JP2017130442A - ラミネート型蓄電素子 - Google Patents
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Abstract
Description
当該外装体11内に電極体10を収納する手順としては、例えば、矩形平面形状を有して互いに対面する2枚のラミネートフィルム(11a、11b)間に電極体10を配置するとともに、矩形の3辺同士を溶着して残りの一辺側が開口した袋状に形成する。また当該3辺の内の一辺13については正負両極(20、30)の端子板(23、33)を外装体11外に突出させた状態で溶着する。このようにして矩形の一辺が開口する袋状に形成されたラミネートフィルム(11a、11b)内に電解液を注入したならば、開口している一辺の周縁領域12を溶着し、図1(A)に示したラミネート型蓄電素子1を完成させる。
ACFを用いた実装技術は、従来からFPC同士、あるいはFPCと電子部品(液晶ディスプレイなど)との接続用途として一般的だった。したがってラミネート型蓄電素子を電子回路に実装する際にACFを用いることは自然の流れだったと言える。しかしラミネート型蓄電素子があらゆる電子機器の電源として使用されるようになったことによって想定外の問題が発生した。例えばカード型電子機器に代表される小型で薄い電子機器の電源として使用されるラミネート型蓄電素子ではACFを熱圧着する際の熱が外装体内部の小さな電極体の全域に伝わってしまい、電極体を損傷させてしまうという問題が発生した。またラミネート型蓄電素子の用途が拡大するのにしたがって、電子機器のメーカー側がラミネート型蓄電素子を他の多くの電子部品と同様に在庫部品として長期間に渡って保管する場合が多くなった。すなわち従前ではラミネート型蓄電素子が製品として出荷されてから実装までの期間が比較的短かったものが、長期間の保存後に実装されることが多くなった。そのため電極端子板に生成された酸化皮膜に起因する接触抵抗の増加が無視できない問題となった。そした本発明は、発明者がこれら新たに知見されたラミネート型蓄電素子に特有の問題点に鑑み、ラミネート型蓄電素子の実装に関わる構成について鋭意研究を重ねた結果想到したものである。
図3に本発明の実施例に係るラミネート型蓄電素子(以下、蓄電素子1aとも言う)を示した。なお図3では図2に示した上下方向を採用している。図3(A)は蓄電素子1aの外観図であり、図3(B)は図3(A)におけるb−b矢視断面の一部を拡大した図である。図3(A)に示したように、蓄電素子1aの外観は図1(A)に示した一般的なラミネート型蓄電素子1と同様である。また内部構造や構成も基本的には同じである。実施例に係る蓄電素子1aは、図3(B)に示したように電極端子板の実装面50に異方導電性塗料るは異方導電性接着剤と呼ばれる材料(以下、ACPとも言う)があらかじめ塗布されている。周知のごとくACP100はペースト状の接着剤中に金属粒子を所定の濃度で分散させたものであり、接着剤中の溶剤を揮発させるだけの温度で硬化し、上下方向に熱圧着されると厚さ方向にのみ導電性を発現させて電極端子板(23、33)の実装面50と電子回路における接続相手(端子パッドなど)とを導通状態で接着させる。なお実施例の蓄電素子1aでは、ACP100がスクリーン印刷によって電極端子板(23、33)の実装面50に塗布されている。
剤を揮発させる程度の温度で熱圧着すればよく、治具(図2、符号80)の温度が140℃程度であっても実用的な接着強度が得られる。そのため熱圧着時の熱によって電極体を損傷させることがない。すなわち蓄電素子1a自体の信頼性が向上する。さらに本実施例の蓄電素子1aは電極端子板(23、33)の実装面50にすでにACP100が塗布された状態で出荷されるので、電極端子板(23、33)の実装面50における酸化皮膜の形成が抑制される。すなわち長期間に渡って保存した後で電子回路に実装した場合でも接触抵抗が低く、実装状態での信頼性が向上する。またカード型電子機器の電源として使用されるような極めて小型の蓄電素子では、正極と負極の電極端子間の距離が短く、実装に異方性ではなく、銀ペーストやカーボンペーストなど等方性の導電塗料を使うと、実装時にその導電性塗料が流動して電極端子間を短絡させる可能性があるが、実施例に係る蓄電素子1aでは面方向では絶縁体として振る舞うACP100を用いているので電極端子間(23−33)での短絡が原理的に発生しない。また従来のACFと比較すると、部材や保管に要するコストを低減させることもできる。
つぎに本発明の実施例に係る蓄電素子の信頼性について検討した。概略的には、ACFを用いて実装される従来の蓄電素子(以下、比較例とも言う)と実施例に係る蓄電素子をサンプルとして作製し、比較例に係るサンプルと実施例に係るサンプルを実際に回路基板に実装した。そして各サンプルの信頼性について、電極端子板における酸化被膜に起因する接触抵抗の増加や熱圧着工程時の熱による電極体の損傷に起因する内部抵抗の増加の有無を調べた。なお比較例および実施例に係るサンプルは、電極端子板と電子回路との実装形態が異なるだけで蓄電素子としての構成は全く同じである。ここでは上記非特許文献2に製品として記載されているラミネート型のリチウム一次電池(例えば、FDK株式会社
、CF052039(N)型)を比較例に係るサンプルとして作製し、その比較例の電極
端子板の実装面にACFを塗布して実施例に係るサンプルとした。なお正極端子板の素材はアルミであり、負極端子板の素材は銅である。
まず酸化皮膜に起因する接触抵抗の経時変化を調べた。具体的には比較例のサンプルについては製品として出荷された後に所定の期間(例えば30日)経過後に実装されることを想定して、組み立てが完了してから所定の期間経過後に電極端子板の両面にACPを実施例と同様の条件で塗布した。そして比較例と実施例の実施例のサンプルを電子回路に実装して電極端子板を回路基板に接続し、その状態で23±2℃の室温環境下で保存する室温保存試験を行った。そして保存開始時点から所定の日数が経過した時点毎に、この回路基板に実装された状態のサンプルに対し周知の四端子法を用いて接触抵抗を測定した。なお各サンプルの実装に際しては、比較例のサンプルについては治具の温度を170℃とし、この温度で8秒間所定の圧力(例えば3MPa)で熱圧着し、実施例に係るサンプルについては治具の温度を120℃にした以外は同じ条件で熱圧着することで電極端子板と回路基板とを接続させた。
上述したように、蓄電素子を実装する際に電極端子板を熱圧着すると、そのときの熱で電極体が損傷する可能性がある。そこで比較例と実施例のサンプルを実際に回路基板に実装するとともに、その実装状態にある各サンプルを60℃90%RHの高温多湿環境下に保存する加速劣化試験を行った。そして当該加速劣化試験を開始してから定期的に各サンプルの内部抵抗を周知の交流定電流方式(1KHz、10mA)によって測定した。なお各サンプルにおける実装条件は上記の室温保存試験と同様である。図4に保存開始時点からの経過日数と各サンプルの内部抵抗との関係として、保存開始時点での内部抵抗を100%としたときの内部抵抗上昇率(%)を示した。図4に示したように、15日が経過した時点で、比較例のサンプルにおいて熱圧着時の電極体の損傷に起因すると思われる内部抵抗の増加傾向が確認され、30日経過後では比較例のサンプルでは内部抵抗上昇率が580%より大きくなった。一方実施例のサンプルでは30日経過後でも内部抵抗が390%以下であった。すなわち実施例に係る蓄電素子では、熱圧着時の温度を低くすることがき、電極体の損傷が発生し難いことが確認できた。熱圧着の温度が低くできることは、温度管理を容易にし、熱圧着工程における電力消費量を削減することにも繋がるため、結果としてコストダウンにも寄与する。
ラミネート型蓄電素子の電極端子板に使用される金属としては銅やアルミが一般的であるが、本発明の実施例に係る蓄電素子における電極端子板はこれらの金属に限らず酸化皮膜を形成する金属(ニッケル、鉄など)であれば適用可能である。もちろん金属は合金であってもよい。
電極端子板の実装面にACPが塗布されていればよい。なお当然のことながら、本発明は積層構造を有する平板状の電極体をラミネートフィルムからなる外装体内に密封した構造であれば、リチウム一次電池限らず、様々な種類のラミネート型蓄電素子(リチウム二次電池、電気二重層コンデンサーなど)に適用することができる。もちろん、ポリマー電池など、ポリマーに電解液を含浸させた蓄電素子にも適用できる。また全固体電池のように、電解液自体を用いない蓄電素子にも適用できる。
11a,11b ラミネートフィルム、12 周縁領域、13 端子側縁辺、
20 正極、21,221 正極集電体、22 正極材料、23 正極端子板、
24、正極端子部の先端部分、30 負極、31,231 負極集電体、32 負極材料、33 負極端子板、34 負極端子板の先端部分、40 セパレーター、
50 電極端子板の下面(実装面)、51 電極端子板の上面、60 回路基板、
61 回路基板の給電用端子パッド、70 異方導電膜(ACF)、
80 熱圧着用の治具、100 異方導電性塗料(ACP)、
210 全固体電池の積層電極体、211 全固体電池
Claims (2)
- 扁平袋状に成形された外装体内にシート状の正極と負極とを備えた電極体が密封されているとともに、正極と負極のそれぞれの電極端子板が前記外装体の外方に導出されてなるラミネート型蓄電素子であって、前記正極と負極の電極端子板は、酸化皮膜を形成する金属からなるとともに、前記外装体の一つの縁辺から同方向に導出され、同じ側に面している一主面に異方導電性塗料が塗布されていることを特徴とするラミネート型蓄電素子。
- 請求項1において、電子回路と電源を内蔵したカード型電子機器の前記電源として使用されることを特徴とするラミネート型蓄電素子。
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