JP2005123154A - 電池用ケースおよび電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 電池に隙間が生じて電解液が漏れ出すことがないとともに、外部電気回路基板への接続を容易にすることによって量産性に優れた電池用ケースおよび電池を提供すること。
【解決手段】 電池用ケースＢは、上面の中央部に直方体状の凹部１ａが形成され、この凹部１ａの内側面と底面との間に段差１ｃ−Ａが形成されており、下面に第一の導体層Ｄおよび第二の導体層Ｃが互いに独立して設けられたセラミック基体１と、段差１ｃ−Ａの上面に形成された第一のメタライズ層１ｃ−Ｂと、凹部１ａの底面に形成された第二のメタライズ層１ｂと、第一のメタライズ層１ｃ−Ｂから第一の導体層Ｄにかけて、および第二のメタライズ層１ｂから第二の導体層Ｃにかけてそれぞれ形成された内部導体３とを具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、充電式電池等に使用される電池用ケースおよび電池に関し、より詳しくは携帯電話などの小型電子機器に用いられる薄型の電池用ケースおよび電池に関する。

近年、携帯電話や携帯型コンピュータ、カメラ一体型ビデオテープレコーダー等に代表される携帯機器は、その目覚ましい発達に伴ない、より一層の小型化、軽量化が求められる傾向にある。そして、これらの携帯機器の電源としての電池の需要も増加の一途をたどるとともに、電池のエネルギー密度を高めることによる小型軽量化の研究も活発に行われている。特に、リチウム電池は、原子量が小さくかつイオン化エネルギーが大きなリチウムを用いる電池であることから、高エネルギー密度を得ることができて小型軽量化が図れ、さらに再充電が可能な電池とできることより盛んに研究され、現在にいたっては携帯機器の電源をはじめとする広範囲な用途に用いられるようになってきた。

また、電池には、大きく分けて円筒型と角型があり、その構造は正極と負極とを絶縁シートから成るセパレータを介して金属製の電槽缶内に収容し、そこに電解液が注入されて封口された構造とされている。

リチウム電池の正極には、例えば金属酸化物を正極活物質としてこれに導電材を添加したものが一般的に使用される。この正極活物質としては例えばコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）やマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）などが使用され、また、導電材としては例えばアセチレンブラック（ＡＢ）や黒鉛などが使用される。電池の負極には、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ₁₂）などのリチウム−チタン複合酸化物やグラファイトまたは非晶質炭素などの活物質を樹脂で固めたものが使用される。

リチウム電池においては、このＬｉＣｏＯ_２やＬｉＭｎ_２Ｏ_４などから成る正極活物質の充放電電圧が約４Ｖであり、これに対して炭素材料などから成る負極活物質の充放電電圧が約０Ｖであることから、これらの正極活物質と負極活物質と電解液とを組み合わせることによって約3.5Ｖの高放電電圧を達成している。

電池の正極は上記正極活物質に上記導電材を加え、さらにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、次いでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。

また負極は上記負極活物質に、正極と同様にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、次いでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。

そして、このようにして作製された正極、および負極をその間に耐熱温度が約150℃のポリオレフィン繊維製の不織布やポリオレフィン製の微多孔膜などからなるセパレータを介して電槽缶内に収容し、電解液を注入して、電池が得られる。

そして、このようにして作製される電池をさらに小型化、高密度化するために、図４に示すコイン型の電池Ａが開発されている。

この従来の電池Ａは、円板状の正極11ｂを備えた例えばステンレスからなる正極缶11と、円板状の負極12ｂを備えた例えばステンレスからなる負極缶12とを電解液13を含浸させたセパレータ14を介して対置させ、次いで例えば絶縁性のポリプロピレン樹脂から成るガスケット15を介して正極缶11の周囲と負極缶12の周囲とをかしめるようにして一体に結合させた電槽缶構造とされている。正極11ｂおよび負極12ｂにおける充放電は正極缶11および負極缶12に取着した外部接続端子部材を介して行われる（例えば、特許文献１，２参照）。
特開2000−106195号公報（第６−12頁、図1） 特開2002−198019号公報（第３−４頁、図１）

しかしながら、特許文献１，２に示されるような従来の電池Ａは、長期間にわたって温度幅が百数十度という温度サイクル（例えば−40℃〜85℃）に曝されると、例えばポリプロピレン樹脂から成るガスケット15と正極缶11と負極缶12との熱膨張率の差によりガスケット15を介して正極缶11および負極缶12の周囲をかしめた電槽缶の結合部位に隙間が生じて電解液が漏れ出す場合が有り、これにより電池Ａの電池性能が劣化したり、さらに漏れ出た電解液により外部電気回路基板上の銅（Ｃｕ）配線を腐食させて断線させるといった不具合を生じたり、あるいは、この隙間から水分が電池Ａの内部に侵入して電池性能が劣化するという不具合を発生させていた。

さらに、従来の電池Ａでは、電解液を正極缶11と負極缶12との内部に封入するに際して気泡が内部に残留し、この気泡が上記の温度サイクル試験に曝された場合に熱膨張することによって、かしめた部位付近における上記隙間の発生を助長し、その結果、電解液漏れや水分の浸入によって電池性能がさらに劣化することがあった。

また、従来の電池Ａは、充放電を行なうために、上下に外部接続端子部材を接続してこの外部接続端子部材を外部電気回路基板へ接続しなければならず、外部電気回路基板への接続が繁雑であるという問題点を有していた。

また、これらの電池Ａを並列または直列に接続するに際しては、これらを電気的に接続するために外部接続端子部材などを用いなければならず、そのために互いに接続された電池Ａの集合体の見かけの体積が大きくなるとともに重量も重くなり、よって小型化、軽量化という市場要求に反するものとなっていた。

従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、長期間の使用により電池の結合部に隙間が生じて電解液が漏れ出ることによって電池性能が劣化したり、外部電気回路基板に損傷を与えたりすることがないとともに、外部電気回路基板への接続を容易にすることによって外部電気回路基板の量産性に優れた電池用ケースおよび電池を提供することにある。また、複数個の電池を互いに接続して用いる場合に電池の見かけの体積、および重量が大きく増加することのない電池用ケースおよび電池を提供することにある。

本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、該凹部の内側面と底面との間に段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、前記段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、前記凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、前記第一のメタライズ層から前記第一の導体層にかけて、および前記第二のメタライズ層から前記第二の導体層にかけてそれぞれ形成された内部導体とを具備していることを特徴とする。

また、本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が複数個形成され、これらの凹部の内側面と底面との間にそれぞれ段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、前記各段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、前記各凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、前記セラミック基体内に形成された複数の内部導体とを具備しており、複数の前記第一のメタライズ層は、前記内部導体を介して前記第一の導体層に直列接続または並列接続されており、複数の前記第二のメタライズ層は、他の前記内部導体を介して前記第二の導体層に直列接続または並列接続されていることを特徴とする。

本発明の電池用ケースにおいて、好ましくは、前記第一および第二の導体層は、それぞれ複数に分割されていることを特徴とする。

また、本発明の電池用ケースにおいて、好ましくは、前記セラミック基体は、平面視形状が八角形状であることを特徴とする。

また、本発明の電池用ケースにおいて、好ましくは、前記第一および第二のメタライズ層はアルミニウム層で覆われていることを特徴とする。

本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースと、前記第二のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、該正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着されているとともに一端部が前記第一のメタライズ層にこれを覆って電気的に接続された負電極板と、前記セラミック基体の上面に前記凹部を覆って取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。

また、本発明の電池は、上記構成において好ましくは、前記蓋体は、アルミニウムから成る板材または下面にアルミニウム層が形成された板材から成るとともに、下面の外周部に全周にわたって突条が形成されており、前記蓋体の下面の外周部が前記セラミック基体の上面の凹部の周囲に被着されたアルミニウム層に超音波接合法によって接合されていることを特徴とする。

本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、この凹部の内側面と底面との間に段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、第一のメタライズ層から第一の導体層にかけて、および第二のメタライズ層から第二の導体層にかけてそれぞれ形成された内部導体とを具備していることから、気密性に優れるとともに耐熱性に優れるセラミック基体によって電解液が収容されているため、温度サイクル試験に曝された場合でも隙間が生じて電解液が漏れることはなく、電解液を良好に収容することができる。また、気密性が維持されるので、電池性能を劣化させる水分や酸素等が外部から電解液中に浸入するのを有効に抑制することができる。

また、セラミック基体は耐薬品性に優れているため、有機溶剤や酸等を含む電解液に侵され難く、電解液中に電池用ケースから溶け出した不純物が混入して電解液を劣化させることもなく、電池性能を良好に維持することができる。

さらに、電池の正負の電極板にそれぞれ接続される第一および第二のメタライズ層に、それぞれ電気的に接続される第一および第二の導体層をともにセラミック基体の下側に設けることによって、外部接続端子部材等を用いることなく外部電気回路基板の表面の配線導体に表面実装によって容易に接続することが可能となり、外部電気回路基板の量産性に優れたものとなる。

本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が複数個形成され、これらの凹部の内側面と底面との間にそれぞれ段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、各段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、各凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、セラミック基体内に形成された複数の内部導体とを具備しており、複数の第一のメタライズ層は、内部導体を介して第一の導体層に直列接続または並列接続されており、複数の第二のメタライズ層は、他の内部導体を介して第二の導体層に直列接続または並列接続されていることから、従来、複数のコイン型電池を保持体で保持し、これらを互いに外部接続端子部材等を介して電気的に接続していたのに比して、１つのセラミック基体内に凹部と第一および第二のメタライズ層とから成る電池として機能する部位を複数形成することができるとともに、これらの部位が内部導体を介して互いに電気的に接続されているため、外部接続端子部材等を別途設ける必要がなく、また、電池用ケースを保持する保持体も必要がないことから大幅に見かけの体積を減少させることができる。

また、セラミック基体内に形成した内部導体により凹部と第一および第二のメタライズ層から成る電池として機能する部位をより近距離で接続することができるため、電池用ケースをより小型化することができる。

本発明の電池用ケースは、上記構成において好ましくは、第一および第二の導体層がそれぞれ複数に分割されていることから、第一および第二の導体層と外部電気回路基板との接触面積が小さくなり、電池用ケースを外部電気回路基板に半田付けする際に溶融した半田からの熱が第一および第二の導体層に伝達されるのを有効に抑制することができる。その結果、電池用ケースに熱応力が加わるのを有効に抑制し、電池用ケースの気密信頼性を大きく向上させることができる。

本発明の電池用ケースは、上記構成において好ましくは、セラミック基体は、平面視形状が八角形状であることから、セラミック基体の角部の角度をすべて鈍角にすることで角部の強度を高め、容易に角部に欠けが発生するのを有効に抑制することができ、その結果、欠けに起因して気密性が損なわれるなどの不具合を招来するのを有効に抑制することができる。

また、セラミック基体を周知のグリーンシート積層法を用いて多数個取りで量産するに際し、八角形のパターンの上下左右の対向する２組の辺で互いに接触するように上下左右にセラミック基体となるパターンをグリーンシート上に配置すると、これらパターンの上下左右の対向する各辺が格子状のライン上に位置するため、隣り合うパターン同士を切断するためのスナップライン（セラミック基体を個片に分割するためにグリーンシートの表面に形成される、いわゆるチョコレートのブレーク用につけられる溝と同様の溝）をグリーンシート上に縦方向および横方向に単純な直線で格子状に形成するだけでよく、これによって製造工程が簡略化されセラミック基体を量産性よく作製することができる。

本発明の電池用ケースは、上記構成において好ましくは、第一および第二のメタライズ層はアルミニウム層で覆われていることにより、第一および第二のメタライズ層の成分が電解液に溶出するのを抑制するので、電池を長期間にわたって安定して、かつ信頼性良く作動させることができる。

本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースと、第二のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、この正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着されているとともに一端部が第一のメタライズ層にこれを覆って電気的に接続された負電極板と、セラミック基体の上面に凹部を覆って取着された蓋体とを具備していることにより、上記本発明の電池用ケースを用いた気密信頼性が高く、量産性に優れるものとなる。

また、本発明の電池は、上記構成において好ましくは、蓋体は、アルミニウムから成る板材または下面にアルミニウム層が形成された板材から成るとともに、下面の外周部に全周にわたって突条が形成されており、蓋体の下面の外周部が前記セラミック基体の上面の凹部の周囲に被着されたアルミニウム層に超音波接合法によって接合されているときには、蓋体の下面と凹部の周囲に被着された金属層とがアルミニウムから成る層によって覆われることとなり、よって電解液に対して大きな耐腐食性を有する電池となるとともに、溶接接合に比べて接合温度を低くでき、電池の電解液を変質させないので電池の寿命を大幅に長くすることを可能とする。

本発明の電池用ケースについて以下に詳細に説明する。図１において、（ａ）は本発明の電池用ケースの実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は電池用ケースを下方から見た斜視図である。また、図２は本発明の電池用ケースの実施の形態の他の例を下方から見た斜視図である。これらの図において、１はセラミック基体、１ａは凹部、１ｂは第二のメタライズ層、１ｃ−Ａは段差、１ｃ−Ｂは第一のメタライズ層、３は内部導体、２は蓋体、Ｂは電池用ケースである。さらに、図３は本発明の電池の実施の形態の一例を示す断面図であり、Ｂ−１は正電極板、Ｂ−２は負電極板、Ｂ−３は絶縁シート、Ｂ−４は電解液、２は蓋体、Ｅは電池である。

本発明の電池用ケースＢは、セラミック基体１の上面の中央部に直方体状の凹部１ａが形成され、この凹部１ａの内側面と底面との間に段差１ｃ−Ａが形成されており、セラミック基体１の下面に第一の導体層Ｄおよび第二の導体層Ｃが互いに独立して設けられている。

また、段差１ｃ−Ａの上面には第一のメタライズ層１ｃ−Ｂが形成されており、凹部１ａの底面には第二のメタライズ層１ｂが形成されている。さらに、第一のメタライズ層１ｃ−Ｂから第一の導体層Ｄにかけて、および第二のメタライズ層１ｂから第二の導体層Ｃにかけて内部導体３がそれぞれ形成されている。

このようなセラミック基体１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体やムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ガラスセラミックス等から成り、例えばセラミック基体１がアルミナ質焼結体から成る場合、以下のようにして作製される。すなわち、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３），酸化珪素（ＳｉＯ_２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合してスラリーと成す。このスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートとも称す）と成し、所要の大きさに切断する。次に、その中から選ばれた複数のグリーンシートにおいて凹部１ａ、段差１ｃ−Ａ、内部導体３等を形成するために適当な打抜き加工を施す。

そして、これらのグリーンシートにタングステン（Ｗ）等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを所定の部分に印刷塗布して第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂ、内部導体３、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃとなる金属ペースト層を形成し、次いでこれらの金属ペースト層を形成したグリーンシートを積層し、約1600℃の温度で焼成することによってセラミック基体１が作製される。

セラミック基体１によって作製された電池用ケースＢは、セラミック基体１が有機溶剤や酸等を含む電解液Ｂ−４に侵され難く、電解液Ｂ−４中にセラミック基体１から溶け出した不純物が混入して電解液Ｂ−４を劣化させることがない。このため電池性能を良好に維持することができる電池用ケースＢを得ることができる。また、セラミック基体１をＡｌＮ質焼結体から成るものとした場合には、作動時の熱を効率よく外部に放散させることができるので、電解液が熱によってほとんど変質することがない信頼性の高い電池用ケースＢとすることができる。

なお、内部導体３は、図１では第一の導体層Ｄに対して垂直に連なる一本の層間接続導体（貫通導体）として示されているが、セラミック基体１の下面に形成された第一の導体層Ｄと平行な方向の内部配線層と垂直な層間接続導体とを複数組み合わせて形成されていてもよく、これによってセラミック基体１内に電気回路を引き回すことができるとともに、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃをセラミック基体１の下面の所望の位置に形成することができる。

また、第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂから第一および第二の導体層Ｄ，Ｃにかけてそれぞれを内部導体３によって接続することにより、これらを最短距離で接続することができるので電池用ケースＢをより小型化することができる。

また、このようにして作製されたセラミック基体１に形成されたこれらの第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂ、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃ、内部導体３の露出している表面には、耐食性に優れかつ半田との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ１〜12μｍのニッケル（Ｎｉ）層および厚さ0.3〜５μｍの金（Ａｕ）層をめっき法等により順次被着しておくのがよい。これにより、特に電池用ケースＢの内部に形成された第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂの表面に被着されたＡｕめっき層は酸性の電解液Ｂ−４に侵され難い性質を有しているので、充放電による電圧で第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂの金属主成分であるＷ等が電解液Ｂ−４中に溶出するのを有効に抑制できる。また、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃに被着されたＮｉおよびＡｕめっき層は半田との濡れ性を良くするので、外部電気回路基板（図示せず）上の配線導体との接合強度がより強固なものとなる。

Ｎｉ層の厚さが１μｍ未満であれば、メタライズから成る各導体の酸化腐蝕を防止したり各導体から金属成分が溶出したりするのを有効に抑制するのが困難になって電池性能が劣化し易く成る。また、Ｎｉ層の厚さが12μｍを超えると、めっき形成に多大の時間がかかることになり量産性が低下し易くなるとともに電気抵抗が大きくなり易い。

また、Ａｕ層の厚さが0.3μｍ未満であれば、均一な厚さのＡｕ層を形成するのが困難となり、Ａｕ層がきわめて薄い部位やあるいはＡｕ層が形成されていない部位が生じ易く、酸化腐食の防止効果や半田との濡れ性が低下し易くなる。またＡｕ層の厚さが５μｍを超えると、めっき形成に多大の時間がかかることになり量産性が低下し易くなる。

また、これら第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂは、ニッケル層および金層に代えて、アルミニウム層で覆われていてもよい。アルミニウム層は、例えば四弗化硼酸リチウムなどのリチウム塩や塩酸、硫酸、硝酸等の酸をジメトキシエタンやプロピレンカーボネート等の有機溶媒に溶解したものから成る電解液から下層の第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂを保護し、これらが電解液によって腐食されるのを防止する作用をなす。

なお、アルミニウム層は第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂの表面にＮｉ（ニッケル）めっき層（図示せず）およびＡｕ（金）めっき層（図示せず）を施しこれらを介してその表面を覆うようにしてもよい。このように第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂがＮｉめっき層およびＡｕめっき層を介してアルミニウム層で覆われている場合は、アルミニウム層と耐腐食性の高いＡｕめっき層とで電解液に対して容易に腐食されない第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂ部を形成することができる。

さらに、アルミニウム層は、第一のメタライズ層１ｃ−Ｂの表面からその周囲の段差１ｃ−Ａの表面にかけて、および第二のメタライズ層１ｂの表面からその周囲の凹部１ａの表面にかけて形成されていてもよい。このようにアルミニウム層が第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂの表面からそれらの周囲のセラミック基体１の表面にかけて形成された場合は、第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂの端部におけるアルミニウム層の形成を十分なものとでき、これら第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂの端部における腐食を有効に防止することができる。

アルミニウム層は、緻密な膜を形成することができるスパッタリング法により0.01〜５μｍの厚さで被着しておくのが好ましい。厚さが0.01μｍ未満であれば下層の第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ａ，１ｂを完全に覆うことが困難となり、第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ａ，１ｂの成分が電解液中に溶出する恐れがある。また、５μｍを超えると膜形成に時間がかかり過ぎ量産性が著しく低下する。

スパッタリング法は、減圧された空間内に設置されたターゲットとなるペレット状アルミニウムの表面にアルゴン（Ａｒ）イオン等を衝突させることによってアルミニウム金属表面からアルミニウム原子を空間に放出させ、このアルミニウム原子が付近に設置された対象物の表面に付着する現象を用いる方法であり、緻密な層を形成できるという点でアルミニウム層を形成する方法として最適な方法の一つである。アルミニウム層を形成する方法としては、この他にも蒸着法、めっき法，溶着法によることもできる。

セラミック基体１の下面には、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃが内部導体３を介して第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂとそれぞれ電気的に接続されて形成されている。これらの第一および第二の導体層Ｄ，Ｃが外部電気回路基板の表面の配線導体に半田を介して接合されることによって本発明の電池Ｅが外部の電気回路と接続される。

このように第一および第二の導体層Ｄ，Ｃが外部電気回路基板の表面の配線導体に半田を介して直接接合されるようにできることから、本発明の電池用ケースＢによれば、外部接続端子部材等を用いることなく外部電気回路基板の表面の配線導体に表面実装によって容易に接続することが可能となり、外部電気回路基板の組立量産性に優れたものとなる。

また、本発明において、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃは、それぞれ複数に分割されているのがよい。これにより、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃと外部電気回路基板との接触面積が小さくなり、電池用ケースＢを外部電気回路基板に半田付けする際に溶融した半田からの熱が、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃに伝達されるのを有効に抑制することができる。その結果、電池用ケースＢに熱応力が加わるのを有効に抑制し、電池用ケースＢの気密信頼性を大きく向上させることができる。

また、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃは、図１（ｂ）に示すように、セラミック基体１の下面に設けられた突出部の下面に形成されているのがよい。これにより、外部電気回路基板が反っていたとしても外部電気回路基板表面の電極に、より確実に接続させることが可能となり接続信頼性が向上する。さらに突出部の側面が全周にわたって外気に触れているため冷却効果が大きくなり、電池用ケースＢを外部電気回路基板に半田付けする際に溶融した半田からの熱が電池用ケースＢに伝達され電池用ケースＢに歪が生じるのを有効に抑制することができる。

このような突出部の下面に形成された第一および第二の導体層Ｄ，Ｃは、例えば、セラミック基体１の下面において、段差１ｃ−Ａの直下の部位に第一の突出部１ｃが、および段差１ｃ−Ａが形成された内側面に対向する内側面の直下の部位に第二の突出部１ｅが形成されている場合、第一の突出部１ｃの下面に第一の導体層Ｄが、および第二の突出部１ｅの下面に第二の導体層Ｃが形成される。

なお、このような突出部の下面に形成された第一および第二の導体層Ｄ，Ｃは、第一および第二の突出部１ｃ，１ｅのそれぞれの下面全面に形成されていてもよいが、例えば図１（ｂ）に示すように、第一および第二の突出部１ｃ，１ｅのそれぞれの下面にそれぞれ複数設けられているのがよい。これにより、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃとセラミック基体１との熱膨張率の差による熱応力を緩和することができ、セラミック基板１にクラック等の破損が生じるのを有効に抑制できる。なお、図１（ｂ）は第一および第二の導体層Ｄ，Ｃがそれぞれ二分割されて複数設けられている例を示すが、二分割以上に分割されていてもよい。

また、第一および第二の突出部１ｃ，１ｅは、それぞれ複数の小突出部から成っているのが好ましい。例えば、図２のように、第一および第二の突出部１ｃ，１ｅがそれぞれ２個の小突出部から形成されている場合、一つの大きな第一および第二の突出部１ｃ，１ｅが形成されているのに比べて、第一および第二の突出部１ｃ，１ｅの外気に露出した側面の面積が大きくなって冷却効果が向上するため、電池用ケースＢを外部電気回路基板に半田付けする際に溶融した半田からの熱が第一および第二の突出部１ｃ，１ｅに伝達されるのを有効に抑制することができる。その結果、電池用ケースＢに熱応力が加わるのを有効に抑制し、電池用ケースＢの気密信頼性を大きく向上させることができる。

次に、第二の発明について詳細に説明する。図６は本発明の電池用ケースについて実施の形態の例を示す断面図である。図６において、１はセラミック基体、１ａは凹部、１ｂは第二のメタライズ層、１ｃ−Ａは段差、１ｃ−Ｂは第一のメタライズ層、２は蓋体、３は内部導体、Ｂは電池用ケース、Ｃは第二の導体層およびＤは第一の導体層である。

本発明の電池用ケースＢは、上面の中央部に直方体状の凹部１ａが複数個形成され、これらの凹部１ａの内側面と底面との間にそれぞれ段差１ｃ−Ａが形成されており、下面に第一の導体層Ｄおよび第二の導体層Ｃが互いに独立して設けられたセラミック基体１と、各段差１ｃ−Ａの上面に形成された第一のメタライズ層１ｃ−Ｂと、各凹部１ａの底面に形成された第二のメタライズ層１ｂと、セラミック基体１内に形成された複数の内部導体３とを具備しており、複数の第一のメタライズ層１ｃ−Ｂは、内部導体３を介して第一の導体層Ｄに直列接続または並列接続されており、複数の第二のメタライズ層１ｂは、他の内部導体３を介して第二の導体層Ｃに直列接続または並列接続されている。なお、図６では、複数の第一のメタライズ層１ｃ−Ｂおよび複数の第二のメタライズ層１ｂが、それぞれ第一の導体層Ｄおよび第二の導体層Ｃに並列接続されているものを示す。

これにより、従来、複数のコイン型電池を保持体で保持し、これらを互いに外部接続端子部材を介して電気的に接続していたのに比して、１つのセラミック基体１内に凹部１ａと第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂとから成る電池として機能する部位を複数形成することができるとともに、これらの部位が内部導体３を介して互いに電気的に接続されているため、外部接続端子部材を別途設ける必要がなく、また、電池用ケースＢを保持する保持体も必要がないことから大幅に見かけの体積を減少させることができる。

また、セラミック基体１内に形成した内部導体３により凹部１ａと第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂから成る電池として機能する部位をより近距離で接続することができるため、電池用ケースＢをより小型化することができる。

なお、内部導体３は、セラミック基体１内に形成された内部配線層３ａと、内部配線層３ａ間、内部配線層３ａおよび第二のメタライズ層１ｂの間、内部配線層３ａおよび第一の導体層Ｄの間、内部配線層３ａおよび第二の導体層Ｃの間を電気的に接続する層間接続導体３ｂとから成る。

このような内部配線層３ａは、セラミック基体１となるグリーンシートにタングステン（Ｗ）等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを印刷塗布した後、これらのグリーンシートを積層し、約1600℃の温度で焼成することによってセラミック基体１と同時に形成される。また、層間接続導体３ｂは、グリーンシートに打ち抜き加工やレーザ穿設加工により層間接続導体３ｂとなる貫通孔を形成し、この貫通孔にタングステン（Ｗ）等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを充填後、約1600℃の温度で焼成することによってセラミック基体１と同時に形成される。

セラミック基体１に形成された各凹部１ａは、第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂによって得られる電極とともに電池としての機能を有する部位となり、これらの部位が内部導体３により並列または直列に接続されることによって、長時間の放電を可能とする電池や大きな電圧が得られる電池を構成することができる。

次に、本発明の電池Ｅについて以下に詳細に説明する。
本発明の電池Ｅは、上記の電池用ケースＢと、第二のメタライズ層１ｂにこれを覆って接続された正電極板Ｂ−１と、この正電極板Ｂ−１の上面に電解液Ｂ−４を含浸した絶縁シートＢ−３を介して密着されているとともに一端部が第一のメタライズ層１ｃ−Ｂにこれを覆って電気的に接続された負電極板Ｂ−２と、セラミック基体１の上面に凹部の周囲を覆って取着された蓋体２とを具備している。

本発明の電池Ｅは、本発明の電池用ケースＢを用いたことにより、かしめ部が不要となるために温度サイクルに曝された場合に、かしめ部に発生する隙間が解消されるので、気密の信頼性が高く、量産性に優れるものとなる。また、第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂは、それぞれの表面がＮｉめっき層やＡｕめっき層、アルミニウム層で覆われることによって、第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂが電解液の酸成分等によって腐食されるのを有効に抑えることができ、電解液中に溶出した第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂの成分が電池の充放電性能を劣化させることがない。

正電極板Ｂ−１は、ＬｉＣｏＯ_２やＬｉＭｎ_２Ｏ_４等から成る正極活物質およびアセチレンブラックや黒鉛等の導電材を含む板状やシート状のものであり、また、負電極板Ｂ−２はコークスや炭素繊維等の炭素材料から成る負極活物質を含む板状やシート状のものである。

正電極板Ｂ−１は、上記正極活物質に上記導電材を加えたものにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、次いでこのシートを例えば円形状や四角状に裁断して作製される。

同様にして負電極版Ｂ−２は、上記負極活物質にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、次いでこのシートを例えば円形状や四角状に裁断して作製される。

また、絶縁シートＢ−３は、ポリオレフィン繊維製の不織布やポリオレフィン製の微多孔膜などからなり、電解液Ｂ−４が含浸されるとともに正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２との間に配置されることにより、正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２とが直接接触することを防止するとともに正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２との間の電解液Ｂ−４の移動を可能として電流が流れることを可能とする。

蓋体２は、アルミナ質焼結体等のセラミックス等から成り、蓋体２の下面のセラミック基体１と接合される部位にメタライズ層を形成しておき、また、セラミック基体１の上面の凹部１ａの周囲にもメタライズ層を形成しておき、これらのメタライズ層同士を半田等のロウ材で接合することによってセラミック基体１の上面に蓋体２が凹部１ａを覆って取着されて凹部１ａを気密に保つ。

蓋体２は、また、アルミニウムから成る板材や、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の鉄系合金からなる板材の下面にアルミニウム層４が形成されたものであっても良い。このとき、図７および図７の部分拡大図に示すように、蓋体２の下面の外周部に全周にわたって突条２ａが形成されるのが好ましい。この突条２ａは、蓋体２がアルミニウムから成る板材であれば、蓋体２をプレス機で打ち抜く際に突条２ａを同時に形成したり、打ち抜き後に所謂コイニング法（被加工物の側方を拘束して肉の逃げ場を限定するとともに凹凸部を型面に形成した金型と被加工材とを重ね合わせて上下から押圧することにより金型の凹凸模様を被加工材の表面に転写する方法）により形成したりすることにより設けられる。

また、蓋体２がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の鉄系合金の下面にアルミニウム層４が形成された板材から成るのであれば、その下面側にアルミニウム板をクラッド接合し、その後、突条２ａを上記コイニング法により形成することにより設けることができる。因みに、図７は鉄系合金から成る板材の下面にアルミニウム板がクラッド接合されてアルミニウム層４が形成されている場合の断面図を示す。蓋体２がアルミニウムから成る板材である場合は、蓋体２の下面は必然的にアルミニウム層４となり、これらは一体のものとして表される。なお、本図においては正負の電極板Ｂ−１，Ｂ−２および電解液Ｂ−４は省略している。

また、セラミック基体１の上面の凹部１ａの周囲に蓋体２を接合するための接合用メタライズ層１ｆが、第一および第二のメタライズ層１ｃ−Ｂ，１ｂと同様に金属ペーストを用いて予め形成され、その表面にＮｉ層およびＡｕ層が所定厚さに形成され、さらに、アルミニウム層がスパッタリング法等により0.01〜15μｍの厚さで被着されて形成される。

そして、蓋体２のアルミニウム層４が下面となるように基体１の上面に載置し、蓋体２の上面から数十ＫＨｚ程度の超音波を加えることにより、蓋体２の下面の外周部の突条２ａがセラミック基体１の上面の凹部１ａの周囲に被着されたアルミニウム層の表面の凹凸に沿って潰れながらメタライズ層１ｆのアルミニウム層に接合される。このとき、セラミック基体１の上面が反っていたり、うねっていたりする場合においても突条２ａの潰れの大きさが異なることにより接合される。そして、この接合方法によれば電池Ｅの凹部１ａ内の気密性を損なうことなく、蓋体２を強固に取着することを可能とする。

超音波接合法は、より詳細には例えば次の様にして実施される。すなわち、接合対象物であるセラミック基体１と蓋体２とを先端の下部に振動の媒体となるチップを有するホーン（角状固定台）とアンビル（金敷き）との間にセットし、チップを介して例えば30〜50Ｎ程度の圧力を垂直に加えながら15〜30ｋＨｚの水平方向の超音波振動を蓋体２の外周に沿って連続的に移動させながら加えることにより行われる。また、チップの形状をライン状として垂直方向の圧力を大きくすることにより、一定長さの接合を短時間で行なう方法であってもよい。

超音波接合法では、超音波振動が印加される初期段階において接合部表面の酸化被膜や汚れが接合部の外側方向に押し出されるとともに、蓋体２およびセラミック基体１のアルミニウム結晶粒同士が原子間距離になるまで接近することによって原子間に相互引力が作用して強固な接合を得る。このとき、通常の金属を溶融接合する方法における金属の融点の１／３以下の温度が局部的に発生するが、この程度の熱であれば電解液Ｂ−４がほとんど変質することがなく、よって電池の寿命を長くすることができる。

さらに、超音波接合法によれば、アルミニウム中に他の金属がほとんど拡散することがなく、よって電解液Ｂ−４に対してさらに耐腐食性のある接合部を形成することができる。

また、本発明においてセラミック基体１の側面や底面、あるいは蓋体２に、貫通孔１ｄを形成しておくとよい。これにより、電解液Ｂ−４を電池用ケースＢ内に注入する際、貫通孔１ｄから電解液Ｂ−４を注入することが容易となる。また、貫通孔１ｄより電解液Ｂ−４を注入することにより電解液Ｂ−４の注入スピードや注入量の調整が容易となり、電池用ケースＢ内部に大きな気泡を発生させることはない。これによって内部に気泡が残留して、その気泡が熱膨張することによって電池用ケースＢに大きな応力が加わることを抑制できるので、電池用ケースＢにクラックが発生することを有効に防止できる。

電解液Ｂ−４は、水分を含まない例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを充填した容器内でシリンジなどの注入手段を用いて貫通孔１ｄから電池Ｅの内部に注入される。そして、注入後に例えばポリプロピレン樹脂などの電解液Ｂ−４に対して侵され難い樹脂を封止材として貫通孔１ｄに充填することにより電池Ｅの内部を気密に封止することができる。

電解液Ｂ−４を注入するに際しては、貫通孔１ｄが設けられた面を上にすると、電池用ケースＢの内部に気泡が取り残されることがなく、また歩留り良く生産することができる。

電解液Ｂ−４は、例えば、四フッ化ホウ酸リチウム等のリチウム塩や塩酸，硫酸，硝酸等の酸をジメトキシエタンやプロピレンカーボネート等の有機溶媒に溶解したものである。

このような電解液Ｂ−４は、腐食性や溶解性の高いものであるが、本発明の電池用ケースＢによれば、セラミック基体１は耐薬品性に優れているため、有機溶剤や酸等を含む電解液Ｂ−４に侵され難く、電解液Ｂ−４中に電池用ケースＢから溶け出した不純物が混入して電解液Ｂ−４を劣化させることもなく、電池性能を良好に維持することができる。

また、従来の電池Ａは図４に示すように正極缶11と負極缶12との周囲をポリプロピレン樹脂等から成るガスケット15を介してかしめることによって一体化しており、このかしめた部位があるために従来の電池Ａでは正極缶11と負極缶12とセパレータ14とを合わせたかしめ部に２ｍｍ前後の寸法が必要であったのに対して、本発明によれば、かしめ部がないために電池Ｅの外形を小さくすることができ、携帯機器の小型化に大きく寄与できるものとなる。

また、図５に電池用ケースＢの平面図で示すように、セラミック基体１は、好ましくは、平面視形状が八角形状であるのがよい。これにより、セラミック基体１の角部の角度をすべて鈍角にすることで角部の強度を高め、容易に角部に欠けが発生するのを有効に抑制することができ、その結果、欠けに起因して気密性が損なわれるなどの不具合を招来し難いものとすることができる。

また、セラミック基体１を周知のグリーンシート積層法を用いて多数個取りで量産するに際し、八角形のパターンの上下左右の対向する２組の辺で互いに接触するように上下左右にセラミック基体１となるパターンをグリーンシート上に配置すると、これらパターンの上下左右の対向する各辺が格子状のライン上に位置するため、隣り合うパターン同士を切断するためのスナップライン（グリーンシートの表面に形成したセラミック基体１の個片のパターンに分割するための、いわゆるチョコレートのブレーク用につけられる溝と同様の溝）をグリーンシート上に縦方向および横方向に単純な直線で格子状に形成するだけでよく、これによって製造工程が簡略化されセラミック基体１を量産性よく作製することができる。

なお、本発明は上記実施の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内であれば種々の変更は可能である。例えば、複数の凹部１ａを有する本発明の電池用ケースＢを用いた場合、蓋体２は各凹部１ａをすべて覆うように取着される１枚の蓋体２とするか、またはそれぞれの凹部１ａを覆うように複数の蓋体２が取着されるようにすればよい。

（ａ）は本発明の電池用ケースの実施の形態の一例を示す断面図、（ｂ）は下面側から見た電池用ケースの斜視図である。 本発明の電池用ケースの実施の形態の他の例を示す下面側から見た斜視図である。 本発明の電池の実施の形態の一例を示す断面図である。 従来の電池の例を示す断面図である。 本発明の電池用ケースの実施の形態の他の例を示す平面図である。 本発明による電池用ケースの実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の電池の実施の形態の一例において蓋体の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１：セラミック基体
１ａ：凹部
１ｂ：第二のメタライズ層
１ｃ−Ａ：段差
１ｃ−Ｂ：第一のメタライズ層
２：蓋体
２ａ：突条
３：内部導体
４：アルミニウム層
Ｂ：電池用ケース
Ｂ−１：正電極板
Ｂ−２：負電極板
Ｂ−３：絶縁シート
Ｂ−４：電解液
Ｃ：第二の導体層
Ｄ：第一の導体層
Ｅ：電池

Claims (7)

1. 上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、該凹部の内側面と底面との間に段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、前記段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、前記凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、前記第一のメタライズ層から前記第一の導体層にかけて、および前記第二のメタライズ層から前記第二の導体層にかけてそれぞれ形成された内部導体とを具備していることを特徴とする電池用ケース。
2. 上面の中央部に直方体状の凹部が複数個形成され、これらの凹部の内側面と底面との間にそれぞれ段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、前記各段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、前記各凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、前記セラミック基体内に形成された複数の内部導体とを具備しており、複数の前記第一のメタライズ層は、前記内部導体を介して前記第一の導体層に直列接続または並列接続されており、複数の前記第二のメタライズ層は、他の前記内部導体を介して前記第二の導体層に直列接続または並列接続されていることを特徴とする電池用ケース。
3. 前記第一および第二の導体層は、それぞれ複数に分割されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電池用ケース。
4. 前記セラミック基体は、平面視形状が八角形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電池用ケース。
5. 前記第一および第二のメタライズ層はアルミニウム層で覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電池用ケース。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電池用ケースと、前記第二のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、該正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着されているとともに一端部が前記第一のメタライズ層にこれを覆って電気的に接続された負電極板と、前記セラミック基体の上面に前記凹部を覆って取着された蓋体とを具備していることを特徴とする電池。
7. 前記蓋体は、アルミニウムから成る板材または下面にアルミニウム層が形成された板材から成るとともに、下面の外周部に全周にわたって突条が形成されており、前記蓋体の下面の外周部が前記セラミック基体の上面の凹部の周囲に被着されたアルミニウム層に超音波接合法によって接合されていることを特徴とする請求項６記載の電池。

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