JP2010192874A - 電気化学セルおよび電気化学セルの製造方法 - Google Patents

電気化学セルおよび電気化学セルの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】集電体２３と外部電極２９との接続を簡単かつ低コストで行うことが可能であり、また容器１０の密閉性を確保することが可能な、電気二重層キャパシタ１を提供する。
【解決手段】凹部１１の開口部が封止された容器１０と、容器１０の内部に収容された電解液４０および一対の電極活物質３０ａ，３０ｂと、を備えた電気二重層キャパシタ１であって、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂにそれぞれ電気的接続されるとともに、凹部１１の底面１３から開口縁部１９にかけて容器１０の表面に形成された一対の導電膜２０ａ，２０ｂを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気化学セルおよび電気化学セルの製造方法に関するものである。
電気二重層キャパシタや非水電解質電池等の電気化学セルは、従来、時計機能のバックアップ電源や半導体のメモリのバックアップ電源、マイクロコンピュータやＩＣメモリ等の電子装置の予備電源、ソーラ時計やモーター駆動用の電源などとして使用されており、近年は電気自動車の電源やエネルギー変換・貯蔵システムの補助貯電ユニットなどとしての使用も検討されている。
特に表面実装が可能な電気二重層キャパシタは、小型化かつ低背化が可能であるため、薄型の携帯機器に好適である。その電気二重層キャパシタは、凹部の開口部が封止された容器と、容器の外面に形成された外部電極と、を備えている。その容器の内部には、正極及び負極として用いる電極活物質と、電極活物質に接続された集電体と、電解液とが収容されている。そして、容器内部の集電体と外部電極とが電気的に接続されている。
特開２００１−２１６９５２号公報 特開２０００−２９４４５４号公報
電気二重層キャパシタの容器として、樹脂製容器の採用が検討されている。しかしながら、一般に樹脂は金属に比べてガスバリア性に劣り透湿性が高いため、電極部に水分が浸入し、電圧の印加時に電解液と水分が反応し、キャパシタの容量低下などの劣化が起こるおそれがある。さらに、樹脂製容器とともにリードフレームを採用して容器内部の集電体と外部電極とを接続する場合には、樹脂とリードフレームとの密着性が脆弱であるため漏液のおそれがある。
また、電気二重層キャパシタの容器として、セラミックス製容器の採用が検討されている。セラミックス製容器において、金属膜を用いて容器内部の集電体と外部電極とを接続する場合（例えば、特許文献１参照）には、セラミックスの焼結温度に耐える金属膜を用いる必要があるため高価になる。またセラミックス製容器やガラス製容器において、ビアを用いて容器内部の集電体と外部電極とを接続する場合（例えば、特許文献２参照）には、ビアにおけるメッキ処理や、電極の埋め込み後の研磨など、高価な材料と煩雑な工程が必要になる。またビアを通して漏液するおそれがある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、集電体と外部電極との接続を簡単かつ低コストで行うことが可能であり、また容器の密閉性を確保することが可能な、電気化学セルおよび電気化学セルの製造方法を提供することを目的とする。
上記の問題を解決するために、本発明の電気化学セルは、凹部の開口部が封止された容器と、前記容器の内部に収容された電解液および一対の電極活物質と、を備えた電気化学セルであって、前記一対の電極活物質にそれぞれ電気的接続されるとともに、前記凹部の底面から開口縁部にかけて前記容器の表面に形成された一対の導電膜を備えることを特徴とする。
この発明によれば、凹部の底面に形成された導電膜が集電体として機能し、凹部の開口縁部に形成された導電膜が外部電極として機能する。そのため、凹部の底面から開口縁部にかけて導電膜を形成することにより、集電体および外部電極に加えて両者間の接続配線を同時に形成することができる。したがって、集電体と外部電極とを簡単に接続することができる。その際、リードフレームやビア等を使用しないので、容器の密閉性を確保することができる。
なお、凹部の底面から開口縁部にかけて導電膜を形成するので、容器の所定領域をマスクして開口部側から成膜処理を行うことにより、導電膜を簡単に形成することができる。また、容器の表面に導電膜が形成されているので、容器の形成後に導電膜を形成することができる。そのため、容器の焼成温度に耐える材料で導電膜を形成する必要がなくなり、製造コストを低減することができる。したがって、集電体と外部電極との接続を簡単かつ低コストで行うことができる。
また前記一対の電極活物質は、前記凹部の底面に並んで配置されていることが望ましい。
この発明によれば、一対の電極活物質が凹部の底面の法線方向に積層された従来技術とは異なり、一対の電極活物質および一対の導電膜を対称構造とすることができる。これにより、正極負極を区別することなく使用可能な電気化学セルを提供することができる。また凹部の開口部から電解液を滴下した場合に、一対の電極活物質に対して電解液を同等に浸み込ませることができるとともに、一対の電極活物質から気泡を同等に放出させることができる。これにより、一対の電極活物質における電解液の含浸量を一致させることが可能になり、含浸量の違いに起因する電気特性のばらつきを防止することができる。
また前記一対の導電膜は、バルブメタルで形成されていることが望ましい。
この発明によれば、バルブメタルは表面に耐腐食性の不働態皮膜を生成するので、電解液による導電膜の腐食を防止することができる。
また前記一対の導電膜は、前記容器の側面に延設されていてもよい。
この発明によれば、回路基板に対する電気化学セルの実装構造のバリエーションを増やすことができる。
また前記容器は、複数の樹脂シートを積層し熱融着して形成されていることが望ましい。
この発明によれば、容器を低コストで形成することができる。
一方、本発明の電気化学セルの製造方法は、凹部の開口部が封止された容器と、前記容器の内部に収容された電解液および一対の電極活物質と、を備えた電気化学セルの製造方法であって、前記電気化学セルは、前記一対の電極活物質にそれぞれ電気的接続されるとともに、前記凹部の底面から開口縁部にかけて前記容器の表面に形成された一対の導電膜を備え、前記一対の導電膜を同時に形成する工程を有することを特徴とする。
この発明によれば、一対の導電膜を同時に形成するので、集電体と外部電極との接続を簡単かつ低コストで行うことができる。
また、前記一対の導電膜を物理気相成長法により形成することが望ましい。
この発明によれば、容器の表面に対する導電膜の密着性を向上させることが可能になり、容器の密閉性を確保することができる。
なお、前記一対の導電膜をメッキ法により形成してもよい。
この発明によれば、凹部の開口縁部に形成された導電膜をそのまま外部電極として機能させることができる。
本発明の電気化学セルによれば、凹部の底面から開口縁部にかけて導電膜を形成するので、集電体と外部電極との接続を簡単かつ低コストで行うことができる。その際、リードフレームやビア等を使用しないので、容器の密閉性を確保することができる。
第１実施形態に係る電気二重層キャパシタであり、図２のＢ−Ｂ線における側面断面図である。 第１実施形態に係る電気二重層キャパシタであり、図１のＡ−Ａ線における平面断面図である。 第１実施形態における容器の斜視図である。 第１実施形態に係る電気二重層キャパシタの製造方法のフローチャートである。 第２実施形態に係る電気二重層キャパシタであり、図２のＢ−Ｂ線に相当する部分における側面断面図である。 第２実施形態における容器の斜視図である。 第２実施形態の変形例に係る電気二重層キャパシタであり、図２のＢ−Ｂ線における側面断面図である。 抜きテーパを備えた容器の説明図であり、図２のＢ−Ｂ線に相当する部分における側面断面図である。 複数のシートを積層して形成した容器の説明図であり、図２のＢ−Ｂ線に相当する部分における側面断面図である。
本発明に係る電気化学セルの実施形態につき、添付図面を参照して説明する。なお、以下には実施形態として電気二重層キャパシタを例に説明するが、本発明に係る電気化学セルを非水電解質電池に適用することも可能である。
（第１実施形態）
図１および図２は、第１実施形態に係る電気二重層キャパシタの説明図である。図１は図２のＢ−Ｂ線における側面断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線における平面断面図である。第１実施形態に係る電気二重層キャパシタ１は、凹部１１の開口部が封止された容器１０と、凹部１１の底面１３から開口縁部１９にかけて形成された導電膜２０（２０ａ，２０ｂ）と、容器１０の内部に封入された電極活物質３０（３０ａ，３０ｂ）、電解液４０および含浸材３４と、容器１０の開口部を封止する封口板４２と、封口板４２の外側に配設された封止材４４と、を備えている。以下には、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂの配列方向をＸ方向とし、容器１０の開口部の開口方向をＺ方向とし、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。
容器１０は、セラミックスやガラス、樹脂等の材料で形成されている。セラミックス材料として、アルミナ製のＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramic）や、ガラスセラミックス製のＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic）等を用いることができる。ガラス材料として、ソーダ石灰ガラスや鉛ガラス、ほうけい酸ガラス等を用いることができるが、加工性を考慮するとほうけい酸ガラスが望ましい。樹脂として熱可塑性樹脂が望ましく、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）等を用いることができる。
容器１０は直方体の箱状に形成され、その一面が開口されて凹部１１が形成されている。凹部１１は、矩形上の底壁１２と、底壁１２の底面１３の周縁部から立設された側壁１５とで囲われている。凹部１１の底面１３には、突起３１が立設されている。図１に示すように、突起３１は凹部１１のＸ方向中央部に配置され、図２に示すように、突起３１は凹部１１のＹ方向全幅に延設されている。
導電膜２０は、高電位において電解液４０に溶解するのを防止するため、バルブメタル（弁金属；表面に耐腐食性の不働態皮膜を生成する金属）または炭素（Ｃ）で構成されている。バルブメタルとして、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等が挙げられるが、特にアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）またはタンタル（Ｔａ）を採用することが望ましい。
導電膜２０は、下地層であるクロム層の上層に形成することが望ましい。下地層を形成することで、容器１０に対する導電膜２０の密着性を向上させることができる。なお下地層として、クロム層の他にチタン層も好適である。チタン層は、下地層としてだけではなく、導電膜自体として利用することも可能である。
図１に示すように、導電膜２０は、凹部１１の底面１３から、側壁１５の内面１６を経て、側壁１５の先端面である開口縁部１９にかけて、連続して形成されている。なお、凹部１１の底面１３に形成された導電膜２０は集電体２３として機能し、開口縁部１９に形成された導電膜２０は外部電極２９として機能し、側壁１５の内面１６に形成された導電膜２０は集電体２３と外部電極２９との接続配線として機能する。
図３は、容器の斜視図である。容器１０のＸ方向の中央部には、導電膜２０の非形成領域２１が設けられている。この非形成領域２１は、突起３１と同等の幅に形成されている。この非形成領域２１を挟んでＸ方向の両側に、一対の導電膜２０ａ，２０ｂが配置されている。一対の導電膜２０ａ，２０ｂは、導電膜２０の非形成領域２１において電気的に絶縁されている。
電極活物質３０は、フェノール樹脂による活性炭とヤシガラによる活性炭とを組合せて構成してもよいし、いずれか一方の活性炭のみで構成してもよい。活性炭として、ピッチやコークス等の天然成分のほか、繊維を含む樹脂の炭化物を原料とする活性炭を用いることができる。活性炭を作製する際は、水蒸気賦活およびアルカリ賦活の一方または両方を用いることができる。
電極活物質３０は、例えば直方体状に形成されているが、円筒状など他の形状であってもよい。図１に示すように、電極活物質３０は、導電性接着剤３３を介して集電体２３の表面に配置され、集電体２３に電気的接続されている。
また、突起３１を挟んでＸ方向両側に、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂが配置されている。この突起３１によって一対の電極活物質３０ａ，３０ｂが分離されるので、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂの混触による短絡を防止することができる。ここで、突起３１の幅をできるだけ小さくすることにより、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂを近接配置することが望ましい。これにより、電気二重層キャパシタ１の内部抵抗を低減することができる。
なお一対の電極活物質３０ａ，３０ｂの間に、セパレータを配置してもよい。セパレータは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ＰＴＦＥ等の耐熱性樹脂またはガラス繊維からなる不織布によって形成することができる。セパレータは、突起３１に代えて、または突起３１と共に配置すればよい。セパレータを配置することで、キャパシタに振動や落下衝撃等が入力された場合でも、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂの混触による短絡を防止することができる。
電解液４０は、プロピレンカーボネート（ＰＣ）等の非水溶媒に、（ＣＨ３）・(Ｃ２Ｈ５)３ＮＢＦ４等の支持塩を溶かした溶液で構成されている。また電解液４０として、環状スルホン（スルホラン）または鎖状スルホンを用いることもできる。電解液４０は、容器１０の凹部１１に充填されている。なお電極活物質３０はポーラス構造を備えているので、電極活物質３０の内部にも電解液４０が含浸されている。
含浸材３４は、ガラス繊維や樹脂ウイック等により、弾性および吸液性を有するスポンジ状に形成されている。含浸材３４は直方体状に形成され、容器１０の開口部を閉塞するように配置されている。含浸材３４は、電極活物質３０に向かって押圧され、電極活物質３０の先端部を覆うように弾性変形した状態で配置されている。含浸材３４には電解液４０が含浸されている。これにより、電極活物質３０を、電解液４０が常に含浸された状態に保持することができる。
封口板４２は、容器１０の密閉性を確保するため、金属アルミニウム等で構成されている。封口板４２の表面には、熱酸化処理によりアルミナが形成され、電気絶縁性が付与されている。これにより、含浸材３４の形状不良や機械的な衝撃の入力等によって一対の電極活物質３０ａ，３０ｂが封口板４２に混触した場合でも、短絡の発生を防止することができる。なお短絡のおそれがない場合には、封口板４２の表面に絶縁性を付与する必要はない。
図１に示すように、封口板４２は、側壁１５の内面１６に形成された段部１７に載置されている。封口板４２は一対の導電膜２０ａ，２０ｂと接触するが、封口板４２の表面に形成されたアルミナにより、一対の導電膜２０ａ，２０ｂの短絡を防止することができる。また、段部１７と封口板４２との間には接着剤が配置され、容器１０の密閉性が確保されている。この接着剤として絶縁性接着剤を使用すれば、封口板４２の表面にアルミナが形成されていない場合でも、一対の導電膜２０ａ，２０ｂの短絡を防止することができる。なお、封口板４２および容器１０を同種の樹脂材料で形成し、両者を加熱および加圧して熱融着することで、容器１０の密閉性を確保することも可能である。
封止材４４は、一液性もしくは二液性のエポキシ樹脂、または各種熱可塑性樹脂を用いることができる。特に容器１０を樹脂材料で形成した場合には、容器１０の樹脂材料と熱膨張係数の等しい樹脂材料が望ましい。そのため封止材４４の樹脂材料として、ＰＰＳやＰＥＥＫ、ＬＣＰ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ等を用いることが望ましい。
封止材４４は、側壁１５の内側であって封口板４２の外側に充填されている。なお、上述した封口板４２の固着だけで容器１０の密閉性に実用上問題はないが、封止材４４を設けて二重に封口することで、容器１０の密閉性を向上させることができる。すなわち、長期間にわたって使用した場合でも、接合部からの水分等の侵入を防止することが可能になり、また容器１０からの漏液を防止することが可能になる。これにより、電気二重層キャパシタ１の長期信頼性を向上させることができる。
第１実施形態に係る電気二重層キャパシタ１は、回路基板９に実装して使用する。電気二重層キャパシタ１を実装する前に、予め回路基板９の接続端子９０の表面にハンダ層５０を形成しておく。このハンダ層５０の表面に電気二重層キャパシタ１の外部電極２９を配置し、ハンダ層５０をリフロー等により溶解して、外部電極２９を接続端子９０に接続する。これにより、電気二重層キャパシタ１を回路基板９に実装することができる。なお予め外部電極２９の表面に、ニッケル（Ｎｉ）やスズ（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、ハンダ等の層を設けておくことが望ましい。
（電気二重層キャパシタの製造方法）
図４は、第１実施形態に係る電気二重層キャパシタの製造方法のフローチャートである。
まず、容器１０を形成する（Ｓ１０）。容器１０をセラミックスで形成する場合には、所定形状に打ち抜いた複数枚のセラミックスグリーンシートを積層し、焼成して形成する。容器１０をガラスで形成する場合には、ガラスウエハを所定温度に加熱し、型で押圧することによって熱成型する。容器１０を樹脂で形成する場合には、モールド内に樹脂を流し込んで熱成型するほか、後述するように樹脂シートを積層し熱融着して形成する。なお容器１０を熱成型する場合には、熱成型後にラッピングおよびポリッシングを行って、容器１０を所定厚さに加工することが望ましい。
図８は抜きテーパを備えた容器の説明図であり、図２のＢ−Ｂ線に相当する部分における側面断面図である。容器１０を熱成型する場合には、型抜きを容易にするため抜きテーパを設けて、凹部１１が底面から開口部にかけて拡径するように、側壁１５の内面１６を傾斜面とすることが望ましい。この場合には、側壁１５の内面１６に対する導電膜２０の形成も容易になる。抜きテーパの傾斜角度θは、２〜１５°程度とすればよく、５〜７°程度とすることがより望ましい。
図９は樹脂シートを積層して形成した容器の説明図であり、図２のＢ−Ｂ線に相当する部分における側面断面図である。容器１０を樹脂で形成する場合には、図９に示すように、樹脂シート１１２，１１５，１１８を積層し熱融着して形成することができる。例えば、底壁１２を構成する第１シート１１２、側壁１５を構成する第２シート１１５および開口部側壁１８を構成する第３シート１１８の、３種類のシートを積層して容器１０を形成することができる。第２シート１１５には予め第２貫通孔１１５ａが形成され、第３シート１１８には予め第３貫通孔１１８ａが形成されている。この第２貫通孔１１５ａおよび第３貫通孔１１８ａにより、容器１０の凹部１１を形成することができる。
積層した各樹脂シート１１２，１１５，１１８は、加圧および加熱して熱融着させる。なおシート間の密着性を向上させるため、予め各シートの表面にプライマリー処理を施しておく。プライマリー処理は、各シートの表面を粗して活性化させる処理であり、物理的処理（サンドブラスト等）および化学的処理（エッチング等）の一方または両方を用いることができる。各シートの加圧は、圧縮プレスを用いて、例えば０．１〜５．０Ｎ／ｃｍ２の圧力を付与することによって行う。各シートの加熱は、予めマイクロウエーブ吸収材料を練り込んでおいた各樹脂シートに、マイクロウエーブを照射することによって行う。さらに、樹脂の加熱には、レーザー等の非接触式の加熱方法以外に、超音波溶接機や、電気こて等の接触式の加熱方法を用いることができる。加熱により、各シートを樹脂材料の融点付近（融点±５０℃程度）まで温度上昇させる。例えば各シートの樹脂材料がＰＴＦＥ（融点が約３７０℃）の場合には、各シートを３２０℃程度まで温度上昇させる。このように加圧および加熱することで、複数の樹脂シートを熱融着することができる。なお熱融着したシートをダイシングして複数の容器１０に個片化することで、複数の容器１０を同時に形成することができる。
次に、導電膜２０を形成する（Ｓ１２）。導電膜２０の形成は、非形成領域２１をメタルマスクやレジストマスク等でマスクした状態で、蒸着や溶射、スパッタ等の物理気相成長法によって行うことが望ましい。なお、メッキ等の化学的な成膜方法によって導電膜２０を形成してもよい。
次に、電極活物質３０を配置する（Ｓ１４）。第１実施形態では、凹部１１の底面１３に一対の電極活物質３０ａ，３０ｂを並べて配置する。具体的には、凹部１１の底面１３における突起３１のＸ方向両側に導電性接着剤３３を適量塗布し、それぞれの表面に一対の電極活物質３０ａ，３０ｂを配置する。その後、容器１０を真空中で加熱して、導電性接着剤３３を硬化させる。
第１実施形態では、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂをＸ方向に並べて配置するので、一対の電極活物質をＺ方向に積層配置する従来技術とは異なり、一対の電極活物質および一対の導電膜を対称構造とすることができる。すなわち、一対の電極活物質および一対の導電膜をそれぞれ同じ材料で、なおかつＹＺ面に対して面対称形状に形成することができる。これにより、正極負極を区別することなく使用可能な電気二重層キャパシタを提供することができる。
次に、含浸材３４を配置する（Ｓ１６）。含浸材３４は、予め所定形状に成形し、電解液を含浸させた状態で、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂを覆うように配置する。
次に、電解液４０を注入する（Ｓ１８）。具体的には、ディスペンサ等を使用して、容器１０の凹部１１の内部に電解液４０を滴下する。これにより、ポーラス構造の電極活物質３０に電解液４０を浸み込ませる。なお電解液４０が浸み込む過程で、電極活物質３０の内部から気泡が放出される。
第１実施形態では、容器１０の底面１３に一対の電極活物質３０ａ，３０ｂを並べて配置している。そのため、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂに対して電解液４０を同等に浸み込ませることができる。また、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂから気泡を同等に放出させることができる。これらにより、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂにおける電解液４０の含浸量を一致させることが可能になり、含浸量の違いに起因する電気特性のばらつきを防止することができる。
次に、封口板４２を固着する（Ｓ２０）。封口板４２の形成は、まずアルミニウム平板をプレスやエッチング等で切断した後、バリ等をバレル研磨で取り除く。続いて、表面を洗浄し、熱酸化処理をして表面に絶縁性を付与する。封口板４２を固着するには、まず容器１０の段部１７の全周に接着剤を塗布する。次に、封口板４２の周縁部を段部１７に載置する。そして接着剤を硬化させ、封口板４２を容器１０に固着する。これにより、容器１０の内部が密閉封止される。
次に、封止材４４を充填する（Ｓ２２）。具体的には、まず封口板４２の外側にポッティング用樹脂を塗布する。次に容器１０を加熱し、封止材４４を硬化させる。この封止材４４が、容器１０の側壁１５および封口板４２の表面と強く固着することにより、容器１０の内部を確実に密閉封止することができる。このように容器１０の密閉性を向上させることができるので、Ｓ２２の実施が望ましいが、封口板４２の固着だけで容器１０の密閉性に実用上問題はないので、Ｓ２２の実施は必須ではない。
最後に電気特性を測定して、電気二重層キャパシタの製造工程を終了する。
なお、ガラスや樹脂等で容器１０を形成する場合には、ガラスや樹脂等の基板に対してバッチ処理を行うことにより、複数の電気二重層キャパシタ１を同時に形成してもよい。この場合には、最後に基板を切断して、電気二重層キャパシタ１を個片に分離する。
ガラス基板の切断には、レーザーを用いることが可能である。その際、レーザー出力や繰返し周波数、走査速度等を所定値に設定して、ガラス基板の表面にマイクロクラックを発生させる。その後、スクライブ装置で機械的に割断して個片化する。このような手法により、切断代を０とすることが可能であり、ガラス基板内に配置可能な容器１０の個数を増加させることができる。また切断に要する工程時間を短縮することができる。
一方、切断代として０．１ｍｍ程度を許容できれば、ダイサーを用いて切断と割断が可能である。ダイシングをベベルカットとフルカットの２段階で実施すれば、ベベルカットにより容器１０の外形輪郭にＣ面取りを施すことが可能である。これにより、容器１０をピンセットなどで掴むときに、ガラスのチッピングを抑制できる利点がある。
以上に詳述したように、第１実施形態に係る電気二重層キャパシタは、凹部１１の開口部が封止された容器１０と、容器１０の内部に収容された電解液４０および一対の電極活物質３０ａ，３０ｂと、一対の電極活物質３０ａ，３０ｂにそれぞれ電気的接続されるとともに、凹部１１の底面１３から開口縁部にかけて容器１０の表面に形成された一対の導電膜２０ａ，２０ｂと、を備える構成とした。
この構成によれば、凹部１１の底面１３に形成された導電膜２０が集電体２３として機能し、凹部１１の開口縁部１９に形成された導電膜２０が外部電極２９として機能する。そのため、凹部１１の底面１３から開口縁部１９にかけて導電膜２０を形成することにより、集電体２３および外部電極２９に加えて両者間の接続配線を同時に形成することができる。したがって、集電体２３と外部電極２９とを簡単に接続することができる。その際、リードフレームやビア等を使用しないので、容器１０の密閉性を確保することができる。
なお、凹部１１の底面１３から開口縁部１９にかけて導電膜２０を形成するので、導電膜２０の非形成領域２１をマスクして開口部側から成膜処理を行うことにより、導電膜２０を簡単に形成することができる。また、容器１０の表面に導電膜２０が形成されているので、容器１０の形成後に導電膜２０を形成することができる。そのため、容器１０の焼成温度に耐える材料で導電膜２０を形成する必要がなくなり、製造コストを低減することができる。したがって、集電体と外部電極との接続を簡単かつ低コストで行うことができる。
例えば、樹脂製容器にリードフレームを採用した従来技術では外部端子の曲げ加工が必要であったが、第１実施形態では外部端子の曲げ加工が不要になり、製造コストを低減することができる。また従来技術では、外部端子の曲げ加工の際に、外部端子から容器にストレスが作用し、容器の密閉性を低下させるおそれがあった。これに対して第１実施形態では、外部端子の曲げ加工が不要であり、容器の密閉性を確保することができる。
また、セラミックス製容器を採用した従来技術では、容器の焼結温度に耐える金属材料で集電体等を形成する必要があったが、第１実施形態ではそのような金属材料で集電体等を形成する必要がないので、製造コストを低減することができる。さらに、ガラス製容器を採用した従来技術ではビアの加工が必要であったが、第１実施形態ではビアの加工が不要であり、製造コストを大幅に低減することができるとともに、容器１０の密閉性を確保することができる。
なお、従来技術に係る電気二重層キャパシタでは、容器１０の底壁１２の外面に外部電極を形成する場合が多い。これに対して第１実施形態では、容器１０の開口縁部１９に外部電極２９を形成している。この場合でも、封口板４２を回路基板９に向けた状態で、電気二重層キャパシタを実装することができる。そして第１実施形態では、凹部１１の開口部側から成膜処理を行って、凹部１１の底面１３から開口縁部１９にかけて導電膜２０を連続形成することで、集電体２３、外部電極２９および両者間の接続配線を同時かつ簡単に形成することができる。これにより、製造工程が簡略化されて製造コストを低減することができる。
（第２実施形態）
図５は第２実施形態に係る電気二重層キャパシタの説明図であり、図２のＢ−Ｂ線に相当する部分における側面断面図である。図５に示す第２実施形態に係る電気二重層キャパシタ２は、側壁１５の外面６０に導電膜２０が延設され、側面電極６２が形成されている点で、第１実施形態とは異なっている。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
図６は第２実施形態における容器の斜視図である。導電膜２０は、容器１０の凹部１１の開口縁部１９から、側壁１５のＸ方向の外面６０に延設されている。これに加えて、側壁１５のＹ方向の外面６０に延設されていてもよい。この外面６０に形成された導電膜２０は、側面電極６２として機能する。
図５に示すように、側面電極６２の表面にＬ字部材６４が装着されている。Ｌ字部材６４は導電性材料からなり、導電性接着剤によって側面電極６２に固着され、側面電極６２との導通が確保されている。Ｌ字部材６４は、側面電極６２に沿った基部６５と、容器１０の底壁１２側における基部６５の先端から側面電極６２の法線方向に延びる底部６６とを備えている。
第１実施形態に係る電気二重層キャパシタは、容器１０の封口板４２を回路基板９に向けて実装したが、第２実施形態に係る電気二重層キャパシタは、容器１０の底壁１２を回路基板９に向けて実装する。具体的には、回路基板９の接続端子９０の表面にハンダ層５０を形成し、ハンダ層５０の表面にＬ字部材６４の底部６６を配置し、ハンダ層５０をリフロー等により溶解して、底部６６を接続端子９０に接続する。
この第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。特に第２実施形態では、容器１０の側壁１５の外面１６に導電膜２０が延設されるので、樹脂製の容器１０を採用した場合でも、樹脂を透過して容器１０の内部に水分が侵入するのを抑制することができる。
図７は第２実施形態の変形例に係る電気二重層キャパシタの説明図であり、図２のＢ−Ｂ線に相当する部分における側面断面図である。図７に示す変形例に係る電気二重層キャパシタ３は、側面電極６２が外部に露出している。この側面電極６２と回路基板９の接続端子９０との角部にハンダ５０を配設することにより、電気二重層キャパシタ３を回路基板９に実装することができる。この場合には、Ｌ字部材が不要になるので、製造コストを低減することができる。
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
図１に示すように、導電膜２０は凹部１１の底面１３から開口縁部１９にかけて形成されていればよく、その具体的な形状は任意である。図３に示すように、第１実施形態の導電膜２０は凹部１１の底面１３からＸ方向の開口縁部１９に加えてＹ方向の開口縁部にも延設されているが、いずれか一方向の開口縁部に延設されていればよい。また導電膜２０は、凹部１１の底面１３および開口縁部１９の全面に形成されている必要はなく、一部のみに形成されていてもよい。
また、容器１０の形状は直方体状に限られず、他の形状としてもよい。ただし、回路基板に実装される他の電子部品と同様の直方体状とすることにより、電気二重層キャパシタを回路基板に実装した場合のデッドスペースを小さくすることができる。
また、電気二重層キャパシタの構成部材の材料は、実施形態において採用した材料に限られず、様々な材料を採用することが可能である。
例えば、電解液として、環状エステル類、鎖状エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類等が好適に用いられる。具体的には、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、γ−ブチロラクトン（γＢＬ）、２メチル−γ−ブチロラクトン、アセチル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−エトキシエタン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、テトラエチレングリコールジアルキルエーテル、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルブチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルプロピルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、アルキルテトラヒドロフラン、ジアルキルアルキルテトラヒドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコキシテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、アルキル−１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキソラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル、無水マレイン酸、スルホラン、３−メチルスルホラン等の非水溶媒及びこれらの誘導体や混合物等が好ましく用いられる。
図１に示す電気二重層キャパシタ１を作成し、回路基板９に実装して評価した。
容器１０はアルミナ製で、サイズは３．２×２．５×１ｍｍの大きさに形成した。凹部１１は深さが０．６ｍｍ、大きさは２×１．５ｍｍとした。一対の導電膜２０ａ，２０ｂは、Ａｌを真空蒸着することにより、凹部１１の底面１３から開口縁部１９にかけて形成した。また、接続端子５０をハンダメッキにより作製した。
電極活物質３０ａ，３０ｂは、次のように作製した。まず市販の活性炭（比表面積２２６０ｍ２／ｇ）４５％に、導電剤としてカーボンブラック６５％を混合し、混練機（２軸ニーダー）により１００℃で混練した。次に、混練物をロールプレスで圧延し、０．２２ｍｍのシート状にした。このシートを乾燥させた後、一辺が０．２２ｍｍの立方体状に切断し、電極活物質３０ａ，３０ｂとした。また電解液４０として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）からなる非水溶媒に、（ＣＨ３）・(Ｃ２Ｈ５)３ＮＢＦ４を１ｍｏｌ／Ｌ溶かした溶液を用いた。
そして容器１０の凹部１１に、電極活物質３０ａ，３０ｂおよび含浸材３４を入れた。含浸材３４は、厚さ２５μｍで大きさ１．８×１．３ｍｍに形成した。更に、封口板４２および封止材４４を載せ、加熱することによって封口した。
次に、基板上の接続端子の位置にクリームハンダを塗り、作製した電気二重層キャパシタについて、リフローハンダ付けを行った。具体的には、予備加熱を１８０℃×１０分の条件で行い、本加熱を２４０℃×１分の条件で行った。
その結果、電気二重層キャパシタ１に破裂等は起こらなかった。
本発明の電気化学セルによれば、凹部１１の底面１３から開口縁部にかけて導電膜２０ａ，２０ｂを形成するので、集電体２３と外部電極２９との接続を簡単かつ低コストで行うことができる。その際、リードフレームやビア等を使用しないので、容器１０の密閉性を確保することができる。
１…電気二重層キャパシタ（電気化学セル） １０…容器 １１…凹部 １３…底面 １９…開口縁部 ２０，２０ａ，２０ｂ…導電膜 ３０，３０ａ，３０ｂ…電極活物質 １１２，１１５，１１８…樹脂シート

Claims (8)

  1. 凹部の開口部が封止された容器と、前記容器の内部に収容された電解液および一対の電極活物質と、を備えた電気化学セルであって、
    前記一対の電極活物質にそれぞれ電気的接続されるとともに、前記凹部の底面から開口縁部にかけて前記容器の表面に形成された一対の導電膜を備えることを特徴とする電気化学セル。
  2. 前記一対の電極活物質は、前記凹部の底面に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
  3. 前記一対の導電膜は、バルブメタルで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気化学セル。
  4. 前記一対の導電膜は、前記凹部の底面から開口縁部を経て、前記容器の側面に延設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  5. 前記容器は、複数の樹脂シートを積層し熱融着して形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  6. 凹部の開口部が封止された容器と、前記容器の内部に収容された電解液および一対の電極活物質と、を備えた電気化学セルの製造方法であって、
    前記電気化学セルは、前記一対の電極活物質にそれぞれ電気的接続されるとともに、前記凹部の底面から開口縁部にかけて前記容器の表面に形成された一対の導電膜を備え、
    前記一対の導電膜を同時に形成する工程を有することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
  7. 前記一対の導電膜を物理気相成長法により形成することを特徴とする請求項６に記載の電気化学セルの製造方法。
  8. 前記一対の導電膜をメッキ法により形成することを特徴とする請求項６に記載の電気化学セルの製造方法。
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