JP2011216858A - 端子付電気化学セル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】搭載される小型電子機器の使用電圧に対応し、回路基板におけるパターン設計が容易で、また回路基板と強固に接続でき、且つ内部抵抗の低い、リフロー自動実装による表面実装が可能な電気化学セルを提供すること。
【解決手段】端子１４を備えた金属製の直方体である外装体１１と、前記端子１４に接続されたリード１７を備えた発電要素と、前記外装体に収納された電解質Ｅとからなる電気化学セルが複数個直列に接続された端子付電気化学セルであって、直列に接続される前記電気化学セルは、互いの側面どうしを対向させ、前記各電気化学セルの前記端子が設けられた面が略同一面となるように固定され、互いに接続される前記端子１４は、１枚のバランス端子１９に溶接され、互いに接続されない前記端子１４は、それぞれ外部端子に溶接されていることを特徴とする端子付電気化学セルを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型の電気化学セルを複数個接続してなる端子付の電気化学セルとその製造方法に関する。

リチウム二次電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルは、使用する電解液の耐電圧を超えて電圧を加えた場合、電気的特性の劣化に留まらず、電解液の電気分解によるガスの発生により内圧が上昇し、パッケージの破損、あるいは漏液などによって、搭載する電子機器に対し多大な影響を及ぼす恐れがある。そのため、これらの電気化学セルにおいては、耐電圧特性を超えないような使用電圧を定めて使用されている。例えば、電気二重層キャパシタでは、最大動作電圧が水系溶媒で０．８〜０．９Ｖ、また非水系溶媒で３．２〜３．３Ｖ程度である。

一方、上記電圧特性よりも高電圧で動作する電子機器にこれらの電気化学セルが搭載される場合、高電圧対応が求められる事がある。その場合は、複数個のセルを直列接続することにより使用電圧を上げることができるが、単セルで用いる場合に比べて、セル同士の接続方法や、充電時のセル間の電圧バランスを保つ方法等についての工夫が必要となる。

例えば、従来の電気二重層キャパシタモジュールにおいては、従来ラミネートフィルムで被覆した複数個の電気二重層コンデンサ（キャパシタ）を厚み方向に重ね合わせてケースに収納し、隣接端子間をねじ止めやカシメにより接続していた（例えば、特許文献１）。キャパシタを平面状に並置してケース内に収容したことにより、キャパシタ本体から導出された正極用端子および負極用端子の周囲に溶接ヘッドを配置するためのスペースを確保することができる。その結果、隣接する一方のキャパシタの正極用端子と他方のキャパシタの負極用端子を溶接により電気的に接続することが可能となり、正極用端子と負極用端子間の接触抵抗を可能な限り小さくして低抵抗化を図ることが容易となるとしている。

また、別の例として、セル間の電圧バランスを保つための構造が開示されている（例えば特許文献２）。該特許文献では、直列接続された電気化学セルでは、使用されるうちに温度変化などにより各単セル間の抵抗差が大きくなり、充電電圧に差が出て動作電圧を超えてしまい、セルの故障の危険を高めてしまう。このため、各単セルの充電電圧を等しく充電するために、単セル同士を連結して、セル間の直列接続部分に中間接点を設け、各端子と中間接点の間にバランス抵抗を設けるとしている。この方法によって作製されたセルとして、図１５のように、セル３および４を接続して、正負極端子４５および４６、および中間電位のタブ２４を取り付け、さらに抵抗器を備えた抵抗バランス１を装着している構造が示されている。

一方、各電子部品においては、近年、部品の実装工程の効率化の観点からリフロー実装対応が強く求められてきている。この要請は電気化学セルにも及び、これに応える製品としては、電気二重層キャパシタやリチウム二次電池等において、正極缶と負極缶とガスケットからなる小型のコイン型の外装体に実装用の１対の外部端子を溶接してなる端子付の電気化学セルが周知である。これらは、小型電子機器のメモリや時計機能のバックアップ用電源として用いられている（例えば、特許文献３）。

特開２００９−１６４４６８号公報 特表２００６−５１７７３３号公報 特開２００２−１９０４２７号公報

しかしながら、前記特許文献１で示されて瞬時電圧低下対策装置の電源は、もともとリフロー対応を求められる分野の電気化学セルではなく、表面実装に関する示唆や提案はない。

また、特許文献２の従来例で示される携帯機器の負荷の平準化等に用いられる低抵抗の電気二重層キャパシタは、ラミネートフィルムなどの耐熱性が非常に低い外装体で構成されている（例えば特許文献２）。そのため、本キャパシタの実装は、他の部品をリフロー処理で搭載した後に、ハンダ付け等の作業で行わざるを得ない。そしてまた、外装体がラミネートフィルムであるため、実装後の落下衝撃特性などは満足できるものでない。

前記携帯機器の負荷の平準化等の用途では、数Ａの電流を瞬間的に放電したり、数＋ｍＡの電流を数秒間放電する等して、モーターを駆動させる、発光体を点滅させる、圧電体を振動させる、電波を発生させる等の動作を行う。従って、電気化学セルとして適切な容量（数十ｍＦから１Ｆ程度の範囲）で、かつ、数百ミリオーム、好ましくは１００ミリオーム以下の内部抵抗値が求められる。

特許文献３で示される外部端子を持つ小型のコイン型の端子付電気化学セルは、容量と内部抵抗値が上記用途に及ばないこと、また、円形であるために実装面積が大きくなってしまう等の課題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、搭載される小型電子機器の使用電圧に対応し、回路基板に容易で且つ強固に接続でき、更に内部抵抗の低い、リフロー自動実装による表面実装が可能な電気化学セルを提供することである。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る端子付電気化学セルは、端子を備えた金属製の直方体である外装体と、前記端子に接続されたリードを備えた発電要素と、前記外装体に収納された電解質とからなる電気化学セルが複数個直列に接続された端子付電気化学セルであって、直列に接続される前記電気化学セルは、互いの側面どうしを対向させ、前記各電気化学セルの前記端子が設けられた面が略同一面となるように固定され、互いに接続する前記端子は、１枚のバランス端子に溶接され、互いに接続されない前記端子は、それぞれ外部端子に溶接されていることを特徴とする。

この構成によれば、搭載される小型電子機器の使用電圧に対応し、回路基板における設計が容易で、また回路基板と強固に接続でき、且つ内部抵抗の低い、リフロー自動実装による表面実装が可能な電気化学セルを得ることが可能になる。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、端子を備えた金属製の直方体である外装体と、前記外装体に接続されたリードを備えた発電要素と、前記外装体に収納された電解質とからなる電気化学セル２個が直列に接続された端子付電気化学セルであって、直列に接続される前記電気化学セルは、互いの側面どうしを対向させ、前記各電気化学セルの前記端子が設けられた面が略同一面となるように固定され、前記外装体は、バランス端子と接続し、前記端子は、外部端子に溶接されていることを特徴とする。

この構成によれば、搭載される小型電子機器の使用電圧に対応し、回路基板における設計が容易で、また回路基板と強固に接続でき、且つ内部抵抗の低い、リフロー自動実装による表面実装が可能な電気化学セルを得ることが可能になる。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記端子と前記外部端子とは複数個所で溶接されていることを特徴とする。この構成によれば、回路基板と端子付電気化学セルを強固に接続することができる。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記外部端子の前記実装面を含む外部端子実装面と、前記バランス端子の前記実装面を含むバランス端子実装面とが、略同一平面であり、当該平面と前記外装体の基板と対向する面との間に空隙を有することを特徴とする。
この構成によれば、溶接後の各工程でのハンドリングや治具への装着における外力、回路基板への自動実装機械による搭載時のハンドリングや衝撃、電子機器へ組み込まれた後の落下衝撃等に対して、優れた耐久性を持たせることが可能になる。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記バランス端子で接続された前記電気化学セルは、前記端子の設けられた面を連結板で固定されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記バランス端子で接続された前記電気化学セルは、互いの前記端子の設けられた面と対向する面が固定端子で固定されていることを特徴とする。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記端子と前記外部端子との接続箇所を有する面が、基板面に対して垂直に交差すること特徴とする。
この構成によれば、端子が下方向に傾いている場合でも外部端子の底面は水平に設定することができる。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記バランス端子は、断面Ｚ字型であること特徴とする。
さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記バランス端子は、２つのバランス端子実装面を有し、当該２つのバランス端子実装面は溶接された２つの前記端子の外側に配置されていること特徴とする。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記外部端子は、断面が長方形であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記外部端子は、断面がコ字形状であることを特徴とする。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記外部端子は、断面がＬ字形状であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記外部端子は、断面がクランク形状であることを特徴とする。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記バランス端子もしくは前記外部端子の少なくとも一方が、前記端子と同種の金属である第１の材料と、第１の材料よりも抵抗率の低い第２の材料とからなる多層構造であることを特徴とする。

この構成によれば、抵抗率の低い第２の材料の層により、前記バランス端子もしくは外部端子の材料として第１の材料のみが用いられる場合と比較して前記バランス端子もしくは前記外部端子の抵抗値が低減される。また、前記端子と、前記バランス端子もしくは前記外部端子の第１の材料が同種であることから、リフロー時の加熱によっても形状が保持される。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、端子を備える金属製の外装体を作製する外装体作製工程と、前記外装体の内部に発電要素を収納し、前記発電要素のリードを前記外装体に取り付けられた端子に接続する接続工程と、複数の前記外装体の前記端子が設けられた面をそろえて連結する連結工程と、他の前記外装体と直接接続しない前記端子と外部端子を複数の溶接点で溶接する外部端子溶接工程と、他の前記外装体と直接接続する前記端子とバランス端子を複数の溶接点で溶接するバランス端子溶接工程と、前記外装体内部に電解質を収納し封止する工程と、を有することを特徴とする。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、端子を備える金属製の外装体を作製する外装体作製工程と、前記外装体の内部に発電要素を収納し、前記発電要素のリードを前記外装体に接続する接続工程と、複数の前記外装体の前記端子が設けられた面をそろえて連結する連結工程と、前記端子と外部端子を複数の溶接点で溶接する外部端子溶接工程と、前記外装体とバランス端子を溶接するバランス端子溶接工程と、前記外装体内部に電解質を収納し封止する工程と、を有することを特徴とする。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記連結工程は、前記電気化学セルを連結板及び固定端子によって２箇所以上で連結することを特徴とすることを特徴とする。
さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記連結工程は、前記電気化学セルの外装体を直接溶接して連結することを特徴とする。

さらに、本発明に係る端子付電気化学セルは、前記外部端子溶接工程は、前記外部端子の基板と接続する面と前記外装体の前記基板と対向する面との間に空隙を有し、前記バランス端子溶接工程は、前記バランス端子の前記基板と接続する面と前記外装体の前記基板と対向する面との間に空隙を有することを特徴とする。

本発明に係る電気化学セルは、金属製の密閉外装体の内部に発電要素と電解質が収納され、該発電要素の正負の極に接続する１対の端子が外装体の外部に引き出された単セルが、複数個直列接続してなる端子付電気化学セルであって、前記単セル同士の外装体が、前記外装体を形成する一側面であって前記端子を備える側面の面が揃えられて連結され、該側面とは異なる側面に少なくとも１つの固定端子が設けられ、実装される回路基板に接続可能なバランス端子が直列接続をなすように端子間に電気的に接続され、最も外側に配置される２つの単セルのバランス端子に未接続の端子であって、端子付電気化学セルの正極と負極に相当する端子に、前記回路基板と接続可能な外部端子がそれぞれ電気的に接続されており、前記バランス端子と前記外部端子とが、前記端子を備える側面の近傍に集約されて配設されていることを特徴とする。

本発明に係る端子付電気化学セルの製造方法は、１対の端子を備える金属製の外装体を作製する工程と、前記外装体の内部に前記発電要素を収納し、前記発電要素の正極と負極を前記端子と接続することにより単セルを作製する工程と、前記単セルを、外装体を形成する一側面であって前記端子を備える側面の面を揃えて連結する工程と、該側面とは異なる側面に少なくとも１つの前記固定端子を接続する工程と、前記外部端子と前記端子とを接続する工程と、前記バランス端子と前記端子とを接続する工程と、前記外装体内部に電解質を収納し封止する工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明においては、１対の端子を備える金属製の気密な外装体が作製される。前記外装体中に封入された発電要素の正負の極は、外装体に絶縁固定された前記１対の端子と電気的に接続していることにより、各単セルが構成されている。特に、金属製の外装体、および正極、負極、セパレータなどで構成される発電要素に耐熱性の高い部材が用いられていることにより、各単セルが、リフロー時における温度上昇やセルの内圧上昇に対して耐えることができるので、電気化学セルの内部抵抗値や容量の変化は僅かな範囲に抑制される。

また、各単セル同士は、外装体を形成する一側面であって端子を備える側面の面を揃えて連結されている。この連結された複数のセルの外装体に固定端子が設けられ、さらに各単セルの端子に、外部端子およびバランス端子が電気的に接続されている。これにより、複数箇所でセルと回路基板とが強固に接続される。そして、外部端子とバランス端子は、前記端子を備える側面の近傍に集約されて配設されているので、実装される回路基板のパターンが単純でコンパクトなものになる。

本発明に係る電気化学セルは、金属製の密閉外装体の内部に発電要素と電解質が収納され、該発電要素の正負の一方の極は外装体内で外装体に電気的に接続され、もう一方の極は端子に接続され、該端子が外装体の外部に引き出された単セルが、２個直列接続してなる端子付電気化学セルであって、前記単セル同士の外装体が、前記外装体を形成する一側面であって前記端子を備える側面の面が揃えられて連結され、該側面と異なる側面に少なくとも１つの固定端子が設けられ、実装される回路基板に接続可能なバランス端子が２つの外装に跨って電気的に接続され、２つの単セルの端子には、前記回路基板と接続可能な外部端子がそれぞれ電気的に接続されており、前記バランス端子と前記外部端子とが、前記端子を備える側面の近傍に集約されて配設されていることを特徴とする。

本発明に係る端子付電気化学セルの製造方法は、１個の端子を備える金属製の外装体を作製する工程と、前記外装体の内部に前記発電要素を収納し、発電要素の正負の一方の極は、外装体内で外装体と接続し、もう一方の極は前記端子と接続することにより単セルを作製する工程と、前記単セルを、前記外装体を形成する一側面であって端子を備える側面の面を揃えて連結する工程と、該側面とは異なる側面に少なくとも１つ前記固定端子を接続する工程と、前記外部端子と前記端子とを接続する工程と、前記バランス端子と外装体とを２つの外装体に跨って接続する工程と、前記外装体内部に電解質を収納し封止する工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明においては、１個の端子を備える金属製の気密な外装体が作成される。前記外装体中に封入された発電要素の正負の一方の極は、外装体内で外装体に接続されている。もう一方の極は、外装体に絶縁固定された前記端子と電気的に接続され単セルが構成されている。特に、金属製の外装体、および正極、負極、セパレータなどで構成される発電要素に耐熱性の高い部材が用いられていることにより、各単セルが、リフロー時における温度上昇やセルの内圧上昇に対して耐えることができるので、電気化学セルの内部抵抗値や容量の変化は僅かな範囲に抑制される。

また、各単セル同士は、外装体を形成する一側面であって端子を備える側面の面を揃えて連結されている。この連結された２個のセルの外装体に固定端子が接続され、さらに各単セルの端子に、外部端子が電気的に接続されている。一方、バランス端子は、連結された２つの外装体を跨って接続されている。これにより、複数箇所でセルと回路基板とが強固に接続される。そして、外部端子とバランス端子は、前記端子を備える側面の近傍に集約されて配設されているので、実装される回路基板のパターンが単純でコンパクトなものになる。

本発明に係る端子付電気化学セルは、前記固定端子が、前記外装体を形成する一側面であって端子を備える側面と対向する面側に配置されていることを特徴としている。

発明においては、前記固定端子が、前記外装体を形成する一側面であって端子を備える側面と対向する面側に配置されているので、前記外部端子と前記バランス端子が配設された領域と、前記固定端子が接続する領域との２つの領域で回路基板に実装される。従って、回路基板に強固に接続することができる。特に、前記端子を備える側面とその対向面が、端子付電気化学セルの長手方向に相当する場合は好適である。

本発明に係る端子付電気化学セルは、前記固定端子が、導電性材料からなることを特徴としている。

本発明においては、前記金属製の外装体に接続する前記固定端子が、導電性材料からなるので、外装体と固定端子間の接続方法を幅広く選択できるほか、前記外装体を、前記固定端子を介して実装される回路基板のパターンと電気的に接続できる。これにより、前記外装体の電位を回路基板で特定の電位に設定できる外、接地（ＧＮＤ）することが可能になる。またフローティング状態にすることも可能である。

本発明に係る端子付電気化学セルは、前記外部端子が、２つの水平部と１つの直立部を有するクランク形状若しくはコの字型か、平板形状か、又はＬ字形状であることを特徴としている。

本発明においては、前記外部端子が２つの水平部と１つの直立部を有するクランク形状である場合、前記外部端子と前記端子との位置合わせが容易で、接続作業が簡単にできる。また、前記外部端子がＬ字形状である場合には、前記端子が前記外装体の底面に平行でない場合においても、Ｌ字状の外部端子の底面を前記外装体の底面に平行になるように前記端子に接続できるので、端子付電気化学セルを実装する回路基板に平行に接続できる。更に、外装体の形状によっては、上記各形状への曲げ加工がなされない平板形状も可能である。

更にまた、外部端子がコの字型である場合には、クランク形状の場合と同様に接続作業が簡単である他、回路基板と接続する水平部が折り返されているため、セルの端子の延長方向の寸法を短縮することができるため、実用上好適である。この場合には、回路基板への実装の際に、回路基板のパターンと外装体底面が混触しないようパターンを設計する必要がある。

本発明に係る端子付電気化学セルは、前記バランス端子が、２つの水平部と１つの直立部を有するクランク形状若しくはコの字型か、平板形状か、又は、Ｕ字形状若しくは開口端に水平部を有するＵ字型を逆さにした形状であることを特徴としている。

本発明においては、前記バランス端子が、２つの水平部と１つの直立部を有するクランク形状である場合、前記バランス端子と前記端子又は外装体との位置合わせが容易で、接続作業が簡単にできる。また、前記バランス端子がＵ字形状若しくは開口端に水平部を有するＵ字型を逆さまにした形状である場合には、前記端子が前記外装体の底面に平行でない場合においても、バランス端子の底面を前記外装体の底面に平行になるように前記端子に接続できる。これにより、端子付電気化学セルを実装する回路基板に平行に接続できる。更に、外装体の形状によっては、上記各形状への曲げ加工がなされない平板形状も可能である。

更にまた、外部端子がコの字型である場合には、クランク形状の場合と同様に接続作業が簡単である他、回路基板と接続する水平部が折り返されているため、セルの端子の延長方向の寸法を短縮することができるため、実用上好適である。この場合には、回路基板への実装の際に、回路基板のパターンと外装体底面が混触しないようパターンを設計する必要がある。

本発明に係る端子付電気化学セルは、前記単セルの外装体が、連結板および前記固定端子を介して、２箇所以上で連結された構造であることを特徴としている。
本発明に係る端子付電気化学セルの製造方法は、各単セルの前記外装体を、前記連結板および前記固定端子を介して、２箇所以上で連結することを特徴としている。

本発明においては、連結板が金属製の板材からなり、該連結板および前記固定端子を介して単セル同士が接続される。これにより、単セル同士が機械的に強固に連結されるほか、電気的にも低抵抗で接続されている。また、単セルの位置や平行度が精度良く揃えられることにより、前記外部端子や前記バランス端子の位置合せを容易に行うことが可能となる。

本発明に係る端子付電気化学セルは、前記単セルの外装体が、直接溶接することにより連結された構造であることを特徴としている。
本発明に係る端子付電気化学セルの製造方法は、各単セルの前記外装体を、直接溶接することにより連結することを特徴としている。

本発明においては、金属からなる外装体を例えば抵抗溶接やレーザ溶接、電子ビーム溶接、アーク溶接などの種々の溶接、もしくはロウ付けなどにより、直接連結している。これにより、単セル同士が機械的に強固に接続される。溶接点を複数にすることにより、接続された外装体に加わる外力や熱による変形に耐えることができる。また、金属の外装体同士が溶接により接合されるので、接合による抵抗値は十分低くすることができる。また、連結板などの固定用部材を必要としないため、部品点数を少なくし製品の重量を低減できる。

本発明に係る端子付電気化学セルは、前記外部端子、前記バランス端子及び固定端子が、前記端子又は外装体と、レーザスポット溶接により溶接され、各溶接箇所について複数の溶接点を備えていることを特徴としている。

本発明に係る端子付電気化学セルの製造方法は、前記外部端子、前記バランス端子及び前記固定端子を前記端子又は外装体とレーザスポット溶接により溶接し、各溶接箇所について複数の溶接点で溶接することを特徴としている。

本発明においては、外部端子およびバランス端子と前記端子又は外装体との溶接にレーザスポット溶接を採用している。レーザスポット溶接は、スポット径や溶接のパワー、照射時間の調節が容易であり、接合するワーク同士に必要十分な溶け込み深さを形成できる。かつ、溶接の対象領域近傍以外に熱的影響を与えることが少ないことも特徴であり、小型の端子付電気化学セルの製造に好適である。また、溶接箇所に２点以上の溶接点が、間隔を空けて形成されている。これにより、溶接後の各工程でのハンドリングや治具への装着における外力、回路基板への自動実装機械による搭載時のハンドリングや衝撃、電子機器へ組み込まれた後の落下衝撃等に対して、優れた耐久性を持たせることが可能になる。

特に、本発明のような金属製の外装体を用いるセルにおいては、同サイズのアルミラミネートパッケージ等に比べて重量が２から３倍程度大きいため、上記の機械的衝撃の影響をより受けやすい。各溶接箇所での溶接点が１点の場合には、溶接箇所で外部端子等が剥離してしまう恐れがある。空間を空けて複数の溶接点で接続することにより、これを回避することができる。

更に、端子付電気化学セルの内部抵抗値は、外装体の内部に収納された発電要素と電解質から決定される抵抗値だけでなく、発電要素に接続されるリード、端子、外部端子及びバランス端子の材質、寸法、接続あるいは接合方法が大きく寄与している。従って外部端子と端子の接続及びバランス端子と端子の接続に、レーザスポット溶接を用いているので、溶接点では十分な溶け込み深さを形成でき、互いの材料の原子同士が拡散して接合されており、１ミリオーム以下の十分低い接合抵抗値になっている。

本発明に係る端子付電気化学セルは、前記外装体の底面が、前記外部端子、前記バランス端子および前記固定端子の各底面によって形成される想定水平面よりも上の位置になるように構成されることを特徴とする。

本発明に係る端子付電気化学セルの製造方法は、前記外部端子、前記バランス端子及び前記固定端子の各底面によって形成さる想定水平面よりも前記外装体の底面が上の位置になるように、前記外部端子、前記バランス端子及び前記固定端子を配設することを特徴とする。

本発明においては、前記外部端子、前記バランス端子及び前記固定端子の各底面によって形成される想定水平面よりも前記外装体の底面が上の位置になるように、前記外部端子、前記バランス端子及び前記固定端子の寸法が決定される。そして、外装体と各端子とは、位置合わせの上、接続される。

リフロー実装時に、各単セル内に充填されている電解質の種類と量に応じて蒸気圧が高まり、外装体が膨張する。外装体の底面が膨らむと前記外部端子、前記バランス端子及び前記固定端子の底面が持ち上げられ、回路基板に実装できなくなる恐れがある。

上記各端子の底面によって形成される想定水平面よりも、前記外装体の底面を所定の寸法だけ上の位置になるように各端子を配設することで、外装体の膨張が発生しても、上記の各端子は回路基板に接続可能である。ただし、上記各端子の底面と外装体の底面との高さの差は、端子付の素子として実装高さを必要以上高くしないよう、設計可能な必要最小限とすることが望ましい。

本発明によれば、搭載される小型電子機器の使用電圧に対応し、回路基板における設計が容易で、また回路基板と強固に接続でき、且つ内部抵抗の低い、リフロー自動実装による表面実装が可能な電気化学セルを得ることができる。

本発明に係る第１実施形態を示す電気二重層キャパシタの外観斜視図である。 図１に示す電気二重層キャパシタを構成する外部端子の外観斜視図である。 図１に示す電気二重層キャパシタを構成するバランス端子の外観斜視図である。 図１に示す電気二重層キャパシタを構成する外部端子と端子との接続形態の模式図である。 図１に示す電気二重層キャパシタを構成する固定端子の外観斜視図である。 図１に示す電気二重層キャパシタの変形例を示す外観斜視図である。 図１に示す電気二重層キャパシタが回路基板へ実装される際の配置を示す模式図である。 図１に示す電気二重層キャパシタの変形例を示す外観斜視図である。 図１に示す電気二重層キャパシタの変形例を示す外観斜視図である。 本発明に係る第２実施形態を示す電気二重層キャパシタの外観斜視図である。 図１０に示す電気二重層キャパシタの変形例を示す外観斜視図である。 本発明に係る第３実施形態を示す電気二重層キャパシタの外観斜視図である。 図１２に示す電気二重層キャパシタを構成するバランス端子の外観斜視図である。 図１２に示す電気二重層キャパシタを構成する外部端子の外観斜視図である。 図１２に示す電気二重層キャパシタを構成する外部端子と端子との接続形態の模式図である。 本発明に係る比較例を示す電気二重層キャパシタの外観斜視図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る実施形態を、図１から図９を参照して説明する。なお、本実施形態では、電気化学セルの一例として、電気二重層キャパシタを例に挙げて説明する。その他に、一次電池または二次電池を構成することも可能である。

図１は本発明に係る第１実施形態を示す電気二重層キャパシタの外観斜視図である。 図１（ａ）は、端子付電気二重層キャパシタ１０の外観斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った端子付電気二重層キャパシタ１０の断面図である（但し一部省略してある）。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）の背面から示した外観斜視図である。

本実施形態の端子付電気二重層キャパシタ１０は、図１（ａ）に示すように、小型の電気二重層キャパシタ単セル２個の直列接続体であり、各単セルは、金属製の箱型の外装体１１と、これに絶縁部材１５により固定された一対の端子１４と、正極、負極およびセパレータで構成される発電要素１６と、電解質Ｅとで構成され、正極および負極は外装内部で端子１４と電気的に接続している。尚、図１（ａ）は、外装体１１の内部を示すために、ケース１３を透明体で示してある。

各単セル同士は、後述するように、外装体１１を形成する一側面であって端子を備える側面の面を揃えるように並置し、連結板８を介して固定される。さらに、外部端子５とバランス端子７により直列接続される。

本実施形態において、金属製の外装体１１は、ステンレス、具体的にはＳＵＳ３１６Ｌにより形成されている、長辺２０ｍｍ、短辺１０ｍｍ、高さ４ｍｍ、およびケース厚み０．３ｍｍの略直方体の小型容器である。また、外装体１１は、複数の構成部材から構成されており、具体的にはケース１３と蓋部材１２とが、シーム溶接等によってケース１３の開口部を塞ぐように固定され、内部が気密状態に封止されている。

この蓋部材１２には、横幅方向に間隔を開けて上記一対の端子１４が固定されている。この端子１４は、蓋部材１２と同様にステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成された中実丸棒の細線であり、蓋部材１２を貫通するように配設されている。そして、これら一対の端子１４は、ガラスを焼成した絶縁部材１５によるハーメチックシール構造をなし、蓋部材１２に気密に固定されている。

特に、外装体１１および端子１４の材料が共に、電解質Ｅに対する耐食性を持ち、且つ耐熱性および耐久性の高い、該ステンレスにより形成されているため、リフロー実装が可能で信頼性の高いセルを作製することができる。

本実施形態においては、図１（ａ）に示すように、端子１４を備えるそれぞれの蓋部材１２の面を揃え、ケース１３の側面同士を密着して並置した状態で、連結板８を蓋部材１２の面に跨り配置し、それぞれの単セルを機械的に接続している。

さらに合計４本の端子１４のうち、最外部の２本の端子に正負を成す外部端子５が接続され、隣接する残りの２本の端子にバランス端子７が接続されている。

なお、本実施形態においては、蓋部材１２が、「外装体１１を形成する一側面であって端子１４を備える側面」となる。また、図１（ｃ）に示す様に、ケース１３の底面であって、封止栓９が溶接された面が、「外装体１１を形成する一側面であって端子１４を備える側面の対向面」となる。

図２は、図１に示す電気二重層キャパシタを構成する外部端子の外観斜視図である。図２において、（ａ）は断面クランク形状、（ｂ）は断面コの字型、（ｃ）は断面Ｌ字形状、（ｄ）は断面長方形状の外部端子５の形状を示す。本実施形態の外部端子５は、図２（ａ）に示すように、ステンレス（ＳＵＳ３０４）の厚み０．１５ｍｍの平板がクランク形状に屈曲加工されることにより形成され、回路基板と接続するための底面部５ｂと、前記端子の上部に接続する端子接続部５ａとが形成されている。また、底面部５ｂには、ニッケルメッキおよび金メッキが施されている。この外部端子５と、端子１４の上部とが、レーザスポット溶接により接続されている。特に、図１に示すように、レーザスポット溶接による溶接点２５を複数備えていることにより、接続が機械的に強固なものとなっており、かつ、接続による電気的な抵抗値を極めて低い値に抑制することが可能となる。

外部端子５の形状については、図２（ａ）に示すクランク形状の他、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すような、コの字型、Ｌ字形状、平板形状等、表面実装に適した種々の形状を適用することができる。

図３は、図１に示す電気二重層キャパシタを構成するバランス端子の外観斜視図である。図３（ａ）は断面がクランク形状のバランス端子、（ｂ）コは断面字型のバランス端子、（ｃ）は開口端に水平部を有するＵ字型を逆さにした形状を有するバランス端子、（ｄ）は断面Ｕ字型のバランス端子、（ｅ）は平板状型のバランス端子である。本実施形態のバランス端子７は、図３（ａ）に示すように、ステンレス（ＳＵＳ３０４）の厚み０．１５ｍｍの平板がクランク形状に屈曲加工されることにより形成され、回路基板と接続するための底面部７ｂと、前記端子の上部に接続する端子接続部７ａとが形成されている。また、底面部７ｂには、ニッケルメッキおよび金メッキが施されている。このバランス端子７と、端子１４の上部とが、レーザスポット溶接によりに接続されている。特に、図１に示すように、レーザスポット溶接による溶接点２５を複数備えていることにより、前述したように、機械的な接続が強固なものになり、かつ、接続による電気的な抵抗値を極めて低い値に抑制することが可能である。

バランス端子７の形状については、図３（ａ）に示すクランク形状の他、図３（ｂ）〜（ｅ）に示すような、コの字型、平板形状、Ｕ字形状若しくは開口端に水平部を有するＵ字型を逆さにした形状等、表面実装に適した種々の形状を適用することができる。

図４は、図１に示す電気二重層キャパシタを構成する外部端子と端子との接続形態の模式図である。図４において（ａ）はクランク形状、（ｂ）はコの字型、（ｃ）はＬ字形状、（ｄ）は長方形状の、それぞれの外部端子５の接続形態を示す。図２に示す外部端子５と、端子１４とは、図４（ａ）〜（ｄ）に示すような、種々の接続形態が可能となる。図１（ａ）において、クランク形状の外部端子５が、端子１４の上を覆うように配設され、上方よりレーザスポット溶接されているが、図４（ａ）に示すように、外部端子５がクランク形状を保ちながらそれぞれの直立部を短縮し、端子接続部５ａが、端子１４の下側で接続してもよい。また、図４（ｂ）のように、コの字型の外部端子５と端子１４の接続であってもよい。あるいは、図４（ｃ）のように、Ｌ字形状の外部端子５と、端子１４の端面とが接続してもよいし、後述の図６の変形例のように、端子１４の側面との接続でもよい。更に、図４（ｄ）のように、外装体が薄い場合には、平板形状の外部端子５を用いることも可能である。

また、バランス端子７と端子１４との接続形態についても、外部端子５と端子１４と同様の種々の形態が可能である。

図５は、図１に示す電気二重層キャパシタを構成する固定端子の外観斜視図である。図５において（ａ）はＬ字形状、（ｂ）コの字型、（ｃ）は長方形状の固定端子１１を示す。本実施形態の固定端子６は、図５（ａ）に示すように、ステンレス（ＳＵＳ３０４）の厚み０．１５ｍｍの平板がＬ字構造に曲げ加工されることにより形成され、回路基板に接続するための底面部６ｂと、外装体１１と接続するための直立部６ａとを備えている。固定端子６の形状については、図５に示すように、Ｌ字形状の他、外装体の構造や回路基板の配置に合せて、コの字型や平板形状等、種々の形状が可能である。この固定端子６は、外装体１１とレーザスポット溶接により接続している。

固定端子６は、図１（ｃ）で示すように、各単セルのケース１３の底面に、複数の単セルに跨り接続されている。従って、本実施例では、固定端子６は、以下に述べる連結板８と同様に、２つの単セルを機械的に接続する役割を同時に担っているので、２つの単セル同士がより強固に接続される。

また、本実施例では、固定端子６は金属（導電性材料）であるから、２つの単セルの外装体１１は、同電位になる。従って、固定端子６の底面部６ｂが回路基板の所定のパターンに電気的に接続されれば、２つの単セルの外装体１１の電位を該パターンの電位によって制御することが可能となっている。

連結板８は、厚み０．１５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる平板であり、図１（ａ）に示すように、２個の単セルの蓋部材１２に跨り接続されている。外装体の蓋部材１２に連結板８が、対向するケース１３の底面に固定端子６が、複数の単セルに跨りそれぞれ接続されていることにより、単セル同士がより強固に固定されるほか、単セル間の位置や平行度が揃えられる。

また、本実施形態において、連結板８の取り付け位置は、図１（ａ）に示すような、外装体中の蓋部材１２の他、外装体の上面、底面、およびケース１３の底面であっても構わない。特に、図６に示すように、連結板８が外装体２の上面に取り付けられている場合には、２個の単セル間の平行度や、各端子１４間の平行度がさらに十分保たれる。ここで、図６は、図１に示す電気二重層キャパシタの変形例を示す外観斜視図である。

封止栓９は、図１（ｃ）に示す外装体１１の１箇所に設けられた電解質の注入孔を塞ぐために用いられる。また、封止栓９は、電解質Ｅと接触するため、外装体１１と同一のステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）からなる円板で構成される。

外部端子５の底面部５ｂ、バランス端子７の底面部７ｂ、および固定端子６の底面部６ｂの高さは、回路基板へ水平に実装されるように等しくなっている。これら底面部によって形成される想定水平面、即ち、実装される回路基板の表面がなす水平面が、外装体の底面よりも低くなるように設計され、配設されている。図１（ｂ）に示す想定水平面と外装体底面とのクリアランスＨは、概ね０．２ｍｍより小さければ好適である。ただし、表面実装部品としての実装高さが制限される場合は、このクリアランスの数値は調整可能である。

発電要素１６は、外装体１１の内部に収納されている。この発電要素１６は、セパレータを挟んで正極及び負極が配設されており、これらが交互に重ねられて、倦回または積層等により作製されたものである。正極及び負極は、電解質Ｅに対して耐食性を有し、且つリフロー実装工程における高温環境に耐えうる材料で構成されている。本実施形態においては、アルミニウム製の集電体に、活性炭等からなる正極活物質及び負極活物質が担持されたものが用いられている。また、セパレータは、機械的強度及び耐熱性を有する樹脂が用いられている。セパレータについては、前記の樹脂の他、ガラス繊維、セラミックの多孔質体等も用いることができる。

電解質Ｅは、気密状態の外装体１１の内部に収納され、発電要素１６に浸透している。本実施形態においては、リフロー実装工程における高温環境に耐えうるよう、高沸点の非水系溶媒に支持塩が溶解している電解液が用いられる。非水系溶媒としては、例えば、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、等が含まれる。本実施形態においては、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等、沸点の高い溶媒から選ばれる単独又は複合物が用いられている。これにより、高温環境下において、外装体１１内部の圧力を抑えることができる。また、支持塩については、リフロー温度に対する耐久性を備えた種々の塩の中から、上記溶媒との組み合わせにより導電率が最適となるものが用いられている。

電解質Ｅとしては上記の電解液の他、ポリマー電解液、無機固体電解質、イオン性液体、常温溶融塩等を用いることができる。

これらの発電要素１６および電解質Ｅが前述のサイズに収納されている電気二重層キャパシタ１０は、単セルで５０ｍΩを下回る内部抵抗値を備え、これが接続端子を介して直列接続されていることにより、１００ｍΩ以下の内部抵抗値を備えている。これにより、数Ａの電流を瞬間的に放電したり、数十ｍＡの電流を数秒間放電したりするなど、各種電子機器において、主電源の補助用電源等として好適に用いることができる。また、優れた耐熱性を備えることにより、リフロー実装工程による高温に晒されても電気的特性の変化を抑えることができる。

更にまた、作製した電気二重層キャパシタ１０を、リフロー温度による熱処理を実施した後、携帯電話の中に組込み、１．５ｍの高さからコンクリート上に落下させる落下衝撃試験を行ったが、１００回落下を繰り返しても、外部端子が端子から外れることはなく、接続が保持された。

本実施形態における端子付電気二重層キャパシタ１０は、図７に示すような配置で回路基板１８に実装される。ここで、図７は、図１に示す電気二重層キャパシタが回路基板へ実装される際の配置を示す模式図である。１対の外部端子５は、回路基板の＋Ｖと記されたパターンと０Ｖと記されたパターンに接続される。また、バランス端子７は＋Ｖと０Ｖのパターンの中間に配置されたパターン（Ｂａｌ．と記されている）に接続されている。このように、一対の外部端子５とバランス端子７は、端子を備える側面である蓋部材の近傍に集約されて配置されているので、回路基板のパターンは単純でコンパクトなものになる。一方、固定端子６に接続されている各セルの外装体は、回路上に設けられたダミーのパターンに電気的に接続され、電位はフローティング状態となっている。

バランス抵抗１９は、バランス端子７が接続する回路上に配置される。バランス抵抗１９は、２つの単セルの漏れ抵抗値と機器の回路設計に応じて、ｋΩ〜ＭΩ単位の高抵抗の抵抗器が用いられ、充電時に電圧が等分されることにより、単セル毎の充電電圧を均等にすることが可能となる。

図７では、端子付電気二重層キャパシタ１０は、端子を備える側面とその対向面側で、即ち、外部端子およびバランス端子側と固定端子側の合計４箇所で回路基板と接続している。この結果、セルの長手方向に垂直に印加する外力と曲げモーメントに対しても基板への固着力は優れている。また、セルの垂直方向に作用する引き剥がし力に対しても優れており、実装後に搭載機器が落下等によって受ける機械的な衝撃に対して十分耐久性を有する。

次に、上述したように構成された端子付電気二重層キャパシタ１０を製造する方法について、以下に説明する。

本実施形態の製造方法は、外装体作製工程と、単セル作製工程と、セル連結工程と、固定端子、外部端子、およびバランス端子の各溶接工程と、封止工程とを備えている。これら各工程について、詳細に説明する。

はじめに、外装体を構成するケース１３及び蓋部材１２を製作する外装体作製工程を行う。ケース１３は、ステンレスの深絞り加工によって作成する。ここでは、トランスファー加工により、徐々に深く絞り、最後にサイジング加工を施して、ケースの開口面を精密に仕上げる。

一方、蓋部材１２の作製は、まず、ハーメチックシールを構成するためのガラスタブレット（焼結品）、端子用細棒、蓋部材用の穴付き板を準備する。前記穴付き板の穴に細棒を通したガラスタブレットを装着し、これらを位置決めするための焼成治具に配置し、焼成炉で熱処理する。このようにして、絶縁部材１５で端子１４が固定された一対のハーメチックシール構造を有する蓋部材１２を作成する。

次に、単セル作製工程を行う。まず、発電要素１６を構成する正極、負極、およびセパレータをそれぞれ準備しておく。そして、正極及び負極の集電体に１対のリード１７を溶接する工程を行う。

続いて、リード１７が接続された正極及び負極の集電体を、セパレータを間に挟んで交互に重ねた後、倦回、積層等して発電要素１６を作製する。続いて、１対のリード１７をそれぞれ前記端子１４に接続する。これにより、発電要素１６と蓋部材１２とを一体化する。さらに、蓋部材１２を接続した発電要素１６を、ケース１３内に押し込み、蓋部材１２とケース１３とをシーム溶接して外装体１１を作製する。
この時点で、単セル作製工程が終了する。

次に、各単セル同士を連結する工程を行う。まず、連結板８は、ステンレスの板をプレス等で打ち抜き、所定の寸法に仕上げる。続いて、連結する複数の単セルを、蓋部材１２の面を揃えて並置する。この後、複数の単セルの蓋部材１２に跨るように連結板８を重ね、連結板の正面方向からＹＡＧレーザ光を照射し、隣接する２つの外装体１１と連結板８とを溶接する。溶接条件としては、例えば、出力１．２ｋＷ、照射時間１．５ｍｓｅｃにて、連結板８の四角形状の周縁部４点にＹＡＧレーザ光を照射する。少なくとも２〜３点以上は溶接点を設けることにより、連結板８と外装体１１とを強固に接続することができる。

次に、固定端子６を外装体１１と溶接する工程を行う。まず、固定端子６を準備する。具体的には、ステンレスの平板にニッケル及び金の部分メッキを施した後に、プレス等により打ち抜きと曲げ加工をする。これにより、図５に示す固定端子６を得ることができる。

続いて、外装体１１に固定端子６の直立部６ａをレーザスポット溶接によって溶接する工程を行う。詳細には、ケース１３の底面に、直立部６ａを重ね合わせる。そして、直立部６ａに鉛直な方向からＹＡＧレーザ光を照射し、直立部６ａと外装体１１とを溶接する。溶接条件としては、例えば、出力１．２ｋＷ、照射時間１．５ｍｓｅｃにて、直立部６ａの四角形状の周縁部４点にＹＡＧレーザ光を照射する。少なくとも２〜３点以上は溶接点を設けることにより、固定端子６と外装体１１とを強固に接続することができる。

次に、外部端子５およびバランス端子７を、外装体１１に固定された端子１４と溶接する溶接工程を行う。まず、外部端子５およびバランス端子７を作製して用意する。具体的には、ステンレスの平板にニッケル及び金の部分メッキを施した後に、プレス等により打ち抜き屈曲加工する。これにより、図２に示す外部端子５、および図３に示すバランス端子７を得ることができる。

続いて、外装体１１に固定された端子１４に、外部端子５およびバランス端子７の端子接続部５ａおよび７ａをレーザスポット溶接によって溶接する工程を行う。以下、外部端子５と端子１４との溶接を例に取り説明するが、バランス端子７と端子１４との溶接においても同様である。

詳細には、図１（ｂ）のような配置により、端子１４に外部端子５の端子接続部５ａを重ね合わせる。そして、上方からＹＡＧレーザ光を照射し、端子接続部５ａと端子１４とを溶接する。溶接条件としては、例えば、出力１．２ｋＷ、照射時間１．５ｍｓｅｃにて、照射箇所２５に示すように、隣接する２点にＹＡＧレーザ光を照射する。特に、２点以上の溶接点を設けることにより、外部端子５と端子１４とを機械的に強固に接続することができ、かつ、電気的にも十分低い接続抵抗で接続できる。

尚、本実施例では、外部端子５及びバランス端子７は、端子１４の上を覆うように配設されている。外部端子５及びバランス端子７は、クランク形状を保ちながらそれぞれの直立部を短縮し、端子接続部５ａ及び７ａが、端子１４の下側で接続しても良い。

続いて、外装体１１内への電解質Ｅの封入と、ケース１３と封止栓９との溶接と、を行って、内部に電解質Ｅおよび発電要素１６が収納された外装体１１を作製する封止工程を行う。

この封止工程について、具体的に説明する。
まず、本実施形態では、電解質Ｅとして、非水溶媒中に溶解した支持塩からなる電解液を用い、外装体１１のケース１３の１箇所に形成された注入孔から外装体１１の内部に所定量注入する。所定量を注入するには、電解液の脱泡作業や外装体内部を減圧する作業及び加圧する作業を行い、発電要素の正負極材料に十分浸透させる。本実施例の場合は、約０．２ｇの電解液を注入した。

この後、注入孔の開口に付着した電解液を拭取り、封止栓９を注入孔に配置する。そして、封止栓９の外周をシーム溶接により封止する。

その結果、外装体１１の内部に電解質Ｅおよび発電要素１６が収納された図１に示す端子付電気二重層キャパシタ１０を得ることができる。

なお、上記製造工程で示した溶接条件は一例であり、出力や照射時間などの条件はこれに限定されず実施できる。ただし、端子１４と外部端子５の溶接工程及び端子１４とバランス端子７の溶接工程においては、ハーメチック構造をなすガラスからなる絶縁部材１５にレーザ照射に起因する熱衝撃でクラックが発生し、リークに至る可能性がある。該クラックの発生しない適切な範囲で溶接を実施することが望ましい。

次に、外部端子及びバランス端子と端子との接続の変形例を示す。上述した実施形態においては、図１（ａ）のように、クランク状の外部端子５およびバランス端子７が端子の上部に接続し、各底面部５ｂおよび７ｂが外装体１１の長辺方向に伸びている構造を示したが、図８（ａ）のように、Ｌ字形状の外部端子５１および開口端に水平部を有するＵ字型を逆さまにした形状のバランス端子７１と、端子１４の側面とが溶接された構造の電気二重層キャパシタ２０であっても構わない。ここで、図８は、図１に示す電気二重層キャパシタの変形例を示す外観斜視図である。

先述した外装体製作工程において、端子１４が絶縁部材１５で固定される際、端子１４が傾いて固定される可能性がある。小型化の目的で、端子の長さは４から５ｍｍ程度で、その直径も１ｍｍ以下の寸法が選択されて、焼成時に端子の位置を固定するカーボン等の焼成治具との隙間公差がやや大きい場合には、僅かな角度であるが、端子の傾きが発生しやすい。その場合、図１（ａ）で示すような、外部端子５およびバランス端子７の形状がクランク形状であると、端子１４の水平面との傾きによって、外部端子及びバランス端子の底面高さにバラつきを生ずる可能性があり、回路基板に水平に実装できないか、あるいは接続強度が不足する恐れが生じる。

従って、このような場合には、外部端子及びバランス端子は、図８（ａ）に示す形状とし、端子１４との溶接位置は、端子１４の上面ではなく、側面にするのが良い。このようにすると、後述する様に端子の傾きから発生する高さ方向のバラつきを抑えることが可能となる。

また、外部端子５１およびバランス端子７１が端子１４の長さを超えることなく溶接できるように配置されれば、図８（ａ）に示す例のように、端子付電気二重層キャパシタ２０の長辺方向の長さを短縮できるので、実装面積を縮小できる。

ここで、外部端子５１及びバランス端子７１と端子４との接続について説明する。２個の外部端子５１およびバランス端子７１は、それらの底面５１ｂ及び７１ｂを１つの水平面に接するように端子１４の側面に重ねて配置した後、端子の傾きを考慮して、端子の側面でレーザスポット溶接する。バランス端子７１の場合は、やや斜め横方向からレーザを照射して溶接する。外部端子５１は、横方向からレーザ照射して溶接する。この時、端子の傾きを予め画像処理技術などで認識しておけば、端子の傾いた角度に応じて、溶接位置の高さを微調整することができる。

図８（ｂ）は、この事情を説明した模式図であり、図８（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。絶縁部材１５に固定された端子１４は、水平面から僅かに下に傾いている（傾きをθとした）が、図面では誇張されて示されている。外部端子５１は、端子１４と２つの溶接点２５ａ及び２５ｂで溶接されているが、第２の溶接点２５ｂの中心は、端子１４の傾きθを考慮して、第１の溶接点２５ａとの水平間距離ｍと傾きθを勘案したｍ×ｔａｎ（θ）の距離分だけ下側に設定されている。

このようにして、端子が傾いた場合においても、外部端子５１の底面５１ｂは、水平に設定でき、所定の高さに維持することが可能である。バランス端子においても同様である。

なお、バランス端子７１の形状は、図８（ａ）では、開口端に水平部を有するＵ字型を逆さまにした形状で、開口端の水平部が回路基板と接続される。この他、図示しないが、Ｕ字形状のバランス端子でもよい。この場合は、Ｕ字の開口部を端子１４の側面に接続し、Ｕ字の底の部分が回路基板に接続される。

以上の実施形態においては、２個の単セルが直列接続されているが、より多くの単セル同士についても直列接続が可能である。例えば、図９に示す端子付電気二重層キャパシタ３０の通り、３個の単セルの接続により、単セルの耐電圧の３倍の電圧まで使用できる。それ以上の個数の直列接続も可能である。

詳細には、単セルの外装体を形成する一側面であって端子を備える側面である蓋部材１２の面を揃えて水平面内に３列に密着並置し、両脇のセルの外側の端子に外部端子５を接続し、その他の端子は隣接する２個の端子同士をバランス端子７により接続する。また、外装体同士は、連結板８および固定端子６を介して溶接などにより接続する。

このようにして、単セルの数が更に多くなった場合でも、端子付電気二重層キャパシタを構成することが可能である。そして、外部端子及びバランス端子は、端子を備える側面の側に集約されているので、実装する回路基板のパターンは単セルの数が多くなっても単純でコンパクトなものにできる。

更にまた、本実施形態においては、各単セルを水平面内に並置し直列接続を行っているが、各単セルを高さ方向に重ねて直列接続しても構わない。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態を、図１０および図１１を参照して説明する。なお、本実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図１０に示すような端子付電気二重層キャパシタ４０においては、２つの単セルの外装体２１から各１箇所だけ端子１４が固定され、発電要素１６における正負極の一方の極が端子１４と接続し、他方の極は外装体２１に電気的に接続されている構造であり、単セル同士が連結板８を介して接続されている。さらに、単セルの端子１４に正極負極の外部端子５３及び５２が接続され、また外装体２１を跨ぐようにバランス端子７２が接続されている。尚、図１０は、外装体２１の内部を示すために、ケース２３を透明体で示してある。

本実施例においては、外部端子５２を０Ｖ、外部端子５３を＋Ｖにすると、外装体には、その半分の電位（＋Ｖ／２）になる。例えば、外部端子５３が５．２Ｖである時は、外装体の電位は２．６Ｖになる。第１の実施形態においては、外装体の電位は基本的にフローティングであったこととは大きく異なっている。

外部端子５２、５３とバランス端子７２の配置を、外装体を形成する一側面であって端子を備える側面の近傍に集約されている。これによって、回路基板のパターンは、単純でコンパクトになる。

更に、前記端子を備える側面の対向面に固定端子６が接続されており、１対の外部端子、バランス端子及び固定端子により、回路基板に強固に接続できる構成である。

本実施形態による電気二重層キャパシタ４０を製造する方法を簡略に述べる。製造方法は、外装体作製工程と、単セル作製工程と、セル連結工程と、固定端子、外部端子、バランス端子の各溶接工程と、封止工程とを備えている。

はじめに、外装体を作製する外装体作製工程を実施する。本実施形態では、第１の実施形態と異なり端子は１本のみとなる。従って、蓋部材には、１個のハーメチックシール構造を形成すればよい。その他の構造は、第１の実施例と同様であり、前述した作成方法に従って製造する。

次に、単セル作製工程を行う。まず、リード１７が接続された発電要素１６を第１実施形態と同様に作製した後、発電要素１６の正負極のリード１７の一方を、蓋部材２２に固定された端子１４と接続し、他方を、先のリード１７が接続された側の蓋部材表面に電気的に接続する。これにより、発電要素１６と蓋部材２２とを一体化する。

さらに、蓋部材２２を接続した発電要素１６をケース２３内に押し込み、蓋部材２２とケース２３とをシーム溶接して外装体２１を作製する。この時点で、単セル作製工程が終了する。

次に、各単セル同士を連結するセル連結工程を行う。図１０に示すように、外装体を形成する一側面であって端子を備える側面である蓋部材の面を揃えて水平面内に２個の単セルを密着並置する。そして、連結板８を２個の単セルに跨るように重ねて、連結板８に向かって鉛直な方向からＹＡＧレーザを照射することにより連結板８と蓋部材２２を溶接する。

次に、固定端子６と外装体２１を溶接により接続する。続いて、端子１４と、外部端子５２、５３とを溶接により接続する。本実施例では、外部端子５２、５３をそれぞれ端子１４の上部でレーザスポット溶接する。次に、バランス端子７２の端子接続部７２ａを、外装体２１の上部と溶接し、電気的に接続する。このように、第２実施形態では、第１実施形態と異なり、バランス端子７２は、外装体２１と接続される。尚、固定端子、外部端子、バランス端子の接続の順序は前後してよい。

以上の各溶接条件については、第１実施形態で述べたＹＡＧレーザの照射条件を用いればよい。また、端子１４と外部端子との溶接の際には、少なくとも２点以上の溶接点を設けて、機械的な接続を強固にするともに、電気的にも十分低い接続抵抗で接続できる。
続いて、封止工程を行う。本工程は、第１実施形態と同じく、外装体２１内へ電解質Ｅを封入した後に、封止栓をシーム溶接して封止する。

このようにして、図１０に示す、外装体２１の内部に電解質Ｅおよび発電要素１６が収納された端子付電気二重層キャパシタ４０を得ることができる。

本実施形態は、図１０に示すような、単セルが水平面内で並置され直列接続している場合に限らず、図１１に示す端子付電気二重層キャパシタ５０のように、単セルが垂直方向に積上げられて直列接続している構造であっても良い。その場合、それぞれの単セルの端子１４の実装される回路基板からの高さが異なるため、正負極の外部端子５４および５５の高さ方向の寸法も異なる。尚、図１１においては、外部端子５４を示すため、バランス端子７３を透明体で示してある。

一方、固定端子６１の直立部６１ａの高さ方向の寸法は、図１０の直立部６ａよりも長く設計されており、２つの単セルを機械的に接合する役割も同時に果たしている。これにより、回路基板に強固に接続可能となり、落下衝撃などによる機械的な負荷に対して耐久性の高い実装となる。

図１１に示す構造の場合、端子付電気二重層キャパシタの高さ方向の寸法が増加する一方、実装面積を約半分に減らすことができる。使用する電子機器の設計上好ましい方法に応じて、水平面内もしくは垂直方向いずれによっても２個のセルの直列接続が可能である。

第２の実施形態においても、外部端子及びバランス端子が、端子を備える側面の側に集約されているので、実装する回路基板のパターンは単純でコンパクトなものにできる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３の実施形態を、図１２から図１５を参照して説明する。なお、本実施形態においては、第１実施形態における構成要素とほぼ同一であるため、同一の符号を付しその説明を省略する。図１２に示すような端子付電気二重層キャパシタ６０において、第１実施形態における構成要素と異なる点は外部端子５６及びバランス端子７４である。

本実施形態における外部端子５６の主要な材質については、ステンレスから形成される第１の材料５７、および銅から形成される第２の材料５８が、全面で冷間圧接されて作製されるクラッド材であり、総厚み０．２ｍｍ、第１の材料の厚み０．１５ｍｍ、および第２の材料の厚み０．０５ｍｍとなっている。この基材が、平板に打ち抜かれ、クランク形状に屈曲加工されることにより外部端子５６が形成され、図１２に示すように、回路基板と接続するための底面部５６ｂと、前記端子の上部に接続する端子接続部５６ａとが形成されている。

第２の材料である銅の２９３Ｋにおける抵抗率は１．６８×１０^-8Ωｍであり、ステンレスの抵抗率（７．２×１０^-7Ωｍ）の十分の一以下であるため、外部端子の材料として用いられる場合、抵抗値が大幅に減少する。さらに、銅は回路基板の配線に用いられる材料であり、半田付けの際の濡れ性も良いため、回路基板と接する外部端子の材料としては好適である。

例えば、長辺８ｍｍ、幅２ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのステンレスの板を屈曲加工して作製された外部端子の抵抗値は次のように計算される。
（抵抗値）＝（抵抗率）×（（長辺）／（幅×厚み））
＝７．２×１０^-7Ωｍ×（８×１０^-3ｍ／（２×１０^-3ｍ×０．１５×１０^-3ｍ））
＝１９．２ｍΩ
一方、本実施形態における外部端子５６は、第１の材料５７と第２の材料５８とが全面で圧接されている。同様に、長さ８ｍｍ、幅２ｍｍの平板から形成される場合、抵抗値は下記のように算出され、ステンレスから構成される場合に比べて大幅に低減される。
（第１の材料の抵抗値）＝（抵抗率）×（（長辺）／（幅×厚み））
＝７．２×１０^-7Ωｍ×（８×１０^-3ｍ／（２×１０^-3ｍ×０．１５×１０^-3ｍ））
＝１９．２ｍΩ
（第２の材料の抵抗値）＝（抵抗率）×（（長辺）／（幅×厚み））
＝１．６８×１０^-8Ωｍ×（８×１０^-3ｍ／（２×１０^-3ｍ×０．０５×１０^-3ｍ））
＝１．３ｍΩ
（抵抗値）＝１／（１／（第１の材料の抵抗値）＋１／（第２の材料の抵抗値））
＝１．３ｍΩ
また、図１４に示すように、外部端子５６については、第１の材料５７と、第２の材料５８とが全面的に層を成しているほか、第２の材料５８が、第１の材料５７に部分的に接し、第１の材料５７のみの層が存在してもよい。この場合には、端子接続部５６ａが第１の材料５７のみで構成され、端子１４の上部とレーザスポット溶接される。これにより、同種金属間の溶接が可能になるほか、レーザスポット溶接による溶接点を複数備えていることにより、接続が強固なものとなっている。

バランス端子７４の主要な材質は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）から形成される第１の材料７５、および銅から形成される第２の材料７６が、全面で冷間圧接されて作製されるクラッド材であり、総厚み０．２ｍｍ、第１の材料の厚み０．１５ｍｍ、および第２の材料の厚み０．０５ｍｍとなっている。この基材が、平板に打ち抜かれ、クランク形状に屈曲加工されることによりバランス端子７４が形成され、図１２に示すように、回路基板と接続するための底面部７４ｂと、前記端子の上部に接続する端子接続部７４ａとが形成されている。このバランス端子７４と、端子１４の上部とが、レーザスポット溶接によりに接続されている。特に、レーザスポット溶接による溶接点を複数備えていることにより、前述したように、機械的な接続が強固なものになり、かつ、接続による電気的な抵抗値を極めて低い値に抑制することが可能である。

図１２に示すバランス端子７４が、第１の材料７５と第２の材料７６とが全面で圧接されている。長さ８ｍｍ、幅６ｍｍの平板から形成される場合、抵抗値は図２の外部端子５の場合と同様、０．４ｍΩと算出され、ステンレスから構成される場合（６．４ｍΩ）に比べて大幅に低減される。

外部端子５６と同様に、バランス端子７４は、第１の材料７５と、第２の材料７６とが全面的に層を成しているほか、特に図１３に示すように、第２の材料７６が、第１の材料７５に部分的に接し、第１の材料７５のみの層が存在してもよい。この場合には、端子接続部７４ａが第１の材料７５のみで構成され、端子１４の上部とレーザスポット溶接される。これにより、同種金属間の溶接が可能になるほか、レーザスポット溶接による溶接点を複数備えていることにより、接続が強固なものとなっている。

外部端子５６の形状については、図１２で適用されるような、図１４（ａ）に示すクランク形状の他、コの字型、Ｌ字形状、平板形状等、図１４（ｂ）〜（ｄ）に示すような、表面実装に適した種々の形状を適用することができる。

また、バランス端子７４の形状についても同様に、図１３（ａ）に示すようなクランク形状に加えて、コの字型、平板形状、あるいは、Ｕ字形状若しくは開口部に水平部を有するＵ字型を逆さまにした形状等、例えば図１３（ｂ）〜（ｄ）に示すような、表面実装に適した種々の形状を適用することができる。

図１４に示す外部端子５６と、端子１４とは、図１５（ａ）〜（ｄ）に示すような、種々の接続形態が可能となる。図１２（ａ）において、クランク形状の外部端子５６が、端子１４の上を覆うように配設され、上方よりレーザスポット溶接されているが、図１５（ａ）に示すように、外部端子５がクランク形状を保ちながらそれぞれの直立部を短縮し、端子接続部５６ａが、端子１４の下側で接続してもよい。また、図１５（ｂ）のように、コの字型の外部端子５６と端子１４.の接続であってもよい。あるいは、図１５（ｃ）のように、Ｌ字形状の外部端子５６と、端子１４の端面とが接続してもよいし、図示しないが、端子１４の側面との接続でもよい。更に、図１５（ｄ）のように、外装体が薄い場合には、平板形状の外部端子５６を用いることも可能である。

また、バランス端子７４と端子１４との接続形態についても、外部端子５６と端子１４と同様の種々の形態が可能である。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の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種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、電気化学セルの一例として、電気二重層キャパシタを例に挙げて説明したが、この場合に限定されず、リチウム二次電池等の非水電解質二次電池等の他の電気化学セルでも適用可能である。

また、上記各実施形態において、外部端子、バランス端子、固定端子、連結板のそれぞれの厚みや外寸、また端子の外寸や端子間のピッチはそれぞれ、最適な寸法や形状となるように適宜設計することが可能である。

また、上記各実施形態においては、外装体の深さ方向の断面形状は、四角形にて図示しているが、これに限らず、円筒形やトラック形状など、他の形状であっても構わない。円筒形やトラック形状の外装体であっても、前述した連結板や固定端子を同様に適用でき、複数の単セルを強固に連結できる。

更にまた、外装体のケースについては、深絞り加工による製造方法を説明したが、ケースは、有底の形状でプレス加工や深絞り加工をする場合に限られず、中空の角や円筒のパイプを一定の長さに切断して、底板になる部材を溶接で接合させたものでもよい。

また、上記各実施形態においては、外装体及び端子の材料を、強度及び耐食性の観点からオーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３１６Ｌとした。しかし、これに限られない。例えば、二相系のステンレスであるＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ等としても構わないし、それ以外のステンレスを選択することができる。また、外装体の材料と端子の材料をそれぞれ別に選択することも可能である。

更にまた、外装体及び端子の材料は、ステンレス以外の材料を選択できる。例えば、外装体として、ニッケル等の耐食性材料でメッキされた冷間圧延鋼を選択できる。また、端子は、コバール等の材料を採用できる。

また、上記各実施形態において、外部端子、バランス端子および固定端子の材質については、端子との溶接が容易で、且つ加工性や耐食性の良いステンレスとしたが、その他の各種金属の他、端子や外装体と溶接可能な材質であればこれに限定されない。また、回路基板との電気的接続が容易になるよう、底面部に金、錫、銅、ニッケル等の各種金属の被膜をメッキ処理などにより形成してもよい。

また、上記各実施形態において、固定端子については、ステンレスの平板から作製されているが、これに限らず、外装体にニッケルや金などの金属が、メッキ、蒸着、スパッタリング、またスクリーン印刷などにより部分的に形成された構造でも構わない。これにより、板状の固定端子と同様に、回路基板に複数の領域で実装可能であるほか、外装体の電位を回路基板で特定の電位に設定、あるいは接地することが可能となる。その際には、実装後の落下衝撃などに耐え得るよう、連結板などにより複数の単セルが強固に連結されていることが望ましい。

また、上記各実施形態において、レーザスポット溶接により端子と外部端子とを溶接したが、局所的なエネルギー照射により接続を行える方法であれば、レーザスポット溶接に必ずしも限定されるものではない。例えば、同じ非接触式であれば、十分な量のエネルギー照射が可能な電子ビーム溶接を採用することができる。あるいは、抵抗溶接による接続でもよい。

また、上記各実施形態において、外装体同士の連結方法について、連結板を介して溶接するとしているが、これに限らず、例えば抵抗溶接やレーザ溶接、電子ビーム溶接、アーク溶接などの種々の溶接、もしくはロウ付けや樹脂による接着などを利用して、外装体同士を直接固定することもできる。それぞれの溶接工程に際しては、外装体内部の発電要素や電解質への熱影響を避けるように溶接条件を設定する。その際には、溶接性を良くするために外装体同士が隙間なく隣接していることが望ましい。一方、連結板を介して外装体同士が強固に連結されていれば、外装体を必ずしも密着させる必要はない。

１０、２０、３０、４０、５０、６０…電気二重層キャパシタ
１１、２１…外装体
１２、２２…蓋部材
１３、２３…ケース
１４…端子
１５…絶縁部材
１６…発電要素
１７…リード
Ｅ…電解質
１８…回路基板
１９…バランス抵抗
５、５１、５２、５３、５４、５５、５６…外部端子
５ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａ…端子接続部
５ｂ、５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂ…底面部
６、６１…固定端子
６ａ、６１ａ…直立部
６ｂ…底面部
７、７１、７２、７３、７４…バランス端子
７ａ、７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ…端子接続部
７ｂ、７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ…底面部
５７、７５…第１の材料
５８、７６…第２の材料
８…連結板
９…封止栓

Claims (19)

1. 端子を備えた金属製の直方体である外装体と、前記端子に接続されたリードを備えた発電要素と、前記外装体に収納された電解質とからなる電気化学セルが複数個直列に接続された端子付電気化学セルであって、
   直列に接続された前記電気化学セルは、互いの側面どうしを対向させ、かつ前記各電気化学セルの前記端子が設けられた面が略同一面となるように固定され、
   互いに接続する前記端子は、１枚のバランス端子に溶接され、
   互いに接続されない前記端子は、それぞれ外部端子に溶接されていることを特徴とする端子付電気化学セル。
2. 端子を備えた金属製の直方体である外装体と、前記外装体に接続されたリードを備えた発電要素と、前記外装体に収納された電解質とからなる電気化学セル２個が直列に接続された端子付電気化学セルであって、
   直列に接続される前記電気化学セルは、互いの側面どうしを対向させ、前記各電気化学セルの前記端子が設けられた面が略同一面となるように固定され、
   前記外装体は、バランス端子と接続し、
   前記端子は、外部端子に溶接されていることを特徴とする端子付電気化学セル。
3. 前記端子と前記外部端子とは複数個所で溶接されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の端子付電気化学セル。
4. 前記外部端子の前記実装面を含む外部端子実装面と、前記バランス端子の前記実装面を含むバランス端子実装面とが、略同一平面であり、当該平面と前記外装体の基板と対向する面との間に空隙を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の端子付電気化学セル。
5. 前記バランス端子で接続された前記電気化学セルは、前記端子の設けられた面を連結板で固定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の端子付電気化学セル。
6. 前記バランス端子で接続された前記電気化学セルは、互いの前記端子の設けられた面と対向する面が固定端子で固定されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の端子付電気化学セル。
7. 前記端子と前記外部端子との接続箇所を有する面が、基板面に対して垂直に交差すること特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の端子付電気化学セル。
8. 前記バランス端子は、断面がクランク形状であること特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の端子付電気化学セル。
9. 前記バランス端子は、２つのバランス端子実装面を有し、当該２つのバランス端子実装面は溶接された２つの前記端子の外側に配置されていること特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の端子付電気化学セル。
10. 前記外部端子は、断面が長方形であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の端子付電気化学セル。
11. 前記外部端子は、断面がコ字形状であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の端子付電気化学セル。
12. 前記外部端子は、断面がL字形状であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の端子付電気化学セル。
13. 前記外部端子は、断面がクランク形状であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の端子付電気化学セル。
14. 前記バランス端子もしくは前記外部端子の少なくとも一方が、前記端子と同種の金属である第１の材料と、第１の材料よりも抵抗率の低い第２の材料とからなる多層構造であることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の端子付電気化学セル。
15. 端子を備える金属製の外装体を作製する外装体作製工程と、
    前記外装体の内部に発電要素を収納し、前記発電要素のリードを前記外装体に取り付けられた端子に接続する接続工程と、
    複数の前記外装体の前記端子が設けられた面をそろえて連結する連結工程と、
    他の前記外装体と直接接続しない前記端子と外部端子を複数の溶接点で溶接する外部端子溶接工程と、
    他の前記外装体と直接接続する前記端子とバランス端子を複数の溶接点で溶接するバランス端子溶接工程と、
    前記外装体内部に電解質を収納し封止する工程と、
    を有することを特徴とする端子付電気化学セルの製造方法。
16. 端子を備える金属製の外装体を作製する外装体作製工程と、
    前記外装体の内部に発電要素を収納し、前記発電要素のリードを前記外装体に接続する接続工程と、
    複数の前記外装体の前記端子が設けられた面をそろえて連結する連結工程と、
    前記端子と外部端子を複数の溶接点で溶接する外部端子溶接工程と、
    前記外装体とバランス端子を溶接するバランス端子溶接工程と、
    前記外装体内部に電解質を収納し封止する工程と、
    を有することを特徴とする端子付電気化学セルの製造方法。
17. 前記連結工程は、前記電気化学セルを連結板及び固定端子によって２箇所以上で連結することを特徴とすることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の端子付電気化学セルの製造方法。
18. 前記連結工程は、前記電気化学セルの外装体を直接溶接して連結することを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の端子付電気化学セルの製造方法。
19. 前記外部端子溶接工程は、前記外部端子の基板と接続する面と前記外装体の前記基板と対向する面との間に空隙を有し、
    前記バランス端子溶接工程は、前記バランス端子の前記基板と接続する面と前記外装体の前記基板と対向する面との間に空隙を有することを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の端子付電気化学セルの製造方法。

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