JP5229440B2

JP5229440B2 - 電気化学デバイス

Info

Publication number: JP5229440B2
Application number: JP2006096106A
Authority: JP
Inventors: 孝之杉山
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007273193A

Description

本発明は、電気化学デバイスに関し、特にラミネートフィルムによる外装を施した電気化学デバイスであって、電気化学デバイス素子からの内部端子と引出端子との接続構造に関する。

従来の電気化学デバイスとしては、電気２重層キャパシタ、電気化学キャパシタ、リチウム電池等が知られ、小形・薄型化された電気化学デバイスとしては、図５に示すように、金属フィルムとこの両面にラミネートした合成樹脂フィルムとからなる複合フィルム（以下ラミネートフィルムと称す）からなる外装体７で電気化学デバイス素子１を覆うとともに、外装体７の周縁部を熱圧着して密封し、かつ電気化学デバイス素子１より導出した引出端子３を外装体の熱圧着部で挟持して外部に取り出したものが提案されている（特許文献１）。ここでは、図５（ａ）に示すように、引出端子３に予め絶縁樹脂層５を設けておき、図５（ｂ）に示すように、この引出端子３を、前記絶縁樹脂層５が電気化学デバイス素子４の外部側に位置するように内部端子上に配置し、引出端子３と内部端子２を接続し、図５（ｃ）に示すように、その後外装体７にて前記電気化学デバイス素子４を覆って開口端部を熱圧着して密封する方法が開示されている。引出端子３と外装体７とを絶縁樹脂層５によって密着させ、密封性を高めている。

特開２００３−１６８４０２号公報

ところで、近年のデジタル機器の小形化にともない、搭載される電気化学デバイスはさらに小形・薄型化が切望されている。特に携帯電話などの小形商品では、電気化学デバイスの薄型化に加え、小形化が必須となり、特に基板に実装された際の実装面積を少なくすることが望まれている。
しかしながら、特許文献１に記載の電気化学デバイス１では、引出端子３に設けられた絶縁樹脂層５と、電気化学デバイス素子４との間に所定寸法あり、電気化学デバイス１の長さ寸法を短くできない。

つまり、特許文献１では、正負電極箔を複数枚積層した電気化学デバイス素子４では、内部端子２は複数必要となり、これらを束ねてさらに引出端子３と接続しなければならない。この際に、引出端子３に絶縁樹脂層５を設けることができるが、この引出端子３と内部端子２との接続において、レーザ溶接、アーク溶接、摩擦撹拌溶接などを用いる際には、この絶縁樹脂層５が前記接続の際に加熱されて溶融しないように、引出端子３と内部端子２との接続部６から所定寸法離間させなければならず、この寸法分、電気化学デバイス１の長さ寸法が大きくなり、基板への実装面積が拡大してしまう。また上記接続方法に代えて、超音波溶接、コールドウェルド、ステッチなどの手法もあるが、正負電極箔を複数枚積層した場合は内部端子２の積層枚数も多くなり、溶接時に内部端子２を固定する固定手段を配置するスペースを確保しなければならず、所定寸法離間させることが必要となり、同様に基板への実装面積が拡大してしまう。

そこで、本発明は、ラミネートフィルムによって外装される電気化学デバイスの長さ寸法を短くし、小形化を実現することを目的としている。

そこで、上記の課題を解決した本発明の電気化学デバイスは、封口部材となる絶縁樹脂層を両面に設けた引出端子と、電気化学デバイス素子より導出された複数の内部端子とを接続するとともに、この電気化学デバイス素子をラミネートフィルムで覆い、前記絶縁樹脂層とラミネートフィルムとを圧着して封止した電気化学デバイスにおいて、内部端子と接続された引出端子は折り曲げられて、該引出端子に設けられた絶縁樹脂層のラミネートフィルムとの圧着部が、少なくとも内部端子より突出した位置に配置されたことを特徴とする。
これによると、引出端子の絶縁樹脂層を、引出端子と内部端子との接続付近から離間するように設け、引出端子と内部端子とを接続した後、ラミネートフィルムとの圧着部を確保出きる程度に引出端子を折り曲げて引出端子を短くし、絶縁樹脂層を、引出端子と内部端子との接続部との近傍に位置することができ、電気化学デバイスの長さ寸法を小さくすることができる。

また、前記引出端子は、該引出端子と内部端子との接続部付近を起点に折り曲げられたことを特徴とする。これによると、接続部付近を起点にすることで、引出端子の折り曲げ精度が向上し、製造工程が簡略化される。

また、前記引出端子に設けた絶縁樹脂層を電気化学デバイス素子側に配置し、前記引出端子と内部端子を接続して該引出端子を折り曲げたことを特徴とする。これによると、折り曲げ工程が１回ですみ、工程が複雑化されることがない。

また、引出端子に設けられた絶縁樹脂層の一部が前記引出端子と内部端子との接続部上に配置されたことを特徴とする。これによると、引出端子と内部端子との接続部に形成されたバリなどが、前記引出端子の絶縁樹脂層によって覆われるため、前記バリなどが外装体となるラミネートフィルムを損傷させて密封性を損なうことがない。また引出端子の絶縁樹脂層とラミネートフィルムを熱圧着する際には、前記絶縁樹脂層が接続部上に載置されて位置決めされるため、熱圧着を精度よくできる。

また、前記引出端子は、内部端子の接続面及びその反対面を覆うように配置されたことを特徴とする。これによると、内部端子の接続面と反対面を覆うことで内部端子の両面が外部端子と接続され、接続が強固となる。

また、前記引出端子と内部端子との接続部の少なくとも一部を残して切断されたことを特徴とする。これによると、電気化学デバイス素子より導出された内部端子及び引出端子は、その接続部の一部を残して切断されているため、電気化学デバイス素子からの導出寸法が小さくなり、従って電気化学デバイスの長さ寸法を小さくすることができる。

本発明によれば、引出端子と内部端子との接続部と、引出端子に設けられた絶縁樹脂層との距離を縮めることで、電気化学デバイスの長さ寸法を小さくでき、電気化学デバイスの小形化を図ることができる。

次に本発明を実施するための最良の形態につき説明する。本発明の電気化学デバイスは、電気２重層キャパシタ、電気化学キャパシタ、リチウムイオン二次電池等の電池等が含まれる。この電気化学デバイスは、電気化学デバイス素子と、電気化学デバイス素子より導出された内部端子と、この内部端子と接続され、一部に絶縁樹脂層を備えた引出端子と、前記電気化学デバイス素子を収納する外装体より構成される。

外装体は、電気化学デバイス素子を覆い、電気化学デバイス素子を密封して収納する柔軟性の材料からなり、金属層とこの金属層の両面に形成された絶縁樹脂とからなる複合フィルム（ラミネートフィルム）から構成される。このラミネートフィルムの厚さは、５０〜５００μｍが好ましい。
このラミネートフィルムの金属層は、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン又はこれらの合金が好ましい。金属層の厚さは、５〜２００μｍが好ましい。
絶縁樹脂は、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリオレフィンなどが好ましい。絶縁樹脂層の厚みは、５〜１００μｍが好ましい。

また、ラミネートフィルムは、電気化学デバイス素子の形状に応じて任意の形状を用いることができる。電気化学デバイス素子が巻回型であれば、断面円筒状のラミネートフィルムを用い、電気化学デバイス素子が積層型であれば、断面四角筒状のラミネートフィルムを用いることができる。電気化学デバイス素子はラミネートフィルムに収納され、開口端が熱圧着により密封される。また、一枚のラミネートフィルムに電気化学デバイス素子を載置し、ラミネートフィルムを折り返して電気化学デバイス素子を覆い、周囲を熱圧着して密封することもできる。この場合予めラミネートフィルムの一面に電気化学デバイス素子を収納する凹部をエンボス加工などで形成することもできる。

電気化学デバイス素子は、アルミニウム箔や銅箔等の金属箔等で構成される集電体に正負両極の活物質材料を担持した正負電極箔と、該両電極箔を隔離するセパレータと、固体又は液体状の電解質を含み、正負電極箔には、内部端子が接続されている。この正負電極箔の間にセパレータを介在して、巻回又は積層して電気化学デバイス素子が形成される。

前記電気化学デバイス素子は、その端面から正負電極箔に接続された電極引き出し用の内部端子が複数導出されている。この内部端子は、板状又は箔状体であり、主としてアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等が用いられる。また、一般的に、電池の陽極と陰極とでリード線４の材質を異にする。例えば、陽極をアルミニウムとし、陰極をニッケルとする。電気２重層キャパシタでは、アルミニウムが用いられる。なお、内部端子は、前述の様に正負電極箔に別体となる内部端子を接続するものの他、アルミニウム等の金属箔から集電体を打ち抜きする際に一部を突出させて打ち抜き、この突出部を内部端子（集電体と内部端子が一体）としてもよい。

内部端子は、それぞれ極性ごとに集束されて、引出端子と接続される。この引出端子は、板状又は箔状のものや、棒状のものであり、アルミニウムやニッケル、銅等が用いられる。この引出端子の一部には、絶縁樹脂層が形成されている。この絶縁樹脂層は、アルミニウムとラミネートフィルムとの双方に熱接着性を示すものであり、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、結晶性エンジニアリングプラスチック、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリルなどが挙げられる。絶縁樹脂層の形成方法としては、２枚の絶縁樹脂フィルムを引出端子の両面に配置し、絶縁フィルムを接着して形成したり、絶縁樹脂を樹脂モールドしたりして引出端子に絶縁樹脂層を設けている。

この絶縁樹脂層を設けた引出端子は、収束された内部端子上に配置され、各種接続方法により、引出端子と内部端子が接続される。この接続方法としては、超音波溶接、コールドウェルド、ステッチ、レーザ溶接、アーク溶接、摩擦撹拌溶接などが挙げられる。

この内部端子と引出端子との接続時に、引出端子に設けられた絶縁樹脂層と、前記接続手段とが近接して接続処理されると、前記絶縁樹脂層が損傷する場合があり、この損傷により、該絶縁樹脂層とラミネートフィルムとの熱圧着による封止部の一部が密封されず、不具合品が生じる。従って、上記引出端子に設けられた絶縁樹脂層と接続手段とを所定距離離間させて接続を行わなければならない。このため、引出端子の内部端子との接続部から所定距離を離して絶縁樹脂層を形成する。引出端子と内部端子を接続し、この接続部と絶縁樹脂層との間の引出端子部分を折り曲げ、又は折り返して、電気化学デバイス素子端面からの導出距離を短くする。そしてこの電気化学デバイス素子を外装体（ラミネートフィルム）に収納し、引出端子の絶縁樹脂層とラミネートフィルムの接着面を合わせて、熱圧着することで絶縁樹脂層を介して引出端子とラミネートフィルムが熱圧着されて密封される。

引出端子を折り曲げる際に、折り曲げ起点を前記引出端子と内部端子との接続部付近とすることで、折り曲げ精度が向上する。また折り曲げ回数は特に限定はないが、折り曲げ回数を多くすると、引出端子の厚みが増えるため好ましくない。引出端子の厚みは概ね（５０〜５００μｍ）であり、折り返し回数が３回以上は好ましくない。

また、接続時の引出端子と内部端子との配置形態は、引出端子の絶縁樹脂層を電気化学デバイス素子側に配するものと、電気化学デバイス素子の外部側に配するものがある。絶縁樹脂層を電気化学デバイス素子側に配する場合は、引出端子と内部端子を接続した後、該接続部付近を起点に１回折り返す。また絶縁樹脂層を電気化学デバイス素子の外部側に配する場合は、前記接続部付近を起点に複数回折り返す。この様に、引出端子を折り曲げ、折り返すことで引出端子の導出寸法を小さくし、電気化学デバイス素子と絶縁樹脂層との距離を縮めて電気化学デバイスの小形化を図ることができる。なお、前記引出端子を折り返して前記接続部上に配置すると接続時に発生するバリが覆われ、ラミネートフィルムが損傷することがない。また、前記引出端子を折り返して、絶縁樹脂層を前記接続部上に配置すると、該絶縁樹脂層とラミネートフィルムを熱圧着する際には、前記絶縁樹脂層が接続部上に載置されて位置決めされるため、熱圧着を精度よくできる。

また、前記内部端子との接続部付近の引出端子の折り曲げ位置を電気化学デバイス素子側にすることで、引出端子と内部端子との接続部の一部を有するように切断することができ、これにより、電気化学デバイスの長さ寸法を短くできる。

また、引出端子の絶縁樹脂層を電気化学デバイス素子側に配置し、引出端子を延在させて集束された内部端子の両面を覆って配置して接続することができる。また、引出端子を、はんだ付け可能な金属とアルミニウムとの接続部材とし、両者の接続部を絶縁樹脂層内に収納したものを用いることができる。

また、内部端子と引出端子との接続部を折り曲げて、電気化学デバイス素子からの導出寸法を小さくすることもできる。

また、外装体の熱圧着部の一部に弱点部を設け、電気化学デバイスの内部で急激にガスが発生した際に前記弱点部を破断させ、内部ガスを電気化学デバイスの外部に放出させることもできる。なお、前記弱点部は、熱圧着部の熱圧着距離を一部縮めてなり、外装体の内部側に被圧着部が形成されたものである。なお他にも、熱圧着部の一部に切れ目を設けて弱点部とするものが挙げられる。

次に本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
実施例１の電気化学デバイス１は、図１（ａ）に示すように、アルミニウムからなる集電体にリチウムイオンを吸蔵・放出する活物質、導電剤及び結着剤からなるペースト剤を塗布した正極及び負極電極を間にセパレータを介して交互に積層し、保持テープにて保持されて電気化学デバイス素子４が形成される。正負電極には、厚さ８０μｍの平板状のアルミニウムからなり、絶縁樹脂層５が両面に形成されている引出端子がそれぞれ接続されている。この絶縁樹脂層５は、実施例１では、架橋性ポリプロピレン樹脂を引出端子３に樹脂モールドして形成している。図１（ａ）に示すように、引出端子３の絶縁樹脂層５を電気化学デバイス素子４側に位置させ、該引出端子３の接続部６を電気化学デバイス素子４の内部端子２上に配置する。図示しない固定手段にて引出端子３及び内部端子２を固定して超音波溶接を行う。図１（ｂ）に示すように、その後前記引出端子３と内部端子２の接続部６を起点に引出端子３を折り返し、該引出端子３に設けられた絶縁樹脂層５のラミネートフィルムとの圧着部を少なくとも内部端子２より突出した位置に配置させる。前記接続部６は、引出端子３の折り返された一部および絶縁樹脂層５により覆われる。

引出端子３を接続した電気化学デバイス素子４は、図１（ｃ）に示すように、ラミネートフィルムからなり、予め円筒形に形成された外装体７に収納され、電気化学デバイス素子４の底面側を熱圧着するとともに、前記引出端子３の絶縁樹脂層５の圧着部にラミネートフィルムを配置し、加熱して絶縁樹脂層５とラミネートフィルムを熱圧着する。この際に、前記絶縁樹脂層５が内部端子２上に載置されているため、熱圧着する際の前記絶縁樹脂層５とライミネートフィルムの熱圧着部８との位置決めがいやすい。なお、絶縁樹脂層５は、ラミネートフィルムの封止端面より、電気化学デバイス１の外部側に一部突出させて熱圧着し、ラミネートフィルムを構成する金属層と引出端子３とが接触することを防止している。

なお、前記引出端子３の内部端子２への配置形態としては、引出端子３を予めコ字状に折り返し、この折り返し部を内部端子２上に配置し、接続後、該接続部６を起点に折り返すこともできる。内部端子２と接続される引出端子３の厚みが増えるため接続部６の強度が向上する。

（実施例２）
次に、実施例２の電気化学デバイス１は、電気化学デバイス素子４の内部端子２に引出端子３を接続する工程までは実施例１と同様である。図２（ａ）に示すように、引出端子３と内部端子２の接続部６は、波線に示すように、カッターなどの切断手段にて接続部６を一部残して切断する。その後、図２（ｂ）に示すように、前記残った接続部６を起点に折り返し、該引出端子３に設けられた絶縁樹脂層５のラミネートフィルムとの圧着部を少なくとも前記接続部６より突出した位置に配置させる。その後の外装体７への収納構造は、実施例１と同様である。

（実施例３）
実施例３の電気化学デバイス１は、実施例１の電気化学デバイス素子４を用い、図３に示すように、この電気化学デバイス素子４から導出した内部端子２は、その背面側から接続面側にかけて引出端子３にて覆われ、引出端子３の絶縁樹脂層５は電気化学デバイス素子４側に配置される。内部端子２の両面を覆った状態にて、引出端子３と内部端子２を、引出端子３の絶縁樹脂層５が配置されている側から超音波溶接手段にて接続する。この際に、内部端子２の背面側を覆った引出端子３も同時に接続され、強固な接続部６が形成される。その後、接続部６を起点に折り返し、該引出端子３に設けられた絶縁樹脂層５のラミネートフィルムとの圧着部を少なくとも前記接続部６より突出した位置に配置させる。その後の外装体７への収納構造は、実施例１と同様である。

なお、引出端子３と内部端子２との接続を、引出端子３の絶縁樹脂層５が配置されている側から接続しているが、内部端子２の反対側より接続してもよい。また、内部端子２の両面を覆った引出端子３を共に接続しているが、少なくとも一方の引出端子３が内部端子２と接続されていればよい。また、内部端子２は接続面は、引出端子３に覆われ、背面側は、引出端子３とは別体の所定厚みを有するアルミニウム板を配置することもできる。さらには、引出端子３と内部端子２を接続した後、この接続部６の一部を残して切断しても良い。

（実施例４）
実施例４の電気化学デバイス１は、実施例１の電気化学デバイス素子４を用い、図４（ａ）に示すように、この電気化学デバイス素子４から導出した内部端子２上に、絶縁樹脂層５が電気化学デバイス素子４外部側に位置するように引出端子３を配置する。この際に、引出端子３の絶縁樹脂層５は、内部端子２から所定間隔離間する位置に設定されている。そして引出端子３と内部端子２を超音波溶接にて接続する。図４（ｂ）に示すように、この接続部６を起点に引出端子３を２回折り返して引出端子３の絶縁樹脂層５が前記接続部６の近傍に位置させる。その後の外装体７への収納構造は、実施例１と同様である。

本発明の実施例１における電気化学デバイスの製造工程を示す断面図である。本発明の実施例２における電気化学デバイスの製造工程を示す断面図である。本発明の実施例３における電気化学デバイスの製造工程を示す断面図である。本発明の実施例４における電気化学デバイスの製造工程を示す断面図である。従来の電気化学デバイスの製造工程を示す断面図及び電気化学デバイスの斜視図である。

符号の説明

１電気化学デバイス
２内部端子
３引出端子
４電気化学デバイス素子
５絶縁樹脂層
６接続部
７外装体
８熱圧着部

Claims

集電体に正負両極の活物質材料を担持した正負電極箔と、該両電極箔を隔離するセパレータと、固体又は液体状の電解質を含み、正負電極箔には内部端子が接続され、この正負電極箔の間にセパレータを介在して巻回又は積層して形成される電気化学デバイス素子と、封口部材となる絶縁樹脂層を両面に設けた引出端子と、電気化学デバイス素子より導出された複数の前記内部端子とを接続するとともに、この電気化学デバイス素子をラミネートフィルムで覆い、前記絶縁樹脂層とラミネートフィルムとを圧着して封止した電気化学デバイスにおいて、
内部端子と接続された引出端子は折り曲げることにより、前記引出端子と内部端子との接続部上に直接絶縁樹脂層を配置するとともに、該引出端子に設けられた絶縁樹脂層のラミネートフィルムとの圧着部が、少なくとも内部端子より突出した位置に配置された電気化学デバイス。
前記引出端子は、該引出端子と内部端子との接続部付近を起点に折り曲げられた請求項１に記載の電気化学デバイス。
前記引出端子に設けた絶縁樹脂層を電気化学デバイス素子側に配置し、前記引出端子と内部端子を接続して該引出端子を折り曲げた請求項１又は２に記載の電気化学デバイス。
前記引出端子は、内部端子の接続面及びその反対面を覆うように配置された請求項１乃至３いずれかに記載の電気化学デバイス。
前記引出端子と内部端子との接続部の少なくとも一部を残して切断された請求項１乃至４いずれかに記載の電気化学デバイス。