JP2011258566A - 電気化学セル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 外装ケースは正極集電体を兼ねる導電性のパターンが組まれ、導電性材料は、金属材料、炭素材料または導電性セラミックス材料を用いてアノード腐食のない構成とし、電気化学セルの特性を得ることができ、更に抵抗溶接法を用いたシーム溶接を行うことにより、信頼性の高い封口も達成できるようになった。正極及び負極からなる一対の電極、セパレータ及び非水電解液とから構成されたチップ型の電気化学セルにおいて、アノード腐食に強い導電性材料を実現する。
【選択図】 図1
Description
また、表面実装タイプの電気二重層キャパシタ素子を収納する外装体の構造として絶縁性のリング状外枠にその開口部を閉塞するように金属端子板にろう材を介して密着させ、該ろう材を介して外枠と金属端子板とが対向する部位にレーザー光線を照射することにより該外枠と端子板とを接合する検討もされている。また、上記の構成において熱膨張係数及び熱伝導率がアルミナと近似しているNi或いはステンレスを金属端子板に使用し熱による歪が生じ難い例も検討されている。(例えば特許文献2参照)
にろう材106を形成すると抵抗溶接の密着性を高めることができる。
負極集電体との配線は、外装ケース上面部から、側面の内部に貫通させた導電性パターンB113により、接続端子B104に電気的に接続した。正極及び負極と外部回路との接続のため、導電性パターンを外装ケースにメッキ或いは焼付けにより形成する。導電性パターンは、外装ケース底面、側面に形成可能である。このため、タブ端子等の取付けが不要となり、小型、薄型化が可能となる。
グリーンシートは1300℃以上で焼成される。このため、導電性材料の融点は1300℃以上必要であり、かつ電気化学セルとした時に、アノード腐食を起こさない導電性材料であることが必要である。例えば金属では、Ta,Nb,Ti,Hf,Zr等の弁作用金属、又はMoを0.5wt%以上含むステンレス等の合金であれば良い。また、炭素材料では天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛、カーボンブラック或いはガラス状カーボン等が良い。導電性セラミックスとしては、SiC、TiC、TiB2、WC、WO2、ZrN、NbSi2、またはTaSi2がアノード腐食に優れ、複合セラミックスとしてはAl2O3-SiC、Al2O3−TiB2、AlN−TiN(TiC)、Si3N4−TiC(TiN)等が好ましい。その導電性材料製の導電性パターン上にNi、又はAuのメッキを被覆することも好ましい。
実施例1として、熱膨張係数6.8×10-6/℃(0〜300℃)を有するアルミナ製の外装ケース(幅7mm×奥行5mm×高さ0.9mm)を用いた。導電性材料としてカーボンブラックを使用し導電性パターンを形成し、導電性パターン上にNiメッキで被覆した。
外装ケースの底面に導電性接着剤109を塗布後、リチウム含有マンガン酸化物を用いた正極ペレット107(幅5mm×奥行3.2mm×高さ0.3mm)を接着し、その上にガラス繊維不織布を用いたセパレータ110(幅5.3mm×奥行3.5mm×高さ0.1mm)を載置し正極ユニットとした。また、コバール合金からなる封口板101(幅6.5mm×奥行4.5mm×高さ0.1mm)にNiメッキ105、更にろう材としてAg-Cuを施した。この封口板にシリコン酸化物SiOを活物質とする負極ペレット108(幅5mm×奥行3mm×高さ0.1mm)に炭素を導電性フィラーとした導電性接着剤109で接着し、リチウム(幅5mm×奥行3.2mm×高さ0.1mm)を貼り付け、負極ユニットとした。正極ユニット及び負極ユニットのそれぞれにプロピレンカーボネート(PC)とエチレンカーボネート(EC)とジメトキシエタン(DME)の1:1:2の混合溶媒に支持塩として1Mの濃度の過塩素酸リチウム(LiClO4)を溶解した電解液を注入した後に、正極ユニットと負極ユニットを一体化し、シーム溶接機により溶接電極のローラー型にて封口板周縁部を加圧しながら溶接封止を行い、非水電解質電池を作成した。
伝導性パターンを形成する導電性材質をカーボンブラックからWに変更した以外は同様に非水電解質電池を作成したものを比較例1とする。
実施例2として熱膨張係数6.8×10-6/℃(0〜300℃)であるアルミナ製の外装ケース202(幅5mm×奥行3.2mm×高さ0.6mm)を用い、導電性パターンとして導電性セラミックスTiCを使用しその上にNiメッキAuメッキされた全底面に、炭素を導電性フィラーとした導電性接着剤208を塗布後、正極活物質として活性炭を用いた正極ペレット206(幅3.8mm×奥行2.0mm×高さ0.15mm)を接着し、その上にガラス繊維不織布を用いたセパレータ209(幅3.9mm×奥行2.1mm×高さ0.05mm)を載置し正極ユニットとした。また、コバール合金からなる負極集電体を兼ねる封口板201(幅4.5mm×奥行2.7mm×高さ0.1mm)にNiメッキ205を施した。この封口板に活性炭を用いた負極ペレット207(幅3.8mm×奥行2.0mm×高さ0.15mm)を導電性接着剤208で接着し負極ユニットとした。正極ユニット及び負極ユニットをそれぞれに、プロピレンカーボネイトの溶媒に支持塩として1Mの濃度(C2H5)4NBF4を溶解した電解液を注入した後に、正極ユニットと負極ユニットを一体化し、パラレルシーム溶接機により溶接電極のローラー型にて封口板周縁部を加圧しながら溶接封止を行い、電気二重層キャパシタを作成した。
導電性パターンの材質をTiCからWに変更した以外は同様に電気二重層キャパシタを作成したものを比較例2とした。
及び漏液がみられ電気化学セルを分解し正極集電体をSEMにて観察したところ孔食が確認された。一方、実施例1では腐食が見られなかった。また、実施例2と比較例2において、比較例2では容量劣化が大きく内部抵抗の著しい増加が見られた。しかし、実施例2では容量劣化や内部抵抗の増加は殆ど見られず優れていることが解る。比較例2の電気化学セルを分解し正極集電体をSEMにて観察したところ孔食が確認された。しかし、実施例2では腐食が見られなかった。
102 外装ケース
103 接続端子A
104 接続端子B
105 Niメッキ
106 ろう材
107 正極ペレット
108 負極ペレット
109 導電性接着剤
110 セパレータ
111 メタライズ層
112 導電性パターンA
113 導電性パターンB
201 封口板
202 外装ケース
203 接続端子A
204 接続端子B
205 Niメッキ
206 正極ペレット
207 負極ペレット
208 導電性接着剤
209 セパレータ
210 金属製リング
211 メタライズ層
212 導電性パターンA
213 導電性パターンB
301 封口板
302 外装ケース
303 接続端子
401 金属製ケ−ス
402 金属製フタ
403 リードタブ端子A
404 リードタブ端子B
Claims (5)
- 正極電極と、負極電極と、非水電解質と、前記正極電極と前記負極電極を分離するセパレータと、前記正極電極と前記負極電極と前記非水電解質と前記セパレータとが収納され、封口板と抵抗溶接により封止した外装ケースからなる電気化学セルであって、
前記外装ケースは、前記外装ケースの外側の底面から側面に延設された接続端子Aと、前記外装ケースの内側の底面から前記外装ケースの壁面を貫通して前記外装ケースの外側の側面まで延設された前記導電性パターンAと、
前記外装ケースの外側の底面から側面に延設された接続端子Bと、前記外装ケースの側面の内部を前記外装ケースの上面部から前記外装ケースの底面まで貫通するかまたは、外装ケースの底面または側面の形成された導電性パターンBとを備え、
前記導電性パターンA及び前記導電性パターンBの材料は、カーボンブラック又はTiCであり、
前記導電性パターンAは、前記正極及び前記接続端子Aと電気的に接続され、
前記導電性パターンBは、前記封口板及び、前記接続端子Bと電気的に接続されていることを特徴とする電気化学セル。 - 前記抵抗溶接は、前記封口板周縁部が溶接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。
- 前記封口板の周縁部は、前記外装ケースの縁部の外周より小さく、かつ、前記外装ケースの縁部の内周より大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の電気化学セル。
- 前記電気化学セルは、前記外装ケースと前記封口板との間に金属製リングを備え、
前記金属製リングの外周は、前記外装ケースの縁部の外周より小さく、かつ、前記外装ケースの縁部の内周より大きく、
前記封口板の周縁部の外周は、前記金属製リングの外周より小さく、かつ、前記金属製リングの内周より大きいことを特徴とする請求項3に記載の電気化学セル。 - 前記導電性パターンの表面に、NiまたはAuのメッキが形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電気化学セル。
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