JP2014090039A - 電気化学デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】長期にわたり信頼性を確保することが可能な電気化学デバイスを提供する。
【解決手段】電気化学デバイスは液室と蓄電素子とを具備する。上記液室は、電解液を収容し、第１の面と上記第１の面に対向する第２の面とを有する。上記蓄電素子は、上記液室内に配置され、上記第１の面上に設けられた第１の電極と上記第１の面上に上記第１の電極とは離間して設けられた第２の電極とを有する。これにより、長期にわたり信頼性を確保することが可能な電気化学デバイスを提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、充放電可能な蓄電素子を内蔵した電気化学デバイスに関する。

特許文献１に一般的な電気化学デバイスが開示されている。この電気化学デバイスは、蓄電素子を含み、当該蓄電素子は、正極活物質電極と、負極活物質電極と、これらの間に配置されたセパレータとを有する。この蓄電素子は、電解液とともにセラミックスからなる凹状の容器に収容される。蓄電素子を収容した容器は、金属材料からなるリッドによりシールリングを介して封止される。

この電気化学デバイスでは、蓄電素子が容器の底面とリッドの内面との間に挟まれている。より詳細には、正極活物質電極が容器の底面に集電体を介して接合され、負極活物質電極がリッドに接合されている。当該構成により、この電気化学デバイスでは、上記容器の集電体を正極とし、上記リッドを負極として、所定の配線を介して蓄電素子に充放電可能となる。

このような電気化学デバイスでは、一般的に、正極活物質電極側の集電体が、負極側のリッドやシールリングよりも腐食しやすいことが知られている。特許文献２には、集電体の腐食を防止するために集電体をアルミニウムなどのバルブ金属で被覆する技術が開示されている。

特開２００１−２１６９５２号公報 特開２０１１−２２８２６３号公報

しかしながら、電気化学デバイスの長期の使用などに起因して、負極となるリッドやシールリングを形成する金属材料も電解液に溶出することがある。これにより、電解液に溶出した金属が蓄電素子に析出し、電気化学デバイス内における短絡が発生することがある。また、リッドが腐食すると、リッドと負極活物質電極との良好な接触が妨げられ、電気化学デバイスにおける内部抵抗の上昇や容量の低下が発生することがある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、長期にわたり信頼性を確保することが可能な電気化学デバイスを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学デバイスは液室と蓄電素子とを具備する。
上記液室は、電解液を収容し、第１の面と上記第１の面に対向する第２の面とを有する。
上記蓄電素子は、上記液室内に配置され、上記第１の面上に設けられた第１の電極と上記第１の面上に上記第１の電極とは離間して設けられた第２の電極とを有する。

本発明の別の形態に係る電気化学デバイスは、液室及び蓄電素子を有する複数の電気化学ユニットと、上記複数の電気化学ユニットを接続する接続配線部とを具備する。
上記電気化学ユニットの上記液室は、電解液を収容し、第１の面と上記第１の面に対向する第２の面とを有する。
上記電気化学ユニットの上記蓄電素子は、上記液室内に配置され、上記第１の面上に設けられた第１の電極と上記第１の面上に上記第１の電極とは離間して設けられた第２の電極とを有する。

長期にわたり信頼性を確保することが可能な電気化学デバイスを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電気化学デバイスの全体構成の斜視図である。 図１に示した電気化学デバイスのＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。 図２に示した電気化学デバイスの比較例の概略断面図である。 図２に示した電気化学デバイスの変形例の概略断面図である。 図２に示した電気化学デバイスの変形例の概略断面図である。 図２に示した電気化学デバイスの変形例の概略断面図である。 図２に示した電気化学デバイスの変形例の概略断面図である。 図２に示した電気化学デバイスの活物質電極形状のバリエーションを示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る電気化学デバイスの概略断面図である。 図９に示した電気化学デバイスの比較例の概略断面図である。 図９に示した電気化学デバイスの比較例の概略断面図である。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る電気化学デバイスは液室と蓄電素子とを具備する。
上記液室は、電解液を収容し、第１の面と上記第１の面に対向する第２の面とを有する。
上記蓄電素子は、上記液室内に配置され、上記第１の面上に設けられた第１の電極と上記第１の面上に上記第１の電極とは離間して設けられた第２の電極とを有する。
この電気化学デバイスによれば、上記第２の面から金属材料が溶出しないため、長期にわたって短絡や内部抵抗の上昇や容量の低下を防止することができる。

上記第２の面は上記蓄電素子から離間していてもよい。
この構成により、上記第２の面を金属材料などの導電性材料で形成した場合にも上記一対の電極が短絡しない。

上記電気化学デバイスは、上記第１の面を有する基材と上記第２の面を有するリッドとを更に具備してもよい。
この電気化学デバイスでは、上記基材と上記リッドとの組み合わせにより容易に上記蓄電素子及び上記電解液を密封できる。

上記電気化学デバイスは、上記基材と上記リッドとの間に配置され、上記第２の面を有するシール部を更に具備してもよい。
この電気化学デバイスでは、上記基材と上記リッドとの密着を確保できるため、高い信頼性が得られる。

上記電気化学デバイスは、上記基材の上記第１の面とは反対の面に露出し、上記第１の電極及び上記第２の電極からそれぞれ引き出された一対の外部電極端子を更に具備してもよい。
この電気化学デバイスによれば、上記の効果を得つつ、電子機器などに容易に実装可能となる。

上記電気化学デバイスは、上記第１の電極と上記第１の面との間、及び、上記第２の電極と上記第１の面との間にそれぞれ配置され、集電膜として機能する導電性接着層を更に具備してもよい。
この電気化学デバイスによれば、上記導電性接着層が上記第１の電極及び上記第２の電極を上記第１の面に接着する機能と集電膜としての機能を兼ねるため、部品点数が減少し、製造コストが低減する。

本発明の別の実施形態に係る電気化学デバイスは、液室及び蓄電素子を有する複数の電気化学ユニットと、上記複数の電気化学ユニットを接続する接続配線部とを具備する。
上記電気化学ユニットの上記液室は、電解液を収容し、第１の面と上記第１の面に対向する第２の面とを有する。
上記電気化学ユニットの上記蓄電素子は、上記液室内に配置され、上記第１の面上に設けられた第１の電極と上記第１の面上に上記第１の電極とは離間して設けられた第２の電極とを有する。
この電気化学デバイスによれば、複数の上記電気化学ユニットを上記接続配線部によって自由に組み合わせて用いることができるため、容易に容量の増大や充放電電圧の上昇を図ることが可能である。

上記電気化学デバイスは、上記複数の電気化学ユニットに共通の上記第１の面を有する基材を更に具備してもよい。
この電気化学デバイスによれば、上記複数の電気化学ユニットを同一部材により保持可能なため、部品点数が減少し、製造コストが低減する。また、この電気化学デバイスによれば、上記複数の電気化学ユニットが共通の基材上に設けられるため、電子機器などへの実装時におけるハンドリング性が向上する。

上記電気化学デバイスは、上記複数の電気化学ユニットに共通の上記第２の面を有するリッドを更に具備してもよい。
この電気化学デバイスによれば、上記複数の電気化学ユニットを同一部材により密閉可能なため、部品点数が減少し、製造コストが低減する。

上記電気化学デバイスでは、すべての上記蓄電素子が上記接続配線部によって直列接続されていてもよい。
この電気化学デバイスによれば、単独のデバイスとして容易に放電電圧を上昇させることが可能である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
［電気化学デバイス１０の全体構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気化学デバイス１０の全体構成を示す斜視図である。図２は、図１に示した電気化学デバイス１０のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。なお、各図面には、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は全図において共通である。

電気化学デバイス１０は、多種多様な形状を採用することができる。本実施形態では、一例として、Ｘ軸方向に沿った幅寸法が２．５ｍｍであり、Ｙ軸方向に沿った長さ寸法が３．２ｍｍであり、Ｚ軸方向に沿った高さ寸法が０．９５ｍｍである直方体状の形状を有する電気化学デバイス１０について説明する。

電気化学デバイス１０は、基材１１、リッド１２及びシールリング１３からなる容器ｃと、当該容器ｃ内に電解液とともに封入され、一対の活物質電極１６，１７からなる蓄電素子ｄと、を有する。一対の活物質電極１６，１７は、一方が正極活物質電極として機能し、他方が負極活物質電極として機能する。

電気化学デバイス１０は、例えば、ＰＡＳ（Ｐｏｌｙａｃｅｎｉｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）キャパシタ、電気二重層キャパシタ、二次電池として構成される。また、電気化学デバイス１０は、活物質電極１６，１７のうちの一方を、リチウムを含む負極活物質電極とし、リチウムイオンキャパシタとして構成されることも可能である。

電気化学デバイス１０は、例えば、電子機器のバックアップ電源等として使用される。この場合、電気化学デバイス１０は、電子機器の回路基板上に、リフローはんだ付け法などにより実装されることが可能な表面実装型部品として構成される。そのため、電気化学デバイス１０には活物質電極１６，１７にそれぞれ接続され、Ｚ軸方向下面に露出した外部電極端子１４ｂ，１５ｂが設けられている。

［容器ｃ］
容器ｃは、Ｚ軸方向上方が開口した箱状の基材１１と、基材１１を塞ぐリッド１２と、基材１１とリッド１２とを接合するシールリング１３とを有する。

（基材１１）
容器ｃの基材１１は、セラミックス等の絶縁性材料により、全体が略直方体状に形成されている。基材１１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延びる長方形状の底壁部１１ａと、当該底壁部１１ａの４辺からそれぞれＺ軸方向上方へ平板状に延びる周壁部１１ｂとを有する。また、基材１１は、底壁部１１ａのＺ軸方向上面と周壁部１１ｂの内面とに囲まれ、Ｚ軸方向上方に開口した凹状部１１ｃを有する。

基材１１は、複数枚のセラミックスシートをＺ軸方向に積層した後に、焼成することにより作製される。底壁部１１ａは、複数のセラミックスシートが積層されて形成される。周壁部１１ｂは、例えば、開口部を有する単数又は複数のセラミックスシートが底壁部１１ａを形成するセラミックスシート上に積層されて形成される。底壁部１１ａを形成するセラミックスシートには、焼成前に後述する配線となる金属ペーストが塗布されていてもよい。

（リッド１２）
容器ｃのリッド１２は、略矩形の板材で構成される。リッド１２は、その４辺の周縁部が中央部よりも基材１１側に段落ちした形状を有する。リッド１２は、上記とは逆に、上記周縁部よりも中央部が基材１１側に段落ちした形状でもよく、周縁部及び中央部が同一平面となる平坦な形状でもよい。

リッド１２は、例えば、コバール（Ｆｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）−Ｃｏ（コバルト）系）合金で形成される。本実施形態に係る電気化学デバイス１０では、リッド１２に電極としての機能が求められないため、リッド１２を形成する材料は各種金属材料などの導電性材料に限られない。

したがって、リッド１２を形成する材料としては、各種セラミックスや有機材料などの絶縁性材料や半導体材料などを多岐にわたって採用可能である。リッド１２を形成する材料として有機材料を用いる場合には、適宜リッド１２の内面に電解液と反応しにくい反応抑制層を形成することができる。なお、リッド１２は、基材１１に接合されるため、基材１１を形成する材料と線膨張率の近い材料やある程度の柔軟性を有する材料で形成されることが望ましい。

リッド１２は、導電性材料で形成される場合には、活物質電極１６，１７が短絡しないように、活物質電極１６，１７から離間している必要がある。一方、リッド１２は、絶縁性材料で形成される場合には、活物質電極１６，１７を短絡させる虞がないため、活物質電極１６，１７に接触していてもよい。

（シールリング１３）
容器ｃのシールリング１３は、基材１１とリッド１２との間に配置され、基材１１とリッド１２との双方に密着するシール部として構成される。したがって、シールリング１３は、リング形状であり、基材１１の周壁部１１ｂのＺ軸方向上端部に沿って基材１１の凹状部１１ｃを囲むように配置される。

シールリング１３は、リッド１２と同様にコバール合金で形成される。しかし、シールリング１３は、基材１１とリッド１２とのいずれにも密着する材料で形成されていればよい。したがって、シールリング１３を形成する材料も、リッド１２と同様に、絶縁性材料や半導体材料などを多岐にわたって採用可能である。また、シールリング１３も、基材１１を形成する材料と線膨張率の近い材料で形成されることが望ましく、リッド１２と同種あるいは同一の材料で構成されることが好適である。

なお、基材１１とリッド１２とが直接密着可能な場合にはシールリング１３を設けなくてもよい。

（液室Ｒ）
電気化学デバイス１０では、凹状部１１ｃの底面（第１の面）に蓄電素子ｄを構成する一対の活物質電極１６，１７が導電性接着層１８，１９を介して設けられ、凹状部１１ｃ内に電解液が注入された後に、上記の基材１１、リッド１２及びシールリング１３が接合される。これにより、基材１１、リッド１２及びシールリング１３に囲まれた液密性を有する液室Ｒが形成される。

つまり、液室Ｒは、活物質電極１６，１７が接合された第１の面（凹状部１１ｃの底面）と、活物質電極１６，１７から離間した第２の面（凹状部１１ｃの側面、リッド１２の内面及びシールリングの内面）と、に囲まれて形成されている。

基材１１、リッド１２及びシールリング１３は溶接法により接合される。具体的には、リッド１２が、シールリング１３を介して基材１１にレーザ溶接法により接合される。勿論、基材１１、リッド１２及びシールリング１３を接合するために、溶接法以外の多様な接合技術を採用することが可能である。また、液室Ｒを形成するための構成は、リッド１２及びシールリング１３の組み合わせによる構成以外の構成であってもよい。

（基材１１の配線構造）
基材１１は、活物質電極１６に接続される第１の配線１４と、活物質電極１７に接続される第２の配線１５とを有する。配線１４，１５は、凹状部１１ｃの底面に埋め込まれたビア１４ａ，１５ａと、外部電極端子１４ｂ，１５ｂと、層間配線部１４ｃ，１５ｃとを有する。

ビア１４ａ，１５ａは、底壁部１１ａを構成するセラミックスシートのうち、凹状部１１ｃの底面を形成するセラミックスシートに、Ｚ軸方向に貫通して設けられている。ビア１４ａ，１５ａは、凹状部１１ｃの底面に露出しており、それぞれ導電性接着層１８，１９に隣接している。これにより、ビア１４ａ，１５ａは、導電性接着層１８，１９を介して活物質電極１６，１７に接続される。

外部電極端子１４ｂ，１５ｂは、それぞれ基材１１のＹ軸方向両端部に設けられる。具体的には、外部電極端子１４ｂ，１５ｂはそれぞれ、基材１１の外面に、底壁部１１ａから側壁部１１ｂにわたって一体として設けられる。

層間配線部１４ｃ，１５ｃは、底壁部１１ａを構成する複数のセラミックスシートの層間に形成される。層間配線部１４ｃ，１５ｃは、それぞれビア１４ａ，１４ｂと外部電極端子１４ｂ，１４ｃとを接続している。

ビア１４ａ，１５ａ、外部電極端子１４ｂ，１５ｂ及び層間配線部１４ｃ，１５ｃは、各種金属等の導電性材料で形成される。そのような導電性材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）が挙げられる。また、ビア１４ａ，１５ａ、外部電極端子１４ｂ，１５ｂ及び層間配線部１４ｃ，１５ｃは、タングステンをニッケルや金で被覆した積層膜など、複数の金属材料の複合材料により形成されてもよい。

ビア１４ａ，１５ａはそれぞれ単数でも複数でもよい。ビア１４ａ，１５ａをそれぞれ複数設ける場合、ビア１４ａ，１５ａを外部電極端子１４ｂ，１５ｂを接続する層間配線部１４ｃ，１５ｃは、各ビア１４ａ，１５ａごとに設けてもよく、各ビア１４ａ，１５ａについて共通に設けてもよい。

基材１１の配線構造は上記に限らず、活物質電極１６，１７から外部電極端子１４ｂ，１５ｂが引き出されていればよい。特に、電気化学デバイス１０は、外部電極端子１４ｂ，１５ｂがそれぞれ基材１１の底壁部１１ａのＺ軸方向下面に露出してさえいれば、表面実装型部品として用いることが可能となる。

以上のように、電気化学デバイス１０では、配線１４，１５が、基材１１内において、蓄電素子ｄを構成する活物質電極１７，１８から外部電極端子１４ｂ，１５ｂまで引き出されているため、外部電極端子１４ｂ，１５ｂを用いて蓄電素子ｄに対して充放電を行うことが可能となる。なお、本実施形態では、活物質電極１６，１７に対応する集電膜が設けられていないものの、導電性接着層１８，１９が活物質電極１６，１７を基材１１に接合する機能と集電膜としての機能とを兼ねている。

［蓄電素子ｄ］
上記のように基材１１の凹状部１１ｃの底面に設けられた活物質電極１６，１７は、互いに対を成し、蓄電素子ｄを構成する。本実施形態に係る蓄電素子ｄの一対の活物質電極１６，１７はいずれも、基材１１に接続され、リッド１２やシールリング１３から離間している。活物質電極１６は導電性接着層１８を介してビア１４ａに接続され、活物質電極１７は導電性接着層１９を介してビア１５ａに接続されている。

活物質電極１６，１７は、いずれも活物質を含むシートで構成される。活物質としては、例えば、活性炭、ＰＡＳ（Ｐｏｌｙａｃｅｎｉｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ポリアセン系有機半導体）等が挙げられる。活物質電極１６，１７では、電気二重層によってキャパシタが形成され、所定の静電容量［Ｆ］が発生する。活物質電極１６，１７の静電容量は、活物質の量［ｇ］、活物質の表面積［ｍ^２／ｇ］及び活物質の比容量［Ｆ／ｍ^２］の積によって規定される。

活物質電極１６，１７は、具体的には、活物質粒子（例えば活性炭粒子）、導電補助剤（例えばケッチェンブラック）及びバインダ（例えばＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ））の混合物を圧延して形成したシートを矩形状に裁断することで作製される。活物質電極１６，１７は、例えば、いずれも０．２ｍｍの厚みで形成される。しかし、活物質電極１６，１７の厚みは任意に決定可能であり、活物質電極１６，１７の厚みが互いに異なっていてもよい。

蓄電素子ｄとともに容器ｃの液室Ｒに封入される電解液は適宜決定される。電解液としては、例えば、ＢＦ_４ ⁻（四フッ化ホウ素イオン）を含む４級アンモニウム塩溶液、具体的には、５−アゾニアスピロ［４．４］ノナン−ＢＦ_４やエチルメチルイミダゾリウムノナン−ＢＦ_４の溶液を用いることができる。

［電気化学デバイス１０の作用効果］
本実施形態に係る電気化学デバイス１０の作用効果を、以下に比較例に係る電気化学デバイス１１０と比較しながら説明する。

（比較例に係る電気化学デバイス１１０の概略構成）
図３は本実施形態の比較例に係る電気化学デバイス１１０の概略断面図である。電気化学デバイス１１０も容器ｃ及び蓄電素子ｄを有し、蓄電素子ｄは電解液とともに容器ｃの液室Ｒ内に封入されている。容器ｃは基材１１１とリッド１１２とシールリング１１３とを含む。蓄電素子ｄは、正極活物質電極１１６と、負極活物質電極１１７と、これらの間に配置されたセパレータ１２１とを有する。

正極活物質電極１１６は導電性接着層１１８を介して基材１１１の凹状部１１１ｃの底面に接合され、負極活物質電極１１７は導電性接着層１１９を介してリッド１１２の内面に接合されている。したがって、電気化学デバイス１１０の蓄電素子ｄは基材１１１とリッド１１２との間に挟まれている。この構成により、電気化学デバイス１１０では、正極活物質電極１１６に隣接する導電性接着層１１８が正極として機能し、リッド１１２及びシールリング１１３が負極として機能する。

基材１１１には正極配線１１４及び負極配線１１５が設けられている。正極配線１１４はビア１１４ａと外部電極端子１１４ｂと層間配線部１１４ｃとを含み、負極配線１１５はビア１１５ａと外部電極端子１１５ｂと層間配線部１１５ｃとを含む。外部電極端子１１４ａはビア１１４ａ及び層間配線部１１４ｃを介して正極活物質電極１１６に隣接する導電性接着層１１８に接続されている。外部電極端子１１５ａはビア１１５ａ及び層間配線部１１５ｃを介してシールリング１１３に接続されている。

上記構成により、電気化学デバイス１１０では、外部電極端子１１４ｂ，１１５ｂを用いて蓄電素子ｄの充放電を行うことが可能となる。

（本実施形態と比較例との比較）
比較例に係る電気化学デバイス１１０では、リッド１１２及びシールリング１１３が負極として機能するため、リッド１１２及びシールリング１１３を形成する金属材料が電解液に溶出することによって、短絡や内部抵抗の上昇や容量の低下が生じることがある。

一方、本実施形態に係る電気化学デバイス１０では、リッド１２及びシールリング１３が電極として機能しないため、リッド１２及びシールリング１３を形成する材料が電解液に溶出する虞がない。したがって、電気化学デバイス１０では長期にわたって短絡や内部抵抗の上昇や容量の低下を効果的に防止することができる。このように、電気化学デバイス１０では、長期にわたる高い信頼性を得ることができる。

比較例に係る電気化学デバイス１１０では、リッド１１２及びシールリング１１３が負極として機能するため、リッド１１２及びシールリング１１３を導電性を有する金属材料で形成する必要がある。

一方、本実施形態に係る電気化学デバイス１０では、リッド１２及びシールリング１３が電極として機能しないため、リッド１２及びシールリング１３を形成する材料として採用しうる材料の自由度が高い。これにより、電気化学デバイス１０では、例えば、リッド１２及びシールリング１３に安価な材料を選択することができ、またリッド１２及びシールリング１３に加工性の高い材料を選択することにより製造プロセスを簡略化することができる。したがって、電気化学デバイス１０では、製造コストの低減を図ることができる。

比較例に係る電気化学デバイス１１０では、リッド１１２が負極として機能するため、負極配線１１５をＺ軸方向上側にあるリッド１１２から基材１１１のＺ軸方向下面まで引き出す必要がある。したがって、電気化学デバイス１１０では、シールリング１１３と層間配線部１１５ｃとを接続するＺ軸方向に長いビア１１５ａを設ける必要がある。

一方、本実施形態に係る電気化学デバイス１０では、２つの活物質電極１６，１７ともに基材１１の凹状部１１ｃの底面にあるため、配線１４，１５が短くて済む。これにより、配線１４，１５を形成する材料が少なくて済むとともに、基材１１の配線構造が簡素であるため製造プロセスを簡略化することができる。したがって、電気化学デバイス１０では、製造コストの低減を図ることができる。

さらに、本実施形態に係る電気化学デバイス１０では、２つの活物質電極１６，１７ともに基材１１の凹状部１１ｃの底面にあるため、２つの活物質電極１１６，１１７がＺ軸方向に積層された比較例に係る電気化学デバイス１１０よりもＺ軸方向に薄型化を図ることが可能である。

比較例に係る電気化学デバイス１１０の蓄電素子ｄは活物質電極１１６，１１７の積層構造を有する。したがって、電気化学デバイス１１０では、活物質電極１１６と活物質電極１１７とが直接接触しないように、活物質電極１１６と活物質電極１１７との間にセパレータ１２１が設けられている必要がある。

一方、本実施形態に係る電気化学デバイス１０の蓄電素子ｄでは、活物質電極１６，１７が同一平面（基材１１の凹状部１１ｃの底面）上に互いに離間して配置されている。したがって、電気化学デバイス１０では、活物質電極１６と活物質電極１７とが直接接触する虞がないため、活物質電極１６と活物質電極１７との間にセパレータが設けられる必要がない。したがって、電気化学デバイス１０では、部品点数の減少を図ることができるとともに、製造プロセスを簡略化することができる。したがって、電気化学デバイス１０では、製造コストの低減を図ることができる。

比較例に係る電気化学デバイス１１０では正極と負極とで構成が異なる。詳細には、電気化学デバイス１１０では、正極配線１１４が基材１１１の凹状部１１１ｃの底面から引き出されているが、負極配線１１５はリッド１１２から引き出されている。したがって、電気化学デバイス１１０では、配線１１４の外部電極端子１１４ｂを正極とし、配線１１５の外部電極端子１１５ｂを負極としなければならない。つまり、外部電極端子１１４ｂ，１１５ｂの極性の互換性がない。

一方、本実施形態に係る電気化学デバイス１０は、活物質電極１６側の構造と、活物質電極１７側の構造とが対称な構成を有する。したがって、電気化学デバイス１０では、配線１４の外部電極端子１４ｂと配線１５の外部電極端子１５ｂとのいずれを正極及び負極とすることもできる。つまり、外部電極端子１４ｂ，１５ｂの極性の互換性がある。したがって、電気化学デバイス１０では、電子機器等に組み込まれる場合に向きが考慮される必要がなく、電子機器などへの実装が容易となる。

［変形例］
以下、本実施形態に係る電気化学デバイス１０の変形例について説明する。各電気化学デバイスにおいて、同様の構成については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

（変形例１）
図４は本実施形態の変形例１に係る電気化学デバイス２０の概略断面図である。電気化学デバイス２０は、活物質電極１６と活物質電極１７との間に挟まれたセパレータ２１を含む。つまり、電気化学デバイス２０の蓄電素子ｄは、活物質電極１６と、活物質電極１７と、活物質電極１６，１７間に挟まれたセパレータ２１により構成される。

電気化学デバイス２０では、セパレータ２１を設けることにより、電解液の経路を確保するとともに、活物質電極１６と活物質電極１７とをより近接して配置する場合にも、活物質電極１６と活物質電極１７とが直接接触することによる短絡を防止することができる。したがって、電気化学デバイス２０では、小型化を図る場合にも、信頼性を確保することができる。

（変形例２）
図５は本実施形態の変形例２に係る電気化学デバイス３０の概略断面図である。電気化学デバイス３０は、活物質電極１６と活物質電極１７とのＺ軸方向上面間に架かるセパレータ３１を含む。つまり、電気化学デバイス３０の蓄電素子ｄは、活物質電極１６と、活物質電極１７と、活物質電極１６，１７間に架かるセパレータ３１により構成される。

電気化学デバイス３０では、セパレータ３１を設けることにより、電解液の経路を確保するとともに、活物質電極１６と活物質電極１７との相対位置を保つように作用し、活物質電極１６と活物質電極１７とが直接接触することによる短絡を防止することができる。

（変形例３）
図６は本実施形態の変形例３に係る電気化学デバイス４０の概略断面図である。電気化学デバイス４０は、容器ｃの構成が本実施形態に係る電気化学デバイス１０とは異なる。詳細には、電気化学デバイス４０と電気化学デバイス１０とではリッド１２が共通するものの基材とシールリングが異なる。

電気化学デバイス４０の容器ｃは、平板状の基材４１と、Ｚ軸方向に壁上に延びるシールリング４３とを有する。基材４１は、基材１１から側壁部１１ｂを除去して底壁部１１ａのみとした平板状部材として構成される。シールリング４３は、基材１１の側壁部１１ｃとシールリング１３とを兼ねるように液室ＲのＸ軸方向及びＹ軸方向を囲んで基材１１のＺ軸方向上面に凹状部４１ｃを形成している。

つまり、電気化学デバイス４０では、液室Ｒが、活物質電極１６，１７が接合された第１の面（基材４１のＺ軸方向上面）と、活物質電極１６，１７から離間した第２の面（シールリング４３及びリッド１２の内面）と、に囲まれて形成されている。

当該構成により、電気化学デバイス４０では、基材１１を凹状に形成することないため、基材１１として一般的に用いられるセラミック基板を採用することができる。これにより、電気化学デバイス４０の製造コストの低減を図れる。

また、一般的に、セラミックスを設計どおりの凹状に形成することは難しく、その寸法精度は低い。しかし、電気化学デバイス４０では、基材４１は平板状であり、その上に凹状部４１ｃがシールリング４３によって形成される。したがって、シールリング４３を形成する材料として、金属等の加工容易な材料を選択することによって容器ｃの寸法精度が向上する。これに伴い、液室Ｒ内の活物質電極１６，１７の配置や電解液の注入における設計公差を大きく設定できる。

（変形例４）
図７は本実施形態の変形例４に係る電気化学デバイス５０の概略断面図である。電気化学デバイス５０は、容器ｃの構成が本実施形態に係る電気化学デバイス１０とは異なる。詳細には、電気化学デバイス５０と電気化学デバイス１０とではシールリング１３が共通するものの基材とリッドが異なる。

電気化学デバイス５０の容器ｃは、変形例３と同様の基材４１と、その周縁部がリッド１２よりも深く段落ちしたリッド５２とを有する。リッド５２は、液室ＲのＸ軸方向及びＹ軸方向を囲んで基材１１のＺ軸方向上面に凸状部を形成している。リッド５２の形成には、絞り加工法などを採用することができる。なお、リッド５２は、基材４１上に液室Ｒを形成可能な形状であればよく、例えば、ドーム状であってもよい。

つまり、電気化学デバイス５０では、液室Ｒが、活物質電極１６，１７が接合された第１の面（基材４１のＺ軸方向上面）と、活物質電極１６，１７から離間した第２の面（シールリング１３及びリッド５２の内面）と、に囲まれて形成されている。

当該構成により、変形例３と同様に基材４１として一般的に用いられるセラミック基板を採用することができるとともに、リッド５２を形成する材料として金属等の加工容易な材料を選択することによって容器ｃの寸法精度が向上する。これに伴い、液室Ｒ内の活物質電極１６，１７の配置や電解液の注入における設計公差を大きく設定できる。

（変形例５）
図８は、本実施形態に係る電気化学デバイス１０の活物質電極１６，１７のバリエーションを示した図である。図８では活物質電極１６，１７以外の構成を省略している。活物質電極１６，１７の形状は、矩形に限らず、あらゆる形状を採用しうる。また、活物質電極１６と活物質電極１７とで異なる形状であってもよい。いずれにしても、活物質電極１６と活物質電極１７とは対向する面の面積が大きいほど、電気化学デバイス１０の抵抗が減少するため好ましい。

図８（ａ）は、活物質電極１６と活物質電極１７との対向面を大きくするために、当該対向面をジグザグ形状にした例を示している。活物質電極１６と活物質電極１７との対向面は、ジグザグ形状以外でも、波形状など曲面により構成しても同様の効果を得ることができる。

図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、活物質電極１６と活物質電極１７との対向面を大きくするために、活物質電極１６が活物質電極１７の周囲を囲むように構成した例を示している。詳細には、図８（ｂ）に示すように、矩形の活物質電極１７の３辺をＵ字状の活物質電極１６が囲む構成が採用可能である。また、図８（ｃ）に示すように、円形の活物質電極１７の周囲を円形にくり抜かれた活物質電極１６が囲む構成が採用可能である。なお、勿論、活物質電極１６，１７の位置関係は反対でも構わない。

（その他の変形例）
本実施形態に係る電気化学デバイス１０では、導電性接着膜１８，１９が活物質電極１６，１７の集電膜としての機能を兼ねているが、導電性接着膜１８，１９とは別に活物質電極１６，１７に集電膜として金属層を設けてもよい。

＜第２の実施形態＞
［電気化学デバイス８０の全体構成］
図９は、本発明の第２の実施形態に係る電気化学デバイス８０の概略断面図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様の構成について適宜省略して説明する。

電気化学デバイス８０は、多種多様な形状を採用することができる。本実施形態では、一例として、Ｘ軸方向に沿った幅寸法が２．５ｍｍであり、Ｙ軸方向に沿った長さ寸法が６．４ｍｍであり、Ｚ軸方向に沿った高さ寸法が０．９５ｍｍである直方体状の形状を有する電気化学デバイス８０について説明する。

本実施形態に係る電気化学デバイス８０の構成は、第１の実施形態に係る電気化学デバイス１０をＹ軸方向に２つ並べて配置し、当該２つの電気化学デバイス１０を直列接続した構成と類似する。電気化学デバイス８０は、当該構成を単一の素子として実現している。電気化学デバイス８０は、電気化学デバイス１０に対応する２つの電気化学ユニット６０，７０を含む。

電気化学デバイス８０は、基材８１、リッド８２及びシールリング８３からなる容器ｃを有する。電気化学デバイス８０は、電気化学ユニット６０，７０について単一の基材８１、リッド８２及びシールリング８３を有する。

基材８１は底壁部８１ａと、側壁部８１ｂと、底壁部８１ａ及び側壁部８１ｂによって形成された凹状部８１ｃとを有する。凹状部８１ｃは、電気化学ユニット６０，７０に対応して２つ形成されている。各凹状部８１ｃはシールリング８３を介してリッド８２によって密閉され、電気化学ユニット６０の液室Ｒ１及び電気化学ユニット７０の液室Ｒ２を形成している。液室Ｒ１と液室Ｒ２とは基材８１の側壁部８１ｂを隔てて隣接している。

第１の電気化学ユニット６０の液室Ｒ１には、一対の活物質電極６６，６７からなる蓄電素子ｄ１が電解液とともに封入されている。活物質電極６６，６７はそれぞれ凹状部８１ｃの底面に導電性接着層６８，６９を介して接合されている。第２の電気化学ユニット７０の液室Ｒ２には、一対の活物質電極７６，７７からなる蓄電素子ｄ２が電解液とともに封入されている。活物質電極７６，７７はそれぞれ凹状部８１ｃの底面に導電性接着層７８，７９を介して接合されている。

電気化学デバイス８０では、第１の電気化学ユニット６０における第２の電気化学ユニット７０から遠い側の活物質電極６６から外部電極端子６４ｂが引き出され、第２の電気化学ユニット７０における第１の電気化学ユニット６０から遠い側の活物質電極７７から外部電極端子７５ｂが引き出されている。また、基材８１の側壁部８１ｂを隔てて隣接している、第１の電気科学ユニット６０の活物質電極６７と第２の電気化学ユニット７０の活物質電極７６とが接続配線部８４によって接続されている。

上記の構成により、電気化学デバイス８０は、電気化学ユニット６０，７０が直列接続し、外部電極端子６４ｂ，７５ｂを用いて２つの蓄電素子ｄ１，ｄ２に対して充放電を行うことが可能となる。

（基材８１の配線構造）
基材８１は、活物質電極６６に接続される第１の配線６４と、活物質電極７７に接続される第２の配線７５とを有する。配線６４，７５は、凹状部１１ｃの底面に埋め込まれたビア６４ａ，７５ａと、外部電極端子６４ｂ，７５ｂと、層間配線部６４ｃ，７５ｃとを有する。

ビア６４ａ，７５ａは、凹状部８１ｃの底面に露出しており、それぞれ導電性接着層６８，７９に隣接している。これにより、ビア６４ａ，７５ａは、導電性接着層６８，７９を介して活物質電極６６，７７に接続される。

外部電極端子６４ｂ，７５ｂは、それぞれ基材８１のＹ軸方向両端部に設けられる。具体的には、外部電極端子６４ｂ，７５ｂはそれぞれ、基材８１の外面に、底壁部８１ａから側壁部８１ｂにわたって一体として設けられる。

層間配線部６４ｃ，７５ｃは、底壁部８１ａを構成する複数のセラミックスシートの層間に形成される。層間配線部６４ｃ，７５ｃは、それぞれビア６４ａ，７５ａと外部電極端子６４ｂ，７５ｂとを接続している。

また、基材８１は、活物質電極６７に接続されるビア６５ａと、活物質電極７６に接続されるビア７４ａとを有する。ビア６５ａ，７４ａは、凹状部８１ｃの底面に露出しており、それぞれ導電性接着層６９，７８に隣接している。これにより、ビア６５ａ，７４ａは、導電性接着層６９，７８を介して活物質電極６７，７６に接続される。

さらに、基材８１は、ビア６５ａとビア７４ａとを接続する接続配線部８４を有する。接続配線部８４により、活物質電極６７と活物質電極７６とが導通し、第１の電気化学ユニット６０と第２の電気化学ユニット７０とが接続される。

［電気化学デバイス８０の作用効果］
本実施形態に係る電気化学デバイス８０は、外部電極端子６４ｂを正極とし、外部電極端子７５ｂを負極として充放電する場合、正極活物質電極６６、負極活物質電極６７、正極活物質電極７６、負極活物質電極７７の順に直列接続された単一の蓄電素子として機能する。また、電気化学デバイス８０は、外部電極端子６４ｂを負極とし、外部電極端子７５ｂを正極として充放電する場合、負極活物質電極６６、正極活物質電極６７、負極活物質電極７６、正極活物質電極７７の順に直列接続された単一の蓄電素子として機能する。

このように、本実施形態に係る電気化学デバイス８０は、第１の実施形態に係る電気化学デバイス１０を２つ直列接続した場合と同様に、電気化学デバイス１０の２倍の電圧を充放電可能である。

また、電気化学デバイス８０では、２つの電気化学ユニット６０，７０を、単一の基材８１によって保持するとともに単一のリッド８２によって封止するため、部品点数が減少し、製造コストが低減する。また、電気化学デバイス８０では、２つの電気化学ユニット６０，７０が単一の基材８１によって保持されるため、電子機器などへの実装時におけるハンドリング性が良好である。

以下、本実施形態に係る電気化学デバイス８０の作用効果を、以下に比較例に係る電気化学デバイス２８０，３８０と比較しながら説明する。

（比較例に係る電気化学デバイス２８０，３８０の概略構成）
図１０は本実施形態の比較例に係る電気化学デバイス２８０の概略断面図であり、図１１は本実施形態の比較例に係る電気化学デバイス３８０の概略断面図である。電気化学デバイス２８０の構成は、図３に示した電気化学デバイス１１０をＹ軸方向に２つ並べて配置し、当該２つの電気化学デバイス１１０を直列接続した構成と類似する。電気化学デバイス２８０は、電気化学デバイス１１０に対応する２つの電気化学ユニット２６０，２７０を含み、電気化学デバイス３８０は、電気化学デバイス１１０に対応する２つの電気化学ユニット３６０，３７０を含む。

図１０に示す電気化学デバイス２８０では、第１の電気化学ユニット２６０の蓄電素子ｄ１と第２の電気化学ユニット２７０の蓄電素子ｄ２とがリッド２８２によって接続されている。そのため、電気化学デバイス２８０では、配線２６４，２７５の外部電極端子２６４ｂを正極とし、外部電極端子２７５ｂを負極として２つの蓄電素子ｄ１，ｄ２に対して充放電を行う場合、活物質電極２６６、活物質電極２６７、活物質電極２７６、活物質電極２７７の順に直列接続される。したがって、第１の電気化学ユニット２６０ではリッド２８２側の活物質電極２６７が負極となるものの、第２の電気化学ユニット２７０ではリッド２８２側の活物質電極２７６が正極となる。

このように、電気化学デバイス２８０では、配線２６４，２７５の外部電極端子２６４ｂ，２７５ｂのいずれを正極とした場合にも、電気化学ユニット２６０，２７０のうちのいずれか一方はリッド２８２側が正極となる。したがって、電気化学デバイス２８０では、リッド２８２側が正極となる電気化学ユニットにおいて、リッド２８２及びシールリング２８３を形成する金属材料が電解液に溶出しやすくなる。そのため、電気化学デバイス２８０では、短絡や内部抵抗の上昇や容量の低下が生じやすい。

電気化学デバイス３８０は、電気化学デバイス２８０における当該不具合を解消している。電気化学デバイス３８０では、電気化学ユニット３６０，３７０においてリッド３８２側の活物質電極３６７，３７７が負極となるように、第１の電気化学ユニット３６０におけるリッド３８２と第２の電気化学ユニット３７０における導電性接着膜３７９とを接続する配線３６５ａ，３８４，３７４ａが設けられている。

当該構成により、電気化学デバイス３８０では、リッド３８２側の活物質電極３６７，３７７が負極となる。しかし、上述したように、リッド３８２は負極であっても、長期の使用などに起因して、腐食が発生する。

（本実施形態と比較例との比較）
上述したように比較例に係る電気化学デバイス２８０ではリッド２８２が腐食しやすく、電気化学デバイス３８０では長期にわたる信頼性が得られない。一方、本実施形態に係る電気化学デバイス８０では、リッド８２の腐食が発生することなく、長期にわたる高い信頼性が得られる。

比較例に係る電気化学デバイス３８０では、Ｚ軸方向上側に配置されるリッド２８２に接続するためのビア３６５ａ，３７５ａを長く形成する必要がある。一方、本実施形態に係る電気化学デバイス８０では、活物質電極６６，６７，７６，７７がいずれも基材８１の凹状部８１ｃの底面に設けられているため、長いビアを設ける必要がない。電気化学デバイス８０では、活物質電極６６，６７，７６，７７のＺ軸方向下側における簡素な配線で２つの電気化学ユニットを接続することができるため、製造コストを抑制可能である。

［変形例］
本実施形態に係る電気化学デバイス８０では２つの電気化学ユニット６０，７０を接続したが、接続する電気化学ユニットの数は必要な電圧などに応じて任意に決定可能である。また、電気化学デバイス８０では複数の電気化学ユニット６０，７０を直列接続したが、複数の電気化学ユニットを必要な容量などに応じて並列接続してもよい。さらに、任意の数の電気化学ユニットを、必要な電圧や容量に応じて、直列接続と並列接続とを自在に組み合わせて電気化学デバイスを構成することも可能である。

いずれの場合にも、本実施形態に係る電気化学デバイス８０と同様に、全ての活物質電極のＺ軸方向下側における簡素な配線で複数の電気化学ユニットを接続することができる。

図４及び図５に示した電気化学デバイス２０，３０と同様に、蓄電素子ｄを形成する一対の活物質電極間にセパレータを設けてもよい。また、図６及び図７に示した電気化学デバイス４０，５０と同様に、基材として平板状のものを用い、当該基材上にシールリング及びリッドにより複数の液室Ｒを形成してもよい。さらに、図８に示した活物質電極と同様に、活物質電極の形状を変更してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１０…電気化学デバイス
１１…基材
１２…リッド
１３…シールリング
１４，１５…配線
１６，１７…活物質電極
１８，１９…導電性接着層
ｃ…容器
ｄ…蓄電素子
Ｒ…液室

Claims (10)

1. 電解液を収容し、第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有する液室と、
   前記液室内に配置され、前記第１の面上に設けられた第１の電極と前記第１の面上に前記第１の電極とは離間して設けられた第２の電極とを有する蓄電素子と
   を具備する電気化学デバイス。
2. 請求項１に記載の電気化学デバイスであって、
   前記第２の面は前記蓄電素子から離間している
   電気化学デバイス。
3. 請求項１又は２に記載の電気化学デバイスであって、
   前記第１の面を有する基材と前記第２の面を有するリッドとを更に具備する
   電気化学デバイス。
4. 請求項３に記載の電気化学デバイスであって、
   前記基材と前記リッドとの間に配置され、前記第２の面を有するシール部を更に具備する
   電気化学デバイス。
5. 請求項３又は４に記載の電気化学デバイスであって、
   前記基材の前記第１の面とは反対の面に露出し、前記第１の電極及び前記第２の電極からそれぞれ引き出された一対の外部電極端子を更に具備する
   電気化学デバイス。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電気化学デバイスであって、
   前記第１の電極と前記第１の面との間、及び、前記第２の電極と前記第１の面との間にそれぞれ配置され、集電膜として機能する導電性接着層を更に具備する
   電気化学デバイス。
7. 電解液を収容し、第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有する液室と、前記液室内に配置され、前記第１の面上に設けられた第１の電極と前記第１の面上に前記第１の電極とは離間して設けられた第２の電極とを有する蓄電素子とを有する複数の電気化学ユニットと、
   前記複数の電気化学ユニットを接続する接続配線部と
   を具備する電気化学デバイス。
8. 請求項７に記載の電気化学デバイスであって、
   前記複数の電気化学ユニットに共通の前記第１の面を有する基材を更に具備する
   電気化学デバイス。
9. 請求項７又は８に記載の電気化学デバイスであって、
   前記複数の電気化学ユニットに共通の前記第２の面を有するリッドとを更に具備する
   電気化学デバイス。
10. 請求項７から９のいずれか１項に記載の電気化学デバイスであって、
    すべての前記蓄電素子が前記接続配線部によって直列接続されている
    電気化学デバイス。