JP4373743B2 - Battery case and battery - Google Patents
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Description
本発明は、携帯電話などの通信機器に用いられ、容易に外部電気回路基板に半田付けすることができるとともに電解液の漏れを有効に防止することのできる薄型の電池用ケースおよび電池に関する。 The present invention relates to a thin battery case and battery that can be used for communication equipment such as a mobile phone, can be easily soldered to an external electric circuit board, and can effectively prevent leakage of electrolyte.
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。 In recent years, portable devices typified by mobile phones, portable computers, camera-integrated video tape recorders, etc. have been remarkably developed, and further miniaturization and weight reduction have been demanded. In addition, the demand for batteries as power sources for these portable devices continues to increase, and research on reducing the size and weight by increasing the energy density of the batteries is actively conducted. In particular, the lithium battery is a battery using lithium with a small atomic weight and a large ionization energy, so that it is possible to obtain a high energy density, to achieve a reduction in size and weight, and to be a battery that can be recharged more actively. It has been researched and has now been used for a wide range of applications including power supplies for portable devices.
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収容し、そこに電解液が注入されて封口された構造とされている。 Batteries can be broadly divided into cylindrical and square types. The structure is that the positive and negative electrodes are housed in a metal battery case through a separator made of an insulating sheet, and an electrolyte is injected there. It is a sealed structure.
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使用される。 As a positive electrode of a lithium battery, for example, a metal oxide used as a positive electrode active material and a conductive material added thereto is generally used. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ) or lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) is used as the positive electrode active material, and acetylene black (AB) or graphite is used as the conductive material. As the negative electrode of the battery, a lithium titanium composite oxide such as lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) or an active material such as graphite or amorphous carbon solidified with a resin is used.
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成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。 In the lithium battery, the charge / discharge voltage of the positive electrode active material made of LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 is about 4V, while the charge / discharge voltage of the negative electrode active material made of carbon material or the like is around 0V. Therefore, a high discharge voltage of about 3.5 V is achieved by combining these positive electrode active material, negative electrode active material, and electrolyte.
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。 For the positive electrode of the battery, the conductive material is added to the active material, and a binder such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride is added and mixed to form a slurry, which is formed into a sheet using a well-known doctor blade method. The sheet is formed and then cut into, for example, a circular shape.
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。 Also, the negative electrode is added to the above active material, as in the positive electrode, a binder such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride, mixed to form a slurry, and this is formed into a sheet using a known doctor blade method, Next, this sheet is cut into a circular shape, for example.
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。 Then, the positive electrode and the negative electrode thus prepared are accommodated in a battery case via a separator made of a polyolefin fiber nonwoven fabric or a polyolefin microporous film having a heat resistant temperature of about 150 ° C. A battery is obtained by injecting the liquid.
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3に示すコイン型の電池Aが開発されている。 In order to further reduce the size and density of the battery thus manufactured, a coin-type battery A shown in FIG. 3 has been developed.
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、次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)。
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幅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が発生したり、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るという不具合が発生していた。
However, when the conventional battery A as shown in
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。 Further, in the conventional battery A, when the electrolyte is sealed in the positive electrode can 11 and the negative electrode can 12, bubbles remain inside, and when the bubbles are exposed to the above temperature cycle test, thermal expansion and heat Repeated shrinkage promoted the generation of the gap in the vicinity of the caulked and bonded sites, and as a result, the battery performance was further deteriorated due to electrolyte leakage and moisture penetration.
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。 Further, in order to perform charging / discharging, the conventional battery A has to connect external connection terminal members up and down and connect the external connection terminal members to the external electric circuit board. Had the problem of being complicated.
また、高電圧を必要とする場合にはコイン型電池Aを電気的に直列に接続するために外部接続端子部材などを用いなければならず、その外部接続端子部材を含めた体積が大きくなるために携帯用機器に求められる軽薄短小化の流れに反するものとなっていた。 Further, when a high voltage is required, an external connection terminal member or the like must be used to electrically connect the coin-type battery A in series, and the volume including the external connection terminal member becomes large. However, it was contrary to the trend of miniaturization required for portable devices.
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、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、製造が容易な電池用ケース、および、外部電気回路基板との接続が容易で外部電気回路基板の量産性を効果的に改善することができる電池を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to deteriorate the battery performance due to leakage of the electrolyte due to the formation of a gap in the joint portion of the battery case due to long-term use. The external electric circuit board is not damaged by the leaked electrolyte, and the battery case that is easy to manufacture and the connection with the external electric circuit board are easy and the mass productivity of the external electric circuit board is effective. It is to provide a battery that can be improved.
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全周にわたって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スから成る基体と、前記凹部の底面に形成されたメタライズ層と、前記基体の上面の前記凹部の周囲から前記第一の導体層にかけて形成された第一の接続導体と、前記メタライズ層から前記第二の導体層にかけて形成された第二の接続導体と、前記段差の上面に前記凹部を塞ぐように嵌め込まれるとともに側面から下側主面の外周部にかけて樹脂接合材を介して取着された、少なくとも前記下側主面および前記側面が導電性とされるとともに前記側面と前記第一の接続導体とが導電性樹脂を介して電気的に接続されている蓋体とを具備していることを特徴とするものである。 In the battery case of the present invention, a rectangular parallelepiped recess is formed in the central portion of the upper surface, a step is formed over the entire circumference between the inner side surface and the bottom surface of the recess, and the first conductor layer and the lower surface are formed on the lower surface. A base made of ceramics provided with a second conductor layer independently of each other, a metallized layer formed on the bottom surface of the recess, and formed from the periphery of the recess on the top surface of the base to the first conductor layer. A first connection conductor, a second connection conductor formed from the metallization layer to the second conductor layer, and a top surface of the step so as to close the recess and from the side surface to the lower main surface. At least the lower main surface and the side surface attached through the resin bonding material to the outer periphery are made conductive, and the side surface and the first connection conductor are electrically connected through the conductive resin. Connected And it is characterized in that it comprises a lid.
また、本発明の電池は、本発明の電池用ケースと、前記メタライズ層に密着するように載置された正電極版と、この正電極板の上面に電解液を含浸した多孔質の絶縁シートを介して密着するように載置されるとともにその上面が前記蓋体の前記下側主面に密着して電気的に接続された負電極板とを具備したことを特徴とするものである。 The battery of the present invention includes a battery case of the present invention, a positive electrode plate placed in close contact with the metallized layer, and a porous insulating sheet impregnated with an electrolyte on the upper surface of the positive electrode plate. And a negative electrode plate that is placed in close contact with each other and whose upper surface is in close contact with and electrically connected to the lower main surface of the lid.
本発明の電池用ケースによれば、気密性に優れるとともに耐熱性に優れるセラミックスから成る基体と、段差の上面に凹部を塞ぐように嵌め込まれるとともに、側面から下側主面の外周部にかけて樹脂接合材を介して取着された蓋体とによって形成された電池用ケース内に電解液が収容されるため、温度サイクル試験に曝された場合においても電池用ケースに隙間が発生して電解液が漏れることはなく、電解液を良好に収容する電池用ケースとすることができる。また、隙間から電解液の特性を劣化させる水分や酸素等が浸入しないので、電解液の劣化を抑制することができる。 According to the battery case of the present invention, the base made of ceramics having excellent airtightness and heat resistance, and fitted into the upper surface of the step so as to close the recess, and the resin bonding from the side surface to the outer peripheral portion of the lower main surface Since the electrolytic solution is stored in the battery case formed by the lid attached through the material, a gap is generated in the battery case even when exposed to the temperature cycle test, and the electrolytic solution There is no leakage, and the battery case can be satisfactorily accommodated with the electrolyte. Moreover, since moisture, oxygen, or the like that deteriorates the characteristics of the electrolytic solution does not enter from the gap, deterioration of the electrolytic solution can be suppressed.
また、セラミックスは耐薬品性に優れており、セラミックスから成る基体は有機溶剤や酸等を含む電解液に侵され難く、電解液中に電池用ケース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。 Ceramics have excellent chemical resistance, and the substrate made of ceramics is not easily attacked by electrolytes containing organic solvents, acids, etc., and impurities dissolved from the battery case are not mixed in the electrolyte. Does not deteriorate. For this reason, battery performance can be maintained satisfactorily.
さらに、電池の正負の電極板に対して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基体の下面に設けることによって、外部接続端子部材等の接続手段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法によって容易に接続することが可能となり、電池を搭載する外部電気回路基板の量産性を大きく向上させることができる。 Furthermore, by providing both the first and second conductor layers that are electrically connected to the positive and negative electrode plates of the battery on the lower surface of the base, external electric terminals can be used without using connection means such as external connection terminal members. It becomes possible to easily connect to the wiring conductor on the surface of the circuit board by the surface mounting method, and the mass productivity of the external electric circuit board on which the battery is mounted can be greatly improved.
さらに、蓋体が、基体の凹部の内側面と底面との間に全周にわたって形成された段差の上面に凹部を塞ぐように嵌め込まれるとともに、側面から下側主面の外周部にかけて樹脂接合材を介して取着されることにより、信頼性の高い気密封止が達成され、さらに蓋体は段差に落とし込むようにして嵌め込まれることから蓋体の位置合わせが簡単であり、電池の量産性を大きく向上させることができる。 Further, the lid is fitted so as to close the recess on the upper surface of the step formed over the entire circumference between the inner surface and the bottom surface of the recess of the base, and the resin bonding material extends from the side surface to the outer periphery of the lower main surface. A highly reliable hermetic seal is achieved, and the lid is fitted so as to drop into the step, so that the lid can be easily aligned and the mass productivity of the battery can be improved. It can be greatly improved.
また、蓋体の下側主面を負電極板の上面に当接させて電気的に接続させることができ、蓋体と負電極板の広い面を接続させることによって負電極板と蓋体との間の抵抗を大きく削減することができるとともに、負電極版と蓋体との間で電気的損失を発生させることなく効率よく充放電することができるので信頼性が高く、長期間にわたって安定して充放電することができる電池用ケースとできる。 Further, the lower main surface of the lid body can be brought into contact with the upper surface of the negative electrode plate to be electrically connected, and the negative electrode plate and the lid body can be connected by connecting the wide surface of the lid body and the negative electrode plate. The resistance between the negative electrode plate and the lid can be charged and discharged efficiently without causing electrical loss, so it is highly reliable and stable over a long period of time. The battery case can be charged and discharged.
本発明の電池によれば、本発明の電池用ケースを具備していることから、信頼性の高い気密性が得られ、安定した充放電を繰り返すことができる電池が得られるとともに、外部電気回路基板との接続が容易で外部電気回路基板の量産性を改善することができる電池とできる。 According to the battery of the present invention, since the battery case of the present invention is provided, a highly reliable airtightness can be obtained, and a battery capable of repeating stable charge and discharge can be obtained, and an external electric circuit can be obtained. The battery can be easily connected to the substrate and can improve the mass productivity of the external electric circuit substrate.
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の、(a)は本発明の電池用ケースの実施の形態の一例を示す断面図であり、(b)は電池用ケースを下面側から見た斜視図、図2は本発明の電池の実施の形態の一例を示す断面図である。これらの図において、1はセラミックスから成る基体、1aは基体1の上面の中央部に形成された直方体状の凹部、1bは凹部1aの底面に形成されたメタライズ層、1cは凹部1aの内側面と底面との間に全周にわたって形成された段差、C,Dはそれぞれ基体1の下面に設けられた互いに独立する第二の導体層および第一の導体層、2は段差1cの上面に凹部1aを塞ぐように嵌め込まれた蓋体、2aは蓋体2の下側主面の金属層、2bは蓋体2の側面の金属層、3aは基体1の上面の凹部1aの周囲から第一の導体層Dにかけて形成された第一の接続導体、3bはメタライズ層1bから第二の導体層Cにかけて形成された第二の接続導体、Bは電池用ケースである。なお、1b−Aはメタライズ層1bの一端に接続されメタライズ層1bから基体1の外側へかけて形成された延出部であり第二の接続導体3bの一部を構成する。
The battery case of the present invention will be described in detail below. FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a battery case of the present invention, FIG. 1B is a perspective view of the battery case as viewed from the lower surface side, and FIG. 2 is a battery of the present invention. It is sectional drawing which shows an example of this embodiment. In these drawings, 1 is a base made of ceramics, 1a is a rectangular parallelepiped recess formed in the center of the upper surface of the
本発明の電池用ケースBは、セラミックスから成る基体1の上面の中央部に直方体状の凹部1aが形成され、凹部1aの内側面と底面との間に全周にわたって段差1cが形成されており、段差1cの上面に凹部1aを塞ぐように蓋体2が嵌め込まれるとともに、蓋体2の側面から下側主面の外周部にかけて樹脂接合材5を介して蓋体2が取着されている。蓋体2は、段差1cに落とし込むようにして嵌め込まれることから、蓋体2の位置合わせが簡単であり、電池の量産性を向上させる。また、かしめ等の接合方法によらず樹脂接合材5によって基体1と蓋体2とが接合されるので、確実に接合され信頼性の高い気密性が得られる。
In the battery case B of the present invention, a rectangular parallelepiped
また、基体1の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、上面の凹部1aの周囲から第一の導体層Dにかけて上下方向に第一の接続導体3aが形成され、メタライズ層1bから第二の導体層Cにかけて第二の接続導体3bが形成されている。第一の接続導体3aの下端が第一の導体層Dに電気的に接続され、上端が蓋体2の導電性の側面と導電性樹脂4を介して接続されることにより、第一の接続導体3aは、蓋体2を第一の導体層Dに電気的に接続するための導電路を構成する。また第二の接続導体3bの一端が延出部1b−Aとされてメタライズ層1bに接続され、他端が第二の導体層Cに電気的に接続されることにより、第二の接続導体3bは、メタライズ層1bを第二の導体層Cに電気的に接続する導電路として機能する。
Further, the first conductor layer D and the second conductor layer C are provided independently on the lower surface of the
なお、図1(b)の例においては、第一の接続導体3aおよび第二の接続導体3bの一部は、基体1の対向する外側面にそれぞれ上下方向に形成された溝の内面に導体が形成された、いわゆるキャスタレーション導体とされている。そして、第二の接続導体3bの一部は上端で延出部1b−Aに接続されており、延出部1b−Aとキャスタレーション導体部とで第二の接続導体3bが構成される。
In the example of FIG. 1B, a part of the
第一の接続導体3aおよび第二の接続導体3bの一部をキャスタレーション導体とした場合は、キャスタレーション導体の下端部を外部電気回路基板上の配線導体に半田を介して接合することができ、キャスタレーション導体の下端部に半田の良好なメニスカスを形成して電池用ケースBと外部電気回路基板の配線導体とを強固に接合することができるとともに、半田接合の状態を目視確認することができるので、信頼性の高い接合とすることができる。
When a part of the
第一の接続導体3aを基体1の一方の外側面に形成し、第二の接続導体3bを一方の外側面に対向する他方の外側面に形成するように配置すると、第一の接続導体3aと第二の接続導体3bとの間で最も大きい絶縁距離を取ることができるので好ましいが、このような配置に限ることはなく、外部電気回路基板上の配線導体との接続の都合に応じて最適な配置とすればよい。
When the
また、第一の接続導体3aおよび第二の接続導体3bは、基体1の内部に設けた貫通導体として形成してもよい。この場合、基体1の上面の凹部1aの周囲から第一の導体層Dにかけて基体1の内部を垂直に連なる一本以上の貫通導体を形成して第一の接続導体3aとし、凹部1aの底面のメタライズ層1bから第二の導体層Cにかけて基体1の底面を貫いて垂直に連なる一本以上の貫通導体を形成して第二の接続導体3bとすればよい。第一の接続導体3aおよび第二の接続導体3bを貫通導体により形成した場合は、第一および第二の接続導体3a,3bがセラミックスから成る基体1に保護されて外気に曝されることがないので、長期使用において外気によって腐食されることがなく信頼性の高い接続を維持することができる。
Further, the
なお、第一および第二の接続導体3a,3bを垂直に連なる一本の貫通導体とせず、基体1の下面に形成された第一および第二の導体層D,Cと平行な方向の内部配線層と垂直な層間接続導体とを複数組み合わせて形成された接続導体としてもよい。これによって、基体1内に電気回路を引き回すことができるとともに、第一および第二の導体層D,Cを基体1の下面の所望の位置に形成することができる。
The first and
基体1は、アルミナ質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックスから成り、アルミナ質焼結体から成る場合には以下のようにして作製される。まず、酸化アルミニウム(Al2O3)を主成分としてこれに酸化珪素(SiO2),酸化マグネシウム(MgO),酸化カルシウム(CaO)等の原料粉末を添加混合し、さらに適量の有機バインダ,溶剤等を添加混合してスラリーと成す。このスラリーを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法によってグリーンシートと成し、次いで所要の大きさに切断する。次に、その中から選ばれた複数枚のグリーンシートにおいて凹部1a、第一および第二の接続導体3a,3bを形成するための溝部となる貫通孔、さらに段差1cを形成するために適当な形状に打抜き加工を施す。
The
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スクリーン印刷法や下方から吸引しながら貫通孔の内面に金属ペーストを被着させる方法により印刷塗布してメタライズ層1b、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となる導体層を形成し、次いでこれらの導体層を形成したグリーンシートを積層するとともに第一および第二の接続導体3a,3bが形成される溝となる貫通孔の部分を二分するように切断して個々の積層体となし、これを約1600℃の温度で焼成することによって基体1が作製される。
Then, a metal paste mainly composed of a metal powder such as tungsten (W) is printed and applied to these green sheets by screen printing or a method of depositing the metal paste on the inner surface of the through hole while sucking from below. A conductor layer to be the
このようにして作製された基体1に形成されたそれぞれの金属層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)層をめっき法等により順次被着しておくのがよい。これにより、外気に曝されても外気に含まれる水分等によって金属層が腐食されるのを防止することができる。特に電池用ケースBの内部に形成されたメタライズ層1bの表面に形成されたNi層およびAu層は、電池の充放電による電圧でメタライズ層1bの金属成分が容易に電解液中に溶出するのを有効に抑制する。また、第一および第二の導体層D,Cにおいては半田との濡れ性を良くし、外部電気回路基板上の配線導体との接合強度をより強固、かつ信頼性の高いものとする。
On the exposed surface of each metal layer formed on the
Ni層の厚さが1μm未満であれば、メタライズから成る各金属層の酸化腐蝕を防止したり金属層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、めっき法による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。 If the thickness of the Ni layer is less than 1 μm, it becomes difficult to prevent the oxidative corrosion of each metal layer made of metallization and to effectively prevent the metal component from eluting from the metal layer, and the battery performance is improved. It becomes easy to deteriorate. On the other hand, when the thickness of the Ni layer exceeds 12 μm, it takes a long time to form by the plating method, so that the mass productivity is likely to be lowered and the electric resistance is likely to be increased.
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、めっき法による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。 Further, if the thickness of the Au layer is less than 0.3 μm, it is difficult to form an Au layer having a uniform thickness, and a portion where the Au layer is extremely thin or a portion where the Au layer is not formed is likely to occur. The effect of preventing oxidative corrosion and the wettability with solder are likely to decrease. On the other hand, if the thickness of the Au layer exceeds 5 μm, it takes a long time to form by the plating method, and the mass productivity tends to be lowered.
基体1の下面には、第一および第二の導体層D,Cがそれぞれ第一および第二の接続導体導体3a,3bを介して蓋体2およびメタライズ層1bと電気的に接続されて形成されている。これらの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接合される。
Formed on the lower surface of the
本発明の電池用ケースBにおいて、第一および第二の導体層D,Cは、それぞれ複数に分割されていてもよい。これにより、第一および第二の導体層D,Cと外部電気回路基板上の配線導体との接触面を小さく分断することができ、電池用ケースBを外部電気回路基板に半田付けする際、溶融した半田からの熱が第一および第二の導体層D,Cに伝達されるのを抑制することができる。その結果、電池用ケースBに発生する熱応力を有効に抑制し、電池用ケースBの気密信頼性を大きく向上させることができる。 In the battery case B of the present invention, the first and second conductor layers D and C may each be divided into a plurality. Thereby, the contact surfaces of the first and second conductor layers D and C and the wiring conductor on the external electric circuit board can be divided into small portions, and when the battery case B is soldered to the external electric circuit board, It is possible to suppress the heat from the molten solder from being transmitted to the first and second conductor layers D and C. As a result, the thermal stress generated in the battery case B can be effectively suppressed, and the airtight reliability of the battery case B can be greatly improved.
次に、蓋体2は、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金やFe−Ni合金等の金属板や基体1と同様のアルミナ質焼結体,ムライト質焼結体,ガラスセラミックス等のセラミックスから成り、金属板から成る場合は金属板を所要の寸法形状に打ち抜き、その表面にNiなどの金属めっき層を施すことによって製作される。蓋体2がセラミックスから成る場合は、上記の基体1の製作と同様にして得られる所定厚さのグリーンシートを所定の形状に打ち抜き、その後少なくとも蓋体2の下側主面および側面となる面にタングステン(W)等の金属粉末を主成分とする金属ペーストをスクリーン印刷法等によって被着させ、約1600℃の温度で焼成することによって金属層2a,2bが形成された蓋体2が製作される。なお、第一の接続導体3aに接続される金属層2bの一部分は蓋体2の上側主面にわたって形成されていてもよい。
Next, the
蓋体2が金属板から成る場合は、セラミックスから成る場合に比して、負電極板に接続される下側主面および側面の金属層2a,2bを形成することは不要となり、工程を簡略化できるという利点があり、また電池の内部抵抗を小さくすることができる。
When the
蓋体2がセラミックスから成る場合は、蓋体2の熱膨張係数が基体1の熱膨張係数とほぼ同一となることから、電池用ケースBに熱が加わっても基体1と蓋体2との接合部に熱膨張差による応力が大きく加わることを防止し、基体1や蓋体2およびそれらの接合部にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止することができ、気密信頼性に優れた電池用ケースBとすることができる。また、蓋体2の上側主面にW等の金属層を形成しないようにすると、蓋体2の上側主面が導電性とされず、蓋体2の上面に不要な電流が流れるのを防止することができる。従って、蓋体2の上側主面に導電性の部材が接触しても電気的短絡等の不具合が発生するのを有効に防止できる。
When the
ここで、第一の接続導体3aと蓋体2の側面2bとは例えば銀エポキシ樹脂などの導電性樹脂4により簡便に電気的に接続することができる。導電性樹脂4は例えば筆塗りなどの方法で蓋体2の側面の金属層2bから第一の接続導体3aにかけて被着形成すればよく、これにより蓋体2の側面の金属層2bと電気的に接続された下側主面の金属層2aとを、第一の接続導体3aに接続することができる。
Here, the
次に、本発明の電池について以下に詳細に説明する。図2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、図2において、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、4は導電性樹脂、5は樹脂接合材、Eは電池を示す。その他の電池用ケースBと同じ部位を示す部位には同じ符号を付した。 Next, the battery of the present invention will be described in detail below. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the battery of the present invention. In FIG. 2, B-1 is a positive electrode plate, B-2 is a negative electrode plate, B-3 is an insulating sheet, B-4 Is an electrolytic solution, 2 is a lid, 4 is a conductive resin, 5 is a resin bonding material, and E is a battery. Parts indicating the same parts as the other battery case B are denoted by the same reference numerals.
本発明の電池Eは、上記の電池用ケースBと、メタライズ層1bに例えばカーボンを主成分とする接合材(図示せず)を介してメタライズ層1bと密着するように載置された正電極板B−1と、この正電極板B−1の上面に電解液B−4を含浸した多孔質の絶縁シートB−3を介して密着するように載置されるとともにその上面が蓋体2の下側主面に同様にカーボンを主成分とする接合材を介して密着して電気的に接続された負電極板B−2とを具備している。
The battery E of the present invention has the battery case B and a positive electrode placed on the metallized
これにより、電池Eは、上記本発明の電池用ケースBを用いた信頼性の高い気密性を有し、安定した充放電を繰り返すことができる電池Eとなるとともに、第一および第二の導体層D,Cを有することから外部電気回路基板の配線導体に半田等により容易に接続でき、外部電気回路基板の量産性に優れるものとなる。 As a result, the battery E becomes a battery E having a highly reliable airtightness using the battery case B of the present invention and capable of repeating stable charging and discharging, and the first and second conductors. Since the layers D and C are provided, it can be easily connected to the wiring conductor of the external electric circuit board with solder or the like, and the mass productivity of the external electric circuit board is excellent.
正電極板B−1は、LiCoO2やLiMn2O4等の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。 The positive electrode plate B-1 is a plate or sheet having a positive electrode active material such as LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 and a conductive material such as acetylene black or graphite, and the negative electrode plate B-2 is It is a plate or sheet containing a negative electrode active material made of a carbon material such as coke or carbon fiber.
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等を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば四角形状に裁断して作製される。 The positive electrode plate B-1 is obtained by adding a binder such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride to the positive electrode active material added with the conductive material, and mixing it to form a slurry. This is a well-known doctor blade method. For example, the sheet is formed into a sheet shape using, for example, and then cut into a square shape.
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等を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば四角形状に裁断して作製される。 Similarly, the negative electrode plate B-2 is made into a slurry by adding and mixing a binder such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride to the negative electrode active material, and this is made into a sheet using a known doctor blade method or the like. Then, the sheet is produced by cutting the sheet into, for example, a square shape.
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との接触を防止するとともに正電極板B−1と負電極板B−2との間のリチウムイオンの移動を可能とする。 The insulating sheet B-3 is made of a non-woven fabric made of polyolefin fiber, a microporous membrane made of polyolefin, and the like, impregnated with the electrolytic solution B-4, and between the positive electrode plate B-1 and the negative electrode plate B-2. By being disposed between, the contact between the positive electrode plate B-1 and the negative electrode plate B-2 is prevented, and the movement of lithium ions between the positive electrode plate B-1 and the negative electrode plate B-2 is prevented. Make it possible.
次に、正電極板B−1をメタライズ層1bに載置し,絶縁シートB−3を介して負電極板B−2を絶縁シートB−3の上面に載置した後、導電性樹脂4が被着形成されていない蓋体2の側面と下側主面の外周部は、例えばポリプロピレン,ポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性を有する樹脂接合材5によって基体1と接合される。接合の際は、段差1cの上面に樹脂接合材5の枠状のプリフォームを載置し、その上面に蓋体2を載置して、その後、メタライズ層1b,正電極板B−1,絶縁シートB−3,負電極板B−2,蓋体2の下側主面の金属層2aが互いに密着するように蓋体2の上面を軽く加圧しながら、140〜150℃に保持されたアルゴン(Ar)ガス、あるいは窒素(N2)で満たされた炉中にて樹脂接合材5を軟化させて蓋体2を段差1cの上面に取着する。
Next, after placing the positive electrode plate B-1 on the metallized
なお、本発明の電池Eにおいて、基体1の側面や底面、あるいは蓋体2に、貫通孔1dが形成されているのがよい。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1dから電解液B−4を注入することができるので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。これによって気泡の熱膨張による大きな応力が電池E内部に加わることがなく、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。
In the battery E of the present invention, a through
電解液B−4が貫通孔1dから電池Eの内部に注入された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として貫通孔1dに充填することにより、電池Eの内部を気密に封止することができる。
After the electrolyte B-4 is injected into the battery E from the through-
電解液B−4を注入するに際しては、基体1の貫通孔1d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。
When injecting the electrolytic solution B-4, if the surface of the
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である。 The electrolytic solution B-4 is obtained by dissolving a lithium salt such as lithium tetrafluoroborate or an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, or nitric acid in an organic solvent such as dimethoxyethane or propylene carbonate.
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Eを用いることにより、セラミックスから成る基体1は耐薬品性に優れ、また、有機溶剤や酸等を含む電解液B−4に侵され難く、さらに、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ないので電解液B−4を劣化させることもない。このため電池性能を良好に維持することができる。
Such an electrolytic solution B-4 is highly corrosive and soluble, but by using the battery E of the present invention, the
また、従来のステンレスから成る電槽缶を用いた電池用ケースでは図3に示すように正極缶11と負極缶12とをそれら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、このかしめた部位における厚さが正極缶11と負極缶12とセパレータ14とを併せて2mm前後となっていたのに対して、本発明によれば、かしめ部がないために電池Eの外形を小さくすることができ、携帯機器の小型化および薄型化に大きく寄与できるものとなる。
Further, in a battery case using a conventional battery case made of stainless steel, as shown in FIG. 3, the positive electrode can 11 and the negative electrode can 12 are caulked around them via a
さらに、電池Eによれば、セラミックスから成る基体1と、基体1に樹脂接合材5を介して強固に取着された蓋体2とによって形成された電池用ケースB内に電解液B−4が収容されるため、温度サイクル試験に曝された場合においても熱応力によって電池用ケースBにクラックなどによる隙間が発生して電解液B−4が漏れることはなく、長期間にわたって動作する電池Eとすることができる。
Furthermore, according to the battery E, the electrolytic solution B-4 is contained in the battery case B formed by the
また、蓋体2の下側主面を負電極板B−2の上面に当接させて電気的に接続させることができ、蓋体2と負電極板B−2の広い面を接続させることによって負電極板B−2と蓋体2との間の抵抗を大きく削減することができるとともに、負電極版B−2と蓋体2との間で電気的損失を発生させることなく効率よく充放電することができるので信頼性が高く、長期間にわたって安定して充放電することができる電池Eとなる。
Further, the lower main surface of the
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、本発明では電池用ケースBのセラミックスから成る基体1の材質をアルミナ質焼結体として説明したが、窒化アルミニウム(AlN)質焼結体やガラスセラミックス等の他のセラミックスから成っていてもよく、AlN質焼結体からなる成る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。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the present invention, the material of the
また、1つの凹部1aを有する電池用ケースBを用いた電池E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をすべて覆う一枚の蓋体2とするか、またはそれぞれの凹部1aを覆う複数の蓋体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Eを並列接続することにより高容量の電池E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Eとすることができる。
Moreover, although the battery E using the battery case B having one
本発明は、従来金属缶内に収容していたリチウム電池の要素をセラミックスから成る基体の中に収容するようにしたことにより小型化でき、電解液を長期間にわたって信頼性よく保持することができ、さらに、蓋体を精度良く接合でき、かつ外部電気回路基板との接続を簡便として、その信頼性が高いことから、従来使用されていた電卓,時計,携帯電話などの民生用途としての利用に加えて、より過酷な条件下で使用される例えば車載用等の産業用としても利用される可能性がある。 According to the present invention, the elements of the lithium battery that are conventionally housed in a metal can can be housed in a ceramic substrate, so that the size of the lithium battery can be reduced, and the electrolyte can be held reliably over a long period of time. In addition, the lid can be joined with high precision and the connection to the external electric circuit board is simple and reliable, so that it can be used for consumer applications such as calculators, watches, and mobile phones that have been used in the past. In addition, it may be used for industrial purposes such as in-vehicle use, which is used under more severe conditions.
1:基体
1a:凹部
1b:メタライズ層
1b−A:延出部
1c:段差
2:蓋体
2a:下側主面の金属層
2b:側面の金属層
3a:第一の接続導体
3b:第二の接続導体
4:導電性樹脂
5:樹脂接合材
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:電池
1:
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