JP2007012803A - Electrochemical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一対の電極と、電解液と、一対の電極及び電解液を収容する容器とを備える電気化学素子に関する。 The present invention relates to an electrochemical device including a pair of electrodes, an electrolytic solution, and a container that houses the pair of electrodes and the electrolytic solution.
従来、化学電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学素子で体積エネルギー密度が高いものは、携帯電話や家庭用電気製品のバックアップ電源、補助電源などに用いられ、その高性能化が期待されている。 Conventionally, electrochemical devices such as chemical batteries and electric double layer capacitors with high volumetric energy density have been used for backup power supplies and auxiliary power supplies for mobile phones and household electrical products, and high performance is expected. .
これらの電気化学素子は、各種電子機器のプリント基板にハンダ付けされ、実装される。これまでの電気化学素子は、コイン型あるいはボタン型などの丸い形状であり、これをプリント基板にハンダ付けするには、端子の取り付けが必要になっていた。又、丸い形状であるために、電気化学素子の容器より、実装時の専有面積が大きくなっていた。このため、セラミックや樹脂等を用いた凹状容器と金属部分を有する封口板とからなる電気二重層キャパシタが開示されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。これにより、端子の取り付け工程削減や実装面積の低減が可能となった。 These electrochemical elements are soldered and mounted on printed circuit boards of various electronic devices. Conventional electrochemical devices have a round shape such as a coin type or a button type, and in order to solder this to a printed circuit board, it is necessary to attach terminals. Also, because of the round shape, the occupied area during mounting is larger than the container of the electrochemical element. For this reason, an electric double layer capacitor comprising a concave container using ceramic or resin and a sealing plate having a metal part has been disclosed (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2). As a result, the terminal attachment process and the mounting area can be reduced.
一方、これら電気化学素子の体積エネルギー密度の高さは、過電流や過熱が生じた場合の影響を大きくする。そこで、有機電解液を用いた電気化学素子を実際に使用する際には、過電流や過熱から電気化学素子を保護し、信頼性を向上するための保護素子や温度センサー等の電子素子が必要となり、これらの部品を搭載した状態での設置スペースを低減することが要求される。このような要求に対して、保護素子を付加した柔軟性のあるフィルムを外装袋に用いた電気化学素子において、その最大厚みを変えることなく、確実に内部の熱を保護素子に伝え、安全性を向上させる技術が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。又、少なくとも2つ以上の電気化学素子が、それぞれ異なった極性の出力端子同士が対向するように積層され、かつ、2つ以上の電気化学素子の出力端子を導出する接着部により形成された空間が、電気化学素子の厚みより大きな厚みを有する空間を形成する構造も開示されている(例えば、特許文献4参照。)。
しかしながら、上述した特許文献3や特許文献4に開示された技術を採用した電気化学素子では、各種電子素子をプリント基板にハンダ付けし、実装する場合、実装面積が大きくなったり、小型の電気化学素子では電子素子の収容が困難になったりするという課題があった。 However, in the electrochemical element that employs the technology disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4 described above, when various electronic elements are soldered to a printed circuit board and mounted, the mounting area becomes large or small electrochemical The element has a problem that it is difficult to accommodate the electronic element.
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、凹状の枠体と封口板とから構成される電気化学素子であって、省スペース化と信頼性向上とを同時に実現する電気化学素子を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides an electrochemical element composed of a concave frame body and a sealing plate, which simultaneously realizes space saving and improved reliability. With the goal.
本発明者らは、上記目的を達成するため、凹状の枠体あるいは封口板内部に、電子素子を埋め込むことに注目し、本発明を完成させるに至った。 In order to achieve the above object, the present inventors have focused on embedding an electronic element inside a concave frame or sealing plate, and have completed the present invention.
本発明の特徴は、一対の電極と、電解液と、一対の電極及び電解液を収容する容器とを備える電気化学素子であって、容器は、凹状の枠体と、枠体の開口部を封口する封口板とから構成され、枠体あるいは封口板の内部に電子素子が埋設されている電気化学素子であることを要旨とする。 A feature of the present invention is an electrochemical element including a pair of electrodes, an electrolytic solution, and a container that accommodates the pair of electrodes and the electrolytic solution, and the container includes a concave frame and an opening of the frame. The gist of the present invention is an electrochemical element that is composed of a sealing plate to be sealed, and in which an electronic element is embedded in the frame or the sealing plate.
ここで、「電子素子」とは、過電流や過熱から電気化学素子を保護し、信頼性を向上するための素子、回路等を指し、例えば、Positive Temperature Coefficientサーミスタ(PTC素子)、ツェナーダイオード、バリスタなどの保護素子や、熱電対、サーミスタ、測温抵抗体などの温度センサーが挙げられる。 Here, the “electronic element” refers to an element, a circuit, or the like for protecting the electrochemical element from overcurrent or overheating and improving reliability. For example, a positive temperature coefficient thermistor (PTC element), a Zener diode, Examples include a protective element such as a varistor, and a temperature sensor such as a thermocouple, thermistor, and resistance temperature detector.
本発明の特徴に係る電気化学素子によると、枠体あるいは封口板の内部に電子素子を埋設することにより、省スペース化と信頼性向上とを同時に実現することができる。 According to the electrochemical device according to the features of the present invention, it is possible to simultaneously realize space saving and improved reliability by embedding the electronic device in the frame or the sealing plate.
又、本発明の特徴に係る電気化学素子において、電子素子が埋設されている、枠体あるいは封口板は、樹脂からなってもよい。 In the electrochemical device according to the feature of the present invention, the frame body or the sealing plate in which the electronic device is embedded may be made of a resin.
この場合、電子素子は、枠体あるいは封口板にインサートモールドによって埋設されてもよく、枠体あるいは封口板を構成する2つ以上の樹脂製部品を溶着または接着することによって埋設されてもよい。 In this case, the electronic element may be embedded in the frame or the sealing plate by insert molding, or may be embedded by welding or bonding two or more resin parts constituting the frame or the sealing plate.
枠体あるいは封口板に使用する樹脂は、270〜400℃の比較的低い融点を有するので、この電気化学素子によると、耐熱性が低い電子素子であっても、埋設することができる。 Since the resin used for the frame or the sealing plate has a relatively low melting point of 270 to 400 ° C., according to this electrochemical element, even an electronic element having low heat resistance can be embedded.
又、本発明の特徴に係る電気化学素子において、枠体は、セラミックからなる層を複数積層して構成され、電子素子は、層の表面に配置され、枠体を焼結することにより枠体の内部に埋設されてもよい。 In the electrochemical device according to the feature of the present invention, the frame is formed by laminating a plurality of layers made of ceramic, and the electronic device is disposed on the surface of the layer, and the frame is formed by sintering the frame. It may be embedded inside.
この電気化学素子によると、電子素子をスクリーン印刷法による薄膜で形成することができ、容易に電子素子を枠体の内部に埋設することができる。 According to this electrochemical element, the electronic element can be formed as a thin film by a screen printing method, and the electronic element can be easily embedded in the frame.
本発明によると、凹状の枠体と封口板とから構成される電気化学素子であって、省スペース化と信頼性向上とを同時に実現する電気化学素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrochemical element including a concave frame body and a sealing plate, which simultaneously realizes space saving and improved reliability.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones. Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態では、電気化学素子として、凹状の枠体と封口板とを備える電気二重層キャパシタを例に挙げ説明する。
(First embodiment)
In the first embodiment, an electric double layer capacitor including a concave frame and a sealing plate will be described as an example of an electrochemical element.
電気二重層キャパシタは、図1に示すように、一対の分極性電極1a、1bと、一対の分極性電極1a、1bの間に介在するセパレータ2と、一対の分極性電極1a、1b及びセパレータ2に含浸される電解液とを備える。又、分極性電極1a、1bや電解液を収容する容器は、凹状の枠体3と、枠体3の開口部を封口する封口板5とから構成される。 As shown in FIG. 1, the electric double layer capacitor includes a pair of polarizable electrodes 1a and 1b, a separator 2 interposed between the pair of polarizable electrodes 1a and 1b, a pair of polarizable electrodes 1a and 1b, and a separator. 2 to be impregnated. The container for storing the polarizable electrodes 1 a and 1 b and the electrolyte is composed of a concave frame 3 and a sealing plate 5 that seals the opening of the frame 3.
枠体3の内側底面部には、集電体4aが配置され、封口板5の分極性電極1b側の内面上には、集電体4bが配置される。尚、分極性電極1aと集電体4a、及び、分極性電極1bと集電体4bは、導電性接着層によって接合される。又、端子6a、6c、保護素子7は、インサートモールドにより枠体3の内部に埋設され、一対の分極性電極1a、1bと電気的に直列に接続されている。 A current collector 4 a is disposed on the inner bottom surface of the frame 3, and a current collector 4 b is disposed on the inner surface of the sealing plate 5 on the polarizable electrode 1 b side. The polarizable electrode 1a and the current collector 4a, and the polarizable electrode 1b and the current collector 4b are joined by a conductive adhesive layer. The terminals 6a and 6c and the protective element 7 are embedded in the frame 3 by insert molding and are electrically connected in series with the pair of polarizable electrodes 1a and 1b.
集電体4aは、枠体3の内部に埋設された端子6cに電気的に接続され、枠体3の内部に埋設された保護素子7は、枠体3の内部に埋設された端子6a及び端子6cに電気的に接続される。又、集電体4bは、枠体3壁面を貫通し、枠体3の外側底面に延設する端子6bに電気的に接続される。 The current collector 4 a is electrically connected to a terminal 6 c embedded in the frame 3, and the protective element 7 embedded in the frame 3 includes a terminal 6 a embedded in the frame 3 and It is electrically connected to the terminal 6c. The current collector 4 b is electrically connected to a terminal 6 b that penetrates the wall surface of the frame 3 and extends to the outer bottom surface of the frame 3.
凹状の枠体3は、実装時のはんだ付け工程の処理温度に耐えるように、融点270〜400℃の、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマーなどの樹脂から構成される。 The concave frame 3 is made of a resin such as polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, or liquid crystal polymer having a melting point of 270 to 400 ° C. so as to withstand the processing temperature of the soldering process at the time of mounting.
封口板5は、ニッケル、銅、真鍮、亜鉛、スズ、金、白金、ステンレス( SUS444、SUS239J4L、SUS317J4L 等)、タングステン、アルミニウム、コバルト等の金属材料、あるいは、耐熱樹脂、ガラス、セラミックスまたはセラミックスガラス等の耐熱材料から構成される。封口板5が金属材料から構成される場合、封口板5は、集電体4bを兼ねることができる。 Sealing plate 5 is made of a metal material such as nickel, copper, brass, zinc, tin, gold, platinum, stainless steel (SUS444, SUS239J4L, SUS317J4L, etc.), tungsten, aluminum, cobalt, or a heat resistant resin, glass, ceramics or ceramic glass. It consists of heat-resistant materials such as. When the sealing board 5 is comprised from a metal material, the sealing board 5 can serve as the electrical power collector 4b.
又、図1では、枠体3の内部に端子6a、6c、保護素子7を埋設する構造としているが、封口板5を樹脂で形成し、封口板5の内部に、端子や保護素子を埋設してもよい。 In FIG. 1, the terminals 6 a and 6 c and the protective element 7 are embedded in the frame 3, but the sealing plate 5 is formed of resin and the terminals and protective elements are embedded in the sealing plate 5. May be.
又、図1の保護素子7は、インサートモールド以外に、枠体3を2つ以上の樹脂部品で構成し、それら樹脂部品の間に、保護素子7を埋設するように接着あるいは溶着することによっても埋設することができる。 In addition to the insert mold, the protective element 7 in FIG. 1 is configured by forming the frame 3 with two or more resin parts and bonding or welding the protective elements 7 so as to be embedded between the resin parts. Can also be buried.
又、導電性接着層は、金、白金、ニッケル、炭素などの導電材料と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリイミド(PI)系樹脂、SBRに代表されるスチレンーブタジエン系樹脂、ポリプロピレンやポリエチレンに代表されるポリオレフィン系樹脂などの樹脂とを混合したものが例示できる。 The conductive adhesive layer is made of conductive material such as gold, platinum, nickel, carbon, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyimide (PI) resin, styrene-butadiene resin represented by SBR, polypropylene, and polyethylene. What mixed resin, such as the representative polyolefin resin, can be illustrated.
分極性電極1a、1bは、活性炭繊維や活性炭粉末からなるシート状活性炭を打ち抜き型で抜き取ることにより、作製される。尚、分極性電極材料は、電気化学的に不活性な高比表面積の材料であれば使用できるが、大きい比表面積を有する活性炭粉末を主とすることが好ましい。活性炭粉末の他、カーボンブラック、金属微粒子、導電性金属酸化物微粒子などの大比表面積の材料を好ましく使用できる。又、これらの分極性電極材料を主とする分極性電極を、正極と負極の両方に用いて図1に示すような電気二重層キャパシタとすることが多いが、正極又は負極の一方のみを上記分極性電極とし、残りの一方を充放電可能な非分極性電極材料、すなわち二次電池用活物質材料を主とする非分極性電極としてもよい。 The polarizable electrodes 1a and 1b are produced by extracting sheet-like activated carbon made of activated carbon fiber or activated carbon powder with a punching die. The polarizable electrode material can be used as long as it is an electrochemically inert material having a high specific surface area, but it is preferable to mainly use activated carbon powder having a large specific surface area. In addition to the activated carbon powder, materials having a large specific surface area such as carbon black, metal fine particles, and conductive metal oxide fine particles can be preferably used. In many cases, the polarizable electrode mainly composed of these polarizable electrode materials is used for both the positive electrode and the negative electrode to form an electric double layer capacitor as shown in FIG. A polarizable electrode may be used, and the other one may be a nonpolarizable electrode material that can be charged / discharged, that is, a nonpolarizable electrode mainly composed of a secondary battery active material.
分極性電極1a、1bを電気的に接続するための集電体4a、4bは、導電性に優れ、かつ電気化学的に耐久性のある材料であればよく、アルミニウム、チタン、タンタルなどのバルブ金属、ステンレス鋼、金、白金などの貴金属、黒鉛、グラッシーカーボン、カーボンブラックを含む導電性ゴムなどの炭素系材料が好ましく使用できる。 The current collectors 4a and 4b for electrically connecting the polarizable electrodes 1a and 1b may be any material having excellent conductivity and electrochemical durability, such as a valve made of aluminum, titanium or tantalum. Carbon-based materials such as metals, stainless steel, noble metals such as gold and platinum, and conductive rubbers including graphite, glassy carbon, and carbon black can be preferably used.
セパレータ2としては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち絶縁性の膜又は布が用いられる。リフローハンダ付けにおいては、ガラス繊維が最も安定して用いることができるが、熱変形温度が230℃以上のポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミドなどの樹脂を用いることもできる。セパレータ2の孔径、厚みは特に限定されるものではなく、使用機器の電流値とキャパシタ内部抵抗に基づき決定する設計的事項である。又、セパレータ2は、セラミックスの多孔質体を用いることもできる。 As the separator 2, an insulating film or cloth having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. In reflow soldering, glass fibers can be used most stably, but resins such as polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polyamide, polyimide having a heat distortion temperature of 230 ° C. or higher can also be used. The pore diameter and thickness of the separator 2 are not particularly limited, and are design matters determined based on the current value of the device used and the internal resistance of the capacitor. The separator 2 may be a ceramic porous body.
電解液は、有機系電解液である。ここで、電解液に用いる溶媒は、電解質を溶解させることのできるものであればよく、一般に電気二重層キャパシタや非水電解液二次電池の電解液に使用されている公知のものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、ビニレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、メトキシエトキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチル−テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、メチルホルメイト、ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン等を用いることができる。 The electrolytic solution is an organic electrolytic solution. Here, the solvent used in the electrolytic solution may be any solvent that can dissolve the electrolyte, and generally a known solvent used in the electrolytic solution of an electric double layer capacitor or a non-aqueous electrolyte secondary battery should be used. Can do. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, ethylene glycol, polyethylene glycol, vinylene carbonate, chloroethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl Use carbonate, dimethoxymethane, dimethoxyethane, methoxyethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl-tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, methyl formate, dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, etc. be able to.
又、上記の電解液における電解質としては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩等を使用することができる。 In addition, as the electrolyte in the above electrolytic solution, alkali metal salts such as sodium salts and potassium salts, ammonium salts, and the like can be used.
ここで、上記のアンモニウム塩としては、例えば、NH4ClO4、NH4BF4、NH4PF6、NH4CF3SO3、(NH4)2 B10Cl10、(NH4)2B12Cl12、NH4N(CF3SO2)2、NH4N(C2F3SO2)2、NH4N(C4F9SO2)(CF3SO2)、NH4C(CF3SO2)3等を用いることができる。 Here, as the above ammonium salt, for example, NH 4 ClO 4, NH 4 BF 4, NH 4 PF 6, NH 4 CF 3 SO 3, (NH 4) 2 B 10 Cl 10, (NH 4) 2 B 12 Cl 12 , NH 4 N (CF 3 SO 2 ) 2 , NH 4 N (C 2 F 3 SO 2 ) 2 , NH 4 N (C 4 F 9 SO 2 ) (CF 3 SO 2 ), NH 4 C ( CF 3 SO 2 ) 3 or the like can be used.
その他の電解質としては、例えば、(C2H5)4NClO4、(C2H5)4 NBF4、(C2H5)4NPF6、(C2H5)4NCF3SO3、[(C2H5)4N]2B10Cl10、[(C2H5)4N]2B12Cl12、(C2H5)4N(CF3SO2)2 、(C2H5)4N(C2F5SO2)2、(C2H5)4N(C4F9SO2)(CF3SO2)、(C2H5)4C(CF3SO2)3等を用いることができる。 Examples of other electrolytes include (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 NPF 6 , (C 2 H 5 ) 4 NCF 3 SO 3 , [(C 2 H 5 ) 4 N] 2 B 10 Cl 10 , [(C 2 H 5 ) 4 N] 2 B 12 Cl 12 , (C 2 H 5 ) 4 N (CF 3 SO 2 ) 2 , (C 2 H 5) 4 N (C 2 F 5 SO 2) 2, (C 2 H 5) 4 N (C 4 F 9 SO 2) (CF 3 SO 2), (C 2 H 5) 4 C (CF 3 SO 2 ) 3 or the like can be used.
第1の実施の形態に係る電気化学素子によると、枠体3あるいは封口板5の内部に、保護素子7などの電子素子を埋設することにより、省スペース化と信頼性向上とを同時に実現することができる。 According to the electrochemical device according to the first embodiment, by embedding an electronic device such as the protective device 7 in the frame 3 or the sealing plate 5, space saving and improved reliability can be realized at the same time. be able to.
又、枠体3あるいは封口板5は樹脂からなり、保護素子7は、枠体3あるいは封口板5の内部に埋設されることができる。枠体3あるいは封口板5に使用する樹脂は、270〜400℃の比較的低い融点を有するので、耐熱性が低い電子素子であっても、埋設することができる。 Further, the frame body 3 or the sealing plate 5 is made of resin, and the protective element 7 can be embedded in the frame body 3 or the sealing plate 5. Since the resin used for the frame 3 or the sealing plate 5 has a relatively low melting point of 270 to 400 ° C., even an electronic element having low heat resistance can be embedded.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態では、電気化学素子として、凹状の枠体と封口板とを備える電気二重層キャパシタを例に挙げ説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, an electric double layer capacitor having a concave frame and a sealing plate will be described as an example of an electrochemical element.
電気二重層キャパシタは、図4に示すように、一対の分極性電極1a、1bと、一対の分極性電極1a、1bの間に介在するセパレータ2と、一対の分極性電極1a、1b及びセパレータ2に含浸される電解液とを備える。又、分極性電極1a、1bや電解液を収容する容器は、凹状の枠体3と、枠体3の開口部を封口する封口板5とから構成される。 As shown in FIG. 4, the electric double layer capacitor includes a pair of polarizable electrodes 1a and 1b, a separator 2 interposed between the pair of polarizable electrodes 1a and 1b, a pair of polarizable electrodes 1a and 1b, and a separator. 2 to be impregnated. The container for storing the polarizable electrodes 1 a and 1 b and the electrolyte is composed of a concave frame 3 and a sealing plate 5 that seals the opening of the frame 3.
枠体3の内側底面部には、集電体4aが配置され、封口板5の分極性電極1b側の内面上には、集電体4bが配置される。尚、分極性電極1aと集電体4a、及び、分極性電極1bと集電体4bは、導電性接着層によって接合される。 A current collector 4 a is disposed on the inner bottom surface of the frame 3, and a current collector 4 b is disposed on the inner surface of the sealing plate 5 on the polarizable electrode 1 b side. The polarizable electrode 1a and the current collector 4a, and the polarizable electrode 1b and the current collector 4b are joined by a conductive adhesive layer.
凹状の枠体3は、セラミックからなる層3a、3b、…、3fを複数積層して構成される。
The concave frame 3 is formed by laminating a plurality of
端子6a、6c、6d、温度センサー8は、セラミック層3e、3fの表面及び層の内部に配置され、枠体3を焼結することにより枠体3の内部に埋設される。
The terminals 6a, 6c, 6d and the temperature sensor 8 are arranged on the surfaces of the
具体的には、セラミック層3eは、表面に端子6aがプリントされた薄膜からなり、セラミック層3fは、表面に端子6c、温度センサー8、端子6dがプリントされた薄膜からなる。
Specifically, the ceramic layer 3e is made of a thin film having a terminal 6a printed on the surface, and the
端子6aは、セラミック層3e及びセラミック層3fを貫通するビアホールに埋設された金属によって形成され、その一端がセラミック層3eの表面に、他端がセラミック層3fの裏面に形成される。セラミック層3eの表面に形成された一端は、集電体4aに接続される。
The terminal 6a is formed of a metal embedded in a via hole penetrating the ceramic layer 3e and the
端子6cは、セラミック層3fを貫通するビアホールに埋設された金属によって形成され、その一端がセラミック層3fの表面に、他端がセラミック層3fの裏面に形成される。端子6cの、セラミック層3fの表面に形成された一端は、温度センサー8の一端に接続される。
The terminal 6c is formed of a metal embedded in a via hole penetrating the
端子6dは、端子6cと同様に、セラミック層3fを貫通するビアホールに埋設された金属によって形成され、その一端がセラミック層3fの表面に、他端がセラミック層3fの裏面に形成される。端子6dの、セラミック層3fの表面に形成された一端は、端子6cが接続されている端とは異なる、温度センサー8の一端に接続される。
Similarly to the terminal 6c, the terminal 6d is formed of a metal embedded in a via hole penetrating the
集電体4aは、枠体3の内部に埋設された端子6aに電気的に接続され、温度センサー8は、端子6c及び端子6dに電気的に接続される。又、集電体4bは、枠体3壁面を貫通し、枠体3の外側底面に延設する端子6bに電気的に接続される。 The current collector 4a is electrically connected to a terminal 6a embedded in the frame 3, and the temperature sensor 8 is electrically connected to the terminal 6c and the terminal 6d. The current collector 4 b is electrically connected to a terminal 6 b that penetrates the wall surface of the frame 3 and extends to the outer bottom surface of the frame 3.
第2の実施の形態における分極性電極1a、1b、セパレータ2、集電体4a、4b、封口板5、導電性接着層は、第1の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 The polarizable electrodes 1a and 1b, the separator 2, the current collectors 4a and 4b, the sealing plate 5 and the conductive adhesive layer in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. Omitted.
又、セラミック層3a、3b、…、3fは、セラミックの他、セラミックとガラスの混合物を用いることができる。セラミックとガラスの混合物を用いることで、枠体3の焼結温度を下げることができる。
The
又、図4では、枠体3の内部に端子6a、6c、6d、温度センサー8を埋設する構造としているが、封口板5を積層セラミックで形成し、封口板5の内部に、端子や温度センサーを埋設してもよい。 In FIG. 4, the terminals 6 a, 6 c, 6 d and the temperature sensor 8 are embedded in the frame 3, but the sealing plate 5 is formed of a laminated ceramic, and the terminals and temperature are provided inside the sealing plate 5. Sensors may be embedded.
第2の実施の形態に係る電気化学素子によると、枠体3は、セラミックからなる層を複数積層して構成され、温度センサー8などの電子素子は、セラミック層の表面及びセラミック層の内部に配置され、枠体3を焼結することにより枠体3の内部に埋設されることができる。又、この電気化学素子によると、電子素子をスクリーン印刷法による薄膜で形成することができ、容易に電子素子を枠体3の内部に埋設することができる。 According to the electrochemical element according to the second embodiment, the frame 3 is configured by laminating a plurality of ceramic layers, and the electronic elements such as the temperature sensor 8 are disposed on the surface of the ceramic layer and inside the ceramic layer. It can be embedded and embedded in the frame 3 by sintering the frame 3. In addition, according to this electrochemical element, the electronic element can be formed as a thin film by a screen printing method, and the electronic element can be easily embedded in the frame 3.
(その他の実施形態)
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described according to the above-described embodiments, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、本実施形態に係る電気化学素子として、電気二重層キャパシタを用いて説明を行ったが、これに限らず、凹状容器と封口板とから構成されるリチウム電池やポリアセン電池等の薄型電池などにおいても、本発明を同様に適用することができる。尚、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。 For example, the electrochemical element according to the present embodiment has been described using an electric double layer capacitor. However, the present invention is not limited thereto, and a thin battery such as a lithium battery or a polyacene battery including a concave container and a sealing plate is used. In the present invention, the present invention can be similarly applied. Note that the material of such an element is not particularly limited, and the element can be manufactured using a known material.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
以下、本発明に係る電気二重層キャパシタについて、実施例を挙げて具体的に説明する。尚、本発明に係る電気二重層キャパシタは、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。 Hereinafter, the electric double layer capacitor according to the present invention will be specifically described by way of examples. In addition, the electric double layer capacitor according to the present invention is not limited to those shown in the following examples, and can be appropriately changed and implemented without departing from the gist thereof.
(実施例1)
実施例1においては、下記のように、分極性電極1a、1bを作製すると共に、電解液を調製し、図1に示すような電気二重層キャパシタを作製した。
Example 1
In Example 1, as described below, polarizable electrodes 1a and 1b were prepared, and an electrolytic solution was prepared to produce an electric double layer capacitor as shown in FIG.
[分極性電極の作製]
比表面積2000m2/gの活性炭粉末に、アセチレンブラック5wt%、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)5wt%を加え混練し、3.8mm角で厚み0.5mmの正方形状の分極性電極1a、1bを作製した。
[Preparation of polarizable electrode]
Acetaldehyde black 5 wt% and polytetrafluoroethylene (PTFE) 5 wt% are added to activated carbon powder having a specific surface area of 2000 m 2 / g and kneaded, and square polarizable electrodes 1 a and 1 b having a thickness of 3.8 mm and a thickness of 0.5 mm are obtained. Produced.
[電解液の調製]
溶媒にプロピレンカーボネートを用い、溶質である(C2H5)4NBF4を1mol/lの濃度に溶解させて電解液を調製した。
[Preparation of electrolyte]
Propylene carbonate was used as a solvent, and (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 as a solute was dissolved at a concentration of 1 mol / l to prepare an electrolytic solution.
[電気二重層キャパシタセルの作製]
上記にようにして作製した2枚の分極性電極1a、1bを、間にガラス繊維製のセパレータ2を介在させて対向させ、この電極群を底面に予めめっきによる集電体4aが設けられた、一辺が5mm、高さが1.5mmの枠体3に収容する。そして、枠体3内に電極が十分浸るように電極体積と同量の上記電解液を注液した後に、分極性電極1bに接する部分にめっきにより集電体4bが設けられた液晶ポリマー製の封口板5を超音波溶着にて封口し、電気二重層キャパシタを得た。
[Production of electric double layer capacitor cell]
The two polarizable electrodes 1a and 1b produced as described above were opposed to each other with a glass fiber separator 2 interposed therebetween, and a current collector 4a by plating was previously provided on the bottom surface of this electrode group. , And housed in a frame 3 having a side of 5 mm and a height of 1.5 mm. And after inject | pouring the said electrolyte solution of the same volume as an electrode volume so that an electrode may fully immerse in the frame 3, the liquid collector made from the liquid crystal polymer by which the collector 4b was provided by plating in the part which contact | connects the polarizable electrode 1b The sealing plate 5 was sealed by ultrasonic welding to obtain an electric double layer capacitor.
ここで、枠体3は、融点270〜400℃の液晶ポリマーから構成され、端子6a、6c、保護素子7は、枠体3を作製する際に、インサートモールドにより、枠体3の内部に埋設され、一対の分極性電極1a、1bと電気的に直列に接続された。又、保護素子7には、Positive Temperature Coefficient サーミスタ(PTC素子)を用いた。具体的には、端子6a、6cとして、厚さ0.2mm、幅1.0mmのステンレス製のフレーム2本を用い、一辺1.0mm、厚さ0.2mmのチップ状の保護素子7の両端を、端子6a、6cにスポット溶接又は、導電性接着剤で固定した状態で、インサートモールド成形を行った。尚、液晶ポリマーを用いたインサートモールド工程は、一般的な電子素子のモールド工程と同程度の温度で製造できるので、枠体3に埋設する電子素子としては、サーミスタ、トランジスタ、ダイオード、バリスタ等の電子素子や、無線タグICのような小型のICが使用できる。 Here, the frame 3 is composed of a liquid crystal polymer having a melting point of 270 to 400 ° C., and the terminals 6 a and 6 c and the protective element 7 are embedded in the frame 3 by an insert mold when the frame 3 is manufactured. And electrically connected in series with the pair of polarizable electrodes 1a and 1b. Further, a positive temperature coefficient thermistor (PTC element) was used as the protective element 7. Specifically, as the terminals 6a and 6c, two stainless steel frames having a thickness of 0.2 mm and a width of 1.0 mm are used, and both ends of a chip-shaped protective element 7 having a side of 1.0 mm and a thickness of 0.2 mm are used. Was subjected to insert molding in a state of being fixed to the terminals 6a and 6c by spot welding or a conductive adhesive. In addition, since the insert molding process using a liquid crystal polymer can be manufactured at a temperature similar to that of a general electronic element molding process, electronic elements embedded in the frame 3 include thermistors, transistors, diodes, varistors, and the like. A small IC such as an electronic element or a wireless tag IC can be used.
以上の方法で作製した電気二重層キャパシタは、保護素子7が枠体3の内部に埋設されているため、従来のように保護素子7が枠体3の外側に付設されている場合と比較して、設置面積が少なくて済むのみならず、電気二重層キャパシタの温度が上昇した際に保護素子7の内部抵抗が速やかに増大し、電気二重層キャパシタの電流を抑制することができる。 In the electric double layer capacitor manufactured by the above method, since the protective element 7 is embedded inside the frame 3, compared with the case where the protective element 7 is attached outside the frame 3 as in the prior art. Thus, not only the installation area can be reduced, but also when the temperature of the electric double layer capacitor rises, the internal resistance of the protective element 7 increases rapidly, and the electric current of the electric double layer capacitor can be suppressed.
(実施例2)
実施例2においては、枠体3の内部に埋設される電子素子とその電気的接続方法が異なること以外は、上記実施例1と同様にして、図2に示すような電気二重層キャパシタを得た。
(Example 2)
In Example 2, an electric double layer capacitor as shown in FIG. 2 is obtained in the same manner as in Example 1 except that an electronic element embedded in the frame 3 and its electrical connection method are different. It was.
即ち、実施例2における枠体3は、液晶ポリマー樹脂製であり、端子6aと保護素子7は、枠体3を作製する際に、インサートモールドにより枠体3の内部に埋設された。又、端子6a、端子6bは、それぞれ集電体4a、集電体4bに電気的に接続され、保護素子7は、一対の分極性電極1a、1bと電気的に並列に接続されていた。又、保護素子7には、バリスタを用いた。 That is, the frame body 3 in Example 2 is made of a liquid crystal polymer resin, and the terminals 6a and the protective elements 7 were embedded in the frame body 3 by insert molding when the frame body 3 was produced. The terminals 6a and 6b are electrically connected to the current collector 4a and current collector 4b, respectively, and the protective element 7 is electrically connected in parallel to the pair of polarizable electrodes 1a and 1b. A varistor was used as the protective element 7.
以上の方法で作成した電気二重層キャパシタは、電気二重層キャパシタに過剰な電圧が印可された場合に、保護素子7の内部抵抗が速やかに低下し、電気二重層キャパシタに過度の電流が流れることを防止することができる。特に、保護素子7が枠体3の内部に埋設されているため、従来のように、保護素子7が枠体3の外部に付設されている場合と比較して、保護素子7への静電サージの影響を避けることができる。尚、保護素子7として、ツェナーダイオードを用いても、同様の効果を得ることができる。 In the electric double layer capacitor created by the above method, when an excessive voltage is applied to the electric double layer capacitor, the internal resistance of the protective element 7 is quickly reduced, and an excessive current flows through the electric double layer capacitor. Can be prevented. In particular, since the protective element 7 is embedded in the frame 3, compared to the case where the protective element 7 is attached to the outside of the frame 3 as in the prior art, the electrostatic capacitance to the protective element 7 is increased. The influence of surge can be avoided. The same effect can be obtained even if a Zener diode is used as the protective element 7.
(実施例3)
実施例3においては、枠体3の内部に埋設される電子素子とその電気的接続方法が異なること以外は、上記実施例1と同様にして、図3に示すような電気二重層キャパシタを得た。
(Example 3)
In Example 3, an electric double layer capacitor as shown in FIG. 3 is obtained in the same manner as in Example 1 except that the electronic element embedded in the frame 3 and its electrical connection method are different. It was.
即ち、実施例3における枠体3は、液晶ポリマー樹脂製であり、端子6a、6c、6dと温度センサー8は、枠体3を作製する際に、インサートモールドにより枠体3の内部に埋設された。又、端子6a、端子6bは、それぞれ集電体4a、集電体4bに電気的に接続され、温度センサー8は、端子6cと端子6dに電気的に接続されていた。又、温度センサー8には、熱電対を用いた。尚、温度センサー8は、一対の分極性電極1a、1bと電気的に絶縁されていた。 That is, the frame body 3 in Example 3 is made of a liquid crystal polymer resin, and the terminals 6a, 6c, 6d and the temperature sensor 8 are embedded in the frame body 3 by an insert mold when the frame body 3 is manufactured. It was. The terminals 6a and 6b are electrically connected to the current collector 4a and current collector 4b, respectively, and the temperature sensor 8 is electrically connected to the terminals 6c and 6d. The temperature sensor 8 was a thermocouple. The temperature sensor 8 was electrically insulated from the pair of polarizable electrodes 1a and 1b.
以上の方法で作製した電気二重層キャパシタは、温度センサー8が枠体3の内部に埋設されているため、従来のように、温度センサーが枠体の外側に付設されている場合と比較して、電気二重層キャパシタの温度変化を追随性良く測定することができる。尚、温度センサー8として、サーミスタ、測温抵抗体を用いても、同様の効果を得ることができる。 In the electric double layer capacitor manufactured by the above method, since the temperature sensor 8 is embedded inside the frame body 3, as compared with the conventional case where the temperature sensor is attached outside the frame body. The temperature change of the electric double layer capacitor can be measured with good followability. The same effect can be obtained even if a thermistor or a resistance temperature detector is used as the temperature sensor 8.
(実施例4)
実施例4においては、枠体3を積層セラミック製とし、図4に示すような電気二重層キャパシタを得た。
Example 4
In Example 4, the frame 3 was made of a multilayer ceramic, and an electric double layer capacitor as shown in FIG. 4 was obtained.
即ち、実施例4における枠体3は、6枚の積層セラミック層(セラミックグリーンシート)3a、3b、…、3fからなる。セラミックグリーンシートの外形は、一辺5mmの正方形状であった。 That is, the frame 3 in Example 4 is composed of six laminated ceramic layers (ceramic green sheets) 3a, 3b, ..., 3f. The external shape of the ceramic green sheet was a square shape with a side of 5 mm.
セラミック層3eは、その表面に、スクリーン印刷法によって、端子6aの一部となる所定のパターンを形成したセラミックグリーンシートからなる。又、セラミック層3eは、その内部に貫通するビアホールを1つ有し、当該ビアホールの内部には、端子6aの一部となる金属が埋設される。 The ceramic layer 3e is made of a ceramic green sheet on the surface of which a predetermined pattern that becomes a part of the terminal 6a is formed by screen printing. Further, the ceramic layer 3e has one via hole penetrating therein, and a metal that becomes a part of the terminal 6a is embedded in the via hole.
セラミック層3fは、その表面に、スクリーン印刷法によって、端子6c及び端子6dの一部と、温度センサー8となる所定のパターンを形成したセラミックグリーンシートからなる。又、セラミック層3fは、その内部に貫通するビアホールを2つ有し、当該2つのビアホールの内部には、それぞれ端子6c、端子6dの一部となる金属が埋設される。
The
そして、6枚のセラミック層3a、3b、…、3fを積層し、プレスし、窒素雰囲気中において焼成することで、枠体3の内部に、端子6a、6c、6d及び温度センサー8が埋設された実施例3と同様の構造を得た。
Then, the six
具体的には、端子6aは、セラミック層3e及びセラミック層3fを貫通するビアホールに埋設された金属によって形成され、その一端がセラミック層3eの表面に、他端がセラミック層3fの裏面に形成された。セラミック層3eの表面に形成された一端は、集電体4aに接続された。
Specifically, the terminal 6a is formed of a metal embedded in a via hole penetrating the ceramic layer 3e and the
端子6cは、セラミック層3fを貫通するビアホールに埋設された金属によって形成され、その一端がセラミック層3fの表面に、他端がセラミック層3fの裏面に形成された。端子6cの、セラミック層3fの表面に形成された一端は、温度センサー8の一端に接続された。
The terminal 6c is formed of a metal embedded in a via hole penetrating the
端子6dは、端子6cと同様に、セラミック層3fを貫通するビアホールに埋設された金属によって形成され、その一端がセラミック層3fの表面に、他端がセラミック層3fの裏面に形成された。端子6dの、セラミック層3fの表面に形成された一端は、端子6cが接続されている端とは異なる、温度センサー8の一端に接続された。
Similarly to the terminal 6c, the terminal 6d was formed of a metal embedded in a via hole penetrating the
又、温度センサー8は、セラミックグリーンシート上に、厚さ1μm、幅50μm、長さ1mmのパターンを、金属又はその酸化物を含むペーストで形成した。ペーストには、セラミック層3a、3b、…、3fを高温焼結セラミック(焼結温度1000℃以上)とする場合では、Pt、Pd、Wなどの金属もしくは金属酸化物を、セラミック層3a、3b、…、3fを低温焼結セラミック(焼結温度900〜1000℃)とする場合では、Ag、Cuなどの金属もしくは金属酸化物を含むものを用いる。又、焼結の際の拡散を防ぐため、アルミナペーストによって温度センサー8の表面を被覆することもできる。尚、低温焼結セラミックには、アルミナと硼珪酸系ガラスの混合物を、高温焼結セラミックには、アルミナを用いることができる。
Further, the temperature sensor 8 was formed by forming a pattern having a thickness of 1 μm, a width of 50 μm, and a length of 1 mm on a ceramic green sheet with a paste containing a metal or an oxide thereof. In the paste, when the
同様の手法を用いることで、枠体3を積層セラミック製とした実施例1〜2と同様の構造を作製することも可能である。 By using the same method, it is also possible to produce the same structure as in Examples 1 and 2 in which the frame 3 is made of a multilayer ceramic.
1a、1b…分極性電極
2…セパレータ
3…枠体
3a、3b、…、3f…セラミック層
4a、4b…集電体
5…封口板
6a、6b、6c、6d…端子
7…保護素子
8…温度センサー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b ... Polarizable electrode 2 ... Separator 3 ...
Claims (3)
前記容器は、凹状の枠体と、該枠体の開口部を封口する封口板とから構成され、
前記枠体あるいは前記封口板の内部に電子素子が埋設されていることを特徴とする電気化学素子。 An electrochemical device comprising a pair of electrodes, an electrolytic solution, and a container for containing the pair of electrodes and the electrolytic solution,
The container is composed of a concave frame and a sealing plate that seals the opening of the frame,
An electrochemical element, wherein an electronic element is embedded in the frame or the sealing plate.
前記電子素子は、前記層の表面に配置され、前記枠体を焼結することにより前記枠体の内部に埋設されることを特徴とする請求項1に記載の電気化学素子。 The frame is configured by laminating a plurality of layers made of ceramic,
The electrochemical device according to claim 1, wherein the electronic device is disposed on a surface of the layer and is embedded in the frame body by sintering the frame body.
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