JP4665513B2

JP4665513B2 - コイン型電気化学素子の製造方法

Info

Publication number: JP4665513B2
Application number: JP2004376048A
Authority: JP
Inventors: 正俊田制; 広文岩島; 成生新保; 政重芦崎; 幸一森川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP2006179840A

Description

本発明は、コンデンサや電池等の電気化学素子の中で、特に面実装用に用いられる外部リード端子を有したコイン型電気化学素子の製造方法に関するものである。

この種のコイン型電気化学素子には、電気二重層コンデンサやボタン電池等があり、図４はコイン型電気二重層コンデンサの構成を示す一部切り欠き斜視図である。同図において、弁金属のディスク状シート（もしくは箔）４２ａ，４２ｂに活性炭素層の分極性電極４３ａ，４３ｂが形成された一対の電気二重層電極４１ａ，４１ｂが絶縁性のセパレータ４４を介して対面するように配置され、２つ合わせの金属容器内に収容されている。そして、前記弁金属のディスク状シート（ないし箔）４２ａは金属容器の上蓋部４６の内面側に、また、前記弁金属のディスク状シート（ないし箔）４２ｂは金属容器の下蓋部４５の内面側に接合されている。

前記下蓋部４５と上蓋部４６は、その周縁部に絶縁性のリングパッキン４７を介在させて密閉されるように接合され、容器内は非水性の電解液（図示せず）が電気二重層電極４１ａ，４１ｂ及びセパレータ４４に充足するように充填されている。

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は前記コイン型電気二重層コンデンサをプリント基板に実装したときの断面図である。同図（ａ）は、電気二重層コンデンサを縦置きにしたもので、電気二重層コンデンサ５０の下蓋部と上蓋部の外面部に夫々外部リード端子５１，５２を接続し、その外部リード端子５１，５２をプリント基板５３の孔に挿入し、その部分を半田付けして実装したものである。

また、同図（ｂ）は電気二重層コンデンサを横置きにしたもので、電気二重層コンデンサ５５の下蓋部と上蓋部の外面部に夫々外部リード端子５６，５７を接続し、その外部リード端子５６，５７をプリント基板５８の孔に挿入し、その部分を半田付けして実装したものである。

また、同図（ｃ）は電気二重層コンデンサ６１の上蓋部と下蓋部の外面に外部リード端子部６２，６３を接続し、その外部リード端子部６２，６３の夫々の先端部をプリント基板６４の接続ランド面と平行にしてリフロー工程による半田付けがされている。

図６はコイン型電気ニ重層コンデンサに、外部リード端子を接続した平面図である。同図は、上蓋６５に陰極部となる外部リード端子６７を、下蓋６６には陽極部となる外部リード端子６８がそれぞれ溶接接続されている。

また、ボタン電池においても、正極と負極の間にセパレータを介した電極が２つ合わせの金属容器内に収容されており、その外観構造は前記電気二重層コンデンサと同じような構成を有している。
特開平３−１６３８１３号公報特開平８−２０３４９７号公報

しかしながら前記コイン型電気化学素子において、上蓋部と下蓋部に外部リード端子を取り付ける際、これまでは上蓋部と下蓋部に対し個片の外部リード端子を供給して溶接接合されていた。

また、前記コイン型電気化学素子の下蓋及び上蓋に用いられる材質は、アルミニウムやステンレス銅、又は内面にアルミニウム層を有するオーステナイト・フェライト二相ステンレス銅等が使用されてきたが、これらの金属では、２．８Ｖ程度の高電圧充電を行うと下蓋側で孔食等の腐食が発生し、信頼性のあるコイン型電気化学素子が得られないという問題点があった。

また、従来の金属リードフレームは陽極部と陰極部が対向しているのが一般的で、このような金属リードフレームを用いると、コイン型電気化学素子の上蓋部と下蓋部に溶接するのに工程が非常に煩雑になり、どちらかの外部リード端子を分断して個片により供給されていた。

このような方法では外部リード端子の供給方法が個片の外部リード端子をパーツフィーダー等で整列させ、チャックで上蓋部と下蓋部へ供給するため、特に小形サイズの製品では外部リード端子も小さいため、供給、位置決めが非常に困難という課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、コイン型電気化学素子の上蓋部と下蓋部への外部リード端子部の取り付けを精度良く確実に行え、かつ、生産性及び信頼性に優れたコイン型電気化学素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、一端を先端として長手方向に対してはみ出るように連続して設けられ途中に開口部を設けた略三角形状の外部リード端子部を設けた２枚の金属リードフレームを用意する工程と、前記金属リードフレームの外部リード端子部にコイン型電気化学素子の陽極部(下蓋)を配置して溶接する工程と、前記コイン型電気化学素子の陰極部（上蓋）に他方の金属リードフレームを前記金属リードフレームと非対向になるように配置し前記外部リード端子部を溶接する工程と、前記コイン型電気化学素子の陽極部（下蓋）及び陰極部（下蓋）が溶接された略三角形状の前記外部リード端子部と前記開口部とを切り離す工程と、を備えたコイン型電気化学素子の製造方法とするものである。

本発明は、一端を先端として長手方向に対してはみ出るように連続して設けられ途中に開口部を設けた略三角形状の外部リード端子部を設けた２枚の金属リードフレームを、コイン型電気化学素子の陽極部(下蓋)及び陰極部（上蓋）に互いの金属リードフレームが非対向になるように配置し、外部リード端子部を溶接し、略三角形状の外部リード端子部と開口部とを切り離すことにより、コイン型電気化学素子の陽極部（下蓋）と陰極部（上蓋）への溶接面積が広くなり、溶接の信頼性を高くすることができ、コイン型電気化学素子の小さいサイズ（φ３〜５）のものまで精度良く外部リード端子部を確実に接続することができるという効果を有する。

以下、本発明の実施の形態について詳細を説明する。

（実施の形態１）
図１は、面実装用のコイン型電気ニ重層コンデンサの構成を示す一部切欠側面図である。同図において、コイン型電気ニ重層コンデンサ１１は、活性炭電極からなる陽極側の分極性電極１４と、活性炭電極からなる陰極側の分極性電極１５とをセパレータ１６を介して対向配置し、その陽極側の分極性電極１４には陽極集電体１７を設け、かつ陰極側の分極性電極１５には陰極集電体１８を設ける。その後、平均粒径５μｍの石油コークス系活性炭粉末と導電性付与剤として平均粒径０．０５μｍのカーボンブラック、カルボキシメチルセルロースを溶解した水溶性バインダー溶液（濃度：５０％）を１０：２：１の重量比に混合して混練機で充分に混練し、この混練品をペレットに成形した後、このペレットを１００℃の大気中で１時間乾燥し、次に、このペレット２枚の間にセパレータを介在させて一対の分極性電極を得て、プロピレンカーボネート：７５重量％、ＥＭＩＢＦ４：２０重量％、４エチルアンモニウム４フッ化ホウ素：５重量％の電解液１９を、前記一対の分極性電極１４、１５およびセパレータ１６に含浸させ、これらを陰極端子となる上蓋２０と陽極端子となる下蓋２１で構成される収納空間部に収納する。

上記上蓋２０はＳＵＳ３０４のステンレス材からなり、下蓋２１はＳＵＳ３０４のステンレス材に含まれるＮｉは８．２９重量％、Ｃｒは１８．１２重量％、Ｍｏは０．１９重量％からなるものを用いている。

次に、上蓋２０の外周部に形成した折り曲げ部２３と下蓋２１の外周部との間に電気絶縁性を有するリングパッキン２２を配置して下蓋２１の外周部の先端部２４をカーリングすることにより、リングパッキン２２で上蓋２０の折り曲げ部２３を外側から包み込んで一対の分極性電極１４、１５を収納している収納空間部の気密封口を行うようにしてコイン型電気ニ重層コンデンサを作製した。

次に、下蓋２１の表面と、上蓋２０の表面に略三角形状した厚さ０．１０ｍｍの外部リード端子部１２，１３がそれぞれ溶接される。

この下蓋２１側及び上蓋２０側に、前記外部リード端子部１２、１３をスポット溶接、レーザー溶接によりコイン型電気二重層コンデンサ１１に接続される。

また、前記上蓋２０側の外部リード端子部１３は下蓋２１側の外部リード端子部１２と平行に取り付けられ、上蓋２０側の外部リード端子部１３は一部を折り曲げ、その面実装の接続部が対向になるように配置される。

以上のような構成において、前記外部リード端子部１２、１３の形状を略三角形状にすることにより、溶接面積が広くすることができるので、面実装用のコイン型電気二重層コンデンサ１１の下蓋２１及び上蓋２０との接続を確実に行うことができ、また、面実装用のコイン型電気二重層コンデンサ１１が小さいサイズ（φ３〜５）でも、精度良く確実に溶接することができる。

また、下蓋２１の材質が上蓋２０と異なる材質を使用していることにより、３．３Ｖの高電圧充電を行っても腐食することがないので、信頼性に優れた製品を得ることができる。

（実施の形態２）
次に、実装用のコイン型電気ニ重層コンデンサの製造方法について図面を用いて説明する。

図２は本発明の実施の形態による実装用のコイン型電気二重層コンデンサの構成を示す斜視図である。同図において、１１はコイン型電気二重層コンデンサ、１２は陽極側の外部リード端子部、１３は陰極側の外部リード端子部であり、この陽極側の外部リード端子部１２はコイン型電気二重層コンデンサ１１の下蓋部に溶接され、陰極側の外部リード端子部１３はコイン型電気二重層コンデンサ１１の上蓋部に溶接される。２５はその溶接部である。

この陽極側及び陰極側の外部リード端子部１２，１３はスポット溶接、レーザー溶接によりコイン型電気二重層コンデンサに接続される。

また、前記陰極側の外部リード端子部１３は陽極側の外部リード端子部１２と平行に取り付けられ、その一部を折り曲げ、その外部接続部が陽極側の外部接続部と対向になるように配置される。

次に前記実装用のコイン型電気二重層コンデンサ１１の製造方法について図面を用いて説明する。

図３（ａ）は本実施の形態による金属リードフレームの平面図である。この金属リードフレーム３１は、送り位置決めするパイロットピン穴３２が設けられ、途中に開口部３３を設けた略三角形状の外部リード端子部３４と、その先端に設けられた外部接続部３５からなる。

次に、図３（ｂ）に示すように前記金属リードフレーム３１の略三角形状の外部リード端子部３４にコイン型電気二重層コンデンサ１１を配置し、外部リード端子部２４側からレーザー溶接によりコイン型電気二重層コンデンサ１１の下蓋部に接続する。

前記外部リード端子部３４の形状を略三角形状にすることにより、コイン型電気二重層コンデンサ１１の下蓋部との接続を確実に行うことができ、また、コイン型電気二重層コンデンサ１１の小さいサイズ（φ３〜５）でも、精度良く確実に溶接することができる。

次に、図３（ｃ）に示すような金属リードフレーム３６を用意する。この金属リードフレーム３６は前記金属リードフレーム３１と基本的には同じであるが、外部リード端子部３９と外部接続部４０の間で折り曲げて、外部接続部４０と前記外部接続部３５とが面位置になるようにする。

次に、図３（ｄ）に示すように前記金属リードフレーム３１に接続されたコイン型電気二重層コンデンサ１１の上蓋部に前記金属リードフレーム３６の外部リード端子部３９を、互いのパイロットピン穴３２，３７が整合するように配置し、前記外部リード端子部３９をレーザー溶接にて接続する。

最後に、金属リードフレーム３１の開口部３３から外部リード端子部３４を切り離し、もう一方の金属リードフレーム３６も同じようにして切り離して、実装用のコイン型電気二重層コンデンサを得ることができる。

このようなコイン型電気二重層コンデンサの製造方法により、製造時間が従来よりも１／３に短縮することができ、また、コイン型電気二重層コンデンサの上蓋と下蓋への外部リード端子の取り付けを精度良く確実に行えるという作用効果を有する。

さらに、略三角形状の外部リード端子部が金属リードフレームの長手方向に対して個々にはみ出るようにすることにより、上蓋部と下蓋部への溶接面積が広くなり、溶接の信頼性を高くすることができ、コイン型電気二重層コンデンサのサイズの小さい（φ３〜５）ものまで精度良く外部リード端子部を接続することができるという効果を奏する。

なお、前記実施の形態の金属リードフレームを逆に用いても構わない。また、本実施の形態ではコイン型電気二重層コンデンサについて説明をしたが、ボタン電池等にも用いることができるものである。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
前記実施の形態１において、定格３．３Ｖ０．２Ｆのコイン型電気ニ重層コンデンサを作製したものを用いる。

（実施例２）
実施の形態１において、下蓋３８のステンレス材に含まれるＮｉは１０．７５重量％、Ｃｒは１６．８４重量％、Ｍｏは２．１３重量％からなるものを用いた以外は、前記実施例１と同様にしてコイン型電気ニ重層コンデンサを作製した。

（実施例３）
実施の形態１において、下蓋３８のステンレス材に含まれるＮｉは２２．５１重量％、Ｃｒは２１．３７重量％、Ｍｏは５．１３重量％からなるものを用いた以外は、前記実施例１と同様にしてコイン型電気ニ重層コンデンサを作製した。

（実施例４）
実施の形態１において、下蓋３８のステンレス材に含まれるＮｉは１７．７３重量％、Ｃｒは２０．０１重量％、Ｍｏは６．０７重量％からなるものを用いた以外は、前記実施例１と同様にしてコイン型電気ニ重層コンデンサを作製した。

（実施例５）
実施の形態１において、下蓋３８のステンレス材に含まれるＮｉは２４．１９重量％、Ｃｒは２３．００重量％、Ｍｏは５．５４重量％からなるものを用いた以外は、前記実施例１と同様にしてコイン型電気ニ重層コンデンサを作製した。

（実施例６）
実施の形態１において、下蓋３８のステンレス材に含まれるＮｉは３５．４７重量％、Ｃｒは２３．２７重量％、Ｍｏは７．４８重量％からなるものを用いた以外は、前記実施例１と同様にしてコイン型電気ニ重層コンデンサを作製した。

（比較例）
比較例において、下蓋３８のステンレス材に含まれるＮｉは８．１２重量％、Ｃｒは１８．２２重量％からなるものを用い、Ｍｏは含まない以外は、前記実施例１と同様にしてコイン型電気ニ重層コンデンサを作製した。

このようにして得られた実施例１〜６の面実装用のコイン型電気ニ重層コンデンサと比較例の面実装用のコイン型電気ニ重層コンデンサついて、高温高湿下で定格電圧を印加した状態での耐漏液性を確認する高温高湿負荷試験を行った。その漏液検査結果を（表１）に示す。

また、電解液の温度が６０℃になるように恒温より保持し、２４時間印加後、正極の表面を金属顕微鏡で観察し、腐食損傷の有無の判定をした。その結果を（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、下蓋の材質にＭｏが含有されていない比較例は耐食性が悪いが、Ｍｏが含有されている実施例１〜６は耐食性に優れていることが判る。

なお、下蓋の材質について、Ｎｉはσ相やχ相などの金属間化合物の析出を抑制する上で有効であり、また組織をオーステナイトにする場合には必須な元素であるので、少なくとも20.0000mass%以上の含有量が必要である。しかしながら、40.0000mass%を超えると熱間加工性の劣化や熱間変形抵抗が増大し、製造性が劣化するので、その上限を40.0000mass%とした。好ましくは24.00〜37.0000mass%であり、30.00〜36.0000mass%であればさらに好ましい。

Ｃｒは、耐食性を向上させる元素であり、その効果を得るためには20.0000mass%以上含有する必要があるが、30.0000mass%を超えて含有するとσ相やχ相などの金属間化合物の形成を助長し、かえって耐食性を劣化させるので、Crの含有量を20.00〜30.0000mass%とした。

Ｍｏは、耐食性を向上させるのに有効な元素であり、その効果を得るためには5.0000mass%以上含有する必要がある。しかしながら、10.0000mass%を超えて含有すると、金属間化合物の析出を助長し、耐食性を逆に劣化させてしまうので、その範囲を5.00〜10.0000mass%とした。Ｍｏの含有量は6.00mass%以上であることが好ましく、7.00mass%以上とすることがより好ましい。

本発明は、特に面実装に用いられる外部リード端子部を有したコイン型電気化学素子の製造方法に関するもので、この方法により小さいサイズの面実装品ができ、携帯電話やデジタルカメラなど電源のバックアップや補助電源としての回路部品の小型化を図ることができる。

本発明の実施の形態１における面実装用のコイン型電気二重層コンデンサの構成を示す一部切欠側面図本発明の実施の形態２による実装用のコイン型電気二重層コンデンサの構成を示す斜視図（ａ）は本実施の形態２における金属リードフレームの平面図、（ｂ）は同コイン型電気二重層コンデンサを接続した平面図、（ｃ）は同他方の金属リードフレームの平面図、（ｄ）同コイン型電気二重層コンデンサに金属リードフレームを接続した平面図従来のコイン型電気二重層コンデンサの一部切り欠き斜視図（ａ）は同コイン型電気二重層コンデンサを実装したときの側面図、（ｂ）は同他実装の例を示す側面図、（ｃ）は同他実装の例を示す側面図従来の面実装用のコイン型電気ニ重層コンデンサの平面図

符号の説明

１１コイン型電気二重層コンデンサ
１２，１３外部リード端子部
１３，１５分極電極
１６電解液
１７，１８集電体
１９電解液
２０上蓋
２１下蓋
２２リングパッキング
２３折り曲げ部
２４先端部

Claims

一端を先端として長手方向に対してはみ出るように連続して設けられ途中に開口部を設けた略三角形の外部リード端子部を設けた２枚の金属リードフレームを用意する工程と、前記金属リードフレームの外部リード端子部にコイン型電気化学素子の陽極部(下蓋)を配置して溶接する工程と、前記コイン型電気化学素子の陰極部（上蓋）に他方の金属リードフレームを前記金属リードフレームと非対向になるように配置し前記外部リード端子部を溶接する工程と、前記コイン型電気化学素子の陽極部（下蓋）及び陰極部（下蓋）が溶接された略三角形状の前記外部リード端子部と前記開口部とを切り離す工程と、を備えたコイン型電気化学素子の製造方法。
前記外部リード端子部の先端の前記一端に外部接続部を設けた請求項１に記載のコイン型電気化学素子の製造方法。
前記外部リード端子部の先端の前記一端が外部接続部との間で折り曲げられている請求項１に記載のコイン型電気化学素子の製造方法。