JP2009181952A - 電気化学デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛フリー半田を使用した高温のリフロー半田付けに対応できる電気化学デバイスを提供する。
【解決手段】パッケージ１４のラミネートフィルムを構成する保護層Ｌ１とバリア層Ｌ２と絶縁層Ｌ３とヒートシール層Ｌ４が何れも２８０℃以上の融点を有する材料から成り、前記パッケージ１４はラミネートフィルムのヒートシール層Ｌ４の重ね合わせ部分をヒートシールして封止することにより形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラミネートフィルムから形成されたパッケージを備えた電気化学デバイスと、該電気化学デバイスの製造方法に関する。

電気化学デバイス、例えば電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタやレドックスキャパシタやリチウムイオン電池等にはその外装としてラミネートフィルムから形成されたパッケージを備えたものが存在する。

前記電気二重層キャパシタは、例えば、一方の分極性電極とセパレータと他方の分極性電極とを順次積層して構成された電極部が、ラミネートフィルムから形成されたパッケージに電解液とともに封入されている。そして、一方の分極性電極に電気的に接続された一方の端子と他方の分極性電極に電気的に接続された他方の端子とが前記パッケージから露出されている。

前記パッケージには、例えば、プラスチック製の保護層と金属製のバリア層とプラスチック製のヒートシール層を順に有するラミネートフィルムが用いられている。前記パッケージは、例えば、所定サイズの前記ラミネートフィルムを折り曲げて開放縁のヒートシール層を重ね合わせ、該重ね合わせ部分をヒートシールして封止することにより形成されている。

前記電気二重層を含む電気化学デバイスの近年における小型化に伴い、該電気化学デバイスを一般の電子部品と同様に鉛フリー半田を使用したリフロー半田付けによって基板等に実装できるようにする要望、換言すれば、鉛フリー半田を使用したリフロー半田付けに対応可能な電気化学デバイスの要求が高まっている。

しかし、前記のようなラミネートフィルムから形成されたパッケージを備えた従前の電気化学デバイスにあっては該パッケージ自体が鉛フリー半田を使用した高温のリフロー半田付けに対応するものではない。そのため、電気化学デバイスを高温（例えば約２５０℃）のリフロー炉に投入してリフロー半田付けを行うと、前記パッケージのヒートシール部分の封止がリフロー半田付け時の熱により脆弱化し、前記パッケージ内の電解液の蒸気圧上昇によってヒートシール部分が開いて電解液が漏出する不具合を生じ得る。
特開２００６−２１０２０１ 特開２００６−２３６９３８

本発明は前記事情に鑑みて創作されたもので、鉛フリー半田を使用した高温のリフロー半田付けに対応できる電気化学デバイスと、該電気化学デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の電気化学デバイスは、少なくとも保護層とバリア層とヒートシール層とを順に有するラミネートフィルムから形成されたパッケージを備えた電気化学デバイスにおいて、前記保護層と前記バリア層と前記ヒートシール層は何れも２８０℃以上の融点を有する材料から成り、前記パッケージは前記ラミネートフィルムの前記ヒートシール層の重ね合わせ部分をヒートシールして封止することにより形成されている。

また、本発明の電気化学デバイスの製造方法は、少なくとも保護層とバリア層とヒートシール層とを順に有するラミネートフィルムから形成されたパッケージを備えた電気化学デバイスの製造方法において、前記保護層と前記バリア層と前記ヒートシール層が何れも２８０℃以上の融点を有する材料から成るラミネートフィルムを用い、前記ラミネートフィルムの前記ヒートシール層の重ね合わせ部分を２８０℃以上の温度でヒートシールして封止することにより前記パッケージを形成する。

前記の電気化学デバイスによれば、パッケージのラミネートフィルムを構成する保護層とバリア層とヒートシール層が何れも２８０℃以上の融点を有する材料から成り、前記パッケージは、ラミネートフィルムのヒートシール層の重ね合わせ部分をヒートシールして封止することにより形成されている。このため、電気化学デバイスを鉛フリー半田を使用したリフロー半田付けによって基板等に実装するに際し、該電気化学デバイスを高温（例えば約２５０℃）のリフロー炉に投入しても、前記パッケージのヒートシール部分の封止がリフロー半田付け時の熱により脆弱化することがない。これにより、パッケージ内の電解液の蒸気圧上昇によってヒートシール部分が開いて電解液が漏出するような不具合を生じることはない。

本発明によれば、鉛フリー半田を使用したリフロー半田付けに対応できる電気化学デバイスと、該電気化学デバイスの製造方法を提供することができる。これにより、電気化学デバイスを一般の電子部品と同様に鉛フリー半田を使用したリフロー半田付けによって基板等に実装できるようにする要望に確実に答えることができる。

本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。

図１〜図３は本発明を電気二重層キャパシタに適用した実施形態の一例を示す。図１は電気二重層キャパシタの上面図、図２は図１のａ−ａ線縦断面図、図３は図２のＡ部詳細図である。

この電気二重層キャパシタ１０は、電極部１１と、正極端子１２と、負極端子１３と、ラミネートフィルムから形成されたパッケージ１４と、電解液１５を備える。

電極部１１は、正極側電極（符号なし）と負極側電極（符号なし）とをセパレータ１１ｅを介して交互に積層して構成されている。前記正極側電極は、正極用の分極性電極１１ａと正極用の集電体１１ｂと正極用の分極性電極１１ａとを順に重ねて構成されている。同様に、前記負極側電極は、負極用の分極性電極１１ｃと負極用の集電体１１ｄと負極用の分極性電極１１ｃを順に重ねて構成されている。図２には図示の便宜上、正極側電極とセパレータ１１ｅと負極側電極とから成るユニットを２つ重ねたものを示してある。実際のユニット数は必要に応じて増減されるが、前記ユニットを少なくとも１つ有するものであることが好ましい。また、最上層及び最下層にはそれぞれ集電体が配置されているが、製造プロセスの便宜上、その外側に分極性電極やセパレータが付加されていてもよい。前記正極用の集電体１１ｂの端にはそれぞれ接続片１１ｂ１が設けられており、前記各接続片１１ｂ１は正極端子１２に接続されている。同様に、前記負極用の集電体１１ｄの端にはそれぞれ接続片１１ｄ１が設けられており、前記各接続片１１ｄ１は負極端子１３に接続されている。前記正極端子１２と前記負極端子１３とは互いに非接触に配置されており、各々の端部が前記パッケージ１４から露出されている。

前記パッケージ１４は、プラスチック製の保護層Ｌ１と金属または金属酸化物製のバリア層Ｌ２とプラスチック製の絶縁層Ｌ３とプラスチック製のヒートシール層Ｌ４を順に有するラミネートフィルムから形成されている。詳しくは、前記パッケージ１４は、所定サイズの矩形状ラミネートフィルムを正極端子１２及び負極端子１３の反対側で折り曲げてヒートシール層Ｌ４を開放側の３辺で重ね合わせ、該重ね合わせ部分をヒートシール（図１のヒートシール部１４ａ参照）して封止することにより形成されている。前記バリア層Ｌ２は、例えば、パッケージからの電解液の漏出を防止したり、パッケージへの水分の浸入を防止する等の役目を果たしている。前記バリア層Ｌ２は、Ａｌ等の金属、またはＡｌ₂Ｏ₃等の金属酸化物から成ることが好ましい。前記バリア層Ｌ２とヒートシール層Ｌ４との間に存する絶縁層Ｌ３は、ヒートシールによってヒートシール層Ｌ４が溶融した場合でもバリア層Ｌ２が電極部１１側に露出することを防止する役目を果たしている。

前記ラミネートフィルムを構成する保護層Ｌ１とバリア層Ｌ２と絶縁層Ｌ３とヒートシール層Ｌ４は何れも２８０℃以上の融点を有する材料から成り、これら４つの層の中でもヒートシール層Ｌ４は他の３つの層と比して最も融点が低い材料から成る。具体例を挙げて述べれば、前記ラミネートフィルムには、
（１）保護層Ｌ１が２軸延伸のナイロン３（融点が３４０℃）から成り、バリア層Ｌ２が アルミニウム（融点が約６６０℃）から成り、絶縁層Ｌ３が２軸延伸のナイロン３（融 点が３４０℃）から成り、ヒートシール層Ｌ４が無延伸のナイロン２（融点が２８０〜 ３００℃）から成るラミネートフィルム
（２）保護層Ｌ１が２軸延伸のナイロン１−６（融点が３２５〜３３０℃）から成り、バ リア層Ｌ２がアルミニウム（融点が約６６０℃）から成り、絶縁層Ｌ３が２軸延伸のナ イロン１−６（融点が３２５〜３３０℃）から成り、ヒートシール層Ｌ４が無延伸のナ イロン２−５（融点が２９３℃）から成るラミネートフィルム
（３）保護層Ｌ１が２軸延伸のナイロン１−６（融点が３２５〜３３０℃）から成り、バ リア層Ｌ２がアルミニウム（融点が約６６０℃）から成り、絶縁層Ｌ３が２軸延伸のナ イロン１−６（融点が３２５〜３３０℃）から成り、ヒートシール層Ｌ４がナイロン０ −６（融点が３００℃）から成るラミネートフィルム
等が好ましく使用できる。

尚、上記において、ナイロンはモノマーが酸アミド結合−ＣＯＮＨ−によって長鎖状に連なったポリアミド系の高分子化合物（プラスチック）である。また、上記ナイロンｎ−ｍにおけるｍは原料のジアミンの炭素数、ｎは原料の二塩基酸の炭素数である。また、上記ナイロンｎにおけるｎは、原料のω−アミノ酸の炭素数である。

前記の電気二重層キャパシタ１０は、例えば、以下の方法により製造される。まず、所定サイズの矩形状のラミネートフィルムを用意する。次に、電解液１５を含浸させた電極部１１を前記ラミネートフィルムのヒートシール層Ｌ４側に配置した後、電極部１１を覆い、且つ、正極端子１２と負極端子１３が露出するように、正極端子１２及び負極端子１３の反対側で前記ラミネートフィルムを折り曲げる。そして、前記ラミネートフィルムのヒートシール層Ｌ４を開放側の３辺で重ね合わせ、該重ね合わせ部分を２８０℃以上の温度でヒートシールして封止することにより前記パッケージが形成される。また、電解液１５は、例えば前記パッケージ１４に予め形成した孔を通じて該パッケージ１４内に充填し、充填後に前記孔を塞ぐようにしても良い。

前記ヒートシールは、ヒートシール層Ｌ４以外の３つの層をヒートシール時に溶融させないためにもヒートシール層Ｌ４の融点以上で、且つ、他の３つの層の融点未満の温度で行うことが好ましい。即ち、前記（１）のラミネートフィルムの場合は２８０〜３００℃以上で３４０℃未満の温度範囲内でヒートシールを行い、また、前記（２）のラミネートフィルムの場合は２９３℃以上で３２５℃未満の温度範囲内でヒートシールを行い、さらに、前記（３）のラミネートフィルムの場合は３００℃以上で３２５℃未満の温度範囲内でヒートシールを行うことが好ましい。

前述の電気二重層キャパシタ１０は、パッケージ１４のラミネートフィルムを構成する保護層Ｌ１とバリア層Ｌ２と絶縁層Ｌ３とヒートシール層Ｌ４が何れも２８０℃以上の融点を有する材料から成る。また、前記パッケージ１４はラミネートフィルムのヒートシール層Ｌ４の重ね合わせ部分を２８０℃以上の温度でヒートシールして封止されている。このため、電気二重層キャパシタ１０を鉛フリー半田を使用したリフロー半田付けによって基板等に実装するに際し、該電気二重層キャパシタ１０を高温（例えば約２５０℃）のリフロー炉に投入しても、パッケージ１４のヒートシール部分の封止がリフロー半田付け時の熱により脆弱化することがない。そして、パッケージ１４内の電解液１５の蒸気圧上昇によってヒートシール部分が開いて電解液１５が漏出するような不具合を生じることはない。

これにより、鉛フリー半田を使用した高温のリフロー半田付けに対応できる電気二重層キャパシタ１０を提供することができ、該電気二重層キャパシタ１０を一般の電子部品と同様に鉛フリー半田を使用したリフロー半田付けによって基板等に実装できるようにする要望に確実に答えることができる。

また、前述の電気二重層キャパシタ１０によれば、前記パッケージ１４のラミネートフィルムはバリア層Ｌ２とヒートシール層Ｌ４との間にプラスチック製で、且つ、融点が２８０℃以上の材料から成る絶縁層Ｌ３を有しているので、ヒートシールによってヒートシール層Ｌ４が溶融した場合でも該絶縁層Ｌ３の存在によってバリア層Ｌ２が電極部１１側に露出することを防止することができる。

さらに、前述の電気二重層キャパシタ１０によれば、パッケージ１４のラミネートフィルムを構成する４つの層の中でもヒートシール層Ｌ４は他の３つの層と比して融点が最も低い材料から成るので、ヒートシール時の温度をヒートシール層Ｌ４の融点に合わせて設定することによって、ヒートシール時に他の３つの層に与える熱的影響を確実に回避することができる。

尚、前述の説明では、パッケージ１４を形成するラミネートフィルムとしてプラスチック製の保護層Ｌ１と金属または金属酸化物製のバリア層Ｌ２とプラスチック製の絶縁層Ｌ３とプラスチック製のヒートシール層Ｌ４を順に有するものを例示した。本発明はこれに限定するものではなく、例えば、ヒートシールによってヒートシール層Ｌ４が溶融した場合でもバリア層Ｌ２が電極部１１側に露出しない程度に十分な厚さのヒートシール層Ｌ４を有するものであれば、絶縁層Ｌ３を有しないラミネートフィルム、例えばプラスチック製の保護層Ｌ１と金属または金属酸化物製のバリア層Ｌ２とプラスチック製のヒートシール層Ｌ４を順に有するラミネートフィルムを用いてパッケージ１４を形成しても前記同様の作用効果を得ることができる。

また、前述の説明では、所定サイズの矩形状ラミネートフィルムを正極端子１２及び負極端子１３の反対側で折り曲げてヒートシール層Ｌ４を開放側の３辺で重ね合わせて、該重ね合わせ部分を２８０℃以上の温度でヒートシールして封止することによってパッケージ１４を形成したものを例示したが、図４に示すように、所定サイズの矩形状ラミネートフィルムを正極端子１２及び負極端子１３と隣接する側で折り曲げてヒートシール層Ｌ４を開放側の３辺で重ね合わせて、該重ね合わせ部分を２８０℃以上の温度でヒートシールして封止することによってパッケージ１４を形成するようにしてもよい。また、所定サイズの矩形状ラミネートフィルム２枚をヒートシール層Ｌ４同士を４辺で重ね合わせて、該重ね合わせ部分を２８０℃以上の温度でヒートシールして封止することによってパッケージ１４を形成するようにしても前記と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、前述の説明では、ラミネートフィルムから形成されたパッケージを備えた電気二重層キャパシタに本発明を適用したものを例示したが、同様のパッケージを備えた他の電気化学デバイス、例えばリチウムイオンキャパシタやレドックスキャパシタやリチウムイオン電池等であっても本発明を適用して同様の作用効果を得ることができる。

本発明を電気二重層キャパシタに適用した実施形態を示す電気二重層キャパシタの上面図である。 図１のａ−ａ線縦断面図である。 図２のＡ部詳細図である。 パッケージのヒートシール部分の変形例を示す電気二重層キャパシタの上面図である。

符号の説明

１０…電気二重層キャパシタ、１１…電極部、１２…正極端子、１３…負極端子、１４…パッケージ、Ｌ１…ラミネートフィルムの保護層、Ｌ２…ラミネートフィルムのバリア層、Ｌ３…ラミネートフィルムの絶縁層、Ｌ４…ラミネートフィルムのヒートシール層。

Claims (9)

1. 少なくとも保護層とバリア層とヒートシール層とを順に有するラミネートフィルムから形成されたパッケージを備えた電気化学デバイスにおいて、
   前記保護層と前記バリア層と前記ヒートシール層は何れも２８０℃以上の融点を有する材料から成り、
   前記パッケージは前記ラミネートフィルムの前記ヒートシール層の重ね合わせ部分をヒートシールして封止することにより形成されている、
   ことを特徴とする電気化学デバイス。
2. 前記保護層及び前記ヒートシール層はそれぞれプラスチックから成り、前記バリア層は金属または金属酸化物から成る、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
3. 前記ラミネートフィルムは前記バリア層と前記ヒートシール層との間に２８０℃以上の融点を有する材料から成る絶縁層を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
4. 前記ヒートシール層は前記ラミネートフィルムの他の層と比して融点が最も低い材料から成る、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電気化学デバイス。
5. 前記保護層と前記ヒートシール層はそれぞれナイロンから成る、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電気化学デバイス。
6. 前記保護層と前記絶縁層と前記ヒートシール層はそれぞれナイロンから成る、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電気化学デバイス。
7. 少なくとも保護層とバリア層とヒートシール層とを順に有するラミネートフィルムから形成されたパッケージを備えた電気化学デバイスの製造方法において、
   前記保護層と前記バリア層と前記ヒートシール層が何れも２８０℃以上の融点を有する材料から成るラミネートフィルムを用い、
   前記ラミネートフィルムの前記ヒートシール層の重ね合わせ部分を２８０℃以上の温度でヒートシールして封止することにより前記パッケージを形成する、
   ことを特徴とする電気化学デバイスの製造方法。
8. 前記バリア層と前記ヒートシール層との間に２８０℃以上の融点を有する材料から成る絶縁層を有するラミネートフィルムを用いる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の電気化学デバイスの製造方法。
9. 前記ヒートシール層が前記ラミネートフィルムの他の層と比して融点が最も低い材料から成るラミネートフィルムを用いる、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の電気化学デバイスの製造方法。

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