JP5325820B2 - 電気化学デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電素子をパッケージ内に封入した構造を備える電気化学デバイスに関する。
電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイスにあっては、フィルムパッケージを用いて薄型化を図ったものが着目されており(特許文献1及び2を参照)、この薄型化に起因して(1)電気化学デバイスを回路基板にリフロー半田付けする要望や(2)電気化学デバイスをICカード内に封入する要望が高まっている。
このフィルムパッケージは、概して、耐熱層とバリア層とヒートシール層とを順に有するラミネートフィルムを用いて作成されている。具体的には、端子が設けられた蓄電素子を用意し、端子の先端部分がフィルム端から突出するように蓄電素子をラミネートフィルムのヒートシール層側に置き、その上にヒートシール層が蓄電素子に向くように別のラミネートフィルムを重ね合わせ、両ラミネートフィルムの周囲を加熱してヒートシール層相互を熱融着して一体化することによって作成されている。また、2枚のラミネートフィルムを重ね合わせるのではなく、1枚のラミネートフィルムを2つ折りにするようにしたフィルムパッケージの作成方法も在る。
ところで、フィルムパッケージを採用した電気化学デバイスを回路基板にリフロー半田付けするときには、回路基板上に該電気化学デバイスを搭載して該回路基板をリフロー炉に投入する手順が一般に採用される。そのため、リフロー半田付けの温度プロファイルに伴った温度上昇が電気化学デバイスに生じて、該電気化学デバイスがリフロー半田付けのピーク温度或いはこれに近い温度まで上昇してしまう。
一方、フィルムパッケージを採用した電気化学デバイスをICカード内に封入するときには、コアシートのデバイス収納部に該電気化学デバイスを収納して該コアシートの上下面それぞれにカバーシートをヒートシールする手順が一般に採用される。そのため、ヒートシールの温度プロファイルに伴った温度上昇が電気化学デバイスに生じて、該電気化学デバイスがヒートシールのピーク温度或いはこれに近い温度まで上昇してしまう。
しかしながら、前記フィルムパッケージに用いられるラミネートフィルムのヒートシール層には、ヒートシールが容易に行えることやヒートシール時にフィルムパッケージに温度上昇を生じないようにするために、ポリプロピレン等の熱可塑性プラスチック、即ち、さほど融点が高くない熱可塑性プラスチックが用いられている。
依って、フィルムパッケージを採用した電気化学デバイスを回路基板にリフロー半田付けする過程やICカード内に封入する過程では、前記温度上昇によって「ヒートシール層相互を熱融着して一体化した部分」に軟化や溶融が生じ易い。また、これら過程では、フィルムパッケージの内圧が電解質の蒸気圧上昇等によって上昇するために、軟化や溶融を生じた部分から電解質やガス等が漏れ出し、該漏出を原因として周囲を汚してしまったり、また、電気化学デバイスの機能が低下してしまったりする等の不具合を生じる恐れがある。
また、フィルムパッケージを採用した電気化学デバイスにあっては、「ヒートシール層相互を熱融着して一体化した部分」を通じて端子の先端部分が外部に導出されているため、電解質やガス等の漏出は「ヒートシール層相互を熱融着して一体化した部分」と端子との界面において生じ易い。
本発明の目的は、パッケージの薄型化が可能であることは勿論、電気化学デバイスを回路基板にリフロー半田付けする過程やICカード内に封入する過程で該電気化学デバイスに温度上昇を生じても、内部空間内の電解質やガス等が外部に漏出することを確実に防止できる電気化学デバイスを提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明は、蓄電素子をパッケージ内に封入した構造を備える電気化学デバイスであって、パッケージは、(1)貫通孔が形成された枠部と該枠部から外側に突出する端子部とを一体に有する第1端子プレートと、(2)貫通孔が形成された枠部と第1端子プレートの端子部とは異なる位置において該枠部から外側に突出する端子部とを一体に有する第2端子プレートと、(3)両端子プレートの貫通孔に対応した貫通孔を有し、且つ、第1端子プレートの枠部の一面と第2端子プレートの枠部の一面との間に介装される枠プレートと、(4)第1端子プレートの枠部の他面を覆って貫通孔を閉塞する第1カバープレートと、(5)第2端子プレートの枠部の他面を覆って貫通孔を閉塞する第2カバープレートとを、第1カバープレート、第1端子プレート、枠プレート、第2端子プレート、第2カバープレートの順序で重ね合わせて互いに向き合う面を結合することによって構成されており、蓄電素子は、両端子プレートの枠部の貫通孔と枠プレートの貫通孔とに基づいて両カバープレート間に形成された内部空間に封入されており、第1端子プレートの端子部の一部分と第2端子プレートの端子部の一部分は、パッケージから外部に露出している。
前記電気化学デバイスにあっては、パッケージが、第1カバープレート、第1端子プレート、枠プレート、第2端子プレート、及び第2カバープレートを同順序で重ね合わせて互いに向き合う面を結合した積層構造を有しており、蓄電素子は、両端子プレートの枠部の貫通孔と枠プレートの貫通孔とに基づいて両カバープレートの間に形成された内部空間に封入されている。
つまり、内部空間は両端子プレートの枠部の貫通孔と枠プレートの貫通孔とを利用して形成されるため、両端子プレートと枠プレートの厚さを薄くしても、蓄電素子を封入するのに十分な内部空間をパッケージ内に形成することができる。しかも、パッケージが積層構造物からなるため、各プレートの厚さを極力薄くしても、所期の剛性をパッケージに確保することができる。これにより、フィルムパッケージを採用した従来の電気化学デバイスに匹敵する薄型化を、前記電気化学デバイスにおいて実現することができる。
また、両端子プレートの枠部と枠プレートは切れ目の無い枠形状をしているため、温度上昇に伴って内部空間の内圧が上昇しても、該枠部と該枠プレートを通じて内部空間内の電解質やガス等が外部に漏出することは無い。これにより、前記電気化学デバイスを回路基板にリフロー半田付けする過程やICカード内に封入する過程で該電気化学デバイスに温度上昇を生じても、内部空間内の電解質やガス等が外部に漏出することを確実に防止することができる。
本発明によれば、パッケージの薄型化が可能であることは勿論、電気化学デバイスを回路基板にリフロー半田付けするときやICカード内に封入するときに該電気化学デバイスに温度上昇を生じても、内部空間内の電解質やガス等が外部に漏出することを確実に防止できる電気化学デバイスを提供することができる。
本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。
以下、図面を引用して発明を実施するための形態を説明するが、該説明では図1の左、右、下、上、手前、及び奥をそれぞれ前、後、左、右、上、及び下と称すると共に、他の図のこれらに相当する方向をそれぞれ前、後、左、右、上、及び下と称する。
[第1実施形態]
図1〜図5を引用して、本発明の第1実施形態に係る電気化学デバイスRB1について説明する。この電気化学デバイスRB1は、蓄電素子SDをパッケージPA内に封入した構造を有する。
図1〜図5を引用して、本発明の第1実施形態に係る電気化学デバイスRB1について説明する。この電気化学デバイスRB1は、蓄電素子SDをパッケージPA内に封入した構造を有する。
蓄電素子SDは、図4(A)に示した第1シート(符号無し)と、図4(B)に示した第2シート(符号無し)と、図4(C)に示したセパレートシート11eと、から構成されている。
第1シートは、図4(A)に示したように、矩形状の第1集電極層11aと、第1集電極層11aの前後方向両端縁の左側に該第1集電極層11aと一体に、且つ、線対称形に設けられた2つの矩形状のタブ11a1と、第1集電極層11aの上面の両タブ11a1を除く領域に形成された矩形状の第1分極性電極層11bと、を有する。
第2シートは、図4(B)に示したように、矩形状の第2集電極層11cと、第2集電極層11cの前後方向両端縁の右側に該第2集電極層11cと一体に、且つ、線対称形に設けられた矩形状のタブ11c1と、第2集電極層11cの下面の両タブ11c1を除く領域に形成された矩形状の第2分極性電極層11dと、を有する。第2集電極層11cとタブ11c1と第2分極性電極層11dの外形寸法は、第1シートの第1集電極層11aとタブ11a1と第1分極性電極層11bの外形寸法と略同じである。この第2シートは、第1シートと同じものを裏返して使用することができる。
セパレートシート11eは、図4(C)に示したように、第1シートの第1分極性電極層11b及び第2シートの第2分極性電極層11dの外形寸法よりも大きな外形寸法を有する矩形状を成す。
因みに、第1集電極層11a及び第2集電極層11cはアルミニウムや白金等の導電材から成り、その厚さは5〜50μmである。また、第1分極性電極層11b及び第2分極性電極層11dはPAS(ポリアセン系有機半導体)や活性炭等の活物質から成り、その厚さは10〜100μmである。さらに、セパレートシート11eはセルロース系フィルムやプラスチック系フィルム等のイオン透過フィルムから成り、その厚さは10〜50μmである。
前記蓄電素子SDを作成するときには、先ず、図4(D)に示したように、第1シートの第1分極性電極層11b上にセパートシート11eをその前後左右縁が該第1分極性電極層11bの前後左右縁から突出するように重ね、該セパートシート11e上に第2シートの第2分極性電極層11dをその前後左右縁が第1分極性電極層11bの前後左右縁に合致するように重ねる。
次に、図4(E)に示したように、重ね合わせたもの全体を前後方向中央のセンターラインCL(図4(D)を参照)に沿って折り畳んで、第1集電極層11aの2つのタブ11a1を重ね合わせ、且つ、第2集電極層11cの2つのタブ11c1を重ね合わせる。
次に、重なり合う2つのタブ11a1をスポット溶接や超音波溶接等の溶接手法により部分的に相互結合し、且つ、重なり合う2つのタブ11c1をスポット溶接や超音波溶接等の溶接手法により部分的に相互結合する。
作成後の蓄電素子SDは、図2に示したように、最も外側に第1集電極層11aが位置し、その内側に第1分極性電極層11bが位置し、その内側にセパートシート11eが位置し、その内側に第2分極性電極層11dが位置し、その内側に第2集電極層11aが位置するような積層構造(上下方向では10層構造)となる。
図2には、各層を図示するために該各層の厚さ及び蓄電素子SDの厚さ(上下寸法)を実際の厚さよりも厚く描いてあるが、先に述べたように各層の厚さは極めて薄いものであるため、実際の蓄電素子SDの全体の厚さは1.0mmにも満たない。また、実際の蓄電素子SDの折り曲げ箇所の形態は各層が180度に近い角度で折り曲がった形態となり、タブ11a1及びタブ11c1の形態は各々が上下方向で近接し、且つ、折れ曲がりを殆ど有しない形態となる。
パッケージPAは、図5(A)に示した第1端子プレート12と、図5(B)に示した第2端子プレート13と、図5(C)に示した枠プレート14と、図5(D)に示した第1カバープレート15と、図5(E)に示した第2カバープレート16と、図1〜図3に示した外装材17と、から構成されている。
第1端子プレート12は、図5(A)に示したように、略矩形状の貫通孔12a1が中央に形成された矩形枠状の枠部12a(ここでの枠部12aは後記タブ接続部12b及び端子部12cを除いた部分を指す)と、枠部12aの内側(貫通孔12a1の前端縁の左側)に該枠部12aと一体に設けられた矩形状のタブ接続部12bと、枠部12aの前端縁の左側に該前端縁から外側に突出し、且つ、該枠部12aと一体に設けられた矩形状の端子部12cと、を有する。枠部12aの前後左右部分の幅は全て同じであり、該枠部12aとタブ接続部12bと端子部12cの上下面はそれぞれ同一平面にある。
第2端子プレート13は、図5(B)に示したように、略矩形状の貫通孔13a1が中央に形成された矩形枠状の枠部13a(ここでの枠部13aは後記タブ接続部13b及び端子部13cを除いた部分を指す)と、枠部13aの内側(貫通孔13a1の前端縁の右側)に該枠部13aと一体に設けられた矩形状のタブ接続部13bと、枠部13の前端縁の右側に該前端縁から外側に突出し、且つ、該枠部13aと一体に設けられた矩形状の端子部13cと、を有する。枠部13aとタブ接続部13bと端子部13cの外形寸法は第1端子プレート12の枠部12aとタブ接続部12bと端子部12cの外形寸法と略同じであり、貫通孔13a1の内形寸法(ここではタブ13bを除いた場合の内形寸法を指す)は第1端子プレート12の貫通孔12a1の内形寸法(ここではタブ12bを除いた場合の内形寸法を指す)と略同じであり、枠部13aの前後左右部分の幅は第1端子プレート12の枠部12aの前後左右部分の幅と略同じである。この第2端子プレート13は、第1端子プレート12と同じものを裏返して使用することができる。
枠プレート14は、図5(C)に示したように、矩形状の貫通孔14aが中央に形成された矩形枠状を成している。枠プレート14の外形寸法は両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの外形寸法と略同じであり、貫通孔14aの内形寸法は両端子プレート12及び13の貫通孔12a1及び13a1の内形寸法(ここではタブ12b及び13bを除いた場合の内形寸法を指す)と略同じであり、前後左右部分の幅は両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの前後左右部分の幅と略同じである。
第1カバープレート15は、図5(D)に示したように、両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの外形寸法と略同じ外形寸法を有する矩形状と成す。
第2カバープレート16は、図5(E)に示したように、両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの外形寸法と略同じ外形寸法を有する矩形状と成す。この第2カバープレート16は、第1カバープレート15と同じものを使用することができる。
外装材17は、図2及び図3に示すように、パッケージPAの外面を形成するものであって両カバープレート15及び16によって挟み込まれた部分全体を覆っている。
因みに、両端子プレート12及び13はアルミニウムや白金等の導電材から成り、その厚さは50〜150μmである。また、枠プレート14は耐熱性プラスチック(例えば、ポリイミドやポリアミドイミドやエポキシ樹脂)やセラミックス(例えば、アルミナやジルコニア)等の耐熱性絶縁材、好ましくは150℃以上の連続使用耐熱温度を有する耐熱性絶縁材から成り、その厚さは100〜700μmである。さらに、両カバープレート15及び16はアルミニウムや白金等の導電材、または、枠プレート14と同じ耐熱性絶縁材から成り、その厚さは50〜150μmである。さらに、外装材17は耐熱性プラスチック(例えば、ポリイミドやポリアミドイミドやエポキシ樹脂)等の耐熱性絶縁材、好ましくは150℃以上の連続使用耐熱温度を有する耐熱性絶縁材から成り、その厚さは100〜500μmである。
前記パッケージPAを作成するときには、先ず、第1端子プレート12と第2端子プレート13と枠プレート14と第1カバープレート15と第2カバープレート16とを、図2に示したように、第1カバープレート15、第1端子プレート12、枠プレート14、第2端子プレート13、第2カバープレート16の順序で重ね合わせて互いに向き合う面を結合する。
両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aには略同一形状の貫通孔12a1及び13a1が在り、該両端子プレート12及び13の間に介装された枠プレート14には該貫通孔12a1及び13a1に対応した貫通孔14aが在る。また、第1カバープレート15は第1端子プレート12の枠部12aの上面を覆って貫通孔12a1を閉塞し、第2カバープレート16は第2端子プレート13の枠部13aの下面を覆って貫通孔13a1を閉塞する。
つまり、各プレートを重ね合わせると、各貫通孔12a1、13a1及び14aに基づく内部空間IS(図2及び図3を参照)が両カバープレート15及び16の間に形成される。
重ね合わせ途中にあっては、閉じられる前の内部空間ISに蓄電素子SD(図4(E)を参照)を図3に示した向きで挿入し、該蓄電素子SDのタブ11a1を第1端子プレート12のタブ接続部12bにスポット溶接や超音波溶接等の溶接手法により部分的に相互結合し、且つ、タブ11c1を第2端子プレート13のタブ接続部13bにスポット溶接や超音波溶接等の溶接手法により部分的に相互結合する。
また、重ね合わせ途中にあっては、内部空間ISが閉じられる前に、該内部空間ISに電解質(例えば硼弗化トリエチルメチルアンモニウムを溶媒であるプロピレンカーボネイトに加えた液状のものやこれにポリアクリロニトリル等を加えてゲル状にしたもの等)を注入する。
各プレートの結合には、ポリイミド系接着剤やポリアミドイミド系接着剤等の耐熱性接着剤、好ましくは硬化状態で150℃以上の連続使用耐熱温度を有する耐熱性接着剤を用いる。結合の際に用いられるのは耐熱性の接着剤であって、その種類は各プレートの材質に応じたものを任意に選択できることから、各々の結合界面に高い結合強度を確保することは極めて容易である。
つまり、第1端子プレート12の枠部12aの上面は耐熱性接着剤を介して第1カバープレート15の下面周囲に結合され、且つ、該枠部12aの下面は耐熱性接着剤を介して枠シート14の上面に結合される。また、第2端子プレート13の枠部13aの上面は耐熱性接着剤を介して枠シート14の下面に結合され、且つ、該枠部13aの下面は耐熱性接着剤を介して第2カバープレート16の上面周囲に結合される。
次に、各プレートが結合された後のものを外装材17の外形に整合したキャビティを有する型(図示省略)に挿入し、該キャビティ内に外装材17の流動物を入れてこれを硬化させるか、或いは、各プレートが結合された後のものの外面全体に外装材17の流動物を塗布や噴霧等のコーティング手法によって付着させてこれを硬化させる。
この手順に従ってパッケージPAを作成することによって、図1〜図3に示した電気化学デバイスRB1、即ち、蓄電素子SDがパッケージPA内に封入され、両端子プレート12及び13の端子部12c及び13cの前側部分がパッケージPAの前面から外部に露出した電気化学デバイスRB1を得ることができる。
図2には、蓄電素子SDの厚さ(上下寸法)を実際の厚さよりも厚く描いた関係から枠プレート14の厚さ(上下寸法)も実際の厚さよりも厚く描いてあるが、先に述べたように各プレートの厚さ並びに外装材17の厚さは極めて薄いものであるため、実際のパッケージPAの全体の厚さ(上下寸法)は2.5mmにも満たないし、外装材17を除けば1.5mmにも満たない。
前記電気化学デバイスRB1によって発揮される効果は以下の通りである。
(1)前記電気化学デバイスRB1にあっては、パッケージPAの主体が、第1カバープレート15、第1端子プレート12、枠プレート14、第2端子プレート13、及び第2カバープレート16を同順序で重ね合わせて互いに向き合う面を結合した積層構造を有しており、蓄電素子SDは、両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの貫通孔12a1及び13a1と枠プレート14の貫通孔14aとに基づいて両カバープレート15及び16の間に形成された内部空間ISに封入されている。
つまり、内部空間ISは両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの貫通孔12a1及び13a1と枠プレート14の貫通孔14aとを利用して形成されるため、両端子プレート12及び13と枠プレート14の厚さを薄くしても、蓄電素子SDを封入するのに十分な内部空間ISをパッケージPA内に形成することができる。しかも、パッケージPAの主体が積層構造物からなるため、各プレートの厚さを極力薄くしても、所期の剛性をパッケージPAの主体に確保することができる。これにより、フィルムパッケージを採用した従来の電気化学デバイスに匹敵する薄型化を、前記電気化学デバイスRB1において実現することができる。
また、両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aと枠プレート14は切れ目の無い枠形状をしているため、温度上昇に伴って内部空間ISの内圧が上昇しても、該枠部12a及び13aと該枠プレート14を通じて内部空間IS内の電解質やガス等が外部に漏出することは無い。これにより、前記電気化学デバイスRB1を回路基板にリフロー半田付けする過程やICカード内に封入する過程で該電気化学デバイスRB1に温度上昇を生じても、内部空間IS内の電解質やガス等が外部に漏出することを確実に防止することができる。
(2)前記電気化学デバイスRB1にあっては、パッケージPAの主体を構成する各プレートの互いに向き合う面が耐熱性接着剤を用いて結合されているが、該耐熱性接着剤には硬化状態で前記温度上昇に耐える連続使用耐熱温度を有するものを各プレートの材質に応じて適宜用いることができるので、各結合界面に高い結合強度を確保できることに加え、温度上昇に伴って内部空間ISの内圧が上昇しても該各結合界面を通じて内部空間IS内の電解質やガス等が外部に漏出することを防止することができる。
(3)前記電気化学デバイスRB1にあっては、各プレートの厚さを極力薄くしても所期の剛性をパッケージPAの主体に確保することができるので、該電気化学デバイスRB1を回路基板にリフロー半田付けするときやICカード内に封入するときのハンドリング時等において該電気化学デバイスRB1の外面に力が加わっても、該パッケージPAに変形や損傷等を生じることを回避することができる。
(4)前記電気化学デバイスRB1にあっては、パッケージPAの外面を形成する外装材17を設けてあるので、該外装材17によってパッケージPAの剛性をより高めることができると共に、該外装材17によって電気化学デバイスRB1の内部空間ISにおける温度上昇を多少なりとも抑制或いは遅延することができる。
[第2実施形態]
図6及び図7を引用して、本発明の第2実施形態に係る電気化学デバイスRB2について説明する。この電気化学デバイスRB2が、前記電気化学デバイスRB1と異なるところは、
・外装材17を有しないパッケージPA’を用いた点
にある。
図6及び図7を引用して、本発明の第2実施形態に係る電気化学デバイスRB2について説明する。この電気化学デバイスRB2が、前記電気化学デバイスRB1と異なるところは、
・外装材17を有しないパッケージPA’を用いた点
にある。
パッケージPA’は、図5(A)に示した第1端子プレート12と、図5(B)に示した第2端子プレート13と、図7に示した枠プレート14-1と、図7に示した第1カバープレート15-1と、図7に示した第2カバープレート16-1と、から構成されている。
枠プレート14-1は、図7に示したように、矩形状の貫通孔14a(符号の図示を省略)が中央に形成された矩形枠状を成している。枠プレート14-1の外形寸法は両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの外形寸法よりも大きく、貫通孔14aの内形寸法は両端子プレート12及び13の貫通孔12a1及び13a1の内形寸法(ここではタブ12b及び13bを除いた場合の内形寸法を指す)と略同じであり、前後左右部分の幅は両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの前後左右部分の幅よりも大きい。
第1カバープレート15-1は、図7に示したように、枠プレート14-1の外形寸法と略同じ外形寸法を有する矩形状と成す。
第2カバープレート16-1は、図7に示したように、枠プレート14-1の外形寸法と略同じ外形寸法を有する矩形状と成す。この第2カバープレート16-1は、第1カバープレート15-1と同じものを使用することができる。
因みに、枠プレート14-1と両カバープレート15-1及び16-1の材質及び厚さは、前記第1実施形態で述べた枠プレート14と両カバープレート15及び16の材質及び厚さと同じである。
前記パッケージPA’を作成するときには、先ず、第1端子プレート12と第2端子プレート13と枠プレート14-1と第1カバープレート15-1と第2カバープレート16-1とを、図7に示したように、第1カバープレート15-1、第1端子プレート12、枠プレート14-1、第2端子プレート13、第2カバープレート16-1の順序で重ね合わせて互いに向き合う面を結合する。
両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aには略同一形状の貫通孔12a1及び13a1が在り、該両端子プレート12及び13の間に介装された枠プレート14-1には該貫通孔12a1及び13a1に対応した貫通孔14aが在る。また、第1カバープレート15-1は第1端子プレート12の枠部12aの上面を覆って貫通孔12a1を閉塞し、且つ、第2カバープレート16-1は第2端子プレート13の枠部12aの下面を覆って貫通孔12a1を閉塞する。
つまり、各プレートを重ね合わせると、各貫通孔12a1、13a1及び14aに基づく内部空間IS(図7を参照)が両カバープレート15及び16の間に形成される。また、枠プレート14-1と両カバープレート15-1及び16-1の外形寸法が両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの外形よりも大きいため、枠プレート14-1と両カバープレート15-1及び16-1の前後左右の各端縁は両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの前後左右の各端縁よりも寸法差分だけ外側に張り出す。
重ね合わせ途中にあっては、閉じられる前の内部空間ISに蓄電素子SD(図4(E)を参照)を図6に示した向きで挿入し、該蓄電素子SDのタブ11a1を第1端子プレート12のタブ接続部12bにスポット溶接や超音波溶接等の溶接手法により部分的に相互結合し、且つ、タブ11c1を第2端子プレート13のタブ接続部13bにスポット溶接や超音波溶接等の溶接手法により部分的に相互結合する。
また、重ね合わせ途中にあっては、内部空間ISが閉じられる前に、該内部空間ISに電解質(例えば硼弗化トリエチルメチルアンモニウムを溶媒であるプロピレンカーボネイトに加えた液状のものやこれにポリアクリロニトリル等を加えてゲル状にしたもの等)を注入する。
各プレートの結合には、ポリイミド系接着剤やポリアミドイミド系接着剤等の耐熱性接着剤、硬化状態で好ましくは150℃以上の連続使用耐熱温度を有する耐熱性接着剤を用いる。結合の際に用いられるのは耐熱性の接着剤であって、その種類は各プレートの材質に応じたものを任意に選択できることから、各々の結合界面に高い結合強度を確保することは極めて容易である。
つまり、第1端子プレート12の枠部12aの上面は耐熱性接着剤を介して第1カバープレート15-1の下面周囲に結合され、且つ、該枠部12aの下面は耐熱性接着剤を介して枠シート14-1の上面に結合される。また、第2端子プレート13の枠部13aの上面は耐熱性接着剤を介して枠シート14-1の下面に結合され、且つ、該枠部13aの下面は耐熱性接着剤を介して第2カバープレート16-1の上面周囲に結合される。
この手順に従ってパッケージPA’を作成することによって、図6及び図7に示した電気化学デバイスRB2、即ち、蓄電素子SDがパッケージPA’内に封入され、両端子プレート12及び13の端子部12c及び13cの前側部分が該パッケージPA’から外部に露出した電気化学デバイスRB2を得ることができる。
この電気化学デバイスRB2によれば、前記第1実施形態で述べた効果(1)〜(3)と同様の効果を得ることができる。また、両端子プレート12及び13の枠部12a及び13aの前後左右の各端縁が枠プレート14-1と両カバープレート15-1及び16-1の前後左右の各端縁よりも内側に引っ込んでいるため、外装材17を設けなくても両端子プレート12-1及び13-1の枠部12a及び13aの前後左右の各端縁が周囲機器等と接触することを防止できる利点がある。
[第3実施形態]
図8を引用して、本発明の第3実施形態に係る電気化学デバイスRB3について説明する。この電気化学デバイスRB3が、前記第1実施形態で述べた電気化学デバイスRB1と異なるところは、
・第1端子プレート12に代えて図8(A)に示した第1端子プレート12-1を用いた点
・第2端子プレート13に代えて図8(B)に示した第2端子プレート13-1を用いた点
にある。
図8を引用して、本発明の第3実施形態に係る電気化学デバイスRB3について説明する。この電気化学デバイスRB3が、前記第1実施形態で述べた電気化学デバイスRB1と異なるところは、
・第1端子プレート12に代えて図8(A)に示した第1端子プレート12-1を用いた点
・第2端子プレート13に代えて図8(B)に示した第2端子プレート13-1を用いた点
にある。
第1端子プレート12-1は、図8(A)に示したように、略矩形状の貫通孔12a1が中央に形成された矩形枠状の枠部12a(ここでの枠部12aは後記タブ接続部12b及び端子部12cを除いた部分を指す)と、枠部12aの内側(貫通孔12a1の前端縁の左側)に該枠部12aと一体に設けられた矩形状のタブ接続部12bと、枠部12aの前端縁の中央に該前端縁から外側に突出し、且つ、該枠部12aと一体に設けられた矩形状の端子部12cと、を有する。枠部12aの前後左右部分の幅は全て同じであり、該枠部12aとタブ接続部12bと端子部12cの上下面はそれぞれ同一平面にある。
第2端子プレート13-1は、図8(B)に示したように、略矩形状の貫通孔13a1が中央に形成された矩形枠状の枠部13a(ここでの枠部13aは後記タブ接続部13b及び端子部13cを除いた部分を指す)と、枠部13aの内側(貫通孔13a1の前端縁の右側)に該枠部13aと一体に設けられた矩形状のタブ接続部13bと、枠部13の後端縁の中央に該後端縁から外側に突出し、且つ、該枠部13aと一体に設けられた矩形状の端子部13cと、を有する。枠部13aとタブ接続部13bと端子部13cの外形寸法は第1端子プレート12の枠部12aとタブ接続部12bと端子部12cの外形寸法と略同じであり、貫通孔13a1の内形寸法(ここではタブ13bを除いた場合の内形寸法を指す)は第1端子プレート12の貫通孔12a1の内形寸法(ここではタブ12bを除いた場合の内形寸法を指す)と略同じであり、枠部13aの前後左右部分の幅は第1端子プレート12の枠部12aの前後左右部分の幅と略同じである。
因みに、両端子プレート12-1及び13-1の材質及び厚さは、前記第1実施形態で述べた両端子プレート12及び13の材質及び厚さと同じである。
パッケージPAは、両端子プレート12-1及び13-1を両端子プレート12及び13の代わりに用いた以外は、前記第1実施形態で述べた手順と同じ手順で作成される。この手順に従ってパッケージPAを作成することによって、図8(C)に示した電気化学デバイスRB3、即ち、蓄電素子SDがパッケージPA内に封入され、第1端子プレート12-1の端子部12cの前側部分がパッケージPAの前面から外部に露出し、第2端子プレート13-1の端子部13cの後側部分がパッケージPAの後面から外部に露出した電気化学デバイスRB3を得ることができる。
この電気化学デバイスRB3によれば、前記第1実施形態で述べた効果(1)〜(4)と同様の効果を得ることができる。
また、前記電気化学デバイスRB3によれば、端子部(12c及び13c)の位置が異なる両端子プレート12-1及び13-1を用いることによって、端子部(12c及び13cの)露出位置が異なる電気化学デバイスRB3を簡単に得ることができる。要するに、枠部12a及び13aが矩形枠状であるが故に端子部の位置が異なる種々の端子プレートを簡単に得ることができるので、所望位置に端子部が形成された端子プレートをそれぞれ用いることによって、端子部の露出位置を簡単に変更することができる。
尚、前記第2実施形態で述べた電気化学デバイスRB2の両端子プレート12及び13に代えて、図8(A)及び図8(B)に示した両端子プレート12-1及び13-1や、これとは異なる位置に端子部12c及び13cが形成された端子プレートをそれぞれ用いれば、前記同様の効果を得ることができる。
[第4実施形態]
図9を引用して、本発明の第4実施形態に係る電気化学デバイスRB4について説明する。この電気化学デバイスRB4が、前記第1実施形態で述べた電気化学デバイスRB1と異なるところは、
・第1端子プレート12に代えて図9(A)に示した第1端子プレート12-2を用いた点
・第2端子プレート13に代えて図9(B)に示した第2端子プレート13-2を用いた点
にある。
図9を引用して、本発明の第4実施形態に係る電気化学デバイスRB4について説明する。この電気化学デバイスRB4が、前記第1実施形態で述べた電気化学デバイスRB1と異なるところは、
・第1端子プレート12に代えて図9(A)に示した第1端子プレート12-2を用いた点
・第2端子プレート13に代えて図9(B)に示した第2端子プレート13-2を用いた点
にある。
第1端子プレート12-2は、図9(A)に示したように、略矩形状の貫通孔12a1が中央に形成された矩形枠状の枠部12a(ここでの枠部12aは後記タブ接続部12b及び端子部12cを除いた部分を指す)と、枠部12aの内側(貫通孔12a1の前端縁の左側)に該枠部12aと一体に設けられた矩形状のタブ接続部12bと、枠部12aの前端縁の中央に該前端縁から外側に突出し、且つ、該枠部12aと一体に設けられた矩形状の端子部12cと、枠部12aの右端縁の中央に該右端縁から外側に突出し、且つ、該枠部12aと一体に設けられた矩形状の端子部12c’と、を有する。枠部12aの前後左右部分の幅は全て同じであり、該枠部12aとタブ接続部12bと端子部12c及び12c’の上下面はそれぞれ同一平面にある。
第2端子プレート13-2は、図9(B)に示したように、略矩形状の貫通孔13a1が中央に形成された矩形枠状の枠部13a(ここでの枠部13aは後記タブ接続部13b及び端子部13cを除いた部分を指す)と、枠部13aの内側(貫通孔13a1の前端縁の右側)に該枠部13aと一体に設けられた矩形状のタブ接続部13bと、枠部13の後端縁の中央に該後端縁から外側に突出し、且つ、該枠部13aと一体に設けられた矩形状の端子部13cと、枠部13の左端縁の中央に該左端縁から外側に突出し、且つ、該枠部13aと一体に設けられた矩形状の端子部13c’と、を有する。枠部13aとタブ接続部13bと端子部13c及び13c’の外形寸法は第1端子プレート12の枠部12aとタブ接続部12bと端子部12c及び12c’の外形寸法と略同じであり、貫通孔13a1の内形寸法(ここではタブ13bを除いた場合の内形寸法を指す)は第1端子プレート12の貫通孔12a1の内形寸法(ここではタブ12bを除いた場合の内形寸法を指す)と略同じであり、枠部13aの前後左右部分の幅は第1端子プレート12の枠部12aの前後左右部分の幅と略同じである。
因みに、両端子プレート12-2及び13-2の材質及び厚さは、前記第1実施形態で述べた両端子プレート12及び13の材質及び厚さと同じである。
パッケージPAは、両端子プレート12-2及び13-2を両端子プレート12及び13の代わりに用いた以外は、前記第1実施形態で述べた手順と同じ手順で作成される。この手順に従ってパッケージPAを作成することによって、図9(C)に示した電気化学デバイスRB4、即ち、蓄電素子SDがパッケージPA内に封入され、第1端子プレート12-2の端子部12cの前側部分がパッケージPAの前面から外部に露出し、且つ、端子部12c’の右側部分がパッケージPAの右面から外部に露出し、第2端子プレート13-2の端子部13cの後側部分がパッケージPAの後面から外部に露出し、且つ、端子部13c’の左側部分がパッケージPAの左面から外部に露出した電気化学デバイスRB4を得ることができる。
この電気化学デバイスRB4によれば、前記第1実施形態で述べた効果(1)〜(4)と同様の効果を得ることができる。
また、前記電気化学デバイスRB4によれば、端子部(12c、12c’、13c及び13c’)の数が異なる両端子プレート12-2及び13-2を用いることによって、端子部(12c、12c’、13c及び13c’)の露出数が異なる電気化学デバイスRB4を簡単に得ることができる。要するに、枠部12a及び13aが矩形枠状であるが故に端子部の数が異なる種々の端子プレートを簡単に得ることができるので、所望数の端子部が形成された端子プレートをそれぞれ用いることによって、端子部の露出数を簡単に変更することができる。
尚、前記第2実施形態で述べた電気化学デバイスRB2の両端子プレート12及び13に代えて、図9(A)及び図9(B)に示した両端子プレート12-2及び13-2や、これとは異なる数の端子部12c及び13cが形成された端子プレートをそれぞれ用いれば、前記同様の効果を得ることができる。
[他の実施形態]
(1)前記第1〜第4実施形態で述べた蓄電素子SDは第1シートと第2シートとセパレートシートを重ね合わせて中央で折り畳んだ構成を有するが、集電極層と分極性電極層とセパレートシートとを所定順序で一方向に積層しただけの構成を有する非折り畳みタイプの蓄電素子を該蓄電素子SDの代わりに用いても良い。また、蓄電素子SDの積層数は、非折り畳みタイプの蓄電素子を用いる場合を含め、任意に変更できる。
(1)前記第1〜第4実施形態で述べた蓄電素子SDは第1シートと第2シートとセパレートシートを重ね合わせて中央で折り畳んだ構成を有するが、集電極層と分極性電極層とセパレートシートとを所定順序で一方向に積層しただけの構成を有する非折り畳みタイプの蓄電素子を該蓄電素子SDの代わりに用いても良い。また、蓄電素子SDの積層数は、非折り畳みタイプの蓄電素子を用いる場合を含め、任意に変更できる。
(2)前記第1〜第4実施形態で述べた第1端子プレート12、12-1及び12-2は貫通孔12a1の前端縁の左側にタブ接続部12bが設けられた構成を有し、第2端子プレート13、13-1及び13-2は貫通孔12a1及び13a1の前端縁の右側にタブ接続部13bが設けられた構成を有するが、各タブ接続部12b及び13bの位置は蓄電素子(折り畳みタイプの蓄電素子SDや非折り畳みタイプの蓄電素子を含む)のタブの位置に応じて任意に変更できる。
(3)前記第1〜第4実施形態で述べた第1端子プレート12、12-1及び12-2は矩形枠状の枠部12aを備える構成を有し、第2端子プレート13、13-1及び13-2は矩形枠状の枠部13aを備える構成を有するが、各枠部12a及び13aの形状は、枠プレート14及び14-1の形状も含め、円形枠状や楕円形枠状等の他の形状としても良い。また、これら形状変更に合わせて、第1カバープレート15及び15-1の形状と第2カバープレート16,16-1の形状を円形や楕円形等の他の形状としても良い。
(4)前記第1〜第4実施形態で述べたパッケージPA及びPA’は各プレートの互いに向き合う面を耐熱性接着剤を用いて結合したが、該結合には下記のような他の結合方法を利用しても良い。
<直接結合を使用する方法>
第1端子プレート12、12-1及び12-2の材質と第1カバープレート15及び15-1の材質とを、レーザ溶接や抵抗溶接や超音波溶接等の直接結合手法によって直接結合できる材質とする。これと共に、第2端子プレート13、13-1及び13-2の材質と第2カバープレート16及び16-1の材質とを、レーザ溶接や抵抗溶接や超音波溶接等の直接結合手法によって直接結合できる材質とする。また、第1端子プレート12、12-1及び12-2の下面が向き合う枠プレート14及び14-1の上面領域に、該第1端子プレート12、12-1及び12-2が前記直接結合手法によって直接結合できる材質から成る層を、気相成長法や液相成長法等の薄膜形成手法、或いは、ペースト塗布及び焼付け等の厚膜形成手法により予め形成しておく。これと共に、第2端子プレート13、13-1及び13-2の上面が向き合う枠プレート14及び14-1の下面領域に、該第2端子プレート13、13-1及び13-2が前記直接結合手法によって直接結合できる材質から成る層を、気相成長法や液相成長法等の薄膜形成手法、或いは、ペースト塗布及び焼付け等の厚膜形成手法により予め形成しておく。
第1端子プレート12、12-1及び12-2の材質と第1カバープレート15及び15-1の材質とを、レーザ溶接や抵抗溶接や超音波溶接等の直接結合手法によって直接結合できる材質とする。これと共に、第2端子プレート13、13-1及び13-2の材質と第2カバープレート16及び16-1の材質とを、レーザ溶接や抵抗溶接や超音波溶接等の直接結合手法によって直接結合できる材質とする。また、第1端子プレート12、12-1及び12-2の下面が向き合う枠プレート14及び14-1の上面領域に、該第1端子プレート12、12-1及び12-2が前記直接結合手法によって直接結合できる材質から成る層を、気相成長法や液相成長法等の薄膜形成手法、或いは、ペースト塗布及び焼付け等の厚膜形成手法により予め形成しておく。これと共に、第2端子プレート13、13-1及び13-2の上面が向き合う枠プレート14及び14-1の下面領域に、該第2端子プレート13、13-1及び13-2が前記直接結合手法によって直接結合できる材質から成る層を、気相成長法や液相成長法等の薄膜形成手法、或いは、ペースト塗布及び焼付け等の厚膜形成手法により予め形成しておく。
このようにすれば、第1端子プレート12、12-1及び12-2と第1カバープレート15及び15-1とが向き合う面を前記直接結合手法によって直接結合できると共に、第2端子プレート13、13-1及び13-2と第2カバープレート16及び16-1とが向き合う面を前記直接結合手法によって直接結合できる。また、第1端子プレート12、12-1及び12-2と枠プレート14及び14-1とが向き合う面を前記直接結合手法によって直接結合できると共に、第2端子プレート13、13-1及び13-2と枠プレート14及び14-1とが向き合う面を前記直接結合手法によって直接結合できる。要するに、各プレートの向き合う面を耐熱性接着剤を用いずに直接結合してパッケージPA及びPA’を作成することもできる。
<直接結合と間接結合を併用する方法>
第1端子プレート12、12-1及び12-2の下面が向き合う枠プレート14及び14-1の上面領域に、該第1端子プレート12、12-1及び12-2が前記直接結合手法、或いは、ロウ付け等の間接結合手法によって結合できる材質から成る層を、前記薄膜形成手法、或いは、前記厚膜形成手法により予め形成しておく。これと共に、第2端子プレート13、13-1及び13-2の上面が向き合う枠プレート14及び14-1の下面領域に、該第2端子プレート13、13-1及び13-2が前記直接結合手法、或いは、ロウ付け等の間接結合手法によって結合できる材質から成る層を、前記薄膜形成手法、或いは、前記厚膜形成手法により予め形成しておく。そして、第1端子プレート12、12-1及び12-2と第2端子プレート13、13-1及び13-2とが前記直接結合手法、或いは、前記間接結合手法によって結合された枠プレート14及び14-1を予め用意しておく。
第1端子プレート12、12-1及び12-2の下面が向き合う枠プレート14及び14-1の上面領域に、該第1端子プレート12、12-1及び12-2が前記直接結合手法、或いは、ロウ付け等の間接結合手法によって結合できる材質から成る層を、前記薄膜形成手法、或いは、前記厚膜形成手法により予め形成しておく。これと共に、第2端子プレート13、13-1及び13-2の上面が向き合う枠プレート14及び14-1の下面領域に、該第2端子プレート13、13-1及び13-2が前記直接結合手法、或いは、ロウ付け等の間接結合手法によって結合できる材質から成る層を、前記薄膜形成手法、或いは、前記厚膜形成手法により予め形成しておく。そして、第1端子プレート12、12-1及び12-2と第2端子プレート13、13-1及び13-2とが前記直接結合手法、或いは、前記間接結合手法によって結合された枠プレート14及び14-1を予め用意しておく。
このようにすれば、枠プレート14及び14-1に結合された第1端子プレート12、12-1及び12-2と第1カバープレート15及び15-1とが向き合う面を前記直接結合手法によって直接結合し、枠プレート14及び14-1に結合された第2端子プレート13、13-1及び13-2と第2カバープレート16及び16-1とが向き合う面を前記直接結合手法によって直接結合することによって、パッケージPA及びPA’を作成できる。
本発明は、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタやレドックスキャパシタやリチウムイオン電池等の各種電気化学デバイスに広く適用でき、該適用によって前記同様の作用,効果を得ることができる。
RB1,RB2,RB3,RB4…電気化学デバイス、SD…蓄電素子、PA,PA’…パッケージ、IR…内部空間、11a…第1集電極層、11a1…タブ、11b…第1分極性電極層、11c…第2集電極層、11c1…タブ、11d…第2分極性電極層11d、11e…セパレートシート、12,12-1,12-2…第1端子プレート、12a…枠部、12a1…貫通孔、12b…タブ接続部、12c,12c’…端子部、13,13-1,13-2…第2端子プレート、13a…枠部、13a1…貫通孔、13b…タブ接続部、13c,13c’…端子部、14,14-1…枠プレート、14a…貫通孔、15,15-1…第1カバープレート、16,16-1…第2カバープレート、17…外装材。
Claims (4)
- 蓄電素子をパッケージ内に封入した構造を備える電気化学デバイスであって、
パッケージは、(1)貫通孔が形成された枠部と該枠部から外側に突出する端子部とを一体に有する第1端子プレートと、(2)貫通孔が形成された枠部と第1端子プレートの端子部とは異なる位置において該枠部から外側に突出する端子部とを一体に有する第2端子プレートと、(3)両端子プレートの貫通孔に対応した貫通孔を有し、且つ、第1端子プレートの枠部の一面と第2端子プレートの枠部の一面との間に介装される枠プレートと、(4)第1端子プレートの枠部の他面を覆って貫通孔を閉塞する第1カバープレートと、(5)第2端子プレートの枠部の他面を覆って貫通孔を閉塞する第2カバープレートとを、第1カバープレート、第1端子プレート、枠プレート、第2端子プレート、第2カバープレートの順序で重ね合わせて互いに向き合う面を結合することによって構成されており、
蓄電素子は、両端子プレートの枠部の貫通孔と枠プレートの貫通孔とに基づいて両カバープレート間に形成された内部空間に封入されており、
第1端子プレートの端子部の一部分と第2端子プレートの端子部の一部分は、パッケージから外部に露出している。 - 請求項1に記載の電気化学デバイスにおいて、
パッケージはその外面を外装材によって覆われていて、第1端子プレートの端子部の一部と第2端子プレートの端子部の一部は該外装材から露出している。 - 請求項1または2に記載の電気化学デバイスにおいて、
第1端子プレートと第2端子プレートはそれぞれ枠部の内側にタブ接続部を一体に有しており、
蓄電素子は使用極性が異なる2種類のタブを有していて該タブを第1端子プレートのタブ接続部と第2端子プレートのタブ接続部にそれぞれ電気的に接続されている。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載の電気化学デバイスにおいて、
各プレートの互いに向き合う面は耐熱性接着剤を用いて結合されていて、該耐熱性接着剤には硬化状態で150℃以上の連続使用耐熱温度を有するものが用いられている。
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