JP2009123889A - Electrochemical device, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイスに関する。 The present invention relates to an electrochemical device such as a secondary battery or an electric double layer capacitor.
例えば、携帯電話,デジタルスチルカメラ,ノートパソコン等の電気機器や、ハイブリッド電気自動車においては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池、更に電気二重層キャパシタやレドックスキャパシタ等の電気化学キャパシタなどの、電荷を蓄積することができる、いわゆる電気化学デバイスが広く用いられている。 For example, in electric devices such as mobile phones, digital still cameras, laptop computers, and hybrid electric vehicles, secondary batteries such as lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries, and electrochemical capacitors such as electric double layer capacitors and redox capacitors, etc. The so-called electrochemical devices capable of accumulating electric charges are widely used.
従来のこの種の電気化学デバイスとして、例えば、下記特許文献1には、正極電極形成層を配置した集電体部と負極電極形成層を配置した集電体部とをセパレータを介して、交互に所要の枚数だけ積層した積層体と、正極電極形成層を配置した集電体部の電流を取り出す正極電流取り出し部と、負極電極形成層を配置した集電体部の電流を取り出す負極電極取り出し部を備え、これらを外装ケースに挿入後、電解液を含浸し、外装ケースを密封してなる積層電気二重層キャパシタが開示されている。 As a conventional electrochemical device of this type, for example, in Patent Document 1 below, a current collector portion in which a positive electrode forming layer is arranged and a current collector portion in which a negative electrode forming layer is arranged are alternately arranged via separators. A laminate in which a required number of layers are stacked, a positive current extraction unit that extracts current from the current collector part in which the positive electrode forming layer is arranged, and a negative electrode extraction that extracts current in the current collector part in which the negative electrode forming layer is arranged In other words, a multilayer electric double layer capacitor is disclosed which includes a portion and is inserted into an outer case, impregnated with an electrolytic solution, and the outer case is sealed.
また、下記特許文献2には、第1の電極と、第1の電極に対して係留式に保持された隔離体シートと、この隔離体シートに対して当接する第2の電極とを含み、これら電極は隔てられた構成に維持され、更に、電極、隔離体シート及び電解液を収容して、電極間のイオン伝導を可能にするためのハウジングと、それぞれの電極に接続され、前記電極への外部電気的接続を可能にするための2つの端子とを含む、スーパーキャパシタが開示されている。また、中央部に炭素コーティングを施した連続したアルミニウムシートの一側から幅方向に伸びる溝を所定間隔で形成し、このアルミニウムシートと、同じく連続した隔離体シートとを、複数枚長手方向に沿って走行させつつローラにより接合させて、上記スーパーキャパシタを製造する方法が開示されている。 Patent Document 2 below includes a first electrode, a separator sheet held in a mooring manner with respect to the first electrode, and a second electrode that comes into contact with the separator sheet, These electrodes are maintained in a separated configuration, and are further connected to each electrode and a housing for accommodating the electrode, the separator sheet, and the electrolyte, and enabling ion conduction between the electrodes. A supercapacitor is disclosed that includes two terminals for allowing external electrical connections of the two. Further, a groove extending in the width direction from one side of a continuous aluminum sheet having a carbon coating at the center is formed at a predetermined interval, and a plurality of the same aluminum sheet and a continuous separator sheet are provided along the longitudinal direction. A method of manufacturing the supercapacitor by joining with a roller while running is disclosed.
一方、近年、電気二重層キャパシタは、急速な回路負荷の立ち上がりに対する補助電源として期待されつつあり、そのような用途においては、等価直列抵抗(ESR)は低く、静電容量(C)は必要十分に大きいことが要求されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載された積層電気二重層キャパシタにおいては、正極電極形成層を配置した集電体部から延出された正極電極取り出し部と、負極電極形成層を配置した集電体部から延出された負極電極取り出し部とを、外装ケースの外側に延出させ、外装ケースの外側で端子電極に接続する構造となっているため、端子電極との接続部における強度が不十分となりやすく、製造作業性もよくなかった。 However, in the multilayer electric double layer capacitor described in Patent Document 1, a positive electrode lead-out portion extended from a current collector portion where a positive electrode formation layer is arranged and a current collector where a negative electrode formation layer is arranged Since the negative electrode lead-out portion extended from the portion is extended to the outside of the outer case and connected to the terminal electrode outside the outer case, the strength at the connecting portion with the terminal electrode is insufficient The manufacturing workability was not good.
また、上記特許文献2に記載されたスーパーキャパシタの製造方法では、連続したアルミニウムシートや隔離体シートを、長手方向に走行させつつ、ローラにより接合する方法であるため、各シートを複数枚積層しようとすると、製造装置が大型化してしまうという問題点があった。 In the method of manufacturing a supercapacitor described in Patent Document 2, a continuous aluminum sheet or a separator sheet is joined by a roller while running in the longitudinal direction. Then, there existed a problem that a manufacturing apparatus will enlarge.
したがって、本発明の目的は、それぞれの電極の取り出し部の信頼性が高く、静電容量が大きく、ESRが低く、かつ、作業性よく製造できる電気化学デバイス及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrochemical device that can be manufactured with high reliability, high capacitance, low ESR, and good workability, and a method for manufacturing the same. .
上記目的を達成するため、本発明の電気化学デバイスは、互いに並列して隔置された一対の露出電極と、該一対の露出電極上に重なるように、セパレータを介して交互に積層された複数の電極と、前記露出電極の一部を外部に露出させて、前記露出電極、セパレータ及び電極の積層体の外周を覆う封止体と、前記電極間に充填された電解液とを備える電気化学デバイスにおいて、前記電極は、極性の異なる一対のものがセパレータを介して対向するように配置され、各電極は、前記セパレータに重なる重なり部分と、該重なり部分から突出する引き出し部分とを有し、一方の極性の電極の引き出し部分と、他方の極性の電極の引き出し部分は、それぞれ異なる位置にあって、かつ、同じ極性の電極の引き出し部分どうしが整合するように配置され、それぞれの極性の電極の引き出し部分どうしが、対応する前記露出電極上に接続されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an electrochemical device of the present invention comprises a pair of exposed electrodes spaced in parallel with each other and a plurality of layers stacked alternately via separators so as to overlap the pair of exposed electrodes. An electrode, a part of the exposed electrode exposed to the outside, a sealing body covering the outer periphery of the stacked body of the exposed electrode, the separator and the electrode, and an electrolytic solution filled between the electrodes In the device, the electrodes are arranged such that a pair of electrodes having different polarities face each other with a separator interposed therebetween, and each electrode has an overlapping portion that overlaps the separator and a lead-out portion that protrudes from the overlapping portion, The lead-out portion of one polarity electrode and the lead-out portion of the other polarity electrode are located at different positions and are arranged so that the lead-out portions of the same polarity electrode are aligned with each other Are, each other lead portion of each of the polarity of the electrodes, characterized in that it is connected on the corresponding said exposed electrode.
本発明の電気化学デバイスによれば、一対の露出電極上に重なるように、セパレータを介して複数の電極を交互に積層し、一方の極性の電極の引き出し部分と、他方の極性の電極の引き出し部分とを、対応する露出電極上に接続させ、前記露出電極の一部を外部に露出させて、前記露出電極、セパレータ及び電極の積層体の外周を封止体で覆って構成されているので、封止体の内部でそれぞれの電極の引き出し部分が相互に接合され、この接合体が露出電極(端子電極)に接続された構造をなし、電極の引き出し部分と露出電極との接合強度が高まり、信頼性を高めることができる。また、各電極及びセパレータの積層工程を一対の露出電極上で行い、各電極の引き出し電極を相互に接合して対応する一対の露出電極上に接続できるので、製造作業性も良好となる。更に、極性の異なる一対の電極と、それらの間に配置されたセパレータとで構成される素子が複数並列に接続された構造となるので、積層数を増やすことによって必要とされる静電容量を確保できると共に、ESRを低くすることができる。 According to the electrochemical device of the present invention, a plurality of electrodes are alternately stacked via separators so as to overlap on a pair of exposed electrodes, and a lead portion of one polarity electrode and a lead electrode of the other polarity are drawn. Part is connected to the corresponding exposed electrode, a part of the exposed electrode is exposed to the outside, and the outer periphery of the laminate of the exposed electrode, the separator and the electrode is covered with a sealing body. The lead portions of the respective electrodes are joined to each other inside the sealing body, and this joined body is connected to the exposed electrode (terminal electrode), thereby increasing the bonding strength between the lead portion of the electrode and the exposed electrode. , Can increase the reliability. In addition, since the step of laminating each electrode and separator is performed on a pair of exposed electrodes and the lead electrodes of each electrode can be joined to each other and connected to the corresponding pair of exposed electrodes, the manufacturing workability is also improved. Furthermore, since a plurality of elements composed of a pair of electrodes having different polarities and a separator disposed between them are connected in parallel, the required capacitance can be increased by increasing the number of layers. It can be ensured and ESR can be lowered.
本発明の電気化学デバイスにおいて、前記電極は、集電体と、その表面に形成された分極性電極とで構成され、前記分極性電極は、前記電極の重なり部分に形成されており、前記集電体は、前記重なり部分と前記引き出し部分とを有していることが好ましい。この態様によれば、同じ極性の電極の集電体の引き出し部分どうしを対応する露出電極上に接続することにより、セパレータを介して複数の電極が積層された電気二重層キャパシタを得ることができ、製造作業性も良好となる。 In the electrochemical device of the present invention, the electrode is composed of a current collector and a polarizable electrode formed on a surface thereof, and the polarizable electrode is formed in an overlapping portion of the electrode, The electric body preferably has the overlapping portion and the lead-out portion. According to this aspect, it is possible to obtain an electric double layer capacitor in which a plurality of electrodes are stacked via the separator by connecting the lead-out portions of the current collector of the same polarity to the corresponding exposed electrodes. , Manufacturing workability is also improved.
また、本発明の電気化学デバイスの製造方法は、上述した電気化学デバイスの製造方法であって、
複数デバイス分の前記露出電極形成領域を有する1枚のリードフレームと、該リードフレームの各露出電極形成領域に対応する電極形成領域を有する電極シートと、前記リードフレームの各露出電極形成領域に対応するセパレータ形成領域を有するセパレータシートと、前記リードフレームの各露出電極形成領域に対応する封止体形成領域を有する封止シートとを用い、
前記リードフレームの前記露出電極形成領域には、一対の露出電極を隔置するスリットを形成し、前記電極シートの前記電極形成領域には、前記セパレータと重なる重なり部分と、前記セパレータからはみ出して前記一対の露出電極の一方に重なる引き出し部分とを抜き孔によって形成すると共に、前記引き出し部分が前記一対の露出電極の一方に重なるものと、他方に重なるものとの2種類の電極シートを形成し、前記セパレータシートの前記セパレータ形成領域には、前記電極に重なって積層方向に隣接する電極同士が短絡しないように絶縁する重なり部分と、前記露出電極の一部及び前記電極の引き出し部分を露出させる抜き孔とを形成し、
前記リードフレーム上に、前記セパレータシートを介して、前記2種類の電極シートを交互に積層し、前記電極シートの前記セパレータシートからはみ出した引き出し部分を重ね合わせて前記リードフレームの対応する露出電極形成領域に接続し、
前記リードフレームを1枚の連結されたシート状態に保つランナー部分を残して、前記リードフレーム、前記電極シート及び前記セパレータシートの前記電気化学デバイスを構成する部分の周縁を打ち抜いて空隙を形成し、
前記封止シートに、前記露出電極の露出部を露出させる開口部と、前記電気化学デバイスの一辺に位置するスリットとを形成し、
前記リードフレーム、前記電極シート及び前記セパレータシートの積層物を、前記封止シートで挟むように前記封止シートを配置し、前記積層物の表裏に配置された封止シートの電気化学デバイスの周縁となる部分を、前記スリット形成部分を残して接合し、
前記封止シートのスリットを通して前記積層物の層間に前記電解液を充填し、次いで前記スリットの部分も接合して、前記積層物を前記電解液と共に封入し、
最後に前記電気化学デバイスの周縁を完全に切断して、個々の電気化学デバイスに分離することを特徴とする。
The method for producing an electrochemical device of the present invention is the method for producing an electrochemical device described above,
One lead frame having the exposed electrode forming area for a plurality of devices, an electrode sheet having an electrode forming area corresponding to each exposed electrode forming area of the lead frame, and corresponding to each exposed electrode forming area of the lead frame Using a separator sheet having a separator forming region and a sealing sheet having a sealing body forming region corresponding to each exposed electrode forming region of the lead frame,
A slit for separating a pair of exposed electrodes is formed in the exposed electrode forming region of the lead frame, and the electrode forming region of the electrode sheet overlaps with the separator and protrudes from the separator. Forming a lead portion that overlaps one of the pair of exposed electrodes by a punch hole, and forming two types of electrode sheets, one where the lead portion overlaps one of the pair of exposed electrodes and one that overlaps the other, In the separator forming region of the separator sheet, an overlapping portion that is insulated so as not to short-circuit electrodes adjacent to each other in the stacking direction overlapping the electrode, and a portion that exposes a part of the exposed electrode and a lead portion of the electrode are exposed. Forming holes and
The two types of electrode sheets are alternately laminated on the lead frame via the separator sheet, and the lead electrodes protruding from the separator sheet of the electrode sheet are overlapped to form a corresponding exposed electrode of the lead frame. Connect to the area,
Leaving a runner part to keep the lead frame in one connected sheet state, punching out the periphery of the part constituting the electrochemical device of the lead frame, the electrode sheet and the separator sheet to form a gap;
In the sealing sheet, an opening for exposing the exposed portion of the exposed electrode and a slit located on one side of the electrochemical device are formed,
The sealing sheet is arranged so that the laminate of the lead frame, the electrode sheet, and the separator sheet is sandwiched between the sealing sheets, and the periphery of the electrochemical device of the sealing sheet arranged on the front and back of the laminate The part to be joined, leaving the slit forming part,
The electrolyte is filled between the layers of the laminate through the slit of the sealing sheet, and then the slit portion is also joined, and the laminate is sealed together with the electrolyte,
Finally, the periphery of the electrochemical device is completely cut and separated into individual electrochemical devices.
本発明の電気化学デバイスの製造方法によれば、1枚のリードフレーム上に、電極シートとセパレータシートとを交互に積層し、電極シートの引き出し部分を、リードフレーム上の対応する露出電極に接続し、こうして得られた積層物を覆うように封止シートを配置して、封止シートを接合し、封止シートのスリットから電解液を充填した後、スリットの部分も接合して積層物を封入し、最後に個々の電気化学デバイスに切断分離するようにしたので、複数の電気化学デバイスを一度に製造することができると共に、製造工程における個々のシートのハンドリングがしやすくなるので、生産性を向上させることができる。また、1枚のリードフレーム上に、電極シートとセパレータシートとを交互に複数枚積層すればよいので、製造装置が大型化することがない。 According to the method for producing an electrochemical device of the present invention, electrode sheets and separator sheets are alternately laminated on one lead frame, and the lead-out portion of the electrode sheet is connected to the corresponding exposed electrode on the lead frame. Then, a sealing sheet is arranged so as to cover the laminate obtained in this way, the sealing sheet is joined, and after filling the electrolyte from the slit of the sealing sheet, the slit portion is also joined to form the laminate. Since it is sealed and finally cut and separated into individual electrochemical devices, it is possible to manufacture a plurality of electrochemical devices at the same time, and it is easy to handle individual sheets in the manufacturing process. Can be improved. Further, since a plurality of electrode sheets and separator sheets may be alternately stacked on one lead frame, the manufacturing apparatus does not increase in size.
本発明の電気化学デバイスの製造方法において、前記電極シートは、集電体シートと、その表面に形成された分極性電極とで構成され、前記分極性電極は、前記セパレータと重なる重なり部分に形成されており、前記引き出し部分は、前記集電体シートの前記重なり部分からはみ出した部分に形成されていることが好ましい。この態様によれば、同じ極性の電極の集電体の引き出し部分どうしを対応する露出電極上に接続することにより、セパレータを介して複数の電極が積層された電気二重層キャパシタを効率よく製造することができる。 In the electrochemical device manufacturing method of the present invention, the electrode sheet is composed of a current collector sheet and a polarizable electrode formed on a surface thereof, and the polarizable electrode is formed in an overlapping portion overlapping the separator. In addition, it is preferable that the lead-out portion is formed at a portion protruding from the overlapping portion of the current collector sheet. According to this aspect, an electric double layer capacitor in which a plurality of electrodes are stacked through the separator is efficiently manufactured by connecting the lead-out portions of the current collectors of the same polarity to the corresponding exposed electrodes. be able to.
本発明の電気化学デバイスによれば、封止体の内部でそれぞれの電極の引き出し部分が露出電極(端子電極)に接続された構造をなすので、電極の引き出し部分と露出電極との接合強度が高まり、信頼性を高めることができる。また、各電極及びセパレータの積層工程を一対の露出電極上で行い、各電極の引き出し電極を対応する一対の露出電極上に接続できるので、製造作業性が良好となる。更に、極性の異なる一対の電極と、それらの間に配置されたセパレータとで構成される素子が複数並列に接続された構造となるので、積層数を増やすことによって必要とされる静電容量を確保できると共に、ESRを低く維持することができる。 According to the electrochemical device of the present invention, the lead portion of each electrode is connected to the exposed electrode (terminal electrode) inside the sealing body, so that the bonding strength between the lead portion of the electrode and the exposed electrode is high. Increases reliability. Moreover, since the lamination process of each electrode and a separator is performed on a pair of exposed electrodes and the lead electrode of each electrode can be connected on a corresponding pair of exposed electrodes, manufacturing workability is improved. Furthermore, since a plurality of elements composed of a pair of electrodes having different polarities and a separator disposed between them are connected in parallel, the required capacitance can be increased by increasing the number of layers. It can be ensured and ESR can be kept low.
また、本発明の電気化学デバイスの製造方法によれば、複数の電気化学デバイスを一度に製造することができると共に、製造工程における個々のシートのハンドリングがしやすくなるので、生産性を向上させることができる。また、1枚のリードフレーム上に、電極シートとセパレータシートとを交互に複数枚積層すればよいので、製造装置が大型化することがない。 In addition, according to the method for manufacturing an electrochemical device of the present invention, a plurality of electrochemical devices can be manufactured at one time, and handling of individual sheets in the manufacturing process is facilitated, so that productivity is improved. Can do. Further, since a plurality of electrode sheets and separator sheets may be alternately stacked on one lead frame, the manufacturing apparatus does not increase in size.
本発明の電気化学デバイスは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池、更に電気二重層キャパシタやレドックスキャパシタ等の電気化学キャパシタなどの、電荷を蓄積すると共に、その電荷を必要に応じて放出するためのもので、携帯電話,デジタルスチルカメラ,ノートパソコン等の電気機器や、ハイブリッド電気自動車等に、好適に利用される。 The electrochemical device of the present invention accumulates electric charges such as secondary batteries such as lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries, and electrochemical capacitors such as electric double layer capacitors and redox capacitors. It is for discharge, and is suitably used for electric devices such as mobile phones, digital still cameras, notebook computers, and hybrid electric vehicles.
以下、本発明を電気化学デバイスの一種である電気化学キャパシタに適用した実施形態を挙げて説明する。図1、2には、電気二重層キャパシタに適用した本発明の電気化学デバイスの一実施形態が示されている。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an electrochemical capacitor which is a kind of electrochemical device will be described. 1 and 2 show an embodiment of the electrochemical device of the present invention applied to an electric double layer capacitor.
図1,2に示すように、この電気化学デバイス10は、所定間隔を置いて隔置された一対の露出電極21a、21bを有している。この露出電極21a、21b上には、複数の電極31が、セパレータ41を介して、交互に積層されている。電極31は、集電体32と、この集電体32の表面の所定の領域に形成された分極性電極33とを有している。ここで、集電体32としては、例えば金属の箔、繊維シート、メッシュ;カーボンの箔、繊維シート、メッシュ;有機導電性高分子の箔、繊維シート、メッシュ;シリコンなどの半導体シート等が用いられる。なお、集電体32の金属としては、例えばアルミニウム,銀、銅、金、白金、ニッケル、ステンレス、洋銀、銅合金等が好ましく用いられる。また、分極性電極33としては、比表面積の大きな活性炭等の多孔質材料や、炭素繊維、ポリアセン、ハードカーボン、劈開性グラファイト等が用いられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
電極31は、セパレータ41を介して交互に配置されており、積層方向に隣接する電極31どうしは極性の異なるものとなる。そして、極性の異なる一対の電極31がセパレータ41を介して対向するように構成されている。電極31を構成する集電体32は、それらの一端がセパレータ41からはみ出すように延出されて、引き出し部分32a、32bをなしている。この引き出し部分32a、32bは、積層方向に沿って交互に反対方向に延出されており、一側方の延出された引き出し部分32aどうしと、他側方に延出された32bどうしが同じ極性となるようにされている。そして、一側方に延出された引き出し部分32aどうしを重ねて、対応する露出電極21aに平行抵抗溶接、スポット溶接、超音波接合、レーザー溶接等、ロウ付け、導電性接着剤を用いた接着等の方法で接続し、同じく、他側方に延出された引き出し部分32bどうしを重ねて、上記と同様な方法で対応する露出電極21bに接続している。
The
セパレータ41は、一対の極性の異なる電極31どうしを絶縁すると共に、一対の電極31間の電解液中のイオンを移動可能とする部材であり、例えばポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、セルロース、アラミド樹脂等、或いは、それらを混合させた多孔性ポリマーフィルムや不織布、ガラス繊維等で形成することができる。
The
また、一対の電極31間には、図示しない電解液が充填される。電解液としては、特に限定されないが、例えばテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(Et4NBF4)や、下式(i)で示される化合物等が採用される。
Further, an electrolyte solution (not shown) is filled between the pair of
[R1R2R3R4N]+X−・・・(i)
(式中、R1〜R4は、不飽和結合,エーテル結合,アミド結合,又はエステル結合を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基、又は、分子中に窒素原子を有してもよい炭素数4〜6のシクロアルキル基を表し、X−は、ClO4 −、BF4 −、PF6 −、(CF3SO2)2N−、CF3SO4 −、C2F5SO4 −のような陰イオンを表す。)
上記電解質がプロピレンカーボネート(PC)、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、γ−ブチロラクトン、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、スルホラン、3−メチルスルホラン等の溶媒により溶解されることにより、電解液が形成されて、これが極性の異なる一対の電極31間に充填されるようになっている。なお、弗素を含む電解液は、水分が侵入すると弗酸を生じ、集電体32を腐食させる虞れがあるため、後述する封止体51で厳密に封入する必要がある。
[R 1 R 2 R 3 R 4 N] + X − (i)
(Wherein, R 1 to R 4 is an unsaturated bond, ether bond, amide bond, or ester bond to be of good 1 to 6 carbon atoms having alkyl group, or, a nitrogen atom in the molecule Represents a C 4-6 cycloalkyl group, and X − represents ClO 4 − , BF 4 − , PF 6 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − , CF 3 SO 4 − , C 2 F 5. sO 4 - represents an anion such as).
The above electrolyte is dissolved in a solvent such as propylene carbonate (PC), acetonitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, γ-butyrolactone, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, sulfolane, 3-methyl sulfolane. Thus, an electrolytic solution is formed and filled between the pair of
封止体51は、露出電極21a、21b、電極31及びセパレータ41の積層物を、一対の封止シート52a、52bで上下から覆い、封止シート52a、52bの周縁を溶着又は接着することによって形成されている。このとき、一対の露出電極21a、21bが、各封止シート52a、52bの端縁から延出し、外部回路に接続する端子となっている。封止体51を構成する封止シート50としては、非透湿性と十分な強度を有するものであればよく、特に限定されないが、例えば、合成樹脂フィルムを基材とするラミネートフィルムなどが好ましく使用される。ラミネートフィルムの構成材料としては、特に限定されないが、基材となる合成樹脂フィルムとしては、例えばポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂、ポリイミド、テフロン(登録商標)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、フェノール樹脂、アラミド樹脂等が好ましく用いられる。また、ラミネートフィルムは、ガスバリア等を目的とする層として、金属箔を含む層構造としても良く、金属箔としては、アルミニウム等が好ましく用いられる。さらに、封止シート50を溶着によって接合する場合には、少なくとも内面に熱溶着可能な樹脂層(熱溶着層)が設けられるようにすることが好ましく、その場合には、熱融着層の材料として無延伸ポリプロピレン(CPP)等を用いることが好ましい。
The sealing
この電気化学デバイス10は、一対の電極31と、それらの間に配置されたセパレータ41と、一対の電極31間に充填された電解液とによって、電気二重層キャパシタの単位積層体が構成され、この単位積層体が複数積層された構造をなしている。そして、一対の露出電極21a、21bに外部から電圧を印加すると、集電体32の引き出し部分32a、32bを通して、それぞれの電極31に電圧が印加され、セパレータ41を挟んで対向する一対の電極31、31間に正負の電圧が印加される。分極性電極33の活性炭等の表面には、電解液中のイオンが移動して、電気二重層が形成されているが、この電気二重層がキャパシタとなり、電圧を印加すると、電極表面に吸着・局在するイオンの数が増えて充電がなされ、これを放電させることにより電力を得ることができる。この場合、電極31は、セパレータ41を介して複数枚積層されており、隣接する電極31どうしで1つの単位積層体(言い換えると1つの素子)が構成されるので、上記単位積層体(素子)が複数並列接続された構造となっている。したがって、ESRを低くすることができ、単位積層体(素子)が複数設けられることによって、静電容量も高めることができる。
In this
また、集電体32の引き出し部分32a、32bをそれぞれ重ねて、対応する露出電極21a、21bに接続して構成されるので、電極端子の取出し構造がシンプルで、製造もしやすいという利点が得られる。
In addition, since the
図3〜図17には、本発明による電気化学デバイスの製造方法の一実施形態が示されている。この実施形態は、図1,2に示したような電気化学デバイス10を、複数個一度に製造する方法となっている。
3 to 17 show an embodiment of a method for manufacturing an electrochemical device according to the present invention. This embodiment is a method of manufacturing a plurality of
図3は、電極31となる電極シート30の加工方法を示している。同図(a)に示すように、例えばアルミ箔等で形成された集電体シート34に、分極性電極材料をライン状に塗布して分極性電極層35を設ける。次いで、同図(b)に示すように、分極性電極層35の間に、抜き孔36,37a、37bを形成してパターン化する。抜き孔36は、分極性電極層35のライン方向に対して直交する方向に短く、両端部が分極性電極層35に達しない長さで形成されている。抜き孔37aは、上記ライン方向と直交する方向に長く、両端部が分極性電極層35に達する長さで形成されている。抜き孔37bは、上記ライン方向と直交する方向にやや長く、片方の端部が分極性電極層35に達する長さで形成されている。また、上記抜き孔36,37a、37bは、上記ライン方向と直交する方向に整列し、かつ、上記ライン方向に所定間隔で配列されている。更に、同図(c)に示すように、切断線Cで電極シート30を切断して、個々のシート片にする。この場合、上記抜き孔36,37a、37bの配置によって2種類のシート片(例えば同図(c)の右側と左側)が形成され、一方のシート片を他方のシート片に重ねると、個々の電気化学デバイスとなる領域A(本発明における電極形成領域)において、一方のシート片においては、分極性電極層35のラインに対し集電体シート34が下方に突出し、他方のシート片においては、分極性電極層35のラインに対し集電体シート34が上方に突出するようになっている。
FIG. 3 shows a method for processing the
図4は、セパレータ41となるセパレータシート40の加工方法を示している。同図(a)は、セパレータシート40の無加工の状態を示し、この状態から、同図(b)に示すように、前記分極性電極層35に重なるラインLどうしの間に、抜き孔42をラインL方向に所定間隔で、かつ、ラインLに直交する方向に整列するように形成する。更に、同図(c)に示すように、セパレータシート40を所定の長さで切断し、複数のシート片を作成する。このシート片は、前記電極シート30に重ねたとき、個々の電気化学デバイスとなる領域A(本発明におけるセパレータ形成領域)において、抜き孔42が分極性電極層35の両側に所定間隔離れて位置する。そして、集電体シート34の抜き孔36によって形成された端縁は、セパレータシート40の抜き孔42の内側にはみ出し、集電体シート34の抜き孔37a又は37bによって形成された端縁は、セパレータシート40に覆われるようになっている。
FIG. 4 shows a method of processing the
図5は、露出電極21a、21bとなるリードフレーム20の加工方法を示している。同図(a)はリードフレーム20の無加工の状態を示し、リードフレーム20としては、例えばCu合金板(例えばCu−Ni−Co合金板)にNiメッキを施したものや、ステンレス板にNiメッキを施したもの等からなる、厚さ 50μm〜0.8mm程度の金属板が用いられる。この状態から、同図(b)に示すように、前記分極性電極層35に重なるラインLのほぼ中央に、所定間隔でかつラインLに対して直交する方向に整列するように、スリット22を形成する。更に、同図(c)に示すように、リードフレーム20を所定の長さで切断し、複数のシート片を作成する。同図における領域Aは、個々の電気化学デバイスとなる領域を表している。
FIG. 5 shows a method for processing the
図6は、こうして形成した電極シート30、セパレータシート40及びリードフレーム20の積層方法を示している。すなわち、最も下方にリードフレーム20を配置し、その上にセパレータシート40を配置し、その上に電極シート30を配置し、更にその上にセパレータシート40を配置し、更にその上に電極シート30を配置するというように、1枚のリードフレーム20上に、セパレータシート40と電極シート30とを交互に複数枚積層していく。この場合、電極シート30には、前述したように2種類のパターンのシート片(図6では電極シート30a、30b)があるので、パターンの異なるシート片を交互に積層するようにする。そして、個々の電気化学デバイスとなる領域Aは、各シート毎に整合するように積層される。
FIG. 6 shows a method for laminating the
すると、各電極シート30は、セパレータシート40によって絶縁されると共に、個々の電気化学デバイスとなる領域Aにおいて、抜き孔36によって形成される端縁はセパレータシート40の抜き孔42から突出し、抜き孔37a又は37bによって形成される端縁は、セパレータシート40に覆い隠される。その結果、例えば図6の電極シート30aでは、図示する領域Aにおける右上の端縁がセパレータシート40の抜き孔42から突出し、隣接する電極シート30bでは、図示する領域Aにおける左下の端縁がセパレータシート40の抜き孔42から突出する。このように、セパレータシート40を挟んで対置される一対の電極シート30a、30bは、対応する領域Aにおいて、それぞれ反対方向の端縁がセパレータシート40の抜き孔42から突出するようになっている。
Then, each
図7は、こうして積層した各シートの重なり状態を示している。同図(a)は、各抜き孔の重なり状態を示す説明図(図示をわかりやすくするため、本来隠れ線となるべきところも実線で記載している)であり、同図(b)は、個々の電気化学デバイスとなる領域Aの拡大平面図である。すなわち、領域Aにおいては、電極シート30の分極性電極層35の幅内に、リードフレーム20のスリット22が配置され、分極性電極層35の一側は抜き孔37a又は37bによって開口し、その開口部からセパレータシート40の抜き孔42の端縁が覗き、分極性電極35の他側は集電体シート34の端縁が抜き孔36に至るまで延出して、セパレータ40の端縁よりはみ出した位置にある。
FIG. 7 shows the overlapping state of the sheets thus laminated. FIG. 6A is an explanatory diagram showing the overlapping state of each punched hole (in order to make the illustration easy to understand, the place which should be a hidden line is also indicated by a solid line), and FIG. It is an enlarged plan view of the area | region A used as this electrochemical device. That is, in the region A, the
図8は、図7(b)におけるラインMで切った断面図である。リードフレーム20上に、複数枚の電極シート30がセパレータシート40を介して交互に積層され、電極シート30の抜き孔36の端縁となる部分は、セパレータシート40の抜き孔42の端縁よりも突出しており、これが前述した集電体32の引き出し部分32a、32bとなる。1つの領域Aについて見ると、積層される電極シート30毎に引き出し部分32a、32bの突出方向が変わっており、交互に反対方向に突出している。
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line M in FIG. On the
こうして各シートを積層した後、図9に示すように、電極シート30の同一方向に突出した引き出し部分32aどうし及び32bどうしを互いに接合し、対応するリードフレーム20上に、平行抵抗溶接、スポット溶接、超音波接合、レーザー溶接等の方法で接合する。その結果、分極性電極層35に対して一側に突出した引き出し部分32aを有する電極シート30は、リードフレーム20のスリット22を挟んで図中左側に接続され、分極性電極層35に対して他側に突出した引き出し部分32bを有する電極シート30は、リードフレーム20のスリット22を挟んで図中右側に接続される。
After the sheets are stacked in this manner, as shown in FIG. 9, the
次に、図10に示すように、個々の電気化学デバイスとなる領域Aの両側を打抜いて抜き孔61を形成する。その結果、上記各領域Aは、ランナー62を介して連結された状態となる。
Next, as shown in FIG. 10, punch holes 61 are formed by punching out both sides of the region A to be an individual electrochemical device. As a result, each area A is connected through the
図11は、封止体51を形成する封止シート50の加工方法を示している。すなわち、同図(a)に示すように、前述したようなラミネートフィルム等からなる封止シート50を用意し、同図(b)に示すように、分極性電極層35と重なるラインLの両側に、該ラインLに対して垂直方向に整列する開口部53a、53bを形成する。ラインLで挟まれた開口部53aは、片側にしかラインLがない開口部53bよりも幅広く開口している。開口部53a、53bの列は、ラインL方向に沿って所定間隔で配列されている。更に、開口部53a、53bの列と列との間には、2列置きに、ラインLを横切るスリット54が形成されている。そして、同図(c)に示すように、封止シート50を所定長さで切断し、複数のシート片を作成する。同図における領域Aは、個々の電気化学デバイスとなる領域を表している。
FIG. 11 shows a processing method of the sealing
次に、上記封止シート50の1対のシート片で、リードフレーム20上に積層された積層物を挟むように、封止シート50を配置する。この状態が図12(a)、(b)に示されている。封止シート50の領域Aに位置する部分は、リードフレーム20の延出された部分を除いて、封止シート50で覆われる。また、電気化学デバイスとなる領域Aの両側には大きな抜き孔61が形成されているので、上下の封止シート50は、上記抜き孔61を通して接合できる状態になっている。
Next, the sealing
図13は、図12(b)のラインMで切った断面図であり、封止シート50の開口部53a、53bの部分は、リードフレーム20のみが露出した部分となる。個々の電気化学デバイスとなる領域Aは、その上下面を封止シート50で覆われた状態になる。
FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line M in FIG. 12B, and the portions of the
次に、上記の状態で、領域Aの周縁に位置する封止シート50を、スリット54が位置する部分を除いて、熱溶着、接着等の手段で接合する。上下の封止シート50は、抜き孔61に位置する部分で互いに接合し(図12(a)参照)、電気化学デバイスの一側面を封止する。ただし、電気化学デバイスの他側面となる部分は、スリット54によって開口した状態に残される。また、開口部53a、53bが位置する部分では、リードフレーム20の表面に接合されて、リードフレーム20が突出した状態になる。
Next, in the above state, the sealing
図15は、電解液となる電解液を充填し、電気化学デバイスを分離する状態が示されている。同図(a)に示すように、スリット54が位置するラインで、積層されたシートを折り曲げて、スリット54が開口しやすい状態にする。この状態で同図(b)に示すように、ノズル71から流出する電解液Fを、スリット54を通して内部に注入する。この電解液Fは、電解液として各電極間に充填される。
FIG. 15 shows a state in which an electrolytic solution to be an electrolytic solution is filled and the electrochemical device is separated. As shown in FIG. 5A, the stacked sheets are folded along the line where the
次いで、同図(c)に示すように、スリット54を接合コテ72等を用いて、スリット54を熱溶着等の手段で接合し、電気化学デバイスとなる領域Aの周囲を封止シート50で完全に封止する。
Next, as shown in FIG. 5C, the
更に、同図(d)に示すように、電気化学デバイスとなる領域Aの周縁を切断して、個々の電気化学デバイス10に分離する。
Further, as shown in FIG. 4D, the periphery of the region A to be an electrochemical device is cut and separated into individual
こうして得られた電気化学デバイス10は、前記図1,2に示した電気化学デバイス10と同様な構造をなしている。すなわち、リードフレーム20が、図1における露出電極21a、21bとして残り、セパレータシート40がセパレータ41となり、電極シート30が電極31となる。更に、封止シート50は、電気化学デバイス10の上記構造体を密封する封止体51となる。
The
このように、本発明の電気化学デバイスの製造方法によれば、電気化学デバイスとなる領域Aが複数形成された、リードフレーム20、電極シート30、セパレータシート40、封止シート50を積層し、適宜打抜き、カットすることによって、複数個の電気化学デバイス10を一度に製造することができる。
Thus, according to the method for manufacturing an electrochemical device of the present invention, the
なお、本発明の電気化学デバイスの製造方法において、各シートの打抜きパターンは、上記実施形態のパターンに限定されるものではなく、各種のパターンを採用できる。 In addition, in the manufacturing method of the electrochemical device of this invention, the punching pattern of each sheet | seat is not limited to the pattern of the said embodiment, Various patterns can be employ | adopted.
図16には、本発明による電気化学デバイスの他の実施形態が示されている。なお、図1,2に示したものと実質的に同一部分には、同符号を付してその説明を省略することにする。この電気化学デバイス10aは、露出電極21a、21bの、封止体51から突出する端部が下方に折曲されて、基板等に当接しやすい形状の端子部21c、21dをなしている点が、前記実施形態と異なっている。
FIG. 16 shows another embodiment of the electrochemical device according to the present invention. Note that substantially the same parts as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. This
図17には、本発明による電気化学デバイスの更に他の実施形態が示されている。上記と同様に、図1,2に示したものと実質的に同一部分には、同符号を付してその説明を省略することにする。この電気化学デバイス10bでは、下面を覆う封止シート52bの、露出電極21a、21bに当接する部分に、開口部55,55が形成されている。開口部55,55の周縁は、対応する露出電極21a、21bに接合されている。露出電極21a、21bは、上記開口部55,55を通して外部に露出し、そこで外部の電気回路と接続されるようになっている。この態様では、封止体51によって、露出電極21a、21bの端部も覆われ、開口部55,55の周縁は、段差なく露出電極21a、21bに接合されるので、電気化学デバイスの内部をより気密的に封止することができる。
FIG. 17 shows still another embodiment of the electrochemical device according to the present invention. In the same manner as described above, parts that are substantially the same as those shown in FIGS. In this
10,10a,10b 電気化学デバイス
20 リードフレーム
21a、21b 露出電極
22 スリット
30 電極シート
31 電極
32 集電体
32a、32b 引き出し部分
33 分極性電極
40 セパレータシート
41 セパレータ
42 抜き孔
50 封止シート
51 封止体
53a、53b 開口部
54 スリット
61 抜き孔
10, 10a,
Claims (4)
前記電極は、極性の異なる一対のものがセパレータを介して対向するように配置され、各電極は、前記セパレータに重なる重なり部分と、該重なり部分から突出する引き出し部分とを有し、一方の極性の電極の引き出し部分と、他方の極性の電極の引き出し部分は、それぞれ異なる位置にあって、かつ、同じ極性の電極の引き出し部分どうしが整合するように配置され、それぞれの極性の電極の引き出し部分どうしが、対応する前記露出電極上に接続されていることを特徴とする電気化学デバイス。 A pair of exposed electrodes spaced apart in parallel with each other, a plurality of electrodes stacked alternately via separators so as to overlap the pair of exposed electrodes, and a part of the exposed electrodes are exposed to the outside. In an electrochemical device comprising a sealing body that covers the outer periphery of the laminate of the exposed electrode, the separator and the electrode, and an electrolyte solution filled between the electrodes,
The electrodes are arranged such that a pair of electrodes having different polarities face each other with a separator interposed therebetween, and each electrode has an overlapping portion that overlaps with the separator and a lead-out portion that protrudes from the overlapping portion. The electrode lead-out portion and the other polarity electrode lead-out portion are located at different positions, and are arranged so that the same polarity electrode lead-out portions are aligned with each other. An electrochemical device, wherein the devices are connected to the corresponding exposed electrodes.
複数デバイス分の前記露出電極形成領域を有する1枚のリードフレームと、該リードフレームの各露出電極形成領域に対応する電極形成領域を有する電極シートと、前記リードフレームの各露出電極形成領域に対応するセパレータ形成領域を有するセパレータシートと、前記リードフレームの各露出電極形成領域に対応する封止体形成領域を有する封止シートとを用い、
前記リードフレームの前記露出電極形成領域には、一対の露出電極を隔置するスリットを形成し、前記電極シートの前記電極形成領域には、前記セパレータと重なる重なり部分と、前記セパレータからはみ出して前記一対の露出電極の一方に重なる引き出し部分とを抜き孔によって形成すると共に、前記引き出し部分が前記一対の露出電極の一方に重なるものと、他方に重なるものとの2種類の電極シートを形成し、前記セパレータシートの前記セパレータ形成領域には、前記電極に重なって積層方向に隣接する電極同士が短絡しないように絶縁する重なり部分と、前記露出電極の一部及び前記電極の引き出し部分を露出させる抜き孔とを形成し、
前記リードフレーム上に、前記セパレータシートを介して、前記2種類の電極シートを交互に積層し、前記電極シートの前記セパレータシートからはみ出した引き出し部分を重ね合わせて前記リードフレームの対応する露出電極形成領域に接続し、
前記リードフレームを1枚の連結されたシート状態に保つランナー部分を残して、前記リードフレーム、前記電極シート及び前記セパレータシートの前記電気化学デバイスを構成する部分の周縁を打ち抜いて空隙を形成し、
前記封止シートに、前記露出電極の露出部を露出させる開口部と、前記電気化学デバイスの一辺に位置するスリットとを形成し、
前記リードフレーム、前記電極シート及び前記セパレータシートの積層物を、前記封止シートで挟むように前記封止シートを配置し、前記積層物の表裏に配置された封止シートの電気化学デバイスの周縁となる部分を、前記スリット形成部分を残して接合し、
前記封止シートのスリットを通して前記積層物の層間に前記電解液を充填し、次いで前記スリットの部分も接合して、前記積層物を前記電解液と共に封入し、
最後に前記電気化学デバイスの周縁を完全に切断して、個々の電気化学デバイスに分離することを特徴とする電気化学デバイスの製造方法。 A method for producing an electrochemical device according to claim 1 or 2,
One lead frame having the exposed electrode forming area for a plurality of devices, an electrode sheet having an electrode forming area corresponding to each exposed electrode forming area of the lead frame, and corresponding to each exposed electrode forming area of the lead frame Using a separator sheet having a separator forming region and a sealing sheet having a sealing body forming region corresponding to each exposed electrode forming region of the lead frame,
A slit for separating a pair of exposed electrodes is formed in the exposed electrode forming region of the lead frame, and the electrode forming region of the electrode sheet overlaps with the separator and protrudes from the separator. Forming a lead portion that overlaps one of the pair of exposed electrodes by a punch hole, and forming two types of electrode sheets, one where the lead portion overlaps one of the pair of exposed electrodes and one that overlaps the other, In the separator forming region of the separator sheet, an overlapping portion that is insulated so as not to short-circuit electrodes adjacent to each other in the stacking direction overlapping the electrode, and a portion that exposes a part of the exposed electrode and a lead portion of the electrode are exposed. Forming holes and
The two types of electrode sheets are alternately laminated on the lead frame via the separator sheet, and the lead electrodes protruding from the separator sheet of the electrode sheet are overlapped to form a corresponding exposed electrode of the lead frame. Connect to the area,
Leaving a runner part to keep the lead frame in one connected sheet state, punching out the periphery of the part constituting the electrochemical device of the lead frame, the electrode sheet and the separator sheet to form a gap;
In the sealing sheet, an opening for exposing the exposed portion of the exposed electrode and a slit located on one side of the electrochemical device are formed,
The sealing sheet is arranged so that the laminate of the lead frame, the electrode sheet, and the separator sheet is sandwiched between the sealing sheets, and the periphery of the electrochemical device of the sealing sheet arranged on the front and back of the laminate The part to be joined, leaving the slit forming part,
The electrolyte is filled between the layers of the laminate through the slit of the sealing sheet, and then the slit portion is also joined, and the laminate is sealed together with the electrolyte,
Finally, the periphery of the electrochemical device is completely cut and separated into individual electrochemical devices.
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JP2011009377A (en) * | 2009-06-24 | 2011-01-13 | Tdk Corp | Method of manufacturing electric double-layer capacitor |
JP2011009520A (en) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Tdk Corp | Method of manufacturing electric double-layer capacitor |
KR101080333B1 (en) | 2009-12-18 | 2011-11-04 | 주식회사 나래나노텍 | A Device of Forwarding and Retreating Fork Members of An Electrode Feeding Device, and An Electrode Feeding Device, An Electrode Stacking Unit and An Apparatus of Manufacturing Electrode Assembly Having the Same |
-
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- 2007-11-14 JP JP2007295870A patent/JP2009123889A/en not_active Withdrawn
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