JP5419051B2 - 電気化学セル用リード端子及びリード端子付き電気化学セル - Google Patents

Description

本発明は、アルカリ電池やリチウム電池またはリチウムイオン電池等の化学電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セル及び電気化学セル用リード端子に関するものであり、特にボタン形またはコイン形、長円形、円筒形や直方体等々の種々の構造を有するセル本体に、外部回路と電気的、機械的接続をするリードとして機能する端子が設けられた、リード端子付き電気化学セル及びそれに用いられるリード端子に関するものである。

近年、携帯電子機器の小型高密度実装化に対応し、それらに用いられる電源素子としての電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルに対しても小型・薄型・軽量化が求められている。特に、回路基板上に直接実装されるボタン形、コイン形や円筒形等の一次電池及び二次電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルにおいては、セルを半田付けやねじ止め等で回路基板に接続固定し、機器回路と電気的接続をするためのリードとして機能する正負極一対の金属性のリード端子をセル本体に溶接等で固着して設置されたものが用いられるのが一般的である。そのため、電気化学セル本体の小型化と同時にこれらの端子を加えた全体の小型化、実装面積の低減が重要な課題となっている。

この種のリード端子の形態としては、正負一対のリード端子がそれぞれセルケース及びケースフタに平行直線状に対向して設置された電気化学セルが、そのリード端子の接続端部が予め回路基板に形成された取り付け用の穴に差し込まれ、セルが基板に垂直に立てられて、基板の裏側からハンダ付けする垂直実装タイプ（例えば、特許文献１参照）や、正負一対のリード端子がそれぞれその回路基板への接続部が回路基板に平行となるように同一平面上に水平に配置されてセル本体に固着設置されたリード端子付き電気化学セルを、セル本体と接続部が回路基板の所定部に平行となるように載置し、接続部のハンダメッキ部をハンダ付けする平面実装タイプ（例えば、特許文献２参照）がある。前者の垂直実装タイプは実装の平面積は小さく出来るが、回路基板に垂直方向の厚さが厚くなり、また基板への穴明けや穴への装着、裏面からの半田付け等が煩雑で実装効率が低いという欠点があり、現在では後者の平面実装タイプが主流になっている。

従来、この種の平面実装タイプのリード端子付き電気化学セルは、コイン形電気化学セルを例に示すと、図８に示すような構造をしていた。図において１はセルケース、２はケースフタであり、この内部に正負一対の電極や電解質等からなる電気化学セル発電要素もしくは蓄電要素を内蔵し、セルケース１とケースフタ２間にプラスチック製のガスケット３を介してセルケース１の開口縁部が内側に折り曲げられカシメられることによって密封封止されている。

通常、セルケース１側に正極、ケースフタ２側に負極が内蔵され、それぞれ正極、負極の極性を形成している。４は電気化学セルの実装時に回路基板面と対面して配置される側のセル面Ａ（図８の場合にはセルケース１）に一端が溶接等で固着設置されたリード端子Ａであり、ニッケルやステンレス鋼等の金属製の平板状の板もしくは棒からなり、もう一端の回路基板へのハンダ付け部に予めハンダ層が設けられた平坦な接続部４ｈが形成されている。５は実装時に回路基板面と反対側に配置されるセル面Ｂ（図８の場合ケースフタ２）に一端が溶接等で固着設置されたリード端子Ｂであり、電気化学セルの側面部５ｍ、５ｎで２段に折り曲げられ、下段面の予めハンダ層が設けられた平坦な接続部５ｈがリード端子Ａとほぼ同一高さ同一平面上に配置されるように加工されている。このように形成されたリード端子付きの電気化学セルが回路基板の所定の接続位置に載置され、リード端子Ａ及びＢのハンダ層が設けられた接続部４ｈ、５ｈが回路基板にハンダ付けされて固定実装される。このようなリード端子ＡとＢのセルケース１及びセルフタ２への取り付け方向（リード端子ＡとＢの角度）や配置及びセルの基板への対抗面がセルケース１とケースフタ２のいずれになるかは種々の選択が可能であり、例えば図１０に示す例の様にケースフタ２が基板への対抗面側に配置されるように４のリード端子Ａがケースフタ２に設置され、５のリード端子Ｂがセルケース１に設置され、リード端子ＡとＢが同一向き（角度０度）に配置される場合もある。

従来、電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セルにおいては、２００℃以上の加熱温度が必要なリフローハンダ付けの高温に耐えられる電気化学セルが無く、上記のリード端子Ａ、Ｂの回路基板へのハンダ付けは手ハンダで行われていた。近年、この種の電気化学セルにおいても実装の合理化のためリフローハンダ付けに依る実装の自動化への要求が高く、ボタン形またはコイン形の電気化学セルにおいて高耐熱性を有する熱可塑性エンジニアリングプラスチック材料からなるガスケットや高沸点の有機電解液等を用いたリフローハンダ付けが可能な二次電池及びキャパシタ等の電気化学セルが開発され実用化されている。このようなリフローハンダ付けが可能な電気化学セルを回路基板に確実に実装（ハンダ付け）するには、リード端子付きの電気化学セルを基板表面に載せた際に各リード端子Ａ及びＢの接続部面とハンダの付いた回路基板表面が平行に確実に接触する必要がある。リード端子ＡとＢの接続部がどちらも同じ方向を向いているタイプ（図１０）では、電気化学セルの厚さやリード端子Ａ、Ｂの高さのばらつきにより両端子の接続部の位置に段差が生じ、回路基板のハンダ付け部に一方の端子のみが接触しもう一方が接触せず、ハンダ付け不良を生じ易いため、リフローハンダ付け用には不向きである。リード端子ＡとＢの接続部がそれぞれ反対向きのタイプ（図８：１８０°に開いた形）は両リード端子の接続部の高さ位置に多少のズレがあっても幅方向のセルの傾きで吸収され、両方の接続部が回路基板に確実に接し易いためリフローハンダ付けに有利であり主流となっている（例えば、特許文献３及び４参照）。

実開昭６１−１８５６８号公報（図１、２） 特開２００２−２３７２９０号公報（図１〜５） 特開平１１−４０１７４号公報（図１） 特開２００３−９２１０２号公報（図１）

従来のリード端子付き電気化学セルにおいては、図８、図１０の平面図に示すように、一対のリード端子Ａ、Ｂが電気化学セル本体の外周から大きくはみ出す構造となっており、セル本体が小型化してもリード端子の突出部周辺は他の部品が実装出来ない無駄なスペースとなるため、これらリード端子とデッドスペースを含めた全体の実装面積はそれほど小さく出来ず、無駄なスペースを多くとり実装効率が低いという課題があった。

これは、従来のリード端子Ａ，Ｂの形状は、それぞれ必要により折り曲げ加工をした矩形の平板もしくは棒からなり、ハンダ付け部となる接続部が平板状の矩形であるため、
１）手ハンダでハンダ付けするタイプ（図１０）では、半田ごてからの加熱によるセルの劣化を防ぐため、リード端子のハンダ付け部（接続端部４ｈ、５ｈ）をセル本体から充分離す必要がある。

２）回路基板への実装の際に回路基板面と反対側に配置されるセル面Ｂに設置するリード端子Ｂは、セル面Ｂからセルの外周に沿って５ｍで折り曲げられて段差をなし、更に回路基板への実装時に回路基板面と対面する側に配置されるセル面Ａに設置されるリード端子Ａの高さで再度セルから外側に向かって５ｎで折り曲げられて回路基板との接続部をなす二段の段差構造を有するので、構造上接続部が電気化学セルの外側にはみ出さざるを得ないものであり、従来のリード端子付き電気化学セルの構造では、これが実装面積を大きくする主原因であった。

３）リフローハンダ付けタイプでは、前記の様に、電気化学セルの厚さやリード端子Ａ、Ｂの高さのばらつきによる両リード端子の接続部の高さ位置に段差が生じても、電気化学セルを基板表面に載せた際に各リード端子Ａ及びＢの接続部面とハンダの付いた回路基板表面が平行に確実に接触するようにするため、通常、リード端子ＡとＢが逆向きに１８０℃開いた方向に設置される。そのためリード端子Ａ、Ｂを含めたセル全体の幅が大きくなり、周囲に他の部品を実装できない実質的なデッドスペースが大きい。

４）また、電気化学セルを小さくしても、回路基板上へ載置され搬送ベルト等でリフロー炉内を搬送される際に位置ずれや浮き等を起こさない形状安定性やハンダ付け後の剥離強度を確保するためリード端子Ａ、Ｂの少なくともハンダ付け部の幅は小さくできず、セル本体の直径の半分以上とされていた。等々のためである。

上記の様な問題点を解決する為に、本発明のリード端子付き電気化学セルは、発電要素もしくは蓄電要素とそれらの発電要素もしくは蓄電要素を収容するセルケースとセルを外部回路に接続するためのリード端子とを有する電気化学セルにおいて、該電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側となるセル面Ａに予め設置されるリード端子Ａが前記電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板への実装時に回路基板面と反対側となるセル面Ｂに設置されるもう一方のリード端子Ｂが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共にその回路基板への接続部が前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置し且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状とした。

この構造により、リード端子Ａ，Ｂともそれらが固着設置される電気化学セル本体の外周が内接する四角形の中に収まるので、この電気化学セルを回路基板上に実装した際にリード端子が電気化学セル本体からはみ出る部分が最小となり、セル本体とリード端子を合わせた全体としての実装面積が最小に出来る。

また、好ましくは、実装時に回路基板面と反対側に配置されるセル面Ｂに設置する前記リード端子Ｂの回路基板への接続部端部と前記内接四角形のコーナーとの距離Ｍが、電気化学セルの直径をＤとし、前記内接四角形の外側を正、内側を負とすると、−０．１×Ｄ≦Ｍ≦０．３×Ｄである構造とする。これにより実装面積をより小さくすることが出来る。

より好ましくは、回路基板面と対向して配置されるセル面Ａに設置する前記リード端子Ａの回路基板への接続部端部と前記電気化学セルの外周との距離Ｌが、前記電気化学セルの外周より外側を正、内側を負とすると、−０．５×Ｄ≦Ｌ≦０．１×Ｄである構造とする。これにより、実装面積をより小さく出来ると共に、回路基板上での座り安定性がより高いリード端子付き電気化学セルが得られる。

更に好ましくは、前記リード端子Ａの幅が前記リード端子Ｂの幅より広い構造とする。これによりリード端子ＡとＢの接続部間の距離を短くしても、回路基板上での座り安定性がより優れたリード端子付き電気化学セルが得られる。

また、より好ましくは、リード端子Ａの回路基板との接続部の内側端部コーナーの点ｐ，ｑとリード端子Ｂの回路基板との接続部内側端部の中点ｔがつくる三角形の内部にセルの中心ｇが位置する構造とする。これにより、リード端子ＡとＢの接続部間の距離を短くし、更にリード端子Ｂの接続部の面積を小さくしても、回路基板上での座り安定性がより優れたリード端子付き電気化学セルが得られる。

本発明のリード端子付き電気化学セルは、発電要素もしくは蓄電要素を収容するセルケースとセルを外部回路に接続するためのリード端子とを有し、電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側のセル面に設置されるリード端子Ａが前記電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Ｂがリード端子Ａとなす角度が１３０°から２３０°の範囲にあり、その回路基板への接続端部が先細形状であることを特徴とする。

本発明のリード端子付き電気化学セルは、発電要素もしくは蓄電要素を収容するセルケースと、回路基板に接続するためのリード端子とを有する電気化学セルにおいて、前記電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側のセル面に設置されるリード端子Ａが前記電気化学セルの外周が内接する四角形より小さく且つその略内側に設置され、回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Ｂが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共に前記回路基板への接続部が前記内接四角形の角部もしくは角部から半径５ｍｍ以内の範囲に位置し、且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状であることを特徴とする。

本発明によれば、リード端子Ａ，Ｂともそれらが固着設置される電気化学セル本体の外周が内接する四角形もしくはその相似拡大四角形の中に収まるので、この電気化学セルを回路基板上に実装した際にリード端子が電気化学セル本体からはみ出る部分が最小となり、セル本体とリード端子を合わせた全体としての実装面積が最小に出来る。しかも、一般に回路基板に実装される電子部品の多くは角形の形状が多く、また回路ショートの発生等への配慮から、円形状の電気化学セルの外周が内接する四角形の中のセル本体外部の角部は、従来一般に回路基板上で他の部品等が実装されない実質的デッドスペースとなっており、リード端子Ａ、Ｂのセル本体からのはみ出しがこのデッドスペース近傍に収まることにより、実質的にリード端子による実装スペースのロスが無く最小の実装面積、実装効率が実現できる。また、回路基板への実装時に回路基板と対面する側となるセルの下面に設置されるリード端子Ａは前記内接四角形の中に収まるので、回路基板との接続端部がセル本体の中心（重心）に近く配置され、且つその幅はセル本体の直径と同等もしくはそれ以下であればよく、十分な幅と大きさを確保できるので、もう一方のリード端子Ｂの回路基板との接続部が前記内接四角形の角部もしくはその内側に設置され、面積を小さくしても、セル全体として回路基板上で十分な座り安定性とハンダ付け後の十分なハンダ固着強度を得ることが出来るので、リフローハンダ付け等のため電気化学セルを回路基板に載せたり、リフロー炉内に搬送する際にセル本体がぐらついたり、移動したりすることが無く、より効率的により信頼性の高いリフローハンダ付けが可能となり、ハンダ付けの生産性向上とコスト低減が図れる。

また、本発明では回路基板面と反対側に配置されるセル面に設置されるもう一方のリード端子Ｂが前記内接四角形の略対角線方向に配置されると共に前記回路基板への接続部が前記内接四角形の角部もしくは角部から半径５ｍｍ以内の範囲に位置し、且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状であることにより、電気化学セルの実装面積を最小にすると同時に、端子と電池缶に距離を設け結露などによるショートを防止している。

また、本発明は、この種のリード端子付電気化学セルを用いる携帯電話等に代表される携帯機器等の小型化に効果があリ、産業上大いに貢献するものである。

本発明の実施例１のリード端子付電気化学セルの平面図である。 本発明の実施例１のリード端子付電気化学セルの側面図である。 本発明の実施例１のリード端子付電気化学セルの底面図である。 本発明の実施例２のリード端子付電気化学セルの平面図である。 本発明の実施例２のリード端子付電気化学セルの底面図である。 本発明の実施例３のリード端子付き電気化学セルの平面図である。 本発明の実施例４のリード端子付き電気化学セルの平面図である。 従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの平面図である。 従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの側面図である。 従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの平面図である。 従来のリフローハンダ付け対応のリード端子付き電気化学セルの側面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明によるリード端子付き電気化学セルの平面図であり、図２は側面図、図３は底面図である。図において、１は金属製のセルケース、２は金属製のケースフタであり、この内部に正負一対の電極や電解質等からなる電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セル発電要素もしくは蓄電要素を内蔵し、セルケースとケースフタ間にプラスチック製のガスケット３を介してセルケースの開口縁部を内側に折り曲げカシメることによって密封封止している。通常、セルケース側に正極、ケースフタ側に負極が収容され電気的に接続され、それぞれ正極、負極の極性を形成しているが、正極と負極を逆に収容配置することも可能である。４は本発明に係わるリード端子Ａであり、ニッケルやステンレス鋼等の金属製の平板状の板からなり、電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対面して配置される側のセル面（図１の場合ケースフタ２の側）に予め一端がレーザー溶接や抵抗溶接、超音波溶接等で固着設置されており、もう一端には回路基板へ接続するための平坦な接続部４ｈが形成されており、回路基板への接続がハンダ付けで行われる場合にはハンダの濡れ性の確保のため予めこの接続部４ｈにハンダ層（図の斜線部）を設けておくことが好ましい。

５は本発明に係わるリード端子Ｂであり、回路基板への実装時に回路基板面と反対側に配置されるセル面（この場合セルケース１の側）に一端が溶接等で固着設置されており、電気化学セルの側面部５ｍ、５ｎで２段に折り曲げられ、下段面の予めハンダ層が設けられた平坦な接続端部５ｈがリード端子Ａとほぼ同一高さ同一平面上に配置されるように加工されている。

本発明の主目的は、リード端子Ａ、Ｂが従来一般に回路ショートの発生への配慮から、回路基板上で他の部品等が実装されないデッドスペースである電気化学セルの外周に内接する四角形の内側もしくはその拡大相似四角形の内側に収まるように構成し実質の実装スペースを最小にすることである。

そのため、リード端子Ａの平面状の大きさを、電気化学セル本体の外周と内接する四角形Ｓよりも小さく且つその内側に設置するようにした。但し、リード端子Ａのケースフタ２への溶接位置精度や回路基板上の配線パターンの位置精度等から、電気化学セルの直径の１０％程度リード端子Ａが内接四角形からからはみ出しても実装スペース上の実質的なロスへの影響は小さいので、この範囲内であればよい。また、逆にリード端子Ａが内接四角形Ｓの内側にあり、その接続部４ｈが内接四角形から離れるほど前記リード端子Ｂの回路基板との接続部５ｈと接近するため回路基板上に置いたときの座り安定性が低下するので、接続部４ｈの端部と前記電気化学セルの外周または前記内接四角形までの距離Ｌが、前記電気化学セル外周より外側を正、内側を負とすると、−０．５×Ｄ≦Ｌ≦０．１×Ｄであることが好ましい。また、ケースフタ（通常負極）側を回路基板面に対向して載置する構造の場合には、実装時の加圧によるリード端子ＢまたはＡの撓みや変形でセルケース（通常正極）とリード端子Ａとが接触することにより、ショートを発生する可能性がある。このショートを防ぐ為、リード端子Ａに１箇所以上の段差を設けることが有効である。また、回路基板に対向するセル面に設置されるリード端子Ａに段差がない場合には、電気化学セルの厚さのばらつきにより、セルの高さが高くなった場合、回路基板面とは反対側のセル面に設置されるリード端子Ｂの接続部５ｈが回路基板から浮いてしまい、基板と電気的に接続されない接続不良が発生しやすい。段差を設けることにより、段差分だけ電気化学セルが傾くことが出来るので、セル本体の高さばらつきを吸収することができる。段差は、高さばらつきを考慮し設定すればよい。

リード端子Ｂは、前記電気化学セルの外周が内接する四角形Ｓの略対角線方向に配置されると共にその回路基板への接続部５ｈが前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置し且つその角部に沿った三角形状もしくはその中に入る形状とする。接続部５ｈの形状としては、前記内接四角形の角部に沿った直角三角形またはその中に入る形状であればよく、前記三角形の頭頂部をカットした台形、同じ底辺の円弧、楕円、頂角が鋭角または鈍角の三角形等々の種々の形態が可能であるが、特に直角二等辺三角形またはその頭頂部に丸みＲもしくはカットを設けた台形状の場合に、接続部５ｈが内接四角形の内側に収まり且つその面積が最大となり、回路基板に載置した場合の座り安定性が高いので、特に好ましい。また、接続部５ｈが、前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に位置するように設置すればよく、特に接続部５ｈの端部と前記内接四角形のコーナーからの距離Ｍが、電気化学セルの直径をＤとし、内接四角形の外側を正、内側を負としたとき、Ｍ≦０．３×Ｄの範囲で設置した場合に前記内接四角形からのリード端子Ｂのはみだしが小さく、回路基板上で他の部品等が実装できないデッドスペースがより小さいので、より好ましいが、Ｍ＜−０．１×Ｄでは、接続部の長さ方向の幅がセル直径Ｄの１０％以下しか取れず回路基板にハンダ付けした際にハンダ強度が不十分となりやすいので、−０．１×Ｄ≦Ｍとすることが好ましい。特に、前記内接四角形の対角線上の角部の内側になるように設置することにより本リード端子付き電気化学セルの回路基板への実効的な実装スペースが最小となり特に好ましい。

リード端子Ａの形状は、長方形や正方形に限定されず、台形、三角形、多角形等種々の形状が可能であり、また各辺が直線でなく円弧や曲線形状も可能であるが、リード端子Ａの幅、特に回路基板との接続部４ｈの幅を電気化学セル本体の直径の４０％以上、より好ましくは５０％以上となるように大きく設定し、回路基板との接続部４ｈの面積を大きく設定することにより、リード端子Ｂの接続部５ｈの幅と面積を小さくしても、回路基板に載置した際の座り安定性を確保できるので、リード端子Ａの幅をリード端子Ｂの幅よりも大きくすることが好ましい。

更に、リード端子Ａの回路基板との接続部４ｈの内側端部コーナーの点ｐ，ｑとリード端子Ｂの回路基板との接続部の内側端部の中点ｔがつくる三角形の内部にセルの重心もしくは中心ｇが位置するようにリード端子Ａ及びＢを構成、配置することにより、電気化学セルを回路基板に載せた際の座り安定性がより高いのでより好ましい。

リード端子Ａ及びＢのセル本体と接続される端部の形状は特に限定されず、直角形状でもよいが、搬送やセル本体への溶接等の組立て加工時にリード端子同士や他の部材または組立て装置等にリード端子の角部が当たることによる傷の防止及び引っ掛かりによる不良発生防止のため、テーパーカットや円形状の丸めを設けることが好ましい。また、組立て時に左右表裏の判別を容易にし製造効率上、角部のカット（丸め）形状を左右前後何れかで非対称形状とすることが好ましい（図３）。

また、回路基板との接続をリフローハンダで行う場合には、接続部の上下面または少なくとも回路基板と対抗する面に予めハンダメッキによりハンダ層を設ける。このハンダ層の形成に際し、接続部の端部側面や両サイド側面または接続部の折り曲げ部の立ち上がり部等にもハンダ層を設けることにより、半田付け後のハンダ接着強度が高く、より信頼性の高いはんだ接着が得られるのでより好ましい。

特に、電気化学セル本体やリード端子の高さのばらつきにより、リード端子Ａ、Ｂの接続部４ｈ、５ｈのハンダ面が回路基板と平行にならない場合がある。その場合、リード端子の接続部面から立ち上がる部分（段差のため折り曲げた部分または、接続部４ｈ、５ｈの端部側面）が回路基板に接し、リフロー時にそこからはんだが溶け始め電気的に接続されるので、この部分にハンダを配しておくことが非常に有効である。ハンダの配し方法は、ディッピング、めっき等があり特に限定するものではない。

一般に、電極活物質と後述の電解質によりその発電素子又は蓄電素子としての電気化学システムの動作電圧や最大理論容量等の基本的な電気化学特性が規定される。本発明のリード端子付き電気化学セルにおいて、リチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池を構成する場合には、負極活物質としてリチウム金属、リチウムとアルミニウムや錫等の他の金属の合金、ケイ素や錫、タングステン、チタン、鉄等の酸化物、窒化物、硫化物や黒鉛または有機物を焼成して得られる炭素質材料やポリアセチレン等の導電性高分子等々のリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用い、アルカリ電池を構成する場合には、亜鉛、カドミウム、水素吸蔵合金等の金属を用いることが出来る。正極活物質としては、リチウム電池またはリチウムイオン二次電池の場合には、ＣＦＸやＴｉＳ２，ＭｏＳ２，ＮｂＳｅ３等の金属カルコゲン化物、ＭｎＯ２，ＭｏＯ３，Ｖ２Ｏ５，ＬｉＸＣｏＯ２，ＬｉＸＮｉＯ２，ＬｉＸＮｉｙＣｏ１−ｙＯ２，ＬｉｘＭｎ２Ｏ４等の金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン等の導電性高分子の様なリチウムイオンと反応もしくはリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用いることが出来、アルカリ電池の場合には酸化銀、二酸化マンガン、水酸化ニッケルやオキシ水酸化ニッケル等の酸化物、水酸化物等が用いられる。また、電気二重層キャパシタの場合には正電極、負電極共に、電極活物質として、活性炭やカーボンブラック等の炭素材料、金属やその酸化物、高分子等の比表面積の大きい物質を用いることが出来る。電極活物質としてリチウムや亜鉛等の上記の様な金属を用いる場合には、それらを集電体上に直接所定形状に一体に成形した板や箔を用いることにより、導電剤や結着剤は不要である。また、本発明はこれらの電極活物質の例に限定されず、その他の電極活物質を用いた化学電池、電気二重層キャパシタや電気化学キャパシタ及びこれらを複合した発電素子または蓄電素子からなる電気化学セルに適用することが出来る。

この電極体にはセルケース内に収納後または予め収納前にイオン導電性の電解液が含浸吸蔵され、電気化学セル素子が構成される。電解質としては、例えば有機電解質電池の場合、γ−ブチロラクトン、プロピレンカ−ボネ−ト、エチレンカ−ボネ−ト、ブチレンカ−ボネ−ト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルフォーメイト、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジメチルフォルムアミド、スルホラン、アセトニトリル等の有機溶媒の単独又は混合溶
媒に支持電解質としてＬｉＣｌＯ４，ＬｉＰＦ６，ＬｉＢＦ４，ＬｉＣＦ３ＳＯ３等のリチウムイオン解離性塩を溶解した非水（有機）電解液、これらの非水電解液を高吸液性多孔質高分子に含浸吸蔵させたゲル電解質、ポリエチレンオキシドやポリフォスファゼン架橋体等の高分子に前記リチウム塩を固溶させた高分子固体電解質あるいはＬｉ３Ｎ，ＬｉＩ等の無機固体電解質等々のリチウムイオン導電性の非水電解質を用いることが出来る。また、電気二重層キャパシタの場合には、上記の支持電解質の代りに、またはそれに加えて（Ｃ2Ｈ5）4ＮＢＦ4、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＰＦ4、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＣｌＯ4、（Ｃ2Ｈ5）3ＣＨ３ＮＢＦ4、（ＣＨ３）4ＮＢＦ4等のアンモニウム塩やホスフォニウム塩等が用いられる。電解質としてゲル状電解質、高分子固体電解質や無機固体電解質等の固体状電解質が用いられる場合には、セパレータの代わりにこれらの固体状電解質を単独もしくはセパレータと併用して用いることが出来る。

また、セパレータとしては、通常電気化学セルに用いられるものが適用出来る。即ち、リチウム電池やリチウムイオン電池等の非水電解質電池を構成する場合には、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン系の高分子多孔質フィルムや不織布あるいはガラス繊維との混抄紙等、アルカリ電池ではセロファンやレーヨン抄紙、グラフト重合したポリエチレン等、電気二重層キャパシタではセルロース、ポリエステル、ポリオレフィン系樹脂やガラス等の繊維からなる不織布や抄紙あるいはポリオレフィンの多孔質フィルム等を好適に用いることが出来る。リフローハンダ付け対応の電気化学セル用としては、熱変形温度が２３０℃以上のポリフェニレンサルファイド、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、ポリアミド、ポリイミドなどの樹脂、セラミクスやガラス等の多孔質フィルムや不織布等々を用いることが出来る。セパレータの孔径は、一般に電池用として用いられる範囲のもの、例えば、０．０１〜１０μｍを用いることが出来る。厚さは、一般に電池用として用いられる範囲、例えば、５〜３００μｍのものを用いることが出来る。

ガスケットは、通常ナイロンやポリプロピレン等の樹脂が用いられるが、リフローハンダ付けを行なう場合には、熱変形温度が２３０℃以上の樹脂を用いる。例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル樹脂（ＰＥＮ）、また、ポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ）、ポリアリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂等々が使用できる。また、これらの材料に３０重量％程度以下の添加量でガラス繊維、マイカウイスカー、セラミック微粉末等を添加したものを好適に用いることが出来る。

以下、実施例について図面を参照して説明する。
（実施例１）
本実施例は、本発明によるリード端子付き電気化学セルとして、図１〜図３の基本構造による直径４．８ｍｍ、厚さ１．４ｍｍのコイン形電気二重層キャパシタを構成した例である。

活性炭粉末と導電性付与剤としてカーボンブラックを、結着剤としてポリテトタフロロエチレン（ＰＴＦＥ）を混合し、厚さ０．５ｍｍ、直径４ｍｍに加圧成形して得られたペレットを正負両電極に用いた。電解質にはプロピレンカーボネートに１モル／ｌの（Ｃ2Ｈ5）4ＮＢＦ4を溶解した有機電解液を用いた。これらの電極間に耐熱性のエンジニアリングプラスチック不織布からなるセパレータを介在させ前記の電解液を含浸させた蓄電素子を正極端子を兼ねるセルケース（正極ケース）１及び負極端子を兼ねるセルフタ（負極ケース）２に収容し、セルケースとセルフタの間に耐熱性エンジニアリングプラスチックからなるガスケット３をかん合し、セルケースの開口縁をカシメて密封封止して、コイン形電気二重層セル本体を作製した。

本実施例では、回路基板への実装時にケースフタ２（負極ケース）が基板と対向する側に配置され、セルケース１（正極ケース）が基板と反対側に配置される構成となるように、リード端子Ａを上記コイン形電気二重層セル本体のケースフタ２に、リード端子Ｂをセルケース１にそれぞれレーザー溶接して設置した。即ち、４は厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼からなるリード端子Ａであり、幅３．５ｍｍ、長さ３．５ｍｍの四角形状の板を、回路基板への実装時に回路基板と接続される接続部４ｈとなる部分の境界部で折り曲げ加工し高さ０．１ｍｍの段差を設けたものである。本実施例では、接続部４ｈの端部から長さ方向の幅を１ｍｍとした。また、接続部４ｈには上下面及び端部側面と両サイド側面及び接続部の折り曲げ立ち上がり部に予めハンダメッキによりハンダ層を設けており、端部の角部は半径０．２ｍｍの円形状、負極ケースとの接続側端部の角部は半径１ｍｍの円形状とした。このようにして得られたリード端子Ａを、そのハンダ層を設けた接続部の端部がセルケース１の外周が内接する四角形Ｓの一辺に平行に且つその一辺から内側に０．５ｍｍ、また接続部端部に直角なリード端子Ａの側面が前記内接四角形Ｓの前記一辺に直角な辺から内側に０．５ｍｍの所に配置し、リード端子Ａ全体がこの内接四角形の内側に入る配置でケースフタ２上に載せ、リード端子Ａのケースフタ面上の部分（溶接部）にレーザー光を照射し、レーザー溶接により、３点スポット溶接して固着設置した。

５のリード端子Ｂは、厚さ０．１ｍｍ、セルケース１との接続部の幅２．５ｍｍのステンレス鋼の板からなり、セルケース１が内接する前記内接四角形Ｓの対角線方向に配置され、セルケース１の外周から０．１ｍｍ離れた部分でセルケースに沿って下向きに直角に折り曲げ加工され、高さ１．７ｍｍで再度折り曲げ加工され回路基板との接続部５ｈを形成する形状に作製された。この回路基板との接続部５ｈは端部が前記内接四角形の角部の直角な2辺上に配置する二等辺三角形状とし、先端が半径０．２ｍｍの円弧形状とした。このような形状に加工され、セルケース１上に配置されたリード端子Ｂのセルケース面上の部分（溶接部）にレーザー光を照射し、レーザー溶接により、３点スポット溶接して固着設置した。また回路基板との接続部５ｈには上下面及び端部側面と接続部の折り曲げ立ち上がり部に予めハンダメッキによりハンダ層を設けている。
（比較例１）
上記実施例１で作製したものと同様な直系４．８ｍｍ、厚さ１．４ｍｍのコイン形電気二重層キャパシタを用い、リード端子Ａ、Ｂとして図８、図９に示した従来のリフローハンダ付けタイプのリード端子を用い、従来の配置でそれぞれセルフタ及びセルケースにレーザー溶接して固着設置した以外は全て同様にして、従来法による比較例１のリード端子付き電気化学セルを作製した。リード端子Ａの形状は、幅３．０ｍｍ、長さ５．０ｍｍの長方形の平板状、回路基板との接続部４ｈの幅１．０ｍｍであった。リード端子Ｂの形状は、幅２ｍｍ、長さ５．２ｍｍ、回路基板との接続部の幅１．０ｍｍであった。
（比較例２）
リード端子Ａとして、実施例１のリード端子Ａを用い、接続部４ｈの端部が実施例１と同様にセルの外周が内接する四角形Ｓの内側０．７ｍｍになる様に配置して、セルフタ２にレーザー溶接して固着設置した。リード端子Ｂは比較例１と同様な従来法のものを用い、比較例１と同様にセルケース１に設置した。その他は全て実施例１と同様にして、比較例２のリード端子付き電気化学セルを作製した。

このようにして作製した本実施例及び比較例のリード端子付き電気化学セル各１００について、リード端子を含むセルの最大幅長（幅が最長の部分間の長さ）を測定した。また、ピーク温度２４０℃で５秒以内、且つ２００℃以上のリフロー温度領域４０秒間に設定したリフロー炉によりリフローハンダ付けの試験を行い、リード端子Ａ，Ｂの両方のハン
ダ付け不良及び基板上の所定位置からの１ｍｍ以上のずれの発生有無を確認した。その結果を表−１に示す。

（実施例２）
本実施例は、本発明によるリード端子付き電気化学セルとして、図４の基本構造による直径４．８ｍｍ、厚さ１．４ｍｍのコイン形電気二重層キャパシタを構成した例である。リード端子Ａとして実施例１と同様のものを用い、そのハンダ層を設けた接続部端部の両角部がセルケース１の外周が内接する四角形Ｓの直交する二辺のそれぞれの中央部から内側０．１ｍｍ以内に入るように負極ケース２上に配置して、レーザー溶接により固着設置した以外は全て、実施例１と同様なコイン形電気二重層キャパシタとリード端子Ｂを用い、同様な方法で作製した。

本実施例のリード端子付き電気化学セルの最大幅長は実施例１のセルと同じ５．７ｍｍであり、リフローハンダ付けによる不良発生率や位置ずれ不良の発生率は実施例１と同じ０％であったが、リフロー炉を搬送する際のセルの位置ずれが実施例１のセルより小さくより安定であった。
（実施例３）
本実施例は、リード端子付き電気化学セルとして、図６の基本構造による直径４．８ｍｍ、厚さ１．４ｍｍのコイン形リチウム二次電池を構成した例である。

電気化学セル発電素子として、正極活物質に酸化モリブデン、負極活物質としてリチウム含有ケイ素酸化物を、電解質としてγ-ブチロラクトンとエチレンカーボネートの１：１混合溶媒に１ｍｏｌ／ｌのＬｉＢＦ4を溶解した有機電解液を用いた。実施例１の蓄電素子の代わりに、これらの電極と電解質からなる発電素子を用いた他は実施例１の電気二重層キャパシタと同様な構成のコイン形リチウム二次電池を作製した。

本実施例においても、回路基板への実装時に回路基板面と対向して配置される側となるセルフタ２に予め設置されるリード端子Ａとして実施例１と同じものを用いた。このリード端子Ａを、そのハンダ層を設けた接続部４ｈの端部がセルケース１の外周が内接する四角形Ｓの一辺に平行に且つその一辺から内側に０．１ｍｍ、また接続部端部に直角なリード端子Ａの側面が前記内接四角形Ｓの前記一辺に直角な辺から内側に０．１ｍｍの所に配置し、リード端子Ａ全体がこの内接四角形の内側に入る配置でケースフタ２上にレーザー溶接により、３点スポット溶接して固着設置した。 一方、回路基板への実装時に回路基板面と反対側に配置されるセルケース１に設置するリード端子Ｂとして、実施例１と同じリード端子を用いたが、そのセルケース１への配置方向は、前記セル外周が内接する四角形Ｓのリード端子Ａが配置される角部Ｋ１と同一辺上の角部Ｋ２に向かう対角線ではなく、角部Ｋ１から対角線方向の角部Ｋ３に向かう方向であり、回路基板との接続部５ｈは前記内接四角形Ｓの角部Ｋ３付近に配置され、接続部５ｈの端部２辺が角部Ｋ３の辺上から内側に０．１ｍｍ以内の範囲に入る様に配置され、レーザー溶接によりセルケース１に固着設置された。それ以外は全て実施例１と同様にして本実施例のリード端子付き電気化学セルを作製した。

本実施例のリード端子付き電気化学セルの最大幅長は、６，５５ｍｍであり、ほぼセル外周が内接する四角形Ｓの対角線の長さとなり、実施例１の５．７ｍｍに比べて大きいが、セル本体とリード端子の全てが前記内接四角形に収まっており実装上の実効スペースはほぼ同じである。一方、リフローハンダ付けによる不良発生率や位置ずれ不良の発生率は実施例１と同じ０％であったが、リフロー炉を搬送する際のセルの位置ずれが実施例１のセルより小さくより安定であった。
（実施例４）
本実施例は、本発明によるリード端子付き電気化学セルとして、図７の基本構造による直径４．８ｍｍ、厚さ１．４ｍｍのコイン形電気二重層キャパシタを構成した例であり、実施例１のリード端子付きコイン形電気化学セル（電気二重層キャパシタ）に対して、電気化学セルのセルケース及びセルフタへのリード端子Ａ及びリード端子Ｂの設置を逆に配置した場合である。即ち、実施例１と同じコイン形電気二重層キャパシタを電気化学セル本体とし、同じリード端子Ａ及び同じリード端子Ｂを用い、電気化学セルの回路基板への実装時に回路基板面と対抗して配置されるセル面Ａがセルケース（正極ケース）１となり、回路基板面と反対側に配置されるセル面Ｂがセルフタ（負極ケース）となるように、リード端子Ａをセルケース１に、リード端子Ｂをセルフタ２にそれぞれ３点スポットレーザー溶接して、固着設置した。セルケース１を回路基板側に配置する本実施例の構成では、セルフタ（負極ケース）２に設置したリード端子Ｂのセルケース１の側面に沿って垂直に基板に向かって曲げ加工された立ち上がり部が、セルケースと触れてセルのショート不良を発生しやすいため、構造上リード端子Ｂの立ち上がり部をセルケース外周部から十分離す 必要があり、リード端子Ｂの接続部（立ち上がり部内面）とセルケース側面との距離を０．７ｍｍとし、接続部端部と内接四角形Ｓのコーナーとの距離を０．５ｍｍとした。また、リード端子Ａは、接続部４ｈの端部が前記内接四角形の一辺の中央部に辺からの距離０．１ｍｍ以内の内側に入る様に配置して溶接し設置した。

本実施例のリード端子付き電気化学セルの最大幅長は６．７ｍｍであり、リフローハンダ付けによる不良発生率や位置ずれ不良の発生率は実施例１と同じ０％であったが、リフロー炉を搬送する際のセルの位置ずれが実施例１のセルより小さくより安定であった。また、前記の様にセルケース１とリード端子Ｂの立ち上がり部のショート防止のため、リード端子を含めたセルの幅が大きくなる、回路基板面と対面する側にセルケースを配置する本実施例の配置構成でも、回路基板と対面する側にセルフタ２を配した比較例１及び２よりセルの最大幅が同等以下にすることが出来た。

１ セルケース
２ セルフタ
３ ガスケット
４ リード端子Ａ
４ｈ リード端子Ａの回路基板との接続部
５ リード端子Ｂ
５ｈ リード端子Ｂの回路基板との接続部
５ｍ リード端子Ｂの折り曲げ加工部
５ｎ リード端子Ｂの折り曲げ加工部

Claims (6)

1. 外周が円形である電気化学セルに用いられる電気化学セル用リード端子であって、
   前記電気化学セル用リード端子は、前記電気化学セルが回路基板へ実装される際に前記回路基板面と反対側の前記電気化学セルの面に固着設置される溶接部と、前記回路基板に接続する平面である接続部を備え、
   前記接続部は前記溶接部とは反対側に曲げ加工され、
   かつこの前記接続部が先細形状である三角形状もしくは前記三角形状の頭頂部がカットされた台形に形成されていると共に、
   円形の電気化学セルの外周が内接する正方形である内接四角形もしくはその相似拡大四角形を想定したときに、
   前記接続部が、前記内接四角形もしくはその相似拡大四角形の角部に内接するように形成したことを特徴とする電気化学セル用リード端子。
2. 前記接続部は、直角二等辺三角形、または前記直角二等辺三角形の頭頂部に丸みＲもしくはカットを設けた台形状であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル用リード端子。
3. 前記接続部は、前記直角二等辺三角形の中に入り、且つ前記直角二等辺三角形と同じ底辺の円弧、もしくは頂点が鋭角または鈍角の三角形であることを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル用リード端子。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電気化学セル用リード端子であるリード端子Ｂを備えたリード端子付き電気化学セル。
5. 前記接続部の端部と前記内接四角形のコーナーとの距離Ｍが、前記電気化学セルの直径をＤとし、前記内接四角形の外側を正、内側を負とすると、−０．１×Ｄ≦Ｍ≦０．３×Ｄであることを特徴とする請求項４に記載のリード端子付き電気化学セル。
6. 前記リード端子付き電気化学セルは、前記回路基板に対向する前記電気化学セルの面に設置されるリード端子Ａを備え、
   前記リード端子Ａの幅が前記リード端子Ｂの幅より広いことを特徴とする請求項５に記載のリード端子付き電気化学セル。
   

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