JP2019145724A - 電気化学セル - Google Patents

Abstract

【課題】薄くて曲げやすい構造で、表面実装が容易な端子構成を有する電気化学セルを提供する。【解決手段】金属箔に樹脂層が積層されたラミネートフィルム５０、６０からなる外装体２の内部に電極５、６と電解質とセパレータ７とが収容されてなり、さらに複数の外部端子３、４を備えた電気化学セルであって、外部端子３、４の表面の少なくとも一部に、金、銀、銅、錫、パラジウムの単体又は合金から選ばれる少なくとも１種の金属を備えている【選択図】図２

Description

本発明は、電気化学セルに関する。

近年、ウェアラブル端末の電源などの用途として、軽くて薄くて曲げやすい構造の電気化学セルが注目されている。この電気化学セルは、ラミネートフィルムからなる外装体の内部に、一対の電極や電解液等からなる単セルが封入され、電極に接合されたタブリードが外装体の外部に引き出された構造である。
ラミネートフィルムは、アルミニウム等の金属箔の両面に樹脂層が形成された多層構造のフィルムである。金属箔はガスバリア性が高いことから、外部の湿気から電気化学セル内部の電極や電解液を保護することができる。

また、タブリードには、導電性及び耐食性に優れたリボン状のアルミニウム等が用いられている。他方、弁作用金属であるアルミニウムは表面が酸化被膜で覆われており、半田濡れ性が悪い。このため、外装体の外部に引き出されたタブリードと外部機器の回路とを接続する場合に、如何にして良好に半田付けをするかが問題となる。これに対し、例えば、ニッケルとアルミニウムのクラッド板を用いた正極リード端子や、ニッケル、アルミニウム及び銅のクラッド板や、ニッケル及び銅のクラッド板のニッケル領域と隣接する部分にアルミニウムが蒸着された負極リード端子等が提案されている。（特許文献１参照。）

特開平１１−６７２８１号公報

しかしながら、ニッケルもまた表面に酸化被膜で覆われているため、半田濡れ性は良好ではない。また、金属箔同士をクラッドする工程と、メッキする工程と、蒸着する工程とが必要で、手間が多く、工程が複雑となってしまう。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、薄くて曲げやすい構造で、半田付けが容易な端子を有し、簡素な工程の電気化学セルを提供することを課題とする。

本発明における電気化学セルは、金属箔に樹脂層が積層されたラミネートフィルムからなる外装体の内部に一対の電極とセパレータとからなる電極体が収容されてなり、さらに複数の外部端子を備えた電気化学セルであって、前記外部端子の表面の少なくとも一部に、金、銀、銅、錫、パラジウムの単体又は合金から選ばれる少なくとも１種の金属を備えている。
本発明において、前記外部端子は、母材の表面の少なくとも一部にメッキ層からなる半田付け部が形成され、前記メッキ層は金、銀、銅、錫、パラジウムの単体又は合金から選ばれる少なくとも１種の金属からなることが好ましい。
本発明において、前記外部端子は、母材と、前記母材の表面の少なくとも一部に形成された銅及び錫の単体若しくは合金と、のクラッド材からなることが好ましい。

本発明によれば、電気化学セルの外部端子の表面の少なくとも一部、具体的には、セルを搭載するプリント基板やフレキシブル基板への接続を行う箇所に、半田濡れ性の良好な金属が形成されている。これにより、半田付けを容易に行い、接続抵抗が低く強固にこれらを接続することができる。また特に、表面実装に適したセルとすることができる。

本発明において、前記外部端子は、前記電極体と電気的に接続し前記外装体を貫通して外部に引き出されたリードの延出部であることが好ましい。

本発明によれば、電気化学セルの内部から引き出されたタブリードを外部端子として用いる構成において、上述のように外部端子の表面の少なくとも一部に半田濡れ性の良好な金属が形成されている。このように、外部端子に半田濡れ性に優れた金属を一体化させることにより、セルの組み立て時における工程の簡素化ができ、かつ、搭載基板への半田付けが容易な電気化学セルとすることができる。

本発明において、前記外装体は一対の前記ラミネートフィルムからなり、前記外部端子は、前記ラミネートフィルムの前記金属箔の延出部であり、前記一対の電極のそれぞれが異なる前記金属箔と電気的に接続していることが好ましい。

本発明における電気化学セルが電気二重層キャパシタであり、前記外装体の内部における前記金属箔の露出部はアルミニウムからなることを特徴とする。
本発明における電気化学セルは、前記一対の電極の少なくとも一方がリチウムイオンを吸蔵又は放出可能な材料を含み、前記外装体の内部における前記一対の前記ラミネートフィルムの一方の前記金属箔の露出部はアルミニウムからなり、他方の前記金属箔の露出部は銅からなることを特徴とする。

本発明によれば、外装体のラミネートフィルムの金属箔を電極の集電体として用い、この金属箔を延出して外部端子として用いた各々の電気化学セルの構成において、上述のように外部端子の表面の少なくとも一部に半田濡れ性の良好な金属が形成されている。これにより、集電体と外部端子が一体となった金属箔を用い、かつ、外部端子の半田濡れ性を良好にすることができるため、工程の簡素化ができ、従来のタブリードを必要としない安価な電気化学セルとすることができる。

本発明において、前記他方の前記金属箔の延出部である前記外部端子は、表面の一部に半田抑制部が形成されていることが好ましい。

本発明によれば、いずれかの電極にリチウムを含有するセルにおいて、負極外部端子を構成する銅箔に半田付けした場合、半田抑制部の位置で半田を留めることができる。これにより、半田付けの際に溶着部の位置にまで半田が流れてセルが短絡することを防止できる。

本発明において、前記外装体は、前記ラミネートフィルムの前記樹脂層同士の熱融着により封止されてなる溶着部を有し、セパレータは、前記樹脂層に固定されていることが好ましい。
本発明において、前記セパレータは、前記樹脂層よりも融点が高い材料からなることが好ましい。
また、本発明において、前記セパレータは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ガラス繊維、ポリアミド、セルロースから選ばれる少なくとも１種の材料を含むことがより好ましい。

本発明によれば、セルを構成するセパレータが外装を構成するラミネートフィルムの樹脂層に固定されている。これにより、セルに曲げや振動等の機械的な負荷が加えられた場合でも、セパレータの位置ズレを防止し短絡を防ぐことができる。特に、セパレータに上記材料を用いると、ラミネートフィルムの樹脂層とセパレータの熱溶着の際に起こるセパレータの溶けや収縮を抑制でき、短絡を防ぐことができる。

本発明によれば、半田濡れ性に優れた金属を外部端子に形成することにより、電気化学セルの外部端子と搭載基板とを容易にかつ強固に接続することができ、特に表面実装に優れた電気化学セルとすることができる。
また特に、ラミネートフィルム外装体の金属箔を用いて、耐食性に優れた集電体と、外部接続が容易な外部端子とが一体となった構成とすることにより、工程の簡素化ができ、従来のタブリードを必要としない安価な電気化学セルとすることができる。

本発明の電気化学セルの第一実施形態を説明する等角投影図及び平面図である。 本発明の電気化学セルの第一実施形態を説明する断面図であり、図１のＡ面及びＢ面における断面図である。 本発明の電気化学セルの第一実施形態を説明する拡大断面図であり、図２のＣ及びＤの位置での拡大断面図である。 本発明の電気化学セルの第二実施形態を説明する断面図である。

以下、本発明の電気化学セルの実施形態を挙げ、その各構成について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面については、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺が実際の構造に対して異なる場合がある。以下の各実施形態においては、電気化学セルとして、電気二重層キャパシタとリチウムイオン二次電池を主に例に挙げて説明するが、これらに限られるものではない。例えば、リチウム一次電池やリチウム二次電池、アルカリ一次電池等の、各種の一次電池や二次電池に加えて、リチウムイオンキャパシタ、擬似容量を用いたキャパシタ等、種々の電気化学デバイスに適宜適用することができる。

（第一実施形態）
本発明の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１は本実施形態の電気化学セル１の外観を示す等角投影図及び平面図であり、図２は図１におけるＡ面及びＢ面（Ａ−Ａ及びＢ−Ｂ）の断面図である。また、図３は後述するように、本実施形態の接続端子の拡大断面図である。

（電気化学セルの概要）
本実施形態における電気化学セル１は、図１（Ａ）の等角投影図及び図１（Ｂ）の平面図に示すように、ラミネートフィルムからなる外装体２に、一対の電極である正極及び負極とセパレータとからなる電極体が収容され、さらに、電解液を外装体２の内部に有する構成を備えている。外装体２は、２枚のラミネートフィルム５０、６０からなり、このラミネートフィルム同士が溶着部９において溶着することによりセル内部を封止している。また、溶着部９に囲まれた非溶着部１０の位置で、外装体２の内部空間が形成されている。このように外装体２としてラミネートフィルムを用いることにより、セルの封止性を高め、かつ、薄型で可撓性を有する形状とすることができる。

そして、電気化学セル１は、外部の搭載機器の回路基板に接続可能な端子部を備えている。この端子部は、一対の電極のうち正極と電気的に接続している正極外部端子３と、負極と電気的に接続している負極外部端子４とから構成されている。この正極外部端子３と負極外部端子４は、それぞれ、後述するラミネートフィルム５０、６０の金属箔５２、６２の外装体外部における延出部である。

次に、図２を用いて本実施形態をより詳細に説明する。図２（Ａ）は図１（Ａ）におけるＡ面の位置（図１（Ｂ）におけるＡ−Ａ断面）の断面図であり、図２（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ面の位置（図１（Ｂ）におけるＢ−Ｂ断面）の断面図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、電気化学セル１は、外装体２の内部に一対の電極である正極５、負極６、セパレータ７、電解質（図示せず）、が収容された構造である。

（外装体）
外装体２は、２枚のラミネートフィルム５０、６０で構成されている。それぞれのラミネートフィルムは、金属箔５２、６２の一方の面に樹脂層である耐熱性樹脂層５１、６１が、他方の面に樹脂層である熱融着性樹脂層５３、６３が形成された３層構造である。この熱融着性樹脂層５３と熱融着性樹脂層６３の周縁同士がヒートシールにより溶着することにより、上述したように、図１に示す溶着部９の位置でセルが封止され、非溶着部１０に内部空間を有する外装体２が形成される。

ラミネートフィルム５０、６０の金属箔５２、６２の表面には、樹脂層が形成されていない露出部が設けられている。具体的に、露出部は、外装体２の内部における露出部５４、６４と、外装体２の外部における露出部５５、６５とから構成されている。外装体２の内部における露出部５４、６４には、それぞれ、一対の電極である正極５と負極６が導電性接着剤を介して接着されることにより、これらが電気的に接続している。また、外装体２の外部における露出部５５、６５は、それぞれ、正極外部端子３、負極外部端子４に相当している。これにより、正極５が金属箔５２を介して搭載機器の回路基板と電気的に接続し、負極６が金属箔６２を介して搭載機器の回路基板と電気的に接続している。

本実施形態において、耐熱性樹脂層５１、６１には、熱融着性樹脂より融点が高い樹脂が好適に用いられる。これにより耐熱性樹脂層の上からヒーターを当てヒートシールしても溶けることはない。耐熱性樹脂層を構成する材料としては、例えば、ポリアミド、ポリエステル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ナイロンなどが挙げられる。

また、熱融着性樹脂層５３、６３は、ラミネートフィルム同士を溶着するための樹脂から構成されている。具体的には、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。

（金属箔）
金属箔５２、６２を構成する材料は、電気化学セル１を構成する電極や電解液等の種類に応じて適宜選択される。特に、露出部５４、６４においてセル内部に面している材料は、電極の集電体として用いられるため、導電性が高く、かつ、耐食性を有する材料が好ましい。例えば、電気化学セル１が電気二重層キャパシタで、非水溶媒からなる電解液を用いる場合、母材となる金属箔５２、６２の露出部５４、６４としては、アルミニウムが好適に用いられる。正極５、負極６のいずれも比表面積が大きな活性炭が用いられる場合、正極側と負極側で電解液が接触する材料が同じとなるため、セル作成直後の電圧が０Ｖとなり、正極、負極などの極性がなくなるからである。このため、露出部５４、６４には、優れた導電性を有していることに加えて、表面に自然酸化被膜が形成される弁金属であり、正極におけるアノード酸化に対する優れた耐食性を備えているアルミニウムが好適に用いられる。
一方で、アルミニウムはこの酸化被膜により半田濡れ性が悪く、外部の回路基板との半田付けが難しいことから、そのままでは外部端子として用いることが困難である。

本実施形態においては、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、金属箔５２、６２が露出部５５、６５の位置まで延出されて、それぞれ正極外部端子３、負極外部端子４として用いられる場合に、金属箔の端部５２Ａ、６２Ａの表面に半田濡れ性の良好な金属からなる半田付け部５２Ｂ、６２Ｂがそれぞれ形成されている。これにより、搭載する回路基板とそれぞれの外部端子とを容易に半田付けすることができ、表面実装を容易にすることができる。半田付け部５２Ｂ、６２Ｂは、金属箔の端部５２Ａ、６２Ａの表面の少なくとも一部に形成されていればよい。

半田付け部５２Ｂ、６２Ｂを構成する、半田濡れ性の良好な金属としては、例えば、金、銀、銅、錫、パラジウムの単体又は合金から選ばれる少なくとも１種の金属を挙げることができる。このうち、半田付け部を構成する金属が単体の場合には、純度９８％以上、もしくは、純度９９．５％以上等、種々のグレードのものを用いることができる。半田付け部を構成する金属が合金の場合には、例えば、金錫合金、金ニッケル合金、銀パラジウム合金、銅錫合金、錫アンチモン合金、錫ニッケル合金、銀銅錫合金、錫亜鉛ビスマス合金、などを用いることができる。また、金、銀、パラジウムは貴金属であるため、コスト面から、銅や錫から選ばれる１つ又は２つ以上含む金属が好適に用いることができる。半田付け部５２Ｂ、６２Ｂは、このような半田濡れ性の良好な金属を溶接、メッキ、クラッド等の方法で母材に形成することができる。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す例では、金属箔５２、６２が外装体２から延出して、露出部５５、６５の位置で、上下両面が露出した構造となっている。そして、回路基板への表面実装のために、半田付け部５２Ｂ、６２Ｂを含む金属箔５２、６２の下面が、外装体２の底面と同じ高さに位置している。これに対し、露出部５５、６５の位置で金属箔５２、６２の下面のみを露出させてもよい。例えば、図示しないが、露出部５５の位置まで金属箔５２の上面に耐熱性樹脂層５１が外装体２から延出することにより、金属箔５２は下面のみを露出させるようにしてもよい。このような構成とすることにより、外部端子としての金属箔の強度を高めることができる。また、電気化学セルの製造時に、ラミネートフィルムから樹脂層を切断して露出部を形成する場合、切断工程は片面のみ行えばよいことから、製造工程を減らすことができる。

また、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す例では、金属箔５２、６２が外装体２から延出し、先端に半田付け部５２Ｂ、６２Ｂが形成された構造となっているが、金属箔５２、６２に半田濡れ性が良い別部材を溶接等により接続させてもよい。別部材としては、例えば、銅のリボン材や、アルミニウムと銅とのクラッド材、アルミニウムの表面の一部に上述の半田濡れ性の良好な金属がメッキされた板材等を用いることができる。一例として、金属箔５２、６２がアルミニウムであり、別部材がアルミニウムと銅とのクラッド材である場合、アルミニウム同士を溶接により容易に接合することができる。このような別部材を用いることにより、サイズの小さなセル等において、金属箔の表面に半田付け部を形成する場合よりも、容易に半田付け部の形成された外部端子を作製することができる。

以上のように、電気化学セル１が電気二重層キャパシタの場合を例に挙げ説明してきた。これに加えて、電気化学セル１がリチウム一次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタなど、正極５と負極６のいずれかにリチウムを含有するセルである場合については、後述するように、負極集電体として用いられる銅を金属箔６２として用いることが好ましい。

（外部端子）
ここで、本実施形態のように、外部端子である金属箔の表面に半田濡れ性の良い金属が形成される構成について、図３を用いて詳述する。図３（Ａ）、図３（Ｂ）、及び図３（Ｃ）は、図２（Ａ）における領域Ｃの拡大断面図であり、図３（Ｄ）、及び図３（Ｅ）は、図２（Ｂ）における領域Ｄの拡大断面図である。図３に示す構成は一例であり、本発明の技術的範囲において種々の構成を取り得る。特に、負極外部端子４の構成について、図３（Ｄ）及び図３（Ｅ）を用いて説明しているが、正極外部端子３と同様に、図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）の構成とすることもできる。

まず、図３（Ａ）の構成について、電気化学セル１が電気二重層キャパシタの場合を例に挙げ説明する。この構成は図２（Ａ）に示す構成と同様に、ラミネートフィルム５０の金属箔５２の端部５２Ａと、半田付け部５２Ｂとからなる。具体的には、金属箔の端部５２Ａはアルミニウムからなり、この表面に、銅からなる半田付け部５２Ｂが形成されている。半田付け部５２Ｂが半田濡れ性の良好な銅からなることにより、外部端子と搭載機器とを良好に接続することができる。

このような構成は例えば、アルミニウム箔と銅箔を圧接してクラッド材とし、これを切断して形成することができる。また、金属箔の端部５２Ａ上に、半田付け部５２Ｂを溶接することができるほか、金属箔の端部５２Ａ上にメッキで半田付け部５２Ｂを形成することもできる。このときメッキしにくい場合や、メッキがはがれやすい場合には、基材となる金属に下地となる金属層を形成して、この金属層の上に上述した半田濡れ性の良好な金属を形成することができる。
また半田付け部５２Ｂの表面に極わずかな酸化膜が存在し、半田濡れ性に影響を与える場合は、プリフラックスなどの表面処理を施してもよい。

次に、金属箔５２の端部５２Ａと半田付け部５２Ｂとの構成を示す他の例について、図３（Ｂ）と図３（Ｃ）を例に説明する。図３（Ｂ）は、金属箔５２の端部５２Ａの両面に半田付け部５２Ｂが形成されている構成を示す拡大断面図である。また、図３（Ｃ）は、金属箔５２の端部５２Ａの先端を覆うように半田付け部５２Ｂが形成されている構成を示す拡大断面図である。これらの構成の場合、半田付け部５２Ｂが両面に形成されているため、半田が濡れる面積が広くなり、基板との接合強度が強くなる。また、半田は銅からなる半田付部５２Ｂだけに濡れ、アルミニウムからなる５２Ａに濡れないため、半田が金属箔５２を伝って別の金属箔６２と短絡することはない。

なお、半田付け部５２Ｂの形成位置は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、及び図３（Ｃ）に示すような、金属箔５２の先端に形成することができるほか、金属箔５２の露出部５５の任意の位置に形成することができる。形成位置を決定するにあたっては、半田付けの際の熱の影響による、外装体２を構成するラミネートフィルムの溶解や、電気化学セルの劣化や破裂、発火等を防止できるような対策が必要となる。例えば、半田付け部５２Ｂの位置を適切に設計したり、露出部５５、６５の表面を荒くしたり、露出部５５、６５上に放熱部材を設けて半田付けするなどの対策を行うことができる。

次に、電気化学セル１がリチウム一次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタなど、正極５と負極６のいずれかにリチウムイオンを吸蔵または放出可能な材料を含有するセルの場合について説明する。このようなセルの場合、正極側の金属箔５２としてはアルミニウムが用いられる一方で、負極側の金属箔６２の露出部６４としては、負極集電体として機能する銅やニッケルを用いることが好ましく、安価である銅を用いることがより好ましい。正極５にあらかじめ移動可能なリチウムを含ませておき、充電でリチウムイオンを負極６へ移動させる場合、露出部６４にアルミニウムを用いると、リチウムアルミニウム合金に変化し、容量低下や集電できなくなるおそれがあるからである。負極６にあらかじめ移動可能なリチウムを含ませておき、放電でリチウムイオンを正極５へ移動させる場合も同様に、露出部６４は銅が好ましい。このように正極または負極のいずれかにリチウムイオンを吸蔵または放出可能な材料を含有する電気化学セルの場合、正極５と電気的に接続する露出部５４はアルミニウム、負極６と電気的に接続する露出部６４は銅が好ましい。

次に、負極側の金属箔６２に関する構成を示す例について、図３（Ｄ）、及び図３（Ｅ）を基に説明する。この例では、負極側の金属箔６２に銅を用いている。負極外部端子４の位置において、金属箔６２は、半田濡れ性が悪い材料からなる半田抑制部６２Ｃと、銅からなる半田付け部６２Ｂで構成されている。

金属箔６２が、半田濡れ性の良好な銅からなる場合、半田付けの際に半田が金属箔６２の露出部６５を伝って熱融着樹脂層６３まで到達すると、金属箔５２と金属箔６２との間で短絡が発生し、電気化学セル１が短絡するおそれがある。これに対し、本実施形態では、金属箔６２の表面に、半田濡れ性が悪い材料からなる半田抑制部６２Ｃを設けることにより、半田の濡れ過ぎを防止することができる。これにより、半田付けを行っても、電気化学セル１の短絡を防止することができる。

半田濡れ性が悪い材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、樹脂等を挙げることができる。半田濡れ性が悪い材料として樹脂を用いる場合には、半田付けの際の熱に対する耐熱性を有することが好ましい。一例として、例えば、ポリアミド、ポリイミド等の耐熱性樹脂を用いることができる。

本実施形態における半田抑制部６２Ｃの形成位置は、例えば、図３（Ｄ）及び図３（Ｅ）のようにすることができる。具体的には、例えば、図３（Ｄ）に示すように、負極外部端子４の伸びる向きで、金属箔６２で半田抑制部６２Ｃを挟むような配置とすることができる。これにより、負極外部端子４の上面及び下面に加えて、側面においても半田抑制部６２Ｃを形成することができる。したがって、半田付け部６２Ｂに半田を形成しても、半田抑制部６２Ｃを超えて半田が過剰に濡れることがない。
また、図示しないが、半田抑制部６２Ｃは、金属箔６２の表面のみに設けてもよい。この場合でも、半田が半田抑制部６２Ｃを超えて過剰に濡れることがない。

半田抑制部６２Ｃの形成方法は、例えば、半田抑制部６２Ｃを構成する金属箔の両側に、半田付け部６２Ｂを構成する金属箔と、金属箔６２の延出部とを配置して、圧接や溶接等で行うことができる。これにより、これらの金属箔が一体化した金属箔６２となる。具体的には、例えば、半田抑制部６２Ｃを構成するアルミニウム箔の両側に銅箔を配置して、それぞれの端部同士を圧接させて金属箔６２を一体形成することができる。また、金属箔の端部の厚みが薄いことから、端部同士をわずかに重ね合わせて、圧接や溶接を行うことにより金属箔６２を一体形成させてもよい。
また、半田濡れ性の悪いアルミニウムやニッケル等の金属を、半田抑制部６２Ｃの位置で、金属箔６２の全周にわたってメッキすることによっても、半田抑制部６２Ｃを形成することができる。また、上述の耐熱性樹脂を全周にわたって塗布し硬化することにより半田抑制部６２Ｃを形成してもよい。

また、半田抑制部６２Ｃを金属箔６２の全周にわたって形成することが困難な場合には、図５（Ｅ）に示すように、金属箔６２の上下面にのみ半田抑制部６２Ｃを形成してもよい。このような場合、金属箔６２の側面の一部にも半田抑制部６２Ｃが形成されている。これにより、半田付けの際に、半田付け部６２Ｂに付けた半田が両側面の一部を伝わり、金属箔６２の位置まで濡れるおそれがあるが、負極外部端子４の厚みは１０〜１００μｍと薄いため、金属箔６２の位置まで濡れる半田は微量となる。したがって、このような場合でも電気化学セルの短絡を防止することができる。
金属箔６２の上下面に半田抑制部６２Ｃを形成する方法としては、例えば、半田濡れ性の悪い金属箔を図５（Ｅ）に示す半田抑制部６２Ｃの位置に配置して、圧延等により圧接することができる。このような方法の一例としては、インレイクラッド等のクラッドを挙げることができる。また、金属箔６２の上下面にメッキや樹脂の塗布により半田抑制部６２Ｃを形成してもよい。

（セル）
次に、本実施形態の電気化学セル１の具体的なセル構成について説明する。上述したように、本実施形態の電気化学セル１は、外装体２の内部に一対の電極である正極５、負極６、セパレータ７、電解質（図示せず）、が収容された構造である。

（電極）
本実施形態における一対の電極は、電気化学セルにおいて通常用いられている材料を用いることができる。具体的には、活物質と導電助剤とバインダーとの混合物をシート状にして必要な形状に加工してなるシート電極や、混合物をプレス成形して得られるペレット状の電極とすることができる。また、混合物を溶媒に分散してスラリーを形成し、これをアルミニウム箔や銅箔からなる集電体に塗布し乾燥することで得られる金属箔電極とすることもできる。さらに、これらの電極を積層や巻回した電極体とすることもできる。

活物質は充放電に直接関与する物質である。電気化学セル１が電気二重層キャパシタである場合、活物質として活性炭、グラフェン等、比表面積が大きい炭素材料を用いることができる。

また、電気化学セル１がリチウムイオンキャパシタの場合、正極５を構成する活物質として活性炭を、また、負極６を構成する活物質として、活性炭や種々の炭素材料を用いることができる。リチウムイオンキャパシタでは、これらの活物質にあらかじめリチウムを含ませることで負極電位を低下させ、電気二重層キャパシタより作動電圧範囲を広くすることができる。

電気化学セル１がリチウム一次電池の場合、正極５を構成する活物質として、二酸化マンガン、一酸化銅、硫黄など、リチウム吸蔵量が多いが放出しにくい材料を用いることができる。また、負極６を構成する活物質として、リチウムまたはリチウムアルミニウム合金を用いることができる。

さらに、電気化学セル１がリチウムイオン二次電池の場合、正極５を構成する活物質として、リチウムとコバルト、ニッケル、マンガン、アルミニウムなどの複合酸化物、リチウムとチタンの酸化物、リチウムと鉄のリン酸化物、バナジウムの酸化物、モリブデンの酸化物、チタンの硫化物などを用いることができる。また、負極６を構成する活物質として、炭素、リチウムアルミニウム合金、シリコン、リチウムとシリコンの化合物、シリコン酸化物、リチウムとシリコン酸化物の化合物、リチウムと錫酸化物の化合物、リチウムとタングステン酸化物の化合物などを用いることができる。

導電助剤は、電子の伝導性を向上させる材料である。導電助剤としては、例えば、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、グラファイト等の炭素材料を用いることができる。

バインダーは、上述した活物質や導電助剤の粒子同士を結着させたり、これらの粒子と集電体とを結着させたりする材料である。バインダーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリル酸（ＰＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等を用いることができる。

（電解質）
電解質は、電気化学セルに用いられる公知の材料を使用することができ、非水溶媒や水に支持塩が溶解した電解液や、室温で液体の特性を持つ塩であるイオン液体、イオン液体を支持塩として溶媒に溶解させた電解液、電解液を高吸液性多孔質高分子に含浸吸蔵させたゲル電解質、ポリエチレンオキシドやポリフォスファゼン架橋体等の高分子に前記リチウム塩を固溶させた高分子固体電解質、あるいはＬｉ₃Ｎ、ＬｉＩ等の無機固体電解質を用いることができる。

電気化学セルが電気二重層キャパシタで、電解質として非水溶媒に支持塩を溶解させた電解液を用いる場合、非水溶媒としては、例えば、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルフォーメイト、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキソラン、ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）、グライム、スルホラン、アセトニトリル等の有機溶媒の単独又は混合溶媒とすることができる。また、支持塩としては、例えば、種々の４級アンモニウム塩や４級ホスホニウム塩等を用いることができる。さらに、これらの溶媒及び支持塩に加えて、種々の添加剤を加えることができる。

また、例えば電気化学セルが、リチウム一次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等のように、正極と負極のいずれかにリチウムを含有する場合、電解質は、少なくとも非水溶媒及び支持塩を含む電解液とすることができる。非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エーテル等、種々の化合物を用いることができる。これらは例えば、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルフォーメイト、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキソラン、ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）、グライム、スルホラン、アセトニトリル等の有機溶媒の単独又は混合溶媒とすることができる。また、支持塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｆ）₂等を採用することができる。さらに、これらの溶媒及び支持塩に加えて、種々の添加剤を加えることができる。

（セパレータ）
セパレータ７は、正極５と負極６の間に配置され、両者を電気的に絶縁するものである。本実施形態においては、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、セパレータ７はセパレータ固定部８の位置で、ラミネートフィルム６０の熱融着性樹脂層６３に固定されている。本実施形態の電気化学セルを組み立てる場合には、負極６が導電性接着剤等により接着したラミネートフィルム６０と、セパレータ７と、正極５が導電性接着剤等により接着したラミネートフィルム５０とを、順次積層する。このとき、セパレータ７をあらかじめラミネートフィルム６０に接着した負極６の上に載置し、セパレータ固定部８の位置で、ヒートシールやコテ等により加熱し、セパレータ７に熱融着性樹脂層６３を溶着させることにより、セパレータ７をラミネートフィルム６０に固定することができる。これにより、製造時における静電気や風、またセルの曲げや振動等、種々の要因によるセパレータの位置ずれを防止し、正極５と負極６との接触に伴う短絡を防ぐことができる。

また、ラミネートフィルム５０の熱融着性樹脂層５３をラミネートフィルム６０の熱融着性樹脂層６３と重ね合わせる場合、熱融着性樹脂層６３に溶着されたセパレータ７を、さらに、２つの熱融着性樹脂層５３、６３で挟み溶着部９で溶着すれば、より強固にセパレータ７を固定することもできる。

セパレータ７に用いられる材料は、公知の種々の材料を用いることができる。特に、熱融着性樹脂層５３、６３よりも融点の高い材料を用いることにより、セパレータ７の固定時や、熱融着性樹脂層同士がヒートシールにより封止される際に、熱による影響でセパレータ７が変形や溶融することがないので好ましい。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱溶着性樹脂層の融点以上の樹脂の微多孔膜、セルロースの不織布、ガラス繊維の不織布から選ばれる１つ又は２つ以上の材料を含んでなるものである。例えば、熱融着樹脂層に融点が１６０℃程度のポリプロピレンを用いる場合、セパレータは融点が３２７℃のポリテトラフルオロエチレンを用いることが好ましい。特に、セパレータが不織布の場合には、溶着の際に熱溶着性樹脂層が溶融し、不織布の繊維に絡むように固定されるので好ましい。

（第二実施形態）
次に、本発明の別の実施形態を、図４を用いて説明する。以下に述べる点を除き、第一実施形態と同様の構成とすることができる。
図４は、本実施形態の電気化学セル１００の一断面を示す断面図である。電気化学セル１００は、セパレータを介して対向する正極及び負極が巻回や積層等により一体化された電極体１０１を、外装体１０２に収容してなる構造を有している。そして、電極体１０１と電気的に接続するリード１０６が外装体１０２の外部に引き出されており、このリード１０６を含む外部端子が、外部の搭載機器の回路基板に接続可能な構成となっている。

電気化学セル１００は、種々の形態とすることができるが、一例として、図１に示す電気化学セル１の一つの構成と同様に、平面視矩形状の薄型の外装体１０２とすることができる。図４に示す例において、外装体１０２は、矩形状の１枚のラミネートフィルムが折り返され袋状に形成されている。そして、折り返されて対向しているラミネートフィルムの端部同士がヒートシール等により熱融着されることにより、電極体１０１が外装体１０２の内部に密閉される。また、図示しないが、２枚のラミネートフィルムを対向させ、端部同士を熱融着することによっても外装体１０２を形成することができる。

外装体１０２を構成するラミネートフィルムは、第一実施形態で説明した構成と同様に、金属箔１０４の両面に耐熱性樹脂層１０３及び熱融着性樹脂層１０５が形成された構造である。外装体１０２を形成する場合には、電極体１０１を挟んで対向する熱融着性樹脂層１０５同士を密着させ、ヒートシール等による加熱により、熱融着性樹脂層１０５同士を溶着させる。

本実施形態において、リード１０６は、正極と電気的に接続する正極側リードと、負極と電気的に接続する負極側リードとからなる。正極側リードと負極側リードは平面視矩形状の外装体１０２の一つの辺から２本引き出されている。図４に示す断面の向きにおいて、正極側リードと負極側リードの構成は共通しており、上述した説明では正極側リードと負極側リードを区別していない。

電極体１０１を構成する正極及び負極は、金属箔からなる集電体に活物質を含むスラリーが塗工されることにより形成されている。例えば電気化学セル１００が電気二重層キャパシタの場合、集電体は、正極側及び負極側ともアルミニウムからなる。そして、リード１０６は、正極側リード、負極側リードとも、アルミニウムからなる。
また、例えば電気化学セルがリチウムイオン二次電池のように、正極と負極のいずれかにリチウムを含有する場合、集電体は、正極側がアルミニウムからなり、負極側が銅からなる。そして、リード１０６は、正極側リードがアルミニウムからなり、負極側リードが銅及びニッケルのいずれかからなる。

リード１０６と、正極もしくは負極とは、正極もしくは負極の集電体の未塗工部とリード１０６とが溶接されることにより一体化される。この溶接には、例えば超音波溶接や抵抗溶接等が用いられる。

リード１０６の周囲には、樹脂製のシーラント１０７が形成されている。リード１０６が外装体１０２の外部に引き出される際に、シーラント１０７と熱融着性樹脂層１０５とが溶着することにより、セルを良好に封止することができる。シーラント１０７が形成される位置において、リード１０６が外装体１０２の外部に引き出される部分は、リードがない部分に比べて厚みが厚いため、ラミネートフィルムの外周に段差が生じる。この段差は、ヒートシールの際に、ラミネートフィルムの熱融着性樹脂層１０５を溶融させるだけでは充分に埋めることができず隙間が生じてしまうことから、この隙間を充分埋めるために、シーラント１０７が用いられる。このシーラント１０７が形成されたリード１０６はタブリードと呼ばれる。タブリードを用いることにより、リード１０６を挟んで外装体１０２を封止する際に充分密閉させることができる。

本実施形態においては、外部端子を構成するリード１０６の端部１０６Ａにおいて、表面の少なくとも一部に半田濡れ性の良好な金属からなる半田付け部１０６Ｂが形成されている。半田付け部１０６Ｂを構成する半田濡れ性の良好な金属としては、第一実施形態において説明したように、例えば、金、銀、銅、錫、パラジウムから選ばれる１つ又は２つ以上含む金属とすることができる。

リード１０６の端部１０６Ａ及び半田付け部１０６Ｂについては、上述の第一実施形態と同様の構成を用いることができる。例えば、図４に示すように、リード１０６がアルミニウムからなる場合には、アルミニウム製のリードの端部１０６Ａの一表面、具体的には半田付け部１０６Ｂの位置に銅が圧接されたクラッド材とすることができる。また、リード１０６が銅からなる場合には、リードの端部１０６Ａ、半田付け部１０６Ｂともに、銅が用いられる。つまり、別部材とせずに一つの銅製のリード１０６となる。この場合には、さらに、第一実施形態で説明したような、セル側への半田の濡れ過ぎを防止するための半田抑制部を外部端子に設けることができる。

以上説明した構成の場合にもまた、第一実施形態同様に、外部端子の半田濡れ性を向上し、表面実装に適した構成とすることができる。

１・・・ 電気化学セル
２・・・ 外装体
３・・・ 正極外部端子
４・・・ 負極外部端子
５・・・ 正極
６・・・ 負極
７・・・ セパレータ
８・・・ セパレータ固定部
９・・・ 溶着部
１０・・・ 非溶着部
５０、６０・・・ ラミネートフィルム
５１、６１・・・ 耐熱性樹脂層
５２、６２・・・ 金属箔
５２Ａ、６２Ａ・・・ 金属箔の端部
５２Ｂ、６２Ｂ・・・ 半田付け部
６２Ｃ・・・ 半田抑制部
５３、６３・・・ 熱融着性樹脂層
１００・・・ 電気化学セル
１０１・・・ 電極体
１０２・・・ 外装体（ラミネートフィルム）
１０３・・・ 耐熱性樹脂層
１０４・・・ 金属箔
１０５・・・ 熱融着性樹脂層
１０６・・・ リード（外部端子）
１０６Ａ・・・ リードの端部
１０６Ｂ・・・ 半田付け部
１０７・・・ シーラント

Claims (11)

1. 金属箔に樹脂層が積層されたラミネートフィルムからなる外装体の内部に一対の電極とセパレータとからなる電極体が収容されてなり、さらに複数の外部端子を備えた電気化学セルであって、
   前記外部端子の表面の少なくとも一部に、金、銀、銅、錫、パラジウムの単体又は合金から選ばれる少なくとも１種の金属を備えていることを特徴とする電気化学セル。
2. 前記外部端子は、母材の表面の少なくとも一部にメッキ層からなる半田付け部が形成され、前記メッキ層は金、銀、銅、錫、パラジウムの単体又は合金から選ばれる少なくとも１種の金属からなることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
3. 前記外部端子は、母材と、前記母材の表面の少なくとも一部に形成された銅及び錫の単体若しくは合金と、のクラッド材からなることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
4. 前記外部端子は、前記電極体と電気的に接続し前記外装体を貫通して外部に引き出されたリードの延出部である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。
5. 前記外装体は一対の前記ラミネートフィルムからなり、
   前記外部端子は、前記ラミネートフィルムの前記金属箔の延出部であり、
   前記一対の電極のそれぞれが異なる前記金属箔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３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
6. 前記電気化学セルが電気二重層キャパシタであり、前記外装体の内部における前記金属箔の露出部はアルミニウムからなることを特徴とする請求項５に記載の電気化学セル。
7. 前記一対の電極の少なくとも一方がリチウムイオンを吸蔵又は放出可能な材料を含み、前記外装体の内部における前記一対の前記ラミネートフィルムの一方の前記金属箔の露出部はアルミニウムからなり、他方の前記金属箔の露出部は銅からなることを特徴とする請求項５に記載の電気化学セル。
8. 前記他方の前記金属箔の延出部である前記外部端子は、表面の一部に半田抑制部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電気化学セル。
9. 前記外装体は、前記ラミネートフィルムの前記樹脂層同士の熱融着により封止されてなる溶着部を有し、セパレータは、前記樹脂層に固定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。
10. 前記セパレータは、前記樹脂層よりも融点が高い材料からなることを特徴とする請求項９に記載の電気化学セル。
11. 前記セパレータは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ガラス繊維、ポリアミド、セルロースから選ばれる少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電気化学セル。

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