JP2007273480A

JP2007273480A - 電気化学素子

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Publication number: JP2007273480A
Application number: JP2007138730A
Authority: JP
Inventors: 忠義 ▲高▼橋; Tadayoshi Takahashi; Nobuharu Koshiba; 信晴小柴
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2021-06-07
Also published as: JP4908312B2

Abstract

【課題】漏液発生の確率を低減した電気化学素子を提供する。
【解決手段】正極および負極がセパレータを介して対向配置された素子ユニット、素子ユニットと接触する電解液、素子ユニットおよび電解液を収容する金属ケース、金属ケースの開口部を封口する封口体、及び金属ケースと封口体との間に介在するガスケットを備え、ガスケットと金属ケースまたは封口体との間に封止剤を配した電気化学素子であって、封止剤は、エラストマーを主体とし、フタロシアニンブルーからなる有機顔料を含み、金属ケース、ガスケット及び封口体と異なる色に着色されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器の主電源やメモリバックアップ用電源などに使用される有機電解液電池、あるいは電気二重層コンデンサやアルミニウム電解コンデンサ等の電気化学反応を利用した電気化学素子に関する。さらに詳しくは、容器の封口部に配される封止剤の塗布状態が確認可能な構成を備えた電気化学素子に関する。

電気化学素子の多くは、一対の電極がセパレータを介して対向配置された素子ユニット、電解液、およびこれらを収容する容器から構成されている。この容器は、一般に、開口部を有する金属ケースおよびその開口部を封口する封口体から構成されている。また、金属ケースと封口体との間には、両者の電気的絶縁を確保するために、ガスケットを介在させることもある。そして、金属ケースと封口体との間、あるいはガスケットと金属ケースまたは封口体との間には、封止剤が配されている。なお、金属ケースの形状には、有底筒状、角形、ボタン型などがある。

封止剤には、電解液の外部への漏液や蒸発を防止するとともに、外部からの水分の侵入を防止する機能が要求される。特に、電解液として非水電解液を用いた電気化学素子では、水分が非水電解液および電極に悪影響を与えることから、素子内部への水分の侵入を防ぐことを主眼として封止剤が使用されている。

従来から封止剤には様々な提案がなされている。その中でもアスファルト、コールタール等のピッチが最も広く用いられている。さらに、ピッチに鉱物油を混合したもの（特許文献１）、ピッチにシリコンゴムを混合したもの（特許文献２）が、高温・低温下での漏液を起こしにくい封止剤として提案されている。

上記のような電気化学素子は、素子の小型化に伴って回路基盤に直接実装されている。その実装方法としては、リフロー法による自動ソルダリングが主流である。昨今、環境面における種々の課題から、世界的に製品の鉛フリー化がすすめられている。そして、鉛フリー半田を使用した高温リフローの自動実装に対応可能な部品の開発が急務とされている。しかし、次々と実装部品が高温対応化されて行くなか、電気化学素子はエネルギーを蓄積する部品であることから対応が困難であり、高温に対応した製品化も他の実装部品に比較して大幅に遅れている。その主たる理由は、電気化学素子がリフロー炉の内部を通過する際に高温状態（ピーク時に２５０℃の環境下に数十秒程度）に曝され、非常に大きな熱ストレスを受け、破裂したり、性能劣化を起こすことによる。

このような問題に対して、本発明者らは先にブチルゴム、スチレンブタジエンゴム等のエラストマーからなり、耐熱性と封止性を両立する封止剤（特許文献３）を提案した。この封止剤は、漏液発生率の大幅な低減を可能とした。しかし、長期保存時等に僅かであるが漏液の発生が認められた。

本発明者らが漏液の発生原因について詳細な検討を行った結果、封止剤の塗布位置、および封止剤からなる被膜の均一性のばらつきが漏液を引き起こす要因になることを見いだした。さらに、発明者らが先に提案した封止剤は無色透明であることから、ガスケットに封止剤を塗布した状態での塗布位置及び被膜の均一性を、目視あるいは画像認識により確認するのは非常に困難である。このため、塗布位置や被膜の均一性の評価値が規定値から外れた素子を製造工程上の不良品として排除できず、漏液の発生につながったものと考えられる。このような不具合の発生を防止するために、封止剤の塗布状態を画像データにて判定する先行例（特許文献４）には、画像認識を行うための補助手段として、封止剤に白色粉末や発光剤を添加し、バックグランドと区別する構成が開示されている。しかし、これら粉末や発光剤は、封止剤としての機能を殆ど有さないので、封止性能の悪化を招く場合がある。
特公昭６１−３６３４４号公報特開昭６３−８０４７１号公報特開２０００−１３８０４２号公報特開平３−３７９５５号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、封止剤の特性に悪影響を与えることが無く、同時に電気化学素子のケース、封口板及びガスケットに配される封止剤の塗布位置、膜厚の均一性を目視または画像認識にて確認可能な構成を有する電気化学素子を提供することを目的とする。

本発明は、正極および負極がセパレータを介して対向配置された素子ユニット、前記素子ユニットと接触する電解液、前記素子ユニットおよび電解液を収容する金属ケース、ならびに前記金属ケースの開口部を封口する封口体を備え、前記金属ケースと封口体との間に封止剤を配した電気化学素子であって、前記封止剤は、エラストマーを主体とし、フタロシアニンブルーからなる有機顔料を含み、前記金属ケース及び封口体と異なる色に着色されている電気化学素子を提供する。

本発明は、また、正極および負極がセパレータを介して対向配置された素子ユニット、前記素子ユニットと接触する電解液、前記素子ユニットおよび電解液を収容する金属ケース、前記金属ケースの開口部を封口する封口体、及び前記金属ケースと前記封口体との間に介在するガスケットを備え、前記ガスケットと前記金属ケースまたは前記封口体との間に封止剤を配した電気化学素子であって、前記封止剤は、エラストマーを主体とし、フタロシアニンブルーからなる有機顔料を含み、前記金属ケース、ガスケット及び封口体と異なる色に着色されている電気化学素子を提供する。
前記エラストマーはブチルゴムであるのが好ましい。
前記ガスケットはポリフェニレンサルファイドからなるのが好ましい。

本発明によれば、エラストマーを主体とする封止剤を有機顔料によって着色しており、その色調は金属ケース及び封口体と異なるばかりでなく、好ましくはガスケットとも異なる様に設定している。このため製造工程において封止剤の塗布液を調製し、これを塗布して塗布膜を形成した際に、金属ケース等の各構成部品と封止剤との彩度あるいは色調の相違から塗布状態の評価・判断が可能になり、塗布状態のバラツキを抑制できる。特に、画像認識装置を用いた製造工程では、着色部の位置から封止剤の塗布位置を確認することが可能になるだけでなく、塗布位置の認識結果を塗布装置にフィードバックすることで、塗布位置を的確に制御できる。

さらに、塗布された封止剤の斑やかすれ等の着色状況から封止剤の塗布状態を把握し、封止剤の膜厚を推定することができる。前記の認識結果を塗布位置と同様に塗布装置の制御に反映することで、封止剤の膜厚に生ずるバラツキを最小にできる。また、素子の封口性を確保するのに必要充分な量だけが塗布されるため、封止剤の塗布量を削減することも可能になる。

上記のように本発明の封止剤は、主材のエラストマーと化学的な親和性を有し、かつ比重がほぼ同じ有機顔料で着色しているので、顔料粒子が均一に分散された構成となる。したがって、本発明の封止剤の塗布液では、顔料の沈降や分離を生じることがない。これに対して、上記の先行例（特許文献４）は、アスファルトやワックスの封止剤に白色粉末や発光剤を単に混合する構成である。そのため、そのような封止剤を、リフロー法による基板への直接実装を目的とする電気化学素子、あるいは使用環境が高温となる電気化学素子に使用した場合は、封止剤の機能を果たさなくなる。これは、アスファルトやワックスは、高温に曝されると流動するからである。

また、上記の先行例には、白色粉末の具体的な物質名としては酸化チタン（ＴｉＯ₂）、発光剤としては蛍光物質をあげている。前者の無機顔料を本発明のエラストマーを主体とする封止剤の溶液に添加し、塗布液を調製した場合、無機粉末の比重が比較的大きい（例えば酸化チタンの比重は３．８〜４．２）ことから、粉末は封止剤中で分離、沈降し易い。このため、塗布膜中で白色粉末の偏在が生じるから、そのような塗布膜を電池に適用すると、漏液を引き起こす要因となる。さらに、均一な塗布膜を得るには、封止剤の塗布液を常に混合、攪拌し、白色粉末の凝集、沈殿を防止する必要があり、封止剤の塗布工程の煩雑化を招いてしまう。

後者の発光剤の場合は、蛍光物質が有機電解液に対して可溶性を有する。したがって、封止剤中の発光剤部分は、有機電解液との反応によって溶解し、封止剤としての機能を果たさなくなるおそれがある。
一方、本発明の封止剤は、前述したようにエラストマーと均一に混合、分散する有機顔料で着色しているので、素子に塗布される封止剤の機能低下に起因する特性の悪化を招くことはない。

また、封止剤の着色は、金属ケース、封口体及びガスケットの色調に応じて選択することが可能であり、その自由度も大きい。特に、製造工程に導入される画像認識装置は、各構成要素の色に加え、装置の特性及び環境による影響も受けることから、各々の影響を考慮した選択が好ましい。これにより、塗布状態、すなわち塗布位置や膜厚、の認識精度を大幅に向上させることが可能になる。

本発明の封止剤は、エラストマーを主体としており、リフロー炉を通過させた場合でも、封止剤の溶融を生じることがなく、電気化学素子の容器内部の密閉性を保持することができる。さらに、熱ストレスの付加に伴う構成部品の変形、特にガスケットの膨張、収縮に追随できることから、電気化学素子の封止性能を大幅に向上させる。

このように本発明の構成によれば、封口体の周縁部、ケースの内面周縁部、ガスケットなどに、封止剤を所定位置に均一な膜厚で塗布することができ、塗布位置及び膜厚のバラツキに起因する漏液の発生を防止できる効果を奏する。封止剤を形成するエラストマー、及び有機顔料は、いずれも耐熱性に優れ、かつ封止剤と他の構成部品との密着性に優れていることから、リフロー法による実装を行う際の過大な温度変化及び熱ストレスに対しても封止性能を維持できる。したがって、漏液発生の確率を低減した電気化学素子を得ることができる。

本発明の電気化学素子は、封口部に用いられる封止剤が特定のゴム成分および特定の有機顔料からなる点に特徴を有する。すなわち、封止剤は、エラストマーを主体とし、これに有機顔料を添加することで着色している。これにより封止剤は、金属ケース、封口体及びガスケットの色調と異なるように、任意の色に着色され、前記金属ケース等に封止剤を塗布した際に、塗布状況を目視または画像認識により容易に確認できる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について説明する。
図１は、厚さ２．１ｍｍ、直径６．８ｍｍの偏平形有機電解液電池の縦断面図である。この電池は、リフロー法を用いた自動ソルダリングに対応し得る耐高温環境特性を有するように、２５０℃程度の耐熱性を有する材料を用いて構成されている。さらに、正極にマンガン酸リチウムを、負極にリチウム−アルミニウム合金を用いている。

図１において、１は発電要素を収容する電池ケースを表す。このケース１は、正極端子を兼ね、耐食性に優れたステンレス鋼からなる。ケース１、負極端子を兼ねるステンレス鋼製の封口板２、及びケース１と封口板２との間に介在させたガスケット３により、発電要素を密閉する容器を構成している。ガスケット３は、例えばポリフェニレンサルファイドからなる。このガスケット３は、ケース１と封口板２とを絶縁する機能に加え、発電要素を液密的に電池容器内に密閉するための機能を有している。

封止剤は、ガスケット３の封口板と接することとなる内面部分、すなわち内側の立ち上がり部から底面にわたる部分、並びにケース１の内面の立ち上がり部から底部周縁部にわたる部分に塗布されている。封止剤を塗布した後、ケース１の開口部にガスケット３、封口板２の順で組み合わせ、ケース１の周縁部を内方に屈曲させることで、かしめ封口がなされる。図では、封止剤の被膜を９で表している。

正極４は、活物質のマンガン酸リチウムに導電剤のカーボンブラック及び結着剤のフッ素樹脂粉末を混合し、その混合物を直径４ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのペレット状に成型した後、２５０℃で１２時間乾燥したものである。得られたペレット状の正極４は、ケース１の底面にカーボン塗料を塗布、乾燥させて形成した正極集電体７上に載置される。負極５は、金属リチウムとアルミニウムを電気化学的に合金化したリチウム−アルミニウム合金からなる。この製法は次のとおりである。まず、封口板２の内面にステンレス鋼のネットからなる集電体８を接合し、これに直径４ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの円盤状アルミニウムを圧着する。次に、前記アルミニウムの表面に、シート状のリチウム金属を圧着する。電池組み立て時に、電池容器内へ有機電解液を注入すると、リチウムとアルミニウムが短絡状態になり、リチウムが電気化学的にアルミニウム中に吸蔵され、リチウム−アルミニウム合金が形成される。

正極４と負極５との間に配されるセパレータ６は、ポリフェニレンサルファイドからなる。有機電解液は、溶媒のスルホランにリチウムビスパーフルオロスルホニルイミドＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂を１ｍｏｌ／ｌ溶解したもので、電池容器に１５μｌが充填されている。
図２は、電気化学素子の一つである円筒形非水電解液電池の封口部に、封止剤を配した状態を断面図で示す。

金属ケース１１の中には、正極１２および負極１４がセパレータ１３を介して対向配置された素子ユニット、および非水電解液が収容されている。ただし、図２において非水電解液は省略してある。素子ユニットは、正極１２、負極１４およびセパレータ１３を積層したものを巻回したものである。

素子ユニットの上下には、電極の短絡を確実に防止するための上部絶縁リング１８および下部絶縁リング１９が配されている。そして、正極１２と接続された正極リード１２ａは、封口体１６に設けた正極端子１５と電気的に接続されている。負極１４と接続された負極リード１４ａは、負極端子を兼ねる金属ケース１１と電気的に接続されている。そして、金属ケース１１の開口部と封口体１６の周縁部との間には、封止剤１７が配されている。素子ユニット及び上下部の絶縁リングを金属ケース１１内に配置した後、ケースの開口部近傍に環状凹部を形成して、封口体を受ける段部２０を形成する。次に、封止剤を、ケース１１の開口部内周面に５〜１００μｍの厚さに塗布する。封止剤の被膜を１７で表している。封止剤の塗布状態を画像認識により判別する方法としては、上記の先行例に記載の方法が適用可能である。

図３は、電気化学素子の一つである電気二重層コンデンサの封口部に、封止剤を配した状態を示す。金属ケース２１の中には、活性炭からなる一対の分極性電極がセパレータを介して対向配置された素子ユニット、および非水電解液が収容されている。ただし、図３において非水電解液は省略してある。素子ユニット２０は、図３中では断面で示されていないが、正極、負極および両電極を隔離するセパレータを積層し、巻回したものである。前記正極および負極には、それぞれ正極リード２３および負極リード２４が接続されている。

金属ケース２１の開口部は、ケース内部の非水電解液が蒸発したりしないように合成樹脂またはゴムからなる封口体２５で封口されている。金属ケース２１の開口端部は、その外周を絞り加工して、封口体２５の上面周縁部にかしめてある。封口体２５は、２つの貫通孔２６および２７を有しており、これらの貫通孔を通して正極リード２３および負極リード２４が外部に導出されている。そして、金属ケース２１の開口部と封口体２５の側部および上面周縁部との間には、封止剤の被膜２８が配されている。正極リード２３および負極リード２４と貫通孔２６および２７の内面との間にも、封止剤を設けてもよい。

封止剤は、５〜１００μｍの厚さで金属ケース、封口体またはガスケット表面の素子の封口部に対応する場所に塗布しておき、それから素子を組み立てれば、本発明の素子を得ることができる。
本発明の封止剤は、エラストマーを主体とするため、周知の封止剤であるピッチ等に比べて粘着力を有している。このため、リフロー法による実装時の急激な温度変化に伴って金属ケース、封口体またはガスケットが膨張・収縮しても、その変化に追随できる。したがって、温度変化によって素子のシール性が低下することがなく、漏液を確実に防止することができる。

封止剤の主成分たるエラストマーとしては、炭素および水素元素を含むクロロプレンゴム、アクリルゴムを用いることができ、好ましくはブタジエンゴム、ニトリルゴム、イソブチレンゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンモノマーゴムの群から選択される単独、または複数を混合したエラストマーである。構造式中に占めるケイ素および酸素原子の比率が高いシリコンゴムやフルオロシリコンゴムも適用可能である。これらは、構造式中に炭素および水素原子を含有しており、さらにケイ素が炭素と同族元素であることから、前記エラストマーと同様に有機顔料との親和性が高い。これらのエラストマーは、一般に無色透明あるいは白色であるが、後述する有機顔料と組み合わせることで任意の色に着色される。

上記の各エラストマーに組み合わされ、封止剤を形成する有機顔料としては、レーキレッド、メチルバイオレット、エオシンレーキ、グリーンゴールド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーンなどを用いることができる。これらを用いることで表１に示す色に着色が可能である。

表１において有機顔料が備える着色力の強さの面では、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーンなどのフタロシアニン系金属錯体が最も強いことから、封止剤への添加量の削減が可能となり、フタロシアンニン系の有機顔料は他の有機顔料に比べてより有利である。

フタロシアニン系金属錯体からなる有機顔料は、フタロシアニン化合物の中心部における二つの水素イオンを銅、コバルト、鉄、ニッケル、亜鉛等の遷移金属イオンによって置換された化合物である。これら化合物は、上記の通り強い色調を有することに加え、有機溶媒を始めとする各種の電解液に対する高い安定性、すなわち耐有機溶媒性、耐アルカリ性、耐酸性を備える。さらに、比重が１．４前後であり、本発明の封止剤の主成分あるエラストマー（比重１．３〜１．６）と同等であることから、封止剤中に有機顔料を添加・分散させた時に分離することがない。また、耐熱性の面に関してもフタロシアンニン系の有機顔料は優れており、リフロー時のような高温環境に曝されても安定に存在することが可能である。

有機顔料は、エラストマーに対する分散性の面において、無機顔料の分散性に比べて非常に優れており、封止剤を作製する場合には部分的な色むらが無くなる。分散性に優れる理由としては、エラストマーと有機顔料との比重がほぼ等しいことに加え、有機顔料の特徴である炭素、水素などからなる金属イオンの配位子と、主に炭素、水素を含有する構造であるエラストマーが非常に弱く化学的に引き合っていることが挙げられる。一方、無機顔料は、一般に金属または金属酸化物を主体としており、比重がエラストマーに比べて２倍以上にある。さらに、エラストマーとの親和性に欠けることから、エラストマーと混合後、すぐに顔料の沈降が始まり、封止剤に色むらが発生してしまう。

有機及び無機顔料と共に着色の手段として用いられる染料は、一般に有機電解液に対して不安定であり、溶解する可能性がある。したがって、電気化学素子を長期間保存した際に、有機電解液と封止剤中の染料成分が接触することで、染料の溶解が生じ、信頼性に影響を及ぼすおそれがある。

これに対して、有機顔料は、有機電解液に対して非常に安定であり、長期の保存においても封止剤中の顔料成分が溶解することもなく、電池の長期信頼性に全く影響を及ぼさない。

次に、上記の有機顔料を用いた封止剤の着色について説明する。
上述のように封止剤の主成分たるエラストマーは無色透明あるいは白色であるため、封止剤に含有される有機顔料の量が多いほど、封止剤自体の色は濃くなる。そこで、ガスケットの色と着色された封止剤の彩度の差を大きく設定することで、封止剤の塗布位置や被膜の均一性を容易に目視あるいは画像認識で確認することができる。例えば、ガスケットに乳白色の樹脂を用いた場合、濃色、特に黒色や青紫色に着色された封止剤を塗布することで、塗布状況の認識精度は高まる。無色透明あるいは白色等の封止剤では、ガスケットの色と同系色であることから、色の識別は困難であり、有機顔料の量を高めても封止剤の高い認識精度は期待できない。従って、封止剤が塗布される部分の色に対して、異なる色彩に着色することで、封止剤への有機顔料の添加量を低めることが可能になる。このような製造工程上での認識精度に加え、耐熱性を考慮すると、フタロシアニン系の有機顔料の中でも、耐熱性と色の濃さなどからフタロシアニンブルーが最も好ましい。

封止剤に占める有機顔料の比率については、有機顔料の量が増加することで塗布状態の認識精度は向上する。その一方で、封止剤に占めるエラストマーの量が相対的に低下し、封止剤に要求される最も重要な機能である封止効果が下がる。このため、封口体あるいはガスケットの高分子との接触面での接着性能が低下し、漏液発生の確立が高くなってしまう。従って、封止剤に占める有機顔料の割合は好適な範囲が存在する。具体的には１０〜３０重量％程度が好ましい。

以下、本発明を偏平形非水電解液電池に適用した実施例について説明する。しかし、これは本発明の一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。

《実施例１》
ガスケット３およびセパレータ６に、ポリフェニレンサルファイドを用いた、図１の構造を有する電池を組み立てた。

封止剤は、エラストマーとしてブチルゴムを使用し、有機顔料としてフタロシアニンブルーを使用した。塊状のブチルゴムをトルエンで溶解した溶液を調製し、これにフタロシアニンブルーの微粉末を添加した。このようにして調製した封止剤の塗布液をガスケット３及びケース１の所定の位置に塗布した。この塗布は、手作業にて実施し、さらに塗布状況を目視により確認した。封止剤の塗布後、トルエンを蒸発させることによって、有機顔料を含むブチルゴム被膜を形成させた。前記塗布液におけるブチルゴムおよび顔料の割合は５重量％であり、そのうちブチルゴムと有機顔料の構成比は、ブチルゴム６０重量部に対して顔料４０重量部である。

上記のようにして封止剤が塗布されたケースおよびガスケットを用いて図１のような構造を有する電池を作製した。ガスケット及びセパレータは、ポリフェニレンサルファイドからなるものを用いた。この電池をＡとする。

《参考例１》
電池Ａの有機顔料であるフタロシアニンブルーに代えて、レーキレッドを用いた以外は電池Ａと同様の構成の電池Ｂを作製した。

《参考例２》
電池Ａの有機顔料であるフタロシアニンブルーに代えて、有機顔料としてグリーンゴールドを用いた以外は電池Ａと同様の構成の電池Ｃを作製した。

《比較例１》
電池Ａの有機顔料であるフタロシアニンブルーに代えて、染料としてオイルレッドを用いた以外は電池Ａと同様の構成の電池Ｄを作製した。

《比較例２》
電池Ａの有機顔料であるフタロシアニンブルーに代えて、無機顔料として酸化チタンを用いた以外は電池Ａと同様の構成の電池Ｅを作製した。

《比較例３》
ブチルゴムのみを溶解したトルエン溶液を所定の部位に塗布し、トルエンを蒸発させることによって、図１に示す封止剤の被膜９をブチルゴムのみから作製した電池Ｆを組み立てた。用いたトルエン溶液におけるブチルゴムの濃度は３重量％である。

得られた実施例の電池Ａ、参考例の電池Ｂ及び電池Ｃ、並びに比較例の電池Ｄ〜Ｆについて、高周波加熱式リフロー炉を通過させ、耐高温環境特性試験を行った。各電池が通過するリフロー炉の内部の温度プロファイルは余熱行程として１８０℃の環境下に２分間放置し、引き続いて加熱行程として１８０℃、２４５℃、１８０℃の各環境をそれぞれ３０秒間で通過させた後、室温に至るまで自然冷却を行った。本実施例では、電池Ａ〜電池Ｆの各電池１０００個ずつをリフロー炉に挿入する前にあらかじめ漏液の発生が無いことを確認した後、前記温度プロファイルにてリフロー炉を通過させ、漏液の発生状況について検査を行った。漏液の発生が無い電池については、再度リフロー炉を通過させ、漏液の発生状況を調べた。漏液の発生状況を表２に示す。

表２によれば、電池Ａ、Ｂ、およびＣは、封止剤に顔料を含まない比較例の電池Ｆに比べ、リフロー炉通過後における耐漏液性において優れている。着色が施された封止剤は、ガスケット３及びケース１、封口板２との彩度の違いから、塗布位置、及び斑や掠れ等の塗布状態を目視にて容易に確認することができる。このため、封口部位における封止剤層が均一に形成され、かつそのバラツキも低くなり、漏液の発生確率が大幅に低減される。また、電池Ａ〜Ｃにおいて封止剤の着色を変化させたが、封止剤に添加される有機顔料の種類による漏液の発生状況についての違いは少ない。本発明者らは、上記の実施の形態に記載した有機顔料の種類、封止剤への添加比率であれば、漏液の発生状況に相違は発生しないことも確認した。

一方、封止剤に染料（オイルレッド）を添加した比較例１の電池Ｄ、及び無機顔料（酸化チタン）を添加した比較例２の電池Ｅは、いずれも封止剤に着色が施されており、封口部位における封止剤層が均一に形成されていることを確認している。しかし、染料を添加した電池Ｄは、リフロー時の熱による影響を受け、染料が変性したことに加え、有機電解液に染料が溶解し、封止性能が低下したために、漏液が生じたものと考えられる。無機顔料を添加した電池Ｅは、有機電解液による分解や変質、あるいは熱による変性等の影響は受けていないが、封止剤の塗布時に無機顔料が偏在した部分が生じ、この部分の封止性能が低下したことにより、漏液が生じたものと考えられる。

顔料を含まないブチルゴムを用いた場合には、塗布された封止剤の膜が無色透明であり、封止剤の塗布位置および斑やかすれの状態確認を行いつつ、塗布作業を行うのは非常に困難であり、さらにこれらの状態を塗布後の様態から判断するのも難しい。このため、塗布された封止剤に斑やかすれが生じていたり、あるいは所定の位置から外れた場所に塗布された場合でも、目視によって封止剤の状態を確認することができず、その塗布状態にバラツキが生じてしまう。そして、この塗布状態のバラツキにより、所定の位置及び膜厚に封止剤が形成されていない電池が混在することになり、これら電池がリフロー炉の通過後に漏液したものと考えられる。

実施例では、偏平状の電池容器に発電要素を収容した偏平形電池について説明したが、図２に示す円筒形電池や、角形電池への適用が可能である。また、有機溶媒を含む有機電解液電池について説明したが、本発明の封止剤の主成分たるエラストマーは、水溶液系の電解液に対して安定であるため、これら電解液に対して安定な有機顔料を組み合わせることで、有機電解液電池だけでなく、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム蓄電池、鉛蓄電池等の二次電池、マンガン乾電池、アルカリマンガン電池等の一次電池に本発明に係る封止剤を用いることができる。

実施例では、有機電解液にスルホランを用いたが、スルホラン、３−メチルスルホラン、テトラグライム、及びメチルオキサゾリジノンからなる群より選択される１種類以上の溶媒を使用した有機電解液であれば、エラストマー及び有機顔料に対して安定であり、封止剤に対する影響が無いことを発明者らは確認している。高温環境下における安定性の面においても、スルホランの沸点が２８７℃、３−メチルスルホランの沸点が２７６℃、テトラグライムの沸点が２７５℃、メチルオキサゾリジノンの沸点が２７０℃であることから、各沸点以下の環境下であれば、電解液の気化、分解は生じない。このため、２５０℃程度まで達するリフロー炉の内部においても、封止剤の熱による劣化、電解液の分解を生じることなく安定した状態で存在し、電池特性を維持することができ、リフロー法による実装を可能にする。

本発明によれば、封止剤に添加される有機顔料の色彩を、電気化学素子を構成する部品の色彩と異なるように設定することで、封止剤を塗布した際に各構成部品の彩度の相違から、塗布状態の評価・判断が可能になる。したがって、塗布状態が基準に達せず、漏液を発生するおそれのある素子を製造工程から除くことができる。そのため漏液を発生する不良品の割合を大幅に低下させた電気化学素子を提供することができる。特に、画像認識による塗布状態の評価・判定の精度が大幅に向上するから、ほぼ全自動化されている実装工程の生産性向上にも大きく寄与する。さらに、封止剤にエラストマーを用いることで、鉛フリー半田に対応する２６０℃以上の温度領域でも電気化学素子のリフロー実装が可能になり、環境問題にも対応できるなど、本発明の工業的価値は極めて高い。

本発明の一実施例における偏平形非水電解液電池の縦断面図である。本発明の他の実施例における円筒形非水電解液電池の縦断面図である。本発明のさらに他の実施例における電気二重層コンデンサの縦断面図である。

Claims

正極および負極がセパレータを介して対向配置された素子ユニット、前記素子ユニットと接触する電解液、前記素子ユニットおよび電解液を収容する金属ケース、ならびに前記金属ケースの開口部を封口する封口体を備え、前記金属ケースと封口体との間に封止剤を配した電気化学素子であって、前記封止剤は、エラストマーを主体とし、フタロシアニンブルーからなる有機顔料を含み、前記金属ケース及び封口体と異なる色に着色されていることを特徴とする電気化学素子。
正極および負極がセパレータを介して対向配置された素子ユニット、前記素子ユニットと接触する電解液、前記素子ユニットおよび電解液を収容する金属ケース、前記金属ケースの開口部を封口する封口体、及び前記金属ケースと前記封口体との間に介在するガスケットを備え、前記ガスケットと前記金属ケースまたは前記封口体との間に封止剤を配した電気化学素子であって、前記封止剤は、エラストマーを主体とし、フタロシアニンブルーからなる有機顔料を含み、前記金属ケース、ガスケット及び封口体と異なる色に着色されていることを特徴とする電気化学素子。
前記エラストマーはブチルゴムである請求項１または２記載の電気化学素子。
前記ガスケットはポリフェニレンサルファイドからなる請求項２記載の電気化学素子。