０ｍｍであった。

【００３２】（実施例５）図３に示すように、正極外部
端子の絶縁封止部材と接する部分に、高さ５０μｍの凸
部９を円周状に設け、絶縁封止部材の厚みを最厚部で２
５０μｍ、最薄部で２００μｍとなるようにし、正極板
の厚みを０．２３ｍｍ厚くしたこと以外は上記実施例１
と同様にして、実施例５に係る本発明電池Ａ５を作製し
た。この電池の厚みは１．６３ｍｍであった。

【００３３】（比較例１）絶縁封止部材の厚みを２５０
μｍとし、正極板の厚みを０．２３ｍｍ厚くしたこと以
外は上記実施例１と同様にして、比較例３に係る比較電
池Ｘ１を作製した。この電池の厚みは１．６３ｍｍであ
った。

【００３４】（比較例２）図４に示すように、絶縁封止
部材にポリフェニルサルファイトを用い、正極、負極等
の材料は上記実施例１と同じものを用い、公知の手法で
かしめ封口し、比較例２に係る比較電池Ｘ２を作製し
た。この封止部材の厚みは２０μｍであり、この電池の
厚みは１．４０ｍｍであった。

【００３５】（保存特性試験）実施例１〜５、及び比較
例１、２の電池を最高到達温度２４０℃のリフロー炉内
を通過させた後、１ｋＨｚの交流内部抵抗値を測定し
た。その後、８０℃９０％の加湿保存槽に投入し、30日
後に取り出し、再度、内部抵抗値を測定した。その結果
を下記表１に示す。なお、リフローにより液漏れ等が発
生し、使用不能となった電池はなかった。

【００３６】

【００３７】

【表１】

【００３８】表１のＡ１とＸ２の比較から、従来のかし
め封口の電池より、本発明による電池の方が、はるかに
保存特性が優れていることがわかる。このことは、かし
め封口をすると時間の経過により樹脂が応力緩和を起こ
してしまうため、封止性が低下し、水分、酸素等が侵入
したため、電池特性が劣化したと考えられる。

【００３９】また、表１のＡ１〜Ａ３、Ｘ１の比較か
ら、絶縁封止部材の厚みが厚いほど電池の保存特性が劣
化する傾向が認められる。これは、絶縁封止部材の厚み
が厚いほど樹脂内部を透過する水分、酸素等が増加する
ため、電池内部の活物質や電解液が劣化するためと考え
られる。

【００４０】また、表１のＡ３、Ａ５、Ｘ１の比較か
ら、水分等が電池内に侵入する量は、絶縁封止部材内を
透過する際に通過する絶縁封止部材の透過量規制領域に
よりコントロールされる傾向が認められる。ここで、電
池全体の厚みの１２．６６％以下、または２００μｍ以
下とした透過量規制領域を、蓄電要素を包囲するように
閉環状に形成する構成であると、効果的に水分等の侵入
を防止することができるため、好ましい。

【００４１】さらに、表１のＡ１、Ａ４の比較から、ポ
リフェニルサルファイトを使用した電池の方が、ポリエ
ーテルエーテルケトンにエポキシ樹脂を塗布した電池よ
り保存特性が優れていることがわかる。このことについ
ては断言できないが、ポリフェニレンサルファイトに対
しポリエーテルエーテルケトンのほうが水分を良く通す
（吸水率が高い）ことと、エポキシ系接着剤も若干、水
分を通していることによると思われる。

【００４２】尚、上記実施例では融点が２００℃以上の
樹脂として、ポリフェニルサルファイト、ポリエーテル
エーテルケトンを用いたが、これらに限定されるもので
はなく、融点が２００℃以上である公知の樹脂を用いる
ことができる。

【００４３】尚、上記実施例ではコイン型の素子を作製
したが、この形状に限定されるものではなく、ペーパー
型等の偏平型素子を作製することもできる。

【００４４】尚、上記実施例では、電気化学素子として
非水電解質二次電池を用いた例を挙げて説明したが、ポ
リアセン電池等の薄型電池や、電気二重層コンデンサ等
の電荷を蓄積する素子にも応用することができる。この
ような素子の材料としては特に限定することはなく、公
知の材料を用いて素子を作製することができる。

【００４５】

【発明の効果】上記の結果から明らかなように、第１外
部端子と、第２外部端子と、前記第１外部端子と前記第
２外部端子との間に収納された蓄電要素とを有し、両外
部端子の周縁端面同士が、２００℃以上の融点を有する
樹脂を主材とする絶縁封止部材を介して対向した構造で
ある本発明素子では、リフロー耐性を有し、さらに保存
特性が良好であるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電気化学素子の外観斜視図。

【図２】本発明に係る電気化学素子の断面図。

【図３】実施例５に係る電気化学素子の断面図。

【図４】かしめ封口による電気化学素子の断面図。

【図５】本発明の素子を基板上に表面実装するためのタ
ブを取り付けた素子の外観斜視図。

【符号の説明】

１：第１外部端子２：集電網３：蓄電要素３ａ：第１の電極板３ｂ：第２の電極板３ｃ：セパレータ３ｄ：電解液４：第２外部端子５：導電性塗膜６：絶縁封止部材７：絶縁シート８：タブ９：凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 2/30 Ｈ０１Ｇ 9/00 ３０１Ｅ (72)発明者稲嶺正一大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者今西雅弘大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者西口信博大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA02 AA10 BB03 CC06 DD03 DD14 GG08 GG09 HH02 JJ25 JJ27 KK01 KK04 5H022 AA09 BB12 BB19 CC01 EE03 5H029 AJ11 AJ15 AK03 AL02 AL06 AL07 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ03 CJ02 CJ03 CJ05 DJ02 DJ03 DJ05 EJ01 EJ12 HJ04 HJ14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外装体の構成部材である、外部端子を兼
ねる第１外部端子と、外装体の構成部材である、外部端子を兼ねる第２外部端
子と、前記第１外部端子と前記第２外部端子との間に収納され
た蓄電要素と、前記第１外部端子と前記第２外部端子とを絶縁するとと
もに封止する絶縁封止部材と、を有し、前記絶縁封止部材が、２００℃以上の融点を有する樹脂
を主材とし、前記両外部端子の周縁端面同士が、前記絶縁封止部材を
介して対向した構造である、ことを特徴とする電気化学素子。
【請求項２】請求項１記載の電気化学素子において、前記絶縁封止部材の最薄部の厚みが、素子全体の厚みの
１２．６６％以下である、ことを特徴とする電気化学素子。
【請求項３】請求項１記載の電気化学素子において、前記絶縁封止部材の最薄部の厚みが２００μｍ以下であ
る、ことを特徴とする電気化学素子。
【請求項４】請求項１記載の電気化学素子において、少なくとも一方の外部端子がハット状に形成されてお
り、そのハット状外部端子のつばの部分が他方の外部端
子と絶縁封止部材を介して対向している、ことを特徴とする電気化学素子。