JP2012028491A - 電気化学デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】剛性ケースに対する導電リッドの接合をその弱化を招来すること無く良好に維持できる電気化学デバイスを提供する。
【解決手段】導電リッド１２は環状の被溶接部分ＰＰの内側に該被溶接部分ＰＰの上方曲げ強度を高めるための補強部分ＲＰを有していて、該導電リッド１２の被溶接部分ＰＰと剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄとは溶接により互いに接合しているため、リフローハンダ付け時等において剛性パッケージ１０の内圧が上昇し、該上昇内圧ＩＰの付加に準じて剛性ケース１１及び導電リッド１２に生じる応力が両者の界面に集中し、該導電リッド１２の被溶接部分ＰＰを剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄから上方に引き離そうとする力が発生しようとしても、該引き離し力は補強部分ＲＰによって緩和される。
【選択図】図１７

Description

本発明は、金属やセラミックス等から成る剛性パッケージ内に蓄電素子及び電解液を封入した構造を備え、且つ、回路基板等への表面実装を可能とした電子化学デバイスに関する。
この種の電子化学デバイスは、一般に、略直方体形状の剛性パッケージと、剛性パッケージの内部空間に封入された蓄電素子及び電解液と、剛性パッケージの平坦な下面に設けられた負極端子及び正極端子とを備えている。剛性パッケージは、上面開口の凹部を有する剛性ケースと、凹部の開口を水密及び気密に閉塞した導電リッドとを有している。蓄電素子は、負極プレートと正極プレートとがセパレートシートを介して積み重ねられた構造を有している。剛性ケースには、蓄電素子の負極プレートを導電リッドを介して負極端子に電気的に接続するための配線と、蓄電素子の正極プレートを正極端子に電気的に接続するための配線が設けられている（特許文献１及び２を参照）。
ここで、特許文献１及び２に開示された「剛性ケースと導電リッドとの接合構造」について説明する。
特許文献１には、（１）ソーダライムガラスまたは結晶化ガラスから成るケースの上面に凹部を囲むようにしてＣｒ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ等から成る積層膜を形成し、（２）積層膜の上面にＣｕ、Ｎｉ、Ａｕから成るメッキ膜を形成し、（３）メッキ膜の上面にＦｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る金属リングをＡｇ−Ｃｕ合金またはＡｇ−Ｃｕ−Ｓｎ合金から成るロウ材を用いてロウ付けし、（４）金属リングの上面にＮｉとＡｕから成る金属被膜を形成し、（５）金属リングの上面にＦｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る平板状の導電リッドをシーム溶接によって接合した構造が開示されている。
一方、特許文献２には、（１）アルミナ質焼結体から成るケースの上面に凹部を囲むようにしてＷ（タングステン）層を形成すると共にその表面にＮｉ層を形成し、（２）Ｎｉ層の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ａｌ、またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の表面にＡｌ層を形成したものから成る枠状部材をＡｇロウやＡｌロウを介してロウ付けし、（３）枠状部材の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ａｌ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の下面にＡｌをクラッド接合したものから成る平板状の導電リッドをシーム溶接によって接合した構造が開示されている。
ところで、前記電子化学デバイスを回路基板等に表面実装するときには、一般にリフローハンダ付けが採用される。このリフローハンダ付けにあっては、回路基板等にクリームハンダを介して搭載された電気化学デバイスがリフロー炉に投入されるため、該電気化学デバイスは、ハンダ溶融温度またはこれに近い温度、例えば、鉛フリーハンダを用いたリフローハンダ付けの場合には２２０〜２４０℃まで昇温し、該昇温により電解液の気化等を原因として剛性パッケージの内圧が常温時よりもかなり上昇する。
この上昇内圧は剛性パッケージの内面に略均等に加わるが、該剛性パッケージは剛性ケースに導電リッドを溶接によって接合したものであるため、上昇内圧の付加に準じて剛性ケース及び導電リッドに生じる応力は両者の界面に集中する。とりわけ、前記電子化学デバイスにあっては導電リッドが平板状であるため、両者の界面に応力が集中すると導電リッドを剛性ケースから上方に引き離そうとする力が発生し、該引き離し力によって剛性ケースと導電リッドとの接合が弱化（クラック発生や破壊を含む）して水密性及び気密性が低下し、剛性パッケージ内の電解液が外部に漏出したり、外部から剛性パッケージ内に水分が侵入したりする恐れがある。
前記現象はリフローハンダ付け時のみならず、回路基板等に表面実装された電気化学デバイスが高温環境下で使用されて前記同様の内圧上昇を生じた場合にも発生し得るし、長期使用に基づく電解液分解によってガスが生じて前記同様の内圧上昇を生じた場合にも発生し得る。
特開２００９−２７８０６８号公報 特開２００６−０４９２８９号公報
本発明の目的は、剛性ケースに対する導電リッドの接合をその弱化を招来すること無く良好に維持できる電気化学デバイスを提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明は、剛性パッケージと、剛性パッケージの内部空間に封入された蓄電素子及び電解液と、剛性パッケージの平坦な下面に設けられた負極端子及び正極端子とを備え、剛性パッケージは、上面開口の凹部を有する剛性ケースと、凹部の開口を水密及び気密に閉塞した導電リッドとを有していて、剛性ケースには、蓄電素子の負極プレートを導電リッドを介して負極端子に電気的に接続するための配線と、蓄電素子の正極プレートを正極端子に電気的に接続するための配線とが設けられている電気化学デバイスにおいて、前記剛性ケースの上部には凹部を囲むようにして被溶接枠部が一体形成され、前記導電リッドは環状の被溶接部分の内側に該被溶接部分の上方曲げ強度を高めるための補強部分を有していて、前記導電リッドの被溶接部分と前記被溶接枠部とは溶接により互いに接合している。
この電気化学デバイスによれば、導電リッドは環状の被溶接部分の内側に該被溶接部分の上方曲げ強度を高めるための補強部分を有していて、該導電リッドの被溶接部分と剛性ケースの被溶接枠部とは溶接により互いに接合している。そのため、リフローハンダ付け時等において剛性パッケージの内圧が上昇し、該上昇内圧の付加に準じて剛性ケース及び導電リッドに生じる応力が両者の界面に集中し、該導電リッドの被溶接部分を剛性ケースの被溶接枠部から上方に引き離そうとする力が発生しようとしても、該引き離し力は補強部分によって緩和されることになるため、剛性ケースと導電リッドとの接合が弱化（クラック発生や破壊を含む）することは無く、水密性及び気密性も良好に維持できる。
本発明によれば、剛性ケースに対する導電リッドの接合をその弱化を招来すること無く良好に維持できる電気化学デバイスを提供することができる。
本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。
図１（Ａ）は本発明を適用した電気化学デバイスの上面図、図１（Ｂ）は同下面図である。 図２は図１（Ａ）のＳ１−Ｓ１線に沿う拡大断面図である。 図３は剛性ケースを構成する第１シートの上面図である。 図４は剛性ケースを構成する第２シートの上面図である。 図５は剛性ケースを構成する第３シートの上面図である。 図６は第１シート、第２シート及び第３シートを積み重ねて焼成して得た仮剛性ケースの上面図である。 図７は仮剛性ケースに被溶接枠部を形成する手順を示す図である。 図８は仮剛性ケースに被溶接枠部を形成する手順を示す図である。 図９は仮剛性ケースに集電膜を形成する手順を示す図である。 図１０は仮剛性ケースに負極端子を形成する手順を示す図である。 図１１は仮剛性ケースに正極端子を形成する手順を示す図である。 図１２は導電リッドの部分拡大断面図である。 図１３は電気化学デバイスの作製手順を示す図である。 図１４は電気化学デバイスの作製手順を示す図である。 図１５は電気化学デバイスの作製手順を示す図である。 図１６は電気化学デバイスの作製手順を示す図である。 電気化学デバイスを回路基板等に表面実装するときの様子を説明するための図である。 図１８は導電リッドの変形例を示す部分拡大断面図である。
本発明に係る電気化学デバイスは、図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２に示したように、
・略直方体状の剛性パッケージ１０
・剛性パッケージ１０の内部空間に封入された蓄電素子２０及び電解液（図示省略）
・剛性パッケージ１０の平坦な下面に設けられた負極端子３０及び正極端子４０
を備えている。
剛性パッケージ１０は、
・上面開口の凹部ＣＰを有する剛性ケース１１
・凹部ＣＰの開口を水密及び気密に閉塞した導電リッド１２
を有していて、剛性ケース１１には、
・蓄電素子２０の負極プレート２１を導電リッド１２を介して負極端子３０に電気的に接 続するための配線３１
・蓄電素子２０の正極プレート２２を正極端子４０に電気的に接続するための配線４１
が設けられている。
以下に、図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２に示した剛性ケース１１の構造をその作製方法を交えて説明する。
剛性ケース１１は、図２に示したように、略矩形板状の第１層１１ａと、その上に位置する略矩形板状の第２層１１ｂと、その上に位置する略矩形枠状の第３層１１ｃと、その上に位置する略矩形枠状の被溶接枠部１１ｄとを、一体に有している。
この剛性ケース１１を作製するときには、先ず、図３に示した第１シートＳ１１ａと、図４に示した第２シートＳ１１ｂと、図５に示した第３シートＳ１１ｃと、を用意する。
図３に示した第１シートＳ１１ａは、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする略矩形状グリーンシートに、未焼成のＷ（タングステン）膜ＷＩａ１〜ＷＩａ１０をスクリーン印刷等の手法により形成することによって製作されている。
詳しくは、グリーンシート下面に形成された略矩形状のＷ膜ＷＩａ１は、グリーンシートの一辺に存する切り欠きＣＲａ２の内面に形成されたＷ膜ＷＩａ２を介して、グリーンシート上面に形成された略矩形状のＷ膜ＷＩａ３に連続している。また、Ｗ膜ＷＩａ３は、グリーンシート上面に形成された２つの帯状のＷ膜ＷＩａ４を介して、２つの隅に存する切り欠きＣＲａ１の内縁に沿うようにグリーンシート上面に形成された弧状のＷ膜ＷＩａ５に連続している。
グリーンシート下面に形成された略矩形状のＷ膜ＷＩａ６は、グリーンシートの他辺に存する切り欠きＣＲａ２の内面に形成されたＷ膜ＷＩａ７を介して、グリーンシート上面に形成された略矩形状のＷ膜ＷＩａ８に連続している。また、Ｗ膜ＷＩａ８は、グリーンシート上面に形成された帯状のＷ膜ＷＩａ９を介して、グリーンシート上面の中央に形成された円状のＷ膜ＷＩａ１０に連続している。
図４に示した第２シートＳ１１ｂは、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする略矩形状グリーンシートに、未焼成のＷ（タングステン）膜ＷＩｂ１〜ＷＩｂ４をスクリーン印刷等の手法により形成し、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする未焼成の絶縁膜ＣＯをコーティング等の手法により形成することによって製作されている。
詳しくは、２つの隅に存する切り欠きＣＲｂ１の内縁に沿うようにグリーンシート下面に形成された弧状のＷ膜ＷＩｂ１は、第１シートＳ１１ａの弧状のＷ膜ＷＩａ５にそれぞれ対応している。各Ｗ膜ＷＩｂ１は、グリーンシートの２つの隅に存する切り欠きＣＲｂ１の内面に形成されたＷ膜ＷＩｂ２を介して、２つの隅に存する切り欠きＣＲａ１の内縁に沿うようにグリーンシート上面に形成された弧状のＷ膜ＷＩｂ３にそれぞれ連続している。
グリーシート中央に厚さ方向に貫通して形成された円柱状のＷ膜ＷＩｂ４の位置及び径は、第１シートＳ１１ａの円状のＷ膜ＷＩａ１０の位置及び径と略一致している。また、グリーシート上面には、弧状のＷ膜ＷＩａ３と円柱状のＷ膜ＷＩｂ４を覆わないように絶縁膜ＣＯが形成されている。
図５に示した第３シートＳ１１ｃは、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする略矩形枠状グリーンシートに、未焼成のＷ（タングステン）膜ＷＩｃ１〜ＷＩｃ４をスクリーン印刷等の手法により形成することによって製作されている。
詳しくは、２つの隅に存する切り欠きＣＲｃ１の内縁に沿うようにグリーンシート下面に形成された弧状のＷ膜ＷＩｃ１は、第２シートＳ１１ｂの弧状のＷ膜ＷＩｂ３にそれぞれ対応している。各Ｗ膜ＷＩｃ１は、グリーンシートの２つの隅に存する切り欠きＣＲｂ１の内面に形成されたＷ膜ＷＩｃ２を介して、２つの隅に存する切り欠きＣＲａ１の内縁に沿うようにグリーンシート上面に形成された弧状のＷ膜ＷＩｃ３にそれぞれ連続している。
グリーンシート上面に形成された略矩形枠状のＷ膜ＷＩｃ４は被溶接枠部１１ｄの下地膜１１ｄ１と成るものであり、該Ｗ膜ＷＩｃ４は、略矩形枠状のグリーンシート上面の幅よりも小さな幅を有していて、その外周縁の一部は、弧状のＷ膜ＷＩｃ３にそれぞれ連続している。
次に、第１シートＳ１１ａの上に第２シートＳ１１ｂを重ね、第２シートＳ１１ｂの上に第３シートＳ１１ｃを重ねて全体を圧着した後、これを焼成炉に投入して全体を焼成して図６に示した仮剛性ケース１１’を得る。因みに、焼成後の各Ｗ膜ＷＩａ１〜ＷＩａ１０、各Ｗ膜ＷＩｂ１〜ＷＩｂ３及び各Ｗ膜ＷＩｃ１〜ＷＩｃ４のそれぞれの厚さは約１０μｍであり、焼成後の絶縁膜１１ｂ１（ＣＯ）の厚さは約５μｍである。
この仮剛性ケース１１’にあっては、焼成後のＷ膜ＷＩ１、ＷＩａ２、ＷＩａ３、ＷＩａ４、ＷＩａ５、ＷＩｂ１、ＷＩｂ２、ＷＩｂ３、ＷＩｃ１、ＷＩｃ２、ＷＩｃ３及びＷＩｃ４は電気的に導通し、焼成後のＷ膜ＷＩａ６、ＷＩａ７、ＷＩａ８、ＷＩａ９、ＷＩａ１０及びＷＩｂ４は電気的に導通している。また、焼成後のＷ膜ＷＩａ１は負極端子３０の下地膜３０ａとして利用され、焼成後のＷ膜ＷＩｃ４は略矩形枠状の被溶接枠部１１ｄの下地膜１１ｄ１として利用され、焼成後のＷ膜ＷＩａ６は正極端子４０の下地膜４０ａとして利用される。
次に、図７に示したように、仮剛性ケース１１’の下地膜１１ｄ１（焼成後のＷ膜ＷＩｃ４）の表面を覆うように、電解メッキ等の手法により厚さ約４μｍのＮｉ膜１１ｄ２を形成し、該Ｎｉ膜１１ｄ２の表面に、厚さ約５μｍのＡｇ−Ｃｕロウ１１ｄ３を介して、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）から成る略矩形枠状の母材１１ｄ４を接合する。そして、図８に示したように、図７に示した下地膜１１ｄ１（焼成後のＷ膜ＷＩｃ４）、Ｎｉ膜１１ｄ２、Ａｇ−Ｃｕロウ１１ｄ３及び母材（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）１１ｄ４の全ての表面を覆うように、電解メッキ等の手法により厚さ約４μｍのＮｉ膜１１ｄ５を形成すると共に、該Ｎｉ膜１１ｄ５の表面を覆うように、電解メッキ等の手法により厚さ約２μｍのＡｕ膜１１ｄ６を形成する。これにより、下地膜１１ｄ１（焼成後のＷ膜ＷＩｃ４）、Ｎｉ膜１１ｄ２、Ａｇ−Ｃｕロウ１１ｄ３、母材（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）１１ｄ４、Ｎｉ膜１１ｄ５及びＡｕ膜１１ｄ６から成る略矩形枠状の被溶接枠部１１ｄが形成される。
要するに、剛性ケース１１の上部に凹部ＣＰを囲むようにして設けられた略矩形枠状の被溶接枠部１１ｄは、下地膜１１ｄ１（焼成後のＷ膜ＷＩｃ４）と、Ｎｉ膜１１ｄ２と、Ａｇ−Ｃｕロウ１１ｄ３と、母材（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）１１ｄ４と、Ｎｉ膜１１ｄ５と、Ａｕ膜１１ｄ６と、から構成されている。この被溶接枠部１１ｄは略一定の上面視幅Ｗ１１ｄを有しており、Ａｕ膜１１ｄ６の内側面は凹部ＣＰの内面上部を構成している。
また、図９に示したように、仮剛性ケース１１’の焼成後のＷ膜ＷＩｂ４の表面（露出面）を覆うように、電解メッキ等の手法により厚さ約４μｍのＮｉ膜４１ａを形成すると共に、該Ｎｉ膜４１ａの表面を覆うように、電解メッキ等の手法により厚さ約２μｍのＡｕ膜４１ｂを形成する。そして、Ｎｉ膜４１ａ及びＡｕ膜４１ｂの表面とその周囲の絶縁膜１１ｂ１（ＣＯ）の表面を覆うように、コーティングまたは蒸着等の手法によりＡｌから成る厚さ約３０μｍの集電膜４１ｃを形成する。この集電膜４１ｃの大きさは、蓄電素子２０の正極プレート２２の大きさと略一致している。
さらに、図１０に示したように、仮剛性ケース１１’の下地膜３０ａ（焼成後のＷ膜ＷＩａ１）の表面を覆うように、電解メッキ等の手法により厚さ約４μｍのＮｉ膜３０ｂを形成すると共に、該Ｎｉ膜３０ｂの表面を覆うように、電解メッキ等の手法により厚さ約２μｍのＡｕ膜３０ｃを形成する。これにより、下地膜３０ａ（焼成後のＷ膜ＷＩａ１）、Ｎｉ膜３０ｂ及びＡｕ膜３０ｃから成る負極端子３０が形成される。
さらに、図１１に示したように、仮剛性ケース１１’の下地膜４０ａ（焼成後のＷ膜ＷＩａ６）の表面を覆うように、電解メッキ等の手法により厚さ約４μｍのＮｉ膜４０ｂを形成すると共に、該Ｎｉ膜４０ｂの表面を覆うように、電解メッキ等の手法により厚さ約２μｍのＡｕ膜４０ｃを形成する。これにより、下地膜４０ａ（焼成後のＷ膜ＷＩａ６）、Ｎｉ膜４０ｂ及びＡｕ膜４０ｃから成る正極端子４０が形成される。
因みに、被溶接枠部１１ｄを構成するＮｉ膜１１ｄ５及びＡｕ膜１１ｄ６の形成と、集電膜４１ｃの下側に位置するＮｉ膜４１ａ及びＡｕ膜４１ｂの形成と、負極端子３０を構成するＮｉ膜３０ｂ及びＡｕ膜３０ｃの形成と、正極端子４０を構成するＮｉ膜４０ｂ及びＡｕ膜４０ｃの形成は、形成手法、材料及び膜厚が同じであることから共通プロセスによって同時に行うことができる。
以上で、剛性ケース１１の作製が完了する。この剛性ケース１１にあっては、焼成後のＷ膜ＷＩａ２、ＷＩａ３、ＷＩａ４、ＷＩａ５、ＷＩｂ１、ＷＩｂ２、ＷＩｂ３、ＷＩｃ１、ＷＩｃ２及びＷＩｃ３と略矩形枠状の被溶接枠部１１ｄは、蓄電素子２０の負極プレート２１を導電リッド１２を介して負極端子３０に電気的に接続するための配線３１としての役割を果たす。また、焼成後のＷ膜ＷＩａ７、ＷＩａ８、ＷＩａ９、ＷＩａ１０及びＷＩｂ４とＮｉ膜４１ａとＡｕ膜４１ｂと集電膜４１ｃは、蓄電素子２０の正極プレート２２を正極端子４０に電気的に接続するための配線４１としての役割を果たす。
導電リッド１２は、図１２に示したように、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）から成る厚さ約９０μｍの母材１２ａの上下面に、厚さ約５μｍの２つのＮｉ層１２ｂ及び１２ｃを有する矩形状のクラッド材から形成されている。クラッド材であるが故に、母材（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）１２ａと各Ｎｉ層１２ｂ及び１２ｃとの境界面には拡散接合による合金層が存在する。導電リッド１２の母材１２ａとしてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を用いた理由は、Ａｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックから成る絶縁部の線膨張整数と近い或いは略同一の線膨張係数を該導電リッド１２に得易いことにある。つまり、導電リッド１２の線膨張整数と絶縁部の線膨張整数を近似させれば、電気化学デバイスを回路基板等に表面実装するときのリフローハンダ付け工程等において導電リッド１２と絶縁部に熱膨張及び収縮が生じた場合でも、両者の線膨張係数の違いを原因とした接合破壊等の不具合を未然に防止することができる。
また、導電リッド１２は、図１２に示したように、該導電リッド１２の外周に設けられ、且つ、略矩形枠状の被溶接枠部１１ｄの上面と向き合う平坦で環状の被溶接部分ＰＰと、該被溶接部分ＰＰの内周縁から内方に向かって斜面をもってして上向きに傾く環状の補強部分ＲＰと、該補強部分ＲＰの内側に存する平坦な部分（符号無し）とを有しており、その上面視輪郭は剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄの外周縁の上面視輪郭と略一致している。つまり、導電リッド１２は全体が平板状を成すものではなく、補強部分ＲＰの内側に存する平坦な部分が外周の被溶接部分ＰＰよりも上方に張り出した形態を有している。補強部分ＲＰは被溶接部分ＰＰの上方曲げ強度を高めるためのものであり、被溶接部分ＰＰの下面に対する該補強部分ＲＰの傾き角度の好ましい範囲は５〜３０度である。
蓄電素子２０は、図２に示したように、厚さ約２００μｍの矩形状の負極プレート２１と、厚さ約２５０μｍの矩形状の正極プレート２１と、両者の間に介在された厚さ約１００μｍの矩形状のセパレートシート２３と、から構成されている。
負極プレート２１及び正極プレート２２は活性炭やＰＡＳ（ポリアセン系半導体）等の活物質から成り、セパレートシート２３はガラス系シートやセルロース系シートやプラスチック系シート等のイオン透過シートから成る。負極プレート２１及び正極プレート２２の上面視輪郭は略一致しているが、セパレートシート２３の上面視輪郭は負極プレート２１及び正極プレート２２の上面視輪郭よりも大きい。
以下に、図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２に示した電気化学デバイスの作製方法を図１３〜図１６を引用して説明する。
電気化学デバイスを作製する際には、図１３に示したように、蓄電素子２０の負極プレート２１の上面を、黒鉛ペースト等の導電性接着剤（図示省略）を用いて導電リッド１２の下側Ｎｉ層１２ｃの下面中央（補強部分ＲＰの内側に存する平坦な部分の下面）に貼り付ける。そして、負極プレート２１に電解液、例えば、プロピレンカーボネイト（溶媒）に硼弗化トリエチルメチルアンモニウム（溶質）を加えたもの等を注液して含浸させる。
また、図１３に示したように、蓄電素子２０の正極プレート２２を剛性ケース１１の凹部ＣＰ内に挿入し、該正極プレート２２の下面を、前記同様の導電性接着剤を用いて集電膜４１ｃの上面に貼り付ける。そして、正極プレート２２に前記同様の電解液を注液して含浸させ、該正極プレート２２の上面にセパレートシート２３を載置する。
次に、図１３及び図１４に示したように、環状の被溶接部分ＰＰの下面が略矩形枠状の被溶接枠部１１ｄの上面に２０μｍ以下の隙間を介して重なるように、導電リッド１２を剛性ケース１１の上に載置する。被溶接部分ＰＰの下面と被溶接枠部１１ｄの上面との隙間を２０μｍ以下に設定した理由は、後述するレーザビームＬＢの照射時に、被溶接部分ＰＰから被溶接枠部１１ｄへの照射エネルギーの伝導をロス無く行うことにある。被溶接部分ＰＰの下面と被溶接枠部１１ｄの上面との隙間の管理は、後述するレーザビームＬＢの照射時に導電リッド１２を適当な治具を用いて被溶接枠部１１ｄに押し付ける方法や、レーザビームＬＢの照射前に後述する仮止めを行う方法等によって行える。
次に、図１４及び図１５に示したように、導電リッド１２の被溶接部分ＰＰの上面に、所定の照射径ＬＢｓをもってして、且つ、照射位置を図１５に示した矢印方向に一定速度で変化させながらレーザビームＬＢを照射する。レーザビームＬＢを照射するときには、照射位置に酸化防止用のシールドガス（Ａｒ、ＨｅまたはＮ2）を吹き付けることが望ましい。
このレーザビームＬＢはＹＡＧレーザビームであり、該レーザビームＬＢは、レーザ発振器から発振されたビームを適当な光学系を介して集光レンズに伝送し、該集光レンズによって照射径ＬＢｓを調整した上で、導電リッド１２の被溶接部分ＰＰの上面に照射される。また、レーザビームＬＢの照射径ＬＢｓは、略矩形枠状の被溶接枠部１１ｄの幅Ｗ１１ｄ（図８を参照）よりも小さく、該レーザビームＬＢの照射中心（照射径ＬＢｓの中心）は、被溶接枠部１１ｄの幅方向中心に略一致している（図１５を参照）。導電リッド１２の厚さが１００μｍ、被溶接枠部１１ｄのＡｕ膜１１ｄ６の厚さが２μｍでＮｉ膜１１ｄ５の厚さが４μｍの場合には、１０〜５０ｋＷの照射エネルギーを確保できれば、所期のレーザ溶接は的確に行える。
前記条件下で導電リッド１２の被溶接部分ＰＰにレーザビームＬＢを照射すると、図１６に示したように、該レーザビームＬＢの照射エネルギーが、被溶接部分ＰＰの上側Ｎｉ層１２ｂ、母材（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）１２ａ及び下側Ｎｉ層１２ｃを通じて、被溶接枠部１１ｄのＡｕ膜１１ｄ６、Ｎｉ膜１１ｄ５及び母材（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）１１ｄ４に伝導し、該伝導によってキーホール型の溶け込みが生じ、これら金属が溶融し混合した状態で凝固した溶接ビード５０が被溶接部分ＰＰから被溶接枠部１１ｄに及ぶように形成され、該溶接ビード５０によって被溶接部分ＰＰと被溶接枠部１１ｄとが水密及び気密に接合される。レーザビームＬＢはその照射位置を図１５に示した矢印方向に一定速度で変化させながら照射されるため、溶接ビード５０は図１（Ａ）に示したように所定の幅を有する環状の形態と成る。
また、図１６から分かるように、溶接ビード５０の幅は被溶接枠部１１ｄの幅Ｗ１１ｄ（図８を参照）よりも小さく、且つ、該溶接ビード５０は被溶接枠部１１ｄの略幅方向中心を通るように存在するため、被溶接部分ＰＰと被溶接枠部１１ｄに形成された溶接ビード５０は剛性パッケージ１０の内部空間に露出することは無い。
先に述べたように、導電リッド１２の被溶接部分ＰＰを剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄにレーザ溶接によって接合するときには、該レーザ溶接の前段階で、被溶接部分ＰＰをを被溶接枠部１１ｄに対して仮止めしておいても良い。この仮止めには、前記レーザ溶接を部分的に数カ所実施する方法の他、スポット溶接を数カ所実施する方法や、シーム溶接を部分的に数カ所実施する方法や、レーザ溶接時に消失可能な接着剤を用いて導電リッド１２を被溶接枠部１１ｄに貼り付ける方法等が適宜採用できる。
この仮止めは前記レーザ溶接時における導電リッド１２の被溶接部分ＰＰの下面と剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄの上面との隙間の管理をその目的とするものであり、必要最小限の接合力が被溶接部分ＰＰと被溶接枠部１１ｄとの間に生じるようにすれば良い。つまり、仮止めにレーザ溶接を用いる場合の照射エネルギーは前記レーザ溶接時の照射エネルギーよりも低く設定できる。また、仮止めにスポット溶接やシーム溶接を用いる場合の印加電圧は、通常時の印加電圧よりも低く設定できるため、仮止めのためのスポット溶接またはシーム溶接によって生じた溶融物やその凝固物等が剛性パッケージ１０の内部空間に侵入することは無い。
以下に、図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２に示した電気化学デバイスを回路基板等に表面実装する際の様子を図１７を引用して説明する。
電気化学デバイスを回路基板等に表面実装するときには、一般にリフローハンダ付けが採用される。このリフローハンダ付けにあっては、回路基板等にクリームハンダを介して搭載された電気化学デバイスがリフロー炉に投入されるため、該電気化学デバイスは、ハンダ溶融温度またはこれに近い温度、例えば、鉛フリーハンダを用いたリフローハンダ付けの場合には２２０〜２４０℃まで昇温し、該昇温により電解液の気化等を原因として剛性パッケージ１０の内部圧力が常温時よりもかなり上昇する。
この上昇内圧ＩＰは、図１７に示したように、剛性パッケージ１０の内面に略均等に加わるが、該剛性パッケージ１０は剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄに導電リッド１２の被溶接部分ＰＰをレーザ溶接によって接合したものであるため、該上昇内圧ＩＰの付加に準じて剛性ケース１１及び導電リッド１２に生じる応力は両者の界面に集中し、該導電リッド１２の被溶接部分ＰＰを該剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄから上方に引き離そうとする力が発生する。
しかしながら、導電リッド１２の被溶接部分ＰＰの内側には該被溶接部分ＰＰの上方曲げ強度を高めるための補強部分ＲＰが設けられており、前記引き離し力が発生しようとしても該引き離し力は補強部分ＲＰによって緩和されることになるため、剛性ケース１１と導電リッド１２との接合が弱化（クラック発生や破壊を含む）することは無く、水密性及び気密性も良好に維持できる。
この作用は、リフローハンダ付け時のみならず、回路基板等に表面実装された電気化学デバイスが高温環境下で使用されて前記同様の内圧上昇を生じた場合でも同様に得られるし、長期使用に基づく電解液分解によってガスが生じて前記同様の内圧上昇を生じた場合にも同様に得られる。
このように、前記電気化学デバイスによれば、（１）導電リッド１２は環状の被溶接部分ＰＰの内側に該被溶接部分ＰＰの上方曲げ強度を高めるための補強部分ＲＰを有していて、該導電リッド１２の被溶接部分ＰＰと剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄとは溶接により互いに接合している。そのため、リフローハンダ付け時等において剛性パッケージ１０の内圧が上昇し、該上昇内圧ＩＰの付加に準じて剛性ケース１１及び導電リッド１２に生じる応力が両者の界面に集中し、該導電リッド１２の被溶接部分ＰＰを剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄから上方に引き離そうとする力が発生しようとしても、該引き離し力は補強部分ＲＰによって緩和されることになるため、剛性ケース１１と導電リッド１２との接合が弱化（クラック発生や破壊を含む）することは無く、水密性及び気密性も良好に維持できる。
（２）また、導電リッド１２の補強部分ＲＰは被溶接部分ＰＰの内周縁から内方に向かって上向きに傾く環状部分から成るので、導電リッド１２用の平板状基材をプレス加工によって整形するだけで、所期の導電リッド１２を簡単に作製できる。
（３）さらに、導電リッド１２の被溶接部分ＰＰと剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄとはレーザ溶接により互いに接合していて、該被溶接部分ＰＰと該被溶接枠部１１ｄに形成された溶接ビード５０は剛性パッケージ１０の内部空間に露出していない。そのため、レーザ溶接を行う際に生じた溶融物やその凝固物等が剛性パッケージ１０の内部空間に侵入することは無く、これにより、剛性パッケージ１０の内部空間に侵入した溶融物やその凝固物等が電解液に混入したり蓄電素子２０に付着したりすることを原因として特性劣化を将来する恐れを未然に回避できる。
（４）さらに、レーザビームＬＢの照射径ＬＢｓを調整することによって、溶接ビード５０の幅を１．０ｍｍ以下、例えば、１００μｍ程度まで小さくすることができるので、電気化学デバイスの小型化に伴って被溶接枠部１１ｄの幅Ｗ１１ｄ（図８を参照）が小さくなった場合、例えば、１．０ｍｍ以下となった場合でも、レーザ溶接による接合を的確に行って前記同様の効果を得ることができる。
（５）さらに、被溶接枠部１１ｄの剛性パッケージ１０の内部空間と向き合う面は電解液に対して耐食性を有するＡｕから形成されているため、レーザ溶接後に被溶接枠部１１ｄの剛性パッケージ１０の内部空間と向き合う面に電解液が接触しても、該被溶接枠部１１ｄの母材１１ｄ４であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金に腐食を生じたりピンホールを生じたりすることを確実に防止できる。
（６）さらに、導電リッド１２が母材（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）１２ａの上下面にＮｉ層１２ｂ及び１２ｃを有するクラッド材から形成されているため、レーザ溶接後に導電リッド１２の剛性パッケージ１０の内部空間と向き合う面に電解液が接触しても、該下側Ｎｉ層１２ｃがメッキによって形成されている場合に比べて、該導電リッド１２の母材１２ａであるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金に腐食をピンホールを生じたりすることを確実に防止できる。
（７）さらに、導電リッド１２の母材１２ａとしてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を用いることによって、Ａｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックから成る絶縁部の線膨張整数と近い或いは略同一の線膨張係数を該導電リッド１２に得易いことから、電気化学デバイスを回路基板等に表面実装するときのリフローハンダ付け工程等において導電リッド１２と絶縁部に熱膨張及び収縮が生じた場合でも、両者の線膨張係数の違いを原因とした接合破壊やクラック発生を未然に防止できる。
尚、前記説明では、導電リッド１２として環状の被溶接部分ＰＰの内側に該被溶接部分ＰＰの上方曲げ強度を高めるための環状の補強部分ＲＰを１つ設けたものを例示したが、図１８に示したように、補強部分ＲＰの内側に環状平坦部分ＰＰ’を介して環状の第２補強部分ＲＰ’を有するものを導電リッド１２として用いても前記（１）〜（７）と同様の効果を得ることができる。
また、前記説明では、導電リッド１２として被溶接部分ＰＰの内周縁から内方に向かって斜面をもってして上向きに傾く環状の補強部分ＲＰを有するものを例示したが、該補強部分ＲＰや図１８に示した第２補強部分ＲＰ’を湾曲面をもってして上向き傾いた断面形状としても前記（１）〜（７）と同様の効果を得ることができる。
さらに、前記説明では、レーザ溶接により接合を行う場合において、剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄと導電リッド１２の被溶接部分ＰＰとに形成された溶接ビード５０が被溶接枠部１１ｄの幅方向を略中心を通るように存在するものを例示したが、溶接ビード５０が剛性パッケージ１０の内部空間に露出しなければ、該溶接ビード５０の形成位置が被溶接枠部１１ｄの幅方向中心から離れていても前記（１）〜（７）と同様の効果を得ることができる。
さらに、前記説明では、剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄとして最外層としてＡｕ膜１１ｄ６を有するものを例示したが、該Ａｕ膜１１ｄ６を電解液に対して耐食性を有するＰｔ、ＡｇまたはＰｄ等の他の金属膜に置換しても前記（１）〜（７）と同様の効果を得ることができる。
さらに、前記説明では、導電リッド１２用のクラッド材として母材（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）１２ａと２つのＮｉ層１２ｂ及び１２ｃを有するものを例示したが、被溶接枠部１１ｄ側の下面のみにＮｉ層を有するクラッド材（上側Ｎｉ層１２ｂが無いもの）から導電リッド１２を形成しても前記（１）〜（７）と同様の効果を得ることができる。加えて、導電リッド１２用のクラッド材としてＮｉ層を有するものを例示したが、該Ｎｉ層の代わりにＰｔ、Ａｇ、ＡｕまたはＰｄ等の他の金属層を有するクラッド材を導電リッド１２に用いても前記（１）〜（７）と同様の効果を得ることができる。
さらに、前記説明では、剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄを構成する各膜の厚さの一具体例を示すと共に、導電リッド１２を構成する各層の厚さの一具体例を示したが、電気化学デバイスのサイズ等に応じて各々の厚さを変更しても前記（１）〜（７）と同様の効果を得ることができる。
さらに、前記説明では、導電リッド１２の被溶接部分ＰＰと剛性ケース１１の被溶接枠部１１ｄとをレーザ溶接により互いに接合したものを例示したが、従来同様のシーム溶接を用いて両者を接合した場合でも前記（１）及び（２）と同様の効果を得ることができる。
本発明は、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタやレドックスキャパシタやリチウムイオン電池等の各種電気化学デバイスに広く適用でき、該適用によって前記同様の効果を得ることができる。
１０…剛性パッケージ、１１…剛性ケース、ＣＰ…剛性ケースの凹部、１１ｄ…剛性ケースの被溶接枠部、１２…導電リッド、ＰＰ…導電リッドの被溶接部分、ＲＰ，ＲＰ’…導電リッドの補強部分、２０…蓄電素子、２１…負極プレート、２２…正極プレート、２３…セパレートシート、３０…負極端子、３１…配線、４０…正極端子、４１…配線、５０…溶接ビード。

Claims (3)

  1. 剛性パッケージと、剛性パッケージの内部空間に封入された蓄電素子及び電解液と、剛性パッケージの平坦な下面に設けられた負極端子及び正極端子とを備え、剛性パッケージは、上面開口の凹部を有する剛性ケースと、凹部の開口を水密及び気密に閉塞した導電リッドとを有していて、剛性ケースには、蓄電素子の負極プレートを導電リッドを介して負極端子に電気的に接続するための配線と、蓄電素子の正極プレートを正極端子に電気的に接続するための配線とが設けられている電気化学デバイスにおいて、
    前記剛性ケースの上部には凹部を囲むようにして被溶接枠部が一体形成され、前記導電リッドは環状の被溶接部分の内側に該被溶接部分の上方曲げ強度を高めるための補強部分を有していて、前記導電リッドの被溶接部分と前記被溶接枠部とは溶接により互いに接合している。
  2. 請求項１に記載の電気化学デバイスにおいて、
    前記導電リッドの補強部分は前記被溶接部分の内周縁から内方に向かって上向きに傾く環状部分から成る。
  3. 請求項１または２に記載の電気化学デバイスにおいて、
    前記導電リッドの被溶接部分と前記被溶接枠部とはレーザ溶接により互いに接合している。
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