JP2011228634A - 電気化学素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造過程において集電体シート切断工程を簡略することができ、かつ信頼性の高い、小型の表面実装可能な電気化学素子を提供することにある。
【解決手段】第一の電極１０７と、第二の電極１０６と、前記第一の電極１０７及び第二の電極１０６を分離するセパレータ１０５と、電解液と、前記第一の電極１０７と第二の電極１０６と前記セパレータ１０５とを収納する容器１０１と、前記容器１０１を封口する封口板１０２と、前記第一の電極１０７または前記第二の電極１０６と前記封口板１０２との間に配置された集電体シート１１１２とからなる電気化学素子であって、前記集電体シート１１１２の一部を、前記封口板１０２と前記容器１０１とともに溶接する。
【選択図】 図１
【解決手段】第一の電極１０７と、第二の電極１０６と、前記第一の電極１０７及び第二の電極１０６を分離するセパレータ１０５と、電解液と、前記第一の電極１０７と第二の電極１０６と前記セパレータ１０５とを収納する容器１０１と、前記容器１０１を封口する封口板１０２と、前記第一の電極１０７または前記第二の電極１０６と前記封口板１０２との間に配置された集電体シート１１１２とからなる電気化学素子であって、前記集電体シート１１１２の一部を、前記封口板１０２と前記容器１０１とともに溶接する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、小型の表面実装可能な非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学素子に関する。
非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学素子は、時計機能のバックアップ電源、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、ソーラ時計の電池、モータ駆動用の電源等として使用されている。近年、半導体メモリは不揮発化、時計機能素子の低消費電力化により、電気化学素子は、容量、電流とも大型化の需要は低い傾向にある。むしろ、小型化、薄型化やリフローハンダ付けにより基板上への実装化の要求が強く望まれている。このため、小型、薄型の略四角形状の電気化学素子が提案されたが、略四角形状の電気化学素子は、丸い形状の電気化学素子と違い、かしめて（クリンプして）封口することができなかった。そこで、略四角形状の容器に正極負極からなる対電極、セパレータ、電解質を収納し、封口板をその上に載置し、抵抗溶接法を用いたシーム溶接を行っていた。この抵抗溶接法を用いたシーム溶接を行う場合、負極に用いる電極活物質を予め封口板に接着しておき、該封口板を上から容器内に押し込み、容器に封口板を押し当てた状態で溶接を行うこととなる。このため、溶接前に、電極活物質を封口板に接着しておく接着作業工程があった。この電極活物質と封口板との接着が不完全であれば、電極活物質が封口板から剥離してしまい、内部抵抗の上昇など動作不良の原因となっていた。
この問題点を解決するため、前記封口板にて封口される容器の開口側の配置される電極活物質に集電体シートの少なくとも一部分を接続し、前記容器の開口部まで延出形成し、前記集電体シートの延出した一部分を介在させて溶接することが提案されていた（例えば、特許文献１）。
ところで、抵抗溶接法を用いたシーム溶接を行う場合、前記集電体シートの延出した一部分を介在させて溶接すると、延出した前記集電体シートが電気化学素子の外部にはみ出し、その後の工程ではみ出した部分を切断する必要があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、シート切断工程を簡略することができ、かつ信頼性の高い、小型の表面実装可能な電気化学素子を提供することにある。
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。
請求項１に記載の発明では、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極及び第二の電極を分離するセパレータと、電解液と、前記第一の電極と第二の電極と前記セパレータとを収納する容器と、前記容器を封口する封口板と、前記第一の電極または前記第二の電極と前記封口板との間に配置された集電体シートとからなる電気化学素子であって、前記集電体シートの一部が、前記封口板と前記容器とともに溶接されていることを特徴とする電気化学素子とした。
請求項１に記載の発明では、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極及び第二の電極を分離するセパレータと、電解液と、前記第一の電極と第二の電極と前記セパレータとを収納する容器と、前記容器を封口する封口板と、前記第一の電極または前記第二の電極と前記封口板との間に配置された集電体シートとからなる電気化学素子であって、前記集電体シートの一部が、前記封口板と前記容器とともに溶接されていることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電気化学素子であって、前記封口板の外周は、前記容器端部の内周より大きく外周より小さいことを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、はみ出した集電体シートのはみ出し位置や量が確認し易くなり、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
この構成によれば、はみ出した集電体シートのはみ出し位置や量が確認し易くなり、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の電気化学素子であって、前記容器の端部には金属リングが形成され、前記封口板と前記容器は前記金属リングを介して接続されることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
この構成によれば、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の電気化学素子であって、前記金属リングはコバールで形成され、ニッケルめっきが施されていることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、金属リングのニッケルめっきが、ロウ材の役割を果たすことによって、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
この構成によれば、金属リングのニッケルめっきが、ロウ材の役割を果たすことによって、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
請求項５に記載の発明では、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電気化学素子であって、前記集電体シートを含む箇所の溶接部はレーザー溶接により溶接されていることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の電気化学素子であって、前記集電体シートを含む箇所以外の溶接は抵抗溶接により溶接されていることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、電解液が入った状態でも安定して溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
この構成によれば、電解液が入った状態でも安定して溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
請求項７に記載の発明では、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電気化学素子であって、前記封口板の端部が溶接されていることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
この構成によれば、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
請求項８に記載の発明では、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電気化学素子であって、前記集電体シートは、対向する２辺の一部が溶接されていることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、集電体シートの位置ズレが生じないため、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
この構成によれば、集電体シートの位置ズレが生じないため、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
請求項９に記載の発明では、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電気化学素子であって、前記集電体シートの厚みは５〜１０μｍであることを特徴とする電気化学素子とした。
この構成によれば、溶接不良が生じないため、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
この構成によれば、溶接不良が生じないため、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
請求項１０に記載の発明では、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極及び第二の電極を分離するセパレータと、電解液とを容器に収納する収納工程と、集電体シートの一部を前記容器の縁部からはみ出して設置する集電体シート設置工程と、前記集電体シートの一部が前記容器の縁部からはみ出した状態で、封口板と前記容器とを溶接する溶接工程と、からなる電気化学素子の製造方法とした。
本発明の製造方法によれば、集電体シートを溶接時の熱で溶解し、溶接とともに切断することができる。これにより、はみ出した集電体シートを後から切断するという製造工程を簡略することができた。
本発明の製造方法によれば、集電体シートを溶接時の熱で溶解し、溶接とともに切断することができる。これにより、はみ出した集電体シートを後から切断するという製造工程を簡略することができた。
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の電気化学素子の製造方法であって、前記溶接工程は、前記封口板の端部近傍であって前記集電体シートが前記封口板端部と前記容器の間にある箇所をレーザー溶接する工程と、前記封口板の端部近傍であって前記集電体シートが前記封口板端部と前記容器の間にない箇所を抵抗溶接する工程と、からなることを特徴とする電気化学素子の製造方法とした。
本発明の製造方法によれば、集電体シートをレーザー溶接時の熱で溶解し、溶接とともに切断することができる。これにより、はみ出した集電体シートを後から切断するという製造工程を簡略することができた。
本発明の製造方法によれば、集電体シートをレーザー溶接時の熱で溶解し、溶接とともに切断することができる。これにより、はみ出した集電体シートを後から切断するという製造工程を簡略することができた。
本発明の提案する電気化学素子は、集電体シートを溶接時の熱で溶解し、溶接とともに切断することができ、はみ出した集電体シートを後から切断するという製造工程を簡略することができる。さらに、短時間で高強度に溶接ができ、電解液が入った状態でも安定して溶接することができるため、電気化学素子の特性に影響がなく、品質も安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
（第１実施形態）
以下、本発明の電気化学素子を電気二重層キャパシタに具体化した第１実施形態を、図１、図２及び図６に従って説明する。
以下、本発明の電気化学素子を電気二重層キャパシタに具体化した第１実施形態を、図１、図２及び図６に従って説明する。
図１は、直方体形状の電気化学素子としての電気二重層キャパシタの断面図を示す。図１において、電気二重層キャパシタは、上方が開放した凹状の容器１０１を有するとともに、その容器１０１に溶接されその開口部を封口する封口板１０２を有している。封口板１０２にて封口された容器１０１内には、第１の電極活物質としての正極活物質１０６、セパレータ１０５、第２の電極活物質としての負極活物質１０７等からなる要素が配設されるようになっている。略四角形状の電気化学素子は、表面実装での場所占有率を下げることにおいて効果がある。
凹状の容器１０１はアルミナ製で、グリーンシートにタングステンプリントし、コバール（Ｃｏ：１７、Ｎｉ：２９、Ｆｅ：残の比率の合金）製の金属リング１０９を載せ焼成した。さらに、接続端子Ａ１０３、接続端子Ｂ１０４には、ニッケル、金めっきを施し、金属リング１０９の上部には接合材１０８１（ろう材）となるニッケルおよび金めっきを施した。 金属リング１０９は、図１左側の側面を通るタングステン層により、接続端子Ｂ１０４に電気的に接続した。この金属リング１０９は、容器１０１の端部に形成されている。また、この金属リングはコバールで形成され、ニッケルめっきが施されている。この構成によれば、金属リングのニッケルめっきが、ロウ材の役割を果たすことによって、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。
接続端子Ａ１０３、及びＢ１０４は凹状の容器の下の面に達しているが、容器側面部で止まっていても、ハンダとの濡れにより、基板とのハンダ付けが可能である。
凹状の容器の内側底面全面には、集電体として配線に用いたタングステンと金属層を設け、凹状の容器壁面を貫通し接続端子Ａ１０３に電気的に接続した。集電体と正極活物質１０６は炭素を含有する導電性接着剤１１１１で接着した。
負極集電体シート１１１２は、図２の左右方向の２辺にはみ出すように設置し、前後方向には、はみ出さない形状とした。
第１実施形態において、ニッケルよりなる厚み５μｍの負極集電体シート１１１２を使用した。
第１実施形態において、ニッケルよりなる厚み５μｍの負極集電体シート１１１２を使用した。
負極集電体シート１１１２の材質は、ニッケル、銅、アルミニウム等を選択できる。溶接時に金属リングや封口板の材料であるコバールと相性のよいニッケルを選択することがより好ましい。
負極集電体シート１１１２の厚さは、２０μｍ以下が好ましい。より好ましい厚さとしては５〜１０μｍがよい。負極集電体シート１１１２が１０μｍ以上だとシートのない部分の隙間が大きくなり、溶接のとき、溶接不良となる場合がある。逆に負極集電体シート１１１２が５μｍ以下だと強度が弱くハンドリングが難しかったり、溶接のとき、切れて導通がなくなる場合がある。
封口板１０２の大きさは、金属リング１０９より小さなものとした。少なくとも負極集電体シート１１１２がはみ出している部分については金属リング１０９より小さくする必要がある。封口板１０２の外周は、容器１０１の端部の内周より大きく外周より小さい。この構成によれば、はみ出した負極集電体シート１１１２のはみ出し位置や量が確認し易くなり、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また、封口板１０２の容器側の部分には、接合材１０８２（ろう材）となるニッケルめっきを施した。
負極活物質１０７は、５μｍの厚さのニッケルよりなる負極集電体シート１１１２上に形成したものを用いた。負極集電体シート１１１２は負極活物質１０７より大きいものを用い凹状の容器の外側にはみ出すようにした。図２では、負極集電体シート１１１２の大部分が凹状の容器の外側にはみ出しているが、はみ出しは負極集電体シートの一部でもかまわない。
図２に示すような順番で、容器内部に正負極電極、セパレータ１０５、電解液を収納した。
次に図６に示したように、封口板１０２で蓋をした後、負極集電体シート１１１２が凹状の容器の外側にはみ出した状態で、レーザー溶接により、封口板１０２の向かい合う２辺の溶接を行った。レーザー溶接で溶接することにより、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また、対向する２辺の一部が溶接されていることで、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。レーザー溶接は、封口板１０２の端部近傍を狙い、溶接と同時に負極集電体シート１１１２が溶解して、切断できる位置を狙って溶接した。封口版１０２の端部が溶接されることにより、負極集電体シート１１１２が切断しやすくなり、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。レーザー溶接は、負極集電体シート１１１２が凹状の容器の外側にはみ出した部分の辺を溶接するものであり、パルスによるシーム溶接でもいいし、連続照射の方式であってもかまわない。また、封口板１０２と凹状の容器１０１をスポット溶接し仮止めしたあと、レーザー溶接を行うことも工程を安定させることに有効である。これにより、負極集電体シート１１１２は縁部が封口板１０２と容器１０１とともに溶接された。この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また溶接と同時に、負極集電体シート１１１２のはみ出した部分を切断でき、はみ出した負極集電体シート１１１２を後から切断するという製造工程を簡略することができた。
負極集電体シート１１１２が凹状の容器の外側にはみ出していない２辺は、抵抗溶接の原理を利用したパラレルシーム溶接機（抵抗溶接）により、溶接を行った。これにより、封口板１０２と容器１０１は金属リング１０９を介して接続された。この構成によれば、より確実に高強度に溶接することができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができた。また、負極集電体シート１１１２を含む箇所以外の溶接をパラレルシーム溶接機（抵抗溶接）により溶接することで、電解液が入った状態でも安定して溶接することができた。
（第２実施形態）
次に、本発明の電気化学素子を電気二重層キャパシタに具体化した第２実施形態を、図３及び図４に従って説明する。図３（ａ）は、第２実施形態の電気二重層キャパシタの断面図である。（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した図である。
次に、本発明の電気化学素子を電気二重層キャパシタに具体化した第２実施形態を、図３及び図４に従って説明する。図３（ａ）は、第２実施形態の電気二重層キャパシタの断面図である。（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した図である。
本実施形態は、凹状の容器１０１内に収容される正極活物質とセパレータ及び負極活物質等の構成が相違する。従って、説明の便宜上、共通部分は符号を同一にし、詳細な説明は省略し、その相違する点について詳細に説明する。
図３において、凹状の容器１０１内に収容される正極活物質１０６とセパレータ１０５及び負極活物質１０７は、折り曲げ可能なシート状であって、正極活物質１０６、セパレータ１０５及び負極活物質１０７が、それぞれシート状に形成されている。シート状の正極活物質１０６は、シート状のセパレータ１０５を介して、同じくシート状に形成された負極活物質１０７が積層されている。
そして、シート状の正極活物質１０６であって、セパレータ１０５と反対側の面には、正極集電体シート１１１３が貼り合わされている。正極集電体シート１１１３は、正極活物質１０６が貼り合わされており、シートの長手方向の一側にはみ出している。
一方、シート状の負極活物質１０７であって、セパレータ１０５と反対側の面には、負極集電体シート１１１２が貼り合わされている。負極集電体シート１１１２は、負極活物質１０７が貼り合わされており、シートの長手方向の一側にはみ出している。
このように、構成された、シートの層を、凹状の容器１０１に収容できるように、捲回した。この捲回は、一側面に負極集電体シート１１１２が、他側面に正極集電体シート１１１３が現れるように、中心部をはさみ、図４に示すように、シート巻き込み捲回した。
そして、捲回したシートの層を、セルキャパシタの正極集電体シート１１１３が現れている側から凹状の容器１０１内に収容する。このとき、図４に示すように、正極集電体シート１１１３はみ出し部は、折り曲げられて、導電性接着剤１１１１を介して凹状の容器１０１の接続端子Ａ１０３と電気的に接続される。一方、凹状の容器１０１の開口側に面した、負極集電体シート１１１２のはみ出し部は、右側の側壁上面の上方位置から外方に突出する。
この状態から、凹状の容器１０１内に電解液を注入した後、封口板１０２を、凹状の容器１０１の開口部を完全に塞ぐように、当接させる。このとき、シートの層は、圧縮されて凹状の容器１０１内に収容される。
次に封口板１０２で蓋をした後、負極集電体シート１１１２が凹状の容器の外側にはみ出した状態で、レーザー溶接機により、封口板１０２の向かい合う２辺の溶接を行った。レーザー溶接は、封口板１０２の端部近傍を狙い、溶接と同時に負極集電体シート１１１２が溶解して、切断できる位置を狙って溶接した。レーザー溶接は、負極集電体シート１１１２が凹状の容器の外側にはみ出した部分の辺を溶接するものであり、パルスによるシーム溶接でもいいし、連続照射の方式であってもかまわない。これにより、負極集電体シート１１１２は縁部が封口板１０２と容器１０１とともに溶接された。この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また溶接と同時に、負極集電体シート１１１２のはみ出した部分を切断でき、はみ出した負極集電体シート１１１２を後から切断するという製造工程を簡略することができた。
負極集電体シート１１１２が凹状の容器の外側にはみ出していない２辺は、抵抗溶接の原理を利用したパラレルシーム溶接機により、溶接を行った。これにより、電解液が入った状態でも安定して溶接することができた。
（第３実施形態）
次に、本発明の電気化学素子を電気二重層キャパシタに具体化した第３実施形態を、図５に従って説明する。図５は、第３実施形態の電気二重層キャパシタの断面図である。第２実施形態では、シートの層を捲回し凹状の容器１０１内に収容したが、第３実施形態では、図５に示すように折りたたんで凹状の容器１０１内に収容した。その後、第２実施形態と同様に、レーザー溶接で、負極集電体シート１１１２が凹状の容器の外側にはみ出した部分の辺を溶接した。これにより、負極集電体シート１１１２は縁部が封口板１０２と容器１０１とともに溶接された。この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また溶接と同時に、負極集電体シート１１１２のはみ出した部分を切断でき、はみ出した負極集電体シート１１１２を後から切断するという製造工程を簡略することができた。
次に、本発明の電気化学素子を電気二重層キャパシタに具体化した第３実施形態を、図５に従って説明する。図５は、第３実施形態の電気二重層キャパシタの断面図である。第２実施形態では、シートの層を捲回し凹状の容器１０１内に収容したが、第３実施形態では、図５に示すように折りたたんで凹状の容器１０１内に収容した。その後、第２実施形態と同様に、レーザー溶接で、負極集電体シート１１１２が凹状の容器の外側にはみ出した部分の辺を溶接した。これにより、負極集電体シート１１１２は縁部が封口板１０２と容器１０１とともに溶接された。この構成によれば、短時間で高強度に溶接ができ、品質が安定した信頼性の高い電気化学素子を得ることができる。また溶接と同時に、負極集電体シート１１１２のはみ出した部分を切断でき、はみ出した負極集電体シート１１１２を後から切断するという製造工程を簡略することができた。
負極集電体シート１１１２が凹状の容器の外側にはみ出していない２辺は、抵抗溶接の原理を利用したパラレルシーム溶接機により、溶接を行った。これにより、電解液が入った状態でも安定して溶接することができた。
負極集電体シート１１１２の厚さは、２０μｍ以下が好ましい。より好ましい厚さとしては５〜１０μｍがよい。負極集電体シート１１１２が１０μｍ以上だとシートのない部分の隙間が大きくなり、溶接のとき、溶接不良となる場合がある。逆に負極集電体シート１１１２が５μｍ以下だと強度が弱くハンドリングが難しかったり、溶接のとき、切れて導通がなくなる場合がある。
また、負極集電体シート１１１２の材質は、ニッケル、銅、アルミニウム等を選択できる。溶接時に金属リングや封口板の材料であるコバールと相性のよいニッケルを選択することがより好ましい。
正極集電体シート１１１３の材質は、アルミニウム、チタン等を選択できる。比較的安価なアルミニウムを選択することがコスト的な観点でより好ましい。
凹状の容器１０１は耐熱樹脂、ガラス、セラミックスまたはセラミックスガラス等の耐熱材料がよい。製法としては、低融点のガラスやガラスセラミックスに導体印刷により配線を施し、積層し低温で焼成することも可能である。また、アルミナのグリーンシートと導体印刷により積層し、焼成することも可能である。
金属リング１０９の材質は、凹状の容器１０１に熱膨張係数の近いものが望まれる。
たとえば、凹状の容器１０１が熱膨張係数６．８×１０−６／℃のアルミナを用いる場合金属リングとしては熱膨張係数５．２×１０−６／℃のコバールを用いることが望ましい。
たとえば、凹状の容器１０１が熱膨張係数６．８×１０−６／℃のアルミナを用いる場合金属リングとしては熱膨張係数５．２×１０−６／℃のコバールを用いることが望ましい。
また、封口板１０２も溶接後の信頼性を高めるため、金属リングと同じコバールを用いることが望ましい。溶接後、機器の基板に表面実装されるとき、すなわちリフローハンダ付けのとき再び加熱されるためである。
また、配線の集電体となる部分は、耐食性の良く、厚膜法での形成が可能なタングステン、パラジウム、銀、白金または金が好ましい。また、アルミニウム、炭素を使用することもできる。凹状の容器１０１の底面の配線を正極側の集電体とする場合は、特に金またはタングステンが好ましい。これは、耐電圧の高い材料を用い、プラス側の電位がかかったときに溶解しないようにするためである。
更に電極と配線の導通をよくするため、炭素を含有する導電性接着剤を用いることは有効である。また、耐電圧の低い材料を用いた場合は、集電体の金属に炭素を含有する導電性接着剤を単独で全面に塗りつけ、焼付け硬化させることが有効である。アルミニウムを用いる場合は、蒸着法やスパッタリング法といった乾式製膜が利用できる。
接続端子Ａ１０３、接続端子Ｂ１０４の部分については、基盤とハンダ付けするためにニッケル、金、スズ、ハンダの層を設けることがよい。凹状の容器１０１の縁部についても接合材とのなじみの良いニッケルや金などの層を設けることが好ましい。層の形成方法としては、めっき、蒸着などの気相法等もある。
金属リング１０９および封口板１０２の接合される面には、ろう材としてニッケル及び／または金の層を設けることが有効である。金の融点は１０６３℃、ニッケルの融点は１４５３℃であるが、金とニッケルの合金にすることにより融点を１０００℃以下に下げることができるためである。層の形成方法としては、めっき、蒸着などの気相法、印刷を用いた厚膜法等がある。特にめっき、印刷を用いた厚膜法がコスト的に有利である。
ただし、ろう材の層のＰ、Ｂ、Ｓ、Ｎ、Ｃ等の不純物元素は１０％以下にする必要がある。特にめっきを用いた場合は注意が必要である。たとえば、無電解めっきにおいては還元剤の次亜リン酸ナトリウムからＰ、ジメチルアミンボランからＢが入りやすい。また、電解めっきにおいては光沢剤の添加剤や陰イオンから入る可能性があるため注意が必要である。還元剤、添加物等の量を調整して入る不純物を１０％以下とする必要がある。１０％以上入ってしまうと接合面に金属間化合物が生成しクラックが入ってしまう。
封口板１０２側の接合材１０８２にニッケルを用いた場合は、凹状の容器１０１側の接合材１０８１には金を用いることが好ましい。金とニッケルの比は１：２から１：１の間がよく、合金の融点が下がることにより溶接温度が下がり接合性もよくなる。
レーザー溶接は、パルスによるシーム溶接でもいいし、連続照射の方式であってもかまわない。パルスによるシーム溶接では、パルス状にレーザーを照射するため、溶接後はシーム状になる。パルスによる個々の溶接跡が重なるようにパルス幅をコントロールしなければ、完全に封止することができない。
抵抗溶接法を利用したシーム溶接は、封口板１０２の対向する二辺に対向するローラー型の電極を押し付け、電流を流すことで、抵抗溶接の原理により溶接する。ローラー電極を回転させながら電流をパルス状に流すため溶接後はシーム状になる。パルスによる個々の溶接跡が重なるようにパルス幅をコントロールしなければ、完全に封止することができない。
使用するセパレータは耐熱性のある不織布であることが好ましい。たとえば、ロール圧延したポーラスフィルム等のセパレータにおいては、耐熱性があるものの、抵抗溶接法を利用したシーム溶接時の熱で圧延方向に縮んでしまう。その結果、内部ショートを起こしやすい。耐熱性のある樹脂またはガラス繊維を用いたセパレータの場合、縮みが少なく良好であった。樹脂としてはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）が良好であった。特にはガラス繊維が有効であった。また、セラミックスの多孔質体を用いることもできる。
本発明の電気化学素子の形状は基本的に自由であるが、略四角形状が端子等の出っ張りがないため効率的に基板上に配置することにおいて有利である。
また、本発明の電気化学素子は、電気二重層キャパシタを例にとり説明したが、非水電解質二次電池等へ応用できることは言うまでもない。
また、本発明の電気化学素子は、電気二重層キャパシタを例にとり説明したが、非水電解質二次電池等へ応用できることは言うまでもない。
１０１ 凹状の容器
１０２ 封口板
１０３ 接続端子Ａ
１０４ 接続端子Ｂ
１０５ セパレータ
１０６ 正極活物質
１０７ 負極活物質
１０８１ 接合材
１０８２ 接合材
１０９ 金属リング
１１１１ 導電性接着剤
１１１２ 負極集電体シート
３０１ レーザー光
３０２ レーザー光源
１０２ 封口板
１０３ 接続端子Ａ
１０４ 接続端子Ｂ
１０５ セパレータ
１０６ 正極活物質
１０７ 負極活物質
１０８１ 接合材
１０８２ 接合材
１０９ 金属リング
１１１１ 導電性接着剤
１１１２ 負極集電体シート
３０１ レーザー光
３０２ レーザー光源
Claims (11)
- 第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極及び前記第二の電極を分離するセパレータと、電解液と、前記第一の電極と前記第二の電極と前記セパレータとを収納する容器と、前記容器を封口する封口板と、前記第一の電極または前記第二の電極と前記封口板との間に配置された集電体シートとからなる電気化学素子であって、
前記集電体シートの一部が、前記封口板と前記容器とともに溶接されていることを特徴とする電気化学素子。 - 前記封口板の外周は、前記容器端部の内周より大きく外周より小さいことを特徴とする請求項１に記載の電気化学素子。
- 前記容器の端部には金属リングが形成され、前記封口板と前記容器は前記金属リングを介して接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気化学素子。
- 前記金属リングはコバールで形成され、ニッケルめっきが施されていることを特徴とする請求項３に記載の電気化学素子。
- 前記集電体シートを含む箇所の溶接部はレーザー溶接により溶接されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電気化学素子。
- 前記集電体シートを含む箇所以外の溶接は抵抗溶接により溶接されていることを特徴とする請求項５に記載の電気化学素子。
- 前記封口板の端部が溶接されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電気化学素子。
- 前記集電体シートは、対向する２辺の一部が溶接されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電気化学素子。
- 前記集電体シートの厚みは５〜１０μｍであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電気化学素子。
- 第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極及び第二の電極を分離するセパレータと、電解液とを容器に収納する収納工程と、
集電体シートの一部を前記容器の縁部からはみ出して設置する集電体シート設置工程と、
前記集電体シートの一部が前記容器の縁部からはみ出した状態で、封口板と前記容器とを溶接する溶接工程と、
からなる電気化学素子の製造方法。 - 前記溶接工程は、
前記封口板の端部近傍であって前記集電体シートが前記封口板端部と前記容器の間にある箇所をレーザー溶接する工程と、
前記封口板の端部近傍であって前記集電体シートが前記封口板端部と前記容器の間にない箇所を抵抗溶接する工程と、
からなることを特徴とする請求項１０に記載の電気化学素子の製造方法。
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