JP2004152586A - 表面実装型電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】外装体内に配置した発電要素に熱が作用しても、導通不良を起こすことなく信頼性の高い表面実装型電池を提供する。
【解決手段】発電要素２に形成した正極用端面電極３及び負極用端面電極４を熱可塑性樹脂で形成し、前記正極用端面電極３及び負極用端面電極４を筐体３の正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２に電気的に接合させ、筐体９の開口部を蓋体１０で気密封止することにより表面実装型電池１を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】発電要素２に形成した正極用端面電極３及び負極用端面電極４を熱可塑性樹脂で形成し、前記正極用端面電極３及び負極用端面電極４を筐体３の正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２に電気的に接合させ、筐体９の開口部を蓋体１０で気密封止することにより表面実装型電池１を提供する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型で熱に対する信頼性の高い表面実装型電池に関するものである。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
近年の電子機器分野における部品の小型化は著しく、また同時に表面実装構造化の進展は著しい。多くのデバイスが表面実装技術に適する形状に変わりつつあり、例えば、携帯型小型電子機器のメモリバックアップ用として用いられる電池においても表面実装技術に適する形状や構造を有するものが要求されている。コイン型と称される電池は小型・薄型で、その代表例である。
【０００３】
しかしながら、このような小型・薄型の電池においては外装体上面を正極用の電極取出し部、外装体下面を負極用の電極取出し部とした構造であることから、回路基板にハンダ付けするには別途端子が必要となり、部品点数が多くなるために、コストアップにもつながるといった課題があった。
【０００４】
さらに、コイン型電池は、円盤形状であるため、回路基板に実装した場合にデッドスペースが生じ、実装密度を低下させるといった課題があった。
【０００５】
そこで、特許文献１には、小型で端子等を使うことなく、直接回路基板へ実装することが可能な電池として、正極、負極及びこれらの間の電解質または電解質を含むセパレータの積層体からなる積層型電池の側面、取付面の少なくともいずれか一方に外部接続用の端面電極を一体に形成し、一方、基板上に前記積層型電池の外部接続用端子に接続させる導体膜を形成し、該基板上の導体膜に前記端面電極を導電性固着材により固着して積層型電池を基板に実装する積層型電池の実装構造が提案されている。
【０００６】
さらに、ケースあるいはラミネートからなる外装体で電池の端面電極以外の外面を覆い、これにより内部構成部材の保護や、電解質として液状のものを用いた場合に、電解質の蒸発の防止を図ったり、端面電極の外面への露出部を取付面側にして前記導電性固着剤により接続する方法が提案されている。
【０００７】
また、端面電極は、メッキ、焼き付け、または蒸着、スパッタリング等の薄膜成型法等により形成されている。
【０００８】
この積層型電池及び実装方法によれば、種々の基板に互換性を有してチップ状の電子部品と同様に積層型電池を搭載することが可能になるといった利点があった。
【０００９】
しかしながら、薄膜成型法等により形成された端面電極は、可とう性に乏しく、ハンダ付けやハンダリフロー法により表面実装を行うと、積層型電池に熱が加わり、積層型電池を構成する電極及び電解質等と端面電極の熱膨張係数の相違によって、端面電極が剥離し易くなり導通不良が発生するなどの課題があった。
【００１０】
特に、小型化になると積層型電池に熱が伝導し易くなり、端面電極の剥離が顕著になるといった課題がある。
【００１１】
係る課題は、発振部品やフィルターと称される表面実装型電子部品においても同様であるが、積層型電池は、集電体などの金属、電極などの無機物、及び電解質などの有機物から構成されており、各部材による熱膨張係数の相違が顕著である。このため、熱の作用による各部材の熱膨張及び収縮により接合部が剥離し易く、発信部品やフィルターなどの表面実装型電子部品と比較しても顕著に信頼性が低下するといった課題があった。
【００１２】
さらに、特許文献１に記載の積層型電池は、端面電極が外部に露出しているため、外装体としての強度が低く、例えば、２００℃以上の高温下で行われるハンダリフロー法などでは、内圧の上昇に耐えきれずに端面電極の部分から気密性が損なわれるという課題があった。
【００１３】
また、電解質に液状のものまたは、ポリマーのように可とう性を有するものを用いていると、発電素子自体の剛性が低いために端面電極と外装体を接合することが困難であり、強固な接合強度を得ることが出来ず、気密性が損なわれるといった課題があった。
【００１４】
本発明は、上述の課題に鑑みて突出されたものであり、その目的は、ハンダリフロー法などで加熱されても端面電極の剥離が発生せず、導通不良などが起こらない信頼性の高い表面実装型電池を提供しようとすることである。
【００１５】
さらに、本発明の他の目的は、気密性の高い外装体を有し、高い気密性、信頼性を有する表面実装型電池を提供しようとすることである。
【００１６】
【特許文献１】
特開平６−２７５２４８号公報（第１頁 第２〜９行、第３頁 第３６〜３９行、第３頁 第４７〜第４頁 第３行）
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述した熱の作用に対する高い信頼性、及び高い気密性を有する表面実装型電池の課題を考慮し、鋭意研究を重ねた結果本発明に至った。
【００１８】
すなわち、正極板、電解質層及び負極板を順次積層してなる直方体ブロックの異なる端面に、正極用端面電極及び負極用端面電極を設けるとともに、該正極用端面電極及び負極用端面電極に正極板及び負極板を接続した発電素子と、開口部を有する筐体の底板上面側に正極用電極パッド、負極用電極パッドを形成するとともに、前記筐体の開口部を封止して成る外装体とを有し、前記発電素子をその正負極用端面電極が前記正負極用電極パッドと接合するように収容するとともに、前記正負極用電極パッドが前記底板上面側から互いに筐体の底板下面側に延出してなる表面実装型電池であって、前記正負極用端面電極は導電剤を含む熱可塑性樹脂で形成されていることとした。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の表面実装型電池の例を示す断面図である。
本発明の表面実装型電池１は、発電素子２と外装体８からなり、発電素子２は、その正極用端面電極３と負極用端面電極４と、外装体８の筐体９の底板上面側に形成した、正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２とを接合して収容し、筐体９の開口部を蓋体１０で封止してなる。
【００２０】
発電素子２は、正極板５、電解質層７及び、負極板６を順次積層してなる直方体ブロック１６の異なる端面に形成した正極用端面電極３及び負極用端面電極４に正極板５及び負極板６から互いに異なる端面に延ばした延出部１５に接続して形成してなる。
【００２１】
正極板５及び負極板６は、活物質粒子を結着剤で固めた板状のもの、あるいは活物質からなる板状の焼結体を用いることができる。
【００２２】
また、図４（ａ）に示すように正極板５及び負極板６は、電子の移動をスムーズに行わせ、活物質を有効に活用するために、集電体１６，１７を設けることが好ましく、例えば、導電性接着剤を介して貼り合わせるようにすれば良い。さらに、図４（ｂ）に示すように、集電体１６，１７の両面に電極板５，６を形成することより性能をさらに向上させることができる。
【００２３】
この場合、正極用板７及び負極用板８を熱可塑性樹脂と導電剤からなる導電性接着層１９を介して正極用集電体１７及び負極用集電体１８に接合されてなる。また、集電体１７，１８を用いる場合、集電体１７，１８の両面に電極板を形成することより性能をさらに向上させることができる。
【００２４】
これら、正極板５及び負極板６に使用する活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、炭素材料、チタン酸リチウム、酸化モリブデン等を、また、負極板６には、リチウムアルミ合金を用いることができる。
【００２５】
正極板５及び負極板６の活物質の選択は、相対的なものであって、それぞれの活物質の充放電電位を比較し、より貴な電位を示すものを正極板５、より卑な電位を示すものを負極板６とすれば良く、これらの組み合わせにより任意の電位を得ることができる。
【００２６】
電解質層７は、有機電解液、ゲル状電解液、高分子固体電解質、無機固体電解質などを用いることができる。
【００２７】
ここで、有機電解液を用いる場合、不織布や微多孔膜などのセパレータに予め含浸して用いればよい。また、ゲル電解質は、モノマー状の高分子固体電解質と有機溶媒を混合し、加熱または紫外線照射等によりモノマー状の高分子固体電解質を硬化させたものを用いることができる。
【００２８】
正極用端面電極３と負極用端面電極４は、熱可塑性樹脂中に導電材を含有したものが用いられる。このように、導電性樹脂材として熱可塑性を有するものを用いるのは、熱可塑性樹脂は熱が加わると変形し易いため、表面実装型電池１をハンダ付け、もしくは、ハンダリフロー法により回路基板に実装する際、その熱が正極用端子電極１３及び負極用端子電極１４から延出部１５、及び正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２を介して発電素子２に作用したとしても、正極用端面電極３と負極用端面電極４は発電素子２の熱膨張を吸収することができるため、熱応力が発電素子２の接合部にかからず剥離等を生じることなく強固に密着でき、これにより、導通不良の発生を防止することができる。さらには、リフロー法のような過酷な条件でも耐え得る、極めて優れた耐熱構造を持った集電構造とすることができる。
【００２９】
ここで、導電材としては、金属、導電性酸化物、導電性樹脂など抵抗値が低いものを用いることができる。
【００３０】
特に、カーボン、グラファイト（４０〜７０μΩ・ｃｍ）、酸化亜鉛（１０１１〜１０１６μΩ・ｃｍ）、酸化錫（１０８μΩ・ｃｍ）、アンチモンをドープした酸化錫（１×１０６〜５×１０６μΩ・ｃｍ）、酸化インジウム（１０２〜１０１１μΩ・ｃｍ）、炭化チタン（１８０μΩ・ｃｍ）などの導電材は、充放電を繰り返してもイオン化せず、電解質層７へ溶出してリチウムイオンの出入りを阻害するようなことがないため、充放電の繰り返しによる放電容量の低下を防止し、表面実装型電池１の寿命を向上させることができる。さらに、カーボン、グラファイトは抵抗値が小さいため、表面実装型電池１の内部抵抗を小さくすることができより好ましい。
【００３１】
また、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、及びそれらの液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系樹脂、ポリケトンスルフィド（ＰＫＳ）系樹脂、フッソ樹脂（ＰＦＡ）等のエンジニアプラスチック、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＯ）系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂のうち少なくとも一種を挙げることができる。
【００３２】
特に、熱伝導率が小さい材料としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＯ）系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂を用いるのが好ましい。これにより、ハンダ等により正極用端子電極１３及び負極用端子電極１４から熱が正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２に伝わりにくくなり、発電素子２に熱応力が生じなくなるため好ましい。
【００３３】
また、正極用端子電極１３及び負極用端子電極１４から熱が正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２に伝わりにくくするために正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２の材質をポリフェニレンスルフィド（ＰＰＯ）系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂としても構わない。
【００３４】
発電素子２は、正極用端面電極３と負極用端面電極４を熱可塑性樹脂中に導電材を含有したものを介して、筐体９の底板上面側に形成した正極用電極パッド１１と負極用電極パッド１２に接合され配置される。
【００３５】
熱可塑性樹脂に導電材を含有したものは、正極用端面電極３と負極用端面電極４に用いたものと同じ材質のものを用いると、より強固な接合強度が得られ好ましい。
【００３６】
また、外装体８は、筐体９の開口部にエポキシ樹脂などを介して蓋体１０を接合し気密封止してなる。
【００３７】
筐体９は、開口部を有する直方体であり、筐体９の底板上面側には、正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２が形成されている。さらに、底板下面側には、正極用端子電極１３と負極用端子電極１４が形成されており、これらは、延出部１５を介して、正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２に接合されている。
【００３８】
筐体９に用いる材料としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フェニレンエーテル樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ムライト、窒化珪素、ガラス−セラミックス等の絶縁性セラミックスを用いることができる。
【００３９】
特に、絶縁性セラミックスは、気密性、耐熱性、耐湿性の点で優れ、発電素子２が外気に曝されるのを効果的に防止することができ、信頼性の高い表面実装型電池１を提供することができる。さらに、絶縁性であると、発電素子２の正極用端面電極３と負極用端面電極４を筐体９の底板上面側に形成した正極用電極パッド１１と負極用電極パッド１２に直接接合しても短絡することがなく、筐体９の内面を絶縁処理するなどの処理を必要としない。
【００４０】
また、セラミックスは、接着剤との濡れ性が比較的良く、また、セラミックスの表面には微少な気孔が多数存在するため、この気孔に接着剤が入り込むことによるアンカー効果によって筐体９と接着剤層との接合力を高めることができ、より高い気密性を得ることができる。
【００４１】
蓋体１０は、板状であり、筐体９の主面とほぼ同じ面積を有する。蓋体１０の材質としては、ＳＵＳ、アルミニウムなどの金属板、あるいは、絶縁性セラミックスを用いることができる。
【００４２】
正極用端子電極１３と負極用端子電極１４、正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２、及び延出部１５は、表面が金メッキされたものを用いると鉛入りハンダ、鉛なしハンダともに濡れ性がよく、また端子表面の酸化劣化等もなく好適である。
【００４３】
このように、本発明の表面実装型電池１は、正極用端面電極３及び負極用端面電極４に熱可塑性樹脂中に導電材を含有したものを用いることにより、表面実装型電池１をハンダ付け、もしくは、ハンダリフロー法により回路基板に実装する際、その熱が正極用端子電極１３及び負極用端子電極１４から延出部１５、及び正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２を介して表面実装型電池１に作用したとしても、正極用端面電極３と負極用端面電極４の熱可塑性樹脂は熱により軟化し、発電素子２の熱膨張を吸収することができるため、剥離等を生じることなく強固に密着させ、導通不良の発生を防止することができる。さらには、リフロー法のような過酷な条件でも耐え得る、極めて優れた耐熱構造を持った集電構造とすることができ、熱の作用に対して高い信頼性を得ることができる。
【００４４】
また、筐体１０の底板下面側に正極用端子電極１３及び負極用端子電極１４を形成することで回路基板上に直接実装することを可能とすることができる。
【００４５】
さらに、絶縁性セラミックスなどを外装体２に用いるため、気密性、耐熱性、耐湿性に優れ、発電素子２を外気に曝されるのを完全に防止できるため高い信頼性を得ることができる。
【００４６】
次に、表面実装型電池１の製法について具体例を挙げて説明する。
【００４７】
発電素子２を構成する正極板５及び負極板６として活物質粒子を結着剤で固めたものを用いる場合、金属箔板上に、活物質、導電剤、結着剤を混練したスラリーを塗布した後、乾燥硬化させることにより製作することができる。
【００４８】
正極板５及び負極板６として活物質の焼結体を用いる場合、次の（１）〜（３）のいずれかの方法により制作したものも用いることができる。
（１）成形助剤を溶解させた水又は溶剤に活物質を分散させ、必要に応じては、可塑剤、分散剤を混合してスラリーを調整し、このスラリーを基材フィルム上に塗布、乾燥させた後、基材フィルムから成形体を剥離して焼成する。
（２）活物質を直接もしくは造粒したものを金型投入してプレス機で加圧成形した成形体を焼成する。
（３）造粒した活物質をロールプレス機で加圧成形してシート状に成形したものを焼成する。
【００４９】
ただし、（２）及び（３）の造粒については、（１）の方法で述べたスラリーから造粒する湿式造粒であっても溶剤を用いない乾式造粒であっても良く、また、（２）の方法では必ずしも成形助剤を用いる必要はない。
【００５０】
次に、正極用焼結体の電解質層７との接触面と反対側の表面に熱可塑性樹脂と導電剤からなる導電性接着剤層１８を配して正極用集電体１７を熱圧着し長尺の正極板５を作製するとともに、負極用焼結体の電解質層７との接触面と反対側の表面に熱可塑性樹脂と導電剤からなる導電性接着剤層１８を配して負極用集電体１８を熱圧着し長尺の負極板６を作製する。
【００５１】
図２に示すような発電素子２を形成するには、図５（ａ）（ｂ）に示すように、負極板６を所定の間隔に隔てて併設した後、これらを覆うように電解質層７を積層し、さらに電解質層７上に負極板６と直交するように正極板５を所定の間隔を隔てて併設した後、これらを覆うようにさらに電解質層７を積層する。そして、この作業を繰り返すことで負極板６、電解質層７、正極板５、電解質層７の順で複数層積み重ねた井形上の積層体１９を作製する。
【００５２】
次いで、図５（ｂ）の点線Ｐで示す正極板５と負極板６が交差していない箇所を切断することにより、図３に示すような平面形状が長方形をした正極板５と負極板６とが交差するように配置され、正極板５と負極板６との間に電解質層７を備えた直方体ブロック１６を切り出す。
【００５３】
しかる後、切り出した直方体ブロック１６のうち、正極板５が露出する直方体ブロック１６の端側面に導電性樹脂層を被着して正極用端面電極３を形成するとともに、負極用板８が露出する直方体ブロック１６の側面に導電性樹脂層を被着して負極用端面電極４を形成することにより発電素子２を形成する。
【００５４】
この際、発電素子２に正極用端面電極３と負極用端面電極４を形成する方法としては、直接ディスペンサーを用いて導電性塗料を塗布する方法や、剥離処理を施した基材フィルム上に一定幅の導電性塗料を予め塗布しておき、直方体ブロック１６の側面へ転写する方法、導通してはならない部位をマスキングして導電性塗料槽へディッピングする方法、パッド印刷方法等を採用することができる。
【００５５】
次に、筐体９の正極用電極パッド１１、負極用電極パッド１２上に導電性接着剤をディスペンサーなどで所定量塗布し、発電素子２を配置して正極用端面電極３、負極用端面電極４と正極用電極パッド１１、負極用電極パッド１２を電気的に接続する。
【００５６】
しかる後、筐体９上に封止用エポキシ樹脂を介して蓋体１０を接合し、発電素子２を外装体８内に気密封止することにより表面実装型電池１を得ることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であることは言うまでもない。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、正極板、電解質層及び負極板を順次積層してなる直方体ブロックの異なる端面に、正極用端面電極及び負極用端面電極を設けるとともに、該正極用端面電極及び負極用端面電極に正極板及び負極板を接続した発電素子と、開口部を有する筐体の底板上面側に正極用電極パッド、負極用電極パッドを形成するとともに、前記筐体の開口部を封止して成る外装体とを有し、前記発電素子をその正負極用端面電極が前記正負極用電極パッドと接合するように収容するとともに、前記正負極用電極パッドが前記底板上面側から互いに筐体の底板下面側に延出してなる表面実装型電池であって、前記正負極用端面電極は導電剤を含む熱可塑性樹脂で形成されていることから、表面実装型電池をハンダ付け、もしくは、ハンダリフロー法により回路基板に実装する際、その熱が正極用端子電極及び負極用端子電極から延出部、及び正極用電極パッド及び負極用電極パッドを介して表面実装型電池に作用したとしても、正極用端面電極と負極用端面電極は発電素子の熱膨張を吸収することができるため、剥離等を生じることなく強固に密着させ、導通不良の発生を防止することができとともに、リフロー法のような過酷な条件でも耐え得る、極めて優れた耐熱構造を持った集電構造とすることができ、熱の作用に対して高い信頼性を得ることができる。
【００５９】
また、筐体の底板下面側に正極用端子電極及び負極用端子電極を形成することで回路基板上に直接実装することを可能とすることができる。
【００６０】
さらに、絶縁性セラミックスなどを外装体に用いるため、気密性、耐熱性、耐湿性に優れ、発電素子を外気に曝されるのを完全に防止できるため高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面実装型電池の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の表面実装型電池における発電素子の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の表面実装型電池における直方体ブロックの一例を示す斜視図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の表面実装型電池における電極板の一例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は図３の直方体ブロックを形成する方法を説明するための断面図、（ｂ）は図３の直方体ブロックを形成する方法を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１・・・表面実装型電池
２・・・発電素子
３・・・正極用端面電極
４・・・負極用端面電極
５・・・正極板
６・・・負極板
７・・・電解質層
８・・・外装体
９・・・筐体
１０・・・蓋体
１１・・・正極用電極パッド
１２・・・負極用電極パッド
１３・・・正極用端子電極
１４・・・負極用端子電極
１５・・・延出部
１６・・・直方体ブロック
１７・・・正極用集電体
１８・・・負極用集電体
１９・・・導電性接着層
２０・・・積層体
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型で熱に対する信頼性の高い表面実装型電池に関するものである。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
近年の電子機器分野における部品の小型化は著しく、また同時に表面実装構造化の進展は著しい。多くのデバイスが表面実装技術に適する形状に変わりつつあり、例えば、携帯型小型電子機器のメモリバックアップ用として用いられる電池においても表面実装技術に適する形状や構造を有するものが要求されている。コイン型と称される電池は小型・薄型で、その代表例である。
【０００３】
しかしながら、このような小型・薄型の電池においては外装体上面を正極用の電極取出し部、外装体下面を負極用の電極取出し部とした構造であることから、回路基板にハンダ付けするには別途端子が必要となり、部品点数が多くなるために、コストアップにもつながるといった課題があった。
【０００４】
さらに、コイン型電池は、円盤形状であるため、回路基板に実装した場合にデッドスペースが生じ、実装密度を低下させるといった課題があった。
【０００５】
そこで、特許文献１には、小型で端子等を使うことなく、直接回路基板へ実装することが可能な電池として、正極、負極及びこれらの間の電解質または電解質を含むセパレータの積層体からなる積層型電池の側面、取付面の少なくともいずれか一方に外部接続用の端面電極を一体に形成し、一方、基板上に前記積層型電池の外部接続用端子に接続させる導体膜を形成し、該基板上の導体膜に前記端面電極を導電性固着材により固着して積層型電池を基板に実装する積層型電池の実装構造が提案されている。
【０００６】
さらに、ケースあるいはラミネートからなる外装体で電池の端面電極以外の外面を覆い、これにより内部構成部材の保護や、電解質として液状のものを用いた場合に、電解質の蒸発の防止を図ったり、端面電極の外面への露出部を取付面側にして前記導電性固着剤により接続する方法が提案されている。
【０００７】
また、端面電極は、メッキ、焼き付け、または蒸着、スパッタリング等の薄膜成型法等により形成されている。
【０００８】
この積層型電池及び実装方法によれば、種々の基板に互換性を有してチップ状の電子部品と同様に積層型電池を搭載することが可能になるといった利点があった。
【０００９】
しかしながら、薄膜成型法等により形成された端面電極は、可とう性に乏しく、ハンダ付けやハンダリフロー法により表面実装を行うと、積層型電池に熱が加わり、積層型電池を構成する電極及び電解質等と端面電極の熱膨張係数の相違によって、端面電極が剥離し易くなり導通不良が発生するなどの課題があった。
【００１０】
特に、小型化になると積層型電池に熱が伝導し易くなり、端面電極の剥離が顕著になるといった課題がある。
【００１１】
係る課題は、発振部品やフィルターと称される表面実装型電子部品においても同様であるが、積層型電池は、集電体などの金属、電極などの無機物、及び電解質などの有機物から構成されており、各部材による熱膨張係数の相違が顕著である。このため、熱の作用による各部材の熱膨張及び収縮により接合部が剥離し易く、発信部品やフィルターなどの表面実装型電子部品と比較しても顕著に信頼性が低下するといった課題があった。
【００１２】
さらに、特許文献１に記載の積層型電池は、端面電極が外部に露出しているため、外装体としての強度が低く、例えば、２００℃以上の高温下で行われるハンダリフロー法などでは、内圧の上昇に耐えきれずに端面電極の部分から気密性が損なわれるという課題があった。
【００１３】
また、電解質に液状のものまたは、ポリマーのように可とう性を有するものを用いていると、発電素子自体の剛性が低いために端面電極と外装体を接合することが困難であり、強固な接合強度を得ることが出来ず、気密性が損なわれるといった課題があった。
【００１４】
本発明は、上述の課題に鑑みて突出されたものであり、その目的は、ハンダリフロー法などで加熱されても端面電極の剥離が発生せず、導通不良などが起こらない信頼性の高い表面実装型電池を提供しようとすることである。
【００１５】
さらに、本発明の他の目的は、気密性の高い外装体を有し、高い気密性、信頼性を有する表面実装型電池を提供しようとすることである。
【００１６】
【特許文献１】
特開平６−２７５２４８号公報（第１頁 第２〜９行、第３頁 第３６〜３９行、第３頁 第４７〜第４頁 第３行）
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述した熱の作用に対する高い信頼性、及び高い気密性を有する表面実装型電池の課題を考慮し、鋭意研究を重ねた結果本発明に至った。
【００１８】
すなわち、正極板、電解質層及び負極板を順次積層してなる直方体ブロックの異なる端面に、正極用端面電極及び負極用端面電極を設けるとともに、該正極用端面電極及び負極用端面電極に正極板及び負極板を接続した発電素子と、開口部を有する筐体の底板上面側に正極用電極パッド、負極用電極パッドを形成するとともに、前記筐体の開口部を封止して成る外装体とを有し、前記発電素子をその正負極用端面電極が前記正負極用電極パッドと接合するように収容するとともに、前記正負極用電極パッドが前記底板上面側から互いに筐体の底板下面側に延出してなる表面実装型電池であって、前記正負極用端面電極は導電剤を含む熱可塑性樹脂で形成されていることとした。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の表面実装型電池の例を示す断面図である。
本発明の表面実装型電池１は、発電素子２と外装体８からなり、発電素子２は、その正極用端面電極３と負極用端面電極４と、外装体８の筐体９の底板上面側に形成した、正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２とを接合して収容し、筐体９の開口部を蓋体１０で封止してなる。
【００２０】
発電素子２は、正極板５、電解質層７及び、負極板６を順次積層してなる直方体ブロック１６の異なる端面に形成した正極用端面電極３及び負極用端面電極４に正極板５及び負極板６から互いに異なる端面に延ばした延出部１５に接続して形成してなる。
【００２１】
正極板５及び負極板６は、活物質粒子を結着剤で固めた板状のもの、あるいは活物質からなる板状の焼結体を用いることができる。
【００２２】
また、図４（ａ）に示すように正極板５及び負極板６は、電子の移動をスムーズに行わせ、活物質を有効に活用するために、集電体１６，１７を設けることが好ましく、例えば、導電性接着剤を介して貼り合わせるようにすれば良い。さらに、図４（ｂ）に示すように、集電体１６，１７の両面に電極板５，６を形成することより性能をさらに向上させることができる。
【００２３】
この場合、正極用板７及び負極用板８を熱可塑性樹脂と導電剤からなる導電性接着層１９を介して正極用集電体１７及び負極用集電体１８に接合されてなる。また、集電体１７，１８を用いる場合、集電体１７，１８の両面に電極板を形成することより性能をさらに向上させることができる。
【００２４】
これら、正極板５及び負極板６に使用する活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、炭素材料、チタン酸リチウム、酸化モリブデン等を、また、負極板６には、リチウムアルミ合金を用いることができる。
【００２５】
正極板５及び負極板６の活物質の選択は、相対的なものであって、それぞれの活物質の充放電電位を比較し、より貴な電位を示すものを正極板５、より卑な電位を示すものを負極板６とすれば良く、これらの組み合わせにより任意の電位を得ることができる。
【００２６】
電解質層７は、有機電解液、ゲル状電解液、高分子固体電解質、無機固体電解質などを用いることができる。
【００２７】
ここで、有機電解液を用いる場合、不織布や微多孔膜などのセパレータに予め含浸して用いればよい。また、ゲル電解質は、モノマー状の高分子固体電解質と有機溶媒を混合し、加熱または紫外線照射等によりモノマー状の高分子固体電解質を硬化させたものを用いることができる。
【００２８】
正極用端面電極３と負極用端面電極４は、熱可塑性樹脂中に導電材を含有したものが用いられる。このように、導電性樹脂材として熱可塑性を有するものを用いるのは、熱可塑性樹脂は熱が加わると変形し易いため、表面実装型電池１をハンダ付け、もしくは、ハンダリフロー法により回路基板に実装する際、その熱が正極用端子電極１３及び負極用端子電極１４から延出部１５、及び正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２を介して発電素子２に作用したとしても、正極用端面電極３と負極用端面電極４は発電素子２の熱膨張を吸収することができるため、熱応力が発電素子２の接合部にかからず剥離等を生じることなく強固に密着でき、これにより、導通不良の発生を防止することができる。さらには、リフロー法のような過酷な条件でも耐え得る、極めて優れた耐熱構造を持った集電構造とすることができる。
【００２９】
ここで、導電材としては、金属、導電性酸化物、導電性樹脂など抵抗値が低いものを用いることができる。
【００３０】
特に、カーボン、グラファイト（４０〜７０μΩ・ｃｍ）、酸化亜鉛（１０１１〜１０１６μΩ・ｃｍ）、酸化錫（１０８μΩ・ｃｍ）、アンチモンをドープした酸化錫（１×１０６〜５×１０６μΩ・ｃｍ）、酸化インジウム（１０２〜１０１１μΩ・ｃｍ）、炭化チタン（１８０μΩ・ｃｍ）などの導電材は、充放電を繰り返してもイオン化せず、電解質層７へ溶出してリチウムイオンの出入りを阻害するようなことがないため、充放電の繰り返しによる放電容量の低下を防止し、表面実装型電池１の寿命を向上させることができる。さらに、カーボン、グラファイトは抵抗値が小さいため、表面実装型電池１の内部抵抗を小さくすることができより好ましい。
【００３１】
また、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、及びそれらの液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系樹脂、ポリケトンスルフィド（ＰＫＳ）系樹脂、フッソ樹脂（ＰＦＡ）等のエンジニアプラスチック、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＯ）系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂のうち少なくとも一種を挙げることができる。
【００３２】
特に、熱伝導率が小さい材料としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＯ）系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂を用いるのが好ましい。これにより、ハンダ等により正極用端子電極１３及び負極用端子電極１４から熱が正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２に伝わりにくくなり、発電素子２に熱応力が生じなくなるため好ましい。
【００３３】
また、正極用端子電極１３及び負極用端子電極１４から熱が正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２に伝わりにくくするために正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２の材質をポリフェニレンスルフィド（ＰＰＯ）系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂としても構わない。
【００３４】
発電素子２は、正極用端面電極３と負極用端面電極４を熱可塑性樹脂中に導電材を含有したものを介して、筐体９の底板上面側に形成した正極用電極パッド１１と負極用電極パッド１２に接合され配置される。
【００３５】
熱可塑性樹脂に導電材を含有したものは、正極用端面電極３と負極用端面電極４に用いたものと同じ材質のものを用いると、より強固な接合強度が得られ好ましい。
【００３６】
また、外装体８は、筐体９の開口部にエポキシ樹脂などを介して蓋体１０を接合し気密封止してなる。
【００３７】
筐体９は、開口部を有する直方体であり、筐体９の底板上面側には、正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２が形成されている。さらに、底板下面側には、正極用端子電極１３と負極用端子電極１４が形成されており、これらは、延出部１５を介して、正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２に接合されている。
【００３８】
筐体９に用いる材料としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フェニレンエーテル樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ムライト、窒化珪素、ガラス−セラミックス等の絶縁性セラミックスを用いることができる。
【００３９】
特に、絶縁性セラミックスは、気密性、耐熱性、耐湿性の点で優れ、発電素子２が外気に曝されるのを効果的に防止することができ、信頼性の高い表面実装型電池１を提供することができる。さらに、絶縁性であると、発電素子２の正極用端面電極３と負極用端面電極４を筐体９の底板上面側に形成した正極用電極パッド１１と負極用電極パッド１２に直接接合しても短絡することがなく、筐体９の内面を絶縁処理するなどの処理を必要としない。
【００４０】
また、セラミックスは、接着剤との濡れ性が比較的良く、また、セラミックスの表面には微少な気孔が多数存在するため、この気孔に接着剤が入り込むことによるアンカー効果によって筐体９と接着剤層との接合力を高めることができ、より高い気密性を得ることができる。
【００４１】
蓋体１０は、板状であり、筐体９の主面とほぼ同じ面積を有する。蓋体１０の材質としては、ＳＵＳ、アルミニウムなどの金属板、あるいは、絶縁性セラミックスを用いることができる。
【００４２】
正極用端子電極１３と負極用端子電極１４、正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２、及び延出部１５は、表面が金メッキされたものを用いると鉛入りハンダ、鉛なしハンダともに濡れ性がよく、また端子表面の酸化劣化等もなく好適である。
【００４３】
このように、本発明の表面実装型電池１は、正極用端面電極３及び負極用端面電極４に熱可塑性樹脂中に導電材を含有したものを用いることにより、表面実装型電池１をハンダ付け、もしくは、ハンダリフロー法により回路基板に実装する際、その熱が正極用端子電極１３及び負極用端子電極１４から延出部１５、及び正極用電極パッド１１及び負極用電極パッド１２を介して表面実装型電池１に作用したとしても、正極用端面電極３と負極用端面電極４の熱可塑性樹脂は熱により軟化し、発電素子２の熱膨張を吸収することができるため、剥離等を生じることなく強固に密着させ、導通不良の発生を防止することができる。さらには、リフロー法のような過酷な条件でも耐え得る、極めて優れた耐熱構造を持った集電構造とすることができ、熱の作用に対して高い信頼性を得ることができる。
【００４４】
また、筐体１０の底板下面側に正極用端子電極１３及び負極用端子電極１４を形成することで回路基板上に直接実装することを可能とすることができる。
【００４５】
さらに、絶縁性セラミックスなどを外装体２に用いるため、気密性、耐熱性、耐湿性に優れ、発電素子２を外気に曝されるのを完全に防止できるため高い信頼性を得ることができる。
【００４６】
次に、表面実装型電池１の製法について具体例を挙げて説明する。
【００４７】
発電素子２を構成する正極板５及び負極板６として活物質粒子を結着剤で固めたものを用いる場合、金属箔板上に、活物質、導電剤、結着剤を混練したスラリーを塗布した後、乾燥硬化させることにより製作することができる。
【００４８】
正極板５及び負極板６として活物質の焼結体を用いる場合、次の（１）〜（３）のいずれかの方法により制作したものも用いることができる。
（１）成形助剤を溶解させた水又は溶剤に活物質を分散させ、必要に応じては、可塑剤、分散剤を混合してスラリーを調整し、このスラリーを基材フィルム上に塗布、乾燥させた後、基材フィルムから成形体を剥離して焼成する。
（２）活物質を直接もしくは造粒したものを金型投入してプレス機で加圧成形した成形体を焼成する。
（３）造粒した活物質をロールプレス機で加圧成形してシート状に成形したものを焼成する。
【００４９】
ただし、（２）及び（３）の造粒については、（１）の方法で述べたスラリーから造粒する湿式造粒であっても溶剤を用いない乾式造粒であっても良く、また、（２）の方法では必ずしも成形助剤を用いる必要はない。
【００５０】
次に、正極用焼結体の電解質層７との接触面と反対側の表面に熱可塑性樹脂と導電剤からなる導電性接着剤層１８を配して正極用集電体１７を熱圧着し長尺の正極板５を作製するとともに、負極用焼結体の電解質層７との接触面と反対側の表面に熱可塑性樹脂と導電剤からなる導電性接着剤層１８を配して負極用集電体１８を熱圧着し長尺の負極板６を作製する。
【００５１】
図２に示すような発電素子２を形成するには、図５（ａ）（ｂ）に示すように、負極板６を所定の間隔に隔てて併設した後、これらを覆うように電解質層７を積層し、さらに電解質層７上に負極板６と直交するように正極板５を所定の間隔を隔てて併設した後、これらを覆うようにさらに電解質層７を積層する。そして、この作業を繰り返すことで負極板６、電解質層７、正極板５、電解質層７の順で複数層積み重ねた井形上の積層体１９を作製する。
【００５２】
次いで、図５（ｂ）の点線Ｐで示す正極板５と負極板６が交差していない箇所を切断することにより、図３に示すような平面形状が長方形をした正極板５と負極板６とが交差するように配置され、正極板５と負極板６との間に電解質層７を備えた直方体ブロック１６を切り出す。
【００５３】
しかる後、切り出した直方体ブロック１６のうち、正極板５が露出する直方体ブロック１６の端側面に導電性樹脂層を被着して正極用端面電極３を形成するとともに、負極用板８が露出する直方体ブロック１６の側面に導電性樹脂層を被着して負極用端面電極４を形成することにより発電素子２を形成する。
【００５４】
この際、発電素子２に正極用端面電極３と負極用端面電極４を形成する方法としては、直接ディスペンサーを用いて導電性塗料を塗布する方法や、剥離処理を施した基材フィルム上に一定幅の導電性塗料を予め塗布しておき、直方体ブロック１６の側面へ転写する方法、導通してはならない部位をマスキングして導電性塗料槽へディッピングする方法、パッド印刷方法等を採用することができる。
【００５５】
次に、筐体９の正極用電極パッド１１、負極用電極パッド１２上に導電性接着剤をディスペンサーなどで所定量塗布し、発電素子２を配置して正極用端面電極３、負極用端面電極４と正極用電極パッド１１、負極用電極パッド１２を電気的に接続する。
【００５６】
しかる後、筐体９上に封止用エポキシ樹脂を介して蓋体１０を接合し、発電素子２を外装体８内に気密封止することにより表面実装型電池１を得ることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であることは言うまでもない。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、正極板、電解質層及び負極板を順次積層してなる直方体ブロックの異なる端面に、正極用端面電極及び負極用端面電極を設けるとともに、該正極用端面電極及び負極用端面電極に正極板及び負極板を接続した発電素子と、開口部を有する筐体の底板上面側に正極用電極パッド、負極用電極パッドを形成するとともに、前記筐体の開口部を封止して成る外装体とを有し、前記発電素子をその正負極用端面電極が前記正負極用電極パッドと接合するように収容するとともに、前記正負極用電極パッドが前記底板上面側から互いに筐体の底板下面側に延出してなる表面実装型電池であって、前記正負極用端面電極は導電剤を含む熱可塑性樹脂で形成されていることから、表面実装型電池をハンダ付け、もしくは、ハンダリフロー法により回路基板に実装する際、その熱が正極用端子電極及び負極用端子電極から延出部、及び正極用電極パッド及び負極用電極パッドを介して表面実装型電池に作用したとしても、正極用端面電極と負極用端面電極は発電素子の熱膨張を吸収することができるため、剥離等を生じることなく強固に密着させ、導通不良の発生を防止することができとともに、リフロー法のような過酷な条件でも耐え得る、極めて優れた耐熱構造を持った集電構造とすることができ、熱の作用に対して高い信頼性を得ることができる。
【００５９】
また、筐体の底板下面側に正極用端子電極及び負極用端子電極を形成することで回路基板上に直接実装することを可能とすることができる。
【００６０】
さらに、絶縁性セラミックスなどを外装体に用いるため、気密性、耐熱性、耐湿性に優れ、発電素子を外気に曝されるのを完全に防止できるため高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面実装型電池の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の表面実装型電池における発電素子の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の表面実装型電池における直方体ブロックの一例を示す斜視図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の表面実装型電池における電極板の一例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は図３の直方体ブロックを形成する方法を説明するための断面図、（ｂ）は図３の直方体ブロックを形成する方法を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１・・・表面実装型電池
２・・・発電素子
３・・・正極用端面電極
４・・・負極用端面電極
５・・・正極板
６・・・負極板
７・・・電解質層
８・・・外装体
９・・・筐体
１０・・・蓋体
１１・・・正極用電極パッド
１２・・・負極用電極パッド
１３・・・正極用端子電極
１４・・・負極用端子電極
１５・・・延出部
１６・・・直方体ブロック
１７・・・正極用集電体
１８・・・負極用集電体
１９・・・導電性接着層
２０・・・積層体
Claims (1)
- 正極板、電解質層及び負極板を順次積層してなる直方体ブロックの異なる端面に、正極用端面電極及び負極用端面電極を設けるとともに、該正極用端面電極及び負極用端面電極に正極板及び負極板を接続した発電素子と、開口部を有する筐体の底板上面側に正極用電極パッド、負極用電極パッドを形成するとともに、前記筐体の開口部を封止して成る外装体とを有し、前記発電素子をその正負極用端面電極が前記正負極用電極パッドと接合するように収容するとともに、前記正負極用電極パッドが前記底板上面側から互いに筐体の底板下面側に延出してなる表面実装型電池であって、前記正負極用端面電極は導電剤を含む熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする表面実装型電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002315743A JP2004152586A (ja) | 2002-10-30 | 2002-10-30 | 表面実装型電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002315743A JP2004152586A (ja) | 2002-10-30 | 2002-10-30 | 表面実装型電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004152586A true JP2004152586A (ja) | 2004-05-27 |
Family
ID=32459652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002315743A Pending JP2004152586A (ja) | 2002-10-30 | 2002-10-30 | 表面実装型電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004152586A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110473845A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-19 | 捷捷半导体有限公司 | 一种三面贴装塑封元器件的结构及其制造方法 |
| WO2023140190A1 (ja) * | 2022-01-21 | 2023-07-27 | 京セラ株式会社 | 電池用パッケージおよび電池モジュール |
-
2002
- 2002-10-30 JP JP2002315743A patent/JP2004152586A/ja active Pending
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