JP2013030750A - Electrochemical cell and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable large current discharge in an electrochemical cell using a small exterior container.SOLUTION: An electrochemical cell is composed of: an exterior container comprising a base 1 and a lid 6; a cell 7 housed in the base 1; and an electrolyte. The electrochemical cell has pad films 2 formed on an inner side surface of the base 1 and composed of at least one valve metal; and connection terminals 4 provided on an outer side surface of the base 1 and electrically connecting with the pad films 2. Cell leads 8, which are extension parts of the cell, are respectively connected with the pad films 2 through welding.

Description

本発明は、電気化学セルに関するものである。   The present invention relates to an electrochemical cell.

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やマイクロコンピュータやICメモリ等の電子装置予備電源やソーラ時計の電池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も検討されている。   Electrochemical cells have been used as backup power sources for clock functions, backup power sources for semiconductor memories, standby power sources for electronic devices such as microcomputers and IC memories, solar watch batteries, and power sources for driving motors. Is being studied as a power storage unit for electric vehicles and an auxiliary power storage unit for energy conversion and storage systems.

また、従来の電気化学セルはコインやボタンのような丸い形状であるため、リフローハンダ付けを行うには端子等をケースにあらかじめ溶接しておく必要があり、部品点数の増加および製造工数の増加という点でコストアップとなっていた。また、基板状に、端子のスペースを設ける必要があり小型化に限界があった。   In addition, since conventional electrochemical cells have a round shape like coins and buttons, it is necessary to weld terminals to the case in advance to perform reflow soldering, which increases the number of parts and the number of manufacturing steps. In this respect, the cost was increased. Further, it is necessary to provide a terminal space on the substrate, and there is a limit to downsizing.

このような問題を解決するために、凹部を有する容器に発電要素(以下、セルと称する)と電解質を収納し、開口部を蓋(リッド)で封止した電気二重層キャパシタが提案されている(例えば、特許文献1)。   In order to solve such a problem, an electric double layer capacitor in which a power generation element (hereinafter referred to as a cell) and an electrolyte are housed in a container having a recess and the opening is sealed with a lid has been proposed. (For example, patent document 1).

特開2001−216952号公報JP 2001-216852 A

上記の構成による電気化学セルはメモリーバックアップ用途に好適であり、電気化学セルの放電電流としては、数μAから高々数mAの範囲である。しかしながら、電気化学セルの用途として、数百ミリ秒から数秒のパルス幅で、数百mAから数Aの電流を放電して、電子機器に備わったLEDなどの光源を点滅させたり、小型のモーターを間欠駆動するなどの新たな用途が出てきた(以下、大電流放電用途と称する)。上記の構成による電気化学セルでは、接続抵抗値が数Ωのレベルになることがあり、放電の開始時に大きな電圧降下を生じてしまい、所定の機能を満足させることが困難であった。   The electrochemical cell having the above configuration is suitable for a memory backup application, and the discharge current of the electrochemical cell is in the range of several μA to several mA at most. However, as an electrochemical cell, a current of several hundred mA to several A is discharged with a pulse width of several hundred milliseconds to several seconds to blink a light source such as an LED provided in an electronic device, or a small motor. A new application such as intermittent driving has come out (hereinafter referred to as a large current discharge application). In the electrochemical cell having the above-described configuration, the connection resistance value may be several Ω, which causes a large voltage drop at the start of discharge, making it difficult to satisfy a predetermined function.

本発明の目的は、小型の外装容器を用いた電気化学セルにおいて、大電流放電を可能にすることである。   An object of the present invention is to enable a large current discharge in an electrochemical cell using a small outer container.

上記目的を達成するために、本発明では以下の構成を採用する。
請求項1に係る発明は、ベースとリッドからなる外装容器と、前記セルの延長部である複数のセルリードと、前記外装容器の中に収納されるセルと、電解質とからなる電気化学セルであって、前記ベースの内側面に形成された弁金属からなるパッド膜と、前記ベースの外側面に設けられて、前記パッド膜と電気的に接続した接続端子とを有し、少なくとも一つの前記セルリードが、溶接により前記パッド膜と接続されていることを特徴とする電気化学セルである。
請求項1に係る発明によれば、セルリードとパッド膜が溶接により接続されることにより、導電性接着剤を用いる従来の方法に比較して格段に低い接続抵抗値を実現した電気化学セルを実現できる。よって、大電流放電が可能になる。
In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.
The invention according to claim 1 is an electrochemical cell comprising an outer container made of a base and a lid, a plurality of cell leads that are extensions of the cell, a cell housed in the outer container, and an electrolyte. At least one cell lead having a pad film made of a valve metal formed on the inner side surface of the base and a connection terminal provided on the outer side surface of the base and electrically connected to the pad film. Is an electrochemical cell connected to the pad film by welding.
According to the first aspect of the invention, the cell lead and the pad film are connected by welding, thereby realizing an electrochemical cell that realizes a connection resistance value that is significantly lower than that of the conventional method using a conductive adhesive. it can. Therefore, large current discharge becomes possible.

請求項2に係る発明は、前記パッド膜の厚みは5μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学セルである。
請求項3に係る発明は、前記パッド膜の厚みは10μm以上30μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学セルである。
請求項2及び3に係る発明によれば、パット膜の下に位置する電極の溶解を防止すると同時に、溶接によってベース部材に損傷を与えることなくセルリードとの接合を可能になる。よって、大電流放電が可能になる。
The invention according to claim 2 is the electrochemical cell according to claim 1, wherein the thickness of the pad film is 5 μm or more and 100 μm or less.
The invention according to claim 3 is the electrochemical cell according to claim 1, wherein the thickness of the pad film is 10 μm or more and 30 μm or less.
According to the second and third aspects of the invention, it is possible to prevent the electrode located under the pad film from being melted, and at the same time, to join the cell lead without damaging the base member by welding. Therefore, large current discharge becomes possible.

請求項4に係る発明は、前記パッド膜はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気化学セルである。
請求項4に係る発明によれば、パッド膜にアルミニウムを含むことにより、パッド膜が柔らかく溶接がしやすく、更に、アルミニウム自体の持つ低い電気抵抗率により溶接による接続抵抗を小さくできる。また、アルミニウムを含むことで化学的に安定であり、長期
に渡って安定した大電流放電が可能になる。
The invention according to claim 4 is the electrochemical cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the pad film contains aluminum.
According to the invention which concerns on Claim 4, by including aluminum in a pad film | membrane, a pad film | membrane is soft and it is easy to weld, Furthermore, the connection resistance by welding can be made small by the low electrical resistivity which aluminum itself has. Moreover, it is chemically stable by containing aluminum, and stable large current discharge is enabled over a long period of time.

請求項5に係る発明は、前記溶接が超音波溶接またはビーム溶接であ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である。
請求項5に係る発明によれば、超音波溶接またはビーム溶接を用いることにより、ベースとなる部材に損傷を与えることなく局所的な領域にのみ効率よく接続部を設けられ、かつ、接続部が前記部材の接合界面の原子の拡散を引き起こすので十分に低い接続抵抗値を備える電気化学セルを実現できる。よって、大電流放電が可能になる。
The invention according to claim 5 is the electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the welding is ultrasonic welding or beam welding.
According to the invention of claim 5, by using ultrasonic welding or beam welding, the connection portion can be efficiently provided only in a local region without damaging the base member, and the connection portion is An electrochemical cell having a sufficiently low connection resistance value can be realized because it causes diffusion of atoms at the bonding interface of the member. Therefore, large current discharge becomes possible.

請求項6に係る発明は、前記ベースがセラミックまたは、ガラスからなることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電気化学セルである。
請求項6に係る発明によれば、配線抵抗と接続抵抗の低い電気化学セルを、ガラスを用いて実現できる。原材料として長尺のガラス板を利用できることから、取り個数を増加させることで、製造コストの低減を図ることも可能である。
The invention according to claim 6 is the electrochemical cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the base is made of ceramic or glass.
According to the invention concerning Claim 6, the electrochemical cell with low wiring resistance and connection resistance is realizable using glass. Since a long glass plate can be used as a raw material, it is possible to reduce the manufacturing cost by increasing the number of products.

請求項7に係る発明は、前記セルリードがアルミニウム、ニッケルまたは銅からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電気化学セルである。
請求項7に係る発明によれば、接続抵抗値を十分低く抑えることが可能である。
The invention according to claim 7 is the electrochemical cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the cell lead is made of aluminum, nickel, or copper.
According to the invention which concerns on Claim 7, it is possible to restrain connection resistance value low enough.

請求項8に係る発明は、前記セルリードのうち、正極及び負極の前記セルリードとも前記パッド膜に溶接されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電気化学セルである。   The invention according to claim 8 is the electrochemical cell according to any one of claims 1 to 7, wherein, of the cell leads, both the positive and negative cell leads are welded to the pad film. is there.

請求項9に係る発明は、負極の前記セルリードは、前記リッドと電気的に接続していることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電気化学セルである。
請求項9に係る発明によれば、接続抵抗値を十分低く抑えることが可能である。
The invention according to claim 9 is the electrochemical cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the cell lead of the negative electrode is electrically connected to the lid.
According to the ninth aspect of the invention, the connection resistance value can be kept sufficiently low.

請求項10に係る発明は、前記パッド膜と前記接続端子とは、ベース内部に埋設されたベース内端子を介して接続されることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の電気化学セルである。
請求項10に係る発明によれば、ベースに少なくとも一つの導電性のベース内端子を有することにより、配線パターンを短く出来るので配線抵抗値を低減できる。よって、大電流放電が可能になる。
また、請求項10に係る発明によれば、ベース内端子がベースの内側面と外側面とを貫通して、パッド膜と接続端子が接続されることにより、パッド膜と接続端子間の長さを十分短くできる。従って、配線抵抗を十分に低く抑えることが可能になる。また、外装容器の寸法が大きくなっても配線抵抗値の増加を抑制できる。よって、大電流放電が可能になる。
The invention according to claim 10 is characterized in that the pad film and the connection terminal are connected via an in-base terminal embedded in the base. This is an electrochemical cell.
According to the tenth aspect of the present invention, the wiring pattern can be shortened by having at least one conductive base terminal in the base, so that the wiring resistance value can be reduced. Therefore, large current discharge becomes possible.
According to the tenth aspect of the present invention, the length between the pad film and the connection terminal is achieved by connecting the pad film and the connection terminal through the inner surface of the base and the outer surface of the base. Can be made sufficiently short. Therefore, the wiring resistance can be kept sufficiently low. In addition, an increase in the wiring resistance value can be suppressed even when the dimensions of the outer container are increased. Therefore, large current discharge becomes possible.

請求項11に係る発明は、前記外装容器は、凹状の前記ベースと板状のリッドとを、直接または接合金属部材を介して封口されたものであることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の電気化学セルである。
請求項11に係る発明によれば、接続抵抗値を十分低く抑えることが可能である。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the outer container, the concave base and the plate-shaped lid are sealed directly or via a bonded metal member. It is an electrochemical cell as described in any one.
According to the invention which concerns on Claim 11, it is possible to restrain connection resistance value low enough.

請求項12に係る発明は、前記ベースは、前記外装容器の外側の層である第一ベースと内側の層である第二ベースとから構成され、前記ベース内端子は前記第二ベースを貫通し、前記接続端子は、前記第一ベースと前記第二ベースの境界面に延設され、前記ベース内端子と接続することを特徴とする請求項10に記載の電気化学セルである。
請求項12に係る発明によれば、貫通孔をベースの底面にまで貫通させる方式に比較して、電解質が液体を含む場合に発生する可能性のあるベース外側面への漏液を抑制できる。また、配線抵抗を抑制できる。更に、セルリードとパッド膜は溶接により接続されるので、導電性接着剤に比較して格段に接続抵抗値を低減できている。
According to a twelfth aspect of the present invention, the base includes a first base that is an outer layer of the exterior container and a second base that is an inner layer, and the terminal in the base penetrates the second base. 11. The electrochemical cell according to claim 10, wherein the connection terminal extends on a boundary surface between the first base and the second base, and is connected to the terminal in the base.
According to the invention which concerns on Claim 12, compared with the system which penetrates a through-hole to the bottom face of a base, the leak to the base outer surface which may generate | occur | produce when an electrolyte contains a liquid can be suppressed. Moreover, wiring resistance can be suppressed. Furthermore, since the cell lead and the pad film are connected by welding, the connection resistance value can be remarkably reduced as compared with the conductive adhesive.

請求項13に係る発明は、前記パッド膜は、前記ベースの内側面に延設された配線パターンを介して、前記接続端子と接続していることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の電気化学セルである。
請求項13に係る発明によれば、電解質が液体を含む場合に発生する可能性のある、ベース外側面への漏液を抑制できる。更に、セルリードとパッド膜は溶接により接続された構造を有する電気化学セルであるので、格段に低い接続抵抗にすることが出来る。
The invention according to claim 13 is characterized in that the pad film is connected to the connection terminal via a wiring pattern extending on the inner side surface of the base. The electrochemical cell according to one item.
According to the thirteenth aspect of the present invention, leakage to the outer surface of the base that may occur when the electrolyte contains a liquid can be suppressed. Furthermore, since the cell lead and the pad film are electrochemical cells having a structure connected by welding, the connection resistance can be remarkably reduced.

請求項14に係る発明は、前記配線パターンは電解質に露出しないように保護膜で覆われていることを特徴とする請求項13に記載の電気化学セルである。
請求項14に係る発明によれば、配線パターンが電解質に露出することがない。従って、配線パターンは溶解することなく、電気化学セルは長期に渡って安定な品質を維持できる。
The invention according to claim 14 is the electrochemical cell according to claim 13, wherein the wiring pattern is covered with a protective film so as not to be exposed to the electrolyte.
According to the invention of claim 14, the wiring pattern is not exposed to the electrolyte. Therefore, the electrochemical cell can maintain stable quality for a long time without dissolving the wiring pattern.

請求項15に係る発明は、前記ベースは平板状であり、前記リッドは凹状であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の電気化学セルである。
請求項15に係る発明によれば、配線抵抗と、接続抵抗を十分に抑えることが出来る。また、金属製リッドを慣用される深絞り加工するなどして深い凹状の容器とすることができる。そのため、大容量の電気化学セルを、製造コストを大きく上昇させることなく実現できる。
The invention according to claim 15 is the electrochemical cell according to any one of claims 1 to 11, wherein the base has a flat plate shape and the lid has a concave shape.
According to the invention which concerns on Claim 15, wiring resistance and connection resistance can fully be suppressed. Further, a deep concave container can be obtained by, for example, performing a deep drawing process on a metal lid. Therefore, a large-capacity electrochemical cell can be realized without significantly increasing the manufacturing cost.

請求項16に係る発明は、前記ベースまたは前記リッドは小孔を有し、前記小孔は封止栓で密封されていることを特徴とする請求項15に記載の電気化学セルである。
請求項16に係る発明によれば、電解質を注入する前に溶接をすることができる利点がある。
The invention according to claim 16 is the electrochemical cell according to claim 15, wherein the base or the lid has a small hole, and the small hole is sealed with a sealing plug.
According to the invention which concerns on Claim 16, there exists an advantage which can be welded before inject | pouring electrolyte.

請求項17に係る発明は、前記ベース部材は前記接合部材と接する面にステップを有し、前記ステップに前記金属接合部材がはめ込まれていることを特徴とする請求項15または16に記載の電気化学セルである。
請求項17に係る発明によれば、リッドを逆さまにした状態で電解質を充填した後に、セルをリッドの中に配置しても、リッドから溢れ出る電解質量を少なくできる。従って、電解質が充填された状態でもベースとリッドとの溶接を容易に行うことが出来る。そのため、リッドの小孔は不要で、封止栓による封止工程も省略できる。
The invention according to claim 17 is characterized in that the base member has a step on a surface in contact with the joining member, and the metal joining member is fitted in the step. It is a chemical cell.
According to the invention of claim 17, even if the cell is placed in the lid after filling the electrolyte with the lid upside down, the electrolytic mass overflowing from the lid can be reduced. Therefore, the base and the lid can be easily welded even when the electrolyte is filled. Therefore, a small hole in the lid is unnecessary, and a sealing step using a sealing plug can be omitted.

請求項18に係る発明は、前記ベース部材と前記リッドとは平板状であり、金属側壁を介して封口されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の電気化学セルである。
請求項18に係る発明によれば、配線抵抗と、接続抵抗を十分に抑えることが出来る。また、側面として用いる筒状の金属は中空のパイプなどの規格品が利用できる。そのため、大容量の電気化学セルを、製造コストを大きく上昇させることなく実現できる。
The invention according to claim 18 is characterized in that the base member and the lid have a flat plate shape and are sealed through a metal side wall. Cell.
According to the eighteenth aspect of the present invention, the wiring resistance and the connection resistance can be sufficiently suppressed. In addition, a standard product such as a hollow pipe can be used as the cylindrical metal used as the side surface. Therefore, a large-capacity electrochemical cell can be realized without significantly increasing the manufacturing cost.

請求項19に係る発明は、正極の前記セルリードは、前記金属側壁に接続されていることを特徴とする請求項18に記載の電気化学セルである。
請求項19に係る発明によれば、接続抵抗値を十分低く抑えることが可能である。
The invention according to claim 19 is the electrochemical cell according to claim 18, wherein the cell lead of the positive electrode is connected to the metal side wall.
According to the nineteenth aspect of the present invention, the connection resistance value can be kept sufficiently low.

請求項20に係る発明は、外装容器を構成するベースの内側面にパッド膜を形成するパッド膜形成工程と、セルリードと前記パッド膜とを溶接で接続するセルリード/パッド膜溶接工程と、セルをベースに収納する工程と、電解質を充填する工程と、リッドをベースに接合する工程とを含むことを特徴とする電気化学セルの製造方法である。
請求項20に係る発明によれば、外装容器を構成するベースの内側面にパッド膜を形成するパッド膜形成工程と、前記セルリードと前記パッド膜とを溶接で接続するセルリード/パッド膜溶接工程と、セルをベースに収納する工程と、電解質を充填する工程と、リッドをベースに接合する工程とを含むので、接続抵抗値の十分に低い電気化学セルを実現できる。
The invention according to claim 20 includes a pad film forming step of forming a pad film on the inner side surface of the base constituting the exterior container, a cell lead / pad film welding step of connecting the cell lead and the pad film by welding, and a cell. A method for producing an electrochemical cell comprising a step of storing in a base, a step of filling an electrolyte, and a step of bonding a lid to the base.
According to the invention which concerns on Claim 20, the pad film formation process which forms a pad film in the inner surface of the base which comprises an exterior container, The cell lead / pad film welding process which connects the said cell lead and the said pad film by welding, Since the method includes the step of housing the cell in the base, the step of filling the electrolyte, and the step of bonding the lid to the base, an electrochemical cell having a sufficiently low connection resistance can be realized.

請求項21に係る発明は、前記セルリードと前記パッド膜との溶接工程は、超音波溶接又はビーム溶接を用いることを特徴とする請求項20に記載の電気化学セルの製造方法である。
請求項21に係る発明によれば、超音波溶接又はビーム溶接を用いるので、ベースとなるセラミック部材に損傷を与えることなく局所的な領域にのみ効率よく接続部を設けられ、かつ、接続部が前記部材の接合界面の原子の拡散を引き起こすので十分に低い接続抵抗値を備える電気化学セルを実現できる。
The invention according to claim 21 is the method for producing an electrochemical cell according to claim 20, wherein the welding process between the cell lead and the pad film uses ultrasonic welding or beam welding.
According to the invention of claim 21, since ultrasonic welding or beam welding is used, the connection portion can be efficiently provided only in a local region without damaging the ceramic member serving as a base, and the connection portion is An electrochemical cell having a sufficiently low connection resistance value can be realized because it causes diffusion of atoms at the bonding interface of the member.

本発明によれば、セルリードとパッド膜が溶接により接続されることにより、導電性接着剤を用いる従来の方法に比較して格段に低い接続抵抗値を実現し、大電流放電を可能にした電気化学セルを実現することができる。   According to the present invention, the cell lead and the pad film are connected by welding, so that a connection resistance value that is remarkably lower than that of the conventional method using a conductive adhesive is realized, and a large current discharge is possible. A chemical cell can be realized.

本発明の電気化学セルを説明する図である。It is a figure explaining the electrochemical cell of this invention. 本発明の電気化学セルのパッド膜とベース内端子及び接続端子の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the pad film | membrane of the electrochemical cell of this invention, a terminal in a base, and a connection terminal. 本発明の電気化学セルのセルリードとパッド膜の溶接を説明する図である。It is a figure explaining welding of the cell lead and pad film of the electrochemical cell of the present invention. 本発明の電気化学セルの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the electrochemical cell of this invention. 本発明の電気化学セルの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the electrochemical cell of this invention. 本発明の電気化学セルの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the electrochemical cell of this invention. 本発明の電気化学セルの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the electrochemical cell of this invention. 本発明の電気化学セルの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the electrochemical cell of this invention. 本発明の電気化学セルの製造フローを示す図である。It is a figure which shows the manufacture flow of the electrochemical cell of this invention. 本発明の実施例1の抵抗値の内訳を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the breakdown of the resistance value of Example 1 of this invention. 従来の電気化学セルを示す図である。It is a figure which shows the conventional electrochemical cell.

本発明の電気化学セルを図面に基づいて説明する。本発明の電気化学セルは、主にパーソナルコンピューターや小型の携帯機器内部の基板に実装されて用いられる。図1(a)は、本発明の電気化学セルの外観図である。一例として直方体の形状で示されているが、トラック形状や円筒形状であっても良い。本発明の電気化学セルは、その発電要素であるセルを収納して容器として機能するベース1と、その開口部を気密に塞ぐための封口板として機能するリッド6を外装部品として備えている。本発明の電気化学セルの外装容器は、このベース1とリッド6により封止されている。   The electrochemical cell of this invention is demonstrated based on drawing. The electrochemical cell of the present invention is mainly used by being mounted on a substrate inside a personal computer or a small portable device. Fig.1 (a) is an external view of the electrochemical cell of this invention. As an example, a rectangular parallelepiped shape is shown, but a track shape or a cylindrical shape may be used. The electrochemical cell of the present invention includes a base 1 that functions as a container that houses a cell that is a power generation element, and a lid 6 that functions as a sealing plate for hermetically closing the opening. The outer packaging container of the electrochemical cell of the present invention is sealed with the base 1 and the lid 6.

図1(b)は、(a)のAA断面を示す図である。凹状のベース1の中にセル7が収納され、さらに電解質が充填され、凹状のベース1の上面に一周して設けられた接合金属部材5に押し当てられたリッド6によって気密に封止されている。セル7は、活物質と活物質を担持する金属からなる集電体(以下、金属集電体と称する)からなる一組の電極シートが絶縁性のセパレータを挿んで巻回法や積層法などで構成されたものである。正極及び負極の金属集電体の端部には、金属集電体そのものを細く延長させた延長部や、別の細く薄い板やワイヤ状のリードを機械的に接続して延長部を形成したものが用いられるが、本発明では、これをセルリード8で表す。正極、負極のそれぞれのセルリード8は、凹状のベース1のベース内側面1aに並置して配置されている一対の集電体金属膜であるパッド膜2に溶接によって接続されている。パッド膜2の底面には、ベース内側面1aとベース外側面1bを略垂直に貫通して接続する孔が設けられる。その孔にはタングステンなどの高融点金属が充填されて気密を満たしている。本発明では、ベース内端子3とは、ベース内部に埋設された端子をいい、その内部に金属が充填された導電性の貫通孔のほか、貫通孔の内面に金属膜が形成されて導電性を確保し、内部はガラスなどの絶縁物が充填されて気密を満たしているものを含む。ベース内端子3は、パッド膜2とベース外側面1bに形成された接続端子4とを電気的に接続している。そして、セル7の正極、負極は接続端子4によって実装される基板の実装用パターンに接続されることになる。   FIG.1 (b) is a figure which shows the AA cross section of (a). The cell 7 is accommodated in the concave base 1, further filled with an electrolyte, and hermetically sealed by a lid 6 pressed against a bonding metal member 5 provided around the upper surface of the concave base 1. Yes. The cell 7 includes an active material and a current collector made of a metal carrying the active material (hereinafter referred to as a metal current collector) with a pair of electrode sheets inserted with an insulating separator, and a winding method or a lamination method. It is composed of At the ends of the positive and negative electrode metal current collectors, the metal current collector itself was thinly extended, or another thin thin plate or a wire-like lead was mechanically connected to form an extension. In the present invention, this is represented by a cell lead 8. The cell leads 8 of the positive electrode and the negative electrode are connected by welding to a pad film 2 which is a pair of current collector metal films arranged in parallel with the base inner surface 1a of the concave base 1. The bottom surface of the pad film 2 is provided with a hole that penetrates and connects the base inner surface 1a and the base outer surface 1b substantially vertically. The hole is filled with a refractory metal such as tungsten to satisfy the hermeticity. In the present invention, the base inner terminal 3 refers to a terminal embedded in the base, and in addition to the conductive through hole filled with metal, a metal film is formed on the inner surface of the through hole to make it electrically conductive. The inside includes a material filled with an insulating material such as glass so as to satisfy airtightness. The base inner terminal 3 electrically connects the pad film 2 and the connection terminal 4 formed on the base outer surface 1b. The positive electrode and the negative electrode of the cell 7 are connected to the mounting pattern of the substrate mounted by the connection terminal 4.

ここで、本発明を詳細に述べる前に、接続抵抗値と配線抵抗値が放電特性に与える影響について、電気二重層キャパシタを例にあげて説明する。
電気二重層キャパシタの定格電圧は、2.6Vで、静電容量は1Fであると仮定する。等価直列抵抗の値を、セルの持つイオン拡散抵抗値や電子抵抗値の合計Aと、セルを収納する外装容器の配線抵抗値とセルリードとパッド膜との接続抵抗値(この配線抵抗値と接続抵抗値の和をBとする)とに分離して、電気二重層キャパシタの放電特性を評価する。
Here, before describing the present invention in detail, the influence of the connection resistance value and the wiring resistance value on the discharge characteristics will be described by taking an electric double layer capacitor as an example.
It is assumed that the rated voltage of the electric double layer capacitor is 2.6V and the capacitance is 1F. The value of the equivalent series resistance is the sum of the ion diffusion resistance value and the electronic resistance value A of the cell, the wiring resistance value of the outer container containing the cell, and the connection resistance value between the cell lead and the pad film (this wiring resistance value and connection And the discharge characteristics of the electric double layer capacitor are evaluated.

Figure 2013030750
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表1は、先の等価直列抵抗のAの値を50mΩとし、Bを3通り(ケース1から3)に設定して、パルス状の放電電流が流れた時の電気二重層キャパシタの電圧降下を計算したものである。電流は1Aで、放電パルス幅は1000msec(1秒)とした。   Table 1 shows the voltage drop of the electric double layer capacitor when pulsed discharge current flows by setting the value of A of the equivalent series resistance to 50 mΩ and setting B to 3 types (cases 1 to 3). It is calculated. The current was 1 A, and the discharge pulse width was 1000 msec (1 second).

ここで、ケース1は、Bの値、即ち外装容器の配線抵抗値とセルリードとパッド膜との接続抵抗値が十分に小さく設計されたもので、20mΩとした。等価直列抵抗の合計値は、AとBの合計であり、70mΩである。放電電流は1Aであるから、等価直列抵抗により発生する電圧降下は、電流と等価直列抵抗の積、即ち、1A×0.07Ω=0.07Vである。一方、容量は1Fであるから、容量分が関与する電圧降下は、(1A×1sec)/1F、即ち1Vとなる。従って、ケース1では、1Aの電流が1000msec放電したことにより、両者の電圧降下の和である0.07+1=1.07Vとなる。   Here, the case 1 was designed to have a value of B, that is, a wiring resistance value of the outer container and a connection resistance value between the cell lead and the pad film, and was set to 20 mΩ. The total value of the equivalent series resistance is the sum of A and B and is 70 mΩ. Since the discharge current is 1A, the voltage drop generated by the equivalent series resistance is the product of the current and the equivalent series resistance, that is, 1A × 0.07Ω = 0.07V. On the other hand, since the capacity is 1F, the voltage drop involving the capacity is (1A × 1 sec) / 1F, that is, 1V. Therefore, in case 1, since a current of 1 A is discharged for 1000 msec, 0.07 + 1 = 1.07 V, which is the sum of the voltage drops of both.

電気二重層キャパシタは、当初2.6Vに充電されていたので、この放電が終了した時点で、電気二重層キャパシタは、2.6−1.07=1.53Vの電圧を維持していることになる。つまり、ケース1では、1Aで1000msecの大電流放電用途が実現できるといえる。   Since the electric double layer capacitor was initially charged at 2.6 V, the electric double layer capacitor was maintained at a voltage of 2.6-1.07 = 1.53 V when this discharge was completed. become. That is, in case 1, it can be said that a 1 m current discharge application of 1000 msec can be realized.

表1のケース2、ケース3も同様な方法で算出されている。ケース3は、従来の導電性接着剤のような接続手段でセルリードとパッド膜が接続された電気二重層キャパシタを想定したものであり、Bの値が2000mΩとなっており、等価直列抵抗の合計は2050mΩに達する。従って、等価直列抵抗の寄与による電圧降下だけで、2.05Vあり、これに容量の寄与する電圧降下1Vを加えると、3.05Vとなり、当初の定格電圧を超えてしまう。つまり、電気二重層キャパシタは、1000msecのパルス幅の途中で放電が不可能になってしまい、大電流放電は実現できない。   Cases 2 and 3 in Table 1 are calculated in the same manner. Case 3 assumes an electric double layer capacitor in which the cell lead and the pad film are connected by a connecting means such as a conventional conductive adhesive, and the value of B is 2000 mΩ, which is the total equivalent series resistance. Reaches 2050 mΩ. Therefore, only a voltage drop due to the contribution of the equivalent series resistance is 2.05 V, and when a voltage drop of 1 V due to the capacitance is added to this, it becomes 3.05 V, which exceeds the initial rated voltage. That is, the electric double layer capacitor cannot be discharged in the middle of a pulse width of 1000 msec, and a large current discharge cannot be realized.

ケース2は、ケース1とケース3の中間に相当する場合である。つまり、外装容器の配線抵抗値とセルリードとパッド膜との接続抵抗値が、500mΩに留まっているので、等価直列抵抗の合計値は、550mΩとなっており、等価直列抵抗の寄与する電圧降下は0.55Vで済んでいる。従って、容量の寄与分の電圧降下を含めても、電圧降下の合計値は、1.55Vに留まり、定格電圧の値2.6V以下であるので、1Aで1000msecの大電流放電は実現可能である。   Case 2 corresponds to an intermediate case 1 and case 3. That is, since the wiring resistance value of the outer container and the connection resistance value between the cell lead and the pad film remain at 500 mΩ, the total value of the equivalent series resistance is 550 mΩ, and the voltage drop contributed by the equivalent series resistance is It is 0.55V. Therefore, even if the voltage drop corresponding to the capacity contribution is included, the total value of the voltage drop stays at 1.55 V, and the rated voltage value is 2.6 V or less, so a large current discharge of 1000 msec can be realized at 1 A. is there.

以上、3通りのケースで、大電流放電可能か否かを示した。Bの値が低いケース1とケース2の場合が大電流放電可能であったが、Bの値による電圧降下の寄与分は放電電流に比例することに注意が必要である。仮に放電電流が2Aの場合では、ケース1の等価直列抵抗の寄与分の電圧降下は2A×0.07Ω=0.14Vであり、容量の寄与分の電圧降下2Vとの合計が2.14Vとなり大電流放電はなお可能である。一方、ケース2においては、等価直列抵抗の寄与分の電圧降下は、2A×0.55Ω=1.1Vとなり、容量の寄与分の電圧降下2Vとの合計は3.1Vとなり、定格電圧2.6Vを超えてしまい、もはや、大電流放電は不可能である。   In the above three cases, it was shown whether a large current discharge is possible. In cases 1 and 2 where the value of B is low, large current discharge was possible, but it should be noted that the contribution of the voltage drop due to the value of B is proportional to the discharge current. If the discharge current is 2A, the voltage drop due to the equivalent series resistance of case 1 is 2A × 0.07Ω = 0.14V, and the sum of the voltage drop 2V due to the capacitance is 2.14V. Large current discharges are still possible. On the other hand, in the case 2, the voltage drop corresponding to the equivalent series resistance is 2A × 0.55Ω = 1.1V, and the sum of the voltage drop 2V corresponding to the capacitance is 3.1V, and the rated voltage 2. Exceeding 6V, large current discharge is no longer possible.

このように、Bの値の大小が大電流放電可能か否かに大きく影響するので、電気二重層キャパシタの設計にあたっては、配線抵抗値とセルリードとパッド膜の接続抵抗値をmΩの単位で検討していく必要がある。   As described above, since the magnitude of the B greatly affects whether or not a large current can be discharged, the wiring resistance value and the connection resistance value of the cell lead and the pad film are examined in units of mΩ when designing the electric double layer capacitor. There is a need to continue to.

Figure 2013030750
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Figure 2013030750
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Figure 2013030750
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Bの値は、接続抵抗値と配線抵抗値の和であるとしたが、さらにこの2つの関係について表2に基づいて説明する。表2から4は、片側の極当りの接続抵抗値を1mΩ、5mΩ、10mΩ、30mΩ、100mΩの5種類とした時の、放電初期の望ましい電圧降下の範囲から、配線抵抗値の上限(単位はmΩ)を計算により求めたものである。ここで、配線抵抗値は正極と負極の配線抵抗値の和である。   Although the value of B is the sum of the connection resistance value and the wiring resistance value, these two relationships will be further described with reference to Table 2. Tables 2 to 4 show the upper limit (in units of wiring resistance) from the range of desirable voltage drop at the beginning of discharge when the connection resistance value per pole on one side is 5 types of 1 mΩ, 5 mΩ, 10 mΩ, 30 mΩ, and 100 mΩ. mΩ) is obtained by calculation. Here, the wiring resistance value is the sum of the wiring resistance values of the positive electrode and the negative electrode.

放電初期の電圧降下は、実用上0.3V以内であることが好ましい。0.2V以内であれば更に好ましい。例えば、充電電圧が2.6Vであり、放電初期の電圧降下が0.3Vであるとすると、放電エネルギーに寄与する放電の初期電圧は、電圧降下分を差し引いた2.3Vである。この場合の放電エネルギーを、初期電圧が2.6Vの時の放電エネルギーと比較すると約78%を維持できており、許容できる値である。初期の電圧降下が0.2Vの場合の比率は約85%に、電圧降下が0.1Vの場合は約92%に向上する。   In practice, the voltage drop at the initial stage of discharge is preferably within 0.3V. More preferably within 0.2V. For example, if the charging voltage is 2.6 V and the initial voltage drop is 0.3 V, the initial voltage of the discharge contributing to the discharge energy is 2.3 V minus the voltage drop. The discharge energy in this case is maintained at about 78% when compared with the discharge energy when the initial voltage is 2.6 V, which is an acceptable value. The ratio is improved to about 85% when the initial voltage drop is 0.2V, and to about 92% when the voltage drop is 0.1V.

小型の電気化学セルにおいては、単独の電気化学セルの等価直列抵抗のAの値は数十mΩから数百mΩの範囲であるが、ここでは、代表例として、150mΩの場合を計算した。表2は、単独の電気化学セルの配線抵抗値の上限であり、表3は、前記単独の電気化学セルを2個直列に接続した場合の1個の電気化学セルの配線抵抗値の上限、表4は、前記単独の電気化学セルを3個直列に接続した場合の1個の電気化学セルの配線抵抗値の上限を示したものである。電気化学セルであるから、必要とされる定格電圧になるように、直列に接続して用いられる場合も多い。従って、直列接続する場合にも通用できるようするのが望ましい。   In a small electrochemical cell, the value of A of the equivalent series resistance of a single electrochemical cell is in the range of several tens of mΩ to several hundreds of mΩ, but here, a case of 150 mΩ was calculated as a representative example. Table 2 shows the upper limit of the wiring resistance value of a single electrochemical cell, and Table 3 shows the upper limit of the wiring resistance value of one electrochemical cell when two single electrochemical cells are connected in series. Table 4 shows the upper limit of the wiring resistance value of one electrochemical cell when three single electrochemical cells are connected in series. Since it is an electrochemical cell, it is often used connected in series so as to have the required rated voltage. Therefore, it is desirable to be able to be used even when connected in series.

ここで、配線抵抗値の上限は、初期の電圧降下を上述の0.3Vであるとして算出した。表2において、横線の引かれた欄は、電圧降下を0.3Vとすると配線抵抗値の上限は0mΩ以下となることを示している。つまり、初期の電圧降下が0.3Vを越えることを意味している。   Here, the upper limit of the wiring resistance value was calculated on the assumption that the initial voltage drop was 0.3 V described above. In Table 2, the horizontal lined column indicates that the upper limit of the wiring resistance value is 0 mΩ or less when the voltage drop is 0.3V. That is, it means that the initial voltage drop exceeds 0.3V.

表2では、接続抵抗値が1mΩであれば、放電電流を1Aとすると、配線抵抗値の上限が148mΩであることを示している。さらに放電電流を大きくして1.75Aまで流すと、配線抵抗値の上限が19mΩにまで低下する。このように、ある程度広い範囲の放電電流値を流すことができるようにするには、最大の電流値を考慮して、例えば配線抵抗値の上限を10mΩ台になるようにする。接続抵抗値が5mΩの場合の上限値は、接続抵抗値が1mΩの場合より8mΩ低いだけである。この場合も、配線抵抗値を10mΩ以下に製作すれば、1.75Aまで放電することができる。接続抵抗値が10mΩの場合は、1.75Aの放電電流で電圧降下が0.3Vを超えてしまうが、配線抵抗値が20mΩ台であれば、1.5Aまで放電電流を流すことができる。   Table 2 shows that when the connection resistance value is 1 mΩ, the upper limit of the wiring resistance value is 148 mΩ when the discharge current is 1 A. When the discharge current is further increased to 1.75 A, the upper limit of the wiring resistance value is reduced to 19 mΩ. In this way, in order to allow a discharge current value in a wide range to flow to some extent, the upper limit of the wiring resistance value is set to, for example, 10 mΩ in consideration of the maximum current value. The upper limit value when the connection resistance value is 5 mΩ is only 8 mΩ lower than that when the connection resistance value is 1 mΩ. Also in this case, if the wiring resistance value is manufactured to be 10 mΩ or less, it is possible to discharge up to 1.75A. When the connection resistance value is 10 mΩ, the voltage drop exceeds 0.3 V at a discharge current of 1.75 A. However, if the wiring resistance value is on the order of 20 mΩ, the discharge current can flow up to 1.5 A.

一方、接続抵抗値が100mΩの場合は、初期の電圧降下が0.3V以下に抑えられる電流値は0.75A以下であり、実質的に大電流放電用途には不適当である。接続抵抗値が30mΩの場合は、接続抵抗値が100mΩの場合に比較して、配線抵抗値の余裕は改善されるが、1.5Aの電流を流すと初期の電圧降下が0.3Vを越えてしまうので、接続抵抗値としてはやはり大きい。従って、接続抵抗値は、10mΩ以下が好ましい。   On the other hand, when the connection resistance value is 100 mΩ, the current value at which the initial voltage drop can be suppressed to 0.3 V or less is 0.75 A or less, which is substantially unsuitable for large current discharge applications. When the connection resistance value is 30 mΩ, the wiring resistance value margin is improved compared to when the connection resistance value is 100 mΩ. However, when a current of 1.5 A is passed, the initial voltage drop exceeds 0.3 V. Therefore, the connection resistance value is still large. Therefore, the connection resistance value is preferably 10 mΩ or less.

2直列で接続した場合は、表3が示すように、等価直列抵抗のAが150mΩの2倍になるから、配線抵抗値の上限は大きく抑制され、かつ、最大の放電電流も低下させる必要がある。例えば、放電電流が1Aの場合は、等価直列抵抗のAによる電圧降下が1A×0.3Ω=0.3Vあるから、接接続抵抗値が1mΩであっても、配線抵抗値の上限の欄は横線となっている。2直列の場合は、0.3V以下の電圧降下で使用する条件では、1A以下の放電電流となる。0.9Aの放電電流では、接続抵抗値5mΩの場合は配線抵抗値の上限は6.5mΩであるが、接続抵抗値が10mΩの場合は、0.90Aの放電電流では電圧降下が0.3Vを超えてしまい、接続抵抗値が5mΩ以下の場合に比較して差がでている。従って、直列接続用途を考慮すれば、接続抵抗値は5mΩ以下が好ましい。   When two series are connected, as shown in Table 3, since the equivalent series resistance A is twice 150 mΩ, the upper limit of the wiring resistance value is greatly suppressed, and the maximum discharge current needs to be reduced. is there. For example, when the discharge current is 1 A, the voltage drop due to the equivalent series resistance A is 1 A × 0.3Ω = 0.3 V, so even if the contact resistance value is 1 mΩ, the upper limit column of the wiring resistance value is It is a horizontal line. In the case of two series, the discharge current is 1 A or less under the condition that the voltage drop is 0.3 V or less. At a discharge current of 0.9 A, the upper limit of the wiring resistance value is 6.5 mΩ when the connection resistance value is 5 mΩ, but when the connection resistance value is 10 mΩ, the voltage drop is 0.3 V at the discharge current of 0.90 A. And a difference appears compared to the case where the connection resistance value is 5 mΩ or less. Therefore, considering the series connection application, the connection resistance value is preferably 5 mΩ or less.

3直列の場合は、等価直列抵抗のAの値が150mΩ×3=450mΩであるから、電圧降下が0.3V以下にするためには、最大電流も0.3V/0.45Ω、即ち約0.65A程度になる。表4に示すように、接続抵抗値が5mΩの場合は、0.6Aの放電も可能となるが、配線抵抗値の上限は6mΩとなる。接続抵抗値が1mΩの場合は、配線抵抗値の上限は14mΩとなる。このように、直列接続する段数が増加すると、接続抵抗値の配線抵抗値に与える影響が大きく現れてくるので、単独の電気化学セルのみでの仕様だけで検討すると、実用性に乏しい外装容器となるので、上記の検討が必要である。   In the case of 3 series, the value of A of the equivalent series resistance is 150 mΩ × 3 = 450 mΩ, so that the maximum current is also 0.3 V / 0.45Ω, that is, about 0 in order to make the voltage drop 0.3 V or less. .65A. As shown in Table 4, when the connection resistance value is 5 mΩ, 0.6 A discharge is possible, but the upper limit of the wiring resistance value is 6 mΩ. When the connection resistance value is 1 mΩ, the upper limit of the wiring resistance value is 14 mΩ. In this way, as the number of stages connected in series increases, the influence of the connection resistance value on the wiring resistance value will appear greatly, so if you consider only the specifications with only a single electrochemical cell, Therefore, the above examination is necessary.

さて、配線抵抗値は、パッド膜と接続端子それぞれの抵抗率、面積とそれらを接続する配線や構造に依存する。配線が長くなることによって生ずる配線抵抗値の増加に関しては、本発明のベース内端子の寄与が大きい。特に、電気二重層キャパシタの容量を増大させて大電流放電の放電電流や放電時間を大きくあるいは長くしようとすると、容器の寸法が大きくなり、これに伴って配線が長くなり易い。ベース内端子を用いてベースの表裏を直接接続することで、配線抵抗値を大幅に減らすことが可能である。   The wiring resistance value depends on the resistivity and area of the pad film and the connection terminal, and the wiring and structure connecting them. Regarding the increase in the wiring resistance value caused by the longer wiring, the contribution of the terminal in the base of the present invention is large. In particular, when the capacity of the electric double layer capacitor is increased to increase or lengthen the discharge current and discharge time of the large current discharge, the dimensions of the container increase, and the wiring tends to become longer accordingly. By directly connecting the front and back of the base using the terminals in the base, it is possible to greatly reduce the wiring resistance value.

一方、セルリードとパッド膜との接続抵抗値の低減は溶接による寄与が大きい。電気化学セル用の導電性接着剤としては、導電フィラーがカーボンやグラファイトから成り、バインダはフィノール樹脂等が好適に用いられてきた。しかし、接続抵抗値は、導電性接着剤の塗布条件、接続される金属の表面状態、熱硬化条件、電気化学セルの基板への実装温度条件などで大きく異なるほか、導電性接着剤の生産ロットによるバラツキに起因するものもあり、大電流放電用途で求められるmΩ単位での接続抵抗値の設計と管理は困難である。   On the other hand, the reduction of the connection resistance value between the cell lead and the pad film greatly contributes to welding. As a conductive adhesive for an electrochemical cell, a conductive filler is made of carbon or graphite, and a binder is preferably a finol resin. However, the connection resistance value varies greatly depending on the application conditions of the conductive adhesive, the surface condition of the metal to be connected, the thermosetting conditions, the mounting temperature conditions of the electrochemical cell on the substrate, and the production lot of the conductive adhesive. In some cases, it is difficult to design and manage the connection resistance value in units of mΩ required for large current discharge applications.

図2(a)、(b)は、それぞれベース1のベース内側面1aとベース外側面1bを示す図である。図2(a)に示すベース内側面1aには、導電性材料からなる一対のパッド膜2が配置されている。パッド膜2の下面には、破線で示されるベース内端子3がそれぞれ4個設けられ、ベース1の外側面に配置された接続端子4(同じく破線で示す)に垂直に接続されている。   2A and 2B are views showing the base inner surface 1a and the base outer surface 1b of the base 1, respectively. A pair of pad films 2 made of a conductive material are disposed on the base inner surface 1a shown in FIG. Four base inner terminals 3 indicated by broken lines are provided on the lower surface of the pad film 2, and are connected vertically to connection terminals 4 (also indicated by broken lines) arranged on the outer surface of the base 1.

尚、ここで、パッド膜2は、一例としてベースの長手方向に並置されているが、短辺方向に並置することや、長手方向の対角線方向に並べることも可能である。そして、パッド膜2は、必ずしもベース内端子3の上に形成されることを要しない。   Here, the pad films 2 are juxtaposed in the longitudinal direction of the base as an example, but they can be juxtaposed in the short side direction or in the diagonal direction of the longitudinal direction. The pad film 2 is not necessarily formed on the base terminal 3.

パッド膜2は、アルミニウムやチタン等の化学的に安定な弁金属からなる膜であり、溶解しにくい材料からなる。これらの膜は、例えば、蒸着、イオンプレーティングやスパッタリングなどの周知の膜形成方法によって設けることができる。これらの方法による場合は、まず、タングステンなどの金属が貫通孔に印刷法等により充填・焼成されて気密なベース内端子3が仕上がった後に形成する。真空中で成膜する場合は、例えば、正負のパッド膜2をそれぞれ構成するように、互いに空間的に分離した2つの開口を持つようにパターニングした金属製等のマスクを準備して、成膜のチャンバーの中に収納し、真空排気系で所定の真空度に排気した後、弁金属材料と蒸発させたり、弁金属材料からなるターゲットを物理的にイオンで叩いて材料を飛ばして、ベース1の内側面に成膜する。これらの成膜法では、成膜の条件が制御し易いので、形成した膜の抵抗率が低く、かつ液体が浸透しにくい高密度な膜が形成できる。   The pad film 2 is a film made of a chemically stable valve metal such as aluminum or titanium, and is made of a material that is difficult to dissolve. These films can be provided by a known film forming method such as vapor deposition, ion plating, or sputtering. In the case of these methods, first, a metal such as tungsten is filled and fired in the through holes by a printing method or the like, and the airtight base terminal 3 is finished. When forming a film in a vacuum, for example, a mask made of metal or the like patterned so as to have two openings spatially separated from each other is prepared to form the positive and negative pad films 2, respectively. The base 1 is evacuated to a predetermined degree of vacuum with a vacuum exhaust system and then evaporated with the valve metal material, or the target made of the valve metal material is physically hit with ions to blow the material. A film is formed on the inner surface of the film. In these film forming methods, since the film forming conditions are easily controlled, a high-density film having a low resistivity and a low liquid penetration property can be formed.

また、アルミニウムの膜はスクリーン印刷法によっても形成可能である。高温では酸化しやすいアルミニウムにおいても、150℃以下の温度で配線パターンを形成可能な技術が開発されている。印刷法であるので、蒸着法などの薄膜形成技術に比較して厚く、数十ミクロンの厚膜も容易である。   The aluminum film can also be formed by screen printing. A technique has been developed that can form a wiring pattern at a temperature of 150 ° C. or lower even for aluminum that is easily oxidized at high temperatures. Since it is a printing method, it is thicker than a thin film formation technique such as vapor deposition, and a thick film of several tens of microns is easy.

更に、アルミニウム膜は電気メッキ法により作製することも可能である。ジメチルスルホンと塩化アルミニウムからなるメッキ液を用いて、約40μmの膜厚で形成した膜が、表面が平滑で、膜の内部も均一な膜であることが知られている。   Furthermore, the aluminum film can be produced by electroplating. It is known that a film formed with a film thickness of about 40 μm using a plating solution composed of dimethyl sulfone and aluminum chloride has a smooth surface and a uniform film inside.

図2(b)に示すベース外側面1bには、パッド膜2に対向するように一対の接続端子4が設けられている。接続端子4は、リフロー処理などにより、実装基板のパターンに設けられたクリームハンダなどで基板に固着される。接続端子4は、例えば、印刷法により形成したタングステンのパターンに、ニッケルと金とからなるメッキ膜が施されている。符番1cで示されるベース側面凹部にもタングステンやこれらメッキ材料がパターニングされ接続端子の一部として機能する。   A pair of connection terminals 4 are provided on the base outer surface 1 b shown in FIG. 2B so as to face the pad film 2. The connection terminal 4 is fixed to the substrate by cream solder or the like provided on the pattern of the mounting substrate by reflow processing or the like. For example, the connection terminal 4 is provided with a plating film made of nickel and gold on a tungsten pattern formed by a printing method. Tungsten and these plating materials are also patterned in the concave portion on the side of the base indicated by the reference numeral 1c and function as a part of the connection terminal.

続いて、パッド膜2の厚みについて述べる。膜厚は5μm以上でかつ100μm以下が望ましい。好ましくは、10μm以上で30μmの範囲がよい。膜厚が薄いと膜内部に存在する微細なポーラスが繋がって電解質がパッド膜の下にあるタングステンに浸透してタングステンの電解腐食を引き起こしやすいこと、及び、後述の様に、溶接でセルリード8と接続されるときに、溶接の条件が極めて限定されて信頼性ある接合の実現が難しくなることによる。   Subsequently, the thickness of the pad film 2 will be described. The film thickness is desirably 5 μm or more and 100 μm or less. The range of 10 μm or more and 30 μm is preferable. If the film thickness is thin, the fine porous existing inside the film is connected, and the electrolyte easily penetrates tungsten under the pad film to cause electrolytic corrosion of tungsten. When connected, the welding conditions are extremely limited, making it difficult to achieve reliable joining.

厚さ約1.3mmのソーダライムガラス板に、パッド膜2の厚みが5μmのアルミニウム膜をイオンプレーティング法により形成したのち、厚みが80μmのアルミニウムの薄板を超音波溶接で溶接させる実験を実施した。セルリード5個中1個のサンプルはガラス板に微小なクラックの発生が認められた。従って、5μmは膜厚としては実用上の下限値である。実用的には、膜厚は10μm以上あることが望ましい。   An aluminum film with a thickness of 5 μm is formed on a soda-lime glass plate with a thickness of about 1.3 mm by ion plating, and then an aluminum thin plate with a thickness of 80 μm is welded by ultrasonic welding. did. In one sample out of five cell leads, generation of minute cracks was observed in the glass plate. Therefore, 5 μm is a practical lower limit for the film thickness. Practically, the film thickness is desirably 10 μm or more.

一方、蒸着法やイオンプレーティング法によるアルミニウムの蒸着レートは、1時間当たり3μm〜10μmである。蒸着時間を考慮すると30μm以下の厚みが好ましく、この場合の成膜時間は長くても4〜5時間程度である。100μm程度まで厚く形成した場合は、成膜時間は長時間に及ぶが、溶接でセルリード8に接続するときの溶接条件を広くとることができ、下地となるセラミックにクラックが誘発される可能性を極めて低くすることができる。   On the other hand, the deposition rate of aluminum by an evaporation method or an ion plating method is 3 μm to 10 μm per hour. Considering the deposition time, a thickness of 30 μm or less is preferable. In this case, the film formation time is about 4 to 5 hours at the longest. When it is formed to a thickness of about 100 μm, the film formation time takes a long time, but the welding conditions when connecting to the cell lead 8 by welding can be widely taken, and there is a possibility that a crack is induced in the ceramic as a base. Can be very low.

次に、図3を用いてセルリード8とパッド膜2との具体的な溶接方法を説明する。図3(a)は、セル7に接続する一対のセルリード8と一対のパッド膜2との接続を示す図である。一対のセルリード8の先端は、図3(a)に示すように、パッド膜2の表面に置かれた後、セルリード8の上面から溶接され、パッド膜2とセルリード8が接合される。溶接を用いることで、セルリード8とパッド膜2の接合界面で、それぞれの部材を構成する材料の原子的な拡散が起こり、強固な接合が可能となる。図3(a)の8aは、溶接した領域を模式的に示している。溶接であるので、接合界面に自然酸化膜などの汚染が存在しても、接続抵抗がmΩ台、あるいはmΩ以下の十分に低い接合が可能となる。これによって、導電性接着剤などによる接合方法に比較して、接続抵抗を10分の1から100分の1に低減させることが出来る。また、接続抵抗値のバラツキを抑え、かつ経時変化の少ない接合が可能となる。   Next, a specific welding method between the cell lead 8 and the pad film 2 will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram showing the connection between the pair of cell leads 8 connected to the cell 7 and the pair of pad films 2. As shown in FIG. 3A, the tips of the pair of cell leads 8 are placed on the surface of the pad film 2 and then welded from the upper surface of the cell lead 8 to join the pad film 2 and the cell lead 8. By using welding, atomic diffusion of the material constituting each member occurs at the bonding interface between the cell lead 8 and the pad film 2, thereby enabling strong bonding. 3a in FIG. 3 (a) schematically shows a welded region. Since welding is used, even if there is a contamination such as a natural oxide film on the joint interface, it is possible to join with a sufficiently low connection resistance in the order of mΩ or less than mΩ. As a result, the connection resistance can be reduced from 1/10 to 1/100 as compared with a bonding method using a conductive adhesive or the like. In addition, it is possible to perform bonding with less variation in connection resistance value and less change with time.

また、接合ポイントを複数設定することで、接続抵抗値を一層低減できると共に、セルリード8とパッド膜2の間の引っ張り強度を向上させることができるので、セルリード8を変形させて容器の内部にセル7を収納させる製造工程において、溶接の剥がれ等の不良の発生を抑制できるほか、完成した電気化学セルの耐振動特性や落下衝撃特性などの機械的な信頼性を向上させることができる。   In addition, by setting a plurality of junction points, the connection resistance value can be further reduced and the tensile strength between the cell lead 8 and the pad film 2 can be improved. Therefore, the cell lead 8 is deformed and the cell is placed inside the container. In the manufacturing process in which the housing 7 is accommodated, it is possible to suppress the occurrence of defects such as welding peeling, and to improve mechanical reliability such as vibration resistance characteristics and drop impact characteristics of the completed electrochemical cell.

セルリード8とパッド層2の溶接として、具体的には超音波溶接、ビーム溶接、抵抗溶接等の局所的な溶接方法が適している。即ち、これらの溶接手段は、溶接の対象となる部分が局所的であるので熱的な影響は溶接部近傍のみに留まり、セル7自体への影響を避けることがきる。また、セルリード8の材料、厚み、パッド膜2の材料と貫通孔の配置などを変更することで、溶接の機械的あるいは熱的な衝撃による構成部材への影響を低減できる。上記構成にすることで、セラミックス等の材料からなるベース1に対してもクラックの発生による部材への損傷を回避することが可能である。   Specifically, local welding methods such as ultrasonic welding, beam welding, and resistance welding are suitable for welding the cell lead 8 and the pad layer 2. That is, in these welding means, since the part to be welded is local, the thermal influence remains only in the vicinity of the welded portion, and the influence on the cell 7 itself can be avoided. Further, by changing the material and thickness of the cell lead 8, the material of the pad film 2 and the arrangement of the through holes, the influence on the components due to mechanical or thermal shock of welding can be reduced. With the above configuration, it is possible to avoid damage to the member due to the occurrence of cracks even in the base 1 made of a material such as ceramics.

図3(b)は、超音波溶接の具体的な方法を説明するための図である。超音波溶接では、図3(b)に示すように、まず、パッド膜2の上にセルリード8を位置決めして密着させるが、この時、セル7は超音波溶接用チップ9の移動の妨げにならないように、ベース1の外に置かれる。次に、超音波溶接用チップ9を、移動機構によりセルリード8の上面に適当な加圧力をもって当接させる。超音波溶接用チップ9はホーン先端に一体的に形成されたり、あるいはホーンの先端に別途取り付けられる。超音波溶接用チップ9のチップ先端9aは、セルリード8との接触面となる部分であって、ここには、セルリード8の表面に適切に食い込むように表面に凹凸パターンが施されていること(ナール加工)が好ましい。   FIG. 3B is a diagram for explaining a specific method of ultrasonic welding. In ultrasonic welding, as shown in FIG. 3B, the cell lead 8 is first positioned and brought into close contact with the pad film 2, but at this time, the cell 7 hinders the movement of the ultrasonic welding tip 9. It is placed outside the base 1 so that it does not become. Next, the ultrasonic welding tip 9 is brought into contact with the upper surface of the cell lead 8 with an appropriate pressing force by a moving mechanism. The ultrasonic welding tip 9 is formed integrally with the tip of the horn or is attached separately to the tip of the horn. The tip end 9a of the tip 9 for ultrasonic welding is a portion to be a contact surface with the cell lead 8, and the surface thereof is provided with an uneven pattern so as to bite into the surface of the cell lead 8 properly ( (Nar processing) is preferred.

超音波溶接用チップ9がセルリード8を適当な加圧力で当接された後に、超音波溶接機の発振機構が数十KHzからなる超音波をホーンに加えると、超音波溶接用チップ9が周波数で接合部分を擦り合わせる。これにより、セルリード8とパッド膜2との界面は、金属材料の清浄な表面同士の密着面となり、数十ミリ秒から数百ミリ秒の僅かな時間で圧接することができる。先の図3(a)のセルリードとパッド膜の溶接領域8aで示されたセルリード8の表面の凹凸パターンは、この超音波溶接によって超音波溶接用チップ9の凹凸パターンが転写されていることを模式的に示したものである。この凹凸パターンで示された領域8aが溶接領域であるが、微視的に見ると、接合している部分は、超音波溶接用チップ9の先端に加工された凸によって凹まされた部分のみであり、それ以外の領域は、セルリードとパッド膜の間に僅かな隙間を保った状態である。   After the ultrasonic welding tip 9 is brought into contact with the cell lead 8 with an appropriate pressure, when the ultrasonic welding machine applies an ultrasonic wave consisting of several tens of KHz to the horn, the ultrasonic welding tip 9 has a frequency. Rub the joints together. As a result, the interface between the cell lead 8 and the pad film 2 becomes a close contact surface between clean surfaces of the metal material, and can be pressed in a short time of several tens of milliseconds to several hundreds of milliseconds. The concave / convex pattern on the surface of the cell lead 8 indicated by the weld area 8a of the cell lead / pad film in FIG. 3 (a) is that the concave / convex pattern of the ultrasonic welding tip 9 is transferred by this ultrasonic welding. It is shown schematically. The region 8a indicated by the uneven pattern is a welding region, but when viewed microscopically, the joined portion is only the portion recessed by the convex processed at the tip of the ultrasonic welding tip 9. In other regions, a slight gap is maintained between the cell lead and the pad film.

超音波溶接用チップ9がセルリード8の表面に当接する際に、大きな衝撃とならないように注意することが好ましく、移動機構には、ダンパーなどの衝撃吸収機構を備えるのがよい。これにより、ベース材料への損傷を低減できる。   When the ultrasonic welding tip 9 abuts on the surface of the cell lead 8, it is preferable to take care not to cause a large impact, and the moving mechanism may be provided with an impact absorbing mechanism such as a damper. Thereby, damage to the base material can be reduced.

セルリード8の寸法(リードの幅と厚み)とパッド膜2の寸法(縦横の寸法と厚み)及び超音波溶接用チップ9の寸法を適切に選択することで、電気化学セルの種々の寸法に対応することが可能である。図3(a)に示した超音波溶接領域の幅寸法dは、0.5mmであっても十分であり、小型の電気化学セルの製作に好都合である。また、更に機械的な強度を上げるために、パッド膜2の略全面積を覆うように設計された超音波溶接用チップ9を用いて超音波溶接した場合も適切な溶接条件を設定することで、ベース内端子やベース材料に影響はなく、十分に大きな機械的強度を得ることができる。   Appropriate selection of dimensions for cell leads 8 (lead width and thickness), pad film 2 dimensions (vertical and horizontal dimensions and thickness), and ultrasonic welding tip 9 allows for various dimensions of electrochemical cells. Is possible. The width d of the ultrasonic welding region shown in FIG. 3 (a) may be 0.5 mm, which is convenient for manufacturing a small electrochemical cell. Further, in order to further increase the mechanical strength, even when ultrasonic welding is performed using the ultrasonic welding tip 9 designed to cover substantially the entire area of the pad film 2, it is possible to set appropriate welding conditions. The base terminal and base material are not affected, and a sufficiently large mechanical strength can be obtained.

尚、超音波溶接においては、振動だけでなく、熱エネルギーと機械的な圧接力を併用することも可能である。また、図3(a)では、セルリード8として細い板状の例が示されているが、ワイヤであってもよく、超音波溶接用チップ9の形状を適切に変形させて用いればよい。   In ultrasonic welding, not only vibration but also thermal energy and mechanical pressure can be used in combination. 3A shows a thin plate-like example as the cell lead 8, a wire may be used, and the shape of the ultrasonic welding tip 9 may be appropriately deformed and used.

次に、ビーム溶接の場合を述べる。ビーム溶接としてレーザー溶接と電子ビーム溶接が代表的である。これらの溶接は、局所的な加工が可能であるだけでなく、非接触法であるので、溶接端子の熱と磨耗による劣化がない。そのため、再現性が良い。また、金属を溶融させるのに十分なエネルギー密度を有するので、短時間の加工が可能である。電子ビーム溶接は、エネルギー密度が極めて高いこと、電子ビームの走査性に富むこと、そして、溶接対象のベース1とセルリード8を有するセル7を真空中に置いて、電子ビームを真空中で照射して溶接することを除けば、レーザー溶接と同様である。   Next, the case of beam welding will be described. As the beam welding, laser welding and electron beam welding are typical. These welds not only allow local processing, but also are non-contact methods, so that there is no deterioration due to heat and wear of the welding terminals. Therefore, reproducibility is good. In addition, since it has an energy density sufficient to melt the metal, it can be processed in a short time. In electron beam welding, the energy density is extremely high, the electron beam is highly scannable, and the cell 7 having the base 1 to be welded and the cell lead 8 is placed in a vacuum, and the electron beam is irradiated in the vacuum. It is the same as laser welding except for welding.

レーザー溶接では、スポット溶接やシーム溶接(パルス発振や連続発振)を用いることができる。YAGレーザーによるスポット溶接の場合を以下に説明する。
レーザー発振器、伝送ファイバー、ベース1とセルリード8の位置決めと表面観察のための同軸CCDモニターを準備し、セルリード8とパッド膜2とを適当な加圧力を持って密着させた後に、リード8の表面側からレーザーを照射する。レーザーを照射する際は、パッド膜2とセルリード8の接合部の酸化を防止するために、アルゴンや窒素などの不活性ガスを吹き付けるか、グローブボックス等を用いて不活性ガス雰囲気下にするのが望ましい。
In laser welding, spot welding or seam welding (pulse oscillation or continuous oscillation) can be used. The case of spot welding with a YAG laser will be described below.
A laser oscillator, a transmission fiber, a coaxial CCD monitor for positioning and observing the surface of the base 1 and the cell lead 8 are prepared, and the cell lead 8 and the pad film 2 are brought into close contact with an appropriate pressure, and then the surface of the lead 8 Irradiate laser from side. When irradiating a laser, in order to prevent oxidation of the joint between the pad film 2 and the cell lead 8, an inert gas such as argon or nitrogen is blown or an inert gas atmosphere is used using a glove box or the like. Is desirable.

図3(c)は、セルリード8とパッド膜2のレーザー溶接による接続を示したものである。図の黒丸で示した8aはレーザーが照射されて溶接された溶接領域を示している。アルミニウムはYAGレーザーの1064nmの吸収率が低い(高反射率材料)が、レーザー照射部が加熱され、加熱の中心部から徐々に溶解部が拡がっていく。加熱はセルリード8の下面から接合する下側のパッド膜2の表面に達して、パッド膜2の表面部分を溶解させて、セルリード8とパッド膜2が接合される。   FIG. 3C shows the connection of the cell lead 8 and the pad film 2 by laser welding. 8a shown by the black circle of the figure has shown the welding area | region where the laser was irradiated and was welded. Aluminum has a low absorptivity of 1064 nm of the YAG laser (high reflectivity material), but the laser irradiation part is heated, and the dissolution part gradually expands from the central part of the heating. The heating reaches the surface of the lower pad film 2 to be bonded from the lower surface of the cell lead 8, dissolves the surface portion of the pad film 2, and the cell lead 8 and the pad film 2 are bonded.

レーザー溶接の場合も、溶接領域を増加させて接続抵抗値を更に低下させ、また、溶接の機械的な強度を図るのが望ましく、図3(c)では、それぞれのパッド膜で2点づつスポット溶接をしている。   Also in the case of laser welding, it is desirable to further reduce the connection resistance value by increasing the welding area, and to increase the mechanical strength of the welding. In FIG. We are welding.

また、図3(a)及び図3(c)では、1つのパッド膜に1つのセルリードを溶接していたがセルリードの数は、複数であっても良い。活物質を担持する金属集電体の長さが長い場合は、金属集電体に複数のセルリードを設けることができる。この場合には、これら複数のセルリードを1つのパッド膜に接続できると抵抗分を低減することができ、好ましい。   In FIGS. 3A and 3C, one cell lead is welded to one pad film, but the number of cell leads may be plural. When the length of the metal current collector supporting the active material is long, a plurality of cell leads can be provided on the metal current collector. In this case, it is preferable that the plurality of cell leads can be connected to one pad film because the resistance can be reduced.

以上は、溶接法として超音波溶接とビーム溶接について説明したが、溶接手段はこれに限定されることなく、その他の手段であってもよい。例えば、スポット抵抗溶接やアーク溶接などの溶接法を用いることも可能である。   The ultrasonic welding and beam welding have been described above as the welding methods, but the welding means is not limited to this, and other means may be used. For example, a welding method such as spot resistance welding or arc welding can be used.

外装容器のベース材料として、セラミックスは慣用される材料であるが、セラミックスに限定されない。ソーダライムガラスや耐熱ガラスなども使用可能である。ガラスは素材として長尺のものが利用できるので、小型のパッケージの場合は、1枚のガラスに多くの取り個数を設定でき、ベース部材の低コスト化が期待できる。また、これらのガラスに凹部や貫通孔を形成する手段としては、化学的なエッチング法、サンドブラストのような物理的方法、あるいは高温雰囲気において型を用いて凹部と貫通孔を同時に形成することができる。   Ceramics is a commonly used material as the base material of the outer container, but is not limited to ceramics. Soda lime glass and heat-resistant glass can also be used. Since a long glass can be used as a material, in the case of a small package, a large number of pieces can be set for one glass, and cost reduction of the base member can be expected. Further, as means for forming the recesses and through holes in these glasses, the recesses and the through holes can be formed simultaneously by using a chemical etching method, a physical method such as sandblasting, or a mold in a high temperature atmosphere. .

また、貫通孔の内面にアルミニウム膜を形成した後、熱膨張係数をマッチングさせたガラスペーストを貫通孔に充填し、脱バインダ及び焼成を実施することにより、気密で導電性を有するベース内端子3を形成することができる。このような場合は、ベース内端子3が溶解するという懸念はない。従って、ベース内端子3を覆うようにパッド膜2を形成する必要がない。また、ベース内端子3の内面を形成する膜はアルミニウムに限定されることなく、チタンなどのその他の弁金属を含む膜であってよい。   In addition, after forming an aluminum film on the inner surface of the through hole, a glass paste whose thermal expansion coefficient is matched is filled in the through hole, and the binder inner terminal 3 is hermetically sealed by conducting binder removal and firing. Can be formed. In such a case, there is no concern that the base terminal 3 is dissolved. Therefore, it is not necessary to form the pad film 2 so as to cover the terminal 3 in the base. Moreover, the film | membrane which forms the inner surface of the terminal 3 in a base is not limited to aluminum, You may be a film | membrane containing other valve metals, such as titanium.

続いて、セル7に関して説明する。セル7は、厚みが5μm〜50μmのアルミニウム箔や銅箔を金属集電体とし、その表面に活物質を塗工や接着法により担持した正負の一対の電極シートを、絶縁物からなるセパレータを挟んで巻回、積層、折畳みなどの手法で一体化した発電要素である。電気二重層キャパシタの場合は、活物質の代表的な材料として、活性炭ないし炭素が挙げられる。リチウムイオン.二次電池では、正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn24)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等の化合物が用いられ、負極活物質としては、例えば黒鉛やコークスのほかシリコン酸化物等が用いられる。活物質ペーストは、上記の活物質に、導電補助剤、バインダ、分散剤等を混合して適当な粘度に調節したものであり、これをローラーコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレード法などの方法により、集電体の両面または片面に塗工する。塗工後に、乾燥、プレス工程を得て電極シートが形成される。 Next, the cell 7 will be described. The cell 7 has a separator made of an insulating material as a pair of positive and negative electrode sheets having an aluminum foil or copper foil having a thickness of 5 μm to 50 μm as a metal current collector and carrying an active material on the surface thereof by coating or bonding. It is a power generation element that is integrated by winding, stacking, folding, etc. In the case of an electric double layer capacitor, activated carbon or carbon is given as a typical material of the active material. In the lithium ion secondary battery, examples of the positive electrode active material include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ). As the negative electrode active material, for example, graphite, coke, silicon oxide, and the like are used. The active material paste is prepared by mixing the above active material with a conductive auxiliary agent, a binder, a dispersing agent, etc. and adjusting the viscosity to an appropriate viscosity, and by a method such as roller coating, screen coating, doctor blade method, Apply to both or one side of the current collector. After coating, a drying and pressing process is obtained to form an electrode sheet.

セパレータは、正極及び負極の直接的な接触を規制するものであり、大きなイオン透過度を有し、所定の機械的強度を有する絶縁膜が用いられる。例えば、耐熱性が求められる環境においては、ガラス繊維の他、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド等の樹脂を用いることができる。また、セパレータの孔径、厚みに関しては、特に限定されるものではないが、使用機器の電流値や、電気化学セルの内部抵抗に基づいて決定される。また、セラミックスの多孔質体をセパレータとして用いることも可能である。   The separator regulates the direct contact between the positive electrode and the negative electrode, and an insulating film having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. For example, in an environment where heat resistance is required, resins such as polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polyamide, and polyimide can be used in addition to glass fibers. Moreover, although it does not specifically limit regarding the hole diameter and thickness of a separator, It determines based on the electric current value of an apparatus used, and the internal resistance of an electrochemical cell. It is also possible to use a porous ceramic body as a separator.

電解質は非水溶媒と支持塩を含む。また、電解質は液体であっても固体であってもよい。電解質の非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ―ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートまたはメチルエチルカーボネートのいずれか1種もしくは2種以上の混合物として用いられる。特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ―ブチロラクトン、スルホランのような沸点の高い溶媒から選ばれる単独又は複合物を用いることが好ましい。これらの溶媒を用いることにより、高温環境下において溶媒の気化を防ぎ、容器の内部圧力を抑えることができる。   The electrolyte includes a non-aqueous solvent and a supporting salt. The electrolyte may be a liquid or a solid. As the nonaqueous solvent for the electrolyte, propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, acetonitrile, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, or methyl ethyl carbonate is used as one or a mixture of two or more. In particular, it is preferable to use a single compound or a composite selected from solvents having a high boiling point such as propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, and sulfolane. By using these solvents, the vaporization of the solvent can be prevented in a high temperature environment, and the internal pressure of the container can be suppressed.

支持塩は電解質カチオンと電解質アニオンとを含む。電解質カチオンとしては、第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニウム塩、イミダゾリウム塩、ピロリジニウム塩、ホスホニウム塩、またはチオシアン塩、リチウム塩、等の一種以上の塩が使用される。電解質アニオンとしてはBF4 -、PF6 -、ClO4 -、CF3SO3 -、またはN(CF3SO22 -が用いられる。 The supporting salt includes an electrolyte cation and an electrolyte anion. As the electrolyte cation, one or more salts such as a quaternary ammonium salt, a quaternary phosphonium salt, an imidazolium salt, a pyrrolidinium salt, a phosphonium salt, a thiocyanate salt, or a lithium salt are used. BF 4 , PF 6 , ClO 4 , CF 3 SO 3 , or N (CF 3 SO 2 ) 2 is used as the electrolyte anion.

また、電解質は、ポリエチレンオキサイド誘導体、又は、ポリエチレンオキサイド誘導体を含むポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体やポリプロピレンオキサイド誘導体を含むポリマー、リン酸エステルポリマー、PVDF等を非水溶媒、支持塩と併用し、ゲル状又は固体状で用いることもできる。   The electrolyte is a polyethylene oxide derivative, or a polymer containing a polyethylene oxide derivative, a polymer containing a polypropylene oxide derivative or a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, PVDF, etc., in combination with a non-aqueous solvent or a supporting salt, It can also be used in solid form.

また、LiS/SiS2/Li4SiO4の無機固体電解質を用いることもできる。更に、電解質として、ピリジン系や脂環式アミン系、脂肪族アミン系やイミダゾリウム系のイオン性液体やアミジン系等の常温溶融塩を用いても構わない。 An inorganic solid electrolyte of LiS / SiS 2 / Li 4 SiO 4 can also be used. Furthermore, a pyridine-based, alicyclic amine-based, aliphatic amine-based, imidazolium-based ionic liquid, or amidine-based room temperature molten salt may be used as the electrolyte.

続いて、ベース1とリッド6の封止について述べる。リッド6はベース1のリッド接合に用いる接合金属部材5と熱膨張係数がマッチングするように選択され、例えば鉄・コバルト・ニッケル合金であるコバール等の材料が用いられる。具体的には、コバールの0.1mmから0.2mm程度の厚みを有する薄板で、表面には2μmから4μm程度の厚みで電解ニッケルメッキや無電解ニッケルメッキが施されたものが用いられる。   Subsequently, sealing of the base 1 and the lid 6 will be described. The lid 6 is selected so that the coefficient of thermal expansion matches the bonding metal member 5 used for the lid bonding of the base 1, and a material such as Kovar, which is an iron / cobalt / nickel alloy, is used. Specifically, Kovar is a thin plate having a thickness of about 0.1 mm to 0.2 mm, and the surface thereof is subjected to electrolytic nickel plating or electroless nickel plating with a thickness of about 2 μm to 4 μm.

両者を溶接する方法として用いられる抵抗シーム溶接では、リッド6を接合金属部材5に当接させた後に、リッド6の長辺側の略中心の2点に、対向した台形形状のローラー電極を配置して低電圧大電流を短時間流し、リッド6の仮溶接(スポット溶接)が行われる。このようにして、リッド6は仮に固定され、溶接作業中の振動等で位置がずれことはない。   In resistance seam welding, which is used as a method of welding the two, after the lid 6 is brought into contact with the joining metal member 5, two opposing trapezoidal roller electrodes are arranged at approximately two points on the long side of the lid 6. Then, a low voltage and large current is allowed to flow for a short time, and temporary welding (spot welding) of the lid 6 is performed. In this way, the lid 6 is temporarily fixed, and the position does not shift due to vibration or the like during the welding operation.

続いて、例えば、長辺の端からローラー電極で長辺がなぞられるようにベース1とリッド6が移動して溶接される。次に、ベース1とリッド6は90度回転され、同様に短辺が溶接される。このようにして、リッド6の一周に亘って溶接が行われる。前述した仮固定においても、本抵抗シーム溶接においても、リッド6と接合金属部材5との界面で、金とニッケルの拡散が発生し、気密で強固な拡散接合層が形成される。これにより、リッド6は、ベース1に気密に封止される。   Subsequently, for example, the base 1 and the lid 6 are moved and welded so that the long side is traced by the roller electrode from the end of the long side. Next, the base 1 and the lid 6 are rotated 90 degrees, and the short sides are similarly welded. In this way, welding is performed over the entire circumference of the lid 6. In both the above-described temporary fixing and the resistance seam welding, diffusion of gold and nickel occurs at the interface between the lid 6 and the bonding metal member 5, and an airtight and strong diffusion bonding layer is formed. Thereby, the lid 6 is hermetically sealed to the base 1.

ベース1とリッド6の溶接は、レーザーの走査照射を用いても可能である。仮溶接を前述と同様に実施した後、レーザーを、リッドを一周するように走査照射する。これにより、リッド6と接合金属部材5の界面で拡散接合層が形成される。この場合、リッド6の接合側の面に銀と銅からなるロウ材のシートを貼ることにより、溶融温度をロウ材の温度まで低下させることも可能である。   The base 1 and the lid 6 can be welded using laser scanning irradiation. After carrying out temporary welding in the same manner as described above, a laser beam is scanned and irradiated so as to make a round of the lid. Thereby, a diffusion bonding layer is formed at the interface between the lid 6 and the bonding metal member 5. In this case, it is possible to lower the melting temperature to the temperature of the brazing material by sticking a brazing material sheet made of silver and copper on the surface of the lid 6 on the joining side.

尚、電解質が常温で液体状の溶媒や支持塩からなり、リッド6を封止する前に電解質を充填する工程を採用する場合は、液体がリッド6と接合金属部材5の界面に存在する場所が有得る。このような場合でも、シーム溶接を用いた接合は可能である。シーム溶接は、ローラー電極を使用するものでも、レーザーの走査照射を用いるものでもかまわない。前記界面に液体が存在しても気密な溶接が可能となるのは、界面に存在する液体は、溶接時に近傍の温度が急激に上昇するので蒸発して飛散することによるものと考えられる。   When the electrolyte is made of a liquid solvent or a supporting salt at room temperature and the electrolyte is filled before sealing the lid 6, the place where the liquid exists at the interface between the lid 6 and the bonding metal member 5. There can be. Even in such a case, joining using seam welding is possible. Seam welding may be performed using a roller electrode or using laser scanning irradiation. The reason why airtight welding is possible even if liquid exists at the interface is considered to be that the liquid present at the interface evaporates and scatters because the temperature in the vicinity of the liquid increases rapidly during welding.

続いて、発明の変形例について説明する。まず、ベース内端子の構造に関する変形例を述べる。
図4は本発明の変形例を示す図である。図4(a)は本変形例の断面を示す図である。図4(b)は本変形例の配線パターンを示す図で、ベタ状の配線パターンの例を示す図である。図4(c)は本変形例の別の配線パターンの例を表す。図4(a)に示す電気化学セルでは、ベース内端子3をベースの内面側から外面側に直接貫通させたものではなく、ベース内端子3をベースの底面部を構成する2枚の板であるベース底面構成板1d(第二ベース)とベース底面構成板1e(第一ベース)との界面で止めた構造になっている。この界面には、配線パターン10が設けられている。配線パターン10は、ベース内端子3と接続し、水平に延出して外面に露出し、更に接続端子4に接続した構成である。
Then, the modification of invention is demonstrated. First, the modification regarding the structure of the terminal in a base is described.
FIG. 4 is a diagram showing a modification of the present invention. FIG. 4A is a diagram showing a cross section of this modification. FIG. 4B is a diagram showing a wiring pattern of this modification, and is a diagram showing an example of a solid wiring pattern. FIG. 4C shows another example of the wiring pattern of this modification. In the electrochemical cell shown in FIG. 4A, the base inner terminal 3 is not directly penetrated from the inner surface side to the outer surface side of the base, but the base inner terminal 3 is composed of two plates constituting the bottom surface portion of the base. It has a structure that is stopped at an interface between a certain base bottom surface configuration plate 1d (second base) and a base bottom surface configuration plate 1e (first base). A wiring pattern 10 is provided at this interface. The wiring pattern 10 is connected to the base inner terminal 3, extends horizontally and exposed to the outer surface, and is further connected to the connection terminal 4.

パッド膜2は、前述したものと同様に、アルミニウム膜が5μmから100μmの厚みで形成されたものである。セル7に接続する一対のセルリード8は、パッド膜2に溶接で接続されている。また、電解質が充填された後、ベース1とリッド6は気密に封止され、外装容器を構成している。   The pad film 2 is formed by forming an aluminum film with a thickness of 5 μm to 100 μm in the same manner as described above. A pair of cell leads 8 connected to the cell 7 is connected to the pad film 2 by welding. In addition, after the electrolyte is filled, the base 1 and the lid 6 are hermetically sealed to form an exterior container.

図4(b)に示すように、下側のセラミック板1eの界面には、ベース内端子3に接続するタングステン等の金属膜からなる配線パターン10が、斜線で示すようにベタ状に広い面積で設けられている。そして、セラミック板のベース底面構成板1eの長辺側の端部に水平に引き出され、側面まで延長されている。そして、その延長部が接続電極4に接続されている。このようなベタ状の配線パターンにしているので、配線パターンの持つ抵抗値を低く抑えることができる。   4B, at the interface of the lower ceramic plate 1e, the wiring pattern 10 made of a metal film such as tungsten connected to the terminal 3 in the base has a wide area as shown by hatching. Is provided. And it is pulled out horizontally by the edge part of the long side of the base bottom face structure board 1e of a ceramic board, and is extended to the side surface. The extension portion is connected to the connection electrode 4. Since such a solid wiring pattern is used, the resistance value of the wiring pattern can be kept low.

一方、図4(c)は、幅dの直線の配線パターン10aが、ベース内端子3に対応する各ポイントから、外側に延出したものである。このように、配線パターンはベタ状に限定されない。ただし、この場合には、配線パターン10aの持つ抵抗値は、先の図4(b)に比較して高くなる。そのため、ベース内端子の数と、幅dと、長さ(L1とL2)と、配線パターンのシート抵抗値を勘案して、配線パターンを決定する必要がある。   On the other hand, in FIG. 4C, a straight wiring pattern 10a having a width d is extended outward from each point corresponding to the terminal 3 in the base. Thus, the wiring pattern is not limited to a solid shape. However, in this case, the resistance value of the wiring pattern 10a is higher than that in FIG. Therefore, it is necessary to determine the wiring pattern in consideration of the number of terminals in the base, the width d, the length (L1 and L2), and the sheet resistance value of the wiring pattern.

上記の配線抵抗値の例を以下に説明する。例えば、dとL1、L2をそれぞれ0.2mm、3mm、2mmとし、配線パターン10aのシート抵抗値を10mΩとする。この数値は、約10μmの厚みのタングステン膜のシート抵抗値の代表的な値である。長さL1の部分の配線パターンの抵抗値は、10mΩ×(3mm/0.2mm)=150mΩとなる。長さ2mmの配線パターンの抵抗値は、同様な計算で、100mΩと算出される。図では、4本の配線パターンが設けられているので、これら4本の配線パターンの並列抵抗値を計算すると30mΩとなる。正極及び負極とも同じ配線パターンを用いているので、この配線パターンの持つ概略の抵抗値は60mΩと見積もられる。   An example of the wiring resistance value will be described below. For example, d, L1, and L2 are 0.2 mm, 3 mm, and 2 mm, respectively, and the sheet resistance value of the wiring pattern 10a is 10 mΩ. This value is a typical value of the sheet resistance value of a tungsten film having a thickness of about 10 μm. The resistance value of the wiring pattern in the length L1 portion is 10 mΩ × (3 mm / 0.2 mm) = 150 mΩ. The resistance value of the wiring pattern having a length of 2 mm is calculated as 100 mΩ by the same calculation. In the figure, since four wiring patterns are provided, the parallel resistance value of these four wiring patterns is calculated to be 30 mΩ. Since the same wiring pattern is used for both the positive electrode and the negative electrode, the approximate resistance value of this wiring pattern is estimated to be 60 mΩ.

配線パターンの幅dを更に太くして0.4mmとすると、同様な計算で、4本の配線パターンの並列抵抗値は15mΩと算出されるので、dの値に0.2mmを用いた場合に比較して半分に低減できる。同様にして、dの値を0.6mmとすれば、配線パターンの並列抵抗値は10mΩであり、dの値を0.8mmまで広げれば配線パターンの並列抵抗値は7.5mΩとなる。このように、dの値を調節して、十分に低い値が実現できることが分かる。ただし、外装容器の配線抵抗値としては、上記の配線パターンの抵抗値に加えて、側面の領域の配線抵抗値と接続端子の配線抵抗値を合計した値になる。   When the width d of the wiring pattern is further increased to 0.4 mm, the parallel resistance value of the four wiring patterns is calculated to be 15 mΩ by the same calculation. Therefore, when 0.2 mm is used as the value of d, Compared to half, it can be reduced. Similarly, if the value of d is 0.6 mm, the parallel resistance value of the wiring pattern is 10 mΩ, and if the value of d is increased to 0.8 mm, the parallel resistance value of the wiring pattern is 7.5 mΩ. Thus, it can be seen that a sufficiently low value can be realized by adjusting the value of d. However, the wiring resistance value of the exterior container is a total value of the wiring resistance value of the side region and the wiring resistance value of the connection terminal in addition to the resistance value of the wiring pattern.

本変形例が示すように、充填貫通電極3は、ベースの上側面と外側面を直接に貫通した構造でなくても良く、適切な抵抗値を持つ配線パターン10及び10aと組み合わせることで、本発明の目的とする大電流放電用途に用いることができる。   As shown in the present modification, the filling through electrode 3 does not have to have a structure that directly penetrates the upper side surface and the outer side surface of the base, and is combined with the wiring patterns 10 and 10a having appropriate resistance values. The present invention can be used for high current discharge purposes.

続いて、ベースの底面と側壁に貫通領域を設けた例を図5に基づいて説明する。図5(a)は、本変形例の電気化学セルの断面図である。また、図5(b)は、本変形例のベースを説明する模式図であり、リッド接続用金属層5は省いてある。また、図5(a)に示した保護膜11も省略してある。この保護膜11に関しては、後述する。   Next, an example in which through regions are provided on the bottom and side walls of the base will be described with reference to FIG. FIG. 5A is a cross-sectional view of the electrochemical cell of this modification. FIG. 5B is a schematic diagram for explaining the base of this modification, and the lid connecting metal layer 5 is omitted. Further, the protective film 11 shown in FIG. The protective film 11 will be described later.

ベース1のベース内側面1aに集電体として機能するベタ状の配線パターン10が設けられ、その上にパッド膜2が設けられている。配線パターン10はタングステン等の高融点金属からなる。また、配線パターン10はベース1の内側面で水平に延出して、ベース1の底面と側壁の間を貫通して側面に露出し、ベース1の側面から更に接続端子4に接続する構成をなしている。図5(a)では、パッド膜2が正負の両極に設けられているが、少なくとも正極に対応する配線パターン10の上に形成されれば良い。   A solid wiring pattern 10 functioning as a current collector is provided on the base inner surface 1a of the base 1, and a pad film 2 is provided thereon. The wiring pattern 10 is made of a refractory metal such as tungsten. Further, the wiring pattern 10 extends horizontally on the inner side surface of the base 1, penetrates between the bottom surface and the side wall of the base 1, is exposed to the side surface, and is further connected to the connection terminal 4 from the side surface of the base 1. ing. In FIG. 5A, the pad film 2 is provided on both the positive and negative electrodes, but may be formed on at least the wiring pattern 10 corresponding to the positive electrode.

セル7に接続するセルリード8は、長さL3とL4の配線パターン10と、長さL5の配線パターンの側面部(符番10bで示した)の合計の長さのパターンを経由して接続端子4に接続されている。そのため、配線抵抗値において、配線パターン10及び10bの長さの合計値が問題となる。ここで、L4は、ベースの側壁の厚みに相当する長さである。以下に、配線パターン10及び10bの持つ配線抵抗値の概略例を示す。   The cell lead 8 connected to the cell 7 is connected to the connection terminal via the pattern of the total length of the wiring pattern 10 of length L3 and L4 and the side surface portion (indicated by reference numeral 10b) of the wiring pattern of length L5. 4 is connected. Therefore, in the wiring resistance value, the total length of the wiring patterns 10 and 10b becomes a problem. Here, L4 is a length corresponding to the thickness of the side wall of the base. Below, the rough example of the wiring resistance value which the wiring patterns 10 and 10b have is shown.

数値例として、L3、L4、L5の値としてそれぞれ3.4mm、0.8mm、0.5mmとする。この寸法は、後の実施例1で示す長辺が10mm、短辺が5mm、高さが3mmの直方体からなるセラミックパッケージを想定した数値である。即ち、L4の値は、側壁の厚みであり、L5の値はベース底面の厚みである。また、L3の値は、正極と負極の2つのパッド膜を並べて配置しても蒸着法において2つを十分に分離できるように考慮した値であり、L4との加算値が長辺の半分の長さよりも小さいが出来るだけ近い数値を選択してある。2つのシート抵抗値としてニッケルと金メッキが施されたタングステン膜のパターン部(L3とL5)を5mΩ、タングステンのみの膜となるL4では10mΩとする。また、配線パターンの幅d2は、3.0mmとする。ここで、d2の数値は、短辺の長さ5mmから2つの側壁の厚み1.6mmを差し引いた値である3.4mm(ベースの内底面の短辺)に近い数値を採用して、以下に示すように配線パターンの配線抵抗値を抑えている。   As numerical examples, the values of L3, L4, and L5 are 3.4 mm, 0.8 mm, and 0.5 mm, respectively. This dimension is a numerical value assuming a ceramic package made of a rectangular parallelepiped having a long side of 10 mm, a short side of 5 mm, and a height of 3 mm shown in Example 1 later. That is, the value of L4 is the thickness of the side wall, and the value of L5 is the thickness of the base bottom. In addition, the value of L3 is a value that is considered so that the two can be sufficiently separated in the vapor deposition method even if the two pad films of the positive electrode and the negative electrode are arranged side by side, and the added value with L4 is half of the long side A value that is smaller than the length but as close as possible is selected. The pattern portions (L3 and L5) of the tungsten film plated with nickel and gold as the two sheet resistance values are 5 mΩ, and 10 mΩ for L4 which is a tungsten-only film. Further, the width d2 of the wiring pattern is set to 3.0 mm. Here, the numerical value of d2 adopts a numerical value close to 3.4 mm (the short side of the inner bottom surface of the base), which is a value obtained by subtracting 1.6 mm of the thickness of the two side walls from the short side length of 5 mm, As shown, the wiring resistance value of the wiring pattern is suppressed.

L3の部分は、配線抵抗値はその中心からの距離で計算するものとすると、長さは半分の1.7mmとなるから、配線抵抗値は、5mΩ×(1.7mm/3mm)=2.83mΩ、即ち2.9mΩである。同様の計算から、L4の部分は2.7mΩ、側面の10bにあたるL5の部分は0.9mΩであり、合計値として約6.5mΩである。正極では、アルミニウムからなるパッド膜を形成するので、上記のL3の部分の配線抵抗値は2.9mΩからさらに低減することになる。   In the portion L3, if the wiring resistance value is calculated by the distance from the center, the length is 1.7 mm, which is half of the length, so the wiring resistance value is 5 mΩ × (1.7 mm / 3 mm) = 2. 83 mΩ, or 2.9 mΩ. From the same calculation, the L4 portion is 2.7 mΩ, the L5 portion corresponding to the side surface 10b is 0.9 mΩ, and the total value is about 6.5 mΩ. In the positive electrode, since a pad film made of aluminum is formed, the wiring resistance value of the L3 portion is further reduced from 2.9 mΩ.

配線抵抗値が正極及び負極を合わせて約13mΩで、片側の極の接続抵抗値が1mΩ以下であれば、表2で説明した様に、単独の電気化学セルでは、1.75Aの放電電流においても、初期の電圧降下は0.3V以下である。同様に、表3に示すように配線抵抗値は14mΩより小さいから、2直列に接続した場合には0.90Aの放電電流においても初期の電圧降下は0.3V以下である。また、表4によれば、配線抵抗値は14mΩよりも小さいから、3直列にしても、0.60Aの放電電流で初期の電圧降下が0.3V以下である。即ち、本変形例は、大電流放電用途に用いることが可能である。   If the wiring resistance value is about 13 mΩ in total for the positive electrode and the negative electrode and the connection resistance value on one side of the electrode is 1 mΩ or less, as described in Table 2, a single electrochemical cell has a discharge current of 1.75 A. However, the initial voltage drop is 0.3V or less. Similarly, as shown in Table 3, since the wiring resistance value is smaller than 14 mΩ, the initial voltage drop is 0.3 V or less even at a discharge current of 0.90 A when two are connected in series. Further, according to Table 4, since the wiring resistance value is smaller than 14 mΩ, the initial voltage drop is 0.3 V or less at a discharge current of 0.60 A even when three series are connected. That is, this modification can be used for large current discharge applications.

次に保護膜11に関して述べる。集電体として機能する配線パターン10の内面側が電解質と接触しないように、本変形例では、図5(c)または図5(d)に示す様に保護膜が設けられている。図5(c)では、パッド膜2がベース側壁内側面1fにまで延長されて成膜されている(符番2aで示す)。ベース側壁内側面まで成膜することで、ベースのベース内側面1aと側壁内側面1fの境界付近のパッド膜2が薄くなることを防ぐことができる。従って、図5(c)では、2aの部分と2aの近傍領域を保護膜11とする。これによって、配線パターン10はその全面を前述した適切な厚みのパッド膜2で被覆することが可能となり、従って配線パターン10の電解腐食を防止することが出来る。   Next, the protective film 11 will be described. In the present modification, a protective film is provided as shown in FIG. 5C or FIG. 5D so that the inner surface side of the wiring pattern 10 functioning as a current collector does not contact the electrolyte. In FIG. 5C, the pad film 2 is formed to extend to the inner side surface 1f of the base side wall (indicated by reference numeral 2a). By forming the film up to the inner side surface of the base side wall, it is possible to prevent the pad film 2 near the boundary between the base inner side surface 1a and the side wall inner side surface 1f of the base from becoming thin. Therefore, in FIG. 5C, the portion 2a and the vicinity region of 2a are used as the protective film 11. As a result, the entire surface of the wiring pattern 10 can be covered with the pad film 2 having the appropriate thickness described above, and therefore, the electrolytic corrosion of the wiring pattern 10 can be prevented.

図5(d)は、パッド膜2とは別材料の膜を保護膜11として用い、配線パターン10の内面側を被覆して、配線パターン10が電解質と接触することを防いでいる。ここで保護膜11は、配線パターン10の表面及びベース材料との密着性、耐電解質特性、電解質の非浸透性、基板への実装時の温度特性、成膜や塗布等の容易さ、硬化温度等を勘案して決定される。また、保護膜11は、1層に限定されることなく、複数の膜がコートされた多層膜であってもよい。保護膜11としては、無機コーティング材、ブチル系ゴム、ポリイミド、ポリアミドイミドベースの耐熱樹脂等、エポキシ系紫外線硬化型樹脂等を用いることができる。硬化温度については、エポキシ系紫外線硬化形樹脂などは約100℃、無機コーティング材では約120〜150℃、ポリアミドイミドやポリイミドは約230℃〜270℃である。このように、保護膜11の硬化温度はアルミニウムの融点よりも低い。そのため、アルミニウムからなるパッド膜2を形成した後に保護膜11を塗布してもパッド膜2に影響を与えることはない。   In FIG. 5D, a film made of a material different from that of the pad film 2 is used as the protective film 11, and the inner surface side of the wiring pattern 10 is covered to prevent the wiring pattern 10 from coming into contact with the electrolyte. Here, the protective film 11 includes adhesion to the surface of the wiring pattern 10 and the base material, electrolyte resistance, electrolyte non-permeability, temperature characteristics when mounted on a substrate, ease of film formation and application, curing temperature, and the like. It is decided in consideration of Further, the protective film 11 is not limited to a single layer, and may be a multilayer film coated with a plurality of films. As the protective film 11, an inorganic coating material, butyl rubber, polyimide, polyamideimide-based heat-resistant resin, epoxy ultraviolet curable resin, or the like can be used. The curing temperature is about 100 ° C. for epoxy ultraviolet curable resins, about 120 to 150 ° C. for inorganic coating materials, and about 230 to 270 ° C. for polyamideimide and polyimide. Thus, the curing temperature of the protective film 11 is lower than the melting point of aluminum. Therefore, even if the protective film 11 is applied after the pad film 2 made of aluminum is formed, the pad film 2 is not affected.

以上より、本変形例においても、配線抵抗値を十分に低い値に抑えることが出来る。また、保護膜11により集電体として機能する配線パターン10が電解質に露出することがないので、本発明の目的とする大電流放電用途に安定して用いることが可能である。   As described above, also in this modification, the wiring resistance value can be suppressed to a sufficiently low value. Further, since the wiring pattern 10 functioning as a current collector is not exposed to the electrolyte by the protective film 11, it can be stably used for the purpose of the large current discharge intended by the present invention.

続いて、更なる変形例について図6に基づいて説明する。図6(a)の電気化学セルは、セラミックスの平板からなるベース1と、凹状の形状からなる金属製のリッド6aを外装容器としたものであり、断面図を示している。容器の内部には、前述の発明と同様に、セル7と、一対のセルリード8と、一対のパッド膜2と、ベース内端子3と電解質とが収納され、セルリード8とパッド膜2とは溶接により接続されたものである。   Subsequently, a further modification will be described with reference to FIG. The electrochemical cell shown in FIG. 6A includes a base 1 made of a ceramic flat plate and a metal lid 6a having a concave shape as an outer container, and shows a cross-sectional view. As in the above-described invention, the cell 7, the pair of cell leads 8, the pair of pad films 2, the base terminal 3 and the electrolyte are accommodated inside the container, and the cell leads 8 and the pad film 2 are welded. It is connected by.

図6(a)に示すように、リッド6aは、セル7等を覆うように、その開口部をベース1の周囲に設けられた接合金属部材5に当接させて溶接されている。この溶接には、レーザーによるシーム溶接が好ましい。また、シーム溶接を行う際は、図6(a)矢印方向から走査照射される。ローラー電極を用いた抵抗シーム溶接では、ローラー電極がリッド6aの段差に接触しやすく、ローラー電極を接合部に適切に当接させることが難しくなる。   As shown in FIG. 6A, the lid 6 a is welded so that the opening is brought into contact with the bonding metal member 5 provided around the base 1 so as to cover the cell 7 and the like. For this welding, laser seam welding is preferred. Further, when performing seam welding, scanning irradiation is performed from the direction of the arrow in FIG. In resistance seam welding using a roller electrode, the roller electrode tends to come into contact with the step of the lid 6a, and it becomes difficult to make the roller electrode properly contact the joint.

リッド6aでは、リッド6aの底面部に小孔を設けている。これは、ベース1とリッド6aを溶接した後に、電解質をこの小孔から充填し、その後に封止栓6bを用いて気密に封止できるように意図されたものである。これにより、ベース接合用金属層5とリッド6aの接合面との間に電解質が存在することによる、封止作業の能率低下を防ぐことができる。ベース1の内側面に形成されるパッド膜2の材料やその厚みの範囲、ベース内端子3の構造やその個数、セルリード8とパッド膜2との接合手段は、前述と同様であるので記載を省略する。   In the lid 6a, a small hole is provided in the bottom surface of the lid 6a. This is intended so that after the base 1 and the lid 6a are welded, the electrolyte can be filled from the small holes, and then hermetically sealed using the sealing plug 6b. Thereby, the efficiency fall of the sealing operation | work by the electrolyte existing between the metal layer 5 for base joining and the joint surface of the lid 6a can be prevented. The material and the range of the thickness of the pad film 2 formed on the inner surface of the base 1, the structure and number of the terminals in the base 3, and the means for joining the cell leads 8 and the pad film 2 are the same as described above, so that description is made. Omitted.

図6(b)に示す電気化学セルは、図6(a)と同様の構成であるが、平板状のベース1の周囲に配置される接合金属部材5が、ベースに設けられたステップにはめ込まれていて、接合金属部材5とベース内側面との高さの差が十分に小さく抑えられている。これにより、リッド6aを逆さまにした状態で電解質を充填した後に、セル7をリッド6aの中に配置しても、リッド6aから溢れ出る電解質量を少なくできる。従って、図6(b)の構成にすることによって、電解質が充填された状態でもベース1とリッド6aとの溶接を容易に行うことが出来る。そのため、図6(a)に示したようなリッド6aの小孔は不要で、封止栓6bによる封止工程も省略できる。   The electrochemical cell shown in FIG. 6 (b) has the same configuration as that of FIG. 6 (a), but the joining metal member 5 arranged around the flat base 1 is fitted into the step provided on the base. Therefore, the difference in height between the bonding metal member 5 and the inner side surface of the base is sufficiently small. Thereby, even if the cell 7 is arranged in the lid 6a after filling the electrolyte with the lid 6a turned upside down, the electrolytic mass overflowing from the lid 6a can be reduced. Therefore, with the configuration shown in FIG. 6B, the base 1 and the lid 6a can be easily welded even when the electrolyte is filled. Therefore, the small hole of the lid 6a as shown in FIG. 6A is unnecessary, and the sealing step by the sealing plug 6b can be omitted.

続いて、別の変形例について図7を用いて説明する。図7(a)に、本変形例で用いるベースを示した。本変形例では、ベース1が、セラミックス製の平板と、平板に接合された金属製の筒状の側面12から構成されており、これによって凹状の容器を成している。ベースのベース内側面1aには、ベースの外側面に直接貫通するベース内端子3が設けられ、その上にパッド膜2が一対配置されている。金属製の金属側壁12は、熱膨張率がベースの平板とマッチングするように選択され、平板にロウ材で接合されている。一方、反対側の開口部は、リッド6の接合面を形成している。本変形例では、リッド6を封止するための接合金属部材5は不要であり、金属側壁12それ自体が接合金属部材5の役割も果たしている。そのため、少なくともリッド6と接合する面には、ニッケルと金のメッキ膜が施されており、リッド6は、メッキ面に当接されて、抵抗シーム溶接やレーザーシーム溶接を用いて接合が可能なように構成されている。   Next, another modification will be described with reference to FIG. FIG. 7A shows a base used in this modification. In this modification, the base 1 is composed of a ceramic flat plate and a metal cylindrical side surface 12 joined to the flat plate, thereby forming a concave container. The base inner side surface 1a is provided with base inner terminals 3 that directly penetrate the outer side surface of the base, and a pair of pad films 2 are disposed thereon. The metal metal side wall 12 is selected so that the thermal expansion coefficient matches the flat plate of the base, and is bonded to the flat plate with a brazing material. On the other hand, the opening on the opposite side forms a joint surface of the lid 6. In this modification, the joining metal member 5 for sealing the lid 6 is not necessary, and the metal side wall 12 itself also plays the role of the joining metal member 5. Therefore, at least the surface to be joined to the lid 6 is provided with a nickel and gold plating film, and the lid 6 is brought into contact with the plated surface and can be joined by resistance seam welding or laser seam welding. It is configured as follows.

図7(b)は、ベースを用いた電気化学セルの断面図を示す。セル7に接続する一対のセルリード8が溶接手段でパッド膜2に接続され、ベース内端子3によって、接続端子4に接続されている。容器内には、図示しない電解質が充填されて、リッド6により気密に封止されている。パッド膜の材質やその厚みは前述と同様である。金属側壁12は、金属製であるので、様々な形状に加工することが可能である。またその形状は、角、トラック形状、楕円、円等の選択が可能である。特に、規格品の中空パイプを任意の長さで切断して用いると、電気化学セルの高さが自由に決定することができる上、製造コストの低減を図ることができる。   FIG.7 (b) shows sectional drawing of the electrochemical cell using a base. A pair of cell leads 8 connected to the cell 7 are connected to the pad film 2 by welding means, and connected to the connection terminal 4 by the terminal 3 in the base. The container is filled with an electrolyte (not shown) and hermetically sealed with a lid 6. The material and thickness of the pad film are the same as described above. Since the metal side wall 12 is made of metal, it can be processed into various shapes. As the shape, a corner, a track shape, an ellipse, a circle, or the like can be selected. Particularly, when a standard hollow pipe is cut and used with an arbitrary length, the height of the electrochemical cell can be determined freely, and the manufacturing cost can be reduced.

図7(c)に示す電気化学セルでは、図7(b)と同様に金属製の金属側壁12を用いているが、パッド膜2は正極側にのみに限った例である。正極側のリード8bはパッド膜2に接続される一方で、負極側のセルリード8cは、金属製の金属側壁12の内側に溶接で接続されている。更に、負極に対応する接続端子4は、金属側壁と電気的に接続するように構成されている。これにより、金属側壁12が金属製で、かつ電流の流れる経路が大きいので、負極側の配線抵抗値は低く抑えられる。従って、本発明の電気化学セルも大電流放電が可能となる。   In the electrochemical cell shown in FIG. 7C, the metal side wall 12 made of metal is used as in FIG. 7B, but the pad film 2 is an example limited to only the positive electrode side. The positive lead 8b is connected to the pad film 2, while the negative cell lead 8c is connected to the inside of the metal side wall 12 by welding. Further, the connection terminal 4 corresponding to the negative electrode is configured to be electrically connected to the metal side wall. Thereby, since the metal side wall 12 is made of metal and a path through which a current flows is large, the wiring resistance value on the negative electrode side can be kept low. Therefore, the electrochemical cell of the present invention can also discharge a large current.

続いて、更に別の変形例について図8を用いて説明する。図8は、電気化学セルの断面を示すもので、セラミックからなる凹状の容器1の内底面1aには、前述と同様にアルミニウム膜からなるパッド膜2が設けられ、ベース内端子3によって接続端子4に接続された構成をなす。本変形例では、パッド膜は1つだけ設けられ、巻回法や積層法などによって構成されたセル7に接続する一対のセルリード8のうち、正極側8bがパッド膜に超音波溶接で接続されて、十分に低い接続抵抗値を実現している。   Next, still another modification will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows a cross section of the electrochemical cell. On the inner bottom surface 1a of the concave container 1 made of ceramic, a pad film 2 made of an aluminum film is provided in the same manner as described above. 4 is connected. In this modification, only one pad film is provided, and the positive electrode side 8b of the pair of cell leads 8 connected to the cell 7 configured by a winding method or a lamination method is connected to the pad film by ultrasonic welding. Thus, a sufficiently low connection resistance value is realized.

一方、負極側のセルリード8cはリッド6の内面側に接続された構造を有している。負極側のセルリード8cの材質がそれぞれアルミニウム、銅、またはニッケルの薄板や箔からなる場合であっても、金属製のリッド6に超音波溶接、レーザースポット溶接、抵抗スポット溶接、アーク溶接などの周知の溶接法で接続することが可能である。従って、負極側も接続抵抗値を十分低く抑えることが可能である。   On the other hand, the cell lead 8 c on the negative electrode side has a structure connected to the inner surface side of the lid 6. Even if the material of the cell lead 8c on the negative electrode side is made of a thin plate or foil of aluminum, copper, or nickel, the metal lid 6 is well-known such as ultrasonic welding, laser spot welding, resistance spot welding, arc welding, etc. It is possible to connect by the welding method. Therefore, the connection resistance value can be kept sufficiently low also on the negative electrode side.

負極側の接続端子は容器底面1bから側面に沿って接合金属部材5に延設されており、リッド6と電気的に接続される。延設される部分を延設部4bとした。延設部4bの導体の長さ、幅と厚みを調整することによって延設部の直流抵抗値を低く抑えることができるので、負極側の配線抵抗値を大きく増大させることなく構成できる。   The connection terminal on the negative electrode side extends from the container bottom surface 1 b along the side surface to the bonding metal member 5 and is electrically connected to the lid 6. The extended part was made into the extended part 4b. By adjusting the length, width, and thickness of the conductor of the extended portion 4b, the DC resistance value of the extended portion can be kept low, so that the wiring resistance value on the negative electrode side can be configured without greatly increasing.

容器1内には図示しない電解質が充填され、リッド6が接合金属部材5に溶接されて気密容器をなす。リチウムイオン.二次電池では負極の集電体材料として銅箔、セルリードとしてはニッケルの薄板が慣用されるが、本変形例を適用することが可能である。従って、高い気密特性を持つ高信頼の小型、薄型のリチウムイオン.二次電池を製造することが出来る。   The container 1 is filled with an electrolyte (not shown), and the lid 6 is welded to the joining metal member 5 to form an airtight container. In a lithium ion secondary battery, a copper foil is commonly used as a negative electrode current collector material, and a nickel thin plate is commonly used as a cell lead. However, this modification can be applied. Therefore, a highly reliable small and thin lithium ion secondary battery having high airtightness can be manufactured.

尚、延設部は本変形例では容器の外側に設けた。リッド6と接続端子4の接続はこれに限ることなく、接合金属部材5の下部に孔を設けて、内面に導体材料を形成して接続端子4に接続する構造とすることも容易である。   In this modification, the extending portion is provided outside the container. The connection between the lid 6 and the connection terminal 4 is not limited to this, and a structure in which a hole is provided in the lower portion of the bonding metal member 5 and a conductor material is formed on the inner surface to connect to the connection terminal 4 is easy.

(実施例1)
次に、図9に示す電気二重層キャパシタの製造フローを参照しながら、実施例1について説明する。まず、外装容器として、図1(a)及び(b)に示す凹状の形状をなすベース1と、リッド6を準備した。ベース1は、長辺が10mm、短辺が5mm、高さが2.85mmであり、ベース1の底辺の厚みは0.5mmである。材料としては、セラミックスで電子部品のパッケージを製造する時の標準的な材料を用いた。材料の抗折強度は400MPa、ヤング率は310GPaである。パッド膜2が形成される領域には、タングステンを充填し、その表面をニッケルと金でメッキした内径0.2mmのベース内端子3を、ベースの内側面と外側面を直接貫通するように、それぞれ4個設けた。ベース外側面1bには、一対の接続端子4が配置され、ベース内端子3に接続している。接続端子にはニッケルを下地とした金メッキが施されている(S10)。
Example 1
Next, Example 1 will be described with reference to the manufacturing flow of the electric double layer capacitor shown in FIG. First, a base 1 having a concave shape shown in FIGS. 1A and 1B and a lid 6 were prepared as exterior containers. The base 1 has a long side of 10 mm, a short side of 5 mm, and a height of 2.85 mm, and the base 1 has a bottom thickness of 0.5 mm. As a material, a standard material used for manufacturing an electronic component package with ceramics was used. The bending strength of the material is 400 MPa and the Young's modulus is 310 GPa. The region where the pad film 2 is formed is filled with tungsten and the surface thereof is plated with nickel and gold, and the base inner terminal 3 having an inner diameter of 0.2 mm is directly penetrated through the inner side surface and the outer side surface of the base. Four each were provided. A pair of connection terminals 4 are arranged on the base outer surface 1 b and are connected to the base inner terminals 3. The connection terminal is gold-plated with nickel as a base (S10).

次に、ベース内側面1aには、アルミニウムの蒸着膜からなる一対のパッド膜2を形成した。パッド膜2の寸法は、長辺2.4mm、短辺2mmで厚みは約25μmである(S11)。
一方、リッド6は、厚み0.15mmのコバール板を準備し、表面を電解ニッケルメッキした(S20)。
Next, a pair of pad films 2 made of an aluminum vapor deposition film was formed on the base inner surface 1a. The dimensions of the pad film 2 are a long side of 2.4 mm, a short side of 2 mm, and a thickness of about 25 μm (S11).
On the other hand, for the lid 6, a Kovar plate having a thickness of 0.15 mm was prepared, and the surface was subjected to electrolytic nickel plating (S20).

続いてセル7の準備をする。20μmの厚みを持つアルミニウムからなる金属集電体に活性炭、導電補助材、バインダ及び増粘材からなる活物質を塗工法によりコーティングしてシート電極とした(S30)。適当な長さに切断した後、金属集電体の一端に、厚みが80μmで幅が2mm、長さ8mmのアルミニウムの薄板を超音波溶接で取り付けてセルリード8とした(S31)。セルリード8が溶接された正負一対のシート状の電極に、ポリテトラフルオロエチレンからなるセパレータを挟持させた後、巻芯を入れて、トラック状に巻回した。その後、巻芯を取り出し、隙間を軽くつぶして巻回電極とした(S32)。   Subsequently, the cell 7 is prepared. A metal current collector made of aluminum having a thickness of 20 μm was coated with an active material made of activated carbon, a conductive auxiliary material, a binder and a thickener by a coating method to obtain a sheet electrode (S30). After cutting to an appropriate length, an aluminum thin plate having a thickness of 80 μm, a width of 2 mm, and a length of 8 mm was attached to one end of the metal current collector by ultrasonic welding to form a cell lead 8 (S31). A separator made of polytetrafluoroethylene was sandwiched between a pair of positive and negative sheet-like electrodes to which the cell leads 8 were welded, and then a core was inserted and wound into a track shape. Thereafter, the winding core was taken out and the gap was lightly crushed to obtain a wound electrode (S32).

続いて、超音波溶接を行う。先に準備したベース1のパッド膜2の表面に、セルリード8を密着させて位置決めした。超音波溶接は、セルリードを片方ずつ行った(S33)。超音波溶機の発振周波数は40KHzで行った。溶接ホーンは鉄製であり、同じ材料からなる超音波溶接用チップ9はホーンの先端に一体型に設けられている。超音波溶接用チップ9の表面には、2×1.5mmの領域に、0.2mmピッチの千鳥格子状の凹凸パターン(ナール)を設けた。山の高さと谷底の差は0.2mmである。溶接のモードは、溶接中にセルリード8に供給するエネルギーを制御するモードとし、溶接エネルギーの設定値を15Jとし、溶接時間の最大値を60msecとした。超音波溶接用チップ9が、エアー機構によりアルミニムからなるセルリード8の表面に降下した後、セルリード8の表面に食い込んで、セルリード8とパッド膜2の界面の間で振動することにより溶接が行われる。   Subsequently, ultrasonic welding is performed. The cell lead 8 was brought into close contact with the surface of the pad film 2 of the base 1 prepared previously and positioned. The ultrasonic welding was performed for each cell lead (S33). The oscillation frequency of the ultrasonic melter was 40 KHz. The welding horn is made of iron, and an ultrasonic welding tip 9 made of the same material is integrally provided at the tip of the horn. On the surface of the ultrasonic welding tip 9, a 0.2 mm pitch staggered concavo-convex pattern (Nar) was provided in a 2 × 1.5 mm region. The difference between the height of the mountain and the bottom of the valley is 0.2 mm. The welding mode was a mode for controlling the energy supplied to the cell lead 8 during welding, the welding energy set value was 15 J, and the maximum welding time was 60 msec. After the ultrasonic welding tip 9 is lowered onto the surface of the cell lead 8 made of aluminum by the air mechanism, the ultrasonic welding tip 9 bites into the surface of the cell lead 8 and vibrates between the interface between the cell lead 8 and the pad film 2 to perform welding. .

溶接終了後、セルリード8を折りたたむようにしてセル7をベース1の中に収納した。この時に、セルリード8が接合金属部材5に混触しないように注意した(S34)。セルのショートを回避するためである。   After welding, the cell 7 was stored in the base 1 so that the cell lead 8 was folded. At this time, attention was paid so that the cell lead 8 would not come into contact with the bonding metal member 5 (S34). This is to avoid a short circuit of the cell.

次に、セル7が収納されたベース1を、液体の電解質の中に浸漬させ、1時間真空脱泡した。ここで、電解質の支持塩はスピロビピロリジニウムテトラフルオロボレートであり、非水溶媒としてポリカーボネートとエチレンカーボネートの混合液を用いた(S35)。続いて、大気圧に戻して、電解質中からセル7が収納されたベース1を取り出した後に、窒素雰囲気下でリッド6を接合金属部材5に当接し、長辺側の2点の仮溶接を行い、続いて長辺側と短辺側をこの順に連続して抵抗シーム溶接を行い気密に封止した(S36)。このようにして実施例1の電気二重層キャパシタを作製した。   Next, the base 1 in which the cells 7 were stored was immersed in a liquid electrolyte and vacuum degassed for 1 hour. Here, the supporting salt of the electrolyte was spirobipyrrolidinium tetrafluoroborate, and a mixed solution of polycarbonate and ethylene carbonate was used as a non-aqueous solvent (S35). Subsequently, after returning to atmospheric pressure and taking out the base 1 containing the cells 7 from the electrolyte, the lid 6 is brought into contact with the joining metal member 5 in a nitrogen atmosphere, and temporary welding at two points on the long side is performed. Subsequently, resistance seam welding was continuously performed on the long side and the short side in this order, and hermetically sealed (S36). Thus, the electric double layer capacitor of Example 1 was produced.

作製した実施例1の電気二重層キャパシタの電気特性検査を行った(S37)。項目としては等価直列抵抗及び容量の測定を行った。等価直列抵抗は、AC1KHzでの交流抵抗法を用いた。また、容量は、放電法(2V−1V間で測定電流を10mAとした)を用いた。   The electrical characteristic inspection of the produced electric double layer capacitor of Example 1 was performed (S37). Items were measured for equivalent series resistance and capacitance. For the equivalent series resistance, an AC resistance method at AC 1 KHz was used. Moreover, the capacity | capacitance used the discharge method (The measurement current was 10 mA between 2V-1V).

(比較例1)
実施例1と同一の寸法からなるシート電極を用いてセル7を作製した。ここで、セルリードは、材質及び幅と厚みは実施例1と同一であるが、長さは40mmとした。次に、同一の電解質を充填して、アルミラミネートフィルムからなる外装容器に収納した。このようにして比較例のアルミラミネートパッケージを用いた電気二重層キャパシタを作製した。この比較例1は、パッド膜を有さないことから、接続抵抗は実用値である値を示すものである。
(Comparative Example 1)
A cell 7 was produced using a sheet electrode having the same dimensions as in Example 1. Here, the material, width, and thickness of the cell lead were the same as in Example 1, but the length was 40 mm. Next, the same electrolyte was filled and stored in an outer container made of an aluminum laminate film. In this way, an electric double layer capacitor using the aluminum laminate package of the comparative example was produced. Since this comparative example 1 does not have a pad film, the connection resistance shows a practical value.

作製した比較例1の電気二重層キャパシタについて、実施例1と同様に電気特性検査を行った。
実施例1の等価直列抵抗は、310mΩであった。また、容量は170mFであった。比較例1の等価直列抵抗の測定値は、320mΩであった。また、容量は実施例1と略同じ180mFであった。つまり、パッド膜とセルリードの溶接によっても配線抵抗値は実用レベルに低く抑えることができることがわかる。実施例1及び比較例1の等価直列抵抗の値のうち、セルリード8の抵抗値を含む外装容器の抵抗分を比較したものが表5である。
About the produced electrical double layer capacitor of Comparative Example 1, the electrical property inspection was performed in the same manner as in Example 1.
The equivalent series resistance of Example 1 was 310 mΩ. The capacity was 170 mF. The measured value of equivalent series resistance of Comparative Example 1 was 320 mΩ. Further, the capacity was 180 mF which is substantially the same as that of Example 1. That is, it can be seen that the wiring resistance value can be suppressed to a practical level by welding the pad film and the cell lead. Table 5 shows a comparison of the resistance of the outer container including the resistance value of the cell lead 8 among the equivalent series resistance values of Example 1 and Comparative Example 1.

Figure 2013030750
Figure 2013030750

表5で、接続抵抗値等の欄の2.4mΩの数値は、R1セルリード8とパッド膜2の間の接続抵抗値と、以下の3つの配線抵抗値の合計である。3つの配線抵抗値とは、R2パッド膜2自体の抵抗値と、R3ベース内端子3の抵抗値と、R4接続端子4の抵抗値である。R1、R2、R3、R4は図10に示した。接続抵抗値等に示した2.4mΩは、別途に測定サンプルを作製して実測した値である。充電貫通孔3は、前述のように、1つのパッド膜2に対して6個配置しているので、充電貫通孔3の抵抗値R3は、これら6個の貫通孔が寄与した抵抗値となっている。本接続抵抗等の値は、比較例のアルミラミネートパッケージでは、セルリードがそのままパッケージ外に露出して測定器の測定端子に接続される構造であるので、0mΩとしている。尚、数値はいずれも、正極と負極の和である。   In Table 5, the numerical value of 2.4 mΩ in the connection resistance value column is the sum of the connection resistance value between the R1 cell lead 8 and the pad film 2 and the following three wiring resistance values. The three wiring resistance values are the resistance value of the R2 pad film 2 itself, the resistance value of the R3 base inner terminal 3, and the resistance value of the R4 connection terminal 4. R1, R2, R3, and R4 are shown in FIG. The 2.4 mΩ shown in the connection resistance value or the like is a value obtained by actually preparing a measurement sample separately. Since six charging through holes 3 are arranged for one pad film 2 as described above, the resistance value R3 of the charging through hole 3 is a resistance value contributed by these six through holes. ing. The values of this connection resistance and the like are set to 0 mΩ because the cell lead is exposed outside the package as it is and connected to the measuring terminal of the measuring instrument in the aluminum laminate package of the comparative example. All numerical values are the sum of the positive electrode and the negative electrode.

表5の接続抵抗値等の数値は、片側のみの電極で1.2mΩ、両極で2.4mΩであるから、本実施例では、まずR1からR4までのそれぞれの数値が十分に低いことが分かる。そして、セルリードとパッド膜の接続抵抗値は、別途の行った多数個の実験から、パッド膜を構成するアルミニウムの蒸着膜の抵抗率を6.6μΩcmとすると1mΩ以下と算出される。アルミニウムの蒸着膜は、通常、バルクの値(2.75μΩcm)の2.2倍から2.7倍程度とされるので、6.6μΩcmは、2.4倍に相当する値となり、妥当と思われる。   Since the numerical values such as the connection resistance values in Table 5 are 1.2 mΩ for the electrode on only one side and 2.4 mΩ for both electrodes, it can be seen that the numerical values from R1 to R4 are sufficiently low in this embodiment. . The connection resistance value between the cell lead and the pad film is calculated to be 1 mΩ or less when the resistivity of the deposited aluminum film constituting the pad film is 6.6 μΩcm from a number of separate experiments. Since the deposited film of aluminum is usually about 2.2 to 2.7 times the bulk value (2.75 μΩcm), 6.6 μΩcm is equivalent to 2.4 times and seems to be reasonable. It is.

また、ベース内端子3が接続端子4に6個直接接続する構造によって、R1とR2とR3の合計からなる配線抵抗値も十分に低く抑えられている。従って、表5の合計値の欄では、実施例1の合計は、5.2mΩであり、アルミラミネートパッケージの合計値である13.6mΩと同等の値となっている。   Further, the structure in which the six base terminals 3 are directly connected to the connection terminals 4 also suppresses the wiring resistance value composed of the sum of R1, R2 and R3 sufficiently low. Therefore, in the column of the total value in Table 5, the total of Example 1 is 5.2 mΩ, which is a value equivalent to 13.6 mΩ, which is the total value of the aluminum laminate package.

(比較例2)
上記の接続抵抗値を、導電性接着剤を用いた接続手段による場合の接続抵抗値と比較する目的で、実施例1と同一のベース1とアルミニウムの薄板を導電性接着剤を用いて接続し、接続抵抗値を求めた。導電性接着剤の主たる導電性フィラーは、グラファイトとカーボンである。表6に結果を示した。
(Comparative Example 2)
For the purpose of comparing the above connection resistance value with the connection resistance value in the case of connecting means using a conductive adhesive, the same base 1 and aluminum thin plate as in Example 1 were connected using a conductive adhesive. The connection resistance value was obtained. The main conductive fillers of the conductive adhesive are graphite and carbon. Table 6 shows the results.

Figure 2013030750
Figure 2013030750

導電性接着剤D1、D2は、活性炭とカーボンとポリテトラフルオロエチレン粉末を混練してシート状にした電極をアルミニウムやステンレスに接着する場合に慣用されるものである。また、D3は、導電塗料であり、アルミニウムヤステンレスに優れた濡れ性で塗布できるものである。接続面積は約4mm2、硬化温度は150℃で30分とした。 The conductive adhesives D1 and D2 are commonly used when an electrode made by kneading activated carbon, carbon, and polytetrafluoroethylene powder to form a sheet is bonded to aluminum or stainless steel. D3 is a conductive paint, which can be applied to aluminum stainless steel with excellent wettability. The connection area was about 4 mm 2 and the curing temperature was 150 ° C. for 30 minutes.

接続抵抗値は、D3を用いた場合でも9.4Ωであり、D1とD2では10Ωを超えた値であった。このような値では充放電により大幅な電圧降下を生じるので、本発明の目的とする大電流放電には不適当である。実施例1の接続抵抗値は、上記のように1mΩ以下であったから、比較例2の場合と比較して3ケタも低い数値を達成している。表6には、単位面積当り(1cm2)に換算した接続抵抗値が記載されているが、接続面積が1cm2に拡大されても300mΩ以上であり、接続抵抗値としては大きすぎる値である。導電性接着剤を用いた接続は、本発明の目的とする小型の外装容器を用いた電気化学セルには不適当である。つまり、従来方法である導電性接着剤を用いてセルリードとパッド膜を接続した電気化学セルに比べ、セルリードとパッド膜を溶接により接続した本願発明にかかる電気化学セルの接続抵抗値はきわめて低い値となることがわかる。 The connection resistance value was 9.4Ω even when D3 was used, and the value of D1 and D2 exceeded 10Ω. Such a value causes a significant voltage drop due to charging / discharging, and thus is not suitable for the large current discharge intended by the present invention. Since the connection resistance value of Example 1 was 1 mΩ or less as described above, a numerical value as low as 3 digits compared to the case of Comparative Example 2 was achieved. Table 6 shows the connection resistance value converted per unit area (1 cm 2 ), but it is 300 mΩ or more even when the connection area is expanded to 1 cm 2 , which is too large for the connection resistance value. . Connection using a conductive adhesive is unsuitable for an electrochemical cell using a small outer container which is the object of the present invention. That is, the electrochemical cell according to the present invention in which the cell lead and the pad film are connected by welding is extremely low in comparison with the electrochemical cell in which the cell lead and the pad film are connected by using the conventional conductive adhesive. It turns out that it becomes.

続いて、実施例1で作成したサンプルのリフロー処理における熱の影響を検討した。本サンプルを最高温度270℃が数秒印加されるリフロー装置でリフロー処理した後、外装容器外観を光学顕微鏡で綿密に観察した。ベース1にクラックの発生は一切に認められなかった。また、ベース1とリッド6の抵抗シーム溶接部は勿論のこと、ベース下側面の貫通電極開口部近傍においても電解質の漏液はなかった。   Then, the influence of the heat | fever in the reflow process of the sample created in Example 1 was examined. This sample was subjected to a reflow treatment with a reflow apparatus to which a maximum temperature of 270 ° C. was applied for several seconds, and then the outer appearance of the outer container was closely observed with an optical microscope. No cracks were observed in the base 1. In addition to the resistance seam weld between the base 1 and the lid 6, there was no electrolyte leakage near the through-electrode opening on the lower side of the base.

更に、セルリード8とパッド膜2を超音波溶接する条件で、同一部材を別途溶接して、接合界面の断面を光学顕微鏡で観察した。セルリード8とパッド膜2を超音波溶接したサンプルを、樹脂に埋め込んで固形化した後、一方向から徐々に研磨を行い綿密に観察した。この結果、セルリード8の断面には、超音波溶接チップの凹凸が転写されて、チップの凸部が食い込んだ近傍は、パッド膜をなすアルミニウム膜に接合されていることが観察された。また、チップの凹部に当接した近傍は、アルミニウム膜のパッドとは数μmの隙間が観察された。即ち、超音波溶接チップの凹凸に対応した接合ポイントでセルリード8とパッド膜2とが接合した形態であった。そして、パッド膜2の下面にあたるセラミックスの断面には、ベース内端子3が形成された近傍を含めてクラックの発生は認められなかった。   Furthermore, the same member was welded separately under the condition of ultrasonic welding of the cell lead 8 and the pad film 2, and the cross section of the joint interface was observed with an optical microscope. A sample in which the cell lead 8 and the pad film 2 were ultrasonically welded was embedded in a resin and solidified, and then gradually polished from one direction and closely observed. As a result, it was observed that the unevenness of the ultrasonic welding tip was transferred to the cross section of the cell lead 8, and the vicinity where the convex portion of the tip was cut in was joined to the aluminum film forming the pad film. Further, in the vicinity of the contact with the concave portion of the chip, a gap of several μm was observed from the aluminum film pad. That is, the cell lead 8 and the pad film 2 were joined at a joining point corresponding to the unevenness of the ultrasonic welding tip. In the cross section of the ceramic corresponding to the lower surface of the pad film 2, no cracks were observed including the vicinity where the base terminal 3 was formed.

以上より、ベースの内側面から外側面に直接接続するベース内端子の配置により配線抵抗値を低く抑える構造の採用し、セルリード8とパッド膜2を超音波溶接による接続させる構造にしたので、接続抵抗値も十分低く、大電流放電用途の電気化学デバイスを実現することが可能となった。そして、適切な溶接条件を設定することで、ベースに損傷を与えることなく溶接することができるので、信頼性に優れた電気化学セルを製作可能である。   As described above, a structure in which the wiring resistance value is kept low by arranging the terminal in the base that is directly connected from the inner surface to the outer surface of the base, and the cell lead 8 and the pad film 2 are connected by ultrasonic welding. The resistance value is sufficiently low, and it has become possible to realize an electrochemical device for large current discharge. Then, by setting appropriate welding conditions, welding can be performed without damaging the base, so that an electrochemical cell having excellent reliability can be manufactured.

(実施例2)
セルリード8とパッド膜2を接合させる工程を、YAGレーザーによるスポット溶接により実施した。尚、窒素を吹きかけることにより溶接時の接合部の酸化を防止した。
アルミニウムの細板は厚みが80μmで、幅が2mm(実施例1でセルリード8に用いたものと同一)である。セラミック製の凹状容器は、実施例1とは異なり、変形例2で説明した図4(c)に示す構造と同様の構造であり、ベースの途中まで貫通するベース内端子は6個設けてある。ベースの底面の厚みは、実施例1よりも薄い0.3mmであり、ベース内側面にアルミニウムを蒸着法で約25μmの厚みで形成してある。パッド膜の寸法は、3mm×1.3mmの矩形状である。
(Example 2)
The step of joining the cell lead 8 and the pad film 2 was performed by spot welding with a YAG laser. Nitrogen was blown to prevent oxidation at the joint during welding.
The aluminum thin plate has a thickness of 80 μm and a width of 2 mm (the same as that used for the cell lead 8 in Example 1). Unlike the first embodiment, the ceramic-made concave container has the same structure as the structure shown in FIG. 4C described in the second modification, and has six base inner terminals penetrating partway through the base. . The thickness of the bottom surface of the base is 0.3 mm, which is thinner than that of Example 1, and aluminum is formed on the inner side surface of the base with a thickness of about 25 μm by vapor deposition. The dimension of the pad film is a rectangular shape of 3 mm × 1.3 mm.

溶接は次のように行った。まずアルミニウム膜にセルリード8を十分に密着させた。続いて、密着を維持するようにリード8の先端部の4隅の位置を機械的に押さえた後、YAGレーザーで2箇所をスポット溶接した。ここで溶接条件は、ピーク出力が300Wでパルス幅は1msecとした、即ち、1パルスのエネルギーは0.3Jである。   Welding was performed as follows. First, the cell lead 8 was sufficiently adhered to the aluminum film. Subsequently, the positions of the four corners of the tip of the lead 8 were mechanically pressed so as to maintain close contact, and then two spots were spot welded with a YAG laser. Here, the welding conditions are such that the peak output is 300 W and the pulse width is 1 msec, that is, the energy of one pulse is 0.3 J.

このようにしてセルリードを接続したサンプルの配線抵抗値と接続抵抗値の合計値を測定した。測定は、ベース底面に薄い銅製リードをハンダ付けした後、セルリードと銅製のリード間を前述した抵抗計を用いて測定した。合計値からセルリードと銅製のリードの配線抵抗値分を差し引いた抵抗値(接続抵抗値とベースの配線抵抗値の和)は、約38から40mΩの範囲であった。同一のサンプルを、実施例1と同じ超音波溶接装置(ただし、超音波溶接用チップ9を交換し、溶接領域が2.0×0.5mmの領域で溶接した)を用いて溶接した場合の上記の抵抗値(接続抵抗値とベースの配線抵抗値の和)もほぼ同じ範囲であった。これにより、レーザー溶接した場合の接続抵抗値は、超音波溶接した場合のそれとほぼ同じであると推測される。   Thus, the total value of the wiring resistance value and the connection resistance value of the sample to which the cell lead was connected was measured. The measurement was performed by soldering a thin copper lead to the bottom of the base and then measuring the distance between the cell lead and the copper lead using the resistance meter described above. The resistance value obtained by subtracting the wiring resistance value of the cell lead and the copper lead from the total value (the sum of the connection resistance value and the base wiring resistance value) was in the range of about 38 to 40 mΩ. When the same sample was welded using the same ultrasonic welding apparatus as in Example 1 (however, the ultrasonic welding tip 9 was replaced and the welding area was welded in an area of 2.0 × 0.5 mm). The resistance value (the sum of the connection resistance value and the base wiring resistance value) was also in the same range. Thereby, it is estimated that the connection resistance value at the time of laser welding is substantially the same as that at the time of ultrasonic welding.

本サンプルとは別に、同一の溶接条件でレーザー溶接した箇所の断面観察を実施した。光学顕微鏡による断面観察によれば、アルミニウムのセルリード8と下側のアルミニウム蒸着膜からなるパッド膜2の接続箇所は、約120μmの径からなる領域で接続されていた。また、本接続領域の周辺のセラミックにはクラックなどの損傷は認められなかった。これにより、溶接手段としてレーザーを用いた方法も可能である。   Separately from this sample, a cross-sectional observation of a laser welded portion under the same welding conditions was performed. According to the cross-sectional observation by the optical microscope, the connection part of the aluminum cell lead 8 and the pad film 2 made of the lower aluminum vapor deposition film was connected in a region having a diameter of about 120 μm. Moreover, no damage such as cracks was observed in the ceramic around the connection area. Thereby, a method using a laser as a welding means is also possible.

(実施例3)
実施例1、2ともベースの材料はセラミックスであった。本実施例では、ベースの材料がガラスの場合について述べる。ソーダライムガラス(厚み約1.3mm)の表面(片面)に、イオンプレーティング法によってアルミニウム膜を成膜した。厚みは5μmとした。このアルミニウム表面に、超音波溶接を用いて、厚みが80μmで幅が2mmのアルミニウムの細板(実施例1でセルリード8に用いたものと同一である)を溶接した。超音波溶接は発振周波数は62.5KHzとした。超音波溶接チップの先端の面積は、長辺が2mmで短辺は0.5mmであり、先端の表面には、千鳥格子状の凹凸が加工してある。
(Example 3)
In both Examples 1 and 2, the base material was ceramic. In this embodiment, the case where the base material is glass will be described. An aluminum film was formed on the surface (one side) of soda lime glass (thickness: about 1.3 mm) by ion plating. The thickness was 5 μm. An aluminum thin plate having the thickness of 80 μm and the width of 2 mm (the same as that used for the cell lead 8 in Example 1) was welded to the aluminum surface by ultrasonic welding. In the ultrasonic welding, the oscillation frequency was 62.5 KHz. The area of the tip of the ultrasonic welding tip has a long side of 2 mm and a short side of 0.5 mm, and staggered irregularities are processed on the surface of the tip.

本溶接条件においてアルミニウムの細板はアルミニウム膜に確実に溶接され、かつ、ソーダライムガラスにクラックを誘発することは無かった。超音波溶接による2本のアルミニウムの細板間の配線抵抗値と接続抵抗値の合計値を測定した後、配線抵抗値分を差し引いて、接続抵抗値を算出した。この時、イオンプレーティング成膜によるアルミニウム膜の抵抗率を3.8μΩcmとすると、接続抵抗値は1mΩ以下と算出された。   Under this welding condition, the aluminum thin plate was reliably welded to the aluminum film, and no crack was induced in the soda lime glass. After measuring the total value of the wiring resistance value and the connection resistance value between the two aluminum thin plates by ultrasonic welding, the wiring resistance value was subtracted to calculate the connection resistance value. At this time, when the resistivity of the aluminum film formed by ion plating was 3.8 μΩcm, the connection resistance value was calculated to be 1 mΩ or less.

従って、ベース材料はセラミックスに限られずソーダライムガラスのような脆性材料でも可能である。ソーダライムガラスや耐熱ガラスにベース内端子を形成する技術は前述の様に公知であるので、本発明のパッド膜と組み合わせることで、大電流用途の電気化学セルのベース材料に用いることが可能である。   Therefore, the base material is not limited to ceramics, and may be a brittle material such as soda lime glass. Since the technology for forming the terminal in the base on soda-lime glass or heat-resistant glass is known as described above, it can be used as a base material for electrochemical cells for large current applications by combining with the pad film of the present invention. is there.

(実施例4)
本実施例で用いたセラミックス材料は、抗折強度が350MPaでヤング率が280GPaであり、電子部品のパッケージとして標準的なものである。厚みが0.3mmのセラミックスからなる板に、内径が0.3mmのベース内端子をピッチ0.5mmでXY方向に多数個設けたサンプルを準備した。ベース内端子の開口面には、これらベース内端子を互いに接続するようにベタ状のタングステンのパターンを表面、裏面ともに設けた。タングステンの厚みは10μmであり、表面はニッケルと金のメッキを施してある。セルリードとして、板厚が80μmで幅が2mmのアルミニウムの細板を、メッキされたタングステンの表面に位置決めし、超音波溶接により溶接した。超音波溶接機と超音波溶接チップは、実施例3と同一である。
Example 4
The ceramic material used in this example has a bending strength of 350 MPa and a Young's modulus of 280 GPa, and is a standard electronic component package. A sample was prepared in which a large number of terminals in the base having an inner diameter of 0.3 mm were provided in a XY direction at a pitch of 0.5 mm on a plate made of ceramics having a thickness of 0.3 mm. A solid tungsten pattern was provided on the opening surface of the base inner terminal on both the front and back surfaces so as to connect the base inner terminals to each other. The thickness of tungsten is 10 μm, and the surface is plated with nickel and gold. As a cell lead, a thin aluminum plate having a thickness of 80 μm and a width of 2 mm was positioned on the surface of the plated tungsten and welded by ultrasonic welding. The ultrasonic welder and the ultrasonic welding tip are the same as those in Example 3.

上記溶接条件で溶接したサンプルの溶接断面の観測を実施例1と同様に行った。多数個配列した貫通孔の開口部近傍を光学顕微鏡で丹念に観察したが、セラミックにクラックは観察されなかった。即ち、負極用集電体側は、アルミニウムのパッド膜を設けない設計にしても、正極の同一の溶接手段を適用できる。これにより、正極と負極で別々の溶接手段を準備する必要はなく、製造上好都合である。   The weld cross section of the sample welded under the above welding conditions was observed in the same manner as in Example 1. Although the vicinity of the openings of a large number of through holes arranged was carefully observed with an optical microscope, no cracks were observed in the ceramic. That is, the same welding means for the positive electrode can be applied to the negative electrode current collector side even if the aluminum pad film is not provided. Thereby, it is not necessary to prepare separate welding means for the positive electrode and the negative electrode, which is advantageous in production.

電気化学セルとして安定に機能するためには、上述の様に、ベースの内側面に形成される正極用の集電体にはアルミニウムのような弁金属のコートが必要であるが、必ずしも負極用の集電体には必要ない。前述したアルミニウムのパッド膜は、最低限、正極用の集電体にだけ設けてあれば良い。この時、負極用の集電体は、ベース内端子を形成する際に用いるタングステン膜であってその表面をニッケルと金のメッキを施した膜が形成されている。
セルリード8とパッド膜2を接続する前述した溶接が、もう一方のセルリード8とタングステン膜の接続にも適用できれば、製造上好都合である。
In order to function stably as an electrochemical cell, as described above, the current collector for the positive electrode formed on the inner surface of the base needs to be coated with a valve metal such as aluminum. Not required for current collectors. The above-described aluminum pad film may be provided at least on the positive electrode current collector. At this time, the current collector for the negative electrode is formed of a tungsten film used for forming the terminal in the base and having a surface plated with nickel and gold.
If the above-described welding for connecting the cell lead 8 and the pad film 2 can be applied to the connection of the other cell lead 8 and the tungsten film, it is advantageous in manufacturing.

(実施例5)
前述した実施例1から実施例4で示したセルリード8はすべてアルミニウムであった。実施例5ではセルリード8の材質がニッケルの場合を示す。ニッケル製のリードは、リチウムイオン二次電池の負極用のリードとして慣用されている。例えば、ニッケルリードは銅箔からなる負極集電体に接続された後、もう一方の端部を外装容器の内部でパッド膜に接続する。
(Example 5)
The cell leads 8 shown in Examples 1 to 4 described above were all aluminum. In Example 5, the cell lead 8 is made of nickel. Nickel leads are commonly used as negative electrode leads for lithium ion secondary batteries. For example, after the nickel lead is connected to the negative electrode current collector made of copper foil, the other end is connected to the pad film inside the exterior container.

実施例1と同じ材質からなる厚み0.5mmのセラミック製の板に、厚み5μmのアルミニウムを蒸着してパッド膜を形成した。幅が6mmで厚みが100μmからなるニッケル製のリードを配置して超音波溶接を行った。超音波溶接用チップの表面には、4mm×3mmの領域に、0.7mmピッチの千鳥格子の凹凸パターンを設けた。その山と谷底の差は0.30mmである。本チップをニッケルリードの表面に押し当てた。溶接のモードは、溶接時間を指定する方式とし、定溶接時間は0.15秒とした。エアーの圧力は0.1MPa、溶接エネルギーは22.1ジュール、溶接振幅は約13μmの条件で、十分な溶接強度の溶接が可能であった。   A pad film was formed by vapor-depositing 5 μm thick aluminum on a 0.5 mm thick ceramic plate made of the same material as in Example 1. Nickel leads having a width of 6 mm and a thickness of 100 μm were placed and ultrasonic welding was performed. On the surface of the ultrasonic welding tip, an irregular pattern of a staggered lattice having a pitch of 0.7 mm was provided in an area of 4 mm × 3 mm. The difference between the mountain and the valley bottom is 0.30 mm. This chip was pressed against the surface of the nickel lead. The welding mode was a method of specifying the welding time, and the constant welding time was 0.15 seconds. Welding with sufficient welding strength was possible under the conditions of air pressure of 0.1 MPa, welding energy of 22.1 joules, and welding amplitude of about 13 μm.

接合した部材を前述とように樹脂に埋め込んだ後に研磨を行い、接合部の断面観察を実施した。詳細な観察を行ったが、セラミック部にクラックの存在は無かった。従って、セルリードにニッケル製のリードを用いた場合も本発明の構造を有する電気化学セルを構成することが可能となる。
尚、リチウムイオン二次電池の負極用としてニッケルリードを接続したアルミニウムからなるパッド膜は、電解液に晒されないように絶縁性の塗料で被覆するのが望ましい。
The bonded member was embedded in the resin as described above and then polished, and the cross section of the bonded portion was observed. Although detailed observation was performed, there was no crack in the ceramic part. Therefore, even when a nickel lead is used as the cell lead, an electrochemical cell having the structure of the present invention can be configured.
In addition, it is desirable to coat the pad film made of aluminum to which the nickel lead is connected for the negative electrode of the lithium ion secondary battery with an insulating paint so as not to be exposed to the electrolytic solution.

(実施例6)
本実施例では、セルリード8は銅箔の場合を示す。実施例5と同一のセラミックス板を準備した。5μmの膜厚に形成されたアルミニウムのパッド膜上に幅が6mmで厚みが20μmからなる銅箔を5枚重ねて配置した。実施例5と同一の超音波溶接用チップを用いた。銅箔の表面に超音波溶接チップを押し当てて溶接した。溶接の条件は、実施例5と同一とした。即ち、溶接のモードは、溶接時間を指定する方式とし、定溶接時間は0.15秒、エアーの圧力は0.1MPa、溶接エネルギーは22.1ジュール、溶接振幅は約13μmの条件とした。この条件で十分な溶接強度の溶接が可能であり、銅箔が剥がれることはなかった。
(Example 6)
In this embodiment, the cell lead 8 is a copper foil. The same ceramic plate as in Example 5 was prepared. Five copper foils each having a width of 6 mm and a thickness of 20 μm were stacked on an aluminum pad film formed to a thickness of 5 μm. The same ultrasonic welding tip as in Example 5 was used. An ultrasonic welding tip was pressed against the surface of the copper foil for welding. The welding conditions were the same as in Example 5. That is, the welding mode is a method of specifying the welding time, the constant welding time is 0.15 seconds, the air pressure is 0.1 MPa, the welding energy is 22.1 joules, and the welding amplitude is about 13 μm. Under these conditions, welding with sufficient welding strength was possible, and the copper foil was not peeled off.

接合した部材を前述の様に樹脂に埋め込んだ後に研磨を行い、接合部の断面観察を実施した。詳細な観察を行ったが、セラミック部にクラックの存在は無かった。従って、セルリードに銅箔のリードを用いた場合も本発明の構造を有する電気化学セルを構成することが可能となる。   The bonded member was embedded in the resin as described above and then polished, and the cross section of the bonded portion was observed. Although detailed observation was performed, there was no crack in the ceramic part. Therefore, even when a copper foil lead is used as the cell lead, an electrochemical cell having the structure of the present invention can be configured.

尚、銅箔がリチウムイオン二次電池の負極用の集電体である場合は、前記銅箔を接続したアルミニウムからなるパッド膜は、電解液に晒されないように絶縁性の塗料で被覆するのが望ましい。   When the copper foil is a current collector for a negative electrode of a lithium ion secondary battery, the pad film made of aluminum to which the copper foil is connected is covered with an insulating paint so as not to be exposed to the electrolytic solution. Is desirable.

本発明は、本明細書に記述された変形例や実施例に限定されることなく、発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を取り得ることはもちろんである。例えば、請求項で限定しない限り、リッドは金属に限定されることなく、セラミック、ガラス、樹脂などを用いることが可能であり、材料に応じて様々な封止の手段が可能である。   The present invention is not limited to the modifications and examples described in the present specification, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the invention. For example, unless limited in the claims, the lid is not limited to metal, and ceramic, glass, resin, or the like can be used, and various sealing means are possible depending on the material.

また、図6や図7に示した電気化学セルは、ベースの底面が基板に水平に取り付けられることに限定されることなく、電気化学セルの寸法に応じて、実装方向を決めれば良い。例えば、リッド6aの高さ寸法が大きいときは、電気化学セルを基板に水平に取り付けることもできる。そのためには、ベースに設けられる接続端子のパターンを僅かに変更して対応できる。   The electrochemical cell shown in FIGS. 6 and 7 is not limited to the bottom surface of the base being attached to the substrate horizontally, and the mounting direction may be determined according to the dimensions of the electrochemical cell. For example, when the height dimension of the lid 6a is large, the electrochemical cell can be mounted horizontally on the substrate. For this purpose, the connection terminal pattern provided on the base can be slightly changed.

1 ベース
1a ベース内側面
1b ベース外側面
1c ベース側面
1d ベース底面構成板
1e ベース底面構成板
1f ベース側壁内側面
2 パッド膜
3 ベース内端子
4 接続端子
4b 延設部
5 接合金属部材
6 リッド
6a キャビティ型リッド
6b 封止栓
7 セル
8 セルリード
8a セルリードとパッド膜の溶接領域
8b 正極のセルリード
8c 負極のセルリード
9 超音波溶接用チップ
9a チップ先端
10、10a、10b 配線パターン
11 保護膜
12 金属側壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 1a Base inner surface 1b Base outer surface 1c Base side surface 1d Base bottom surface configuration plate 1e Base bottom surface configuration plate 1f Base side wall inner surface 2 Pad film 3 Base inner terminal 4 Connection terminal 4b Extension part 5 Bonding metal member 6 Lid 6a Cavity Mold lid 6b Seal plug 7 Cell 8 Cell lead 8a Cell lead and pad membrane welding area 8b Positive cell lead 8c Negative cell lead 9 Ultrasonic welding tip 9a Tip tip 10, 10a, 10b Wiring pattern 11 Protective film 12 Metal side wall

Claims (21)

ベースとリッドからなる外装容器と、前記外装容器の中に収納されるセルと、電解質とからなる電気化学セルであって、
前記セルの延長部である複数のセルリードと、
前記ベースの内側面に形成された弁金属からなるパッド膜と、
前記ベースの外側面に設けられて、前記パッド膜と電気的に接続した接続端子とを有し、
少なくとも一つの前記セルリードが、溶接により前記パッド膜と接続されていることを特徴とする電気化学セル。
An electrochemical cell composed of an outer container made of a base and a lid, a cell housed in the outer container, and an electrolyte,
A plurality of cell leads that are extensions of the cell;
A pad film made of a valve metal formed on the inner surface of the base;
A connection terminal provided on an outer surface of the base and electrically connected to the pad film;
An electrochemical cell, wherein at least one of the cell leads is connected to the pad film by welding.
前記パッド膜の厚みは5μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to claim 1, wherein the pad film has a thickness of 5 μm to 100 μm. 前記パッド膜の厚みは10μm以上30μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to claim 1, wherein the pad film has a thickness of 10 μm to 30 μm. 前記パッド膜はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the pad film contains aluminum. 前記溶接が超音波溶接またはビーム溶接であ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。   The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the welding is ultrasonic welding or beam welding. 前記ベースがセラミックまたは、ガラスからなることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the base is made of ceramic or glass. 前記セルリードがアルミニウム、ニッケルまたは銅からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the cell lead is made of aluminum, nickel, or copper. 前記セルリードのうち、正極及び負極の前記セルリードとも前記パッド膜に溶接されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電気化学セル。   8. The electrochemical cell according to claim 1, wherein, of the cell leads, both of the positive and negative cell leads are welded to the pad film. 9. 負極の前記セルリードは、前記リッドと電気的に接続していることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the cell lead of the negative electrode is electrically connected to the lid. 前記パッド膜と前記接続端子とは、前記ベース内部に埋設されたベース内端子を介して接続されることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the pad film and the connection terminal are connected via an in-base terminal embedded in the base. 前記外装容器は、凹状の前記ベースと板状のリッドとを、直接または接合金属部材を介して封口されたものであることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の電気化学セル。   11. The electricity according to claim 1, wherein the outer container is formed by sealing the concave base and the plate-shaped lid directly or via a bonding metal member. Chemical cell. 前記ベースは、前記外装容器の外側の層である第一ベースと内側の層である第二ベースとから構成され、
前記ベース内端子は前記第二ベースを貫通し、
前記接続端子は、前記ベースの外側面から前記第一ベースと前記第二ベースの境界面に延設され、前記ベース内端子と接続することを特徴とする請求項10に記載の電気化学セル。
The base is composed of a first base that is an outer layer of the outer container and a second base that is an inner layer,
The base inner terminal penetrates the second base,
The electrochemical cell according to claim 10, wherein the connection terminal extends from an outer surface of the base to a boundary surface between the first base and the second base, and is connected to the terminal in the base.
前記パッド膜は、前記ベースの内側面に延設された配線パターンを介して、前記接続端子と接続していることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the pad film is connected to the connection terminal via a wiring pattern extending on an inner surface of the base. . 前記配線パターンは電解質に露出しないように保護膜で覆われていることを特徴とする請求項13に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to claim 13, wherein the wiring pattern is covered with a protective film so as not to be exposed to the electrolyte. 前記ベースは平板状であり、前記リッドは凹状であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 11, wherein the base has a flat plate shape, and the lid has a concave shape. 前記ベースまたは前記リッドは小孔を有し、前記小孔は封止栓で密封されていることを特徴とする請求項15に記載の電気化学セル。   16. The electrochemical cell according to claim 15, wherein the base or the lid has a small hole, and the small hole is sealed with a sealing plug. 前記ベース部材は前記接合部材と接する面にステップを有し、前記ステップに前記接合部材がはめ込まれていることを特徴とする請求項15または16に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to claim 15 or 16, wherein the base member has a step on a surface in contact with the bonding member, and the bonding member is fitted in the step. 前記ベース部材と前記リッドとは平板状であり、金属側壁を介して封口されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the base member and the lid have a flat plate shape and are sealed through a metal side wall. 正極の前記セルリードは、前記金属側壁に接続されていることを特徴とする請求項18に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to claim 18, wherein the cell lead of the positive electrode is connected to the metal side wall. 外装容器を構成するベースの内側面にパッド膜を形成するパッド膜形成工程と、
セルリードと前記パッド膜とを溶接で接続するセルリード/パッド膜溶接工程と、
セルをベースに収納する工程と、
電解質を充填する工程と、
リッドをベースに接合する工程とを含むことを特徴とする電気化学セルの製造方法。
A pad film forming step of forming a pad film on the inner surface of the base constituting the exterior container;
A cell lead / pad film welding process for connecting the cell lead and the pad film by welding;
Storing the cell in the base;
Filling the electrolyte; and
And a step of bonding the lid to the base.
前記セルリードと前記パッド膜との溶接工程は、超音波溶接又はビーム溶接を用いることを特徴とする請求項20に記載の電気化学セルの製造方法。   21. The method of manufacturing an electrochemical cell according to claim 20, wherein the welding process between the cell lead and the pad film uses ultrasonic welding or beam welding.
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