JP2010129251A - 電気化学セル - Google Patents

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Abstract

【課題】一対の金属ケースを環状のガスケットを介して組み合わせて形成された電気化学セルであって、シーリング材を使用することなく良好なシール性能が得られるガスケットを備えたものを提供すること。
【解決手段】電気化学セルが、第１の金属ケースの壁部の先端部の全周を収容するスリットを備え且つ第２の金属ケースの面部と壁部によって底面と外側面がそれぞれ覆われるよう構成された環状のガスケットを備え、第２の金属ケースの壁部の先端部を第１の金属ケース側へ押し込むように内側に折り曲げることによってガスケットが第１及び第２の金属ケースの壁部間で圧迫されるようになっており、第２の金属ケースの面部に覆われるガスケットの底面は、第２の金属ケースの壁部の先端部を折り曲げる前はガスケットの縁部から内側の縁部に向かうにつれて漸次第２の金属ケースの面部から離れるよう傾斜する傾斜面となっている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一対の盥状の金属ケースを環状のガスケットを介して組み合わせて形成された電気化学セルに関する。
リチウム電池や電気二重層コンデンサなどの小型の電気化学セルは、移動通信機器やノートブックパソコン等の携帯用電子製品の補助電源、又は、主電源として広範囲に利用されている。このような電気化学セルとしては、特許文献１に記載されているもののように、面部とこの面部の周縁から略垂直に伸びる壁部からなる盥状の金属ケースの２つを、環状のガスケットを介して組み合わせて、全体としてはボタン状の形状としたものが広く利用されている。ガスケットは、樹脂などの絶縁材料にて形成されており、このガスケットを介して金属ケースを組み合わせることにより、金属ケースの各々が電気化学セルの電極端子として機能する。
特開２００５−１２３０１７号
従来の電気化学セルの断面図を図4に示す。従来の電気化学セルにおいては、図4に示されるように上側の金属ケース１３が下側の金属ケース１４よりも一回り小さく形成されている。また、ガスケット１８にはスリット１８ａが形成されており，下側の金属ケース１４の壁部１４ａの内周にガスケットを取り付け、ガスケット１８の上面の幅方向中央に形成されたスリット１８ａに上側の金属ケース１３の壁部１３ａの先端１３ｃが差し込まれるようになっている（図４（ａ））。そして、下側の金属ケース１４の壁部１４ａの上端を内側に向かって折り曲げてかしめることによって、ガスケット１８がはずれないようにすると共に、上側の金属ケース１３を下側の金属ケースに押し込み、下側の金属ケース１４の面部１４ｂとガスケット１８の底面１８ｂ、及び上側の金属ケース１３の壁部１３ａの先端１３ｃとガスケット１８のスリット１８ａとが夫々密着してシールが行われるようになっている（図４（ｂ））。
このような従来の構成においては、下側の金属ケース１４の壁部１４ａを折り曲げる前の状態では、図４（ａ）に示されるように、ガスケット１８の底面１８ｂと下側の金属ケース１４の面部１４ｂとの間に隙間Ｓ１１が生じている。この状態から下側の金属ケース１４の壁部１４ａを折り曲げると、図４（ｂ）のようにガスケット１８の底面１８ｂが下側の金属ケース１４の面部１４ｂに密着する。この時、隙間Ｓ１１にあった電解液は、金属ケースの内部に向かって移動するが、その一部は下側の金属ケース１４の壁部１４ａと面部１４ｂとの間のコーナー部に移動する可能性がある。そして、エージング工程や実装時に加えられる熱によって下側の金属ケース１４のコーナー部に移動した電解液が上昇し、壁部１４ａの先端１４ｃから漏出してしまうおそれがある。
このため、従来は、アスファルトプライマのようなシーリング材をガスケット１８の外周面１８ｃ等に塗布し、ガスケット１８と下側の金属ケース１４との間に介在させることによって、電解質の漏出を防止していた。この際、シーリング材の塗布厚が不均一であると、エージング工程や実装時に加えられる熱によって電解質の漏出が起こりやすくなるという問題がある。一般には、シーリング材を均一に塗布するためには、シーリング材に溶剤を加えて粘度を低くすることが好ましい。しかしながら、ガスケットに溶剤を多く含むシーリング剤を塗布した場合、この溶剤によってガスケットが溶解して、ガスケットに変形・硬化・ひび割れ等が生じ、それによって電解質の漏出が起こる可能性があった。このため、従来の電気二重層コンデンサの製造においては、溶剤の量を抑えた（すなわち、粘度の高い）シーリング材を均等に塗布する為の特殊な手段を必要としていた。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、シーリング材を塗布することなく、良好なシール性能が得られるガスケットを備えた電気化学セルを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の電気化学セルは、第１の金属ケースの壁部の先端部の全周を収容するスリットを備え且つ第１の金属ケースを第２の金属ケースに収容した時に第２の金属ケースの面部と壁部によって底面と外側面がそれぞれ覆われるよう構成された環状のガスケットを備え、第１の金属ケースが第２の金属ケースに収容された状態で第２の金属ケースの壁部の先端部を第１の金属ケース側へ押し込むように内側に折り曲げることによってガスケットが第１及び第２の金属ケースの壁部間で圧迫されるようになっており、第２の金属ケースの面部に覆われるガスケットの底面は、第２の金属ケースの壁部の先端部を折り曲げる前はガスケットの縁部から内側の縁部に向かうにつれて漸次第２の金属ケースの面部から離れるよう傾斜する傾斜面となっている。
本発明の電気化学セルにおいては、ガスケットの底面が、その外側の縁部から内側の縁部に向けて第２の金属ケースの面部から離れるような傾斜面となっているため、第２の金属ケースの壁部を折り曲げる際に、この傾斜面が第２の金属ケースの面部に密着するようガスケットが変形する。この変形に伴い、ガスケットの底面と第２の金属ケースの面部との隙間に入り込んだ電解液がガスケットの環内に向かってに押し出される。このため、電解液が第２の金属ケースとガスケットの間に入ったままとなって液漏れが発生することはない。
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態による電気二重層コンデンサの斜視図である。電気二重層コンデンサ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＥＤＬＣ）は、固体と電解液との界面に形成される電気二重層を利用して、電気エネルギーを蓄積する、電気化学セルの一種である。
図１に示されるように、第１実施形態の電気二重層コンデンサ１は、全体としてはボタン状の形状となっており、その上下面が夫々負極及び正極となっている。電気二重層コンデンサ１の外形は、上部金属ケース３と下部金属ケース４とを組み合わせた形状となっている。上部金属ケース３は、円盤部３ｂと、この円盤部３ｂの周縁から半径方向外側斜め下にに突出する壁部３ａとを有しており、上部金属ケース３の全体の形状は下向きの盥状となっている。また、下部金属ケース４は、上部金属ケース３の円盤部３ｂよりも一回り大きい円盤部４ｂと、この円盤部４ｂの周縁から上方に略垂直に突出する壁部４ａとを有しており、下部金属ケース４の全体の形状は上向きの盥状となっている。
電気二重層コンデンサ１の断面図を図２に示す。図２に示されるように、上部金属ケース３と下部金属ケース４とに囲まれたスペースの中に、電極やセパレータ等が収められている。より具体的には、上部金属ケース３と下部金属ケース４の円盤部３ｂ、４ｂの内側の面に、一対の電極５、６がそれぞれ固着されている。また、電極同士の接触によるショートを防止するためのセパレータ７が、電極５と電極６の間に配置されている。なお、図示されているように、下部電極６の径は上部金属ケース３の円盤部３ｂの径と同程度か、それよりも若干小さく形成されている。更に、上部金属ケース３の壁部３ａの径は、下に向かって大きくなるよう構成されている。このため、下部電極６の上面の高さにおいては、上部金属ケース３の壁部３ａの内径は、下部電極６の外径よりも充分大きくなっており、上部金属ケース３と下部電極６は接触しないようになっている。
上部電極５及び下部電極６には、それぞれ電解液が含浸されている。このような、電解液を含んだ一対の電極がセパレータ７を介して対向するという構成によって、電気二重層コンデンサとしての機能が実現されている。上部金属ケース３と下部金属ケース４との間にはガスケット８が嵌入されている。このガスケット８は樹脂から形成されている。ガスケット８は、上部金属ケース３と下部金属ケース４とが直接接触することによるショートを防止すると共に、金属ケース３、４間の隙間を塞いで電解液の漏出を防止するものである。
図２に示されているように、ガスケット８は円環状の部材であり、その上面から下方に向かって延びるスリット８ａが幅方向中央に形成されている。ガスケット８の外周面を下部金属ケース４の壁部４ａの内周面に接触させ、且つガスケット８のスリット８ａに上部金属ケース３の壁部３ａを嵌入することにより、下部金属ケース４の壁部４ａの外周と上部金属ケース３の壁部３ａの内周との間でガスケット８が両者と密着する。これにより、電解液の漏出を防止すると共に上部金属ケース３と下部金属ケース４との接触が防止される。更に、ガスケット８が下部金属ケース４から外れないように、上部金属ケース３が下部金属ケース４に取り付けられた後で、下部金属ケース４の壁部４ａの上端が下部金属ケース４の円盤部４ｂの半径方向内側に向かって折り曲げられて、ケースがかしめられている。
また、下部金属ケース４の壁部４ａの上端を折り曲げることによって、上部金属ケース３が下部金属ケース４の壁部４ａによって下方に押し込まれる。これによって、ガスケット８がスリット８ａの位置で上部金属ケース３の壁部３ａの先端３ｃと下部金属ケース４の円盤部４ｂとの間で挟まれ、両者と密着する。この結果、電解液の漏出が防止される。また、下部金属ケース４の壁部４ａをかしめることによって、下部金属ケース４の壁部４ａの上端の位置で、ガスケット８が下部金属ケース４の壁部４ａと上部金属ケース３の壁部３ａとの間で圧迫される。
本実施形態においては、ガスケット８と下部金属ケース４の円盤部４ｂとの密着性を高めるため、ガスケット８の底面８ｂは、半径方向内側に向かって凹となる傾斜面となっている。以下、その構造について説明する。図３は、図２の断面図において、ガスケット８と下部金属ケース４の円盤部４ｂとが接触する領域付近を拡大して示した断面図である。図３（ａ）は下部金属ケース４の壁部４ａをかしめる前の状態を示したものであり、図３（ｂ）は下部金属ケース４の壁部４ａをかしめた後の状態を示したものである。なお、図３においては、ガスケット８の形状をより明確に示すため、電極５、６及びセパレータ７は省略されている。
この状態から下部金属ケース４の壁部４ａの上端を内側に折り曲げてかしめると、ガスケット８の上端を介して上部金属ケース３の壁部３ａが下方に向かって押し込まれることになる。なお、図３（ａ）に示されているように、壁部３ａはその端部で一旦外側に折り返されている。壁部３ａの折り返し部分には、その上面が下部金属ケース４の円盤部４ｂと略平行となる段差部３ｄが形成される。本実施形態においては、この段差部３ｄを介して上部金属ケース３が下方に押し込まれ、折り返し部分の先端３ｃがガスケット８のスリット８ａの底を圧迫するるようになっている。本実施形態においては、このように、壁部３ａに下部金属ケース４の円盤部４ｂと略平行な上面をもつ段差部３ｄを設けることによって、段差部３ｄの上面と垂直な成分の力、すなわち上部金属ケース３を下部金属ケース４へ近付けようとする力を効率的に上部金属ケース３に加えることが可能になる。
また、図３（ａ）に示されているように、ガスケット８の底面８ｂは、円盤部４ｂの半径方向内側に向かって凹となる傾斜面となっている。上記のようにガスケット８の底面８ｂが傾斜面となっているため、下部金属ケース４の壁部４ａをかしめる際に、この傾斜面が下部金属ケース４の円盤部４ｂに密着するようガスケット８が変形する（図３（ｂ））。この変形に伴い、ガスケット８の底面８ｂと下部金属ケース４の円盤部４ｂとの隙間Ｓ１に入り込んだ電解液が半径方向内側（図３（ｂ）中矢印方向）に押し出される。このため、電解液が下部金属ケース４の壁部４ａとガスケット８の間に入ってそこから液漏れすることはない。
ガスケット８の底面８ｂの下部金属ケース４の円盤部４ｂに対する仰角、すなわち底面８ｂと円盤部４ｂがなす角度θが１〜１０°である場合に最も効果的に液漏れを防止することができる。ただし、本発明は上記構成に限定されるものではなく、ガスケットの底面の下部金属ケースの底面に対する仰角が１０°を超えるような構成もまた、本発明の範囲に含まれる。
また、上記の実施形態においては、ガスケット８の底面は、下部金属ケース４の円盤部４ｂに対する仰角が略一定の、円錐台状の曲面となっている。しかしながら、本発明は上記の構成に限定されるものではない。例えば、図５の拡大断面図に例示されるように、底面８ｃが球面、楕円体面、放物面、双曲面など、ガスケット８の内側の縁部に近づくに従って、仰角が減少するような形状の曲面であっても良い。
また、上記の実施形態においては、底面の殆ど全てが傾斜面となっているが、本発明は上記の構成に限定されるものではない。例えば、図６の拡大断面図に例示されるように、ガスケット８の外側縁部よりの底面８ｄが傾斜面となり、一方ガスケット８の内側縁部よりの底面８ｅが下部金属ケース４の円盤部４ｂに略平行な平面となるような構成もまた、本発明の範囲に含まれる。なお、図６においては、ガスケット８の傾斜面８ｄは円錐台状の曲面となっているが、傾斜面８ｄは、図５の底面８ｃと同様、ガスケット８の内側の縁部に近づくに従って仰角が減少するような形状の曲面であっても良い。
また、上記の実施形態においては、ガスケット８の底面には、その外側の縁部から内側に向かって高くなるような傾斜面が形成されているが、図７の拡大断面図に例示されるように、ガスケット８の底面８ｆが、内側の縁部から外側に向かって高くなるような傾斜面であっても良い。この場合においても、ガスケット８の底面８ｆと下部金属ケース４の円盤部４ｂとの隙間Ｓ２に入り込んだ電解液は、半径方向内側（図７中矢印方向）に押し出される。なお、図７においては、底面８ｆはガスケット８の内側の縁部に近づくに従って、仰角が増大するような形状の曲面となっているが、底面８ｆは仰角が略一定の円錐台状の曲面であってもよい。さらに、図８の拡大断面図に例示されるように、ガスケット８の内側縁部よりの底面８ｇが傾斜面となり、一方ガスケット８の外側縁部よりの底面８ｈが下部金属ケース４の円盤部４ｂに略平行な平面となる構成としても良い。
本発明の実施の形態の電気二重層コンデンサの斜視図である。 本発明の実施の形態の電気二重層コンデンサの断面図である。 本発明の実施の形態の電気二重層コンデンサにおける、かしめを行う前後のガスケット近傍の拡大断面図である。 従来の電気化学セルにおける、かしめを行う前後のガスケット近傍の拡大断面図である。 本発明の実施の形態の電気二重層コンデンサの別例における、かしめを行う前後のガスケット近傍の拡大断面図である。 本発明の実施の形態の電気二重層コンデンサの別例における、かしめを行う前後のガスケット近傍の拡大断面図である。 本発明の実施の形態の電気二重層コンデンサの別例における、かしめを行う前後のガスケット近傍の拡大断面図である。 本発明の実施の形態の電気二重層コンデンサの別例における、かしめを行う前後のガスケット近傍の拡大断面図である。
符号の説明
１ 電気二重層コンデンサ
３ 上部金属ケース
３ａ 壁部
３ｂ 円盤部
３ｃ 壁部先端
３ｄ 段差部
４ 下部金属ケース
４ａ 壁部
４ｂ 円盤部
５ 上部電極
６ 下部電極
７ セパレータ
８ ガスケット
８ａ スリット
８ｂ 底面
Ｓ１ 隙間
Ｓ２ 隙間
Ｓ１１ 隙間

Claims (6)

  1. 面部及び該面部の周縁から屈曲して突出する壁部を備えた第１の金属ケースと、
    前記第１の金属ケースの面部よりも大きな面部及び該面部の周縁から屈曲して突出する壁部を備えた第２の金属ケースと、
    前記第１の金属ケースの壁部の先端部の全周を収容するスリットを有する環状のガスケットであって、前記第１の金属ケースの壁部の先端が前記第２の金属ケースの面部と向かい合わせとなるように該第１の金属ケースを第２の金属ケースに収容した時に、前記第２の金属ケースの面部と壁部によって底面と外側面がそれぞれ覆われるよう構成されたものとを備え、
    前記第１の金属ケースが前記第２の金属ケースに収容された状態で該第２の金属ケースの壁部の先端部を該第１の金属ケース側へ押し込むように内側に折り曲げることによって前記ガスケットが該第１及び第２の金属ケースの壁部間で圧迫されるよう構成された電気化学セルにおいて、
    前記第２の金属ケースの面部に覆われる前記ガスケットの底面には、前記第２の金属ケースの壁部の先端部を折り曲げる前は、該ガスケットの外側の縁部から内側の縁部に向かうにつれて漸次第２の金属ケースの面部から離れるよう傾斜する傾斜面が形成されている
    ことを特徴とする電気化学セル。
  2. 前記第２の金属ケースの壁部の先端部を折り曲げる前の、前記傾斜面の前記第２の金属ケースの面部に対する傾斜角が略一定であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
  3. 前記第２の金属ケースの壁部の先端部を折り曲げる前の前記ガスケットの底面の前記第２の金属ケースの面部に対する傾斜角が１°以上１０°以下であることを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
  4. 前記第２の金属ケースの壁部の先端部を折り曲げる前の、前記傾斜面の前記第２の金属ケースの面部に対する傾斜角が、前記ガスケットの外側の縁部から内側の縁部に向かうにつれて小さくなることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
  5. 前記ガスケットの底面の内側の縁部と前記傾斜面の間には、前記第２の金属ケースの壁部の先端部を折り曲げる前において、第２の金属ケースの面部に略平行な平面部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電気化学セル。
  6. 前記ガスケットのスリットに収容される前記第１の金属ケースの壁部先端は、該第１の金属ケースの外側に向かって折り返されており、これによって、該壁部外側に段差部が形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電気化学セル。
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