JP4344556B2 - 電池用ケースおよび電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話などの通信機器に用いられ、実装性に優れるとともに電解液の漏れを有効に防止できる薄型の電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話や携帯型コンピュータ、カメラ一体型ビデオテープレコーダー等に代表される携帯機器が目覚しく発達するとともに、より一層の小型化、軽量化が求められる傾向にある。そして、これらの携帯機器の電源としての電池の需要も増加の一途をたどるとともに、電池のエネルギー密度を高めることによる小型軽量化の研究が活発に行われている。特に、リチウム電池は、原子量が小さくかつイオン化エネルギーが大きなリチウムを用いる電池であることから、高エネルギー密度を得ることができて小型軽量化が図れ、さらに再充電が可能な電池とできることより盛んに研究され、現在に至っては携帯機器の電源をはじめとする広範囲な用途に用いられるようになってきた。
【０００３】
また、電池には、大きく分けて円筒型と角型があり、その構造は正極と負極とを絶縁シートから成るセパレータを介して金属製の電槽缶内に挿着し、そこに有機電解液が注入されて封口された構造とされている。
【０００４】
リチウム電池の正極には、例えば金属酸化物を正極活物質としてこれに導電材を添加したものが一般的に使用される。この正極活物質としては例えばコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）などが使用され、また、導電材としては例えばアセチレンブラック（ＡＢ）や黒鉛などが使用される。電池の負極には、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）などのリチウムチタン複合酸化物やグラファイトまたは非晶質炭素などの活物質を樹脂で固めたものが一般的に使用される。
【０００５】
リチウム電池においては、このＬｉＣｏＯ２やＬｉＭｎ２Ｏ４などから成る正極活物質の充放電電圧が約４Ｖであり、これに対して炭素材料などからなる負極活物質の充放電電圧は０Ｖ付近であることから、これらの正極活物質と負極活物質と電解液とを組み合わせることによって約3.5Ｖの高放電電圧を達成している。
【０００６】
電池の正極は上記活物質に上記導電材を加え、さらにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【０００７】
また負極は上記活物質に、正極と同様にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【０００８】
そして、このようにして作製された正極および負極をその間に耐熱温度が約150℃のポリオレフィン繊維製の不織布やポリオレフィン製の微多孔膜などからなるセパレータを介して電槽缶内に収容し、電解液を注入して電池が得られる。
【０００９】
そして、このようにして作製される電池をさらに小型化、高密度化するために、図５に示すコイン型の電池Ａが開発されている。
【００１０】
この従来の電池Ａは、円板状の正極11ｂを備えた例えばステンレスからなる正極缶11と、円板状の負極12ｂを備えた例えばステンレスからなる負極缶12とを電解液を含浸させたセパレータ14を介して対置させ、ついで例えば絶縁性のポリプロピレン樹脂からなるガスケット15を介して正極缶11の周囲と負極缶12の周囲とをかしめるようにして一体に結合させた電槽缶構造とされている。正極11ｂおよび負極12ｂにおける充放電は正極缶11および負極缶12に取着した外部接続端子部材を介して行われる（例えば、下記の特許文献１，２参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開2000−106195号公報（第６−12頁、図1）
【００１２】
【特許文献２】
特開2002−198019号公報（第３−４頁、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１，２に示されるような従来の電池Ａは、長期間に亘って温度差が百数十度という温度サイクル試験（例えば−40℃〜85℃）に曝されると、例えばポリプロピレン樹脂からなるガスケット15と正極缶11と負極缶12との熱膨張率の差によりガスケット15を介して正極缶11および負極缶12の周囲をかしめた電槽缶の結合部位に隙間が生じて電解液が漏れ出す場合が有り、これにより電池Ａの電池性能を劣化させたり、さらに漏れ出た電解液により外部電気回路基板上の銅（Ｃｕ）配線が腐食して断線するといった不具合を発生させたり、あるいは、この隙間から水分が電池Ａ内部に侵入して電池性能を劣化させたりするという不具合が発生していた。
【００１４】
さらに、従来の電池Ａでは、電解液を正極缶11と負極缶12との内部に封入するに際して気泡が内部に残留し、この気泡が上記の温度サイクル試験に曝された場合に熱膨張と熱収縮を繰り返すことによってかしめて結合させた部位付近における上記隙間の発生を助長し、その結果、電解液漏れや水分の浸入によって電池性能をさらに劣化させていた。
【００１５】
また、従来の電池Ａは、充放電を行なうために、上下に外部接続端子部材を接続してこの外部接続端子部材を外部電気回路基板に接続しなければならず、外部電気回路基板への接続が繁雑であるという問題点を有していた。
【００１６】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、外部電気回路基板への接続が容易で量産性に優れるとともに、長期間の使用により電槽缶の結合部位に隙間が生じることにより電解液が漏れ出して電池性能を劣化させたり、漏出した電解液により外部電気回路基板が損傷を受けたりすることがなく、電解液を長期間にわたって良好に保持し電池性能が劣化しない電池用ケースおよび電池を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、該凹部の内側面と底面との間に段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、前記段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、前記凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、前記第一のメタライズ層から前記セラミック基体の外面にかけて形成された第一の接続導体と、前記第二のメタライズ層から前記セラミック基体の外面にかけて形成された第二の接続導体とを具備しており、前記第一の接続導体は、前記凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、前記第二の接続導体は、前記凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、前記第一のメタライズ層および前記第一の接続導体の前記凹部の内側の部位と、前記第二のメタライズ層および前記第二の接続導体の前記凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、この凹部の内側面と底面との間に段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、第一のメタライズ層からセラミック基体の外面にかけて形成された第一の接続導体と、第二のメタライズ層からセラミック基体の外面にかけて形成された第二の接続導体とを具備しており、第一の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、第二の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、第一のメタライズ層および第一の接続導体の凹部の内側の部位と、第二のメタライズ層および第二の接続導体の凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることから、気密性に優れるとともに耐熱性に優れるセラミック基体によって電解液が収容されているため、温度サイクル試験に曝された場合でもセラミック基体に隙間が生じて電解液が漏れることはない。また、セラミック基体によって気密性が良好に維持されるので、電池性能を劣化させる水分や酸素等が外部から電解液中に侵入するのを有効に抑制することができる。
【００１９】
また、セラミック基体は有機溶剤や酸等を含む電解液に侵され難く、電解液中にセラミック基体から溶け出した不純物が混入しないので電解液を劣化させない。このため、電池性能を良好に維持することができる。
【００２０】
さらに、電池の正負電極板にそれぞれ接続される第一および第二のメタライズ層に、それぞれ電気的に接続される第一および第二の導体層をともにセラミック基体の下面に設けることによって、外部接続端子部材等を用いることなく外部電気回路基板の表面の配線導体に表面実装によって容易に接続することが可能となり、量産性に優れたものとなる。
【００２１】
さらに、本発明の電池用ケースは、第一の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、第二の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、第一のメタライズ層および第一の接続導体の凹部の内側の部位と、第二のメタライズ層および第二の接続導体の凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることから、第一および第二のメタライズ層が電解液に曝されることがないので電解液によって腐食されることがなく、電解液中にメタライズ層の成分が溶出することがない。従って、電解液を長期間にわたって良好に保持できる電池用ケースとすることができる。
【００２２】
また、本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースと、前記第二のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、該正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着されているとともに一端部が前記第一のメタライズ層にこれを覆って電気的に接続された負電極板と、前記セラミック基体の上面に前記凹部を覆って取着された蓋体とを具備していることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースを具備しているので、気密信頼性が高く、電解液中に不純物がほとんど溶出することのない安定した充放電が行なえるものとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の電池用ケースについて以下に詳細に説明する。図１は本発明の電池用ケースの実施の形態の一例を示し、（ａ）は本発明の電池用ケースの断面図であり、（ｂ）は電池用ケースを下面側から見た斜視図である。また、図２は図１の電池用ケースの要部拡大断面図であり、（ａ）は凹部の内側面と底面との間に形成された段差の上面付近の拡大断面図であり、（ｂ）は凹部の段差が形成された面と反対側の面の凹部底面付近の拡大断面図である。
【００２５】
これらの図において、１はセラミック基体、１ａはセラミック基体１の上面の中央部に直方体状に形成された凹部、１ｂはセラミック基体１の側壁、１ｃは凹部１ａの底面に形成された第二のメタライズ層、１ｄ−Ａは凹部１ａの内側面と底面との間に形成された段差、１ｄ−Ｂは段差１ｄ−Ａの上面に形成された第一のメタライズ層、３ａは第一の接続導体、３ｂは第二の接続導体、４ａは第一のセラミック層、４ｂは第二のセラミック層である。また、５ａはセラミック基体１の外側面に上下方向に形成された第一の溝の内面に形成され、第一の導体層３ａと接続された第一の側面導体（いわゆるキャスタレーション導体）、５ｂは同様にしてセラミック基体１の外側面に上下方向に形成された第二の溝の内面に形成され、第二の導体層３ｂと接続された第二の側面導体（いわゆるキャスタレーション導体）、６は金属めっき層、７はアルミニウム層、Ｅは第一の接続導体３ａと凹部１ａの内側面とが交差する第一の交差部位、Ｆは第二の接続導体３ｂと凹部１ａの内側面とが交差する第二の交差部位、Ｂは電池用ケースである。なお、それぞれの図において同一の部位を示す符号には同じ符号を付している。
【００２６】
本発明の電池用ケースＢは、セラミック基体１の上面の中央部に直方体状の凹部１ａが形成され、この凹部１ａの内側面と底面との間に段差１ｄ−Ａが形成されており、下面に第一の導体層Ｄおよび第二の導体層Ｃが互いに独立して設けられている。
【００２７】
また、段差１ｄ−Ａの上面には第一のメタライズ層１ｄ−Ｂが形成されており、凹部１ａの底面には第二のメタライズ層１ｃが形成されている。さらに、第一のメタライズ層１ｄ−Ｂから第一の導体層Ｄにかけて、および第二のメタライズ層１ｃから第二の導体層Ｃにかけてそれぞれ第一および第二の接続導体３ａ，３ｂならびに第一および第二の側面導体５ａ，５ｂによって電気的に接続されている。
【００２８】
このようなセラミックス基体１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体やムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスから成り、例えばセラミック基体１がアルミナ質焼結体から成る場合、以下のようにして作製される。すなわち、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤等を添加混合してスラリー状の絶縁ペーストと成す。この絶縁ペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートとも称す）と成し、所要の大きさに切断する。次に、その中から選ばれた複数のグリーンシートにおいて凹部１ａ、段差１ｄ−Ａ等を形成するために適当な打抜き加工を施す。
【００２９】
そして、これらのグリーンシートにタングステン（Ｗ）等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを所定の部分に印刷塗布して第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃ、第一および第二の接続導体３ａ，３ｂ、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃとなる金属ペースト層を形成し、次いでセラミック層４ａ，４ｂとなる絶縁ペーストを第一および第二の接続導体３ａ，３ｂとなる金属ペースト層表面の第一および第二の交差部位Ｅ，Ｆにスクリーン印刷法等で印刷する。そして、これらの金属ペースト層や絶縁ペースト層を形成したグリーンシートを積層し、セラミック基体１の外側面に第一および第二の側面導体５ａ，５ｂとなる金属ペースト層を形成した後、約1600℃の温度で焼成することによってセラミック基体１が作製される。
【００３０】
セラミック基体１は有機溶剤や酸等を含む電解液Ｂ−４に侵され難く、従って電解液Ｂ−４中にセラミック基体１から溶け出した不純物が混入して電解液Ｂ−４を劣化させることがない。このため電池性能を良好に維持することができる電池用ケースＢを得ることができる。また、セラミック基体１をＡｌＮ質焼結体から成るものとした場合には、作動時の熱を効率よく外部に放散させることができるので、電解液Ｂ−４が熱変性することがほとんど無く、信頼性の高い電池用ケースＢとすることができる。
【００３１】
また、気密性に優れるとともに耐熱性に優れるセラミック基体１によって電解液Ｂ−４が収容されているため、温度サイクル試験に曝された場合でもセラミック基体１に隙間が生じて電解液Ｂ−４が漏れることはない。また、セラミック基体１によって気密性が良好に維持されるので、電池性能を劣化させる水分や酸素等が外部から電解液Ｂ−４中に浸入するのを有効に抑制することができる。
【００３２】
そして、このようにして作製されたセラミック基体１に形成されたこれらの第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃ、第一および第二の接続導体３ａ，３ｂ、第一および第二の側面導体５ａ，５ｂ、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃの露出した表面には、耐食性に優れかつ半田との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ１〜12μｍのニッケル（Ｎｉ）層および厚さ0.3〜５μｍの金（Ａｕ）層からなる金属めっき層をめっき法等により順次被着させてもよい。
【００３３】
特に電池用ケースＢの内部に形成された第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃの表面に被着されたＡｕめっき層は酸性の電解液Ｂ−４に侵されにくい性質を有しているので、充放電による電圧で容易に第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃの金属主成分であるＷ等が電解液Ｂ−４中に溶出するのを有効に抑制する作用をなす。また、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃに被着されたＮｉおよびＡｕめっき層は半田との濡れ性を良くする作用をなすので、外部電気回路基板（図示せず）の表面の配線導体との接合強度がより強固なものとなる。
【００３４】
このように第一および第二の導体層Ｄ，Ｃが外部電気回路基板の表面の配線導体に半田を介して直接接合されるようにできることから、本発明の電池用ケースＢによれば、外部接続端子部材等を用いることなく外部電気回路基板の表面の配線導体に表面実装によって容易に接続することが可能となり、量産性に優れたものとなる。
【００３５】
Ｎｉ層の厚さが１μｍ未満であれば、メタライズから成る各導体の酸化腐蝕を防止したり各導体から金属成分が溶出したりするのを有効に抑制するのが困難になって電池性能が劣化し易く成る。また、Ｎｉ層の厚さが12μｍを超えると、めっき形成に多大の時間がかかることになり量産性が低下し易くなるとともに電気抵抗が大きくなり易い。
【００３６】
また、Ａｕ層の厚さが0.3μｍ未満であれば、均一な厚さのＡｕ層を形成するのが困難となり、Ａｕ層がきわめて薄い部位やあるいはＡｕ層が形成されていない部位が生じ易く、酸化腐食の防止効果や半田との濡れ性が低下し易くなる。またＡｕ層の厚さが５μｍを超えると、めっき形成に多大の時間がかかることになり量産性が低下し易くなる。
【００３７】
さらに、第一のメタライズ層１ｄ−Ｂおよび第一の接続導体３ａの凹部１ａの内側１ａの部位ならびに第二のメタライズ層１ｃおよび第二の接続導体３ｂの凹部１ａの内側の部位を、周知のスパッタリング法等によりアルミニウム層７で覆うことにより本発明の電池用ケースＢが得られる。
【００３８】
アルミニウム層７は、電解液Ｂ−４に腐食されにくいことから、アルミニウム層７は下層の第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃを保護し、これらが電解液Ｂ−４によって腐食されるのを防止する作用をなす。
【００３９】
このアルミニウム層７はそれぞれ段差１ｄ−Ａの上面におけるセラミック表面，第一のメタライズ層１ｄ−Ｂ，第一の接続導体３ａ，第一のセラミック層４ａを覆うように形成され、第二のメタライズ層１ｃ，第二の接続導体３ｂ，第二のセラミック層４ｂおよび凹部１ａの底面のこれら第二のメタライズ層１ｃおよび第二の導体層３ｂの周辺を覆うように形成されるのが好ましい。このように覆うことにより、アルミニウム層７が第一のメタライズ層１ｄ−Ｂおよび第一の接続導体３ａならびに第二のメタライズ層１ｃおよび第二の接続導体３ｂの位置よりずれて形成されても完全にこれら第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃおよび第一および第二の導体層３ａ，３ｂを覆うことができ、電解液Ｂ−４によるこれら第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃおよび第一および第二の導体層３ａ，３ｂの腐食を防止することができる。
【００４０】
ここで、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、段差１ｄ−Ａとなるグリーンシートおよび凹部１ａの底面となるグリーンシートの上に側壁１ｂとなるグリーンシートを積層したときに、段差１ｄ−Ａとなるグリーンシートおよび凹部１ａの底面となるグリーンシートの側壁１ｂとなるグリーンシートと接触する面が、積層するときの圧力により下方に押されて変形し、その上に形成された第一のメタライズ層１ｄ−Ｂおよび第一の接続導体３ａならびに第二のメタライズ層１ｃおよび第二の接続導体３ｂも同じように変形する。このように変形すると、これら第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃおよび第一および第二の導体層３ａ，３ｂの第一および第二の交差部位Ｅ，Ｆにめっき層やアルミニウム層７を形成することが困難となり、第一および第二の交差部位Ｅ，Ｆにおいて電解液Ｂ−４によって第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃおよび第一および第二の導体層３ａ，３ｂが腐食される場合がある。
【００４１】
本発明の電池用ケースＢによれば、第一の接続導体３ａは、凹部１ａの内側面と交差する第一の交差部位Ｅが第一のセラミック層４ａに覆われており、第二の接続導体３ｂは、凹部１ａの内側面と交差する第二の交差部位Ｆが第二のセラミック層４ｂに覆われているので、第一および第二の交差部位Ｅ，Ｆにおける第一のメタライズ層１ｄ−Ｂおよび第一の接続導体３ａならびに第二のメタライズ層１ｃおよび第二の接続導体３ｂが、電解液Ｂ−４によって腐食されることがない。
【００４２】
次に、本発明の電池について以下に詳細に説明する。図３は本発明の電池の実施の形態の一例を示す断面図であり、Ｂ−１は正電極板、Ｂ−２は負電極板、Ｂ−３は絶縁シート、Ｂ−４は電解液、２は蓋体、Ｇは電池である。なお、図１、図２と同じ部位には同じ符号を付している。
【００４３】
本発明の電池Ｇは、本発明の電池用ケースＢと、第二のメタライズ層１ｃにこれを覆って接続された正電極板Ｂ−１と、この正電極板Ｂ−１の上面に電解液Ｂ−４を含浸した絶縁シートＢ−３を介して密着されているとともに一端部が第一のメタライズ層１ｄ−Ｂにこれを覆って電気的に接続された負電極板Ｂ−２と、セラミック基体１の上面に凹部１ａを覆って取着された蓋体２とを具備している。
【００４４】
これにより、本発明の電池Ｇは上記本発明の電池用ケースＢを具備しているので、気密信頼性が高く、電解液Ｂ−４中に不純物がほとんど溶出することのない、安定した充放電が行なえる電池Ｇとすることができる。
【００４５】
正電極板Ｂ−１は、ＬｉＣｏＯ２やＬｉＭｎ２Ｏ４等から成る正極活物質およびアセチレンブラックや黒鉛等の導電材を含む板状やシート状のものであり、また、負電極板Ｂ−２はコークスや炭素繊維等の炭素材料から成る負極活物質を含む板状やシート状のものである。
【００４６】
正電極板Ｂ−１は、上記正極活物質に上記導電材を加えたものにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【００４７】
同様にして負電極板Ｂ−２は、上記負極活物質にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【００４８】
また、絶縁シートＢ−３は、ポリオレフィン繊維製の不織布やポリオレフィン製の微多孔質膜などからなり、電解液Ｂ−４が含浸されるとともに正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２との間に配置されることにより、正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２とが直接接触することを防止するとともに正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２との間の電解液Ｂ−４の移動を可能として電流が流れることを可能とする。
【００４９】
蓋体２は、アルミナ質焼結体等から成り、蓋体２の下面のセラミック基体１と接合される部位にメタライズ層を形成しておき、また、セラミック基体１の上面の凹部１ａの周囲にもメタライズ層を形成しておき、これらのメタライズ層同士を半田等のロウ材でセラミック基体１の上面に凹部１ａを覆って取着されることによって、セラミック基体１の凹部１ａを気密に保つ。
【００５０】
また、本発明においてセラミック基体１の側面や底面、あるいは蓋体２に、貫通孔１ｅを形成しておくとよい。これにより、電解液Ｂ−４を電池用ケースＢ内に注入する際、貫通孔１ｅから電解液Ｂ−４を注入することが容易となる。また、貫通孔１ｅより電解液Ｂ−４を注入することにより電解液Ｂ−４の注入スピードや注入量の調整が容易となり、電池用ケースＢ内部に大きな気泡を発生させることはない。これによって内部に気泡が残留して、その気泡が熱膨張することによって電池用ケースＢに大きな圧力が加わることを抑制できるので、電池用ケースＢにクラックが発生することを有効に防止できる。
【００５１】
電解液Ｂ−４は、湿気をほとんど含まない例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを充填した容器内で例えばシリンジなどの注入手段を用いて貫通孔１ｅから電池Ｇの内部に注入される。そして、注入後に例えばポリプロピレン樹脂などの電解液Ｂ−４に対して侵され難い樹脂を封止材Ｈとして貫通孔１ｅに充填することにより、電池Ｇの内部を気密に封止することができる。
【００５２】
電解液Ｂ−４を注入するに際しては、貫通孔１ｅが設けられた面を上にすると、電池用ケースＢの内部に気泡が取り残されることがなく、また歩留り良く生産することができる。
【００５３】
電解液Ｂ−４は、例えば四フッ化ホウ酸リチウム等のリチウム塩や塩酸，硫酸，硝酸等の酸をジメトキシエタンやプロピレンカーボネート等の有機溶媒に溶解したものが用いられる。
【００５４】
このような電解液Ｂ−４は、腐食性や溶解性の高いものであるが、本発明の電池Ｇによれば、セラミック基体１は有機溶剤や酸等を含む電解液Ｂ−４に侵され難く、また、電解液Ｂ−４中に電池用ケースＢから溶け出した不純物が混入して電解液Ｂ−４を劣化させることもなく、電池性能を良好に維持することができる。
【００５５】
また、従来用いられていた金属製の電漕缶では図４に示すように正極缶11と負極缶12との周囲をポリプロピレン樹脂等から成るガスケット15を介してかしめることによって一体化しており、このかしめた部位があるために従来の電池Ｇでは正極缶11と負極缶12とセパレータ14とを合わせたかしめ部に２ｍｍ前後の寸法が必要であったのに対して、本発明によれば、かしめ部がないために電池Ｇの外形を小さくすることができ、携帯機器の小型化に大きく寄与できるものとなる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施の形態に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であれば種々の変更は可能である。例えば、１つの凹部１ａを有する電池用ケースＢを用いた電池Ｇについて説明したが、複数の凹部１ａを有する電池用ケースＢとしてもよく、その場合、蓋体２は各凹部１ａをすべて覆うように取着される１枚の蓋体２とするか、またはそれぞれの凹部１ａを覆うように複数の蓋体２が取着されるようにすればよい。このように複数の凹部１ａを有する電池用ケースＢを用いる場合には、それぞれの凹部１ａに作製された電池Ｇを並列接続することにより高容量の電池Ｇとすることができ、直列接続することにより高電圧を供給することができる電池Ｇとすることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、この凹部の内側面と底面との間に段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、第一のメタライズ層からセラミック基体の外面にかけて形成された第一の接続導体と、第二のメタライズ層からセラミック基体の外面にかけて形成された第二の接続導体とを具備しており、第一の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、第二の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、第一のメタライズ層および第一の接続導体の凹部の内側の部位と、第二のメタライズ層および第二の接続導体の凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることから、気密性に優れるとともに耐熱性に優れるセラミック基体によって電解液が収容されているため、温度サイクル試験に曝された場合でもセラミック基体に隙間が生じて電解液が漏れることはない。また、セラミック基体によって気密性が良好に維持されるので、電池性能を劣化させる水分や酸素等が外部から電解液中に侵入するのを有効に抑制することができる。
【００５８】
また、セラミック基体は有機溶剤や酸等を含む電解液に侵され難く、電解液中にセラミック基体から溶け出した不純物が混入しないので電解液を劣化させない。このため、電池性能を良好に維持することができる。
【００５９】
さらに、電池の正負電極板にそれぞれ接続される第一および第二のメタライズ層に、それぞれ電気的に接続される第一および第二の導体層をともにセラミック基体の下面に設けることによって、外部接続端子部材等を用いることなく外部電気回路基板の表面の配線導体に表面実装によって容易に接続することが可能となり、量産性に優れたものとなる。
【００６０】
さらに、本発明の電池用ケースは、第一の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、第二の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、第一のメタライズ層および第一の接続導体の凹部の内側の部位と、第二のメタライズ層および第二の接続導体の凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることから、第一および第二のメタライズ層が電解液に曝されることがないので電解液によって腐食されることがなく、電解液中にメタライズ層の成分が溶出することがない。従って、電解液を長期間にわたって良好に保持できる電池用ケースとすることができる。
【００６１】
また、本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースと、前記第二のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、該正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着されているとともに一端部が前記第一のメタライズ層にこれを覆って電気的に接続された負電極板と、前記セラミック基体の上面に前記凹部を覆って取着された蓋体とを具備していることを特徴とするものである。
【００６２】
本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースを具備しているので、気密信頼性が高く、電解液中に不純物がほとんど溶出することのない、安定した充放電が行なえるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池用ケースの実施の形態の一例を示し、（ａ）は電池用ケースの断面図、（ｂ）は電池用ケースを下面側から見た斜視図である。
【図２】図１の電池用ケースの要部拡大断面図であり、（ａ）は凹部の内側面と底面との間に形成された段差の上面付近の拡大断面図であり、（ｂ）は凹部の段差が形成された面と反対側の面の凹部底面付近の拡大断面図である。
【図３】本発明の電池の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図４】電池用ケースを構成するセラミック積層体の例を示す拡大断面図であり、（ａ）は段差付近の拡大断面図であり、（ｂ）は凹部の段差が形成された面と反対側の面の凹部底面付近の拡大断面図である。
【図５】従来の電池の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：セラミック基体
１ａ：凹部
１ｂ：側壁
１ｃ：第二のメタライズ層
１ｄ−Ａ：段差
１ｄ−Ｂ：第一のメタライズ層
２：蓋体
３ａ：第一の接続導体
３ｂ：第二の接続導体
４ａ：第一のセラミック層
４ｂ：第二のセラミック層
５ａ：第一の側面導体
５ｂ：第二の側面導体
７：アルミニウム層
Ｂ：電池用ケース
Ｂ−１：正電極板
Ｂ−２：負電極板
Ｂ−３：絶縁シート
Ｂ−４：電解液
Ｃ：第二の導体層
Ｄ：第一の導体層
Ｅ：第一の交差部位
Ｆ：第二の交差部位
Ｇ：電池
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話などの通信機器に用いられ、実装性に優れるとともに電解液の漏れを有効に防止できる薄型の電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話や携帯型コンピュータ、カメラ一体型ビデオテープレコーダー等に代表される携帯機器が目覚しく発達するとともに、より一層の小型化、軽量化が求められる傾向にある。そして、これらの携帯機器の電源としての電池の需要も増加の一途をたどるとともに、電池のエネルギー密度を高めることによる小型軽量化の研究が活発に行われている。特に、リチウム電池は、原子量が小さくかつイオン化エネルギーが大きなリチウムを用いる電池であることから、高エネルギー密度を得ることができて小型軽量化が図れ、さらに再充電が可能な電池とできることより盛んに研究され、現在に至っては携帯機器の電源をはじめとする広範囲な用途に用いられるようになってきた。
【０００３】
また、電池には、大きく分けて円筒型と角型があり、その構造は正極と負極とを絶縁シートから成るセパレータを介して金属製の電槽缶内に挿着し、そこに有機電解液が注入されて封口された構造とされている。
【０００４】
リチウム電池の正極には、例えば金属酸化物を正極活物質としてこれに導電材を添加したものが一般的に使用される。この正極活物質としては例えばコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）などが使用され、また、導電材としては例えばアセチレンブラック（ＡＢ）や黒鉛などが使用される。電池の負極には、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）などのリチウムチタン複合酸化物やグラファイトまたは非晶質炭素などの活物質を樹脂で固めたものが一般的に使用される。
【０００５】
リチウム電池においては、このＬｉＣｏＯ２やＬｉＭｎ２Ｏ４などから成る正極活物質の充放電電圧が約４Ｖであり、これに対して炭素材料などからなる負極活物質の充放電電圧は０Ｖ付近であることから、これらの正極活物質と負極活物質と電解液とを組み合わせることによって約3.5Ｖの高放電電圧を達成している。
【０００６】
電池の正極は上記活物質に上記導電材を加え、さらにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【０００７】
また負極は上記活物質に、正極と同様にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【０００８】
そして、このようにして作製された正極および負極をその間に耐熱温度が約150℃のポリオレフィン繊維製の不織布やポリオレフィン製の微多孔膜などからなるセパレータを介して電槽缶内に収容し、電解液を注入して電池が得られる。
【０００９】
そして、このようにして作製される電池をさらに小型化、高密度化するために、図５に示すコイン型の電池Ａが開発されている。
【００１０】
この従来の電池Ａは、円板状の正極11ｂを備えた例えばステンレスからなる正極缶11と、円板状の負極12ｂを備えた例えばステンレスからなる負極缶12とを電解液を含浸させたセパレータ14を介して対置させ、ついで例えば絶縁性のポリプロピレン樹脂からなるガスケット15を介して正極缶11の周囲と負極缶12の周囲とをかしめるようにして一体に結合させた電槽缶構造とされている。正極11ｂおよび負極12ｂにおける充放電は正極缶11および負極缶12に取着した外部接続端子部材を介して行われる（例えば、下記の特許文献１，２参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開2000−106195号公報（第６−12頁、図1）
【００１２】
【特許文献２】
特開2002−198019号公報（第３−４頁、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１，２に示されるような従来の電池Ａは、長期間に亘って温度差が百数十度という温度サイクル試験（例えば−40℃〜85℃）に曝されると、例えばポリプロピレン樹脂からなるガスケット15と正極缶11と負極缶12との熱膨張率の差によりガスケット15を介して正極缶11および負極缶12の周囲をかしめた電槽缶の結合部位に隙間が生じて電解液が漏れ出す場合が有り、これにより電池Ａの電池性能を劣化させたり、さらに漏れ出た電解液により外部電気回路基板上の銅（Ｃｕ）配線が腐食して断線するといった不具合を発生させたり、あるいは、この隙間から水分が電池Ａ内部に侵入して電池性能を劣化させたりするという不具合が発生していた。
【００１４】
さらに、従来の電池Ａでは、電解液を正極缶11と負極缶12との内部に封入するに際して気泡が内部に残留し、この気泡が上記の温度サイクル試験に曝された場合に熱膨張と熱収縮を繰り返すことによってかしめて結合させた部位付近における上記隙間の発生を助長し、その結果、電解液漏れや水分の浸入によって電池性能をさらに劣化させていた。
【００１５】
また、従来の電池Ａは、充放電を行なうために、上下に外部接続端子部材を接続してこの外部接続端子部材を外部電気回路基板に接続しなければならず、外部電気回路基板への接続が繁雑であるという問題点を有していた。
【００１６】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、外部電気回路基板への接続が容易で量産性に優れるとともに、長期間の使用により電槽缶の結合部位に隙間が生じることにより電解液が漏れ出して電池性能を劣化させたり、漏出した電解液により外部電気回路基板が損傷を受けたりすることがなく、電解液を長期間にわたって良好に保持し電池性能が劣化しない電池用ケースおよび電池を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、該凹部の内側面と底面との間に段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、前記段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、前記凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、前記第一のメタライズ層から前記セラミック基体の外面にかけて形成された第一の接続導体と、前記第二のメタライズ層から前記セラミック基体の外面にかけて形成された第二の接続導体とを具備しており、前記第一の接続導体は、前記凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、前記第二の接続導体は、前記凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、前記第一のメタライズ層および前記第一の接続導体の前記凹部の内側の部位と、前記第二のメタライズ層および前記第二の接続導体の前記凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、この凹部の内側面と底面との間に段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、第一のメタライズ層からセラミック基体の外面にかけて形成された第一の接続導体と、第二のメタライズ層からセラミック基体の外面にかけて形成された第二の接続導体とを具備しており、第一の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、第二の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、第一のメタライズ層および第一の接続導体の凹部の内側の部位と、第二のメタライズ層および第二の接続導体の凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることから、気密性に優れるとともに耐熱性に優れるセラミック基体によって電解液が収容されているため、温度サイクル試験に曝された場合でもセラミック基体に隙間が生じて電解液が漏れることはない。また、セラミック基体によって気密性が良好に維持されるので、電池性能を劣化させる水分や酸素等が外部から電解液中に侵入するのを有効に抑制することができる。
【００１９】
また、セラミック基体は有機溶剤や酸等を含む電解液に侵され難く、電解液中にセラミック基体から溶け出した不純物が混入しないので電解液を劣化させない。このため、電池性能を良好に維持することができる。
【００２０】
さらに、電池の正負電極板にそれぞれ接続される第一および第二のメタライズ層に、それぞれ電気的に接続される第一および第二の導体層をともにセラミック基体の下面に設けることによって、外部接続端子部材等を用いることなく外部電気回路基板の表面の配線導体に表面実装によって容易に接続することが可能となり、量産性に優れたものとなる。
【００２１】
さらに、本発明の電池用ケースは、第一の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、第二の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、第一のメタライズ層および第一の接続導体の凹部の内側の部位と、第二のメタライズ層および第二の接続導体の凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることから、第一および第二のメタライズ層が電解液に曝されることがないので電解液によって腐食されることがなく、電解液中にメタライズ層の成分が溶出することがない。従って、電解液を長期間にわたって良好に保持できる電池用ケースとすることができる。
【００２２】
また、本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースと、前記第二のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、該正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着されているとともに一端部が前記第一のメタライズ層にこれを覆って電気的に接続された負電極板と、前記セラミック基体の上面に前記凹部を覆って取着された蓋体とを具備していることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースを具備しているので、気密信頼性が高く、電解液中に不純物がほとんど溶出することのない安定した充放電が行なえるものとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の電池用ケースについて以下に詳細に説明する。図１は本発明の電池用ケースの実施の形態の一例を示し、（ａ）は本発明の電池用ケースの断面図であり、（ｂ）は電池用ケースを下面側から見た斜視図である。また、図２は図１の電池用ケースの要部拡大断面図であり、（ａ）は凹部の内側面と底面との間に形成された段差の上面付近の拡大断面図であり、（ｂ）は凹部の段差が形成された面と反対側の面の凹部底面付近の拡大断面図である。
【００２５】
これらの図において、１はセラミック基体、１ａはセラミック基体１の上面の中央部に直方体状に形成された凹部、１ｂはセラミック基体１の側壁、１ｃは凹部１ａの底面に形成された第二のメタライズ層、１ｄ−Ａは凹部１ａの内側面と底面との間に形成された段差、１ｄ−Ｂは段差１ｄ−Ａの上面に形成された第一のメタライズ層、３ａは第一の接続導体、３ｂは第二の接続導体、４ａは第一のセラミック層、４ｂは第二のセラミック層である。また、５ａはセラミック基体１の外側面に上下方向に形成された第一の溝の内面に形成され、第一の導体層３ａと接続された第一の側面導体（いわゆるキャスタレーション導体）、５ｂは同様にしてセラミック基体１の外側面に上下方向に形成された第二の溝の内面に形成され、第二の導体層３ｂと接続された第二の側面導体（いわゆるキャスタレーション導体）、６は金属めっき層、７はアルミニウム層、Ｅは第一の接続導体３ａと凹部１ａの内側面とが交差する第一の交差部位、Ｆは第二の接続導体３ｂと凹部１ａの内側面とが交差する第二の交差部位、Ｂは電池用ケースである。なお、それぞれの図において同一の部位を示す符号には同じ符号を付している。
【００２６】
本発明の電池用ケースＢは、セラミック基体１の上面の中央部に直方体状の凹部１ａが形成され、この凹部１ａの内側面と底面との間に段差１ｄ−Ａが形成されており、下面に第一の導体層Ｄおよび第二の導体層Ｃが互いに独立して設けられている。
【００２７】
また、段差１ｄ−Ａの上面には第一のメタライズ層１ｄ−Ｂが形成されており、凹部１ａの底面には第二のメタライズ層１ｃが形成されている。さらに、第一のメタライズ層１ｄ−Ｂから第一の導体層Ｄにかけて、および第二のメタライズ層１ｃから第二の導体層Ｃにかけてそれぞれ第一および第二の接続導体３ａ，３ｂならびに第一および第二の側面導体５ａ，５ｂによって電気的に接続されている。
【００２８】
このようなセラミックス基体１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体やムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスから成り、例えばセラミック基体１がアルミナ質焼結体から成る場合、以下のようにして作製される。すなわち、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤等を添加混合してスラリー状の絶縁ペーストと成す。この絶縁ペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートとも称す）と成し、所要の大きさに切断する。次に、その中から選ばれた複数のグリーンシートにおいて凹部１ａ、段差１ｄ−Ａ等を形成するために適当な打抜き加工を施す。
【００２９】
そして、これらのグリーンシートにタングステン（Ｗ）等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを所定の部分に印刷塗布して第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃ、第一および第二の接続導体３ａ，３ｂ、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃとなる金属ペースト層を形成し、次いでセラミック層４ａ，４ｂとなる絶縁ペーストを第一および第二の接続導体３ａ，３ｂとなる金属ペースト層表面の第一および第二の交差部位Ｅ，Ｆにスクリーン印刷法等で印刷する。そして、これらの金属ペースト層や絶縁ペースト層を形成したグリーンシートを積層し、セラミック基体１の外側面に第一および第二の側面導体５ａ，５ｂとなる金属ペースト層を形成した後、約1600℃の温度で焼成することによってセラミック基体１が作製される。
【００３０】
セラミック基体１は有機溶剤や酸等を含む電解液Ｂ−４に侵され難く、従って電解液Ｂ−４中にセラミック基体１から溶け出した不純物が混入して電解液Ｂ−４を劣化させることがない。このため電池性能を良好に維持することができる電池用ケースＢを得ることができる。また、セラミック基体１をＡｌＮ質焼結体から成るものとした場合には、作動時の熱を効率よく外部に放散させることができるので、電解液Ｂ−４が熱変性することがほとんど無く、信頼性の高い電池用ケースＢとすることができる。
【００３１】
また、気密性に優れるとともに耐熱性に優れるセラミック基体１によって電解液Ｂ−４が収容されているため、温度サイクル試験に曝された場合でもセラミック基体１に隙間が生じて電解液Ｂ−４が漏れることはない。また、セラミック基体１によって気密性が良好に維持されるので、電池性能を劣化させる水分や酸素等が外部から電解液Ｂ−４中に浸入するのを有効に抑制することができる。
【００３２】
そして、このようにして作製されたセラミック基体１に形成されたこれらの第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃ、第一および第二の接続導体３ａ，３ｂ、第一および第二の側面導体５ａ，５ｂ、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃの露出した表面には、耐食性に優れかつ半田との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ１〜12μｍのニッケル（Ｎｉ）層および厚さ0.3〜５μｍの金（Ａｕ）層からなる金属めっき層をめっき法等により順次被着させてもよい。
【００３３】
特に電池用ケースＢの内部に形成された第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃの表面に被着されたＡｕめっき層は酸性の電解液Ｂ−４に侵されにくい性質を有しているので、充放電による電圧で容易に第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃの金属主成分であるＷ等が電解液Ｂ−４中に溶出するのを有効に抑制する作用をなす。また、第一および第二の導体層Ｄ，Ｃに被着されたＮｉおよびＡｕめっき層は半田との濡れ性を良くする作用をなすので、外部電気回路基板（図示せず）の表面の配線導体との接合強度がより強固なものとなる。
【００３４】
このように第一および第二の導体層Ｄ，Ｃが外部電気回路基板の表面の配線導体に半田を介して直接接合されるようにできることから、本発明の電池用ケースＢによれば、外部接続端子部材等を用いることなく外部電気回路基板の表面の配線導体に表面実装によって容易に接続することが可能となり、量産性に優れたものとなる。
【００３５】
Ｎｉ層の厚さが１μｍ未満であれば、メタライズから成る各導体の酸化腐蝕を防止したり各導体から金属成分が溶出したりするのを有効に抑制するのが困難になって電池性能が劣化し易く成る。また、Ｎｉ層の厚さが12μｍを超えると、めっき形成に多大の時間がかかることになり量産性が低下し易くなるとともに電気抵抗が大きくなり易い。
【００３６】
また、Ａｕ層の厚さが0.3μｍ未満であれば、均一な厚さのＡｕ層を形成するのが困難となり、Ａｕ層がきわめて薄い部位やあるいはＡｕ層が形成されていない部位が生じ易く、酸化腐食の防止効果や半田との濡れ性が低下し易くなる。またＡｕ層の厚さが５μｍを超えると、めっき形成に多大の時間がかかることになり量産性が低下し易くなる。
【００３７】
さらに、第一のメタライズ層１ｄ−Ｂおよび第一の接続導体３ａの凹部１ａの内側１ａの部位ならびに第二のメタライズ層１ｃおよび第二の接続導体３ｂの凹部１ａの内側の部位を、周知のスパッタリング法等によりアルミニウム層７で覆うことにより本発明の電池用ケースＢが得られる。
【００３８】
アルミニウム層７は、電解液Ｂ−４に腐食されにくいことから、アルミニウム層７は下層の第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃを保護し、これらが電解液Ｂ−４によって腐食されるのを防止する作用をなす。
【００３９】
このアルミニウム層７はそれぞれ段差１ｄ−Ａの上面におけるセラミック表面，第一のメタライズ層１ｄ−Ｂ，第一の接続導体３ａ，第一のセラミック層４ａを覆うように形成され、第二のメタライズ層１ｃ，第二の接続導体３ｂ，第二のセラミック層４ｂおよび凹部１ａの底面のこれら第二のメタライズ層１ｃおよび第二の導体層３ｂの周辺を覆うように形成されるのが好ましい。このように覆うことにより、アルミニウム層７が第一のメタライズ層１ｄ−Ｂおよび第一の接続導体３ａならびに第二のメタライズ層１ｃおよび第二の接続導体３ｂの位置よりずれて形成されても完全にこれら第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃおよび第一および第二の導体層３ａ，３ｂを覆うことができ、電解液Ｂ−４によるこれら第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃおよび第一および第二の導体層３ａ，３ｂの腐食を防止することができる。
【００４０】
ここで、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、段差１ｄ−Ａとなるグリーンシートおよび凹部１ａの底面となるグリーンシートの上に側壁１ｂとなるグリーンシートを積層したときに、段差１ｄ−Ａとなるグリーンシートおよび凹部１ａの底面となるグリーンシートの側壁１ｂとなるグリーンシートと接触する面が、積層するときの圧力により下方に押されて変形し、その上に形成された第一のメタライズ層１ｄ−Ｂおよび第一の接続導体３ａならびに第二のメタライズ層１ｃおよび第二の接続導体３ｂも同じように変形する。このように変形すると、これら第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃおよび第一および第二の導体層３ａ，３ｂの第一および第二の交差部位Ｅ，Ｆにめっき層やアルミニウム層７を形成することが困難となり、第一および第二の交差部位Ｅ，Ｆにおいて電解液Ｂ−４によって第一および第二のメタライズ層１ｄ−Ｂ，１ｃおよび第一および第二の導体層３ａ，３ｂが腐食される場合がある。
【００４１】
本発明の電池用ケースＢによれば、第一の接続導体３ａは、凹部１ａの内側面と交差する第一の交差部位Ｅが第一のセラミック層４ａに覆われており、第二の接続導体３ｂは、凹部１ａの内側面と交差する第二の交差部位Ｆが第二のセラミック層４ｂに覆われているので、第一および第二の交差部位Ｅ，Ｆにおける第一のメタライズ層１ｄ−Ｂおよび第一の接続導体３ａならびに第二のメタライズ層１ｃおよび第二の接続導体３ｂが、電解液Ｂ−４によって腐食されることがない。
【００４２】
次に、本発明の電池について以下に詳細に説明する。図３は本発明の電池の実施の形態の一例を示す断面図であり、Ｂ−１は正電極板、Ｂ−２は負電極板、Ｂ−３は絶縁シート、Ｂ−４は電解液、２は蓋体、Ｇは電池である。なお、図１、図２と同じ部位には同じ符号を付している。
【００４３】
本発明の電池Ｇは、本発明の電池用ケースＢと、第二のメタライズ層１ｃにこれを覆って接続された正電極板Ｂ−１と、この正電極板Ｂ−１の上面に電解液Ｂ−４を含浸した絶縁シートＢ−３を介して密着されているとともに一端部が第一のメタライズ層１ｄ−Ｂにこれを覆って電気的に接続された負電極板Ｂ−２と、セラミック基体１の上面に凹部１ａを覆って取着された蓋体２とを具備している。
【００４４】
これにより、本発明の電池Ｇは上記本発明の電池用ケースＢを具備しているので、気密信頼性が高く、電解液Ｂ−４中に不純物がほとんど溶出することのない、安定した充放電が行なえる電池Ｇとすることができる。
【００４５】
正電極板Ｂ−１は、ＬｉＣｏＯ２やＬｉＭｎ２Ｏ４等から成る正極活物質およびアセチレンブラックや黒鉛等の導電材を含む板状やシート状のものであり、また、負電極板Ｂ−２はコークスや炭素繊維等の炭素材料から成る負極活物質を含む板状やシート状のものである。
【００４６】
正電極板Ｂ−１は、上記正極活物質に上記導電材を加えたものにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【００４７】
同様にして負電極板Ｂ−２は、上記負極活物質にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【００４８】
また、絶縁シートＢ−３は、ポリオレフィン繊維製の不織布やポリオレフィン製の微多孔質膜などからなり、電解液Ｂ−４が含浸されるとともに正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２との間に配置されることにより、正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２とが直接接触することを防止するとともに正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２との間の電解液Ｂ−４の移動を可能として電流が流れることを可能とする。
【００４９】
蓋体２は、アルミナ質焼結体等から成り、蓋体２の下面のセラミック基体１と接合される部位にメタライズ層を形成しておき、また、セラミック基体１の上面の凹部１ａの周囲にもメタライズ層を形成しておき、これらのメタライズ層同士を半田等のロウ材でセラミック基体１の上面に凹部１ａを覆って取着されることによって、セラミック基体１の凹部１ａを気密に保つ。
【００５０】
また、本発明においてセラミック基体１の側面や底面、あるいは蓋体２に、貫通孔１ｅを形成しておくとよい。これにより、電解液Ｂ−４を電池用ケースＢ内に注入する際、貫通孔１ｅから電解液Ｂ−４を注入することが容易となる。また、貫通孔１ｅより電解液Ｂ−４を注入することにより電解液Ｂ−４の注入スピードや注入量の調整が容易となり、電池用ケースＢ内部に大きな気泡を発生させることはない。これによって内部に気泡が残留して、その気泡が熱膨張することによって電池用ケースＢに大きな圧力が加わることを抑制できるので、電池用ケースＢにクラックが発生することを有効に防止できる。
【００５１】
電解液Ｂ−４は、湿気をほとんど含まない例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを充填した容器内で例えばシリンジなどの注入手段を用いて貫通孔１ｅから電池Ｇの内部に注入される。そして、注入後に例えばポリプロピレン樹脂などの電解液Ｂ−４に対して侵され難い樹脂を封止材Ｈとして貫通孔１ｅに充填することにより、電池Ｇの内部を気密に封止することができる。
【００５２】
電解液Ｂ−４を注入するに際しては、貫通孔１ｅが設けられた面を上にすると、電池用ケースＢの内部に気泡が取り残されることがなく、また歩留り良く生産することができる。
【００５３】
電解液Ｂ−４は、例えば四フッ化ホウ酸リチウム等のリチウム塩や塩酸，硫酸，硝酸等の酸をジメトキシエタンやプロピレンカーボネート等の有機溶媒に溶解したものが用いられる。
【００５４】
このような電解液Ｂ−４は、腐食性や溶解性の高いものであるが、本発明の電池Ｇによれば、セラミック基体１は有機溶剤や酸等を含む電解液Ｂ−４に侵され難く、また、電解液Ｂ−４中に電池用ケースＢから溶け出した不純物が混入して電解液Ｂ−４を劣化させることもなく、電池性能を良好に維持することができる。
【００５５】
また、従来用いられていた金属製の電漕缶では図４に示すように正極缶11と負極缶12との周囲をポリプロピレン樹脂等から成るガスケット15を介してかしめることによって一体化しており、このかしめた部位があるために従来の電池Ｇでは正極缶11と負極缶12とセパレータ14とを合わせたかしめ部に２ｍｍ前後の寸法が必要であったのに対して、本発明によれば、かしめ部がないために電池Ｇの外形を小さくすることができ、携帯機器の小型化に大きく寄与できるものとなる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施の形態に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であれば種々の変更は可能である。例えば、１つの凹部１ａを有する電池用ケースＢを用いた電池Ｇについて説明したが、複数の凹部１ａを有する電池用ケースＢとしてもよく、その場合、蓋体２は各凹部１ａをすべて覆うように取着される１枚の蓋体２とするか、またはそれぞれの凹部１ａを覆うように複数の蓋体２が取着されるようにすればよい。このように複数の凹部１ａを有する電池用ケースＢを用いる場合には、それぞれの凹部１ａに作製された電池Ｇを並列接続することにより高容量の電池Ｇとすることができ、直列接続することにより高電圧を供給することができる電池Ｇとすることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、この凹部の内側面と底面との間に段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、第一のメタライズ層からセラミック基体の外面にかけて形成された第一の接続導体と、第二のメタライズ層からセラミック基体の外面にかけて形成された第二の接続導体とを具備しており、第一の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、第二の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、第一のメタライズ層および第一の接続導体の凹部の内側の部位と、第二のメタライズ層および第二の接続導体の凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることから、気密性に優れるとともに耐熱性に優れるセラミック基体によって電解液が収容されているため、温度サイクル試験に曝された場合でもセラミック基体に隙間が生じて電解液が漏れることはない。また、セラミック基体によって気密性が良好に維持されるので、電池性能を劣化させる水分や酸素等が外部から電解液中に侵入するのを有効に抑制することができる。
【００５８】
また、セラミック基体は有機溶剤や酸等を含む電解液に侵され難く、電解液中にセラミック基体から溶け出した不純物が混入しないので電解液を劣化させない。このため、電池性能を良好に維持することができる。
【００５９】
さらに、電池の正負電極板にそれぞれ接続される第一および第二のメタライズ層に、それぞれ電気的に接続される第一および第二の導体層をともにセラミック基体の下面に設けることによって、外部接続端子部材等を用いることなく外部電気回路基板の表面の配線導体に表面実装によって容易に接続することが可能となり、量産性に優れたものとなる。
【００６０】
さらに、本発明の電池用ケースは、第一の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、第二の接続導体は、凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、第一のメタライズ層および第一の接続導体の凹部の内側の部位と、第二のメタライズ層および第二の接続導体の凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることから、第一および第二のメタライズ層が電解液に曝されることがないので電解液によって腐食されることがなく、電解液中にメタライズ層の成分が溶出することがない。従って、電解液を長期間にわたって良好に保持できる電池用ケースとすることができる。
【００６１】
また、本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースと、前記第二のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、該正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着されているとともに一端部が前記第一のメタライズ層にこれを覆って電気的に接続された負電極板と、前記セラミック基体の上面に前記凹部を覆って取着された蓋体とを具備していることを特徴とするものである。
【００６２】
本発明の電池は、上記本発明の電池用ケースを具備しているので、気密信頼性が高く、電解液中に不純物がほとんど溶出することのない、安定した充放電が行なえるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池用ケースの実施の形態の一例を示し、（ａ）は電池用ケースの断面図、（ｂ）は電池用ケースを下面側から見た斜視図である。
【図２】図１の電池用ケースの要部拡大断面図であり、（ａ）は凹部の内側面と底面との間に形成された段差の上面付近の拡大断面図であり、（ｂ）は凹部の段差が形成された面と反対側の面の凹部底面付近の拡大断面図である。
【図３】本発明の電池の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図４】電池用ケースを構成するセラミック積層体の例を示す拡大断面図であり、（ａ）は段差付近の拡大断面図であり、（ｂ）は凹部の段差が形成された面と反対側の面の凹部底面付近の拡大断面図である。
【図５】従来の電池の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：セラミック基体
１ａ：凹部
１ｂ：側壁
１ｃ：第二のメタライズ層
１ｄ−Ａ：段差
１ｄ−Ｂ：第一のメタライズ層
２：蓋体
３ａ：第一の接続導体
３ｂ：第二の接続導体
４ａ：第一のセラミック層
４ｂ：第二のセラミック層
５ａ：第一の側面導体
５ｂ：第二の側面導体
７：アルミニウム層
Ｂ：電池用ケース
Ｂ−１：正電極板
Ｂ−２：負電極板
Ｂ−３：絶縁シート
Ｂ−４：電解液
Ｃ：第二の導体層
Ｄ：第一の導体層
Ｅ：第一の交差部位
Ｆ：第二の交差部位
Ｇ：電池
Claims (2)
- 上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、該凹部の内側面上に段差が形成されており、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミック基体と、
前記段差の上面に形成された第一のメタライズ層と、
前記凹部の底面に形成された第二のメタライズ層と、
前記第一のメタライズ層から前記セラミック基体の外面にかけて形成された第一の接続導体と、
前記第二のメタライズ層から前記セラミック基体の外面にかけて形成された第二の接続導体とを具備しており、
前記第一の接続導体は、前記凹部の内側面と交差する部位が第一のセラミック層に覆われており、
前記第二の接続導体は、前記凹部の内側面と交差する部位が第二のセラミック層に覆われており、
前記第一のメタライズ層および前記第一の接続導体の前記凹部の内側の部位と、前記第二のメタライズ層および前記第二の接続導体の前記凹部の内側の部位とがアルミニウム層に覆われていることを特徴とする電池用ケース。 - 請求項１記載の電池用ケースと、
前記第二のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、
該正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着されているとともに一端部が前記第一のメタライズ層にこれを覆って電気的に接続された負電極板と、
前記セラミック基体の上面に前記凹部を覆って取着された蓋体とを具備していることを特徴とする電池。
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